KR102135368B1 - Method for fabrication of micro oscillating devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 균일하고 정확한 치수의 스프링을 포함하는 미세 진동자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에서 제안하는 미세 진동자의 제조 방법은, (a) 실리콘 웨이퍼의 전면에 전면 마스크 레이어를 증착하고 상기 실리콘 웨이퍼에서 스프링을 형성하고자 하는 영역과 대응되는 영역에 패터닝을 하는 단계, (b) 상기 실리콘 웨이퍼에 형성될 스프링의 치수를 정의하도록 상기 전면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 상기 실리콘 웨이퍼의 내부로 이온을 주입하여 매립층을 형성하는 단계, 및 (c) 상기 실리콘 웨이퍼에서 상기 전면의 반대쪽에 형성되는 후면에 증착된 후면 마스크 레이어에서 상기 매립층과 대응되는 영역을 패터닝 하고 상기 후면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 상기 매립층까지 식각하여 스프링을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for manufacturing a micro-oscillator comprising a spring of uniform and accurate dimensions, the method of manufacturing a micro-oscillator proposed in the present invention, (a) depositing a front mask layer on the front surface of the silicon wafer and the silicon Patterning an area corresponding to an area to form a spring on a wafer, (b) ion into the inside of the silicon wafer through a patterned area of the front mask layer to define a dimension of the spring to be formed on the silicon wafer Forming a buried layer by injecting, and (c) patterning a region corresponding to the buried layer in a rear mask layer deposited on a rear side formed on the opposite side of the front side from the silicon wafer and patterning the patterned region of the rear side mask layer And forming a spring by etching through the buried layer.
Description
본 발명은 미세전자기계시스템{MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS; MEMS} 기술을 이용하여 미세 진동자를 정밀 제작하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 미세 진동자 기계 구조의 핵심인 스프링의 형상을 정밀하고 정확하게 제작할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a microelectromechanical system MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS; MEMS} relates to a method for precisely manufacturing a micro-oscillator using technology, and more particularly, to a technology capable of accurately and accurately manufacturing a shape of a spring, which is the core of the micro-oscillator machine structure.
최근 MEMS 기술의 발전과 스마트폰(Smart Phone} 등 개인용 휴대기기의 수요가 급증함에 따라 개인용 휴대기기가 널리 보급되고 있다. 이로 인하여, 상기 개인용 휴대기기 등에 적용되는 초소형 센서 및 액추에이터(Actuator)의 연구개발도 활발해지는 추세이다.2. Description of the Related Art With the recent development of MEMS technology and the rapid increase in demand for personal portable devices such as smart phones, personal portable devices have been widely used, and for this reason, the study of ultra-small sensors and actuators applied to the personal portable devices, etc. Development is also active.
MEMS 기술을 이용한 미세소자에는 대표적으로 센서와 액추에이터가 있다. 센서의 예로는 가속도계, 각속도계, 압력센서, 지자기센서 등이 있으며, 액추에이터의 예로는 오실레이터(Oscillator), 마이크로 셔터(Micro Shutter), 마이크로 스캐닝 미러(Micro Scanning Mirror) 등이 있다.Micro devices using MEMS technology typically include sensors and actuators. Examples of sensors include accelerometers, angular accelerometers, pressure sensors, geomagnetic sensors, and examples of actuators include oscillators, micro shutters, and micro scanning mirrors.
이와 같은 대다수의 미세소자는 움직일 수 있는 미세 진동자를 포함하며, 미세 진동자는 주로 진동하거나 공진하는 원리로 동작한다. 미세 진동자는 질량체와 탄성을 갖는 스프링으로 구성되며, 미세 진동자의 고유 진동수는 미세소자의 성능을 결정하는 매우 중요한 특성이다. 고유 진동수는 미세 진동자의 질량과 스프링의 탄성계수에 의해 결정되고, 특히 스프링은 질량체에 비해 일반적으로 매우 작은 크기로 형성되므로 치수에 매우 민감한 특성이 있다.Most of these micro-elements include a movable micro-oscillator, and the micro-oscillator mainly operates on the principle of vibrating or resonating. The micro-oscillator is composed of a mass and an elastic spring, and the natural frequency of the micro-oscillator is a very important characteristic that determines the performance of the micro-element. The natural frequency is determined by the mass of the fine oscillator and the elastic modulus of the spring. In particular, the spring has a characteristic that is very sensitive to dimensions since it is generally formed in a very small size compared to the mass body.
