KR20070071026A - Method for preventing stiction in microsystem - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점착방지방법에서 사용되는 미세구조물을 도시한 도면,1 is a view showing a microstructure used in the adhesion prevention method according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 미세구조물의 점착 방법을 나타낸 순서도, 2 is a flowchart illustrating a method of adhering microstructures according to a first embodiment of the present invention;
도 3a 내지 도 3e는 도 2에 따른 도 1의 미세구조물에서의 공정 단면도,3A to 3E are cross-sectional views of a process in the microstructure of FIG. 1 according to FIG. 2;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 미세구조물의 점착 방법을 나타낸 순서도.Figure 4 is a flow chart showing the adhesion method of the microstructures according to the second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : 다결정 실리콘 웨이퍼 12 : 제1희생층11
13 : 다결정 실리콘 14 : 제2희생층13: polycrystalline silicon 14: second sacrificial layer
16 : 친수성 표면 17 : 코팅막16: hydrophilic surface 17: coating film
본 발명은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)를 포함한 미세구조물(Microsystem)의 가공기술에 관한 것으로, 특히, 미세 구조물의 점착(Stiction) 방지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for processing a microstructure including a micro-electro-mechanical system (MEMS), and more particularly, to a method of preventing adhesion of a microstructure.
점착 현상(stiction)이란 미세 구조물의 표면에 의도하지 않는 접착이 일어나서 회복하려는 힘이 모세관힘, 반데르발스힘(van der Waals), 정전력과 같은 표면에 작용하는 힘을 극복하지 못하여 영구적으로 붙어있는 현상을 말한다. 이러한 점착현상은 크게 희생층 제거시의 점착 현상(release-related stiction)과 사용중점착현상(in-use stiction)으로 분류된다. A sticking phenomenon is an unintentional adhesion to the surface of a microstructure, so that the force to recover does not overcome the forces acting on the surface such as capillary forces, van der Waals, or electrostatic force Talk about the phenomenon. Such adhesion phenomenon is largely classified into release-related stiction and in-use stiction when removing a sacrificial layer.
우선, 희생층 제거시의 점착현상은 구조물의 부양(release) 공정 중에서 구조물이 바닥에 붙어서 떨어지지 않는 접착으로 액체 모세관힘에 의해서 일어난다. 현재 이 현상은 승화 건조법, 초임계 건조법, 불산 기상 건조법 등의 방법들로 액체 기상 계면을 피하는 기술로 해결할 수 있다. 그 외에도 미세 구조물 주변에 작은 돌출물을 만들어서 액체 형상(메니스커스, meniscus)을 변화시켜 모세관힘을 줄이는 방법도 있다. First, the adhesion phenomenon when the sacrificial layer is removed is caused by the liquid capillary force due to the adhesion that the structure does not adhere to the floor and is not dropped during the structure release process. At present, this phenomenon can be solved by the technique of avoiding the liquid gas phase interface by methods such as sublimation drying method, supercritical drying method and hydrofluoric acid vapor drying method. In addition, small protrusions can be created around the microstructure to reduce the capillary force by changing the liquid shape (meniscus).
그러나, 이러한 방법들도 미세 구조물이 동작중 습도나 과도한 충격 등으로 복원되지 않는 점착이 발생하는 것을 해결할 수는 없다. 그 이유는 근접한 미세 구조물 표면이 서로 접촉할 때 모세관, 정전, 반데르발스 등의 힘이 발생하고, 이 힘에 의해 표면부착이 일어나며, 그 결과 소자 손상을 초래하게 되어 결국 구조물의 점착현상이 발생하기 때문이다. However, these methods also cannot solve the occurrence of adhesion that the microstructure is not restored due to humidity or excessive impact during operation. The reason is that when the surfaces of adjacent microstructures come into contact with each other, forces such as capillary, electrostatic, and van der Waals are generated, and the surface adhesion is caused by these forces, resulting in damage to the device, resulting in adhesion of the structure. Because.
