본 연구에서는 동일한 테스트 구조물을 사용하여 현재 다결정실리콘 표면 미세가공 기술에서 널리 사용되고 있는 여러 가지 점착 방지법들의 성능을 비교하였다. 테스트 구조물로는 다양한 폭과 길이를 갖는 일반적인 cantilever와 dimple, antistiction tip, plate를 가지는 cantilever를 사용하였으며 구조물 형태에 따른 점착 방지 결과를 관찰하였다. 희생층 제거 후 구조물과 기판의 점착을 결정하는 건조과정에서는 증발법과 승화건조법을 사용하였다. 증발법에서는 methanol, IPA, DI water 등을 여러 최종 세척액으로 사용하여 표면장력과 세척 온도에 따른 점착 방지 결과를 비교하였다. 승화건조법에서는 중간 세척액으로 methanol을 사용하였다. 그리고 동일한 실험조건으로 stress gradient가 있는 동일한 구조물을 사용하여 stress gradient에 의한 점착 방지 결과를 관찰하였다. 결론적으로 승화건조법이 여러 가지 증발법보다 우수한 결과를 보여주었고 다결정 실리콘 표면 미세가공 기술로 미세 구조물을 부양시킬 때 승화건조법이 가장 우수한 방법이라고 사료된다.
본 연구에서는 동일한 테스트 구조물을 사용하여 현재 다결정실리콘 표면 미세가공 기술에서 널리 사용되고 있는 여러 가지 점착 방지법들의 성능을 비교하였다. 테스트 구조물로는 다양한 폭과 길이를 갖는 일반적인 cantilever와 dimple, antistiction tip, plate를 가지는 cantilever를 사용하였으며 구조물 형태에 따른 점착 방지 결과를 관찰하였다. 희생층 제거 후 구조물과 기판의 점착을 결정하는 건조과정에서는 증발법과 승화건조법을 사용하였다. 증발법에서는 methanol, IPA, DI water 등을 여러 최종 세척액으로 사용하여 표면장력과 세척 온도에 따른 점착 방지 결과를 비교하였다. 승화건조법에서는 중간 세척액으로 methanol을 사용하였다. 그리고 동일한 실험조건으로 stress gradient가 있는 동일한 구조물을 사용하여 stress gradient에 의한 점착 방지 결과를 관찰하였다. 결론적으로 승화건조법이 여러 가지 증발법보다 우수한 결과를 보여주었고 다결정 실리콘 표면 미세가공 기술로 미세 구조물을 부양시킬 때 승화건조법이 가장 우수한 방법이라고 사료된다.
This paper presents comparative results of various commonly used anti-stiction methods for polysilicon surface micromachining using identical test structures. Four different types of cantilevers - single cantilevers, cantilevers with dimples, cantilevers with anti-stiction tip, cantilevers with plat...
This paper presents comparative results of various commonly used anti-stiction methods for polysilicon surface micromachining using identical test structures. Four different types of cantilevers - single cantilevers, cantilevers with dimples, cantilevers with anti-stiction tip, cantilevers with plate - with different widths and lengths were employed as test structures. The detachment length of cantilevers was examined depending on the anti-stiction methods and test structure types. After sacrificial layer was removed, evaporation and sublimation drying methods were used in the drying step when takes place the stiction between structure and substrate. Various final rinsing liquids such as methanol, IPA, and DI water were employed to compare anti-stiction results depending on surface tension and rinsing temperature. For sublimation drying method, methanol was used as an intermediate rinsing liquid. Also, the influence of a stress gradient of the polysilicon was investigated by performing the identical anti-stiction experiments on identical test structures with a stress gradient. In conclusion, sublimation drying method showed superior results to various evaporation drying methods and hence it is considered the best method for releasing polysilicon microstructure in polysilicon surface micromachining.
