KR20090080918A - Ｍｅｍｓ 제조 및 그 형성을 위한 에어로겔계 몰드 - Google Patents

Ｍｅｍｓ 제조 및 그 형성을 위한 에어로겔계 몰드 Download PDF

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KR20090080918A
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로버트 제이. 칼슨
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 마이크로 전기기계 특징부를 위한 몰드 역할을 하는 패터닝된 에어로겔계 층에 관한 것이다. 에어로겔계 재료의 밀도는 폴리 실리콘, 실리콘 옥사이드, 단일 크리스탈 실리콘, 금속, 금속 합금 등과 같은 MEMS 제조에 사용되는 일반적인 재료의 밀도보다 더 작다. 따라서, 구조적 특징부가 더 밀한 재료에 형성될 수 있는 속도보다 상당히 더 큰 속도로 에어로겔계 층에서 구조적 특징부를 형성할 수 있다. 본 발명은 이러한 몰드를 생산하기 위하여 에어로겔계 층을 패터닝하는 방법을 더 포함한다. 본 발명은 에어로겔계 몰드를 이용하여 마이크로 전기기계 특징부를 제조하는 방법을 더 포함한다. 본 방법은 에어로겔계 층에 형성되어 있는 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 외곽선으로 밀한 재료층을 증착하는 것을 포함한다.
에어로겔, MEMS, 마이크로 전기기계, 몰드

Description

ＭＥＭＳ 제조 및 그 형성을 위한 에어로겔계 몰드{AEROGEL-BASED MOLD FOR MEMS FABRICATION AND FORMATION THEREOF}
본 발명은 마이크로 전기기계 특징부의 형성에 유용한 에어로겔(aerogel)계 몰드(mold)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 에어로겔계 몰드를 형성하는 방법과 에어로겔계 몰드를 사용하는 마이크로 전기기계 특징부의 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로 전기기계 시스템(microelectroechanical system, MEMS)에서 구조를 생성하는데 이용되는 마이크로 제조 기술은 일반적으로 MEMS 구조가 형성되는 재료층을 직접 패터닝하는 것을 포함한다. 사용된 방법은 포토리소그라피, 레이저 에칭, 플라즈마 에칭, 집속 이온 빔 기록(focused ion-bean writing), 전자 빔 기록(electron-beam writing)등을 포함한다, 이러한 프로세스들은 상당한 시간을 소비할 수 있다. 예를 들어, 포토리소그라피는 복잡한 마스킹 과정과 다양한 식각제의 에칭 속도에 대한 정밀한 제어를 요구한다. 집속 이온 빔 기록, 레이저 에칭 및 전자 빔 기록과 같은 다른 방법들은, 복잡한 마스킹 절차의 필요성을 많이 제거한다. 그럼에도 불구하고, 재료층으로 MEMS 구조를 직접 기록하기 위하여 이러한 기술들을 사용하는 것은 재료층으로부터 애블레이션되어야만 하는 재료의 양 때문에 여전히 상당한 시간을 필요로 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 패터닝된 재료층을 형성하는데 필요한 시간을 감소시켜서 이에 따라 마이크로 전기기계 특징부를 제조하는데 필요한 시간을 감소시키는 재료 및 방법에 관한 것이다.
패터닝된 에어로겔계 층은 마이크로 전기기계 특징부를 위한 몰드 역할을 한다. 에어로겔계 재료의 밀도는 폴리 실리콘, 실리콘 옥사이드, 단일 크리스탈 실리콘, 금속, 금속 합금 등과 같은 MEMS 제조에 사용되는 일반적인 재료의 밀도보다 더 작다. 따라서, 구조적 특징부가 더 밀한 재료에 형성될 수 있는 속도보다 상당히 더 큰 속도로 에어로겔계 층에서 구조적 특징부를 형성할 수 있다. 이것은 더 밀한 재료로 유사한 마이크로 전기기계 특징부를 패터닝하는데 필요할 수 있는 것보다 더 적은 시간에 마이크로 전기기계 특징부의 외곽선을 에로로겔계 층으로 패터닝할 수 있게 한다.