최근에는 구조물 표면을 화학적으로 개질시키는 방법이 발표되었는데, 예를 들어 수소 부동태(passivation), 수소 결합 불화 모노레이어 , 플라즈마 증착 탄화불소 박막, 공유 결합(covalently-bound) 탄화수소 자기집합단층막(self-assembled monolayer; SAM) 등이 있다. 이 중 대표적인 방식이 SAM 방식이다. 그러나, 이 SAM 방식도 처리방법이 복잡하고, 공정비용이 많이 들며 온도에 대한 의존성이 강한 단점이 있다. Recently, methods for chemically modifying the surface of structures have been published, for example hydrogen passivation, hydrogen bond fluoride monolayers, plasma deposited fluorocarbon thin films, and covalently-bound hydrocarbon self-assembled monolayers. assembled monolayer (SAM). The representative one of these is the SAM method. However, this SAM method also has a disadvantage in that the processing method is complicated, the process cost is high, and the dependence on temperature is strong.
상술한 바와 같이, 종래의 방식인 승화건조법, 초임계 건조법, 불산 기상 건조법 등은 단지 구조물의 희생층 제거 후 건조시 액체 상태의 표면 형상을 피하는 기술로서, 사용중(구동중)에 습도나 주위환경에 상당한영향을 받아 구조물의 바닥에 붙어 버리는 문제점이 있다. 또한, 최근에 개발된 SAM 방식도 공정시간이 길고, 공정비용이 비싼 단점이 있다. As described above, the conventional sublimation drying method, supercritical drying method, and hydrofluoric acid vapor drying method are techniques for avoiding the liquid surface shape during drying after removing the sacrificial layer of the structure. There is a problem that is attached to the bottom of the structure is affected significantly. In addition, the SAM method recently developed has a long process time and a disadvantage that the process cost is expensive.
위와 같은 문제를 해결하고자, 최근에 실란계 화합물을 증착 건조하는 방법이 개발되었으나 이또한 여러 단계의 세정 공정이 필요하고 이에 따른 비용이 증대된다.(대한민국 공개특허공보, 10-2004-O048208호)In order to solve the above problems, a method of depositing and drying a silane-based compound has recently been developed, but this also requires a multi-step cleaning process and increases the cost thereof (Korean Patent Publication, 10-2004-O048208).
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 반도체 마스크 공정에서 흔히 사용되는 HMDS의 기상코팅에 의해 미세 구조물 표면에 소수성막을 형성하여 주위 습도나 환경에 의해 물분자와의 결함을 방지하여 비용증가없 이 간단하게 미세 구조물의 점착을 방지할 수 있는 미세구조물의 점착 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is proposed to solve the problems of the prior art, to form a hydrophobic film on the surface of the microstructure by the vapor phase coating of HMDS commonly used in the semiconductor mask process to prevent defects with water molecules by the ambient humidity or the environment The purpose of the present invention is to provide a method for preventing adhesion of microstructures that can easily prevent adhesion of microstructures without increasing the cost.