KR20060044610A - 전자 장치 내에 챔버를 형성하기 위한 방법 및 그와 같이형성된 장치 - Google Patents
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Abstract
전자 장치(310) 내에 챔버(350)를 형성하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 고형 코어 물질(334) 상의 외부 표면(336)을 준비하는 단계들을 포함하며, 상기 고형 코어 물질(334)은 기판(312) 내에 형성된 함몰(316) 내에 있다. 상기 방법은 상기 고형 코어 물질(334)의 상기 준비된 외부 표면(336) 및 상기 함몰(316)을 에워싸는 상기 기판(312)의 부분 위에 층(338)을 확립하는 단계가 더 포함되어 있다. 상기 확립된 층(338) 및 상기 기판(312)으로 챔버(350)의 경계가 정해진다.
기판, 층, 코어 물질, 마이크로 전자기계, 챔버
Description
도 1은 본 발명에서 개시된 형성 방법 일 실시예의 공정 순서도.
도 2는 본 발명에서 개시된 챔버 형성 일 실시예의 세부 공정 순서도.
도 3a-도 3d는 본 발명에서 개시된 공정 일 실시예에 의해 제조된 집적 회로 장치의 일 실시예의 연속 단면도.
도 4a 및 4b는 본 발명에서 개시된 공정 일 실시예에 이어서 발생할 수 있는 선택적 단계도.
도 5는 본 발명에서 기술된 챔버를 포함하는 전자 장치를 이용한 디스플레이 장치의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
312: 기판 314: 건축적 구조물
316: 기하학적 함몰 324: 마이크로 전자기계 장치
334: 코어 물질 338: 외부층
수많은 반도체 장치들에 챔버가 포함되어 있는데, 이러한 챔버들은 다양한 이유로 채용된다. 예를 들면, 잉크젯 장치들은, 기포나 그 유사물을 방출하여 추진되는 잉크를 포함하기 위해 생성된 챔버들을 포함한다. 유체 광 엔진(fluid light engine) 장치들에 있어서는, 유체 또는 가스 물질 및 다양한 광 제어 장치들을 포함하는 챔버들이 채용된다. 그러한 장치들의 주어진 요구에 대해서, 그 장치들을 대규모로, 신뢰성 높게 제조할 방법이 요구된다. 종래 공정에 내재된 문제들을 해결할 수 있는 제조 방법이 소망된다. 상기 문제들은 예컨대, 물질 등록(material registration)의 제어, 물질 파손, 경계 누수 및 스테이킹(staking)과 인터페이스 본딩 안정성(interface bonding stability)과 같은 조립 공정에서 야기되는 물리적 압력에 의한 파손 등을 들 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
몇몇 마이크로 전자기계 (microelectromechanical, MEMS) 장치들은 경계가 정해진 공동(cavity)에 담겨진 유체 물질을 채용하여 상기 MEMS의 기능을 향상시킨다(facilitate). 장치를 조립하는 공정들은 유채를 채우는 단계 또는 공정을 포함한다.
상기 공동을 누수, 기포 또는 그 유사물의 발생없이 최적으로 밀봉해야한다는 점에서 유체를 채우는 공정은 복잡해질 수 있다. 그러므로, 조립 공정이 진행되는 동안, 누수, 기포, 진공 및 그 유사물을 줄이는 방식으로 유체 또는 유체화 될 수 있는 물질이 주입될 수 있는 공정과 그 결과의 전자 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
지금부터, 다양한 실시예들이 도시되어 있는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예시들을 보다 상세히 기술하려고 한다. 그러나, 본 발명은 다른 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 기술된 실시예들에 한정된다고 해석해서는 안된다. 물론, 상기 실시예들이 제공됨으로써, 본 개시 내용이 철저하고도 완전하게 될 것이며, 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달할 수 있을 것이다. 명확성을 위해 도면에서, 층과 영역의 두께를 과장하여 도시하였다. 동일 요소에 대해서는, 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호를 사용하였다.
집적 회로 장치와 같은 전자 장치에 있어서 하나 이상의 챔버를 형성하기 위한 방법이 본 명세서에 개시된다. 본 명세서에서 고려되는 집적 회로 장치의 종류에는, 마이크로 전자기계 장치들, 특히 광학 마이크로 전자기계 장치들을 들 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 상기 장치들은 다양한 시스템들 및 장치들에 채택될 수 있다. 상기 시스템들에 대한 비-제한적인(nonlimiting) 예들은 공간 광 변조기들 및 그 유사물과 같은 디스플레이 장치들을 포함한다.
본 명세서에서 개시되는 방법에서는, 기판 내에 형성되어 있는 기하학적 함몰(geometric depression)과 정합 관계의 상태에 있는 고형 코어 물질(solidified core material)에 적절한 외부 표면(outer surface)이 준비된다. 일단 코어 물질의 외부 표면이 적절히 준비되면, 물질층은 상기 코어 물질의 상기 외부 표면 및 최소한 상기 기하학적 함몰을 에워싸는 영역의 기판 위에 놓여지는 형태로 증착 (deposition)된다. 이 때 증착된 물질층과 기판이 챔버의 경계를 결정한다.
고형 코어 물질의 외부 표면을 준비하는 것은, 평면성과 같은 적합한 특성들을 제공하는 임의의 적절한 방법으로 할 수 있다. 그러한 공정들의 예시에는 연마(polishing), 수평맞춤(planing) 및 기타 유사한 공정들을 들 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 연마는 고형 코어 물질에 적합하게 작용하는 적절한 공정들로 수행될 수 있다. 이러한 연마는, 고형 코어 물질의 외부 표면에 요구되는 평면성을 제공하기 위해 기계적 및/또는 화학적 공정들 뿐 아니라, 적절한 습식 또는 건식 에칭(etching) 공정들도 포함될 수 있으며, 다만 이에 한정되지는 않는다.
