KR20030086989A - Enhanced sacrificial layer etching technique for microstructure release - Google Patents

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KR20030086989A
KR20030086989A KR10-2003-7009865A KR20037009865A KR20030086989A KR 20030086989 A KR20030086989 A KR 20030086989A KR 20037009865 A KR20037009865 A KR 20037009865A KR 20030086989 A KR20030086989 A KR 20030086989A
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마이클 데스폰트
우테 드레츠슬레르
그레고이레 게놀레트
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인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

기판으로부터 마이크로 구조를 적어도 부분적으로 이탈시키기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 (a) 기판(2)을 제공하는 단계와, (b) 기판(2)에 각각 전기 도전 물질을 포함하고, 각각 서로 다른 옥시도-감소 전위를 갖는 제1 층(4)과 제2 층(6)을 증착하는 단계와, (c) 제1 층(4)과 제2 층(6)을 전기적으로 접속하는 단계와, (d) 단계 (b)에서 증착된 제1 층(4)과 제2 층(6) 위에 마이크로 구조를 형성하여, 중간 구조를 생성하는 단계와, (e) 단계 (d)에서 형성된 중간 구조(10)를 전해질(12)에 담금으로써, 제2 층(6)을 전기 화학적으로 에칭하는 단계를 포함한다.A method is provided for at least partially leaving a microstructure from a substrate. The method comprises the steps of (a) providing a substrate (2), and (b) a first layer (4) comprising a first electrically conductive material in the substrate (2), each having a different oxidative-reduction potential; Depositing the second layer 6, (c) electrically connecting the first layer 4 and the second layer 6, and (d) the first layer 4 deposited in step (b). ) And forming a microstructure on the second layer 6 to produce an intermediate structure, and (e) dipping the intermediate structure 10 formed in step (d) into the electrolyte 12 to form a second layer ( Electrochemically etching 6).

Description

마이크로 구조를 이탈시키기 위한 향상된 희생층 에칭 기법{ENHANCED SACRIFICIAL LAYER ETCHING TECHNIQUE FOR MICROSTRUCTURE RELEASE}Improved Sacrificial Layer Etching Technique for Leaving Microstructures {ENHANCED SACRIFICIAL LAYER ETCHING TECHNIQUE FOR MICROSTRUCTURE RELEASE}

희생층 기술은 마이크로 공학에서 상당히 중요하다. 희생층 기술에 의해 독립(free-standing)될 필요가 있는 장치의 전체 구조나 일부가 이탈되거나 부양될 수 있다.Sacrificial layer technology is of considerable importance in microengineering. The entire structure or part of the device that needs to be free-standing by sacrificial layer technology may be displaced or supported.

희생 물질은 원하는 형태를 만들기 위해 "폼(form)" 또는 "스페이서(spacer)"로서 사용되고, 나중에 제거된다. 어떤 의미에서는, 포토레지스트가 패턴을 규정짓는데 사용되는 경우, 포토레지스트는 거의 항상 제거되기 때문에 희생층이다. 그러나, 본 내용에서는 희생 공정은 독립 또는 부양 구조를 만드는데 사용되는 공정을 말한다.The sacrificial material is used as a "form" or "spacer" to produce the desired form, which is later removed. In a sense, when a photoresist is used to define a pattern, the photoresist is almost a sacrificial layer because it is almost always removed. However, in this context, sacrificial process refers to a process used to make independent or flotation structures.

표준 이탈 기법은 예컨대 플라즈마 또는 습식 에칭법에 의한 화학적 수단을 사용하여 층을 에칭하여 제거한다. 이 기법은 등방성 에칭이 되어, 희생층의 측면 언더 에칭(lateral under etching)은 매우 그 두께에 의존하게 된다. 이러한 희생층은 보통 마이크로미터의 범위에 있기 때문에, 거대 구조(large structure)를 이탈시키기는 것이 매우 어렵고 때로는 불가능하게 된다.Standard escape techniques use chemical means, such as by plasma or wet etching, to etch away layers. This technique is an isotropic etch so that the lateral under etching of the sacrificial layer is very dependent on its thickness. Since these sacrificial layers are usually in the range of micrometers, it is very difficult and sometimes impossible to deviate from the large structure.

