KR20100110371A

KR20100110371A - Ｍｅｍｓ 소자, ｍｅｍｓ 소자를 제조하는 방법 및 ｍｅｍｓ 소자를 제어하는 방법

Info

Publication number: KR20100110371A
Application number: KR1020107018704A
Authority: KR
Inventors: 울프강 팔; 그레고르 페이어택; 안톤 레이들
Original assignee: 에프코스 아게
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-10-12
Also published as: DE102008005686A1; DE102008005686B9; WO2009092361A2; KR101561316B1; US20110018076A1; DE102008005686B4; WO2009092361A3; JP2011512260A; US8674464B2

Abstract

적어도 하나의 캐비티(2)가 존재하는 기판(1)을 포함하는 MEMS 소자가 설명된다. 상기 캐비티(2)는 상기 기판(1)의 능동면에 대해서는 폐쇄된다. 상기 기판(1)의 능동면의 반대면에는 비능동면이 형성되고, 상기 기판(1)은 상기 비능동면 상의 커버링 필름(3)에 의해 커버된다. 또한, MEMS 소자를 제조하는 방법에 설명되며, 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다. 제1단계에서, 기판 웨이퍼(1) 상에 캐비티(2)가 생성되고, 상기 캐비티(2)는 능동면에 대해서는 폐쇄되고, 비능동면에 대해서는 개구부를 갖는다. 제2단계에서, 상기 기판 웨이퍼(1)의 비능동면에 커버링 필름(3)이 인가되고, 상기 커버링 필름(3)은 상기 기판 웨이퍼(1) 중 적어도 상기 캐비티들(2) 사이의 기판 웨이퍼(1) 영역에서 기판 웨이퍼(1)에 접착 본딩된다.

Description

ＭＥＭＳ 소자, ＭＥＭＳ 소자를 제조하는 방법 및 ＭＥＭＳ 소자를 제어하는 방법{MEMS COMPONENT, METHOD FOR PRODUCING A MEMS COMPONENT AND METHOD FOR HANDLING A MEMS COMPONENT}

이동 통신 장치는 전자 소자들에 거대한 소형화 압력을 가하는 원천이다. 이것은 예컨대 상대적으로 높은 구조적 형태를 갖고, 특히 이동 통신 장치에 대해 장치 설계에 대한 제한을 갖는 특히 마이크로폰과 같은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 소자들과 관련된다.

개별 반도체, 메모리, 프로세서, SAW(Surface acoustic wave) 소자, BAW(Bulk acoustic wave) 소자 등과 같은 다양한 마이크로전자 소자들은 웨이퍼 레벨에서 생산된다. 이 경우에, 레이어 증착, 포토리소그래피 방법, 프린팅 방법 등은 다수의 소자들에 대해 병렬적으로 수행된다. 이 경우에, 동일한 타입의 다수의 칩들이 웨이퍼 상에 성장한다. 개념들을 요약하기 위해, 리소스는 자주 외부 패키지에 연결된다. 구체적으로, 반도체 소자들에 대해, 통상적으로 실리콘 웨이퍼들을 기반으로, 소위 WLP(Wafer Level Packaging)에 대한 다수의 개념들이 개발되어 왔다. 이 방법에서, 캡슐화는 표면 처리 중 웨이퍼 레벨에서 수행된다. 반도체 소자들에 대해 알려진 다수의 WLP 개념들은 증기 증착, 프린팅 또는 전자 증착에 의해 웨이퍼 상에 인가되는 솔더로 구성되는 범프 연결을 기반으로 한다. 커버링(covering)으로서 추가적인 웨이퍼가 상기 범프 연결 상에 배치된다. 이를 위해, 양호한 열기계적 매칭 때문에, 예컨대, 추가 실리콘 웨이퍼로서, 바람직하게는 동일한 재료가 사용된다. 두번째 웨이퍼를 직접 배치하고, 첫번째 또는 두번째 웨이퍼를 관통하는 쓰루홀 도금(through-plating)에 의해 두번째 웨이퍼를 관통하는 전기 연결을 생성하는 것도 알려져 있다.

그러나, 실리콘으로 구성된 추가 웨이퍼는 비용이 많이 들고, 필요한 정렬 및 연결 방법이 마찬가지로 복잡하고 비용이 많이 든다. 또한, 분할(singulation) 중에, 재료 두께가 더 두꺼워야 하며, 연결 방법에 따라, 접착제, 솔더, 유리 원료 등과 같은 추가적인 재료가 필요하고, 이것은 처리를 더 어렵게 만든다. 또한, 이러한 소자들은 상당히 복잡한 구조적 형태를 갖는다.

많은 경우에, 이러한 주된 캡슐화 외에 여전히 추가적인 패키징이 수행되므로, WLP와 같은 패키징은 목적을 달성하기 위해 과도한 경비를 구성하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 회피할 수 있는 MEMS 소자들에 대한 효율적이고, 소형화되며 비용효율적인 해결책을 특정하는 것이다.

적어도 하나의 캐비티가 존재하는 기판을 포함하는 MEMS 소자가 설명된다. 상기 기판은 능동면과 비능동면을 갖는다. 상기 캐비티는 상기 능동면에 대해서는 폐쇄되어 있다. 상기 캐비티는 바람직하게는 멤브레인에 의해 폐쇄된다. 상기 능동 및 비능동면은 상기 기판의 반대쪽에 배치된다. 상기 기판의 비능동면에는 커버링 필름이 인가되고, 상기 커버링 필름은 상기 기판을 커버하고, 따라서 바람직하게는 외부에 대해 캐비티를 폐쇄시킨다.