고형 코어 물질의 준비된 외부 표면 및 그 고형 코어 물질이 위치한 함몰 형상을 에워싸는 기판 위에 놓여지는 형태로 적어도 하나의 물질층이 증착된다. 상기 물질층의 증착은, 적절히 균일한 층을 형성할 수 있는 임의의 증착 방법에 의해 이루어질 수 있다. 이 때 층은, 그 증착된 층으로 경계가 정해지는 챔버에 근접한 내부 표면(inner face)이 있는 기판 및 고형 코어 물질의 외부 표면으로 정해지는 평면적, 표면적 특성을 갖는 기판에 놓여지는 형태로 증착된다.
본 명세서에서 정의되는 바와 같이, "고형"은, 적어도 하나의 표면상에 작동들이 허용되며, 그 위에 적절한 물질의 증착을 허용할 수 있을 정도의 충분한 고체 특성이 있음을 의미하도록 취해졌다.
본 발명에서 개시된 방법들의 실시예들에서는, 도 1의 참조 번호 110에서 도시된 바와 같이, 전자 장치 내에 챔버를 형성하기 위해 기판 내에 기하학적 함몰로 적절한 코어 물질이 삽입될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "기판" 은 임의의 기반 지지 물질 및 집적 회로와 같은 전자 장치 내에서 일반적으로 발견되는 빌드(build) 구조물들을 포함하는 의미로 폭넓게 정의되었다. 기판은 적절한 반도체 물질들로 이루어지며, 적절한 방식으로 구성되어 있다고 예상된다.
기하학적 함몰 또는 공동은, 관련된 전자 장치의 궁극적인 사용 목적에 적합하도록 임의의 적절한 구성을 구비할 수 있다. 기판 내에 경계지워지는 함몰은 임의의 적절한 제작 공정으로 형성될 수 있다. 이러한 공정들에는 전형적으로 습식 또는 건식 에칭 기술들이 예상된다. 그러나 적절한 경우에는, 화학 및 물리적 진공 증착을 포함한 적절한 추가적 기술들을 통해 기하학적 함몰을 형성할 수 있다고 예상되며, 다만 이에 한정되지는 않는다. 함몰은 적절한 측벽(sidewall)들, 바닥 벽(bottom wall) 및 기타 유사물이 포함되도록 구성할 수 있다. 그러므로, 비-제한적 예시로서, 잉크젯 장치 챔버들, 디스플레이 장치 픽셀 챔버들 또는 기타 유체나 가스 물질을 포함하기 위해 일반적으로 밀봉(hermetic sealing)을 요하는 챔버들과 같이 다양한 구성들을 생성하는데 형성되는 것과 같은 기하학적 함몰 또는 공동이 형성될 수 있다. 기하학적 함몰 또는 공동은, 시스템 요구사항들에 따라 다양한 마이크로 구조물(microstructure)들, 또는 마이크로 전자기계 시스템 구조물들을 포함하거나 하지 않을 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이 "마이크로 전자기계 시스템"은 실리콘-기반 기계 장치들, 화학 및 생물 구동 장치(actuator) 및 예컨대 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어진 장치와 같은 비실리콘 소형 구조물(이들에 한정되지는 않음)을 포함하는 소형 및 초소형으로 제작된 시스템들로 폭넓게 파악된다. 그러한 시스템들은 감지(sensing), 처리(processing) 및/또는 구동 (actuating) 기능들을 포함할 수 있는것으로 파악된다. 여기에서 사용된 "마이크로 구조물들"은 관련된 장치 상에 개발되는 구성물들 및 구조물들을 의미하는 것으로 여겨진다. 여기에는 굴곡(flexure)들, 기둥(post)들, 힌지(hinge)들 및 기타 유사물들이 포함될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
채택된 코어 물질은 기판과는 다르지만 호환 가능한 두 상태(bistate) 물질로서, 처음에는 유체 상태로 존재하나 고형화 공정에 의해 고형이 이루어진다. 고형화 공정은 가역 반응 또는 부분 가역 반응일 수 있다. 또는, 가역 반응으로서 물리적 또는 화학적 공정의 결과일 수 있다. 그러한 공정들의 예시로는, 온도 변화, 중합 반응, 단량 교차 결합(monomeric crosslinking), 단량/중합 겔 교차 결합 및 기타 유사 반응을 들 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 코어 물질은 코어 물질의 초기 유체 상태 및 고형 상태 모두에서, 기하학적 함몰 구성 및 그 내부에 포함된 임의의 장치들과의 적합성을 허용할 수 있는 물질이다. "호환 가능성"은 함몰의 경계를 정하는 물질, 즉, 기판 및 기판 내에 포함된 임의의 마이크로 구조물들, MEMS 구조물들 및 기타 유사물을 이루는 물질에 대한 열 및 화학적 호환 가능성을 모두 포함하는 것으로 여겨진다.
채택되어 기판 내의 기하학적 함몰로 주입되는 두 상태 코어 물질은, 제1 조건 또는 환경에서는 고형 상태이고, 제2 조건 또는 환경에서는 기본적으로 유체화된 상태가 되는 물질일 수 있다. 여기에서 사용된 단어, "환경"은 코어 물질의 상태에 영향을 끼치는 하나 이상의 특성 또는 요인을 의미하는 것으로 여겨진다. 특성들의 비-제한적 예시에는, 온도 및 자기장 중에 적어도 하나가 포함된다. 특성 또는 요인은, 코어 물질이 포함된 챔버에 대해 외부에서 발생하는 것일 수 있다. 바람직한 또는 요구되는 경우, 상기 요인이나 특성이 챔버 내에서 또는 관련된 장치 요소들 내에서 촉발되는 사건들에 의해 바뀌거나 영향을 받을 수 있다.
적어도 하나의 환경 특성이 온도인 경우, 코어 물질은 제1 온도에서 고형 상태이고, 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 기본적으로 유체화된 상태로 존재하는 물질일 수 있다. 전형적으로 유체화된 온도란, 기판 물질의 분해나 손상없이 유체 화된 코어 물질을 기판 내에서 경계가 정해진 기하학적 함몰로 주입을 허용하는 온도이다. 대안적으로는, 두 상태 코어 물질이 초기 유체 상태에서 주입되고, 이어서 당업자에게 알려진 것처럼 적절한 임의의 화학적 또는 물리적 공정으로 유도되는 교차-결합과 같은 적절한 공정에 의해 고형화되는 물질일 수 있다.