미국 특허 제5,286,335호는 전형적으로 1 내지 20 마이크로미터 사이의 두께를 갖는 박막 반도체를 부양시키는 것을 제공하기 위한 공정을 개시한다. 에피택셜층(epitaxial layer)은 성장 기판(growth substrate) 상에 위치한 희생층{알루미늄 아세나이드(AlAs)로 이루어짐} 상에 증착된다. 에픽택셜층을 투명 캐리어층으로 코팅한 후, 희생층이 에칭되어 제거되어, 성장 기판으로부터 투명 캐리어층과 에피택셜층의 결합체가 이탈된다. 에칭은 표준 HF:H2O (1:10) 에칭 용액을 사용하여 이루어진다.U. S. Patent No. 5,286, 335 discloses a process for providing flotation of thin film semiconductors with thicknesses typically between 1 and 20 micrometers. An epitaxial layer is deposited on a sacrificial layer (made of aluminum arsenide (AlAs)) located on a growth substrate. After coating the epitaxial layer with a transparent carrier layer, the sacrificial layer is etched away to remove the combination of the transparent carrier layer and the epitaxial layer from the growth substrate. Etching is done using standard HF: H 2 O (1:10) etching solution.

미국 특허 제5,465,009호는 장치의 어레이에 걸쳐 일정하게 캐리어층을 천공(perforation)에 의해 패터닝함으로써 부양이 촉진되는 유사 공정을 개시한다. 희생층을 에칭하는 동안, 희생층 에칭이 측면으로 진행되어야 하는 최대 거리가 장치 사이의 간격보다 작기 때문에, 성장 기판으로부터 장치를 이탈시켜야 하는 시간은 더 짧아지고, 일정해지며, 장치 어레이의 크기에 무관하게 된다. 상술한 공정은 서브-마이크론에서 수십 마이크론을 걸쳐, 아마도 50 마이크론까지의 범위의 두께를 갖는 반도체의 거시 조각(macroscopic piece)의 처리에 적용될 수 있다. 직경은 수십 마이크론에서 수백 마이크론까지의 범위로 할 수 있고, 1mm에 근접하거나 초과할 수도 있다.US Pat. No. 5,465,009 discloses a similar process in which flotation is facilitated by consistently patterning the carrier layer by perforation over an array of devices. During etching of the sacrificial layer, since the maximum distance at which the sacrificial layer etching should proceed laterally is less than the distance between the devices, the time to leave the device from the growth substrate is shorter, more constant, and the size of the device array It becomes irrelevant. The process described above can be applied to the processing of macroscopic pieces of semiconductors with thicknesses ranging from sub-microns to tens of microns, perhaps up to 50 microns. The diameter can range from tens of microns to hundreds of microns, and may be close to or exceed 1 mm.

그러나, 대부분의 경우 희생층의 두께에 비교해 볼 때, 필요로 하는 측면 언더 에칭이 크기 때문에, 에칭 시간이 여전히 매우 길어, 이탈된 마이크로 구조를 부식시킬 위험성도 있다. 장치 층에 천공을 갖는 것이 가능하지 않은 경우에는 특히 그러하다. 게다가, 새로운 에칭 용액을 에칭 계면에 공급하는 것이 어렵기 때문에, 언더 에칭이 불가능할 수도 있다.However, in most cases the etching time is still very long because of the large amount of side under etching required compared to the thickness of the sacrificial layer, and there is also a risk of corroding the detached microstructure. This is especially true when it is not possible to have perforations in the device layer. In addition, under etching may be impossible because it is difficult to supply a fresh etching solution to the etching interface.

장치를 전부 이탈시키는 데에는, 장치를 벗겨내는(pulling off) 동안 장치와 기판 사이의 계면에서 접착력이 상실되는 것을 사용할 수 있다. 그러나, 접착력이 한편으로는 부양 전에 구조를 처리하기에 충분히 좋아야 하고, 다른 한편으로는 구조를 이탈시키기에 충분히 약해야 하기 때문에, 계면에서의 특별한 접착력 레벨(special adhesion level)을 제어하는 것은 어렵다. 또한, 특정 접착력 제어는 공정 파라미터에 극히 민감하다.To dislodge the device entirely, one may use that loss of adhesion at the interface between the device and the substrate while pulling off the device. However, it is difficult to control the special adhesion level at the interface because the adhesion must on the one hand be good enough to process the structure prior to flotation and on the other hand weak enough to break off the structure. In addition, specific adhesion control is extremely sensitive to process parameters.