This paper presents comparative results of various commonly used anti-stiction methods for polysilicon surface micromachining using identical test structures. Four different types of cantilevers - single cantilevers, cantilevers with dimples, cantilevers with anti-stiction tip, cantilevers with plate - with different widths and lengths were employed as test structures. The detachment length of cantilevers was examined depending on the anti-stiction methods and test structure types. After sacrificial layer was removed, evaporation and sublimation drying methods were used in the drying step when takes place the stiction between structure and substrate. Various final rinsing liquids such as methanol, IPA, and DI water were employed to compare anti-stiction results depending on surface tension and rinsing temperature. For sublimation drying method, methanol was used as an intermediate rinsing liquid. Also, the influence of a stress gradient of the polysilicon was investigated by performing the identical anti-stiction experiments on identical test structures with a stress gradient. In conclusion, sublimation drying method showed superior results to various evaporation drying methods and hence it is considered the best method for releasing polysilicon microstructure in polysilicon surface micromachining.
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제안 방법
구조물들의 폭, 길이 등의 치수는 다음의 표 1과 같이 변화시켰고 dimple을 포함한 구조물의 경우 dimple 의 개수를 변화시키면서 제작하였다.
그리고 식(2)에서와 같이 고온에서 표면장력이 감소하는 효과를 관찰하기 위해 마지막 세척액을 각각 상온과 끊는점에서 치환하여 실험을 진행하였다. 그 외에 표면을 소수성으로 처리하는 NH) F를사용한 실험도 진행하였다. 실험 조건 및 순서는 표 3 과 같다.
그 결과를 비교, 분석하였다. 그리고 공정 중의 세척액 온도에 의한 영향을 분석하였으며, 구조물에 존재하는 stress gradient에 의한 영향을 관찰하였다. 마지막으로 이상의 실험결과를 토대로 구조물의 형태에 따른 적절한 점착 방지법을 제시하였다.
그리고 공정 중의 세척액 온도에 의한 영향을 분석하였으며, 구조물에 존재하는 stress gradient에 의한 영향을 관찰하였다. 마지막으로 이상의 실험결과를 토대로 구조물의 형태에 따른 적절한 점착 방지법을 제시하였다.
진행을 하였다. 먼저 2㎛의 TEOS 희생층을 제거하기 위해서 시편을 불산에 20분 동안 담근 후 실험을 진행하였다. 불산에 20분 동안 담근 후 NHF를 사용하는 실험을 제외하고는 불산을 제거하기 위해 탈이온수 (DI water)로 세척하였다.
본 연구에서는 이러한 여러가지 점착 방지법들 가운데 비교적 공정 방법이 간단한 증발법과 승화 건조법을 다양한 형태의 테스트 구조물을 이용하여 실험을 하였고 그 결과를 비교, 분석하였다. 그리고 공정 중의 세척액 온도에 의한 영향을 분석하였으며, 구조물에 존재하는 stress gradient에 의한 영향을 관찰하였다.
본 실험에서는 p-DCB를 승화건조물질로 사용하였고 p-DCB와 혼합이 잘 되는 methanob을 중간 물질로 사용을 하였다. 역시 온도에 의한 영향을 관찰하기 위해서 상온과 끓는점에서 methanol을 치환하였다.
25㎛를 LPCVD로 증착하였다. 이후 다결정실리콘 0.5 ㎛를 LPCVD로 증착한 후 최종 바닥 재료로 사용되는 실리콘 질화막 0.25㎛를 LPCVD로 증착하였다. 희생 층으로 사용되는 2㎛ 두께의 TEOS PECVD로 증착하고 anchor를 패턴한 후에 2㎛ 두께의 다결정실리콘 구조물 층을 LPCVD로 증착하고 패턴하였다.
점착 방지 실험은 크게 증발법과 승화건조법으로 나누어 진행을 하였다. 먼저 2㎛의 TEOS 희생층을 제거하기 위해서 시편을 불산에 20분 동안 담근 후 실험을 진행하였다.
