KR20060014353A

KR20060014353A - 탄성 표면파 필터의 제작 방법

Info

Publication number: KR20060014353A
Application number: KR1020050134429A
Authority: KR
Inventors: 안도열; 황종승; 황성우
Original assignee: 안도열; 황종승; 황성우
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2006-02-15
Also published as: KR100808969B1

Abstract

본 발명은 탄성 표면파 필터(Surface Acoustic Wave Filter, SAW Filter)의 제작에 관한 것으로서, 빗살 모양의 반복되는 미세한 선형의 금속 패턴을 구성하는 방법에 대한 것이다. 탄성 표면파 필터는 주로 휴대용 이동통신기기에 사용할 수 있는 고주파용 필터로 사용되며 주파수가 증가할수록 빗살 모양의 선 폭과 선 간격이 줄어들게 된다. 수백 나노미터로 동일한 선 폭과 선 간격이 수백 개 이상 반복되는 탄성 표면파 필터의 제작방법으로는 일반적으로 반도체 공정에서 사용되는 노광 기술을 고려할 수 있으나 메모리 공정에서 개발된 자외선을 이용하는 130나노미터 또는 90나노미터 node 노광 공정은 게이트 공정으로서 소자의 일부분의 선 폭을 줄일 수 있는 기술이라는 단점이 있다. 수백 나노미터의 공정치수를 가지고 있는 탄성 표면파 필터의 패턴을 손쉽게 제작하는 기술로는 수 나노미터의 정밀도가 있는 전자선 리소그라피를 사용하여야 하지만 전자선 리소그라피가 생산 장비가 아니므로 필터 제작에는 적합하지 않은 단점이 있다. 본 발명은 수백 나노미터로 동일한 선 폭과 선 간격을 가지는 패턴을 전자선 리소그라피로 제작한 나노 몰드와, 나노 몰드의 접촉 면에 금속 재료를 결합하여 안정성을 개선하고, 개선된 나노 몰드를 이용하여 압전 기판 위에 도포 된 감광제에 패턴의 모양을 전사하는 임프린트 공정과, 임프린트 된 감광제를 마스크로 이용하여 압전 기판 위의 금속 박막의 일부를 선택적으로 제거하기 위한 식각공정을 포함하는 구성이 제시된다. 본 발명에 의하여 제작되는 탄성 표면파 필터는 신뢰성 있는 가공 치수가 있으므로 뛰어난 동 작특성을 보여주고 있으며, 나노 몰드를 이용하여 연속적으로 제작이 가능하므로 제작비용을 획기적으로 낮출 수 있는 효과가 있다.

탄성 표면파 필터, 리소그라피, 임프린트, 몰드, 나노 패턴

Description

탄성 표면파 필터의 제작 방법 {Fabrication Method of SAW Filter}

이 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상에 첨부한 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

도 1은 표면 탄성파 필터의 일반적인 구조를 나타내는 개략도이며,

도 2는 본 발명에 따라 금속 박막이 증착된 반도체 기판으로부터 감광제를 도포하고 전자선 리소그라피로 세선을 묘사한 뒤에 금속 박막과 반도체 기판의 식각 공정을 통하여 임프린트용 몰드를 제작하는 공정(a~d)을 설명하는 공정도이고,

도 3은 압전 기판에 금속 박막과 감광제가 도포 된 표면에 도 2에서 제작된 몰드로 임프린트하여 패턴을 전사하고 금속 박막의 식각 공정을 통하여 탄성 표면파 필터를 제작하는 공정(a~e)을 보여주는 공정도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10: 반도체 기판

11: 금속 박막

12: 감광제

20: 압전 기판

본 발명은 고주파 소자인 탄성 표면파 필터의 제작 분야에 관한 것이다. 특별하게는, 임프린트를 이용하여 압전 기판 위에 선 폭과 선 간격이 수백 나노미터인 세선으로 구성되어 있는 패턴을 형성하고 이를 입력 또는 출력 트랜스듀서로 사용하여 고주파 신호를 선택적으로 전송할 수 있는 전자 소자를 완성하는 방법에 관한 것이다.