본 발명에서 개시되는 공정에서 채택되는 물질들 및 화합물들에는, 반도체 물질들을 사용하는데 적합한 녹는점 또는 유체화 온도 및 고형화 온도들을 갖는 다양한 밀랍(wax)들 및 중합체들이 포함된다. 이러한 것들의 비-제한적 예시들에는, 다양한 밀랍들, 나프탈렌, 나프탈렌 유도체들, 아크릴산 단량체들, 아크릴산 단량체 유도체들, 아크릴산 중합체들, 캠퍼(camphor), 캠퍼 유도체들, 캠퍼산 중합체들 및 폴리에스테르들이 포함된다. 유용한 조성물들(formations)에는, 폴리메틸 글루타리마이드(polymethyl glutarimide, PMGI)들과 같은 폴리글루타리마이드들 중 적어도 하나를 포함하는 것들, 폴리디메틸 글루타리마이드들, 벤조시클로부틸렌(benzocyclobutene)과 같은 대체된 시클로알켄들 및 알킬 아크릴산염(alkyl acrylates)- 폴리메틸 메타크릴산염(polymethyl methacrylate)은 그것의 한 예임 - 과 같은 아크릴산 유도체들이 포함된다.
본 발명에서 개시되는 제작 공정들 및 방법들에서, 주입된 코어 물질은 기하학적 함몰에 정합한다. 일단 고형화되면, 코어 물질은 형성될 챔버의 벽들 중 적어도 하나를 지지하는데 사용될 수 있는 적어도 하나의 외부 표면을 제공한다. 주입된 코어 물질의 외부 표면은, 요구되는 챔버의 벽을 지지하고 형성하기 위해, 그리고, 그렇게 형성된 챔버 벽 표면에 적절한 특성들을 부여하기 위해서 준비될 수 있다. 참조 번호 120에서처럼, 준비란 허용 범위(tolerance)를 수용하는 층에 대해 평면성 및 정합성과 같은 요구되는 특성들을 제공하는 것일 수 있다.
여기에서 사용된 "평면성"은, 표면 특성들, 상기 층에 부여되고 상기 층에 적합한 정해진 허용 범위 내의 형상 편차로 정의된다. 그러므로 표면의 평탄도 또는 층의 두께에 특정값이 요구되는 경우, 고형 코어 물질의 외부 표면은 용인되는 편차 한도 내에서, 내부로 향하는 층 표면을 제공하도록 준비될 것이 예상된다.
여기에서 사용된 단어, "정합성"은 고형 코어 물질과 에워싸는 기판 간에, 특히, 기판과 코어 물질의 접함점에서 불연속들 및 불규칙들이 없고, 본질적으로 균일하고 연속된 방식의 통합 또는 접촉을 의미하는 것으로 여겨진다.
허용 범위를 수용하는 층의 준비는 수평맞춤, 연마 및 기타 유사 공정이 포함되는 임의의 적절한 공정으로 수행될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 앞에서 지적한 바와 같이, 수평맞춤 및/또는 연마는 임의의 적절한 물리적, 화학적 또는 물리적/화학적 방법으로 수행될 수 있다. 수평맞춤/연마 공정은 코어 물질 외부 표면상에 단독으로 동작할 수 있으며, 외부 표면에 적절한 표면 특성들을 제공 하게 된다. 수평맞춤/연마 공정은 또한, 코어 물질의 외부 표면과 에워싸는 기판 표면의 공간적 정합을 이끌면서, 연속 층들을 확립하는 데에 연속적이고, 평평한 표면을 제공할 것으로 예상된다.
여기에서 채택된 단어, "허용 범위를 수용하는 층"이란, 주입된 코어 물질의 외부 표면은 놓여지는 층의 증착 및 요구되는 챔버의 내부 벽의 형성에 적합한 평면성을 구비할 것으로 예상된다. 평면성은 전자 장치에서 요구되는 사용 목적에 따라 다르게 확정되고 정의될 수 있다. 그러나 널리 파악되는 바와 같이, 코어 물질의 외부 표면은 기판의 구조 및 기하학적 함몰을 에워싸는 경계들에 대해 정확하게 정합할 것으로 예상된다. 또한, 평면성과 같은 특성들은 전자 장치가 놓이게 될 궁극적인 최종 사용 목적에 따라 적응적으로 변화시킬 것으로 예상된다. 따라서, 광학 전송 및/또는 수신 동작에서 전자 장치가 사용되는 경우에는, 평면 허용 범위는, 광학 투명도, 전송, 또는 기타 유사 과정에 적합한 평면 허용 범위가 될 것으로 예상된다.
다음으로, 본 발명에서 개시되는 공정에서는, 참조 번호 130에서와 같이 하나의 층(예를 들어 물질층)이 코어 물질의 마련된 외부 표면 및 에워싸고 있는 기판 위에 확립된다. 물질층은 적절한 증착 공정에 의해 확립될 수 있다. 적절한 증착 공정들의 비-제한적 예시들로 직선 시야(direct line-of-sight) 침투 증착같은 추가적인 공정들을 들 수 있다. 직선 시야 침투 증착이란 스푸터링(sputtering), 이온 플래팅(ion platnig) 및 기타 다양한 물리적 진공 증착 기술들같은 것을 말한다. 적절한 추가적인 공정들의 비-제한적 예시들로서 또한, 일반적 으로 화학 진공 증착으로 지칭되는 확산성-대류성 대량 전달(diffusive-convective mass transfer) 기술들을 들 수 있다. 다른 적절한 증착 기술들에는, 스프레이 코팅, 롤러 코팅, 스핀(spin) 코팅 및 기타 유사 기술들이 포함된다.