따라서, MEMS 소자는 처리 중, 특히 톱질(sawing) 중 손상 또는 파괴에 대해 보호된다. 또한, 이러한 타입의 MEMS 소자는 다른 경우라면 소자의 손상 또는 소자 기능의 불능에 이를 수 있는 특정 패키지 프로세스를 사용할 수 있도록 해준다. 상기 커버링 필름에 의해 부분적인 볼륨의 범위도 정해질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 커버링 필름은 상기 기판 상의 접착제에 의해 인가된다.

일 실시예에서, 상기 기판과 상기 커버링 필름 사이에는 접착 필름이 인가되고, 상기 접착 필름은 상기 커버링 필름을 상기 기판 상에 고정시킨다. 바람직한 실시예에서, 상기 접착제는 상기 커버링 필름의 거의 모든 영역을 커버한다.

그러나, 상기 접착제가 상기 커버링 필름이 상기 기판과 접촉하는 위치에 정렬되는 것도 가능하다. 따라서, 상기 커버링 필름이 캐비티를 커버하는 영역들에는 접착제가 존재하지 않을 수 있다.

접착 효과가 인가 또는 라미네이션 후에만 활성화되는 접착제를 사용하여 접착 본딩을 수행하는 것이 바람직하다. 이것은 압력 및/또는 열에 의해 수행될 수 있으며, 이 용도로는 예컨대, 고온 융착 또는 "B-stage" 재료가 특히 적합하다.

상기 커버링 필름은 바람직하게는 폴리머 필름으로 구성된다. 그러한, 금속 필름을 사용하는 것도 가능하다.

바람직한 실시예에서, 상기 커버링 필름은 폴리이미드 필름이다. 폴리이미드 필름은 매크로 관점에서는 매우 플렉서블하고, 간단한 방법으로 처리될 수 있다는 장점을 갖지만, 마이크로 관점에서는 상대적으로 큰 변형없이 MEMS 소자의 제조 및 동작 중에 상대적인 압력 차를 견딜 수 있을 만큼 강하다는 장점을 갖는다.

상기 커버링 필름은 바람직하게는 평판 형태로 캐비티를 둘러싼다. 그러나, 사용되는 라미네이션 툴, 예컨대 롤링 또는 압력 플레이트를 달리 세팅함으로써, 상기 커버링을 상기 캐비티 영역의 기판의 표면에 상대적으로 오목하게 또는 볼록하게 변형하는 것도 가능하다. 라미네이션 또는 오토클레이브의 후처리에 의해, 압력, 온도 또는 시간 프로파일을 적절히 선택함으로써, 상기 재료의 후속 풀 큐어링 후에 고정되는 오목 또는 다른 볼록 형태로 설정하는 것도 가능하다.

추가적인 실시예에서, 상기 커버링 필름 상에 또는 상기 캐비티 영역에 추가적인 기능 엘리먼트들이 구성될 수도 있다. 상기 기능 엘리먼트들은 단순한 커버링이거나, 또는 선택적으로 능동 또는 수동 소자일 수 있다.

바람직하게는, 상기 MEMS 소자는 압력 센서로 구현된다. 그러나, 추가적인 실시예에서, 상기 MEMS 소자는 마이크로폰으로부터 구현될 수도 있고, 원하는 추가 기능을 가질 수도 있다.

MEMS 소자를 제조하기 위해서, 제1 단계에서, 기판 웨이퍼에 다수의 캐비티들이 형성된다. 상기 캐비티들은 바람직하게는 제1 능동면에 대해 폐쇄된다. 상기 캐비티들은 바람직하게는 멤브레인에 의해 상기 능동면에서 폐쇄된다. 상기 캐비티들은 바람직하게는 비능동면에 대해 개구부를 갖는다. 제2 단계에서, 상기 기판 웨이퍼의 비능동면에 커버링 필름이 인가되고, 상기 커버링은 캐비티를 형성하지 않는 기판 웨이퍼의 영역에서 상기 기판 웨이퍼에 접착 본딩된다.

바람직한 방법 단계에서, 상기 커버링 필름은 상기 기판 웨이퍼의 비능동면 상에서 전체 영역에 대해 인가된다.

바람직한 방법 단계에서, 상기 커버링 필름은 폴리머 필름 형태로 인가된다. 선택적인 방법 단계에서, 상기 커버링은 금속 필름으로서 인가될 수도 있다.

추가적인 방법 단계에서, 상기 기판 웨이퍼는 바람직하게는 능동면에 의해 제공된 캐리어 필름 상에 접착 본딩된다. 상기 캐리어 필름은 상기 캐리어 필름 상에서 상기 기판 웨이퍼의 분리 후에 존재하는 개별 소자들을 일시적으로 구정하는 역할을 한다. 소위 "UV 릴리즈 테이프"가 이 용도에 특히 적합하다. 상기 테이프는 고 접착력을 갖고, UV 처리 후에 쉽게 제거될 수 있다.

추가적인 방법 단계에서, 상기 커버링 필름은 상기 기판 웨이퍼 만큼 멀리 분리 패턴의 라인들을 따라 절단된다. 상기 절단은 레이저 제거에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 상기 분리의 절단은 톱질 방법에 의해서도 수행될 수 있다.