본 발명은 일반적으로 마이크로 구조의 형성에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 마이크로 구조의 이탈(release) 또는 부양(lift-off)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 희생층 기술에 기반한 이탈 기법에 관한 것이다.The present invention generally relates to the formation of microstructures. In particular, the present invention relates to the release or lift-off of microstructures. More specifically, the present invention relates to an exit technique based on sacrificial layer technology.

도 1a ~ 1c는 본 발명의 방법에 따라 기판으로부터 마이크로 구조를 완전히 이탈시키거나 마이크로 구조의 일부를 독립하게 만드는 공정 단계를 도시하는 도해도.1A-1C illustrate process steps for completely leaving a microstructure from a substrate or making a portion of the microstructure independent in accordance with the method of the present invention.

도 2a ~ 2c는 편평하지 않은 기판에 대한 도 1a ~ 1c와 같은 공정 단계를 도시하는 도해도.2A-2C are diagrams showing process steps such as FIGS. 1A-1C for non-flat substrates.

도 3a ~ 3b는 본 발명에 따른 방법에 따라 매우 얇은 전구조 희생 물질(prestructured sacrificial material)을 에칭하는 공정 단계를 도시하는 도해도.3A-3B illustrate a process step of etching a very thin prestructured sacrificial material in accordance with the method according to the present invention.

도 4는 본 발명의 방법에 따라 적절한 전해질에 구조를 배치하는 것을 도시하는 도해도.4 illustrates the placement of a structure in a suitable electrolyte in accordance with the method of the present invention.

도 5는 본 발명의 공정에 따라 거대한 포토 플라스틱 팁 어레이의 완전한 부양을 도시하는 도면.5 shows the complete flotation of a huge photo plastic tip array in accordance with the process of the present invention.

발명의 요약Summary of the Invention

그러므로, 본 발명의 목적은 공지의 공정에서의 단점을 방지하는 기판으로부터 마이크로 구조를 이탈시키는 간단한 방법을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a simple method of leaving microstructures from a substrate which avoids the disadvantages in known processes.

본 발명의 다른 목적은 희생층의 에칭율을 증가시킴으로써, 마이크로 구조의 언더 에칭을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of improving the under etching of a microstructure by increasing the etching rate of the sacrificial layer.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 전원의 필요 없이 희생층을 전기 에칭하는 방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a method of electroetching a sacrificial layer without the need for an external power source.

이러한 목적들 및 다른 목적들과 이점은 청구항 1에 개시된 방법에 의해 이루어진다.These and other objects and advantages are achieved by the method disclosed in claim 1.

본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항에서 설명된다.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims.

본 발명의 바람직한 실시예는 도면과 함께 단지 예로서만 이후 더 상세히 설명될 것이다.Preferred embodiments of the invention will be described in more detail hereinafter only by way of example in conjunction with the drawings.

본 발명은 외부 전원의 필요 없이 전기 에칭을 통하여 희생층의 향상된 에칭율을 사용하여 마이크로 구조의 이탈을 촉진하고자 한다. 마이크로 구조는 마이크로 전자 및/또는 마이크로 기계 장치 등으로 구성될 수 있다. 또한, "마이크로 구조(microstructure)"라는 용어는 마이크로미터 범위의 구조에 국한되는 것이 아니며, 일반적으로 나노미터 범위의 구조(나노 구조) 등과 같은 매우 작은 구조를 나타낼 것이다. 그러나, 이하에서는, "마이크로 구조"라는 용어는 이런 모든 종류의 구조의 집합어로서 사용될 것이다.The present invention seeks to facilitate the departure of the microstructure using the improved etch rate of the sacrificial layer through electrical etching without the need for an external power source. The microstructures may be comprised of microelectronics and / or micromechanical devices and the like. In addition, the term "microstructure" is not limited to structures in the micrometer range, and will generally refer to very small structures, such as structures in the nanometer range (nano structures) and the like. However, hereinafter, the term "micro structure" will be used as an aggregate of all these kinds of structures.

