KR20040053127A - 미소기계 스위치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판(10) 위에 부분적으로 매달린 도전성 빔(14, 14'), 상기 도전성 빔과 이웃하는 적어도 1개의 접촉 전극(12, 12'), 및 상기 도전성 빔과 이웃하는 적어도 1개의 제어 전극(13, 13')을 포함하는 미소기계 스위치를 제공하는 것으로, 상기 제어 전극에 전위가 인가되면, 상기 빔은 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 편향될 수 있게 되어, 상기 도전성 빔이 접촉 전극과의 사이에 전기 경로를 생성하기 위해 상기 접촉 전극과 선택적으로 접촉할 수 있게 된다. 특히, 상기 도전성 빔은 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 길고 가늘게 연장할 수 있고, 상기 기판에 수직인 방향으로 세장 단면을 가진다.
Description
미국 특허 5658698호는 기판, 상기 기판 위에 매달리고, 그 사이에 공간을 가진 패턴화된 빔 부재, 및 상기 기판 위에 상기 빔 부재를 매달기 위한 지지 구조체를 포함하는 정전 액츄에이터와 같은 미소구조(microstructure)를 기술한다. 상기 미소구조는 상기 빔 부재와 상기 기판 사이에 공간을 형성하기 위해 제거되는 희생층을 사용하여 제조된다. 상기 빔의 편향은 상기 기판에 수직인 평면에서 상기 빔 부재(또는 그것의 도전성 부분)와 게이트/제어 전극에 전위를 인가한 결과 상기 빔과 이웃하게 위치한 상기 게이트/제어 전극 사이의 정전기 인력에 반응하여 이루어진다.
이러한 종래의 스위치에서, 캔틸레버 용량(cantilever capacitance)에 저장된 에너지는 게이트/제어 전극들과 캔틸레버 사이의 거리에 따라 급속히 변한다. 일단 충분한 에너지가 저장되면, 상기 스위치가 닫힐 때 상기 거리가 매우 작을 때는 스위치는 갑자기 그리고 히스테릭하게 닫힌다. 그러므로, "오프에서 온으로(off to on)" 전압은 "온에서 오프로(on to off)" 전압과 통상 다르다.
미국 특허 5818093호는 게이트가 기판의 평면에 회전 가능하게 설치되는 반도체 기판 위에 매달린 게이트를 가지는 반도체 가속도계 디바이스를 기술한다.
본 발명은 미소기계 스위치 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1a와 1b, 도 2a와 2b 및 도 3a와 3b는 각각 본 발명에 의한 미소기계 스위치의 제조 방법을 예시하는 측면도와 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 미소기계 스위치의 대안적인 구성을 도시하는 도면.
본 발명의 목적은 개선된 미소기계 스위치와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 기판 위에 부분적으로 매달린 도전성 빔, 상기 도전성 빔과 이웃하는 적어도 1개의 접촉 전극, 및 상기 도전성 빔과 이웃하는 적어도 1개의 제어 전극을 포함하는 미소기계 스위치가 제공된다. 상기 제어 전극들중 하나에 전위가 인가되면, 상기 빔은 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 편향될 수 있게 되어, 상기 도전성 빔이 접촉 전극과의 사이에 전기 경로를 생성하기 위해 상기 접촉 전극과 선택적으로 접촉될 수 있다.
이러한 스위치의 구성은, 빔의 변위로 인한 저장된 전기 에너지의 변동이 훨씬 덜 신속하게 되고, 따라서 스위칭이 더 제어 가능하게 되도록 할 수 있는 스위치를 가능하게 한다.
이상적으로는, 빔이 제어 전극들의 인력에 덜 반발적이 되게 하여, 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 움직임이 용이하게 되도록 하기 위하여, 기판에 수직인 방향으로 세장(elongate) 단면을 가지고 기판의 평면에서 상기 도전성 빔이 길고 가늘게 연장된다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판의 희생층을 형성하는 단계; 이 기판 상에 도전성 빔을 형성하는 단계; 도전성 빔이 기판 위에 부분적으로 매달려 있도록 하기위해, 희생층을 제거하는 단계; 및 도전성 빔과 이웃하게 적어도 1개의 제어 전극과 적어도 1개의 접촉 전극을 형성하는 단계를 포함하는 상기 미소기계 스위치의 제조 방법이 제공된다.
후막 인쇄 기술, 박막 증착 기술 또는 그것들의 조합도 스위치를 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 프로세스 단계들의 수를 최소화하기 위해; 두꺼운 필름에 대해서는 도전성 빔과 적어도 1개의 전극들이 동일한 인쇄 단계 동안에 후막 인쇄 기술로 형성될 수 있고; 또는 얇은 필름에 대해서는 박막 증착 기술을 사용하여 하나의 도전성 층이 증착되어 상기 도전성 빔과 적어도 1개의 전극들 모두를 형성하기 위해 패턴화될 수 있다.
이제, 본 발명은 다음 도면들을 참조하여 실시예에 의해서만 설명한다.
도면이 일정 비율로 작성되지 않는다는 점을 유의해야 한다. 오히려, 이들 도면들의 상대적인 크기와 요소들은, 명확성과 본 발명의 이해를 돕기 위해, 과장되거나 크기가 축소되었다. 또한, 동일한 참조 부호가 상이한 실시예들에서 대응하거나 유사한 특성을 나타내는데 사용된다.
본 발명에 의한 미소기계 스위치는 다음과 같이 제조될 수 있다:
(1) 기판(10)(여기서, 기판은 산화규소 또는 질화 규소 등의 층으로 선택적으로 덮여진 유리, 실리콘 또는 또다른 재료일 수 있다)위에, 폴리머 포토레지스트의 희생층(11)이 도 1a와 도 1b에 예시된 바와 같이, 적층되고 패턴화된다.