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세구조물의 점착 방지 방법은 희생층에 의해 덮인 미세구조물을 갖는 기판을 준비하는 단계, 상기 희생층을 식각하는 단계, 상기 희생층 식각후 잔류하는 부산물을 제거하기 위해 탈이온수로 세정하는 단계, 상기 탈이온수 세정후에 잔류하는 부산물을 제거하면서 상기 미세구조물의 표면을 친수성 표면으로 바꾸기 위해 이소프로필알코올을 이용하여 세정하는 단계, 및 상기 친수성 표면을 갖는 미세구조물의 표면을 소수성 표면으로 바꾸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 친수성 표면을 갖는 미세구조물의 표면을 소수성 표면으로 바꾸는 단계는 상기 친수성 표면을 갖는 미세구조물의 표면 상에 C6H19NSi2의 화학식을 갖는 HMDS를 기상증착한 후 건조시키는 것을 특징으로 하고, 상기 HMDS의 기상증착은 130∼200℃의 고온에서 1분∼10분 동안 기상 증착하는 것을 특징으로 하고, 상기 건조는 베이크를 이용하고, 상기 베이크의 온도는 160℃∼250℃로 하는 것을 특징으로 한다.Method for preventing adhesion of the microstructures of the present invention for achieving the above object is to prepare a substrate having a microstructure covered by a sacrificial layer, etching the sacrificial layer, to remove the by-products remaining after etching the sacrificial layer Washing with deionized water, washing with isopropyl alcohol to change the surface of the microstructure to a hydrophilic surface while removing by-products remaining after the deionized water, and the surface of the microstructure having the hydrophilic surface. To a hydrophobic surface, wherein the step of converting the surface of the microstructure having the hydrophilic surface into a hydrophobic surface comprises the chemical formula of C 6 H 19 NSi 2 on the surface of the microstructure having the hydrophilic surface. Characterized in that the HMDS having a vapor deposition and then dried, the gas phase of the HMDS Complex is characterized in that the vapor deposition for 1-10 minutes at a temperature of 130~200 ℃, wherein the drying is used for baking, and the baking temperature is characterized by a 160 ℃ ~250 ℃.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점착방지방법에서 사용되는 미세구조물을 도시한 도면이다.1 is a view showing a microstructure used in the adhesion prevention method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 단결정 실리콘웨이퍼(11) 상에 제1희생층(12)을 증착한 후, 제1희생층(12)을 식각하여 단결정 실리콘웨이퍼(11)의 일부에 연결되는 미세구조물인 다결정실리콘(13)을 형성하고, 다결정실리콘(13) 상에 제2희생층(14)을 증착한다. 여기서, 제1희생층(12)과 제2희생층(14)은 CVD 방법에 증착한 실리콘산화막 계열의 산화막이거나 또는 감광막(Photoresist)이다.Referring to FIG. 1, after depositing the first
위와 같이 완성된 미세구조물을 갖는 구조에서 단결정 실리콘웨이퍼(11)로부터 미세구조물, 즉 다결정실리콘(13)을 부양시키는 부양 과정을 거치게 되는데, 상기 부양과정 중에 발생하는 점착현상 및 사용 중에 발생하는 점착현상을 방지하기 위해 도 2와 같은 순서로 진행한다.In the structure having the completed microstructure as described above is subjected to a flotation process for supporting the microstructure, that is,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 미세구조물의 점착 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3a 내지 도 3e는 도 2에 따른 도 1의 미세구조물에서의 공정 단면도이다. 이하, 도 2와 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 설명한다.2 is a flowchart illustrating a method of adhering microstructures according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating processes of the microstructure of FIG. 1 according to FIG. 2. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 2 and 3A to 3E.
도 2를 참조하면, 희생층을 식각하는 제1과정(100), 탈이온수로 세정하는 제2과정(101), 이소프로필알코올 액상을 이용하여 세정하는 제3과정(102), HMDS를 기상증착하여 코팅막을 형성하는 제4과정(103) 및 건조하는 제5과정(104)으로 이루어진다.Referring to FIG. 2, a