스프링의 탄성계수는 스프링의 형상에서 가장 작은 치수에 대해 가장 민감하므로 통상적으로 스프링의 두께에 대해 매우 큰 변화를 갖는다. 따라서, 미세 진동자의 스프링 두께를 정확하게 제작하는 것이 진동자의 고유 진동수를 결정짓는 매우 중요한 요소이다.Since the elastic modulus of the spring is most sensitive to the smallest dimension in the shape of the spring, it usually has a very large change to the thickness of the spring. Therefore, accurately producing the spring thickness of the fine vibrator is a very important factor in determining the natural frequency of the vibrator.
종래의 미세 진동자 제작 방법에서는 스프링의 두께를 습식 또는 건식 식각 방법을 통해 제작하였다. 그러나, 종래의 방법에서는 식각되는 깊이를 시간에 의해 조절하므로 장비의 식각률(Etch Rate)의 변동 등에 의하여 정확도를 얻기 어려울 뿐만 아니라 웨이퍼 내에서 소자들 간의 균일도를 얻기도 어려운 문제가 있었다. 또한, 종래의 방법은 스프링의 두께를 결정하기 위해 전체 웨이퍼 두께에서 식각된 깊이를 제외한 나머지 잔류 부분을 이용하는 방식을 이용하였기 때문에 웨이퍼 자체의 두께 편차와 식각 깊이 간의 편차를 모두 포함하므로 오차가 더욱 커진다는 문제도 있었다.In the conventional micro-oscillator manufacturing method, the thickness of the spring was produced through a wet or dry etching method. However, in the conventional method, since the depth to be etched is controlled by time, it is difficult to obtain accuracy due to variations in the etch rate of equipment, etc., and there is also a problem that it is difficult to obtain uniformity between elements in a wafer. In addition, since the conventional method uses a method of using the remaining portion excluding the etched depth from the entire wafer thickness to determine the thickness of the spring, the error is further increased because it includes both the deviation of the thickness of the wafer itself and the etch depth. There was also a problem.
이에 따라, 종래의 미세 진동자 제작 방법에 존재하던 문제점들을 극복하고 미세 진동자의 스프링 두께를 정확하게 제작할 수 있는 새로운 미세 진동자 제작 방법에 대하여 고려될 수 있다.Accordingly, it is possible to overcome the problems existing in the conventional micro-oscillator manufacturing method and to consider a new micro-oscillator manufacturing method capable of accurately producing the spring thickness of the micro-oscillator.
본 발명의 일 목적은 미세 진동자의 정확한 고유 진동수를 확보하여, 미세 진동자를 포함하는 우수한 성능의 미세소자 제조를 가능하게 하는 미세 진동자의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.One object of the present invention is to provide a method of manufacturing a micro-oscillator that ensures an accurate natural frequency of the micro-oscillator and enables production of a micro-element having excellent performance including the micro-oscillator.
본 발명의 다른 일 목적은 종래의 바업에 비하여 장비의 상태나 편차에 상대적으로 덜 민감하고 소자간 공정의 균일도를 확보할 수 있는 미세 진동자의 제조 방법을 제안하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to propose a method of manufacturing a micro-oscillator that is relatively less sensitive to the state or deviation of equipment and can secure the uniformity of the inter-element process compared to a conventional bar-up.
