KR20050039446A - 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및그에 의해 제작된 진동소자 - Google Patents

중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및그에 의해 제작된 진동소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자(30)를 제작하는 방법에 있어서: P-type 100인 300㎛ 두께로 양면에 표면가공된 실리콘 웨이퍼(21)를 준비하는 제1공정(S1); 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 테오스(TEOS)(22)를 형성하는 제2공정(S2); 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 양면에 폴리머(23)를 코팅하고, 굳게 하는 제3공정(S3); 상기 실리콘 웨이퍼(21)에 진동 박막과 테오스를 식각하기 위한 마스크로 이용하기 위해 양면에 패턴(25)(26)하는 제4공정(S4); 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 폴리머패턴(26)을 마스크로 이용하여 테오스(22)를 식각하는 제5공정(S5); 및 상기 실리콘 웨이퍼(21)에 식각된 테오스패턴을 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(21)를 식각하는 제6공정(S6)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 반도체공정을 이용하여 일정한 크기, 특성 및 성능을 가지는 진동소자를 대량으로 제작이 가능하여 균일한 진동성능을 가지는 진동 트랜스듀서를 제작이 가능함은 물론, 진동소자의 빔의 두께와 폭을 조절하여 트랜스듀서의 진동특성을 조절할 수 있어 귀 내부의 중이의 진동특성과 유사한 진동 특성을 가지는 효과를 제공한다.

Description

중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및 그에 의해 제작된 진동소자{Manufacturing Method of elastic membrane of transducer for middle ear implant and a elastic membrane thereby}
본 발명은 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체공정을 이용하여 일정한 크기, 특성 및 성능을 가지는 진동소자를 대량으로 제작이 가능하여 균일한 진동성능을 가지는 진동 트랜스듀서를 제작이 가능함은 물론, 진동소자의 빔의 두께와 폭을 조절하여 트랜스듀서의 진동특성을 조절할 수 있어 귀 내부의 중이의 진동특성과 유사한 진동 특성을 가지는 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및 그에 의해 제작된 진동소자에 관한 것이다.
일반적으로, 인간이 갖는 중요한 감각기관인 귀의 감도저하로 인하여 심한 불편을 안겨주는 장애 현상의 하나인 난청의 경우 대부분의 환자들이 기존의 보청기를 이용하여 청각의 문제를 해결하고 있으나 효과적으로 보청기의 도움을 받는 환자는 전체 난청인구의 약 15％에 불과하다. 그 원인은 경제적인 부담이 문제가 될 수 있지만, 실제로는 기존의 보청기가 가지는 성능상의 문제 때문이다.
이렇듯, 기존의 보청기는 먼저 음성신호를 전기신호로 변환 후 증폭 및 신호처리과정을 거쳐 다시 음성신호로 변환되므로 왜곡현상이 수반되어 음질이 만족스럽지 못하고 청각역치가 높은 난청자에게 사용하기 위하여 보청기의 이득을 높일 경우 음향 피이드백에 의한 하울링현상이 일어나기 때문에 이득의 제한 폭이 좁아지는 문제가 있다.
이러한, 보청기의 문제를 해결하기 위하여 제시된 방안은 여러 가지가 있는데 그 중에서도 이식형 인공중이 시스템(Implant middle ear hearing aid system)은 구조가 간단하면서도 효과적으로 음성신호의 왜곡을 크게 줄여 난청자에게 명료한 음향을 제공할 수 있기 때문에 세계적으로 많이 연구되고 있는 실정이다.
이식형 인공중이 시스템은 소리에 해당하는 형태의 진동을 트랜스듀서를 사용하여 중이의 이소골 또는 내이 입구에 직접 인가하는 방법으로 난청자가 소리를 들을 수 있도록 해주는 청각보조기이다. 그러므로 이식형 인공중이는 공기 전도형 보청기의 단점인 음향 피드백에 의한 하울링 현상을 줄일 수 있고, 보다 나은 청음 명료도를 얻을 수 있다.