탄성 표면파 필터의 구성은 도 1에 도시한 바와 같이 압전 기판 위에 두 개의 빗살 모양의 세선을 교대로 배치하고 양단에 교류 전압을 가하면 파동이 만들어지는데 입력 트랜스듀서에서 만들어진 파동은 압전 기판의 표면을 통하여 탄성파의 형태로 출력 트랜스듀서로 이동할 수 있으며 트랜스듀서의 모양에 따라서 특정한 주파수를 보내거나 막을 수 있는 필터 동작이 이루어진다. 압전 기판은 높은 유전 상수와 압전 상수가 있는 물질로서 니오븀산 리튬(lithium niobate, LiNbO3)이 대표적으로 사용되고 있으며, 니오븀산 리튬 기판에서의 탄성파의 속도는 4.7m/sec이다. 탄성 표면파 필터에서 만드는 파장은 한 개의 빗살 모양의 세선에서 이웃한 세 선 간의 거리와 같다.

일반적인 탄성 표면파 필터는 반도체 공정인 감광제 도포, 노광, 현상, 식각, 절단, 배선, 패키징 과정으로 제작되고 있다. 이동 통신 장치에서 정보 양이 증가하게 되면 고주파를 사용하여야 하는데 탄성 표면파 필터에서 파장이 짧은 고주파를 만들어 내기 위해서는 빗살 모양의 선 폭과 선 간격이 줄어들어야 한다. 일례로 휴대 이동통신에 사용되는 2 GHz 대역에 적합한 탄성 표면파 필터의 선 폭과 선 간격은 250나노미터 정도로 동일하고 길이는 200마이크로미터 이상이며 고주파 신호 전달에 적절한 파형을 만들기 위해서는 이와 같은 세선이 200개 이상이 구성되어야 한다.

수백 나노미터의 선 폭을 만들기 위하여 반도체 메모리 공정에서 개발된 극 자외선을 이용한 130나노미터 또는 90나노미터 node 노광 공정을 적용할 수 있지만 이 공정은 게이트 공정으로서 소자의 일부분의 선 폭을 줄일 수 있는 기술이며 탄성 표면파 필터와 같이 수백 나노미터의 동일한 선 폭과 선 간격이 수백 개가 있는 경우에는 광산란으로 인한 불필요한 노광을 제어하기 어려운 단점이 있으며, 이 어려움을 극복한다고 해도 수율 저하로 인하여 비용이 매우 높아지는 단점이 있다.

수 나노미터의 정밀도를 가지고 수백 나노미터 크기의 연속된 세선을 제작하려면 전자선 리소그라피가 가장 바람직 하지만 전자선 리소그라피는 생산 장비가 아니므로 탄성 표면파 필터 제작에는 적합하지 않은 단점이 있다.

휴대 이동 통신 기기에 사용되는 2 GHz 대역의 고주파용 탄성 표면파 필터 제작 기술은 아직까지 완전하게 개발되어 있지 않으며, 실용화된 제품이 만들어 지지 않고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 선 폭과 선 간격이 수백 나노미터인 패턴 제작의 문제점을 임프린트 공정으로 해결하여 하나의 몰드를 전자선 리소그라피로 제작한 뒤에 이를 이용하여 연속적으로 동일한 패턴을 전사하여 휴대 이동 통신 기기에 요구되는 2 GHz 대역의 탄성 표면파 필터를 경제적이고 신뢰성 있게 제작할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄성 표면파 필터의 제작 방법은 임프린트 몰드의 기판으로 사용되는 반도체 기판(10); 금속 박막(11); 감광제(12); 탄성 표면파 필터의 기판으로 사용되는 압전 기판(20);을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 설명되는 임프린트 방법은 패턴이 형성되어 있는 몰드(mold)를 제작하고 몰드를 변형할 수 있는 기판에 접촉시킨 뒤에 압력을 가하여 패턴을 전사하는 스탬프(stamp) 방식으로서 매우 간단하고 연속공정이 가능하며 「S. Y. Chou, P. R. Krauss, and P. J. Renstrom, Science, 272, pp. 85~87, 1996」의 문헌에 보다 상세하게 논의되어 있으며, 이들 문헌은 모두 본원에 참조로 인용된다.