도 1과 도 2를 함께 참조하면, 향상된 에칭이 기판으로부터 마이크로 구조의 일부를 독립시키거나 마이크로 구조를 완전히 이탈시키는데 사용될 수 있다. 도 3을 참조하면, 매우 얇은 전구조 희생 물질(prestructured sacrificial material)을 에칭함으로써, 향상된 희생층 에칭은 또한 마이크로 구조 하부의 매우 얇은 공동(cavity)이나 홈(channel)을 정의하는데도 사용될 수 있다.Referring together to FIGS. 1 and 2, improved etching may be used to isolate a portion of the microstructure from the substrate or completely leave the microstructure. Referring to FIG. 3, by etching a very thin prestructured sacrificial material, improved sacrificial layer etching may also be used to define very thin cavities or channels under the microstructure.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 기판과 기판상의 장치 사이의 계면에서 전기 도전 물질의 막 결합(film combination)에 의해 희생층의 화학 에칭을 상당히 향상시키기에 충분히 높은 전기 화학 전위를 부여하는 내부 전지나 갈바니 전지가 발생된다. 이것에 의해 이탈될 영역이 센티미터 범위로 매우 크다 하더라도 더 빠르고 더 제어된 언더 에칭 공정이 가능하게 된다.In a preferred embodiment of the present invention, an internal cell or galvanic which imparts a sufficiently high electrochemical potential to significantly improve the chemical etching of the sacrificial layer by a film combination of electrically conductive materials at the interface between the substrate and the device on the substrate. The battery is generated. This allows for a faster and more controlled underetch process even if the area to be escaped is very large in the centimeter range.

기판, 희생층 및 이탈될 마이크로 구조 사이의 접착력이 강하게 유지되어 있기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 비교적 높은 온도 단계나 기계적 압력이 적용된다 하더라도 더 견실한 처리가 가능하도록 한다.Since the adhesion between the substrate, the sacrificial layer and the microstructure to be released is strongly maintained, preferred embodiments of the present invention allow for a more robust treatment even if a relatively high temperature step or mechanical pressure is applied.

전기 에칭에 의한 희생층의 향상된 에칭율을 이용하기 위해, 전기 도전층들을 두 전극을 형성하는 서로 다른 두개의 옥시도-감소 전위(oxido-reduction potential)로 결합하는 것이 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용된다. 더 높은옥시도-감소 전위를 갖는 전극은 양극(cathode)을 형성하고, 더 낮은 옥시도-감소 전위를 갖는 전극은 음극(anode)을 형성한다.In order to take advantage of the improved etch rate of the sacrificial layer by electrical etching, it is preferred in the preferred embodiment of the present invention to combine the electrically conductive layers with two different oxido-reduction potentials forming two electrodes. Used. Electrodes with higher oxy-reduction potentials form cathodes, and electrodes with lower oxy-reduction potentials form anodes.

전극은 도체나 도핑된 반도체 등의 전기 도전 물질로부터 형성된다. 그러나, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서는, 상기 층들은 금속으로 형성된다. 바람직하게는, 양극은 귀금속(Au, Pd, Pt, Ag, Cu 등)을 포함하고, 음극은 Al, Zn, Cr, Fe, Co 등을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나의 금속이나 도핑 반도체를 포함한다.The electrode is formed from an electrically conductive material such as a conductor or a doped semiconductor. However, in a particularly preferred embodiment of the invention, the layers are formed of metal. Preferably, the anode comprises a noble metal (Au, Pd, Pt, Ag, Cu, etc.) and the cathode comprises one metal or doped semiconductor selected from the group comprising Al, Zn, Cr, Fe, Co, and the like. .

음극/양극 옥시도-감소 전위차는 최대 전기 에칭 효율을 달성하기 위해서 가능한 한 커야만 한다.Cathode / anode oxido-reduction potential differences should be as large as possible to achieve maximum electrical etch efficiency.

전기적으로 결합된 층들은 적절한 전해질, 즉 용액이나 증기 환경에 담가져서 갈바니 전지를 형성하고, 음극의 에칭을 향상시키거나 에칭하는데 충분히 높은 전위를 발생시킨다. 이것은 도 4에 도시된다. 특히 본 발명의 바람직한 실시예에서, 사용된 전해질은 음극 물질을 에칭하는 것으로 알려진 산성 용액이다.The electrically coupled layers are immersed in a suitable electrolyte, i.e. a solution or vapor environment, to form a galvanic cell and generate a potential high enough to enhance or etch the cathode. This is shown in FIG. In a particularly preferred embodiment of the invention, the electrolyte used is an acidic solution known to etch the negative electrode material.