본 발명은 이러한 몰드를 생산하기 위하여 에어로겔계 층을 패터닝하는 방법을 더 포함한다. 본 방법은 마이크로 전기기계 특징부와 같은 미세한 스케일의 장치 특징부를 에어로겔계 층에 직접 기록할 수 있는 기술을 이용하는 것을 포함한다.
본 발명은 에어로겔계 몰드를 이용하여 마이크로 전기기계 특징부를 제조하 는 방법을 포함한다. 본 방법은 표면 윤곽(surface contour)이 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일한 구조적 특징부를 갖는 에어로겔계 층으로 밀한 재료층을 직접 증착하는 것을 포함한다.
이것은 구조적 안정성과 기계적 완전성이, 형성된 MEMS 장치가 실리콘 또는 실리콘 옥사이드와 같은 밀한 재료로 직접 기록하여 특징부가 형성되는 MEMS 장치와 유사한 방법으로 기능하도록 하기에 충분한 마이크로 특징부를 제공한다.
다음은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하며, 본 발명의 특정 실시예들을 예시한다. 또한, 본 설명은 특허청구범위에 사용된 용어에 대한 특정 실시예들을 예시한다. 양 경우에 있어서, 이러한 특정 실시예들은 예시적인 목적을 위해 제공되며 청구된 발명의 범위를 제한하려고 사용되는 것은 아니다. 이러한 상세한 설명은 여러 용어의 정의의 한정을 제공하며, 이는 정의적 표현, 즉, "X는 Y로 정의된다"에 의해 식별된다. 이러한 정의적 표현이 설명에서 나타나지 않는다면, 그 설명은 예시적이거나 비한정적인 것으로 간주된다.
정의적으로 표현되지 않는다면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 다른 참조 문서는 별도로 표시되지 않으면, 본 명세서에서 전부 설명되는 것과 같이 모든 목적을 위하여 그 전부가 본 명세서에 참조로서 명확하게 편입된다.
달리 기재되지 않는다면, 모든 퍼센티지, 부분, 비 등은 가중치(weight)에 의한 것이다.
양, 농도, 또는 다른 파라미터가 범위 또는 상한치와 하한치의 리스트로서 주어질 때, 범위가 개별적으로 개시되었는지에 관계없이 범위의 임의의 상한 및 하한의 임의의 쌍으로부터 이루어진 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로서 이해되어야만 한다. 본 명세서에서 수치의 범위가 사용될 때, 달리 기재되지 않으면, 그 범위는 끝 값들과 그 범위 사이의 모든 정수 및 분수를 포함하도록 의도된다. 본 발명의 범위는 범위를 정의할 때 사용된 특정한 값에 한정되는 것으로 의도되지 않는다.
"대략"이라는 용어가 범위의 값 또는 끝 값을 설명하는데 이용되는 경우에, 본 발명은 언급되는 특정 값 또는 끝 값을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "포함한다", "포함하는", "구비한다", "구비하는", "갖는다", "갖는" 또는 이들의 다른 표현은 배타적이지 않은 포함관계를 모두 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 나열된 구성요소를 포함하는 프로세스, 방법, 물건 또는 장치는 반드시 그 구성요소만으로 한정되는 것은 아니며 명백히 나열되지 않거나 이러한 프로세스, 방법, 물건 또는 장치에 본질적인 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 더하여, 반대로 명백하게 기재되어 있지 않다면, "또는(or)" 은 포함적인 선언 판단(inclusive or)을 말하며 배타적 선언 판단(exclusive or)을 말하지 않는다. 예를 들어, "A 또는 B"는 다음의 하나에 의해 만족된다: A는 참(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 부재); A는 참(또는 부재)이고 B는 참(또는 존재): 및 A와 B 모두 참(또는 존재).
본 명세서에서 다양한 구성요소와 부품을 설명하기 위한 단수의 사용은 단지 편의를 위한 것이며, 본 발명의 일반적인 의미를 제공하기 위한 것이다. 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하도록 읽어져야만 하며, 단수는 다르게 의미되는 것이 명백하지 않은 이상 복수를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 다음의 용어들이 다음과 같이 정의된다. 이러한 정의는 특허청구범위를 포함하는 출원서의 모든 부분내에서의 이러한 용어들의 사용에 적용된다.