선택적으로, 포토리소그래피 방법으로 처리된 필름이 라미네이션에 의해 인가될 수 있으며, 상기 필름은 스캐닝 노광 또는 마스크 노광 및 해당 방법의 후속 처리에 의해 구조화된다.

추가적인 방법 단계에서, 상기 기판 웨이퍼는 바람직하게는 톱질 방법에 의해 분리 패턴에 따라 개별 MEMS 소자로 분리된다.

선택적으로, 상기 기판 웨이퍼는 레이저 커팅에 의해 분리될 수도 있다. 상기 기판 웨이퍼의 초기 스크라이빙과 후속의 제어된 브레이킹도 상기 소자들을 분리하기 위한 추가 가능성으로 사용될 수 있다.

그러나, 상기 기판 웨이퍼를 상기 기판 표면 아래의 초점 평면으로의 에너지 입력에 의해 분리하는 것도 가능하다. 레이저 파장, 초점 직경, 파워, 펄스 주파수 및 스캐닝 파라미터를 적절히 선택함으로써, 상기 기판 상의 손상이 방지될 수 있다. 특히, 상기 기판 웨이퍼의 분리에 레이저가 사용되는 경우에는, 상기 분리 라인 영역의 기판 표면을, 레이저 제거 또는 톱질 방법에 의해 벗겨내는 것이 바람직하다. 결과적으로, 상기 커버링 필름은 상기 MEMS 소자의 외부 에지 영역에서는 함몰될 수 있다.

기판 웨이퍼가 톱질 방법으로 분리되는 경우에, 상기 톱질 라인을 따른 상기 기판의 준비는 생략될 수 있다. 섬세한 MEMS 구조를 갖는 캐비티는 첫째로 커버링 필름과, 캐리어 필름 사이에서 최적으로 보호된다. 그러나, MEMS 구조가 허락한다면, 상기 기판의 능동면으로부터 톱질을 수행하는 것도 가능하다.

실장 기판 상에 MEMS 소자를 배치하기 위해, MEMS 소자는 실장 기판 상에 밀착되어 배치된다. 이 경우에, 바람직하게는 진공 툴이 사용되고, 상기 진공 툴은 상기 캐비티 위에 커버링 필름이 없는 MEMS 소자의 경우에, 섬세한 MEMS 구조에 손상을 가할 수 있고, 이것은 상기 커버링 필름에 의해 방지된다. 상기 실장 기판 방향으로, 상기 MEMS 소자의 능동면에 대한 배치는 적어도 상기 캐비티 아래의 영역에 상기 실장 기판과의 기계적 접촉이 없도록 수행된다.

상기 MEMS 소자를 밀착 및 배치하는 단계는 바람직하게는 진공 그립퍼(gripper)에 의해 수행된다.

상기 실장 기판 상에서 상기 MEMS 소자를 고정하고, 상기 MEMS 소자와의 접촉을 형성하기 위해, 바람직하게는, 소위 범프가 사용되며, 상기 범프는 실장 기판과 MEMS 소자 사이에 구성된다. 실장 기판은 바람직하게는 상기 기판 웨이퍼의 캐비티 영역에 개구부를 갖는다.

그러나, 상기 MEMS 소자를 상기 실장 기판과 상기 MEMS 소자의 비능동면 사이의 접착 본딩에 의해 고정되도록 하는 것도 가능하다. 이 경우에, 상기 MEMS 소자의 비능동면은 접착층에 의해 상기 실장 기판 상에 고정된다. 상기 MEMS 소자의 비능동면 상에 커버링 필름이 배치되므로, 상기 커버링 필름은 상기 접착층의 접착 재료가 상기 캐비티의 내부로 들어오지 못하도록 한다.

사용된 실장 기판은 예컨대, 캐비티 패키지일 수 있으며, 상기 캐비티 패키지는 세라믹 재료로 구성된다. 캐비티 패키지는 비싼 경비를 들이지 않고, 매우 작은 사이즈, 벽 두께 및 치수 오차로 형성될 수 있다.

실장 기판은 특히 SMT 실장에 적합한 외부 솔더링 영역 및 내부의 도금된 쓰루홀을 가질 수 있고, 이들은 공지되어 있으므로, 추가적인 설명은 논의되지 않을 것이다. 또한, 실장 기판은 빛, 소리, 압력, 매체 등과 같은 외부 신호를 수신하기 위한 개구부 또는 윈도우를 가질 수 있다.

추가적인 실시예에서, 상기 캐비티 패키지에 추가적인 소자들이 구성될 수 있다. 이들은 특히, 증폭기/ASIC과 같은 수동 소자 및 능동 소자일 수 있으며, 서로 연결될 수도 있고, MEMS 칩에 연결될 수도 있다.

추가적인 실시예에서, 바람직하게는, 압력 센서의 경우에, 캐비티는 금속 코팅이 제공된 커버링 필름에 의해 밀폐될 수 있고, 상기 금속 코팅은 상기 커버링 필름과 오버랩되고, 상기 MEMS 기판 만큼 멀리 확장될 수 있다.

추가적인 실시예에서, 일 예로써, 다수의 마이크로폰 칩들이 공통 패키지로 음향 장치를 형성하도록 구성될 수 있다. 상기 개별 칩들의 후방 볼륨은 바람직하게는 상기 커버링 필름에 의해 서로 음향적으로 디커플링된다.