본 발명에서 제공하는 고주파용 탄성 표면파 필터의 제작 방법은 임프린트를 이용하여 금속 세선을 형성하여 필터 소자를 제작하는 방법에 관한 것으로, 임프린트에 사용되는 몰드의 제작 방법은,

반도체 기판에 금속 박막을 증착한 뒤에 감광제를 도포하는 단계; 와,

상기 기판에 전자선 리소그라피를 이용하여 패턴을 묘사하는 단계; 와,

감광제를 마스크로 이용하여 금속 박막과 반도체 기판의 일부를 선택적으로 식각하여 제거하는 단계; 와,

남아 있는 감광제를 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서, 몰드로 임프린트하여 탄성 표면파 필터의 패턴을 제작하는 방법은,

압전 기판 위에 금속 박막을 증착하고 감광제를 도포하는 단계; 와,

상기 제작한 몰드의 패턴 부분이 압전 기판 위의 감광제와 마주하도록 접촉시키고 소정의 압력과 빛, 또는 열을 가하는 단계; 와,

상기 몰드와 임프린트 된 감광제를 분리하는 단계; 와,

상기 임프린트 된 감광제를 마스크로 이용하여 압전 기판 위의 금속 박막의 일부를 선택적으로 식각하여 제거하는 단계; 와,

남아 있는 감광제를 제거하여 탄성 표면파 필터의 패턴을 완성하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 감광제는 소정의 온도에서 유동성을 가지게 되며 압력과 열에 의하여 변형됨이 바람직하다.

또한, 상기 반도체 기판에 증착된 금속 박막은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 이와 유사한 금속 재료가 사용될 수 있다.

또한, 상기 반도체 기판에 증착된 금속 박막은 임프린트 되는 대상 면과 접촉하는 부분으로서 반도체 기판의 돌출부가 파손되는 것을 방지해 주는 것이 바람 직하다.

또한, 상기 압전 기판으로 사용될 수 있는 재료는 니오븀산 리튬(lithium niobate, LiNbO3)이 사용되는 것이 바람직하며 이와 유사한 특성이 있는 압전 재료가 사용될 수도 있다.

또한, 상기 압전 기판에 증착된 금속 박막은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 이와 유사한 전기 전도가 용이한 금속 재료가 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하면서 본 발명에 따른 고주파용 탄성 표면파 필터의 제작 방법의 바람직한 실시 예를 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.

도 2는 임프린트에 필요한 몰드를 제작하는 과정으로서 반도체 기판(10) 위에 금속 박막(11)을 증착하고 그 위에 노광 공정을 위한 감광제(12)를 도포한다(도 2의 (a) 참조).

본 발명에서 금속 박막을 증착하는 기술로는 열 증착, 전자선 증착, RF 유도가열 증착, 스퍼터링, 또는 이와 동일한 기능이 있는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 감광제는 전자선 리소그라피 공정에 사용되는 것으로 대표적으로 PMMA(polymethylmethacrylate)가 사용될 수 있으나 이와 유사한 기능의 감광제의 사용도 가능하다.

전자선 리소그라피를 이용하여 소정의 선 폭, 선 간격, 선 길이에 해당하는 패턴을 직접 그린 뒤에 감광제에서 전자선으로 노광 된 부분을 제거한다(도 2의 (b) 참조).

감광제를 마스크로 사용하여 금속 박막과 반도체 기판의 일부를 식각하여 제거한다(도 2의 (c) 참조).

그 뒤에 남아 있는 감광제를 화학약품을 이용하여 제거하게 되면 양각부를 포함하는 몰드가 제작된다(도 2의 (d) 참조).

본 발명에서 식각 방법으로는 식각제(etchant)를 사용하는 습식식각(wet etching)과 Reactive Ion Etching과 같은 건식식각(dry etching)이 적용되는 것이 바람직하다.

임프린트 공정에서 몰드가 실리콘과 같은 반도체 재료로만 구성이 되는 경우 에는 임프린트 과정에서 발생하는 충격으로 인하여 반도체 재료로 구성된 돌출부가 쉽게 부서져서 몰드의 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 본 발명에서 제시하고 있는 금속 박막 증착은 이러한 단점을 보완하여 몰드의 내구성을 개선하고자 하는데 목적이 있으므로 연성이 뛰어난 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al)등이 바람직하며, 두께는 10나노미터에서 100나노미터로 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 금속 박막과 반도체 기판을 포함하여 식각되는 깊이는 임프린트로 성형 될 패턴에 있는 선 폭의 길이보다 큰 것이 바람직하다.

도 3은 제작된 몰드를 이용하여 탄성 표면파 필터를 제작하는 과정으로서 압전 기판(20) 위에 전극으로 사용될 금속 박막(11)을 증착하고 그 위에 임프린트를 하기 위한 감광제(12)를 도포한다.