본 발명의 또 다른 일 목적은 실리콘 웨이퍼가 식각되는 깊이가 시간에 독립적인 미세 진동자의 제조 방법을 개시하기 위한것이다.Another object of the present invention is to disclose a method of manufacturing a micro-oscillator whose time at which the silicon wafer is etched is independent of time.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 미세 진동자의 제조 방법은, (a) 실리콘 웨이퍼의 전면에 전면 마스크 레이어를 증착하고 상기 실리콘 웨이퍼에서 스프링을 형성하고자 하는 영역과 대응되는 영역에 패터닝을 하는 단계, (b) 상기 실리콘 웨이퍼에 형성될 스프링의 치수를 정의하도록 상기 전면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 상기 실리콘 웨이퍼의 내부로 이온을 주입하여 매립층을 형성하는 단계, 및 (c) 상기 실리콘 웨이퍼에서 상기 전면의 반대쪽에 형성되는 후면에 증착된 후면 마스크 레이어에서 상기 매립층과 대응되는 영역을 패터닝 하고 상기 후면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 상기 매립층까지 식각하여 스프링을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve such an object of the present invention, a method for manufacturing a micro-oscillator according to an embodiment of the present invention, (a) a region to deposit a front mask layer on the front surface of a silicon wafer and to form a spring on the silicon wafer And patterning the region corresponding to, (b) forming a buried layer by implanting ions into the inside of the silicon wafer through the patterned region of the front mask layer to define the dimensions of the spring to be formed on the silicon wafer. , And (c) patterning a region corresponding to the buried layer in the rear mask layer deposited on the rear side formed on the opposite side of the front side from the silicon wafer, and etching the spring through the patterned region of the rear side mask layer to the buried layer. And forming.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 (b) 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 내부에 산화물 매립층 또는 질화물 매립층을 형성하도록 상기 전면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 산소 이온 또는 질소 이온을 가속하여 주입할 수 있다.According to an example related to the present invention, step (b) may accelerate and implant oxygen ions or nitrogen ions through a patterned region of the front mask layer to form an oxide buried layer or a nitride buried layer inside the silicon wafer. have.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (b) 단계는 상기 이온 주입에 의해 손상된 상기 실리콘 웨이퍼를 회복하고 상기 실리콘 웨이퍼의 내부에 균일한 매립층을 형성하도록 상기 이온 주입 후에 열처리할 수 있다.According to another example related to the present invention, step (b) may be heat treated after the ion implantation to recover the silicon wafer damaged by the ion implantation and to form a uniform buried layer inside the silicon wafer.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (b) 단계에서는 상기 매립층이 형성되는 깊이를 제어하도록 상기 이온 주입시의 주입 에너지를 조절할 수 있다.According to another example related to the present invention, in the step (b), the implantation energy at the time of ion implantation may be controlled to control the depth at which the buried layer is formed.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (b) 단계에서는 상기 매립층의 두께를 제어하도록 상기 실리콘 웨이퍼로 주입되는 상기 이온의 농도를 조절할 수 있다.According to another example related to the present invention, in the step (b), the concentration of the ions injected into the silicon wafer may be controlled to control the thickness of the buried layer.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (a) 및 (c) 단계에서 상기 실리콘 웨이퍼에 증착되는 상기 전면 마스크 레이어 및 상기 후면 마스크 레이어는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물일 수 있다.According to another example related to the present invention, the front mask layer and the back mask layer deposited on the silicon wafer in steps (a) and (c) may be silicon oxide or silicon nitride.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (a) 및 (c) 단계에서 상기 전면 마스크 레이어와 상기 후면 마스크 레이어의 패터닝은 사진공정 및 식각공정을 통해 형성될 수 있다.According to another example related to the present invention, the patterning of the front mask layer and the back mask layer in steps (a) and (c) may be formed through a photo process and an etching process.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 후면 마스크 레이어는 상기 전면 마스크 레이어와 함께 증착되거나 상기 매립층을 형성하고 난 후에 증착될 수 있다.According to another example related to the present invention, the back mask layer may be deposited together with the front mask layer or after forming the buried layer.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 매립층을 형성하고 난 후 상기 (c) 단계에서 상기 후면 마스크 레이어에 패터닝 하기 전에, 상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 증착된 상기 전면 마스크 레이어를 제거하고 상기 실리콘 웨이퍼의 전면을 덮는 새로운 전면 마스크 레이어를 다시 증착될 수 있다.According to another example related to the present invention, after forming the buried layer and before patterning the back mask layer in step (c), the front mask layer deposited on the front surface of the silicon wafer is removed and the silicon wafer A new front mask layer covering the front side of can be deposited again.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 미세 진동자의 제조 방법은, 상기 (c) 단계 이후에, (d) 상기 전면 마스크 레이어가 제거되고 상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 새로증착된 전면 마스크 레이어를 패터닝하여 미세 진동자의 형상을 정의하고, 식각하여 미세 진동자를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another example related to the present invention, the manufacturing method of the micro-oscillator, after the step (c), (d) the front mask layer is removed and the front mask layer newly deposited on the front surface of the silicon wafer is patterned It may further include the step of defining the shape of the micro-oscillator, and etching to form the micro-oscillator.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼에서 스프링의 두께를 미리 정의할 수 있으므로, 미세 진동자의 제조시 실리콘 웨이퍼의 두께 편차에 무관하고 장비의 식각률 변동에서 민감하지 않은 방법을 통해 보다 신뢰성 있는 미세 진동자를 제조할 수 있다.According to the present invention having the above configuration, since the thickness of the spring in the silicon wafer can be predefined, it is more reliable through a method that is independent of the thickness variation of the silicon wafer during manufacturing of the micro-oscillator and is not sensitive to fluctuations in the etching rate of the equipment. A fine oscillator can be produced.