확립된 외부층은 바람직하게 또는 요구되는 바에 따라 바람직한 마무리 층을 형성하기 위해 공정을 더 거칠 수 있다. 예를 들면, 증착된 외부층은 교차-결합, 외부층과 기판간의 본딩 및 기타 유사 작업을 하기 위해 다양한 경화(curing) 공정들을 거치게 할 수 있다. 그러한 공정들의 예시로는, 코팅 및 렌즈 제작에 전형적으로 사용되는 공정들을 들 수 있다. 적절한 사후-증착 경화 공정들의 비-제한적 예시로서, 비스-페놀-A 노볼락(bis-phenol-A novolak)의 다기능 수지(epoxy) 유도체들과 같은 물질들을 이용하여 두께 10μm 이상의 스핀-코트 중합 박막(spin-coat polymeric film)들에 사용하는데 적절한 공정들이 포함된다. 그러한 물질들은 안젤로 외 몇몇에게 허여된 미국 특허 제 5,102,772호에서 논의되었으며, 명세서는 여기에 참조로 통합되어 있다.
경화 공정들에는, 고밀도 교차-결합을 포함하기에 충분한 자외선(특히 365-436nm 영역내), 전자 충격(electron bombardment) 및 x-레이 충격이 포함된 다양한 메커니즘들에 의해 시작되고, 앞에서 논의된 열수지(hot epoxy)와 같은 물질들을 적절한 중합 물질로 변환시키는 양이온 중합이 포함되며, 이에 한정되지는 않는다.
적절한 벽 물질로서 채택되는 물질들에는, 박막 생산의 실무에서 사용되는 다양한 물질들이 포함될 수 있다. 광학 마이크로 전자기계 장치들에서, 벽 물질은 박막층들로서 채용될 때, 적절한 광 전송, 반사 특성들 또는 기타 유사성들을 구비 하는 물질들일 수 있다고 예상된다. 벽 물질의 예시들에는 아크릴산염들(acrylates), 수지들(epoxies), 폴리탄산 에스테르(polycarbonate)들 및 폴리이미드(polyimide)들이 포함될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 선택 물질들은 수지들 및 비닐 화합물같이 양이온 중합가능한 단량체들로 구성되어 있을 수 있다. 다른 면으로는, 테트라에틸 정규산염(tetraehtyl orthosilicate, TEOS), 규산염, 폴리 탄산 에스테르, 플루오르화 마그네슘(magnesium fluoride) 및 석영같은 물질들이 채택될 수 있다고 예상된다.
외부층의 증착 공정이 종료되면, 봉합된 챔버 내에 있는 코어 물질을 통해 물질층과 기판 사이의 봉합 작업(sealing engagement)이 수행될 것으로 예상된다. 물질층 증착에 이어, 챔버 내에 있는 고형 코어 물질이 적절한 유체 물질로 변환될 수 있다. 적절한 유체 물질로 변환시키는 공정은 임의의 적절한 화학 또는 물리적 공정으로 이루어질 수 있다. 그러므로 녹는점이 낮은 밀랍이 채택된 경우, 온도를 높이면 고형 코어 물질은 유체 상태로 되돌아갈 것이다.
전자 장치가 놓이게 될 최종적인 사용 상태에 따라 코어 물질은 챔버가 형성될 때의 상태 그대로 유지될 수도 있고, 또는 다음 단계에서 제거될 수도 있다. 코어 물질의 제거는 기판 내에 준비된 적절한 길(via)들 또는 충전 포트(filler port)들을 통해서 수행될 수 있다. 외부층의 증착 단계 다음, 유체 코어 물질이 적어도 부분적으로 유지되는 경우, 상기 코어 물질은 마이크로 전자기계 장치의 작동에 사용될 수 있는 것이거나, 또는 최소한 장치의 기능에 방해되지 않는다고 예상된다. 그러므로 최종적인 사용 상태에 따라, 선택되는 코어 물질은 적절한 유전 성, 광 전송 성질들 및 기타 유사성질을 구비할 것이다. 예를 들면, 챔버가 하나 이상의 마이크로 거울(micromirror)을 포함하는 구성들에 있어서, 유체 상태의 코어 물질은 작동 환경에서 녹는점이 낮고, 점성이 낮을 것으로 예상된다.
본 명세서에서 개시되는 방법의 세부 공정 순서도의 윤곽을 도 2에 도시하였다. 도 2의 참조 번호 210에서, 적절한 MEMS 장치가 기판 내에 준비된 공동에 배치된다. 배치는 임의의 적절한 마이크로 제작 방법들에 의해 수행될 수 있다. 이러한 것들의 예시로, 다이 접착(die attachment) 및 와이어 본딩(wire bonding)을 비롯하여 기타 당업자에게 자명한 마이크로 제작 기술들이 포함되며, 이에 한정되지는 않는다. 앞에서 개시한 바와 같이 기판 내에서 경계가 정해지는 기하학적 함몰 또는 공동에는, 결과 챔버에 바람직하거나 요구되는 임의의 적절한 형상 및/또는 구성이 구비될 수 있다.
기판은 공동, 관련된 챔버 및 궁극적인 전자 장치의 형성에 적합한 임의의 물질이 될 수 있다고 예상된다. 그러므로 기판은 적절한 CMOS 구조를 지지할 능력이 있을 수 있다. 챔버 및 임의의 관련된 MEMS 장치들을 수용하기 위해 적절한 기판 상에 적합한 구조를 만드는 것 또한, 본 발명의 범위 내로 간주된다.
일단 MEMS 장치가 배치되면, 참조 번호 220에서와 같이 코어 물질이 MEMS 장치 및 관련된 공동과 접촉되도록 주입된다. 앞에서 지적한 바와 같이, 두 상태 코어 물질은 예를 들면, 필드 압력에 따라 유체 상태 또는 고형 상태로 존재하게 하는 적절한 특성들을 구비할 수 있다. 코어 물질은 "두 기능의(bifunctional) 물질"일 수 있다고 예상된다. 여기에서 사용된 단어, "두 기능의 물질"에서, 물질은 제1 조건에서는 유체 상태로, 제2 조건에서는 고형 상태로 나타난다. 고형 상태에서 물질은 실질상 코어 물질로서 기능하고, 유체 상태에서 물질은 광 변조 및 변형 굴절율같이 어떤 순간, 통합된 MEMS 장치의 광학 작용에 도움이 되는 추가적 특성들을 구비할 수 있다고 이해되어야 한다. 조건들은 적어도 부분적으로, 하나 이상의 외부 필드 압력에 의해 통제된다. 외부 필드 압력의 예시들로, 온도 자기장 작용들 및 기타 유사한 조건들이 포함되며, 이에 한정되지는 않는다. 그러므로 두 기능의 유체는 제1 온도에서 유체 상태이고, 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 고형 상태일 수 있다고 예상된다. 마찬가지로, 두 기능의 물질은 제1 자기장 조건의 응답으로 유체 상태를 나타내고, 제2 자기장 조건의 응답으로 고형 상태를 나타낸다.