사용된 전해질과 물질의 화학 성질에 따라, 전극 전위차는 변할 수 있고, 희생층의 에칭율을 증가시키거나 정상적으로는 발생하지 않는 반응을 발생시킨다. 반도체가 음극(예컨대, Si, SiGe 또는 GaAs)으로 사용되는 경우, 전기 화학 에칭은 반도체에서 전자-홀 쌍의 가벼운 생성(light generation)으로 인하여 향상될 수 있다.Depending on the electrolyte and the material chemistry used, the electrode potential difference can change, increasing the etch rate of the sacrificial layer or generating a reaction that does not normally occur. When semiconductors are used as cathodes (eg, Si, SiGe or GaAs), electrochemical etching can be improved due to the light generation of electron-hole pairs in the semiconductor.

화학 습식 에칭과 비교하여 수백배 이상의 에칭 향상이 관측되므로, 수 센티미터의 마이크로 구조가 성공적으로 이탈되게 된다.Hundreds of times more etching improvement is observed compared to the chemical wet etching, resulting in the successful removal of several centimeters of microstructure.

도 1에 도시된 바와 같이, 이중층의 도전 물질이 이탈될 마이크로 구조 하부의 기판에 증착되는 경우, 갈바니 전지의 음극부(더 낮은 옥시도-감소 전위를 갖는 층들 중 하나)는 희생층으로 작용하고, 마이크로 구조를 급격히 이탈시키는 빠른 언더 에칭을 지지하는 마이크로 구조측으로부터 에칭된다.As shown in Fig. 1, when a bilayer conductive material is deposited on a substrate under the microstructure to be released, the cathode portion of the galvanic cell (one of the layers having a lower oxy-reduction potential) serves as a sacrificial layer and Etched from the side of the microstructure that supports the fast under etching that rapidly leaves the microstructure.

막이 매우 얇을 수 있고(대략 10nm 범위), 얇은 갭 형성에 또한 적합한 매우 잘 제어되고 빠른 언더 에칭을 여전히 생성할 수 있다는 점은 주목할 만하다. 이점은 구조를 완전히 부양하고자 하는 것이 아니라, 단지 구조의 일부를 유도하지 않음으로써, 구조와 기판 사이에 갭을 형성하는 상황에 유용하다.It is noteworthy that the film can be very thin (approximately 10 nm range) and still produce a very well controlled and fast under etch that is also suitable for forming thin gaps. This is not intended to fully support the structure, but is useful in situations where a gap is formed between the structure and the substrate by not inducing only part of the structure.

또 다른 이점은 기판이 편평할 필요가 없기 때문에, 전구조 기판상에 제조된 장치 또한 도 2a ~ 2c에 도시된 바와 같이 이탈될 수 있다.Another advantage is that because the substrate does not need to be flat, devices fabricated on the full structure substrate can also be displaced as shown in FIGS. 2A-2C.

이러한 희생층 기법은 또한 처리하기 쉬운 임의의 재료의 기판으로부터 구조를 전사(transfer)하는데 사용될 수 있다. 이것은 임의의 재료의 장치의 전부 또는 일부를 이탈시키는 것을 가능케 한다.This sacrificial layer technique can also be used to transfer structures from a substrate of any material that is easy to process. This makes it possible to depart all or part of the device of any material.

도 1a ~ 1c는 본 발명을 실시하는 방법에 따른 공정 단계를 나타낸다. 우선, 기판(2)이 제공된다. 이 기판은 예컨대 실리콘, 유리, 수정, 세라믹, 플라스틱 등의 적절한 물질로 구성될 수 있다. 기판은 편평할 필요가 없고 어떠한 형태도 가질 수 있다.1A-1C show process steps according to the method of practicing the present invention. First, the substrate 2 is provided. The substrate may be composed of any suitable material, for example silicon, glass, quartz, ceramics, plastics and the like. The substrate need not be flat and can have any shape.

다음 단계로는, 도전 물질의 두 층(4, 6)이 기판에 증착된다. 층들 중 하나는 Au, Pd, Pt, Ag, Cu 등의 귀금속과 같은 높은 옥시도-감소 전위를 갖는 물질로 구성된다. 이하에서 이 층(4)은 양극으로 작용할 것이다.In the next step, two layers 4, 6 of conductive material are deposited on the substrate. One of the layers consists of a material having a high oxidative-reduction potential, such as noble metals such as Au, Pd, Pt, Ag, Cu and the like. In the following this layer 4 will act as an anode.