가능한 추가적인 방법 단계에서, 배치 및 고정 후에 상기 MEMS 소자의 능동면 상에 추가적인 커버링이 인가된다. 그러나, 이러한 방법 단계는 상기 실장 기판 상에서 상기 MEMS 소자의 배치 및 고정 전에 수행될 수도 있다.

상기 실장 기판 상의 MEMS 소자에는 그 뒤에 추가적인 패키지가 제공될 수 있다.

추가적인 실시예에서, 상기 MEMS 소자 상에 인가된 커버링 필름은 추가적인 패키지 부품 또는 커버링을 위한 지지부로써의 역할을 수행할 수 있다. 추가적인 패키지 부품은 몰딩, 포팅(potting) 또는 라미네이션에 의해 상기 MEMS 소자에 인가된 폴리머 층일 수 있다. 추가적인 실시예에서, 상기 추가적인 패키지 부품들은 금속으로 구성될 수도 있다. 이 경우에는, 바람직하게, PVD(physical vapor deposition) 시드 레이어 상에서 외부 전류 또는 전해질 층이 없는 금속화가 포함된다. 그러나, 상기 추가적인 패키지 부품들이 폴리머 및 금속층의 조합으로 구성되는 것도 가능하다.

추가적인 실시예에서, 상기 MEMS 소자는 바람직하게는 전자기 쉴드 역할을 하는 금속층을 갖는다. 이 경우에, 금속층은 접지 전위 또는 외부 전기 연결에 연결된다.

MEMS 소자의 추가적인 실시예에서, 상기 MEMS 소자의 능동면이 상기 실장 기판 방향을 향하는 경우에, 상기 MEMS 소자에는 폴리머 및/또는 금속층이 제공되고, 상기 층은 상기 커버링 필름 및 MEMS 소자에 의해 미리 정의된 표면 상에 직접 구성된다. 따라서, 커버링 필름에 의해, 추가적인 캡슐화 엘리먼트를 갖는 층 구성이 가능하다. 또한, MEMS 소자의 캐비티로의 원치않는 불순물의 침투가 방지된다. 따라서, 실장에 의해 형성되는 스페이싱, 에어 쿠션 등이 방지된다. 결과적으로, 소형화된 구성 및 특히 효율적인 제조가 가능하다.

MEMS 소자 상의 금속층은 알루미늄, 구리, 니켈, 티타늄, 골드, 실버 또는 크로뮴 또는 이들로 구성된 합금 또는 연속된 층을 포함할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 금속층의 두께는 1-100㎛이다.

전술한 주제들은 이하의 도면과 실시예들을 기반으로 보다 상세히 설명될 것이다.

이하 설명된 도면들은 실제 스케일로 간주되어서는 안된다. 설명을 위해, 개별 치수는 확대, 축소 또는 왜곡될 수도 있다. 서로 동일하거나 또는 동일한 기능을 수행하는 엘리먼트들은 동일한 참조 심볼에 의해 지시된다.

도 1은 다수의 캐비티를 갖는 기판 웨이퍼로부터의 발췌 도면이다.
도 2는 캐비티가 커버링으로 커버된 기판 웨이퍼로부터의 발췌 도면이다.
도 3은 특정 위치에서 커버링이 제거된 기판 웨이퍼로부터의 발췌 도면이다.
도 4는 기판 웨이퍼가 톱질(sawing) 방법에 의해 개별 소자들로 분할된 기판 웨이퍼로부터의 발췌 도면이다.
도 5는 기판 웨이퍼가 레이저 커팅에 의해 개별 소자들로 분할된 기파 웨이퍼로부터의 발췌 도면이다.
도 6은 캐비티 패키지로 구성된 MEMS 컴포넌트를 나타낸다.
도 7은 추가적인 캐비티 패키지로 구성된 MEMS 소자들을 나타낸다.
도 8은 캐비티 패키지로 구성된 MEMS 소자를 나타내며, MEMS 소자의 능동 면에 추가적인 커버링이 구성된 경우를 나타낸다.
도 9는 실장 표면 상에 구성된 MEMS 소자를 나타낸다.
도 10은 실장 표면 상에 구성된 MEMS 소자를 나타내고, MEMS 소자에 추가적인 커버링이 제공된 경우를 나타낸다.

도 1은 다수의 캐비티를 갖는 기판 웨이퍼로부터의 발췌 도면으로서, 다수의 캐비티들(2)이 형성되어 있다. 캐비티들은 멤브레인(21)을 갖는 능동면(active side)인, 제1면에 대해서는 폐쇄되어 있다. 캐비티(2)는 비능동면(inactive side)인 제2면에 대해서는 개방되어 있다. 캐비티들은 바람직하게는 기판(1)에서 에칭 방법에 의해 형성된다. 그러나, 캐비티(2)를 임의의 적절한 구조적 방법으로 생성하는 것도 가능하다. 캐비티(2)는 바람직하게는 멤브레인(21)을 갖는 기판의 능동면에 대해서는 폐쇄되어 있다.