"에어로겔(aerogel)"은 고체 부분에 실질적으로 손상을 주지 않으면서 결과에 따른 고체가 알코겔(alcogel)의 부피의 적어도 대략 50%를 유지하도록 알코겔로부터 액체를 실질적으로 제거하여 얻어지는 저밀도 고체 상태 재료로서 정의된다. 이 정의에 따르면, 에어로겔은 순수한 실리콘 옥사이드 에어로겔과 같은 단일 화학 조성물로 전체가 이루어질 필요는 없으며, 실리콘 티타늄 옥사이드 에어로겔 등과 같은 여러 가지 겔 형성 조성의 결합을 포함할 수 있다. 또한, 에어로겔은 첨가제 및/또는 불순물이 알코겔 형성을 방해하거나 알코겔의 에어로겔로의 이어지는 변환을 방해하지 않는 한 이러한 첨가제 및/또는 불순물을 포함할 수 있다. 이 정의에 따라, 에어로겔은 전체적으로 균일한 조성을 가질 필요가 없다.
"알코겔(alcogel)"은 졸(sol)이 젤 포인트로 실질적으로 이를 때 나타내는 실질적으로 단단한 구조체로서 정의된다. 졸은 연속적으로 증가하는 분자량을 갖는 화학종의 생성을 이끄는 화학 반응을 겪는 반응물로서 정의된다. 이러한 화학종이 분자량에서 증가하기 때문에, 서로 연결되어 3차원 네트워크를 형성한다. 젤 포인트에서 또는 그 근처에서, 이러한 3차원 네트워크는 졸의 부피를 실질적으로 늘여서, 실질적으로 고체 구조인 알코겔을 만들어 낸다.
"에어로겔계 재료(aerogel-based material)"는 에어로겔의 기체 부피의 실질적인 부분이 기체가 아닌 다른 재료에 의해 차지되지 않은 채로 남아 있는 에어로겔을 포함하는 재료로서 정의된다. 이 정의의 따르면, 에어로겔계 재료는 가스 부피의 실질적인 부분이 기체가 아닌 다른 재료에 의해 차지되지 않은 채로 남아 있도록 다른 재료 및/또는 조성물이 양적으로 존재하는 한 다른 재료 및/또는 조성물과 에어로겔의 합성물을 포함한다. 여기에서 정의된 바와 같이, 가스 부피의 실질적인 부분이 다른 기체가 아닌 재료에 의해 차지되지 않은 채로 남아 있는 한, 에어로겔계 재료는 전체적으로 조성이 균일할 필요가 없다.
"에어로겔계 층(aerogel-based layer)"은 에어로겔계 재료를 실질적으로 포함하는 층 또는 그 층 내부의 서브층이나 영역으로 정의된다.
"기판(substrate)"은 에어로겔계 층을 포함하고 구조적 지지를 제공하는 재료층 아래에 놓인 재료층이다. 에어로겔계 층을 포함하는 재료층은 기판과 직접적인 물리적 접촉을 유지할 필요가 없다. 예를 들어, 중간층 또는 서브 층이 있을 수도 있고 없을 수도 있다.
에어로겔계 층을 참조하는데 사용된 바와 같이, "두께(thickness)"는 측정이 기판에 수직인 축 상에서 일어날 때 에어로겔계 층이 기록이 되기 전에 측정된 에어로겔계 층의 상부 연장부와 에어로겔게 층의 하부 연장부 사이의 거리로서 정의된다.
본 명세서에서, "기록(writing)"은 하나 또는 그 이상의 재료층으로부터의 재료의 순수한(net) 애블레이션(ablation)을 가져다주는 단일 단계 또는 여러 단계의 프로세스로 정의된다. 본 발명은 에어로겔계 층의 구조적 불량을 가져다주는 애블레이션 방법을 배제하기 위한 것을 제외하고는 임의의 특정 애블레이션 방법에 한정되지 않는다.