(2) 그 다음, 도 2a와 도 2b에 예시된 바와 같이, 알루미늄(또는 대안적으로 알루미늄 합금, 크롬 또는 기타 도체)과 같은 도전층이 부분적으로 기판에 부분적으로 희생층(11) 상에서 기판(10)위에 적층될 수 있다. 그 다음, 도전층은 도전성 빔(14, 14')을 형성하기 위해 패턴화되고 빔, 제어 및 접촉 전극들에 이웃하도록 놓여질 수 있다.
(3) 그 후, 도 3a와 도 3b에 예시된 바와 같이, 도전성 빔이 기판 위에 부분적으로 매달려 있도록 하기 위해 종래의 기술을 사용하여 희생층이 제거될 수 있다.
이러한 결과의 스위치는 전위가 제어 전극(13 또는 13')에 인가되어 빔이 그 전극으로 끌어당겨지고, 결국에는 대응하는 접촉 전극(12 또는 12')과 접촉하게 됨으로써, 빔과 접촉 전극 사이에 전기적인 경로가 만들어지는 방식으로 동작한다. 빔과 접점 및 제어 전극들의 베이스(base)는 회로용 스위치로서의 동작을 위해 외부 회로(미도시)에 연결될 수 있다. 또한, 그러한 스위치들의 매트릭스 배열이 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 미소기계 스위치의 대안적인 구성이 도 4에 도시되어 있고, 여기서 빔(14)은 빔의 베이스(14')에 가까운 선회점(15)에서 더 얇다. 이는 기판에 수직인 방향으로 세장 단면을 가지는 도전성 빔을 제공하고, 이는 빔이 기판의 평면과 평행한 방향으로의 움직임을 용이하게 하도록 제어 전극들의 인력들에 대해 덜 반발적이 되도록 한다.
종래의 "캔틸레버" 타입의 미소기계 스위치들의 제조는 공지되어 있고, 그것들을 제조하기 위한 많은 기술, 재료, 및 정확한 프로세스 조건들을 포함하는 고찰들이 또한 본 발명에 의한 미소기계 스위치의 제조와 관련이 있다. 예를 들어, 여기에 참조로 병합된 다음 문서들을 참조하라: 케이 이 페터슨(K E Petersen)에 의한 논문 "실리콘 상의 미소기계 멤브레인 스위치(Micromechanical Membrane Switches on Silicon)"(IBM 저널 연구개발 Vol. 23, No. 4, 1979); 미국 특허 5638946호와 5658698호(특히, 4열, 34라인부터 5열 50라인까지의 희생층들에 대한 토론); 및 PCT 특허 출원 WO96/16435호. 따라서, 이러한 기술, 재료 또는 고찰들은 본 명세서에서 명시적으로 기술되지는 않았다.
본 발명은 빔의 변위로 인한 저장된 전기 에너지의 변동을 훨씬 덜 신속하게 할 수 있게 하여 보다 용이한 스위칭 제어의 구현을 필요로 하는 미소기계 스위치의 제조에 응용할 수 있다.
Claims (7)
- 기판 위에 부분적으로 매달린 도전성 빔, 상기 도전성 빔에 이웃하는 적어도 1개의 접촉 전극, 및 상기 도전성 빔에 이웃하는 적어도 1개의 제어 전극을 포함하는 미소기계 스위치로서, 상기 제어 전극들중 하나에 전위가 인가되면, 상기 빔은 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 편향될 수 있게 되어, 상기 도전성 빔이 상기 접촉 전극과의 사이에 전기 경로를 생성하기 위해 상기 접촉 전극과 선택적으로 접촉하게 될 수 있는, 미소기계 스위치.
- 제 1항에 있어서, 상기 도전성 빔은 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 길고 가늘게 연장하고, 상기 기판에 수직인 방향으로 세장(elongate) 단면을 가지는, 미소기계 스위치.
- 미소기계 스위치 제조 방법으로서,- 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;- 상기 기판 상에 도전성 빔을 형성하는 단계;- 상기 도전성 빔이 상기 기판 상에 부분적으로 매달여 있도록 하기 위해 상기 희생층을 제거하는 단계; 및- 상기 도전성 빔과 이웃하게, 적어도 1개의 제어 전극과 적어도 1개의 접촉 전극을 형성하는 단계를 포함하고,상기 제어 전극에 전위가 인가되면, 상기 빔은 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 편향될 수 있게 되어, 상기 도전성 빔이 상기 접촉 전극과의 사이에 전기 경로를 생성하기 위해 상기 접촉 전극과 선택적으로 접촉하게 될 수 있는, 미소기계 스위치 제조 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 도전성 빔은 상기 기판의 평면과 평행한 방향으로 길고 가늘게 연장하고, 상기 기판에 수직인 방향으로 길고 가는 단면을 가지는, 미소기계 스위치 제조 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 도전성 빔과 적어도 1개의 전극은 상기 동일한 인쇄 단계동안, 후막 인쇄 기술에 의해 형성되는, 미소기계 스위치 제조 방법.
- 제 3항에 있어서, 하나의 도전성 층이 박막 증착 기술을 사용하여 증착되어, 상기 도전성 빔과 적어도 1개의 전극을 형성하도록 패턴화되는, 미소기계 스위치 제조 방법.
- 제 3항 내지 제 6항중 어느 한 항에 의한 방법으로 제조된 미소기계 스위치.
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