KR20060100400A - 해방되지 않은 박막 컴포넌트를 구비한 미소 기전 시스템 - Google Patents

해방되지 않은 박막 컴포넌트를 구비한 미소 기전 시스템 Download PDF

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Abstract

일 실시예에서, 본 발명은 미소 기전 시스템(microelectromechanical systems, MEMS) 기기를 제공한다. 미소 기전 시스템 기기는 적어도 하나의 가동 컴포넌트(movable component); 및 상기 미소 기전 시스템 기기를 운송하는 동안에 상기 가동 컴포넌트의 움직임을 적어도 감소시키는 희생 컴포넌트를 포함하는 복수의 기능 컴포넌트를 포함하며, 상기 희생 컴포넌트는 운송한 후에 제거될 수 있다.
미소 기전 시스템, MEMS, 간섭 변조기, 가동 컴포넌트, 희생 컴포넌트, 운송

Description

해방되지 않은 박막 컴포넌트를 구비한 미소 기전 시스템 {MEMS DEVICES WITH UNRELEASED THIN FILM COMPONENTS}
본 발명은 일반적으로 미소 기전 시스템(microelectromechanical systems, MEMS) 기기의 제조 공정(fabrication process)에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 간섭 변조기(interferometric modulators, iMoDs)의 제조에 관한 것이다.
간섭 변조기는 미소 기전 시스템 기기의 한 종류로서, 미국특허 제5,835,255호, 제5,986,796호, 제6,040,937호, 제6,055,090호, 및 미국특허출원 제09/966,843호, 제09/974,544호, 제10/082,397호, 제10/084,893호, 및 제10/078,282호를 포함한 여러 문헌에 기재되어 있으며, 이들은 참조문헌으로서 본 명세서에 통합된다.
미소 기전 시스템 기기 제조 공정 중 하나는 "표면 미소 기계 가공(surface micromachining)"으로 분류되며, 최종(final) 또는 해방(release) 단계가 될 때까지 반복되는 일련의 침적(deposition) 및 에칭 단계들을 포함한다. 이러한 공정은 종종 미리 침적된 박막 선구체(thin film precursor) 또는 필름(film) 형태의 몇몇 종류의 원료를 사용하여 시작할 수 있다. 이들 선구체는 대용량의 전용 설비(high-volume dedicated facility)에서 대량으로 생산될 수 있는, 규정된 컴포넌트(definable component)를 대표할 수 있다. 이 컴포넌트에 대해 미국특허출원 제 10/606,001호에 더욱 자세하게 기재되어 있으며, 참조문헌으로서 본 명세서에 통합된다.
표면 미소 기계 가공은 모노리식 반도체와 유사한(monolithic semiconductor-like) 제조 공정을 포함한다. 특히, 표면 미소 기계 가공은 여러 가지 다양한 기술을 사용하는 필름 침적, 포토리소그래피 및 에칭을 결합하는 일련의 단계를 포함한다. 선구체 필름은, 움직일 수 있는 기계적 구조물(mechanical structures)를 갖는 미소 기전 시스템을 최종 결과물로서 생성하는 시퀀스의 시작점으로 사용될 수 있다. 이들 공정에 대한 더욱 상세한 것은 2002년 2월 12일에 출원된 미국특허출원 제10/074,56호에 기재되어 있으며, 참조문헌으로서 본 명세서에 통합된다.
미소 기전 시스템 기기의 운송중에, 기계적 구조물의 움직임이 발생할 수 있으며, 이는 미소 기전 시스템 기기의 손상을 초래할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 미소 기전 시스템 기기를 만드는 방법을 제공한다. 상기 방법은 희생층 및 미소 기전 시스템 기기의 기계적 필름을 제조하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 상기 희생층을 구비하는 상기 기계적 필름의 적어도 약간의 움직임을 억제하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 미소 기전 시스템 기기의 적어도 상기 희생층 및 상기 기계적 필름을 운송(shipping)하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명은 미소 기전 시스템 기기를 제공한다. 상기 미소 기전 시스템 기기는 적어도 하나의 해방되지 않은 미해방(unreleased) 기계적 필름을 포함한다. 상기 미소 기전 시스템 기기는 또한, 상기 미소 기전 시스템 기기를 운송하는 동안에 상기 미해방 기계적 필름의 적어도 약간의 움직임을 억제하도록 구성되는 희생 컴포넌트(sacrificial component)를 포함한다. 상기 미해방 기계적 필름은 상기 희생 컴포넌트를 제거한 후에 움직일 수 있도록 구성되어 있다.