또한 본 발명은, 정확한 고유 진동수를 갖는 미세 진동자를 제조할 수 있으므로 대량 생산에 적용될 수 있고, 단가 절감의 효과를 가져올 수 있다.In addition, the present invention can be applied to mass production because it can manufacture a fine vibrator having an accurate natural frequency, it can bring the effect of cost reduction.
도 1은 본 발명에서 제조하고자 하는 미세 진동자의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 미세 진동자의 제조 방법을 나타낸 흐름도.
도 3a 및 도 3b는 실리콘 웨이퍼 내부로 이온을 주입하기 위해 전면 마스크 레이어에 패터닝을 하는 단계의 개념도.
도 4a 및 도 4b는 실리콘 웨이퍼 내부에 매립층을 형성하는 단계의 개념도.
도 5a 및 도 5b는 실리콘 웨이퍼의 식각을 통해 스프링을 형성하는 단계의 개념도.
도 6a 및 도 6b는 스프링을 제외한 나머지 영역의 식각을 통해 미세 진동자를 형성하는 단계의 개념도.1 is a perspective view of a fine vibrator to be manufactured in the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a method of manufacturing a fine vibrator according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are conceptual diagrams of the steps of patterning the front mask layer to implant ions into the silicon wafer.
4A and 4B are conceptual views of forming a buried layer inside a silicon wafer.
5A and 5B are conceptual views of forming a spring through etching of a silicon wafer.
6A and 6B are conceptual views of steps of forming a micro-oscillator through etching of the rest of the area except the spring.
이하, 본 발명에 관련된 미세 진동자의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, a method for manufacturing a fine vibrator according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In this specification, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar configurations in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.
도 1은 본 발명에서 제조하고자 하는 미세 진동자(10)의 사시도이다.1 is a perspective view of a
미세 진동자(10)는 스프링(11), 질량체(12), 프레임(13)을 포함한다.The micro-oscillator 10 includes a
스프링(11)은 주로 사각형 형태의 단면을 갖는 바(bar) 형태로 형성된다. 질량체(12)는 양쪽 스프링(11)의 사이에 배치된다. 프레임(13)은 적어도 일부가 스프링(11)과 연결되고, 질량체(12)로부터 이격된 위치에서 상기 질량체(12)를 감싸는 구조로 형성된다. 스프링(11)은 질량체(12)와 프레임(13)을 연결하며, 질량체(12)에 탄성력을 제공한다.The
미세 진동자(10)는 질량체(12)와 스프링(11)에 의해 진동 또는 공진하거나 선형 또는 회전운동을 한다. 미세 진동자(10)는 개인 휴대기기 등의 소자 부품으로 적용될 수 있다.The