먼저, 제1과정(100)은 제1,2희생층(12, 14)을 식각하는 과정으로서, 제1,2희생층(12, 14)이 감광막인 경우, 솔벤트(solvent)를 이용한 습식 식각 또는 산소플 라즈마(02 plasma)를 이용한 건식식각이 가능하다.First, the
제1,2희생층(12, 14)이 실리콘산화막 계열인 경우에는, 불산(HF) 수용액을 이용한 습식식각이 가능하다.When the first and second
다음으로, 제2과정(101)은 탈이온수를 이용하여 세정하는 과정으로서, 제1과정(100) 진행시 잔존하는 부산물(도 3a의 '15')을 제거하는 과정이다(도 3b 참조). 바람직하게, 탈이온수를 이용한 세정은, 10분동안 디핑(Dipping)하여 진행한다.Next, the
다음으로, 제3과정(102)은 이소프로필 알코올 액상을 이용하여 제2과정(101) 진행후에 여전히 잔류하고 있는 희생층 식각시의 잔류 부산물(도 3b의 15a)을 제거하면서 후속 HMDS의 코팅(coating) 작업시 균일한 두께의 코팅막을 형성하기 위한 프리웨팅(Pre-wetting) 과정이다. 바람직하게, 이소프로필알코올 액상을 이용한 세정은 1∼2분동안 진행한다.Next, the
위와 같이, 이소프로필알코올액상을 이용하여 세정을 진행하면, 잔류부산물(15a)은 모두 제거가 되고, 다결정실리콘층(13)의 표면은 친수성 표면(16)으로 바뀐다.(도 3c 참조)As described above, when the cleaning is performed using the isopropyl alcohol liquid phase, all
다음으로, 제4과정(103)은 제3과정(102)의 이소프로필 알코올에 의해 친수화된 구조물 표면에 코팅막(17)을 형성하여 표면을 소수성 표면으로 바꾸어 수분과의 결합을 막아 구조물의 점착을 최소화하는 과정이다(도 3d 참조). 즉, HMDS 기상증착에 의해 코팅되는 코팅막(17)은 소수성표면을 갖는 소수성막이므로, 다결정실리콘의 표면이 친수성에서 소수성 표면으로 바뀌게 된다.Next, the
바람직하게, 코팅막(17)은 HMDS를 고온(130∼200℃)에서 1분∼10분 동안 기상 증착하므로써 얻는다. 상기 HMDS의 화학식은 C6H19NSi2로 표기하며, HMDS의 구조는 다음과 같다.Preferably, the
다음으로, 제5과정(104)은 HDMS를 코팅한 후에 베이크(bake)를 진행하여 건조시키는 과정이다. 이때, 건조시 베이크의 온도는 160℃∼250℃로 한다(도 3e 참조).Next, the
한편, 건조는 코팅막(17)의 증착과 동시에 진행할 수 있다. 즉, HMDS의 기상증착후 인시튜(In-situ)로 베이크를 진행한다.On the other hand, the drying may proceed simultaneously with the deposition of the coating film (17). That is, baking is performed in-situ after vapor deposition of HMDS.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 미세구조물의 점착 방법을 나타낸 순서도로서, 도 1의 미세구조물에 대해서 진행한 것으로, 도 3a 내지 도 3e를 동시에 참조하여 설명한다.4 is a flowchart illustrating a method of adhering microstructures according to a second exemplary embodiment of the present invention, which is performed with respect to the microstructure of FIG. 1 and will be described with reference to FIGS. 3A to 3E.
도 4를 참조하면, 희생층을 식각하는 제1과정(200), 탈이온수로 세정하는 제2과정(201), 이소프로필알코올 증기를 이용하여 세정하는 제3과정(202), HMDS를 기상증착하여 코팅막을 형성하는 제4과정(203) 및 건조하는 제5과정(204)으로 이루어 진다.Referring to FIG. 4, a first process 200 for etching a sacrificial layer, a
먼저, 제1과정(200)은 제1,2희생층(12, 14)을 식각하는 과정으로서, 제1,2희생층(12, 14)이 감광막인 경우, 솔벤트(solvent)를 이용한 습식 식각 또는 산소플라즈마(02 plasma)를 이용한 건식식각이 가능하다.First, the first process 200 is a process of etching the first and second
제1,2희생층(12, 14)이 실리콘산화막 계열인 경우에는, 불산(HF) 수용액을 이용한 습식식각이 가능하다.When the first and second
다음으로, 제2과정(201)은 탈이온수를 이용하여 세정하는 과정으로서, 제1과정(200) 진행시 잔존하는 부산물(도 3a의 '15')을 제거하는 과정이다(도 3b 참조). 바람직하게, 탈이온수를 이용한 세정은, 10분동안 디핑(Dipping)하여 진행한다.Next, the
다음으로, 제3과정(202)은 이소프로필 알코올 액상을 이용하여 제2과정(201) 진행후에 여전히 잔류하고 있는 희생층 식각시의 잔류 부산물(도 3b의 15a)을 제거하면서 후속 HMDS의 코팅(coating) 작업시 균일한 두께의 코팅막을 형성하기 위한 프리웨팅(Pre-wetting) 과정이다. 이를 위해, 이소프로필알코올 증기(Vapor)를 이용하여 세정을 진행한다. 즉, 제1실시예의 액상 세정뿐만 아니라 제2실시예에서는 180℃∼220℃의 이소프로필알코올증기, 즉 180℃∼220℃ 온도의 이소프로필알코올 증기를 이용한 기상에서의 세정이 가능하다.Next, the