캐비티의 형성 중에, 다양한 방법에 의해 캐비티의 멤브레인(21)으로부터 재료가 제거된다. 멤브레인(21)은 기판 웨이퍼의 잉여 레이어 두께를 구성하거나, 또는 MEMS 소자의 능동면에 인가된 추가적인 레이어일 수 있다. 이 경우에, 캐비티(2)의 형성 중에, 기판 재료와 다른 레이어 중 선택적으로, 구조화 단계를 중단하는 것이 가능하다. MEMS 소자의 능동면은 또한 이러한 표면 영역 또는 기판면에 MEMS 소자의 추가적인 기능 엘리먼트들, 바람직하게는 상기 소자와 접촉을 형성할 전기 연결 패드가 구성된다는 점에서도 구별된다.

도 2는 기판(1)의 웨이퍼를 나타내며, 커버링 필름(3)이 비능동면에 인가되어 있다. 커버링 필름(3)은 바람직하게는, 기판(1) 상에 접착층(4)에 의해 인가될 수 있으나, 원래 접착성일 수도 있다. 커버링 필름(3)은 바람직하게는 전체 면적에 대해 기판(1)의 웨이퍼를 커버한다. 기판(1)과 커버링 필름(3) 사이의 접착층(4)은 캐비티(2)의 영역에는 없을 수도 있다. 바람직하게, 접착층(4)은 적어도 기판(1)과 커버링 필름(3)이 접촉하는 영역에 구성된다. 커버링 필름(3)은 바람직하게는 폴리머 필름이다. 추가적인 실시예에서, 금속 필름도 사용될 수 있다. 보다 바람직한 실시예에서, 폴리이미드 필름이 사용된다. 이것은 바람직하게는 20 내지 100㎛의 두께를 갖는다. 접착층은 바람직하게는 10 내지 25㎛의 두께를 갖는다. 접착층(4)는 바람직하게는 예컨대, 압력 또는 열에 의해 기판(1) 상에 커버링 필름(3)을 적층한 경우에만 활성화되는 접착 효과를 갖는다. 특히, 고온에서 융착되는 접착제 또는 소위 "B-stage" 물질들이 이 용도로 적합하다.

도시되지 않은 실시예에서, 커버링 필름(3)은 캐비티(2)의 평면, 평판(flat) 스패닝이 아닌 형태를 가질 수도 있다. 라미네이션 툴, 예컨대 롤 또는 압력 플레이트를 달리 세팅함으로써, 커버링 필름(3)은 예컨대, 캐비티(2)의 영역에서 오목하게 형성될 수 있다. 또한, 필름을 웨이퍼 상에 적층할 때, 적절한 압력, 온도 또는 시간 프로파일을 선택함으로써, 오목 또는 볼록 형상을 설정할 수도 있다. 상기 형상은 후속되는 커버링 필름의 풀 큐어링(full curing) 중에 고정된다.

도 3은 다수의 캐비티(2)를 갖는 기판(1)을 나타낸다. 기판(1)은 능동면에 의해 캐리어 필름(7) 상에 인가된다. 캐리어 필름(7)은 바람직하게는 기판(1)의 능동면을 보호하거나, 분리된 기판(1) 또는 분리될 기판(1)의 보다 단순한 처리를 달성하는 역할을 한다. 캐리어 필름(7)은 바람직하게는 소위 "UV 릴리즈 테이프"를 포함한다. 상기 "UV 릴리즈 테이프"는 고 접착 강도를 갖는다는 점에서 차별화되지만, 캐리어 필름(7)은 UV 방사후에 기판(1)으로부터 다시 쉽게 벗겨질 수 있다. 기판(1)을 개별 MEMS 소자들로 분리하기 위해, 커버링 필름(3)에는 소정의 분리 패턴 라인을 따라 분리 조인트(5)가 제공된다. 분리 조인트(5)는 커버링 필름(3)에 형성되고, 적절한 경우에는 레이저 빔(6)에 의해 접착층(4)에 형성되며, 이 경우 기판(1)은 접촉되지 않을 수 있다. 레이저 파장, 초점 직경(focus diameter), 파워, 펄스 주파수 및 스캐닝 파라미터를 적절히 선택함으로써, 기판(1) 상의 손상을 피할 수 있다.

추가적인 실시예에서(미도시), 포토리소그래피 방식으로 처리된 커버링 필름(3)은 기판(1) 상에 적층될 수 있고, 이 때, 커버링 필름은 스캐닝 또는 마스크 노광 및 해당 방식의 후속 처리에 의해 구조화될 수 있다.

톱질(sawing) 방법에 의해 분리 조인트(5)를 커버링 필름(3)에 형성하는 것도 가능하다.

도 4는 톱날(8)에 의해 개별 MEMS 소자들로 분리된 기판(1)을 나타낸다. 톱날(8)에 의해 기판(1)을 분리하면 절단 에지(9)를 형성하게 된다. 절단 에지(9)는 바람직하게는 기판(1)을 전체에 확장된다. 캐리어 필름(7)은 대부분 손상되지 않고 남아 있지만, 개별 MEMS 소자들은 캐리어 필름(7) 상에 함께 접착된다. 기판(1)의 톱질이 비능동면으로부터 수행되는 경우에, 도 3에서 설명한 단계는 생략될 수 있다. 섬세한 MEMS 구조를 갖는 캐비티(2)는 첫째 커버링 필름(3)과 둘째 캐리어 필름(7) 사이에서 최적으로 보호된다. MEMS 구조가 허락되는 경우에, 톱질이 기판(1)의 능동면으로부터 수행될 수도 있다. 그러나, 이 용도로는 더 부드러운 분리 방법이 더 적합하다.