제2 층(6)은 예컨대 Al, Zn, Cr, Fe, Co 등과 같이, 층(4)보다 더 낮은 옥시도-감소 전위를 갖는 물질로 구성된다. 이하에서 이 제2 층은 음극으로 작용할 것이다. 두 층의 증착은 전기적 접촉이 두 층 사이에서 존재하도록 수행되어야 한다.The second layer 6 is composed of a material having a lower oxidative-reduction potential than the layer 4, for example Al, Zn, Cr, Fe, Co and the like. In the following this second layer will act as a cathode. Deposition of the two layers must be performed such that electrical contact is present between the two layers.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 양극이 먼저 증착되고, 이후 희생층으로 작용하는 음극이 양극의 상부에 뒤이어 증착되므로, 양극은 마이크로 구조의 부양 부분과 이탈되지 않는다.In a preferred embodiment of the invention, the anode is deposited first and then the cathode acting as a sacrificial layer is deposited after the top of the anode so that the anode does not deviate from the buoyant portion of the microstructure.

기판(2)에 두 전극을 증착한 후, 이탈될 마이크로 구조(8)가 소망하는 구조(도 1a)를 조성하는 물질의 표준 증착 및 구조화 기법에 의하여 이 구조의 상부에 형성된다.After depositing two electrodes on the substrate 2, the microstructure 8 to be separated is formed on top of this structure by standard deposition and structuring techniques of the material which constitutes the desired structure (FIG. 1A).

이어서, 제2 층(6)은 도 4에 도시된 바와 같이 이 구조(10)를 적절한 전해질(12)에 담글 때 전기 화학적으로 에칭될 것이다. 전해질(12)은 용액이나 증기 환경으로 구성되는 것이 좋다. 따라서, 갈바니 전지가 형성되어, 희생층으로 작용하는 음극의 에칭이 일어나거나 대폭 향상되기에 충분히 높은 전위를 생성하게 된다.The second layer 6 will then be electrochemically etched when immersing this structure 10 in a suitable electrolyte 12 as shown in FIG. 4. The electrolyte 12 is preferably composed of a solution or a vapor environment. Thus, a galvanic cell is formed, creating a potential high enough to cause etching or significantly improve the cathode acting as a sacrificial layer.

도 1b는 마이크로 구조(8)의 일부만이 기판으로부터 이탈된 후의 최종 제품을 도시하는 반면, 도 1c는 완전한 마이크로 구조(8)의 이탈을 도시한다.FIG. 1B shows the final product after only a portion of the microstructure 8 has been dislodged from the substrate, while FIG. 1C shows the disengagement of the complete microstructure 8.

도 2a ~ 2c는 편평하지 않은 기판(2)에 대한 동일한 공정 단계를 나타낸다.2A-2C show the same process steps for the non-flat substrate 2.

도 1 및 도 2에 도시된 공정은 또한 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 매우 얇은 전구조 희생 물질을 에칭함으로써, 마이크로 구조 하부의 매우 얇은 공동이나홈을 규정짓는데 사용될 수 있다. 희생 물질은 우선 이탈될 필요가 있는 부분을 규정짓기 위해 구조화된다. 따라서, 제어된 크기의 갭(16)과 마이크로 홈(14)이 제조될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 기계 발진기, 마이크로 스위치, 캔틸레버(cantilever), 마이크로 유체 채널(microfluidic channel), 마이크로 구동기(micro actuator), RF 전자 회로용 지지 코일(suspended coil for RF electronic circuit) 등과 같은 장치의 제조에만 유용한 것은 아니지만, 특히 이들에 제조에 유용하다고 이해될 것이다.The process shown in FIGS. 1 and 2 may also be used to define very thin cavities or grooves under the microstructure by etching the very thin prestructure sacrificial material as shown in FIGS. 3A and 3B. The sacrificial material is first structured to define the portion that needs to be released. Thus, controlled sized gaps 16 and microgrooves 14 can be fabricated. Embodiments of the present invention are directed to devices such as mechanical oscillators, micro switches, cantilevers, microfluidic channels, micro actuators, suspended coils for RF electronic circuits, and the like. While not only useful for manufacture, it will be understood to be particularly useful for their manufacture.

본 발명은 마이크로 전기 기계 구조(Micro Electro-Mechanical Structure; MEMS), 집적 광학 또는 마이크로 전자 분야에서의 많은 이탈 공정에 사용될 수 있다. 도 5는 예컨대 1.6 ×6mm의 거대한 포토 플라스틱 팁 어레이의 완전 이탈을 도시한다.The present invention can be used in many departure processes in the field of Micro Electro-Mechanical Structure (MEMS), integrated optics or microelectronics. 5 shows a complete departure of a huge photo plastic tip array, for example 1.6 × 6 mm.