도 1은 종래 기술의 완전 통합형 미소 기전 시스템 공정 설비를 나타낸 블록도이다.
도 2는 전구체 필름 침적, 구조물 공정 및 후단(backend) 공정을 통합하는 완전 통합형 미소 기전 시스템 공정 설비를 나타낸 블록도이다.
도 3은 구조물 공정 및 후단 공정을 통합하는 비통합형 미소 기전 시스템 공정 설비를 나타낸 블록도이다.
도 4는 해방될 준비가 되어 있는 해방 직전의(ready-to-release) 시점까지 제조된 상태의 미소 기전 시스템 기기를 나타낸 도면이다.
도 5는 해방된 상태의 미소 기전 시스템 기기를 나타낸 도면이다.
이하의 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에서, 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 특정한 재료, 기계 및 방법에 대한 예 등, 많은 구체적인 세부사항을 기술한다. 하지만, 해당 기술분야의 당업자에게는 본 발명의 실시에 이러한 구체적인 세부사항을 사용할 필요 없다는 것은 명백하다. 다른 경우에, 본 발명이 쓸데없이 모호해지는 것을 방지하기 위해 공지된 재료, 기계, 또는 방법에 대해서는 자세하게 설명하지 않는다.
넓게는, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가동 컴포넌트(moveable component)를 포함하는 미소 기전 시스템 기기를 제조하며, 가동 컴포넌트의 움직임을 희생 재료(sacrificial material)를 사용하여 억제하여, 운송하는 동안에 가동 컴포넌트의 손상을 최소한으로 줄인다. 일 실시예에서, 희생 재료는 미소 기전 시스템 기기의 제조중에 침적되며, 희생 재료는 운송 후 해방 단계(release step)에서 제거된다. 희생 재료의 제거는 화학적 공정 또는 관련 에칭 공정에 의해 이루어지며, 그 결과 가동 컴포넌트가 자유롭게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 해방 시점 이후가 아닌 해방 시점의 미소 기전 시스템 기기의 제조에 대해 개시하며, 대용량 전용 설비로 용이하게 제조할 수 있는 컴포넌트를 제공한다. 이 컴포넌트는 해방 단계와 후속 공정 및 패키징 단계를 수행할 수 있는 다른 공장에서 간편하게 제거될 수 있다. 본 발명의 이점 중 하나는 미소 기전 시스템 기기를 제조하거나, 또는 미소 기전 시스템 기기에 대한 후반 제조 작업(post-fabrication operation)을 수행하고자 하는 실체(entity)에게, 운송한 후에 진입 기술 장벽이 낮고(low technological barrier-to-entry) 자본 지출 감소의 이익이 있는 개별 공간에서 작업할 수 있도록 해주는 것이다. 미소 기전 시스템 기기를 제조하고 또한 후반 제조 작업의 해방 및 가공 단계를 수행하는 통합형 설비는, 개별 설비보다 더 높은 기술 장벽을 제공하고, 더 많은 자본의 지출을 요구한다. 본 발명의 다른 이점들은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
2003년 6월 24일에 출원된 미국특허출원 제10/606,001호는 간섭 변조기의 제조에 전구체 재료로 사용될 수 있는, 침적된 박막의 더미(collection)에 대해 기재하고 있다. 2002년 2월 12에 출원된 미국특허출원 제10/074,562호는, 전술한 전구체 재료로 사용될 수 있는 간섭 변조기를 만들기 위한 견본의 제조 시퀀스(prototypical fabrication sequence)나 구조물 공정(structure process)에 대해 기재하고 있으며, 참조문헌으로서 본 명세서에 통합된다. 도 1은 박막 전구체 재료를 생성하는 구역(section)(102), 그리고 결과물로서 완성된 미소 기전 시스템 구조물 또는 구조물들을 얻는 구조물 공정을 수행하는 구역(104)의 두 개의 제조 구역를 포함하는 단일 공장(100)을 나타낸다.