통상적으로 미세 진동자(10)는 기계적 신뢰성을 위해 벌크 실리콘(bulk silicon)을 건식 또는 습식 식각을 이용하여 제조한다. 이하에서는 본 발명에서 제안하는 미세 진동자의 제조 방법에 대하여 설명한다.Typically, the micro-oscillator 10 is manufactured using dry or wet etching of bulk silicon for mechanical reliability. Hereinafter, a method of manufacturing a fine vibrator proposed in the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 미세 진동자의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flow chart showing a method of manufacturing a fine vibrator according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 흐름도는 미세 진동자를 제조하기 위한 일련의 제조 방법 중 특히, 정밀하게 스프링을 형성하기 위한 과정에 대하여 나타낸 것이다. 미세 진동자의 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼의 전면 마스크 레이어(120)에 이온 주입을 위한 패터닝을 하는 단계(S100), 실리콘 웨이퍼의 내부로 이온을 주입하여 매립층을 형성하는 단계(S200), 및 매립층까지 식각을 통해 스프링을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.The flow chart shown in FIG. 2 shows a process for forming a spring precisely, particularly among a series of manufacturing methods for manufacturing a fine vibrator. The manufacturing method of the micro-oscillator is patterned for implanting ions into the
먼저, 실리콘 웨이퍼(110)의 전면 마스크 레이어(120)에 이온 주입을 위한 패터닝을 하는 단계(S100)는 도 3a 및 도 3b의 도면을 참조하여 설명한다.First, the step (S100) of patterning for ion implantation into the
도 3a 및 도 3b는 실리콘 웨이퍼(110) 내부로 이온을 주입하기 위해 전면 마스크 레이어(120)에 패터닝을 하는 단계(S100)의 개념도이다.3A and 3B are conceptual views of step S100 of patterning the
실리콘 웨이퍼(110)의 전면에 전면 마스크 레이어(120)를 증착하거나, 전면 마스크 레이어(120)를 성장시킨다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(110)의 후면에는 상기 전면 마스크 레이어(120)와 함께 후면 마스크 레이어(130)가 증착되거나 성장될 수 있다.The
전면 마스크 레이어(120)와 후면 마스크 레이어(130)는 식각 마스크(Etch Mask) 기능을 하는 층으로, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물의 성장 또는 증착에 의해 형성될 수 있다.The
실리콘 웨이퍼(110)의 전면에 전면 마스크 레이어(120)가 증착되고 나면, 실리콘 웨이퍼(110)에서 스프링을 형성하고자 하는 영역과 대응되는 영역(121)에 패터닝을 한다. 패터닝은 사진공정(photolithography) 및 식각공정(Etch)을 통해 형성될 수 있다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 전면 마스크 레이어(120)에 패터닝을 하면 전면 마스크 레이어(120)의 일부가 제거되고 실리콘 웨이퍼(110)의 전면이 일부 노출된다.After the
다시, 도 2를 참조하면 전면 마스크 레이어(120)에 패터닝 하고 난 후(S100), 실리콘 웨이퍼(110)에 형성될 스프링의 치수를 정의하도록 전면 마스크 레이어(120)의 패터닝된 영역(121)을 통해 실리콘 웨이퍼(110)의 내부로 이온을 주입하여 매립층을 형성한다(S200).Referring again to FIG. 2, after patterning the front mask layer 120 (S100 ), the patterned
매립층을 형성하는 단계(S200)에 대하여는 도 4a 및 도 4b의 도면을 참조하여 설명한다.The step of forming the buried layer (S200) will be described with reference to the drawings of FIGS. 4A and 4B.