"구조적 특징부(structural feature)"는 하나 또는 그 이상의 재료층으로의 기록의 결과로서 제공되는 특징부이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "표면 윤곽(surface contour)"은 특징부의 표면 특성의 상대적인 3차원 포지셔닝의 견지에서의 특징부의 표면 기하 구조로 정의된다. 따라서, 2개의 특징부의 표면 윤곽이 비교될 때(예를 들어, 한 특징부의 표면 윤곽이 다른 특징부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일하다고 하기 위하여), 이 비교는 각 특징부 내에서 표면 특성의 상대적 포지셔닝에만 바탕을 둔다. 그러므로, 2 또는 그 이상의 특징부의 표면 윤곽 비교는 절대적 크기의 모든 고려를 배제한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이 문구는 일반적으로 에어로겔 층의 애블레이션에 의하여 적어도 일부가 형성된 구조적 특징부의 표면 윤곽 또는 마이 크로 전기기계 특징부의 적어도 일부 중 하나를 말한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "마이크로 전기기계 특징부(microelectroemechanical feature)"는 임의의 축을 따라 그려진 특징부의 가장 큰 선형 치수가 대략 1 mm보다 더 길지 않고 100 nm보다 더 작지 않은 기계적, 전기기계적, 또는 광전기기계적 장치의 적어도 일부를 형성하는 특징부으로서 정의된다. 본 발명은 특징부가 구축된 크기 한계를 지니고 기계적, 전기기계적 또는 광전기기계적 기능을 수행할 수 있는 한 임의의 특정 종류의 장치, 특징부 또는 그 일부로 범위가 한정되지 않는다.
본 명세서에서 밀한 재료층을 참조하여 사용된 바와 같이, "증착(depositing)"은 재료을 표면상으로 형성하는 방법으로서 정의된다. 본 발명은 에어로겔계 층의 중대한 열화를 야기하거나 또는 에어로겔계 층의 구조적 불량을 야기할 수 있는 기술을 배제하려는 것을 제외하고는 재료층 형성을 위한 임의의 특정 기술에 한정되지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "밀한 재료층(dense material layer)"은 부피로 대략 50%를 넘지 않는 기체를 갖는 재료층으로서 정의된다. 이 정의에 따르면, 크리스탈 구조에서 침입형 점(interstitial point)에 의해 차지되는 부피가 기체에 의해 차지되는 것으로 간주된다.
본 명세서에서 에어로겔계 층을 참조하여 사용된 바와 같이, "제거(removing)"는 에어로겔계 재료를 벗겨내는 방법으로서 정의된다. 본 발명은 에어로겔계 층 위로 증착된 임의의 밀한 재료층 또는 층들의 중대한 열화를 야기할 수 있는 기술을 배제하기 위한 것을 제외하고는 임의의 특정 제거 기술에 한정되지 않는다.
에어로겔계 층은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 임의의 기술에 의해 기판 상에 형성될 수 있다. 본 발명은 에어로겔계 층이 형성되는 수단에 의해 한정될 필요가 없다. 일 실시예에서, 에어로겔 층은 다음의 참조 문헌에 개시된 방법에 의해 기판으로 증착된 실리콘 옥사이드 에어로겔로 이루어진다: G.S. Kim & S.H. Hyun, Thin Solid Films, Vol. 460, pp. 190-200 (2004); S.S. Kistler, Nature, Vol. 127, p. 741 (1931); P.M. Norris & S. Shrinivasan, Ann. Rev. Heat Transfer, Vol. 14, pp. 385-408 (2005, V.Prasad, et al., eds.); S.S. Prakash, et al., Nature, Vol. 374, pp. 439-43 (1995); K. Richter, et al., Ann. Rev. Heat transter, Vol. VI, pp. 61-114 (1996); L.W. Hrubesh & J.F. Poco, J. Non-Crystalline Solids, Vol. 188, pp. 46-53 (1995); 상기 참조 문헌 각각은 그 전문이 참조로서 본 명세서에 편입된다.
본 발명의 에어로겔은 앞에서 정의된 바와 같이 에어로겔을 형성할 수 있는 임의의 재료 조성물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에어로겔은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로겔은 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 크롬 옥사이드, 티타늄 옥사이드 및 틴 옥사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 금속 산화물 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로겔은 실리콘 옥사이드를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 에어로겔은 중량으로 적 어도 95%의 실리콘 옥사이드를 포함한다.