위와 같이, 이소프로필알코올증기를 이용하여 세정을 진행하면, 잔류부산물(15a)은 모두 제거가 되고, 다결정실리콘층(13)의 표면은 친수성 표면(16)으로 바뀐다.(도 3c 참조)As described above, when washing is performed using isopropyl alcohol vapor, all residual by-
다음으로, 제4과정(203)은 제3과정(202)의 이소프로필 알코올에 의해 친수화된 구조물 표면에 코팅막(17)을 형성하여 표면을 소수화하여 수분과의 결합을 막아 구조물의 점착을 최소화하는 과정이다(도 3d 참조). 즉, HMDS 기상증착에 의해 코팅되는 코팅막(17)은 소수성표면을 갖는 소수성막이므로, 다결정실리콘(13)의 표면이 친수성에서 소수성 표면으로 바뀌게 된다.Next, the
바람직하게, 코팅막(17)은 HMDS를 고온(130∼200℃)에서 1분∼10분 동안 기상 증착하므로써 얻는다. 상기 HMDS는 C6H19NSi2로 표기하며, HMDS의 구조는 제1실시예의 화학식1과 같다.Preferably, the
다음으로, 제5과정(204)은 HDMS를 코팅한 후에 베이크를 진행하여 건조시키는 과정이다. 이때, 건조시 베이크의 온도는 160℃∼250℃로 한다(도 3e 참조).Next, the
한편, 건조는 코팅막(17)의 증착과 동시에 진행할 수 있다. 즉, HMDS의 기상증착후 인시튜(In-situ)로 베이크를 진행한다.On the other hand, the drying may proceed simultaneously with the deposition of the coating film (17). That is, baking is performed in-situ after vapor deposition of HMDS.
상술한 제1 및 제2실시예에서, 미세구조물은 다결정실리콘을 이용하였으나, 미세구조물은 다결정실리콘과 같은 실리콘구조물 외에 메탈구조물일 수도 있으며, 이때, 메탈구조물은 알루미늄, 알루미늄합금 또는 구리를 포함한다.In the above-described first and second embodiments, the microstructures use polycrystalline silicon, but the microstructures may be metal structures in addition to silicon structures such as polycrystalline silicon, wherein the metal structures include aluminum, aluminum alloy or copper. .
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
상술한 본 발명은 HMDS에 의한 소수성 코팅막의 형성을 통해 주위의 습도나 환경변화에 의한 수분의 결합을 방지하여 미세 구조물의 희생층 제거시 또는 사용 중에 발생하는 점착을 최소화하여 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above prevents the bonding of moisture due to ambient humidity or environmental change through the formation of a hydrophobic coating film by HMDS, thereby minimizing adhesion occurring during the removal of the sacrificial layer of the microstructure or during use to extend the life of the product. It can be effective.
또한, 본 발명은 기존의 방법들에 비해 공정이 대단히 간단하여 통상적인 반도체 제조 공정시 사용되는 장치들의 이용이 가능하고, 반도체 제조 공정의 마스크 공정에서 광범위하게 사용하는 케미컬은 HMDS를 이용하므로써 신규 케미컬이 필요하지 않아 제조 원가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is very simple compared to the existing methods it is possible to use the devices used in the conventional semiconductor manufacturing process, the chemical used extensively in the mask process of the semiconductor manufacturing process by using the new chemical HMDS Since this is not necessary, there is an effect of reducing the manufacturing cost.
또한, 본 발명에 따른 점착 방지를 위한 코팅막은 실리콘 구조물 뿐만 아니라, 모든 메탈구조물(알루미늄 또는 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금 등)에 그 적용이 가능하다. In addition, the coating film for preventing adhesion according to the present invention is applicable to all metal structures (aluminum or aluminum alloys, copper or copper alloys, etc.) as well as silicon structures.
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