제작된 테스트 구조물은 모두 cantilever 형태이며 끝부분의 형상에 의한 점착결과 변화를 관찰하기 위해 그림 3에서와 같이 anti-stiction tip 을 포함하는 유형, platet 포함하는 유형, dimple을 포함하는 유형을 제작하였다.
지금까지 다결정실리콘 표면 미세가공 기술에서 미 세구조물의 점착 방지를 위해 비교적 쉽게 사용할 수 있는 증발법과 승화건조법을 중심으로 구조물 형태, 최 종 세척액의 온도, 구조물에서의 stress gradient 등에 따른 점착 방지 성능을 분석하였다.
대상 데이터
영향을 배제하려는 방법이다. 본 실험에서는 p-DCB를 승화건조물질로 사용하였고 p-DCB와 혼합이 잘 되는 methanob을 중간 물질로 사용을 하였다. 역시 온도에 의한 영향을 관찰하기 위해서 상온과 끓는점에서 methanol을 치환하였다.
테스트 구조물은 마이크로시스템 기술센터에서 제공하는 MEMS MPC 공정을 응용하여 제작하였다, 구조재로는 다결정실리콘을 사용하였고 회생층으로는 TEOS를 사용하였으며 그 하부에는 실리콘 기판위에 buffer oxide, 실리콘 질화막, 전극용 다결정 실리콘, 그리고 실리콘 질화막의 순서로 증착된 상태이다.
성능/효과
그리고 methanol과 IPA 모두 상온에서보다 끊는 점에서 세척액을 치환시킬 때 detachment length가 더 길어짐을 관찰할 수 있었다(A2의 detachment length < A3의 detachment length, A4 의 detachment length < A5 의 detachment length). 이는 식 (2)에서 보듯이 온도가 증가함에 따라서 표면장력이 줄어들기 때문이다.
점착 방지법들을 실험한 결과이다. 실험결과 증발법에 비해 승화건조법의 detachment length가 stress gradient가 없을 경우보다 많이 감소하는 것을 알 수 있다(증발법의 경우 약 150㎛가 감소하고 승화 건조법의 경우 약 820㎛가 감소한다), 이는 승화건조법의 경우 모세관 힘에 의한 영향보다는 대부분의 detachment length가 식 (7)예서의 stress gradient에 의한 항에 의해서 결정되기 때문이라고 볼 수 있다.
여러가지 점착 방지법들을 실험한 결과 증발법에서는 IPA률 사용하여 끓는점에서 액체로 치환하는 방법이 가장 높은 detachment length(200~300㎛)를 보여주 었다. 승화건조법의 실험결과에서는 약 900㎛의 detachment length를 보여주었는데 이 경우에도 세척 액을 끓는 methanol로 치환하는 경우가 가장 좋은 결과를 보여주었다' 구조물 형태에 따른 결과를 보면 증 발법에서는 dimple이 있는 canEever가 가장 긴 detmhment length를 보여주었고 plate가 있는 cantilever/} 가장 작은 detachment legth를 보여준 반면 승화건조법에서는 dimple을 사용하는 방법이 다른 구조물에 비해 오히려 작은 detachment length를 보여주었고 plate가 있는 구조물을 사용한 실험 결과가 다른 구조물을 사용한 실험결과와 거의 비슷한 detachment length를 보여주었다, 그리고 cantilever에 stress gradient가 존재할 때 detachment length는 stress gradient에 의해 영향을 많이 받으므로 승화 건조법을 사용했을 때 증발법보다 더 많이 감소한다는 점을 알 수 있었다.
이상의 실험결과로부터 상대적으로 plate형이 많은 미세 구조물을 제작할 경우에는 점착 방지를 위해 증발법보다는 승화건조법을 사용하는 것이 효과적이라고 볼 수 있다. 하지만 승화건조기가 준비되지 않아 부득이하게 증발법을 사용해야만 하는 경우에는 dimple 구조물을 하부에 포함시켜 점착을 방지하는 것이 바람직할 것으로 예상된다.
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