KR20030038353A - 미세 기계장치 및 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법을 제공한다. 장치는 그것 내에 미세 기계 구성요소를 갖는 내부 공동을 구비하여 구성된다. 본 발명의 방법은 제1재료의 층으로부터 미세 기계 구성요소를 형성하는 단계와, 공동을 정의하기 위해서 제1재료의 적어도 하나의 표면 상에 밀봉층을 제공하는 단계, 공동 내에 게터 재료를 제공하는 단계, 애노딕 본딩에 의해 밀봉층에 제1재료를 밀봉하는 단계 및, 공동 내측에서의 압력을 규제하기 위해서 공동에 불활성 가스를 공급하는 단계를 구비하여 구성된다. 본 방법에 의해 생성되는 대응하는 장치가 또한 개시된다.

Description

미세 기계장치 및 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법{A MICRO-MECHANICAL DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 공진가속도계 또는 미세 기계가공된 자이로스코프와 같은 다중층 미세 기계장치의 분야에 관한 것이다.

잠재적인 문제점을 회피하기 위해서 이러한 장치의 물리적인 특성을 규제할 수 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 고품질 Q팩터를 갖는 이러한 장치에 대한 필요가 있게 된다. 그런데, 매우 높은 Q팩터를 갖는 공진기는 원하지 않는 모드의 공진을 만들 수 있는 외부적인 진동과 충격을 겪을 수 있다. 장치의 공동을 정의하는 패키지 내측에서 압력을 제어함으로써 규제가 달성될 수 있다. 이 압력을 감소시키기 위해서, 장치는 진공 또는 저압력 하에서 개별적으로 패키지되고 밀봉된다. 그런데, 개별 센서의 진공 패키지는 고가의 프로세스이고, 그러므로 큰 체적의 저비용 생산에 대해서는 적합하지 않다.

더욱이, 프로세스 때문에 일어나는 진동에 기인해서, 공동 내측에서의 압력에 대한 영향이 보여진다. 예컨대, 웨이퍼 수준의 밀봉을 위해 널리 공지된 기술로서 많은 이득이 있는 애노딕 본딩(anodic bonding)이 사용되면, 진공에서 수행될 때, 본딩의 부산물로서 소정 양의 가스 유출이 있게 된다. 이는 공동 내측에서 본딩 챔버의 기본 압력 보다 높은 압력을 야기시키는데 이는 예측할 수 없는 것으로, 전체 프로세스의 품질을 애노딕 본딩 프로세스로 만들어진 장치가 그 Q팩터 내에서 만들어지는 진동을 보상하기 위해서 상당한 제어회로를 요구하게 되는 범위로 감소시킨다. 또한, 이 가스 유출의 의미는, 공동 압력이 요구되는 만큼 낮지 않음에 따라서, 높은 Q팩터가 달성하기 어렵다는 것을 의미한다.

본 발명은 단순하고 비용 효과적일 뿐 아니라, 장치가 고도의 Q-팩터제어로 제작될 수 있고 전체 프로세스 소모를 감소시키는 다중층 미세 기계장치를 생산하는 방법 및 다중층 미세 기계장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 프로세스를 나타내는 개략적인 도면,

도 2는 본 발명에 따른 장치의 측면도,

도 3은 밀봉 스테이지가 수행되기 전후의 본 발명에 따른 제2실시예의 장치의 측면도,

도 4는 밀봉이 수행되기 전후의 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 장치의 측면도이다.

본 발명에 따라서, 그것 내에 미세 기계 구성요소를 갖는 내부 공동을 구비하여 구성되는 미세 기계장치가,

제1재료의 층으로부터 미세기계 구성요소를 형성하는 단계와,

공동을 정의하기 위해서 제1재료의 적어도 하나의 표면 상에 밀봉층을 제공하는 단계,

공동 내에 게터 재료를 제공하는 단계 및,

애노딕 본딩에 의해 밀봉층에 제1재료를 밀봉하면서, 공동 내측에서 압력을 규제하기 위해서 불활성 가스를 공급하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법이 제공된다.