코어 물질은 개별적인 공동 표면들 및 MEMS 장치의 포괄적인 접촉이 되도록 주입될 수 있다고 예상된다. 여기에서 사용된 단어 "포괄적인 접촉"은, 진공들, 기포들 및 기타 유사한 것들을 피하기 위해 개별적인 챔버 표면들 및 MEMS 장치에 대해 본질적으로 연속적인 접촉을 의미한다고 여겨진다.
코어 물질로는 녹는점이 낮은 밀랍들, 나프탈렌, 나프탈렌 유도체들, 아크릴 단량체들, 아크릴 중합체들, 캠퍼, 캠퍼 유도체들, 캠퍼산 유도체들 및 폴리에스테르들 중에 적어도 하나가 포함될 수 있다. 일반적으로, 선택된 물질들은 제1 온도에서 유체 상태로 존재하고, 더 낮은 온도에서 고형 상태로 전환될 수 있을 것이다. 두 기능의 코어 물질은 온도를 높이거나 다른 사건의 촉발에 따라 유체 상태로 역변환할 수 있을 것으로 예상된다. 선택된 코어 물질은 MEMS 장치 및 공동과 접합된 접촉이 가능한 하나가 될 것이다. 일단 코어 물질이 공동에 배치되면, 이 어지는 공정 및 제작에 적합한 외부 표면 영역을 제공할 것이다.
일단 코어 물질이 배치되면, 참조 번호 230에서와 같이 주입된 코어 물질의 외부 표면은 위에 놓여지는 물질층을 수용하도록 준비된다. 또한, 다른 작용 및 제작 단계들이 채택될 수 있다고 예상된다. 그러한 제작 단계들의 비-제한적 예시들로서, 패키징(packaging), 실장(mounting) 및 연관된 기판 웨이퍼(wafer)들의 다이싱(dicing)같은 작용들이 포함된다. 코어 물질은 마이크로 전자기계 장치들을 포함하여 기타 마이크로 구조물들을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
참조 번호 240에서와 같이 물질층은 준비된 코어 물질에 대해 위에 놓여지는 관계를 갖도록 확립될 수 있다. 외부 물질층은 적절한 증착 공정에 의해 확립될 수 있다고 예상된다. 증착은 층의 두께와 차원을 적합하게 하는 임의의 적절한 공정에 의해 수행될 수 있다. 또한 선택된 증착 공정은, 물질층과 기판간에 밀봉 본드를 이루기 위해 증착된 층과 에워싼 기판 간에 밀봉 접착을 가능하게 하는 하나가 될 것으로 예상된다.
일단 물질층이 코어 물질 및 관련된 기판에 대해 위에 놓여지고 밀봉된 관계에 놓이면, 참조 번호 250에서와 같이 코어 물질이 제거되어 챔버를 형성할 수 있고, 또는 참조 번호 260에서와 같이 원하는 바 또는 요구되는 바대로 변환되고 사용될 수 있다.
코어 물질 제거에는 다양한 방법들이 수행될 수 있다. 코어 물질에 열을 가하여 유체 상태로 한 후, 챔버를 적합한 진공 상태에 노출하거나 압력이 가해진 불활성, 예를 들면 질소 같은 기체에 노출시킴으로써 코어 물질을 제거할 수 있다. 다른 적절한 제거 공정들에는, 연관된 가스 제거 및/또는 열 공정을 포함하거나 그렇지 않는 용제(solvent) 노출이 포함된다. 적절한 용제의 비-제한적 예시들로, 크실렌, 감마 부틸 아세톤(gamma butyl acetone), 시클로펜타톤(cyclopentatone), 아니솔(anisole), 헥산, 시클로 헥산, 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone, MIBK) 및 그 유사물이 포함된다. 일단 코어 물질이 제거되면, 챔버는 원하는 바 또는 요구되는 바대로 채워지고 밀봉될 수 있다.
코어 물질의 제거가 바람직한 경우, 제거 공정은 제작 공정 내에 임의의 적절한 곳에서 발생할 수 있다고 예상된다. 그러므로 적어도 몇 개의 공정들이 이어지는 동안에는, 정합 물질이 내부에 포함된 정교한 마이크로 전자기계 장치들을 위한 보호 매체처럼 동작하면서 경계가 정해진 챔버 내에서 유지될 수 있다고 예상된다. 그러한 공정들에는 웨이퍼 패키징, 실장, 다이싱 및 기타 유사 공정들이 포함되며, 이에 한정되지는 않는다.
대안적으로 코어 물질은, 전자 장치의 이어지는 작동 동안 유용한 형태로 변환될 수 있다고 예상된다. 그러한 변환은 온도 변화 및/또는 화학적 변환의 결과로 발생할 수 있다. 그러한 때에 코어 물질은, 고형에서 유체 물질로 변환되어 MEMS 장치의 기능을 지원할 수 있을 것으로 예상된다. 그러한 변환은 임의의 적절한 기계적, 또는 하나의 예시로서 온도 상승을 들 수 있는 화학적 공정에 의해 발생할 수 있다.
온도 상승은 전자 장치의 작동, 주변 환경 온도에의 노출, 또는 기타 장치를 에워싸는 환경 요인의 결과로 일어날 수 있다고 예상된다. 변환은 일방 또는 양방 향일 수 있다. 그러므로, 코어 물질이 챔버 내에서 유지되는 경우, 온도 상승 또는 다른 사건의 촉발에 따라 기능적 유체 상태로 변환되어 그 상태로 유지될 수 있다고 예상된다. 또한, 코어 물질은 온도 조건들에 따라 다시 고형 상태로 되돌아갈 수 있다고 예상된다.