본 발명의 실시예들이 플립-칩 공정과 함께 사용되는 경우, 심지어 그 기술이 호환성이 없을 지라도(MEMS, 집적 광학, CMOS, III-V, Si-Ge 등), 어떤 종류의 마이크로 제조 구조나 장치라 하더라도 다른 마이크로 구조나 마이크로 장치로의 집적이 가능해진다. 집적 광학에서는, 예컨대 다른 기술로부터 다른 장치들을 다른 기판에 병합하는 것이 가능할 수 있다 (도파관, 거울, 편향기, 검파기, 마이크로 렌즈, 레이저 다이오드 등).When embodiments of the present invention are used with a flip-chip process, even if the technology is incompatible (MEMS, integrated optics, CMOS, III-V, Si-Ge, etc.), any kind of microfabrication structure or device Even the integration into other microstructures or microdevices is possible. In integrated optics, for example, it may be possible to incorporate different devices into different substrates from different technologies (waveguides, mirrors, deflectors, detectors, micro lenses, laser diodes, etc.).

본 발명의 가능한 응용은 CMOS 칩에 캔틸레버를 집적하는 것이다. CMOS 칩(포스트 CMOS)에 캔틸레버를 탑재하는 경우, MEMS 부품에 사용될 수 있는 공정은 실제로 제한되게 되고, 또한 어떤 수율의 문제가 부가된다. 간단한 공정은 CMOS 회로와 MEMS 부품을 분리하여 제조하는 것일 수 있다. 전체 캔틸레버 어레이는 이후 이탈될 수 있고, CMOS 칩상의 단부에서 "플립"될 수 있다. 이 경우에, 레버의 잘 제어된 부양이 바람직하다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 실시예는 특히 이러한 공정에 적합하다.A possible application of the present invention is to integrate cantilevers in CMOS chips. When the cantilever is mounted on a CMOS chip (post CMOS), the process that can be used for the MEMS component is practically limited, and also a problem of some yield is added. A simple process may be to separate the CMOS circuit and the MEMS component. The entire cantilever array can then be dislodged and "flipped" at the end on the CMOS chip. In this case, well controlled flotation of the lever is preferred. Therefore, a preferred embodiment of the present invention is particularly suitable for this process.

에폭시 기반 스캐닝 근접 광학 현미경(Scanning Near-Field Optical Microscopy; SNOM) 프로브는 감광 에폭시 레지스트에서 제조된다. 이전에 실리콘으로 에칭된 피라미드 주형이 팁(tip)을 형성하는데 사용된다. 일단 에폭시 프로브가 제조되면, 광섬유가 가이딩 구조에 유입되어 접착된다. 전체 구조는 이후 기판으로부터 부양된다. 이것은 희생층을 에칭함으로써 가능하다. 이 경우에, Au 층, Cr 층, TaO 층 및 100 nm 두께의 Al 층으로 이루어진 계면이 설계되었다. Al 층은 팁 정점으로 가볍게 다운되어 생기는 광손실을 방지하기 위해 SNOM 팁에 대한 광 코팅으로서 사용된다. Cr-Au 층은 에칭되어 제거되는 음극으로서 Cr을 갖는 갈바니 전지를 형성한다. TaO 층은 Al이 원치않는 에칭으로 이어질 수 있는 제2 갈바니 전지(Au 막과 Al 막으로 형성됨)의 형성을 방지하기 위해 Al 막을 전기적으로 절연시키는 절연막이다.Epoxy-based Scanning Near-Field Optical Microscopy (SNOM) probes are made in photosensitive epoxy resist. Pyramid templates previously etched with silicon are used to form the tips. Once the epoxy probe is made, the optical fiber enters the guiding structure and bonds. The entire structure is then suspended from the substrate. This is possible by etching the sacrificial layer. In this case, an interface consisting of an Au layer, a Cr layer, a TaO layer and an Al layer 100 nm thick was designed. The Al layer is used as a light coating on the SNOM tip to prevent light loss caused by light down to the tip tip. The Cr-Au layer forms a galvanic cell with Cr as the negative electrode which is etched away. The TaO layer is an insulating film that electrically insulates the Al film to prevent the formation of a second galvanic cell (formed of the Au film and the Al film), which may lead to unwanted etching.