금속 박막의 증착하는 기술로는 열 증착, 전자선 증착, RF 유도가열 증착, 스퍼터링, 또는 이와 동일한 기능이 있는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

금속 박막의 재료로는 전기적 전도가 가능한 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 이와 유사한 전기 전도가 용이한 금속 재료가 사용되는 것이 바람직하며 필터 동작이 이루어질 때 압전 기판에 충격이 전달될 수 있도록 소정의 무게가 있어야 하므로 두께는 100나노미터 이상으로 하는 것이 바람직하다.

임프린트 단계로서 몰드의 양각부가 아래 방향으로 향하게 하여 압전 기판(20)과 몰드를 상호 접촉 시킨다(도 3의 (a) 참조).

다음으로, 몰드에 압력을 가하여 몰드의 양각부가 감광제를 누르면 감광제는 몰드의 모양과 반대로 성형 되며(도 3의 (b) 참조), 압전 기판에서 몰드를 분리시키면 성형 된 모양의 감광제가 남게 된다(도 3의 (c) 참조).

임프린트 공정은 온도에 따라서 감광제의 유동성이 변화하는 특성을 활용하는데 압력을 가하는 과정에서 감광제의 온도를 높여서 소정의 열에너지를 가하여 감광제가 유동성을 가지게 하는 것이 바람직하다.

또한, 몰드를 분리시키기 전에는 감광제의 온도를 낮추어서 성형 된 형태가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 몰드에 압력을 가할 때 몰드가 압전 기판 위에 형성된 금속 박막을 변형시키지 않도록 적절한 압력을 가하는 것이 바람직하다.

감광제를 마스크로 사용하여 금속 박막을 식각하여 제거한다(도 3의 (d) 참조).

그 뒤에 남아 있는 감광제를 화학약품을 이용하여 제거하게 되면 금속 전극을 포함하는 필터 패턴이 제작된다(도 3의 (e) 참조).

본 발명의 전기 설명은 본 발명을 설명하고 기술한다. 또한, 개시는 본 발명의 바람직한 형태만을 설명하고 기술하나, 전기 언급된 바와 같이, 본 발명은 여러 다른 조합, 변형 및 환경에서 사용할 수 있고, 상기 교시에 맞추어 본원에 표현된 본 발명의 개념의 범위 및/또는 당해 분야의 숙련자 또는 기술 내에서 변화 또는 변형하는 것이 가능하다고 생각된다. 본원에서 상기한 양태는 또한 본 발명의 실행에 대해 공지된 최고의 형태를 설명하고자 하고, 본 발명의 특별한 적용 또는 사용에 의해 요구되는 이런 또는 다른 형태 및 여러 변형에서 본 발명을 당해 분야의 숙련자들이 사용하게 할 수 있다. 따라서 설명은 본 발명을 본원에 개시된 형태로 제한하고자 함이 아니다. 또한, 첨부된 청구 항은 다른 형태를 포함하도록 구성되고자 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파용 탄성 표면파 필터의 제작 방법은 전자 소자 제작의 문제점을 극복한다.

Claims

임프린트를 도입하여 금속 세선을 형성하여 탄성 표면파 필터 소자를 제작하는 방법으로,

임프린트를 하기 위한 몰드를 제작하는 단계; 와,

압전 기판 위에 금속 박막을 증착하고 감광제를 도포하는 단계; 와,

상기 제작한 몰드의 패턴 부분이 압전 기판 위의 감광제와 마주하도록 접촉시키고 소정의 압력과 빛 또는 열을 가하는 단계; 와,

상기 몰드와 임프린트 된 감광제를 분리하는 단계; 와,

상기 임프린트 된 감광제를 마스크로 이용하여 압전 기판 위의 금속 박막의 일부를 선택적으로 식각하여 제거하는 단계; 와,

남아 있는 감광제를 제거하여 탄성 표면파 필터의 패턴을 완성하는 단계; 를 포함하는 탄성 표면파 필터의 제작 방법.
제1항에 있어서,

임프린트를 위한 몰드를 제작하는 방법으로,

반도체 기판에 금속 박막을 증착한 뒤에 감광제를 도포하는 단계; 와,

상기 기판에 전자선 리소그라피를 이용하여 패턴을 묘사하는 단계; 와,

감광제를 마스크로 이용하여 금속 박막과 반도체 기판의 일부를 선택적으로 식각하여 제거하는 단계; 와,

남아 있는 감광제를 제거하는 단계;를 포함하는 탄성 표면파 필터의 제작 방법.
제2항에 있어서,

몰드의 돌출부에 연성이 뛰어난 금속으로서 금(Au), 은(Ag), 또는 알루미늄(Al)이 박막 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제작 방법.