마이크로 거울들, 패브리-페롯(Fabry-Perot) 장치들 및 회절 기반 장치들과 같은 마이크로 전자기계 시스템 장치들의 제작은, 다양한 경우에 있어서, MEMS 구성 부품들이 부서지기 쉬워서 어려움을 겪을 수 있다. 제작 작업에는 톱질(sawing) 및 패키징과 같은 작업들이 포함될 수 있는데, 단 이에 한정되지는 않는다. 투명한 패키지를 요구하는 광학 MEMS 장치들의 제작에서는, 이러한 작업이 복잡해질 수 있다.
두 상태의 코어 물질은 고형 상태에서, 조립 및 제작하는 동안 정교한 마이크로 전자기계 시스템 장치 요소들을 보호하는 기능을 수행할 수 있는 것으로 예상된다. 일단 제작이 종료되면, 코어 물질은 원하는 바 또는 요구되는 바대로 변환 및/또는 제거될 수 있다.
조립 시퀀스(build sequence)를 도시한 도 3a, 3b, 3c 및 3d를 참조하여 하나 이상의 에워싸인 챔버를 형성하는 방법을 설명하고 예시할 수 있다. 도 3a에서, 미완성 집적 회로 장치(310)는 적절한 기판(312)을 포함하며, 상기 기판(312) 위에는 적합한 건축적 구조물(architectural structure)(314)이 제작되어 있다. 건축적 구조물(314)의 제작은 임의의 적절한 조립 또는 제작 시퀀스에 의해 이루어질 수 있다. 결과적인 건축적 구조물(314)은, 건축적 구조물(314)의 상부(318)로 부터 몸체를 지나 기판(312)에 가까운 위치까지 뻗어 있는 적어도 하나의 기하학적 함몰(316)을 가진다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d에 도시된 바와 같은 실시예에서는, 전자 장치(310)가 하나 이상의 기하학적 함몰(316)을 포함하며, 설명의 편의상 상기 함몰이 상기 장치의 주요 부분을 에워싸는 것으로 도시되었다. 상기 기하학적 함몰(316)은 완성된 전자 장치에 의해 요구되는 바 또는 지시되는 바대로 임의의 적절한 크기 및/또는 구성일 수 있다고 이해되어야 한다. 또한, 전자 장치의 최종 사용 상태에서 요구되거나 지시되는 대로 다수의 기하학적 함몰들(316)로 구성되어 있을 수 있다. 일반적으로 기하학적 함몰(316)은 하나 이상의 측벽(320) 및 인접한 하나의 바닥 구조물(322)을 포함할 것이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제작 중인 전자 장치(310)에는 또한, 기하학적 함몰(316)의 적절한 구조물, 예를 들어 바닥(322)에 실장된 적절한 마이크로 전자기계 장치(324)를 포함한다. 마이크로 전자기계 장치(324)에는 적절한 와이어 본드(326)들이 있을 수 있는데, 이러한 와이어 본드들은 상기 마이크로 전자기계 장치(324)와 장치(310) 상에 위치하거나 멀리 떨어진 다른 요소들 간에 접착 및 전자 통신을 제공한다.
여기에서 개시된 바와 같이, 에워싸인 챔버를 하나 이상 형성하는 방법에서는, 마이크로 전자기계 장치(324)가 그 위에 먼저 배치되어 있는 미리 구성된 미완성 집적 회로 장치(310)의 이용이 예상된다. 또한, 상기 방법에서는, 형성 공정의 일부로서 집적 회로 장치 건축 상에 상기 마이크로 전자기계 장치(324)를 배치시키 는 공정들을 예상할 수 있다. 마이크로 전자기계 장치(324)는, 임의의 적절한 방법으로 집적 회로 장치 구조물에 실장 또는 배치될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 적절한 길들, 구멍(orifice)들, 또는 접속 포트들(328, 330)이 기판(312)에 준비될 수 있다. 도시된 대로 길들(328, 330)은 기판(312)의 저면(332)에서 뻗어나와 기하학적 함몰(316)의 바닥(322)에서 끝난다. 길들(328, 330)은 임시적 또는 영구적으로 적절한 플러그(plug) 물질로 채워져 있을 수 있다.
그러한 길들(328, 330)은 선택사항으로서 고려될 수 있다고 이해되어야 한다. 길들(328, 330)은 이후 코어 물질을 제거하기 위해서 및/또는 궁극적으로 형성될 챔버 내의 물질들을 대체하기 위해서, 기하학적 함몰(316) 내부에로 적합한 접속을 제공한다. 그러나, 형성될 챔버 내에서 코어 물질이 유지되는 경우, 그러한 접속 포트들(328, 330)은 생략될 수 있다.
기하학적 함몰(316) 내에 모든 영역들로 물질의 효율적 주입에 필요한 임의의 적절한 방법에 의해 코어 물질(334)의 주입이 일어날 수 있다. 물질들은 기하학적 개구(geometric opening)(316)의 상부 표면을 포함하는 임의의 적절한 개구를 통해, 또는 역유입(reverese entry) 공정의 경우에는 구멍들(328, 330)을 통해 주입될 수 있다. 선택된 물질들은 달라질 수 있으며, 건축적 구조물(314) 내에 물질들 및 상기 건축적 구조물 내에 존재할 수 있는 임의의 마이크로 전자기계 장치들(324)과 와이어 본드들(326)에 호환 가능한 것일 수 있다. 코어 물질(334)은 기하학적 함몰(316)의 형상에 정합하여 최소한 임시 지지 구조를 제공한다. 적절한 코 어 물질들(334)에는, 녹는점이 낮은 밀랍, 나프탈렌, 나프탈렌 유도체들, 아크릴산 단량체들, 아크릴산 중합체들, 캠퍼, 캠퍼 유도체들, 캠퍼산 중합체들 및 폴리에스테르들 및/또는 그의 혼합들이 포함되며, 이에 한정되지는 않는다. 적절한 물질들은 액체 상태에서 기하학적 함몰(316)로 주입될 수 있으며, 온도 변화, 교차 결합 또는 기타 그 유사 작업에 기인한 고형화를 겪을 수 있다.