기판(1)을 개별 MEMS 소자들로 분리하는 보다 부드러운 방법이 도 5에 도시되어 있다. 이 경우에, 기판(1)은 레이저 빔(6)에 의해 능동면으로부터 개별 MEMS 소자들로 분리된다. 이것은 도 4에 도시된 바와 같이 개별 MEMS 소자들 간에 절단 에지(9)를 형성하게 된다. 이 실시예에서, 기판(1)은 비능동면에 의해 캐리어 필름(7) 상에 인가되며, 비능동면 상에는 커버링 필름(3)이 배치된다. 멤브레인 상의 MEMS 구조는 이러한 보다 부드러운 방법에 의해 충분히 보호된다. 기판(1)의 분리 전에 분리 조인트(5)를 형성하는 단계는 임의의 환경 하에서 생략될 수 있다.

선택적으로, 기판 웨이퍼(1)는 또한 기판(1)의 표면의 초기 스크라이빙(scribing) 및 이후의 제어된 브레이킹에 의해, 또는 보다 바람직한 실시예에서, 기판(1)의 표면 아래의 초점 평면에 입력된 에너지에 의해 개별 MEMS 소자들로 분리될 수 있다. 이러한 두 방법의 조합도 가능하다.

도 6은 패키지로 구성된 MEMS 소자의 일 실시예를 나타내며, MEMS 소자는 범프(12)에 의해 실장 기판(10) 상에 고정되어 있다. 범프(12)를 통해 MEMS와의 전기 접속도 형성될 수 있다. 캐비티 패키지는 커버링(11)을 가지며, 이에 의해 폐쇄된 볼륨이 형성된다. 커버링 필름(3) 및 MEMS 소자에 의해 형성된 폐쇄 후방 볼륨은 멤브레인(21)의 전면과 후면 사이에, 지연되지 않는 방식으로, 범프(12) 사이의 측면에서 발생할 수 있는, 바람직하지 않은 빠른 압력 등화를 방지한다.

멤브레인(21)은 기판(1)의 능동면에 대해 캐비티(2)를 폐쇄한다. MEMS 소자의 실장은 바람직하게는 커버링 필름(3)에 의해 폐쇄된 비능동면 상에 동작할 수 있는 진공 흡입 툴에 의해 수행된다. 커버링 필름(3)은 기판(1)의 멤브레인(21)이 손상을 입지 않도록 한다. 도시된 실시예에서, 실장 기판(10)은 캐비티 패키지를 형성한다. 이것은 바람직하게는 세라믹으로부터 형성되며, 문제없이, 치수의 오차없이, 매우 작은 크기와 벽 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 캐비티 패키지는 매체, 방사 또는 압력에 대해 개구부(13) 또는 윈도우를 갖는다. 개구부(13)는 바람직하게는 MEMS 소자 아래에 구성된다.

캐비티 패키지에는, MEMS 소자 외에, 추가적인 소자들, 특히 수동 및 증폭기/ASIC도 형성될 수 있으며, 서로 연결되고, MEMS 센서에도 연결될 수 있다. 특히, 예컨대 전술한 바와 같이 공통 캐비티 패키지에서, 음향 장치로서, 다수의 마이크로폰 칩을 포함할 수도 있으며, 이 경우 개별 마이크로폰 칩들은 커버링 필름(3)에 의해 서로 분리된다.

또한, 접촉 연결, 특히 SMT 실장을 위한 외부 솔더링 영역 및 필요한 도금된 쓰루홀들이 제공될 수 있으며, 이들은 널리 공지되어 있으므로, 이에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7은 MEMS 소자를 실장 기판(10) 상에 또는 도 7에 도시된 바와 같이 캐비티 패키지에 배치하는 추가적인 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, MEMS 소자는 접착층(4)에 의해 기판(1) 상에 인가된 커버링 필름(3)이 실장 표면(10)의 방향을 향하도록 구성된다. 따라서, 커버링 필름(3)은 MEMS 소자를 실장 기판(10)에 고정시키는 접착층(14)이 기판(1)의 캐비티(2)에 침투하지 않도록 보장한다. 와이어(15)에 의해 MEMS 소자와의 전기 접속이 형성된다. 이 경우에는 소위 와이어 본딩 연결이 바람직하다. 실장 기판(10)에 의해 또는 실장 기판(10) 상에 형성된 패키지는 커버링(11)을 갖고, 이것은 도시된 실시예에서, 개구부를 가지며, 상기 개구부는 예컨대 소리의 입력을 위해 사용된다.

도 8은 추가적인 실시예를 나타내며, 이 예에서, MEMS 소자는 기판(1)의 비능동면에 의해 실장 기판(10) 상에 구성된다. 기판(1)의 능동면에는, 캐비티(2) 위의 영역에 추가적인 커버링(16)이 형성된다. 도시된 실시예에서, 실장 기판(10)은 캐비티 패키지를 형성하고, 이 때 캐비티 패키지는 커버링(11)에 의해 폐쇄된다. 본딩 화이어(15)에 의해 MEM 소자와의 접속이 형성된다. MEMS 소자를 실장 기판(10) 상에 고정하기 위해, MEMS 소자는 비능동면에 의해 고정되고, 비능동면 사에는 실장 기판(10) 상의 추가적인 접착층(14)의 도움을 받아, 접착층(4)에 의해 커버링 필름(3)이 인가된다. 커버링 필름(3)은 접착제(14)가 기판(1)의 캐비티(2)에 침투하지 못하도록 한다. 캐비티 패키지는 또한, 매체, 방사 또는 압력을 위한 개구부 또는 윈도우를 가질 수도 있으며, 여기서는 미도시되어 있다.