도 4a 및 도 4b는 실리콘 웨이퍼(110) 내부에 매립층(140)을 형성하는 단계(S200)의 개념도이다.4A and 4B are conceptual views of the step S200 of forming the buried
도 4a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(110)의 전면 마스크 레이어(120)를 향해 산소 이온 또는 질소 이온을 가속하여 공급하면, 도 4b에 도시된 바와 같이 패터닝된 영역(120)을 통해 산소 이온과 질소 이온이 실리콘 웨이퍼(110)의 내부로 주입되어 상기 실리콘 웨이퍼(110)의 내부에 매립층이 형성된다.When the oxygen ions or nitrogen ions are accelerated and supplied toward the
매립층(140)은 산화물 매립층(Buried Oxide Layer) 또는 질화물 매립층(Buride Nitride Layer) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 산화물 매립층과 질화물 매립층은 산소 이온 또는 질소 이온의 주입에 의해 형성될 수 있다.The buried
가속된 산소 이온 또는 질소 이온은, 패터닝되지 않은 영역(120에서 121을 제외한 나머지 영역)에서 식각 마스크 기능을 하는 전면 마스크 레이어(120)에 의해 차단되어 실리콘 웨이퍼(110)의 내부로 주입되지 못한다. 반면, 가속된 산소 이온 또는 질소 이온은, 패터닝 된 영역(120)에서 차단되지 않으므로 상기 산소 이온또는 질소 이온은 상기 패터닝 된 영역(120)을 통해 실리콘 웨이퍼(110)의 내부로 침투할 수 있다.The accelerated oxygen ions or nitrogen ions are blocked by the
실리콘 웨이퍼(110)의 내부에 매립층(140)이 형성되는 깊이는 이온 주입시 주입 에너지를 조절하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 이온 주입 에너지가 클수록 매립층(140)은 실리콘 웨이퍼(110)의 표면으로부터 깊은 곳에 형성된다. 또한, 매립층(140)의 두께는 실리콘 웨이퍼(110)로 주입되는 이온의 농도를 조절하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 이온의 농도가 증가할수록 매립층(140)의 두께가 증가한다.The depth at which the buried
앞으로 이어질 식각 공정에서 형성되는 스프링의 치수는 매립층(140)이 형성되는 깊이와 매립층(140)의 두께에 의해 결정되므로, 이온 주입 에너지와 이온 농도를 조절하면 결과적으로 스프링의 치수를 정확하고 균일하게 제어할 수 있다.Since the dimensions of the spring formed in the etching process to be continued are determined by the depth at which the buried
실리콘 웨이퍼(110)의 내부에 매립층(140)을 형성하고 난 다음, 이온 주입에 의해 손상된 실리콘 웨이퍼(110)를 회복하고 실리콘 웨이퍼(110)의 내부에 균일한 매립층(140)을 형성하도록 고온에서 열처리(Anealing)할 수 있다.After forming the buried
본 발명에서 실리콘 웨이퍼(110)의 내부에 산화물 매립층(140) 또는 질화물 매립층(140)을 형성하는 것은, 통상적으로 SOI(Silicon On Insulator) 기판 제작에 활용되는 SIMOX(Separation by Implanted Oxygen) 공정을 활용한 것으로, 실리콘 웨이퍼(110)의 원하는 위치에 산화물 매립층(140) 또는 질화물 매립층(140)을 형성함으로써 실리콘과 산화물 사이의 식각 선택비에 의하여 원하는 깊이 이상으로 시각이 진행되는 것을 방지하기 위한 것이다.In the present invention, forming the oxide buried
다시, 도 2를 참조하면 실리콘 웨이퍼(110)의 내부에 매립층(140)을 형성하고 난 후(S200), 후면 실리콘 웨이퍼(110)의 후면을 통해 매립층(140)까지 식각하여 스프링을 형성한다(S300).Referring again to FIG. 2, after forming the buried
스프링을 형성하는 단계(S300)에 대하여는 도 5a 및 도 5b의 도면을 참조하여 설명한다.The step of forming the spring (S300) will be described with reference to the drawings of FIGS. 5A and 5B.
도 5a 및 도 5b는 실리콘 웨이퍼(110)의 식각을 통해 스프링을 형성하는 단계(S300)의 개념도이다.5A and 5B are conceptual views of a step S300 of forming a spring through etching of the
실리콘 웨이퍼(110)의 후면을 식각하기 위해서는 실리콘 웨이퍼(110)의 후면에 증착된 후면 마스크 레이어(130)에서 상기 매립층(140)과 대응되는 영역(131)을 패터닝한다.In order to etch the back surface of the
상기 매립층(140)을 형성하고 난 후 상기 후면 마스크 레이어(130)에 패터닝 하기 전에, 상기 실리콘 웨이퍼(110)의 전면에 증착된 상기 전면 마스크 레이어(120)를 제거하고 상기 실리콘 웨이퍼(110)의 전면을 덮는 새로운 전면 마스크 레이어(120')를 다시 증착할 수 있다.After forming the buried