밀도가 에어로겔의 화학 조성 및 밀도가 기체에 의해 차지된 부피의 비율에 따라 가변되기 때문에, 본 발명의 에어로겔은 특정 밀도를 갖지 않는다. 일 실시예에서, 에어로겔의 밀도는 대략 1과 대략 500 kg/m3 사이이다. 다른 실시예에서, 에어로겔의 밀도는 대략 3과 대략 400 kg/m3 사이이다. 다른 실시에에서, 에어로겔의 밀도는 대략 5와 대략 100 kg/m3 사이이다.
본 발명의 에어로겔은 기체에 의해 차지된 부피의 비율에 아무런 특정 제한을 가지지 않는다. 일 실시예에서, 에어로겔은 부피로 대략 50%보다 많은 기체를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로겔은 부피로 대략 70%보다 많은 기체를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로겔은 부피로 대략 85%보다 많은 기체를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로겔은 부피로 대략 90%보다 많은 기체를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로겔은 부피로 대략 97%보다 많은 기체를 가질 수 있다.
본 발명의 에어로겔계 층은 대략 1 mm보다 작은 임의의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 에어로겔계 층은 대략 100 nm와 대략 1 mm 사이의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 에어로겔계 층은 대략 500 nm와 대략 750 ㎛ 사이의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 에어로겔계 층은 대략 1 ㎛와 대략 600 ㎛ 사이의 두께를 갖는다.
본 발명의 기록 프로세스는 그 사용이 에어로겔계 층의 구조적 불량을 야기 할 수 있는 방법을 제외한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 임의의 애블레이션 방법의 이용을 포함한다. 일 실시예에서, 애블레이션 방법은 집속 이온 빔 기록, 플라즈마 애칭, 레이저 애블레이션, 반응성 이온 에칭 및 다른 유사한 건식 에칭 기술로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 기술의 이용을 포함한다. 일 실시예에서, 애블레이션 방법은 집속 이온 빔 기록의 이용을 포함하며, 집속 이온 빔 장치에는 전자 샤워(electron shower)가 장착된다. 각각이 참조로서 본 명세서에 편입되는 C.A. Volkert & A.M. Minor, MRS Bulletin, Vol. 32, pp. 389-95 (2007); W.J. Moberly-Chan et al., MRS Bulletin, Vol. 32, pp. 424-32 (2007); J. Mayer, et al., MRS Bulletin, Vol. 32, pp. 400-07 (2007)을 참조하라.
일 실시예에서, 기록은 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일한 표면 윤곽을 갖는 구조적 특징부를 형성하게 하기 위하여 에어로겔계 층으로부터 재료를 애블레이션하는 에너지원에 노출되는 단일 단계 프로세스를 통해 발생한다.
다른 실시예에서, 기록은 2단계 프로세스를 통해 발생한다. 제1 단계에서, 에어로겔계 층은 제1 구조적 특징부를 형성하기 위하여 에어로겔계 층으로부터 재료를 애블레이션하는 에너지원에 노출된다. 제2 단계에서, 재료는 제2 구조적 특징부를 형성하기 위하여 제1 구조적 특징부로 재료가 증착되며, 제2 단계에서 증착된 재료의 부피는 제1 단계에서 애블레이션된 재료의 부피보다 작고, 제2 구조적 특징부는 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일 한 표면 윤곽을 갖는다. 다른 실시예에서, 기록은 단일 단계 또는 여러 단계 프로세스를 통해 발생될 수 있다.
일부 실시예에서, 에어로겔계 층은 기반 위로 직접 놓이며, 기록 단계는 예를 들어 도 2에서 도시된 바와 같이 아래에 놓인 기판의 표면의 일부를 노출시키도록 에어로겔계 층을 애블레이션한다. 다른 실시예에서, 에어로겔계 층은 기판 위로 직접 놓이고, 기록 단계는 아래에 놓인 기판의 일부를 노출시키지 않도록 에어로겔계 층을 애블레이션한다. 또 다른 실시예에서, 추가 층이 에어로겔계 층과 기판 사이에 놓일 수 있다. 이러한 실시예에서, 기록 단계는 에어로겔계 층으로부터 재료를 적어도 애블레이션하지만(아래에 놓인 층의 표면 부분을 노출시키거나 노출시키지 않으면서), 또한, 기판과 에어로겔계 층 사이에 놓인 층(들)로부터 재료를 애블레이션할 수 있다(아래에 놓인 층의 표면 부분을 노출시키거나 노출시키지 않으면서).