도 9는 MEMS 소자가 플립칩 기술에 의해 실장 기판(10) 상에 실장되는 실시예를 나타낸다. 기판(1)의 능동면 아래에는, 캐비티(2)의 영역에 추가적인 커버링(16)이 형성된다. 커버링 필름(3)은 접착층(4)에 의해 기판(1)의 비능동면에 인가된다. MEMS 소자는 플립칩 실장에 의해 금속 범프(12) 상에 실장된다.

도 10에서, MEMS 소자는 기판(1)의 능동면을 통해 범프(12)에 의해 실장 기판(10) 상에 인가된다. 실장 기판(10)은 바람직하게는 기판(10)의 캐비티(2)의 영역에 개구부를 갖는다. 기판(1)의 비능동면은 커버링 필름(3)으로 커버된다. 커버링 필름(3)은 바람직하게는 접착층(4)에 의해 기판(1) 상에 고정된다. 그러나, 상기 기판에 납땜 또는 라미네이트될 수도 있다. 이 실시예에서, 커버링 필름(3)은 이를 위한 지지부로서의 역할을 수행하고, 추가로 캡슐화 엘리먼트의 역할도 수행한다. 도시된 실시예에서, 커버링 필름(3)은 평판 형태로 캐비티를 확장한다. 그러나, 사용된 라미네이션 툴, 예컨대 롤링 또는 압력 플레이트를 달리 세팅함으로써, 커버링 필름(3)이 기판(1)에 대해 캐비티(2) 영역에서 오목 또는 볼록하게 변형될 수도 있다. 라미네이션 또는 오토클레이브(autoclave)의 후처리에 의해, 압력, 온도 또는 시간 프로파일의 적절한 선택에 의해 오목 아니면 볼록 형태를 설정하는 것도 가능하면, 이 형태는 재료의 후속되는 풀 큐어링 후에 고정된다. 커버링 필름(3)의 오목 또는 볼록 형태는 캐비티(2)의 볼륨을 확대 또는 축소시킬 수 있다.

MEMS 소자에는 MEMS 소자를 완전히 둘러싸는 라미네이트(17)가 제공되며, 이 때 라미네이트(17)는 MEMS 컴포넌트를 밀봉하고, 바람직하게는 실장 기판(10)과의 에지 영역도 밀봉한다. 도시되 실시예에서, 라미네이트(17) 상에는 금속층(18)이 인가된다. 금속층은 필름인 것으로 이해될 수 있다. 금속층(18)은 알루미늄, 구리, 니켈, 티타늄, 금, 은 또는 크로뮴 또는 이들의 합금 또는 연속된 층을 포함할 수 있다. 금속층(18)은 바람직하게는 증기 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성되며, 또한, 습식 화학 증착 또는 전기증착 또는 이들의 조합에 의해서도 형성될 수 있다. 이 경우에, 금속층(18)은 바람직하게는 1-100㎛의 두께를 갖는다. 라미네이트(17) 및 금속층(18)은 MEMS 소자와 실장 기판(10)에 의해 형성된 캐비티에 바람직하지 못한 습기나 파티클이 침투하는 것을 방지해 준다. 또한, 전자기 간섭에 대한 쉴딩도 형성된다. 외부 패키지의 경우에 존재하는 실장에 의해 형성되는 스페이싱, 에어 갭 등도 방지할 수 있다. 결과적으로, 소형화된 구조 및 특히 효율적인 제조가 가능하다.

금속층(18)을 인가하기 전에 소자의 에지에서 라미네이트(17)를 선택적으로 제거함으로써, 금속층(18)이 기판(1)과 접촉되도록 할 수 있다. 따라서, 예컨대, 금속층(18)이 패키지 접지점에 연결되도록 할 수 있다.

예시적인 실시예들에서는, 본 발명의 제한된 수의 예들만 설명될 수 있었으나, 본 발명은 이 실시예들로 한정되지 않는다. 원칙적으로, 커버링 필름은 오목 또는 볼록 형태를 가질 수 있다.

본 발명은 도시된 엘리먼트들의 수로 한정되지 않는다.

전술한 본 명세서의 주제들은 개별적인 특정 실시예로 한정되지 않고, 개별 실시예들은 서로 조합되어 기술적으로 필요성이 있는 한 서로 조합될 수 있다.

1 : 기판 2 : 캐비티
21 : 멤브레인 3 : 커버링 필름
4 : 접착제 5 : 절개부
6 : 레이저 빔 7 : 캐리어 필름
8 : 톱날 9 : 파쇄 에지
10 : 실장 기판 11 : 커버링
12 : 범프 13 : 개구부
14 : 접착층 15 : 전극
16 : 추가 커버링 17 : 라미네이트
18 : 금속층