이러한 인공중이의 요소 중에서 트랜스듀서(transducer)는 난청자의 중이내에 이식되어 소리에 해당하는 전기신호를 진동신호로 바꾸어 내이에 전달하는 장치로서 인공중이의 가장 핵심적인 부분이다.
도 1은 일반적인 트랜스듀서의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에서 사용되는 진동소자의 구조를 나타내는 구성도이다.
도 1에서, 중이 이식형 보청기의 트랜스듀서(10)는 전자코일(1)내부에 같은 극을 마주 붙인 2개의 소형 영구자석(2)이 위치하며 코일(1)과 자석(2)을 진동소자(Elastic membrane)(3)로 지지하는 형태를 가지고 있다. 코일(1)에 전류가 흐를 경우 발생하는 자기장의 영향으로 진동력이 발생되며 이 힘은 진동소자(3)에 전해져서 전체의 진동 트랜스듀서(10)가 진동하게 된다. 이하 미설명된 도면부호 5는 커버를 나타낸 것이다.
이때, 진동소자(3)가 가지는 여러 가지 특성들에 의해서 진동특성과 진동효율이 결정되는데, 이러한 진동소자(3)는 도 2에서와 같이 중앙에 지지대(3a)를 두고 바깥쪽으로 빔(3b)을 가지는 구조로 구성된다. 이때 빔의 숫자와 빔의 두께, 빔의 폭에 따라 진동특성이 달라지게 된다.
따라서, 이러한 중이 이식형 보청기의 트랜스듀서는 크기가 매우 작기 때문에(지름 2mm, 길이 2mm 정도)로 제작이 힘들고 특히, 진동소자(3)의 장력을 일정하게 유지해 주기가 힘들기 때문에 균일한 성능의 트랜스듀서를 제작하기가 힘든 문제점이 있었다.
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 반도체공정을 이용하여 일정한 크기, 특성 및 성능을 가지는 진동소자를 대량으로 제작이 가능하여 균일한 진동성능을 가지는 진동 트랜스듀서를 제작이 가능함은 물론, 진동소자의 빔의 두께와 폭을 조절하여 트랜스듀서의 진동특성을 조절할 수 있어 귀 내부의 중이의 진동특성과 유사한 진동 특성을 가지는 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및 그에 의해 제작된 진동소자를 제공하려는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자(30)를 제작하는 방법에 있어서: P-type 100인 300㎛ 두께로 양면에 표면가공된 실리콘 웨이퍼(21)를 준비하는 제1공정(S1); 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 테오스(TEOS)(22)를 형성하는 제2공정(S2); 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 양면에 폴리머(23)를 코팅하고, 굳게 하는 제3공정(S3); 상기 실리콘 웨이퍼(21)에 진동 박막과 테오스를 식각하기 위한 마스크로 이용하기 위해 양면에 패턴(25)(26)하는 제4공정(S4); 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 폴리머패턴(26)을 마스크로 이용하여 테오스(22)를 식각하는 제5공정(S5); 및 상기 실리콘 웨이퍼(21)에 식각된 테오스패턴을 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(21)를 식각하는 제6공정(S6)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자(30)를 제작하는 방법에 있어서: P-type 100인 200㎛ 두께로 양면에 표면가공된 실리콘 웨이퍼(31)를 준비하는 제1공정(S10); 상기 실리콘 웨이퍼(31)의 양면에 폴리머(23)를 코팅하고, 굳게 하는 제2공정(S20); 상기 실리콘 웨이퍼(31)에 진동 박막과 실리콘을 식각하기 위한 마스크로 이용하기 위해 양면에 패턴(35)(36)하는 제3공정(S30); 및 상기 실리콘 웨이퍼(31)의 뒷면에 폴리머패턴(36)을 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(31)를 식각하는 제4공정(S40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 공정을 이용하여 빔(30b)의 개수와 두께, 폭을 서로 달리한 다양한 형태로 형성하는 진동소자(30)를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 제작방법을 구현하는 상태를 나타내는 공정도이다.