Claims (15)

기판(2)으로부터 마이크로 구조(8)를 적어도 부분적으로 이탈시키는 방법에 있어서,In the method of at least partially leaving the microstructure (8) from the substrate (2), (a) 기판(2)을 제공하는 단계와,(a) providing a substrate 2, (b) 상기 기판(2)에 각각 전기 도전 물질을 포함하고, 각각 서로 다른 옥시도-감소 전위를 갖는 제1 층(4) 및 제2 층(6)을 증착하는 단계와,(b) depositing a first layer (4) and a second layer (6) each comprising an electrically conductive material on the substrate (2), each having a different oxidative-reduction potential; (c) 상기 제1 층(4) 및 제2 층(6)을 전기적으로 접속하는 단계와,(c) electrically connecting the first layer 4 and the second layer 6, (d) 단계 (b)에서 증착된 상기 제1 층(4) 및 제2 층(6) 위에 마이크로 구조를 형성하여, 중간 구조를 생성하는 단계와,(d) forming a microstructure on the first layer 4 and the second layer 6 deposited in step (b) to produce an intermediate structure, (e) 단계 (d)에서 형성된 상기 중간 구조(10)를 전해질(12)에 담금으로써, 상기 제2 층(6)을 전기 화학적으로 에칭하는 단계(e) electrochemically etching the second layer 6 by immersing the intermediate structure 10 formed in step (d) in an electrolyte 12. 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.Micro structure leaving method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 층(4) 및 제2 층(6)은 순차적으로 증착되고, 상기 마이크로 구조(8)를 형성하기 전에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.And said first layer (4) and said second layer (6) are deposited sequentially and electrically connected before forming said microstructure (8). 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 기판(2)은 실리콘, 유리, 수정, 세라믹, 플라스틱 등을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.And said substrate (2) comprises a material selected from the group consisting of silicon, glass, quartz, ceramics, plastics and the like. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 기판(2)은 실질적으로 편평한 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.And said substrate (2) is substantially flat. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 제1 층(4)은 귀금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.And said first layer (4) comprises a noble metal. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 귀금속은 Au, Pd, Pt, Ag 및 Cu를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.Wherein said noble metal is selected from the group comprising Au, Pd, Pt, Ag and Cu. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 제2 층(6)은 Al, Zn, Cr, Fe 및 Co를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.Said second layer (6) comprises at least one metal selected from the group comprising Al, Zn, Cr, Fe and Co. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 층들은 도체나 도핑 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.And the layers comprise a conductor or a doped semiconductor. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 제1 층(4)은 상기 제2 층(6)보다 더 높은 옥시도-감소 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.The first layer (4) is characterized in that it has a higher oxidative-reduction potential than the second layer (6). 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 9, 상기 제1 층(4)은 양극(cathode)으로 작용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.The first layer (4) is characterized in that the act as a cathode (cathode). 제1항 내지 제10항 중 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10, 상기 제2 층(6)은 음극(anode)으로 작용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.The second layer (6) is a method for leaving the microstructure, characterized in that acts as the anode (anode). 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 11, 상기 제1 층(4) 및 제2 층(6)은 상기 전해질(12)에 담가질 때 갈바니 전지(galvanic cell)를 집합적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.Wherein said first layer (4) and said second layer (6) collectively form a galvanic cell when immersed in said electrolyte (12). 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 12, 상기 마이크로 구조(8) 하부에 하나 또는 그 이상의 마이크로 홈(micro channel), 공동(cavity; 14) 및 갭(gap; 16)을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.Forming one or more microchannels, cavities (14) and gaps (16) under the microstructure (8). 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 상기 마이크로 구조(8)는 마이크로 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 이탈 방법.Wherein said microstructure (8) comprises a microelectronic device. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 형성된 마이크로 구조.Microstructure formed by the method according to claim 1.
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GB8921722D0 (en) * 1989-09-26 1989-11-08 British Telecomm Micromechanical switch
US5374792A (en) * 1993-01-04 1994-12-20 General Electric Company Micromechanical moving structures including multiple contact switching system
US5531018A (en) * 1993-12-20 1996-07-02 General Electric Company Method of micromachining electromagnetically actuated current switches with polyimide reinforcement seals, and switches produced thereby
US6117694A (en) * 1994-07-07 2000-09-12 Tessera, Inc. Flexible lead structures and methods of making same

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