도 2는 미소 기전 시스템 제조 체인을 좀더 완전하게 나타낸 것이다. 도 2에서, 통합형 공장(200)은 전구체 공정을 위한 구역(202), 구조물 공정을 위한 구역(204), 및 후단 공정을 위한 구역(206)을 포함한다. 후단 공정은 일반적으로 기기 패키징, 외부 전자부품(electronics), 인터페이스, 또는 주변 컴포넌트(디스플레이용 추가 조명 등)와의 상호접속이나 통합 등을 포함하는, 미소 기전 시스템 컴포넌트를 외부 세계와 인터페이싱하는 공정을 가리킨다. 이러한 공정은 대규모 통합형 공장 내에서 처리될 수 있지만, 종종 다른 활동을 수행하지 않는 전용 설비(dedicated facility)에서 수행된다. 미소 기전 시스템 컴포넌트의 경우, 그리고 특히 디스플레이 경우, 이것은 컴포넌트를 규정한(defined) 설비(이 예에서는 구조물 공정 구역)에서 후단 공정을 수행할 설비로 손쉽게 운송할 수 있는 컴포넌트일 것을 요구한다.
도 3은 이러한 고안과 그 이점을 개념적으로 나타낸 것이다. 도 3에서, 도면 부호 300은 다른 공장에서 공급된 전구체 필름에 대해 구조적 공정만을 수행하는 공장을 가리킨다. 물론, 경제적인 요소나 기타 요소에서 장점이 있다면, 해당 설비는 전구체 공정과 구조적 공정 모두를 수행할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 어느 경우에나, 규모의 경제는 구조적인 공정 또는 구조적 공정 및 전구체 공정을 단일 설비(300)에서 수행함으로써 달성될 수 있다. 결과물 컴포넌트는 그 후 완성된 미소 기전 시스템 제품의 추가적인 완성을 위해 하나 이상의 후단 공정 설비(304)로 공급될 수 있다.
전술한 애플리케이션에서 설명한 구조 및 공정의 경우, 구조적 공정의 범위 내에서 작업한 제품을 후단 공정으로 옮기는 것이 편리한 시점은 해방 단계 직전이다. 도 4는 이 시점의 공정 시퀀스에 있는 한 종류의 미소 기전 시스템 기기, 간섭 변조기를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 도면부호 400은 기판으로, 그 위에 광학 박막(402)이 침적되어 패터닝되어 있다. 상기 광학 박막(402) 위에는 희생 필름(404)이 침적되어 패터닝되어 있다. 희생 필름(404) 위에는 기계적 필름(405)이 존재하며, 희생 필름(404) 및 지지 포스트(408)에 기계적으로 결합되어 있다.
도 5에서, 해방 단계가 수행되었다. 구체적으로는, 희생 필름이 제거되고, 희생 필름이 있던 곳에 에어 갭(airgap)(504)이 남았다. 지지 포스트(support post)(508)는 남아서 기계적 멤브레인(506)을 기판에 기계적으로 결합시킨다. 하지만, 기계적 멤브레인(membrane)은 이제 그것의 설계 기능에 따라 자유롭게 움직일 수 있다. 이 해방 단계는 희생 재료를 기체나 액체 형태로 쉽게 추출될 수 있 는 부산물로 변환시키는 에칭제를 사용하는 화학적 에칭 공정의 결과이다. 몇몇 경우에 일부 후단 공정이 해방 전에 수행될 수 있지만, 이 시점에서, 기기는 패키징 및 후단 공정의 일부로서 상호접속될 준비가 되어 있다.
여하튼, 미소 기전 시스템 컴포넌트를 해방되지 않은 미해방 상태로 어느 한 설비에서 다른 설비로 옮기는 것은 적어도 몇 가지 이유에서 바람직한 상태이다. 첫째는, 운송 컨테이너(shipping container)를 아무리 잘 만든다고 해도, 운송될 컴포넌트가 오염 물질 또는 다른 바람직하지 못한 입자나 물질에 노출될 가능성은 항상 존재한다. 컴포넌트를 미해방 상태로 유지함으로써 그러한 오염 물질이 구조물 내로 편입될 위험을 최소화하며, 컴포넌트가 후단 설비에 도착했을 때 청결하게 유지하기가 더 쉽다. 미소 기전 시스템 컴포넌트는 또한 기계적인 관점에서 더욱 안정적이다. 따라서 운송중에 발생할 수 있는 온도 및 기계적 쇼크와 같은 극단적인 환경에 한층 더 저항성이 있다. 게다가, 이들 컴포넌트는 일정한 제조 계획이나 상황 하에서 유익한 보관 또는 비축이 더욱 쉽다. 끝으로, 해방 단계를 수행하는데 필요한 공정 기구(process tool)는 비교적 간단하고, 싼값에 취득할 수 있다. 설비 및 관련 직원은, 기구 및 후단 공정에 필요한 기술에는 능숙할 수 있지만, 구조적 공정 구역에서 상위 공정(upstream)을 수행하는 것에 대해서는 그다지 쉽게 얻을 수 없을 수 있다. 미해방된 단계에서 운송함으로써, 기술 및 기능이 만드는 장벽을 낮추고, 이들 팀이 간섭 변조기와 다른 미소 기전 시스템 컴포넌트를 제조하기 위해 준비 시에 익혀야 하는 제조 학습 곡선(manufacturing learning curve)의 능률을 올린다. 일반적으로 다수의 디스플레이를 구비하는 대규모 기판 을 포함하는, 디스플레이 업계의 컴포넌트에서, 이 컴포넌트를 해방될 준비가 되어 있는 "해방 직전의 판(ready-to-release plate)"이라고 한다.