본 발명은 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자(30)를 제작하는 방법에 관련된다. 진동소자(30)는 여러 가지 특성들에 의해서 진동특성과 진동효율이 결정되는데, 이는 진동소자(30)를 구성하는 빔(30b)의 숫자와 빔의 두께, 빔의 폭에 따라 진동특성이 달라지게 된다. 이하 미설명된 도면부호 30a는 지지대를 나타낸 것이다.
본 발명의 제1공정(S1)으로서, P-type 100인 300㎛ 두께로 양면에 표면가공된 실리콘 웨이퍼(21)를 준비한다. 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer)(21)는 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 결정실리콘 박판을 말한다. 실리콘 웨이퍼는 불순물(Dopant)종류와 결정성장 방향, 웨이퍼의 직경에 따라 구분되는 바, 본 발명에서 사용되는 실리콘 웨이퍼는 불순물 종류에 따른 P-Type(3가 원소(B)를 불순물로 사용한다)을, 결정성장 방향에 따른 100인을, 웨이퍼의 직경에 따른 300㎛를 사용한다. 이러한, 본 발명의 실리콘 웨이퍼(21)는 고도의 평탄도(Flatness)가 요구됨에 따라 양면에 연마 공정(Polishing)을 하여 사용한다.
다음으로, 이와 같이 연마공정을 거친 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 테오스(TEOS)(22)를 형성하는 제2공정(S2)을 거친다. 즉, 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 산화막 형성을 위한 화학적 기상증착재료인 테오스(TEOS: Tetra-ethvl-ortho-silicate)를 형성한다. 테오스는 실리콘 웨이퍼에 산소환경 속에서 플라즈마를 이용하여 산화반응을 일으켜 얇은 막(산화막)을 형성한 것이다. 이때, 테오스는 후술하는 진동소자를 형성하기 위해 실리콘을 식각할 때 마스크로 사용하기 위해 필요하다.
다음으로, 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 양면에 폴리머(23)를 코팅하고, 굳게 하는 제3공정(S3)을 거친다. 이 공정은 실리콘 웨이퍼(21)에 스피너(spinner)를 이용하여 양면에 액체상태의 폴리머물질(23)(폴리이미드, polyimide)을 골고루 코팅하고, 이후 소프트 배킹(soft baking), 즉 오븐장치를 통하여 90℃에서 30분 동안 굽어 실리콘 웨이퍼(21)의 양면에 폴리머(23)를 코팅한다.
다음으로, 상기 실리콘 웨이퍼(21)에 진동 박막과 테오스를 식각하기 위한 마스크로 이용하기 위해 양면에 패턴(25)(26)하는 제4공정(S4)을 거친다. 이는 사진식각공정으로, Photo-lithography를 이용하여 실리콘 웨이퍼(21)에 빛(UV선)을 쏘아 폴리머물질을 반응시켜 진동소자(30)의 형태를 형성하는 바, 즉 실리콘 웨이퍼(21)의 양면에 진동 박막용 마스크와 식각 패턴을 위한 마스크를 이용하기 위해 패턴(25)(26)작업을 한다.
다음으로, 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 폴리머패턴(26)을 마스크로 이용하여 테오스(22)를 식각하는 제5공정(S5)을 거친다. 이는 제4공정(S4)을 거친 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 형성된 폴리머패턴(26)을 이용하여 P-5000 etcher이라는 장비를 사용하여 테오스(22)부분을 식각한다. 이는 진동소자(30)의 뒷면을 만드는 과정이다. 즉, 뒷면의 폴리머패턴(26)을 기준하여 테오스(22)부분을 깎아 없애 진동소자(30)의 뒷면을 만든다.