Claims

적어도 하나의 캐비티(2)가 존재하는 기판(1) MEMS 소자;
상기 캐비티(2)의 능동면이 폐쇄된 상기 기판(1)의 능동면;
상기 기판(1)의 능동면의 반대면에 구성된 비능동면; 및
상기 기판(1)의 비능동면 상에서 상기 기판(1)을 커버하는 커버링 필름(3)을 포함하는 MEMS 소자.
제1항에 있어서,
상기 캐비티(2)는 멤브레인(21)에 의해 상기 기판(1)의 능동면에서 폐쇄되는 MEMS 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 접착제(4)에 의해 상기 기판(1) 상에 인가되는 MEMS 소자.
제3항에 있어서,
상기 접착제(4)는 상기 커버링 필름(3)의 거의 대부분을 커버하는 MEMS 소자.
제3항에 있어서,
상기 접착제(4)는 상기 커버링 필름(3)과 기판(1) 사이의 접촉 영역에만 배타적으로 형성되는 MEMS 소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 폴리머 필름인 MEMS 소자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 금속 필름인 MEMS 소자.
제6항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 폴리이미드 필름인 MEMS 소자.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 상기 캐비티(2)의 영역에서 상기 기판(1)의 표면에 대해 오목하게 변형된 MEMS 소자.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 상기 캐비티(2)의 영역에서 상기 기판(1)의 표면에 대해 볼록하게 변형된 MEMS 소자.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 상기 MEMS 소자의 외부 에지의 영역에서 제거된 MEMS 소자.
제11항에 있어서,
상기 커버링 필름(3) 상에 금속층이 인가되고, 상기 금속층은 기판(1)의 영역 만큼 확장되고, 상기 기판(1)의 외부 에지에는 커버링 필름이 없는 MEMS 소자.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3) 상에 구성된 추가적인 소자들(16)을 더 포함하는 MEMS 소자.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 MEMS 소자는 압력 센서로 구현되는 MEMS 소자.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 MEMS 소자는 마이크로폰으로 구현되는 MEMS 소자.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 MEMS 소자는 브리지 타입 FBAR로 구현되는 MEMS 소자.
MEMS 소자를 제조하는 방법에 있어서,
기판 웨이퍼(1) 상에, 능동면에 대해서는 폐쇄되어 있고, 비능동면에 대해서는 개구부를 갖는 캐비티(2)를 생성하는 단계; 및
상기 기판 웨이퍼(1)의 비능동면에, 상기 기판 웨이퍼(1) 중 적어도 캐비티(2)를 형성하지 않는 상기 기판 웨이퍼(1)의 영역에 접착된 커버링 필름(3)을 인가하는 단계를 포함하는 MEMS 소자 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 상기 기판 웨이퍼(1)의 비능동면 전체에 인가되는 MEMS 소자 제조 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
멤브레인(21)이 상기 캐비티(2)의 능동면을 폐쇄하도록 수행되는 MEMS 소자 제조 방법.
제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)으로 폴리머 필름이 인가되는 MEMS 소자 제조 방법.
제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)으로 금속 필름이 인가되는 MEMS 소자 제조 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 기판 웨이퍼(1)는 상기 능동면에 의해 캐리어 필름(7)에 접착되는 MEMS 소자 제조 방법.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 상기 기판 웨이퍼(1) 만큼 멀리 분리 패턴의 라인들을 따라 절단되는 MEMS 소자 제조 방법.
제23항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 레이저 제거(ablation)에 의해 절단되는 MEMS 소자 제조 방법.
제23항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 톱질(sawing) 방법에 의해 제거되는 MEMS 소자 제조 방법.
제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)이 절단된 후에, 상기 커버링 필름(3)을 커버하고, 상기 기판(1) 만큼 멀리 확장되는 금속층(18)이 인가되는 MEMS 소자 제조 방법.
제23항에 있어서,
상기 커버링 필름(3)은 포토리소그래피에 의해 절단되는 MEMS 소자 제조 방법.
제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 웨이퍼(1)는 톱질 방법에 의해 개별 소자로 분리되는 MEMS 소자 제조 방법.
제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 웨이퍼(1)는 레이저 커팅에 의해 분리되는 MEMS 소자 제조 방법.
제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 웨이퍼(1)는 초기 스크라이빙(scribing)에 의한 제어된 브레이킹에 의해 분리되는 MEMS 소자 제조 방법.
제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 웨이퍼(1)는 상기 기판 표면 아래의 초점 평면에 에너지 입력에 의해 분리되는 MEMS 소자 제조 방법.
실장 기판 상에서 제1항의 MEMS 소자를 처리하는 방법에 있어서,
상기 MEMS 소자는 상기 실장 기판(10) 상에 밀착되어 배치되고,
상기 MEMS 소자의 능동면은 상기 소자의 적어도 캐비티 영역(2)에서는 상기 실장 기판(10)과 기계적으로 접촉하지 않는 MEMS 소자 처리 방법.
제32항에 있어서,
상기 MEMS 소자의 밀착 및 실장 기판(10) 상의 배치는 흡입에 의해 수행되는 MEMS 소자 처리 방법.
제33항에 있어서,
상기 MEMS 소자는 범프(12)에 의해 상기 실장 기판(10)에 있는 개구부를 통해 그 능동면과 실장 기판(10) 사이에 고정되는 MEMS 소자 처리 방법.
제34항에 있어서,
상기 MEMS 소자는 접착 본딩에 의해 상기 실장 기판(10)과 상기 MEMS 소자의 비능동면 사이에 고정되는 MEMS 소자 처리 방법.
제33항 또는 제34항에 있어서,
배치 및 고정 전에 상기 MEMS 소자의 능동면에 추가적인 커버링(16)이 인가되는 MEMS 소자 처리 방법.