본 발명에 따라서, 그것 내에 형성된 미세 기계 구성요소를 갖는 제1층과,

공동을 정의하기 위해서 제1층이 거기에 애노딕 본딩되는 적어도 하나의 밀봉층,

공동 내에 제공된 게터 및,

공동 내의 압력이 규제되도록 공동 내에 제공된 불활성 가스를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치가 제공된다.

애노딕 본딩 프로세스가 350℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 게터는 티타늄일 수 있고, 밀봉층 중 하나 위에서 예비 형성될 수 있다. 불활성 가스는 아르곤일 수 있다. 2개의 밀봉층이 있을 수 있다. 미세 기계 구성요소의 재료는 실리콘일 수 있고, 밀봉층은 유리나 실리콘 또는 유리가 스퍼터된 실리콘으로 만들어질 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 고도의 정확성으로 제어될 수 있는 Q-팩터를 갖는데, 이에 의해 정밀한 서포트 회로의 필요가 적어지지만, 그 측정이 정확할 뿐 아니라진동, 충격 및 그 밖의 외부적인 팩터에 저항할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 프로세스는 단순하고 비용 효과적일 뿐 아니라, 장치가 고도의 Q-팩터제어로 제작될 수 있어 전체 프로세스 소모를 감소시키게 된다.

본 발명의 일실시예가 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명된다.

(실시예)

도 1을 참조하면, 본 발명의 방법이 수행되는 본딩 챔버는 출구(2)에 부착된 펌프(도시생략)와 압력 게이지(3)를 채용함으로써 제어된 저압력 또는 진공으로 유지된다. 챔버(1) 내측에는 제작되는 장치의 구성요소가 위치된다. 본 실시예에 있어서, 이 장치는 공진 타입의 가속도계 또는 자이로스코프이다.

본딩 챔버(1) 내측의 구성요소는 유리나 실리콘 또는 유리로 스퍼터된 실리콘으로 형성될 수 있는 제1 및 제2인케이싱층(4;incasing layer)을 포함한다. 프로세스의 최종 생산물을 위한 검출회로를 제공하는 금속층(5)이 인케이싱층(4) 중 하나의 표면에 형성된다. 티타늄 또는 그 밖의 적당한 게터 재료로 형성된 하나 이상의 게터 구성요소(6)가 다른 인케이싱층(4) 상에 형성된다. 장치 구성요소(8)를 그것 상에 형성하도록 기계가공된 실리콘(7)의 층이 2개의 인케이싱층(4) 사이에 위치된다.

공지된 애노딕 본딩 기술에 의해 실리콘 장치층(7)에 인케이싱층(4)을 밀봉함으로써, 완성된 장치(9:도 2)가 형성될 수 있다. 이들 기술은, 350 내지 450℃ 영역 내의 온도로 구성요소를 가열하고, 적당한 전하를 인가하여 밀봉을 수행하는 단계를 포함한다. 이 프로세스 동안, 인가된 고온 및 전하를 고려해서 산소가 인케이싱층(4)으로부터 방출된다. 종래 기술의 방법에 있어서, 이 산소는 공동(11) 내로 방출되고, 밀봉동안 제어된 압력에 영향을 준다. 그런데, 본 발명에 있어서는, 이 방법으로 생산된 산소를 흡수하는 게터 구성요소(6)가 제공된다. 구성요소(4,7)의 밀봉이 완료될 때 형성된 공동(11) 내에서의 압력의 정확한 제어를 제공하기 위해서, 본 발명의 방법은 입구(10)를 매개로 본딩 챔버(1) 내로 아르곤과 같은 불활성가스의 제공을 가능하게 한다. 그 최종 결과는, (도 2에 나타낸 바와 같이) 규제된 압력에서 그것 내에 밀봉된 불활성 가스를 갖는 최종 장치(9) 내의 공동(11)이다. 이 압력 및 장치(8)를 생성하기 위한 실리콘층(7)의 기계가공의 신중한 제어의 지식은, 정확하고 제작 프로세스에 의해 신뢰할 수 있게 반복될 수 있는 설정된 Q-팩터를 갖는 장치로 귀결된다.