패터닝은 앞서 설명한 바와 같이 사진공정(photolithography) 및 식각공정(Etch)을 통해 형성될 수 있다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 후면 마스크 레이어(130)에 패터닝을 하면 후면 마스크 레이어(130)의 일부(131)가 제거되고 실리콘 웨이퍼(110)의 후면이 노출된다.Patterning may be formed through a photolithography and etching process as described above. As illustrated in FIG. 5A, when patterning the
도 5b에 도시된 바와 같이, 습식 또는 건식 공정으로 실리콘 웨이퍼(110)를 식각하면, 매립층(140)은 식각 방지층(Etch Stop Layer)로 기능하므로 식각 깊이가 매립층(140)에 도달하였을 때 식각률이 급격히 감소한다. 이에 따라, 식각은 매립층(140)까지만 이루어지고 식각되고 남은 영역이 스프링(111)으로 형성된다. 실리콘 웨이퍼(110)의 전면으로부터 미리 정의되었던 매립층(140)까지의 두께가 스프링(111)의 두께가 되므로 정확한 치수의 스프링(111)을 제작할 수 있다.As shown in FIG. 5B, when the
스프링(111)의 제조가 완료되면, 나머지 영역을 식각하여 미세 진동자를 완성한다.When manufacturing of the
도 6a 및 도 6b는 스프링(111)을 제외한 나머지 영역의 식각을 통해 미세 진동자를 형성하는 단계의 개념도이다.6A and 6B are conceptual views of steps of forming a micro-oscillator through etching of the rest of the region except the
본 발명에서 제시하는 미세 진동자의 제조 방법은, 매립층(140)까지 식각하여 스프링을 형성하는 단계(S300) 이후에, 식각을 통해 미세 진동자를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method of the micro-vibrator proposed in the present invention may further include forming a micro-vibrator through etching after the step of forming the spring by etching the buried layer 140 (S300).
패터닝된 전면 마스크 레이어(120)를 실리콘 웨이퍼(110)의 전면으로부터 제거하고 상기 실리콘 웨이퍼(110)의 전면에 새로운 전면 마스크 레이어(120')를 증착하고 미세 진도자의 형상으로 제작하기 위해 일부 영역(121')을 다시 패터닝 한다. 기존 전면 마스크 레이러(120)를 제거하고 새로운 전면 마스크 레이어(120')를 증착하는 것은 매립층(140)의 형성이 완료되거나 열처리가 완료된 이후에 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Some areas (for removing the patterned
도 6a에 도시된 바와 같이 새로 증착된 전면 마스크 레이어(120')를 패터닝하여 스프링(111)을 제외한 나머지 영역(121')에 미세 진동자의 형상을 정의하고, 도 6b에 도시된 바와 같이 식각을 하면 미세 진동자(100)를 제조할 수 있다. 제조된 미세 진동자(100)는 도 1에서 설명한 바와 마찬가지로 스프링(111), 질량체(112) 및 프레임(113)을 포함한다.As shown in FIG. 6A, the newly deposited front mask layer 120' is patterned to define the shape of the micro-oscillator in the remaining regions 121' except the
본 발명에서는, 이온 주입과 열처리를 통해 실리콘 웨이퍼(110)와의 높은 식각 선택비(Selectivity)를 갖는 매립층(140)을 실리콘 웨이퍼 내부에 미리 정의하여 원하는 스프링(111)의 두께를 설정할 수 있다. 또한, 원하는 깊이까지만 식각되는 방법을 적용하여 종래의 방법에 비하여 균일하고 정확한 고유 진동수를 갖는 미세 진동자(100) 및 상기 미세 진동자(100)를 포함하는 미세소자를 제조할 수 있다.In the present invention, the thickness of the desired
또한, 본 발명에서 스프링(111)의 두께를 결정하는 식각 깊이는 식각에 소요되는 시간에 독립적이므로, 장비의 식각률의 변동 등에 영향을 받지 않아 정확하고 균일한 미세 진동자(100)의 제조가 가능하다.In addition, since the etching depth for determining the thickness of the
이상에서 설명된 미세 진동자의 제조 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The manufacturing method of the micro-oscillator described above is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the above-described embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made. have.