다음은 마지막 단계로서, 상기 실리콘 웨이퍼(21)에 식각된 테오스패턴을 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(21)를 식각하는 제6공정(S6)을 거친다. 이는 제5공정(S5)을 거친 테오스패턴을 마스크로 이용하여 Deep Reactive Ionic Etcher 장비를 사용하여 실리콘 웨이퍼(21)를 식각하여 진동소자(30)를 완성한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제작방법을 구현하는 상태를 나타내는 공정도이다.
이는 진동소자(30)를 제작함에 있어서, 상기의 도 3에서와 같은 공정을 거치는 한편, 테오스(TEOS)를 형성하는 제2공정(S2)과 테오스(22)를 식각하는 제5공정(S5)이 필요하지 않다. 따라서, 도 3의 일련의 공정을 거치면서 테오스(TEOS)부분을 대체하여 폴리머물질을 이용하여 보다 약20∼30㎛정도 두껍게 코팅하여 진동소자를 제작하는 것이다.
본 발명의 제1공정(S10)으로서, P-type 100인 200㎛ 두께로 양면에 표면가공된 실리콘 웨이퍼(31)를 준비한다. 이는 도 3에 도시된 공정과 마찬가지로 실리콘 웨이퍼(31)를 준비한다. 단, 웨이퍼의 직경만 달리하여 300㎛이 아닌 200㎛ 두께를 지닌 실리콘 웨이퍼(31)를 사용하여 연마공정(Polishing)을 거쳐 고도의 평탄도(Flatness)를 지니도록 형성한다.
본 발명의 제2공정(S20)으로서, 상기 실리콘 웨이퍼(31)의 양면에 폴리머(23)를 코팅하고, 굳게 한다. 실리콘 웨이퍼(31)에 스피너(spinner)를 이용하여 양면에 액체상태의 폴리머물질(23)(폴리이미드, polyimide)을 골고루 코팅한다. 여기서 폴리머물질(23)은 도 3의 공정에서 테오스(TEOS)(22)가 없는 두께만큼 폴리머물질(23)을 도포하여 코팅한다. 이에 따라 폴리머물질(23)이 테오스(TEOS)의 역할을 대체한다. 이후 소프트 배킹(soft baking), 즉 오븐장치를 통하여 90℃에서 30분 동안 굽어 실리콘 웨이퍼(31)의 양면에 폴리머(23)를 코팅한다.
본 발명의 제3공정(S30)으로서, 상기 실리콘 웨이퍼(31)에 진동 박막과 실리콘을 식각하기 위한 마스크로 이용하기 위해 양면에 패턴(35)(36)한다. 이는 도 3의 공정에서 제4공정(S4)과 마찬가지로 사진식각공정으로, Photo-lithography를 이용하여 실리콘 웨이퍼(31)에 빛(UV선)을 쏘아 폴리머물질(23)을 반응시켜 진동소자(30)의 형태를 형성하는 바, 즉 실리콘 웨이퍼의 양면에 진동 박막용 마스크와 식각 패턴을 위한 마스크를 이용하기 위해 패턴(25)(26)작업을 한다.
본 발명의 마지막 제4공정(S40)으로서, 상기 실리콘 웨이퍼(31)의 뒷면에 폴리머패턴(36)을 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(31)를 식각한다. 이는 실리콘 웨이퍼(31)의 뒷면에 폴리머패턴(36)을 마스크로 이용하여 Deep Reactive Ionic Etcher 장비를 사용하여 실리콘 웨이퍼(31)를 식각하여 진동소자(30)를 완성한다.