실리콘 기계가공 프로세스의 부분으로서, 통상적으로, 에칭 실리콘 결정의 등방성 때문에, 경사진 영역(12)이 층 내에 형성되도록 장치(8)가 형성된다. 이들 경사진 영역은 장치(8)의 주요 동작 구성요소로부터 이격되고, 그러므로, 특히 게터 재료를 바람직하게는 이들 경사 영역(12)의 일반적인 영역 내에 바람직하게는 그들 바로 아래에 위치시키므로, 이들이 장치(8)의 정전 특성, 그러므로 장치의 동작에 영향을 미치지 않게 한다. 이렇게 함으로써, 장치(8)가 게터 재료(6)로 움직여 눌러 붙는 가능성도 제거한다. 이러한 이유로, 금속 전극(5)으로부터 가장 이격된 공동의 측면 상에 게터 재료를 위치시키는 것도 바람직하다. 이 점에 있어서, 실리콘 기판(7) 상에 게터 재료를 대안적으로 형성하는 것이 가능한 것으로 사료된다.

도 3은 본 발명의 대안적인 실시예의 측면도로, 유리나 실리콘으로 형성되는 바닥층(4)이 공지된 가능한 다수의 본딩 기술 중 어느 하나에 의해 실리콘층(7)에 부착된다. 게터(6)가 다시 제공된다. 그 다음, 유리로 형성된 상부층(4)이 장치의 상부 위에 밀봉되어, 아르곤이나 유사한 불활성 가스를 포함하는 그 공동(11) 내의 제어된 압력을 갖는 최종 장치(9)를 형성한다.

도 4는 또 다른 실시예의 장치를 나타낸 측면도로, 전체 베이스가 단일실리콘 층으로 또는 SOI층(7)으로 형성되고, 유리의 상부 밀봉층(4)에 애노딕 본딩되어, 초기의 실시예와 유사한 압력 파라메터를 갖는 공동(11)을 제공한다.

본 발명에 의하면, 단순하고 비용 효과적일 뿐 아니라, 장치가 고도의 Q-팩터제어로 제작될 수 있고 전체 프로세스 소모를 감소하는 효과가 있다.

Claims (15)

1. 그것 내에 미세 기계 구성요소를 갖는 내부 공동을 구비하여 구성되는 미세 기계장치가,

   제1재료의 층으로부터 미세 기계 구성요소를 형성하는 단계와,

   공동을 정의하기 위해서 제1재료의 적어도 하나의 표면 상에 밀봉층을 제공하는 단계,

   공동 내에 게터 재료를 제공하는 단계 및,

   애노딕 본딩에 의해 밀봉층에 제1재료를 밀봉하면서, 공동 내측에서의 압력을 규제하기 위해서 불활성 가스를 공급하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 애노딕 본딩 프로세스가 350℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 게터가 티타늄인 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 불활성 가스가 아르곤인 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1재료가 실리콘인 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉층이 유리나 유리가 스퍼터된 실리콘 중 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 게터가 밀봉층 상에서 예비 형성되는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 밀봉층이 제공되는데, 서로 대향하는 제1층의 측면 상에 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법.
9. 그것 내에 형성된 미세 기계 구성요소를 갖는 제1층과,

   공동을 정의하기 위해서 제1층이 거기에 애노딕 본딩되는 적어도 하나의 밀봉층,

   공동 내에 제공된 게터 및,

   공동 내의 압력이 규제되도록 공동 내에 제공된 불활성 가스를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치.
10. 제9항에 있어서, 게터가 티타늄인 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 불활성 가스가 아르곤인 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1층의 재료가 실리콘인 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치.
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉층이 유리나 유리가 스퍼터된 실리콘의 그룹 중 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치.
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 게터가 밀봉층에 부착되는 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치.
15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 밀봉층을 구비하여 구성되고, 밀봉층의 각 측면 상에 하나인 것을 특징으로 하는 다중층 미세 기계장치.