본 발명의 마이크로 전기기계 특징부는 상기 정의에 의해 포함되는 한 임의의 특정 종류의 특징부에 한정되지 않는다. 단일 특징부 마이크로 전기기계 장치에 대하여, 마이크로 전기기계 특징부는 전체 마이크로 전기기계 장치를 구성할 수 있다. 다중 특징부 마이크로 전기기계 장치에 대하여, 마이크로 전기기계 특징부는 단지 마이크로 전기기계의 일부를 구성한다. 일 실시예에서, 마이크로 전기기계 특징부는 다른 마이크로 전기기계 특징부 또는 장치로부터 물리적으로 그리고/또는 전기적으로 분리된다; 예를 들어, 그레이팅(grating). 다른 실시예에서, 마이크로 전기기계 특징부는 다른 마이크로 전기기계 특징부 또는 장치에 또는 임의 의 다른 장치에 물리적으로 그리고/또는 전기적으로 연결된다; 예를 들어, 흐름 채널에 연결된 유체 혼합기(fluid mixer).
일 실시예에서, 마이크로 전기기계 장치는 유체 혼합기이다. 다른 실시예에서, 마이크로 전기기계 장치는 그레이팅이다. 다른 실시예에서, 마이크로 전기기계는 굴곡 격판(flexing diaphragm)이다.
본 발명의 증착 프로세스는 에어로겔계 층의 중대한 열화를 야기할 수 있는 기술 또는 에어로겔계 층의 구조적 불량을 야기할 수 있는 기술을 배제하기 위한 것을 제외하고는 표면상으로 재료층을 형성하는 임의의 방법의 사용을 포함한다. 증착 프로세스는 단일 단계 또는 여러 단계로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 증착 프로세스는 화학 기상 증착, 스퍼터링, 이베포레이션(evaporation), 및 저압 화학 기상 증착으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 기술의 이용을 포함한다.
본 발명의 밀한 재료층은 기체가 부피로 대략 50%보다 적은 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 밀한 재료는 기체가 부피로 대략 40%보다 적은 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 밀한 재료는 기체가 부피로 대략 35%보다 적은 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 밀한 재료는 기체가 부피로 대략 32%보다 적은 재료를 포함한다.
본 발명의 밀한 재료층은 조성이 마이크로 전기기계 특징부에서 사용하기에 적합하는 한 임의의 특정 화학 조성에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 밀한 재료층은 실리콘 다이옥사이드, 금, 플래티늄, 및 폴리 실리콘으로 이루어진 그룹으 로부터 선택된 재료를 포함한다.
일 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도보다 대략 20% 더 큰 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도보다 대략 35% 더 큰 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도보다 대략 50% 더 큰 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도의 대략 2배의 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도의 대략 3배의 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도의 대략 5배의 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도의 대략 10배의 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도의 대략 25배의 평균 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀한 재료층은 에어로겔계 층의 평균 밀도의 대략 50배의 평균 밀도를 갖는다.
밀한 재료층의 증착이 에어로겔계 층으로의 구조적 특징부 기록의 바로 다음에 일어날 필요가 없다. 일 실시예에서, 에어로겔계 층으로의 구조적 특징부 기록은 밀한 재료층의 증착을 위하여 패터닝된 에어로겔계 층을 준비하는 프로세스 또는 일련의 프로세스들이 이어진다. 예를 들어, 에어로겔계 층은 표면 준비가 에어로겔계 층의 구조적 불량을 야기하지 않는 한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 임의의 표면 준비 기술이 가해질 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 밀한 재료층의 증착은 에어로겔계 층으로의 구조적 특징부 기록의 바로 다음에 일어난다.
본 발명의 제거 프로세스는 에어로겔계 층 위로 증착된 임의의 밀한 재료층의 중대한 열화를 야기하는 기술을 제외하고 에어로겔계 층을 벗기는데 적합한 임의의 기술을 포함한다. 일 실시예에서, 제거 프로세스는 에어로겔계 층을 물, 수용성 식각제 및 기체 식각제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 에어로겔계 층을 노출시키는 것을 포함한다.