코어 물질(334)이 첨가된 결과, 기하학적 함몰(316)은 채워진다. 코어 물질(334)은 고형화되면, 외부 표면(336)을 제공한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 코어 물질(334)은 기하학적 함몰(316)을 에워싸는 건축적 구조물(314)의 상부 표면(318) 위에 채워지거나 또는 놓이는 방식으로 첨가될 수 있다고 예상된다. 이러한 방식으로 적절한 물질이 주입되어, 덮씌우기(overlayment) 추가적 및 표면 준비가 가능해진다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 코어 물질(334)의 외부 표면(336)의 준비에는, 이후 표면 위에 놓여지는 층 증착에 적합한 허용 오차를 가지는 표면을 제공하기 위해 고르기(leveling), 수평맞춤 및 기타 유사 작업들이 포함될 수 있다. 그러므로, 광 전송 또는 투과가 요구되는 경우, 코어 물질(334)의 외부 표면(336)은 위에 놓여지는 층의 내부 표면을 위해 적합한 성질이 되도록 수평맞춤이 되거나 고르게 될 것으로 예상된다. 도 3c에서, 외부 표면은 에워싸는 건축적 구조물(314)의 상부 표면(318)과 정합하도록 고르게 된 것이다.
도 3d에서 도시된 바와 같이, 코어 물질(334)의 외부 표면이 적절히 준비된 뒤에는, 도 3d에서 위에 놓여지는 상부층(338)은, 건축적 구조물(314)의 상부 표면 (318), 기판(312) 및 코어 물질(334)의 외부 표면(336)에 대해 위에 놓여지는 관계가 되도록 증착될 수 있다. 위에 놓여지는/외부/상부 층(338)은 건축적 구조물(314)의 상부 표면(318)과 상기 외부층(338)의 저면(340) 간에 밀봉 방식으로 맞물림을 허용하는 임의의 공정으로 증착될 수 있다. 그러한 공정들의 예시로서 스핀-본딩과 코팅 및 렌즈 제작에서 채택되는 경화 작업을 들 수 있다.
도 3d로부터 외부층(338)의 저면(340)은 본딩된 영역들 및 접촉 영역을 통해 코어 물질(334)의 상부 표면(336)과 본질적으로 정합하며, 인접할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
전자 장치(310)의 최종 사용 상태에 따라서, 코어 물질(334)은 도 3d에 도시된 대로 제거되어 챔버(350)를 형성할 수 있다. 챔버(350)는 밀폐하듯이 밀봉되어 있을 수 있다. 바람직하거나 요구된다면, 별개의 물질을 챔버(350)로 주입할 수 있다. 물질 대체가 요구되는 경우 코어 물질(334)은 유체화된 후, 진공 또는 개방된 구멍들(328, 330)로 투여되는 불활성 기체를 사용하여 제거될 수 있다. 유체화는 조립 영역 또는 그것의 국부 영역에 대한 열처리같이 적절한 수단으로 이루어질 수 있다. 또한, 위와 같은 제거 공정에 추가적으로 또는 대신하여, 다양한 용제들이 채택될 수 있다고 예상된다. 적절한 용제의 비-제한적 예시들로, 크실렌, 시클로펜타톤, 부트릴아세톤(butrylacetone), 아니솔, 헥산, 시클로 헥산, 메틸 이소부틸 케톤(MIBK) 및 그 유사물이 포함된다. 또한 바람직하거나 요구된다면, 다양한 액체 알콜 혼합물들이 사용될 수 있다고 예상된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 코어 물질(334)은 적절한 작업용 액체 또는 가스 (352)로 대체될 수 있다. 도 4a 및 4b를 함께 참조하면, 그 위에 부착된 상부층(338)(일 실시예에서 광학층)을 구비하는 장치(310)는, 코어 물질(334)을 비워 광학층(338)과 기하학적 함몰(316)(도 3d에 도시된 바와 같은)로 경계가 정해지는 챔버(350)를 형성할 수 있다. 일단 코어 물질(334)이 제거된 후에 바람직하거나 요구되는 경우, 유전성 액체와 같은 적절한 액체 또는 적합한 가스(352)가 길들(328, 330)을 통해 경계가 정해진 챔버(350)로 주입될 수 있다. 개구들(328, 330)은, 원하거나 또는 요구되는 바대로 사용하기 위해 준비되는 충전 포트 플러그(342, 348) 및 장치(310)와 마찬가지로 밀봉될 수 있다.
여기에서 개시된 장치에는 적절한 디스플레이 장치들이 결합하여 채택될 수 있다. 비-제한적 일 실시예로 도 5에 도시된 바와 같은 장치에서 사용되는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 들 수 있다. 도 5는 여기에 도시된 바와 같은 MEMS 장치(502)를 사용하는 영상 프로젝션 시스템(500)을 개략적으로 도시한 것이다. MEMS 장치(502)의 비-제한적 일 예시로 마이크로 거울 장치를 들 수 있다. 도 5에서, 광 소스(504)로부터 나와 제1 광 경로(light path)로 향하는 빛은 렌즈(506)에 의해 MEMS 장치(502)로 초점이 맞춰진다. 비록 단일 렌즈로 도시되었지만, 렌즈들(506)은 일반적으로 렌즈들, 집적기(integrator)들 및 거울들의 한 그룹으로서 광 소스(504)로부터 나온 빛을 MEMS 장치(502)의 표면상으로 초점을 맞추고 향하게 한다. 제어기(514)로부터 나온 영상 데이터 및 제어 신호들은 각 MEMS 장치(502)에 관련된 적절한 SRAM 셀(cell), DRAM 셀 또는 그 유사물에 쓰여 있다. 이렇게 관련된 셀들의 데이터는 MEMS 장치(502)의 어떤 부분을 활성화시켜서 "on" 위치를 만든다. "on" 위치에서, 빛은 제2 광 경로로 향한다. "off" 또는 휴식 위치에 있는 MEMS 장치의 셀들은 빛을 광 트랩(508)으로 향하게 하거나, 제2 광 경로에서 멀리 향하게 할 수 있다.