Claims (11)
(b) 상기 실리콘 웨이퍼에 형성될 스프링의 치수를 정의하도록 상기 전면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 상기 실리콘 웨이퍼의 내부로 이온을 주입하여 매립층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 실리콘 웨이퍼에서 상기 전면의 반대쪽에 형성되는 후면에 증착된 후면 마스크 레이어에서 상기 매립층과 대응되는 영역을 패터닝 하고, 상기 후면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 상기 매립층까지 식각하여 스프링을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.(a) depositing a front mask layer on the front surface of the silicon wafer and patterning the area corresponding to the area where the spring is to be formed on the silicon wafer;
(b) forming a buried layer by implanting ions into the inside of the silicon wafer through a patterned region of the front mask layer to define a dimension of a spring to be formed on the silicon wafer; And
(c) Patterning a region corresponding to the buried layer in the rear mask layer deposited on the rear side formed on the opposite side of the front side from the silicon wafer, and etching the subsurface mask layer through the patterned region to the buried layer to form a spring. Method of manufacturing a fine vibrator comprising a step of.
상기 (b) 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 내부에 산화물 매립층 또는 질화물 매립층을 형성하도록 상기 전면 마스크 레이어의 패터닝된 영역을 통해 산소 이온 또는 질소 이온을 가속하여 주입하는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
The step (b) is a method of manufacturing a micro-oscillator, characterized in that oxygen ions or nitrogen ions are accelerated and injected through a patterned region of the front mask layer to form an oxide buried layer or a nitride buried layer inside the silicon wafer.
상기 (b) 단계는 상기 이온 주입에 의해 손상된 상기 실리콘 웨이퍼를 회복하고 상기 실리콘 웨이퍼의 내부에 균일한 매립층을 형성하도록 상기 이온 주입 후에 열처리하는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
In the step (b), the silicon wafer damaged by the ion implantation is recovered, and the heat treatment is performed after the ion implantation to form a uniform buried layer inside the silicon wafer.
상기 (b) 단계에서는 상기 매립층이 형성되는 깊이를 제어하도록 상기 이온 주입시의 주입 에너지를 조절하는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
In the step (b), a method for manufacturing a micro-oscillator characterized in that the implantation energy during the ion implantation is controlled to control the depth at which the buried layer is formed.
상기 (b) 단계에서는 상기 매립층의 두께를 제어하도록 상기 실리콘 웨이퍼로 주입되는 상기 이온의 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
In the step (b), a method of manufacturing a micro-oscillator characterized in that the concentration of the ions injected into the silicon wafer is controlled to control the thickness of the buried layer.
상기 (a) 및 (c) 단계에서 상기 실리콘 웨이퍼에 증착되는 상기 전면 마스크 레이어 및 상기 후면 마스크 레이어는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a micro-oscillator, characterized in that the front mask layer and the rear mask layer deposited on the silicon wafer in steps (a) and (c) are silicon oxide or silicon nitride.
상기 (a) 및 (c) 단계에서 상기 전면 마스크 레이어와 상기 후면 마스크 레이어의 패터닝은 사진공정 및 식각공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
The patterning of the front mask layer and the back mask layer in the steps (a) and (c) is formed through a photo process and an etching process.
상기 후면 마스크 레이어는 상기 전면 마스크 레이어와 함께 증착되거나 상기 매립층을 형성하고 난 후에 증착되는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
The rear mask layer is deposited with the front mask layer or after forming the buried layer, characterized in that the deposition method of the micro-oscillator.
상기 매립층을 형성하고 난 후 상기 (c) 단계에서 상기 후면 마스크 레이어에 패터닝 하기 전에, 상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 증착된 상기 전면 마스크 레이어를 제거하고 상기 실리콘 웨이퍼의 전면을 덮는 새로운 전면 마스크 레이어를 다시 증착하는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
After forming the buried layer, before patterning the back mask layer in step (c), the front mask layer deposited on the front side of the silicon wafer is removed and a new front mask layer covering the front side of the silicon wafer is re-installed. Method of manufacturing a fine vibrator characterized in that the deposition.
상기 (c) 단계 이후에,
(d) 상기 전면 마스크 레이어가 제거되고 상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 새로증착된 전면 마스크 레이어를 패터닝하여 미세 진동자의 형상을 정의하고, 식각하여 미세 진동자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 진동자의 제조 방법.According to claim 1,
After step (c),
(d) further comprising the step of defining the shape of the fine vibrator by patterning the front mask layer on which the front mask layer is removed and newly deposited on the front surface of the silicon wafer, and forming a fine vibrator by etching. Method of manufacturing an oscillator.
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