Claims (17)

  1. 미소 기전 시스템 기기(microelectromechanical systems device)의 희생층 및 기계적 필름(mechanical film)을 제조하는 단계;
    상기 희생층으로 상기 기계적 필름의 적어도 약간의 움직임을 억제하는 단계; 및
    상기 미소 기전 시스템 기기의 적어도 상기 희생층 및 상기 기계적 필름을 운송하는 단계
    를 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    가동 컴포넌트(moveable component)를 형성하기 위해 상기 기계적 필름을 해방하는 단계를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 해방하는 단계는 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 해방하는 단계는 상기 희생층을 에칭제에 노출시키는 단계를 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에칭제는 가스인 것을 특징으로 하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제조하는 단계는 상기 희생층 위에 상기 기계적 필름을 침적하는 단계를 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미소 기전 시스템 기기의 제조를 계속하는 단계를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미소 기전 시스템 기기의 제조를 계속하는 단계는 후단 공정(backend processing)을 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 운송하는 단계는 상기 미소 기전 시스템 기기의 상기 희생층 및 상기 기계적 필름을 후단 공정의 설비로 이동시키는 것을 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 미소 기전 시스템 기기가 간섭 변조기(interferometric modulator)를 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
  11. 제1항의 방법으로 제조된 간섭 변조기.
  12. 적어도 하나의 해방되지 않은 미해방 기계적 필름; 및
    미소 기전 시스템 기기를 운송하는 동안에 상기 미해방 기계적 필름의 적어도 약간의 움직임을 억제하도록 구성된 희생 컴포넌트
    를 포함하며,
    상기 미해방 기계적 필름은 상기 희생 컴포넌트를 제거한 후에 움직일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 미소 기전 시스템 기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 희생 컴포넌트는 상기 미소 기전 시스템 기기를 제1 제조 설비에서 제2 제조 설비로 운송한 후에 제거되는 것을 특징으로 하는 미소 기전 시스템 기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 희생 컴포넌트는 에칭제에 노출시킴으로써 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 미소 기전 시스템 기기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 에칭제는 가스인 것을 특징으로 하는 미소 기전 시스템 기기.
  16. 제13항에 있어서,
    간섭 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 기전 시스템 기기.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 기계적 필름은 멤브레인(membrane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 기전 시스템 기기.
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