프로젝션 시스템(500)은 선택적으로 경로지워진 빛을 분해하기 위해서 제2 광 경로 상에 하나 이상의 요소(510)를 포함할 수 있다. 그러한 요소(510)에 대한 비-제한적 일 예시로 프로젝션 렌즈를 들 수 있다. 도 5에는 단일 요소(510)가 도시되었지만, 다수의 요소들이 이용될 수 있다고 예상된다. 도시된 대로 프로젝션 렌즈는, 장치(502)에 의해 제2 광 경로로 향하는 빛을 단일 영상 평면 또는 스크린(512)으로 초점이 맞춰지도록 한다.
몇 개의 실시예들이 상세하게 설명되었으나, 개시된 예시들이 변형될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로 상술한 설명은 제한이 아닌 예시로 고려되어야 한다.
조립 공정이 진행되는 동안, 누수, 기포, 진공 및 그 유사물을 줄이는 방식으로 유체 또는 유체화 물질이 주입될 수 있는 공정과 그 결과의 전자 장치가 제공된다.
Claims (10)
- 전자 장치 내에 챔버를 형성하는 방법에 있어서,기판 내에 형성된 함몰(depression) 내의 고형 코어 물질(solidified core material) 위에 외부 표면을 준비하는 단계; 및상기 고형 코어 물질의 상기 준비된 외부 표면 및 상기 함몰을 에워싸는 상기 기판의 부분 위에 층(layer)을 확립하는 단계- 상기 확립된 층 및 상기 기판은 챔버의 경계를 정함 -를 포함하는 챔버 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 코어 물질은 제1 온도에서 고형 상태, 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 유체 상태를 나타내는 두 기능의(bifunctional) 물질인챔버 형성 방법.
- 제 1항과 제 2항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,상기 외부 표면을 준비하는 단계 이전에, 온도 변화, 중합 반응 및 교차-결합(cross-linking) 중 적어도 어느 하나에 의해 상기 코어 물질을 고형화시키는 단계 및상기 층을 확립하는 단계 다음에, 상기 챔버 내에 포함된 상기 고형 코어 물 질을 유체 코어 물질로 변환시키는 단계를 더 포함하는 챔버 형성 방법.
- 제 3항에 있어서,상기 외부 표면의 준비 단계 이전에 일어나며, 상기 함몰 내에 하나 이상의 마이크로 전자기계(microelectromechanical) 장치를 배치하는 단계; 및상기 고형화 단계 이전에 일어나며, 상기 코어 물질과 상기 함몰이 상호 정합관계에 있도록 상기 코어 물질을 상기 함몰에 주입하는 단계를 더 포함하는 챔버 형성 방법.
- 집적 회로 장치에 있어서,기판;상기 기판 위를 덮는 관계를 갖도록 상기 기판에 밀봉 부착되어 있는 층- 상기 기판 및 상기 층이 챔버의 경계를 정하면서, 상기 기판 및 상기 층 중 적어도 하나는 그 내부에 경계지워진 함몰을 포함함 -;상기 챔버 내에 배치된 마이크로 구조물 또는 마이크로 전자기계 장치; 및두 기능의 코어 물질- 상기 두 기능의 코어 물질은 상기 챔버 내에 있으면서 제1 조건에서 고형 상태를 나타내고 제2 조건에서 유체 상태를 나타냄 -을 포함하는 집적 회로 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 두 기능의 코어 물질은, 유체 상태에서 상기 두 기능의 코어 물질이 상기 챔버로부터 제거되기 위해 적응적으로 변화할 수 있을만큼 충분히 유체화성(fluidization)을 나타내는집적 회로 장치.
- 제 5항과 제 6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,상기 두 기능의 코어 물질은 유체 상태에 있고, 상기 두 기능의 코어 물질이 상기 마이크로 전자기계 장치의 최적 동작에 도움이 되도록 광 변조 및 변형 굴절율 중 적어도 어느 하나를 포함하는 특성들을 구비하는집적 회로 장치.
- 광학 마이크로 전자기계 장치를 만드는 공정에 있어서,두 기능의 코어 물질을 기판 내에 경계지워진 공동(cavity)으로 주입하는 단계; 및상기 두 기능의 코어 물질 및 상기 기판 상에 층을 확립하는 단계- 상기 층 및 기판이 그 사이에 밀봉된 챔버의 경계를 정함 -를 포함하는 광학 마이크로 전자기계 장치를 만드는 공정.
- 제 8항에 있어서,상기 두 기능의 코어 물질은 적어도 두 가지 물리적 상태들을 갖고, 상기 두 가지 물리적 상태들은 최소한 제1 조건에서 고형 상태 및 제2 조건에서 유체 상태인 것을 포함하며, 상기 제1 및 제2 조건들은 제1 및 제2 온도들이고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높고, 상기 두 기능의 코어 물질은 최소한 상기 제2 온도만큼 높은 온도에서 주입되며, 상기 확립 단계는 상기 두 기능의 코어 물질이 상기 고형 상태인 동안 이루어지는광학 마이크로 전자기계 장치를 만드는 공정.
- 디스플레이 장치에 있어서,광 경로(light path)를 따라서 광선(beam of light)을 공급하기 위한 광 소스(ligth source);영상 데이터 신호들에 대해 응답하여 제2 광 경로를 따라서 상기 광선의 일부를 선택적으로 반사하기 위해 상기 광 경로 상에 있는 장치;상기 광 경로 장치 상에 있는 상기 장치에 상기 영상 데이터 신호들을 공급하기 위한 제어기; 및상기 선택적으로 반사된 빛을 영상으로 분해(resolving)하기 위한 상기 제2 광 경로 상에 있는 적어도 하나의 요소를 포함하고, 상기 빛을 선택적으로 반사하는 장치는기판;상기 기판과 일정 거리를 두고 배치된 상부 기판층- 상기 기판 및 상기 상부 기판층은 챔버의 경계를 정하고, 상기 상부 기판층과 상기 기판 중 적어도 하나는 광학 전송성이 있음 -; 및상기 챔버 내에서 지지되는 적어도 하나의 마이크로 전자기계 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
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