본 발명의 일 양태는 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 제조에 유용한 에어로겔계 몰드에 관한 것이다. 본 발명의 이러한 양태는 기판상으로 증착된 에어로겔계 층을 포함하며, 에어로겔 층은 대략 1 mm보다 작은 두께를 가지며, 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일한 표면 윤곽을 갖는 구조적 특징부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 이러한 양태에 대한 일 실시예를 도시한다. 에어로겔계 층(11)이 기판(10)상에 형성되었으며, MEMS 스케일 캐비티(12)가 에어로겔계 층으로 직접 패터닝되었다.
본 발명의 다른 양태는 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 제조에 유용한 에어로겔계 몰드를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 대략 1 mm보다 작은 두께를 갖는 에어로겔계 층을 구비한 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일한 표면 윤곽을 갖는 구조적 특징부를 에어로겔계 층에 기록하는 단계;를 포함한다.
도 2는 본 발명의 이러한 양태에 대한 일 실시예를 도시한다. 에어로겔계 층(21)이 기판(20) 상에 형성되었다. 전자 샤워(24)에 연결된 집속 갈륨 이온 빔(23)이 MEMS 스케일 캐비티(22)의 외곽선을 형성하기 위하여 에어로겔계 층으로부터 재료를 애블레이션하는데 이용된다.
본 발명의 다른 양태는 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 대략 1 mm보다 작은 두께를 갖는 에어로겔계 층을 구비한 기판을 제공하는 단계; (b) 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일한 표면 윤곽을 갖는 구조적 특징부를 에어로겔계 층에 생성하는 단계; 및 (c) 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부를 형성하기 위하여 에어로겔계 층 위로 밀한 재료층을 증착하는 단계;를 포함한다.
도 3은 본 발명의 이러한 양태에 대한 일 실시예를 도시한다. 에어로겔계 층(31)이 기판(30) 상에 형성되었다. MEMS 스케일 캐비티(32)가 에어로겔계 층(31)으로 기록되었고, 밀한 재료층(34)이 에어로겔계 층(31) 위로 증착되었다.
도 1 내지 3에 도시된 실시에들은 예시적인 목적만을 위하여 제공된다. 도면들은 특허청구범위에 사용된 문구의 임의의 정의에 대한 소스가 되려고 의도되지 않으며, 또한 어떠한 방법으로도 청구항의 문구의 범위를 제한하려고 의도되지 않는다. 아울러, 각 도면의 다양한 구성요소의 상대적 스케일은 용이한 표현을 위하여 선택된 것이며, 청구항에 기재된 발명의 실제 실시예에서 동일한 구성요소들의 상대적 스케일을 나타낼 수도 있고 아닐 수도 있다.
도 1은 MEMS 스케일의 캐비티가 생성된 에어로겔계 층을 도시한다.
도 2는 MEMS 스케일의 캐비티를 에어로겔 층으로 직접 기록하기 위한 집속 이온 빔의 사용을 도시한다.
도 3은 패터닝된 에어로겔 층으로 직접 밀한 재료층을 증착하여 형성된 MEMS 스케일의 캐비티를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20, 30: 기판
11, 21, 31: 에어로겔계 층
12, 22, 32: MEMS 스케일 캐비티
23: 집속 갈륨 이온 빔
24: 전자 샤워
34: 밀한 재료층

Claims (10)

  1. (a) 대략 10 nm와 대략 1 mm 사이의 두께를 가지며
    (b) 마이크로 전기기계 특징부의 적어도 일부의 표면 윤곽과 실질적으로 동일한 표면 윤곽을 갖는 구조적 특징부를 갖는,
    기판 상으로 증착된 에어로겔계 층;
    을 포함하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔계 층은 부피로 적어도 대략 70%의 기체를 갖는 에어로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에어로겔은 부피로 적어도 대략 85%의 기체를 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에어로겔은 부피로 적어도 대략 95%의 기체를 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에어로겔은 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 에어로겔은 실리콘 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 두께는 대략 1 ㎛ 와 대략 1 mm 사이인 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구조적 특징부는 상기 에어로겔계 층으로 기록되는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구조적 특징부는 집속 이온 빔 기록, 플라즈마 에칭, 레이저 애블레이션 및 반응성 이온 에칭으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 기술에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 전기기계 특징부는 실리콘 옥사이드, 금, 플래티늄 및 실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 구조를 형성하기 위한 몰드.
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