이와 같은 공정을 거쳐서 진동소자를 반도체 공정을 이용하여 제작하면 일정한 크기, 특성 및 성능을 가지는 진동소자를 대량으로 제작할 수 있으며 이를 바탕으로 진동 트랜스듀서를 제작할 경우 균일한 진동성능을 가지도록 제작할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 진동소자의 다양한 형태를 나타내는 구성도이다. 이는 상기의 공정을 이용하면 도 5(a)∼(g)된 바와 같이, 빔(30b)의 개수와 두께, 폭을 서로 달리한 다양한 형태로 진동소자(30)를 제작할 수 있다. 이에 따라, 진동소자의 빔의 두께 및 폭을 조절할 수 있기 때문에 트랜스듀서의 진동 특성을 조절할 수 있으며 귀 내부의 중이의 진동특성과 유사한 진동 특성을 가지도록 설계할 수 있다는 장점이 있다.
이외에도, 진동소자(30)의 재료는 실리콘, 폴리이미드(Polyimide)를 사용할 수 있으며 폴리이미드를 사용할 경우 좀 더 우수한 진동효율을 얻을 수 있으며 실리콘이 가지는 쉽게 깨어지는 특성을 보완할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 반도체공정을 이용하여 일정한 크기, 특성 및 성능을 가지는 진동소자를 대량으로 제작이 가능하여 균일한 진동성능을 가지는 진동 트랜스듀서를 제작이 가능함은 물론, 진동소자의 빔의 두께와 폭을 조절하여 트랜스듀서의 진동특성을 조절할 수 있어 귀 내부의 중이의 진동특성과 유사한 진동 특성을 가지는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 트랜스듀서의 구조를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에서 사용되는 진동소자의 구조를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 제작방법을 구현하는 상태를 나타내는 공정도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제작방법을 구현하는 상태를 나타내는 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 진동소자의 다양한 형태를 나타내는 구성도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 ※
21, 31: 실리콘 웨이퍼 22: 테오스(TEOS)
23: 폴리머 25,26,35,36: 패턴된 폴리머
S1, S10: 제1공정 S2, S20: 제2공정
S3, S30: 제3공정 S4, S40: 제4공정
S5: 제5공정 S6: 제6공정
30: 진동소자 30a: 지지대
30b: 빔

Claims (3)

  1. 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자(30)를 제작하는 방법에 있어서:
    P-type 100인 300㎛ 두께로 양면에 표면가공된 실리콘 웨이퍼(21)를 준비하는 제1공정(S1);
    상기 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 테오스(TEOS)(22)를 형성하는 제2공정(S2);
    상기 실리콘 웨이퍼(21)의 양면에 폴리머(23)를 코팅하고, 굳게 하는 제3공정(S3);
    상기 실리콘 웨이퍼(21)에 진동 박막과 테오스를 식각하기 위한 마스크로 이용하기 위해 양면에 패턴(25)(26)하는 제4공정(S4);
    상기 실리콘 웨이퍼(21)의 뒷면에 폴리머패턴(26)을 마스크로 이용하여 테오스(22)를 식각하는 제5공정(S5); 및
    상기 실리콘 웨이퍼(21)에 식각된 테오스패턴을 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(21)를 식각하는 제6공정(S6)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및 그에 의해 제작된 진동소자.
  2. 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자(30)를 제작하는 방법에 있어서:
    P-type 100인 200㎛ 두께로 양면에 표면가공된 실리콘 웨이퍼(31)를 준비하는 제1공정(S10);
    상기 실리콘 웨이퍼(31)의 양면에 폴리머(23)를 코팅하고, 굳게 하는 제2공정(S20);
    상기 실리콘 웨이퍼(31)에 진동 박막과 실리콘을 식각하기 위한 마스크로 이용하기 위해 양면에 패턴(35)(36)하는 제3공정(S30); 및
    상기 실리콘 웨이퍼(31)의 뒷면에 폴리머패턴(36)을 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(31)를 식각하는 제4공정(S40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및 그에 의해 제작된 진동소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기의 공정을 이용하여 빔(30b)의 개수와 두께, 폭을 서로 달리한 다양한 형태로 형성하는 진동소자(30)를 제공하는 것을 특징으로 하는 중이 이식형 보청기용 트랜스듀서의 진동소자 제작방법 및 그에 의해 제작된 진동소자.
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