MEMS 기반의 새로운 기술적 패러다임에 대비한 공정 기술 분석 및 적용에 대한 고찰 A Consideration on the Process Technology and Application of MEMS to prepare for upcoming MEMS-based technological paradigm원문보기
최근, 전기, 전자, 로봇, 의료 산업 등 전 분야에서 소형화된 크기로 고도의 지적인 기능을 가지는 MEMS 기반의 스마트 디바이스 개발에 큰 관심이 집중되고 있다. MEMS 기술은 스마트 디바이스에서 요구되는 복잡한 전기적, 기계적, 화학적 그리고 생물학적 기능들을 하나로 결합하여, 초소형, 초경량으로 설계하고, 동시에 이들 디바이스들을 대량으로 일괄 제조할 수 있기 때문에 생산성 및 실용성, 경제성 측면에서 매우 효과적이다. 따라서 본 연구에서는 다가올 MEMS 기반의 새로운 기술적 패러다임에 대비하기 위해 MEMS의 공정들을 분석하고 그 적용 사례들을 고찰함으로서 기본적인 적용 방법론을 확립한다.
최근, 전기, 전자, 로봇, 의료 산업 등 전 분야에서 소형화된 크기로 고도의 지적인 기능을 가지는 MEMS 기반의 스마트 디바이스 개발에 큰 관심이 집중되고 있다. MEMS 기술은 스마트 디바이스에서 요구되는 복잡한 전기적, 기계적, 화학적 그리고 생물학적 기능들을 하나로 결합하여, 초소형, 초경량으로 설계하고, 동시에 이들 디바이스들을 대량으로 일괄 제조할 수 있기 때문에 생산성 및 실용성, 경제성 측면에서 매우 효과적이다. 따라서 본 연구에서는 다가올 MEMS 기반의 새로운 기술적 패러다임에 대비하기 위해 MEMS의 공정들을 분석하고 그 적용 사례들을 고찰함으로서 기본적인 적용 방법론을 확립한다.
Recently, in the electric, electronic, robotic, and medical industries, a great attention has been paid to the development of MEMS-based smart devices with a compact size and highly intelligency. The MEMS technology is very effective in designing into a compact size and lightweight by combining into...
Recently, in the electric, electronic, robotic, and medical industries, a great attention has been paid to the development of MEMS-based smart devices with a compact size and highly intelligency. The MEMS technology is very effective in designing into a compact size and lightweight by combining into one the complex electrical, mechanical, chemical, and biological features which are required by smart devices, and at the same time, in bulk batch manufacturing. Therefore, this study, to prepare for upcoming new MEMS-based technological paradigm, analyzes MEMS processes and then considers its Applications.
Recently, in the electric, electronic, robotic, and medical industries, a great attention has been paid to the development of MEMS-based smart devices with a compact size and highly intelligency. The MEMS technology is very effective in designing into a compact size and lightweight by combining into one the complex electrical, mechanical, chemical, and biological features which are required by smart devices, and at the same time, in bulk batch manufacturing. Therefore, this study, to prepare for upcoming new MEMS-based technological paradigm, analyzes MEMS processes and then considers its Applications.
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문제 정의
먼저 MEMS 제작 공정 기술들을 분석하고, 다음 MEMS의 적용 성공사례로서 관성항법 장치, 의료 기기, 마이크로 토털 해석 시스템(Micro TAS) 그리고 마이크로 광 전기기계 시스템 (MOEMS : Micro Opto Electro Mechanical System) 등을 고찰한다. 그리고 이를 기반으로 차세대 스마트 디바이스 제작을 위한 MEMS의 적용 방법론을 확립하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 MEMS 기반의 새로운 기술적 패러다임에 대비하기 위해 MEMS의 공정들을 분석하고 그 적용 사례들을 고찰해 보고자 한다. 먼저 MEMS 제작 공정 기술들을 분석하고, 다음 MEMS의 적용 성공사례로서 관성항법 장치, 의료 기기, 마이크로 토털 해석 시스템(Micro TAS) 그리고 마이크로 광 전기기계 시스템 (MOEMS : Micro Opto Electro Mechanical System) 등을 고찰한다.
본 연구에서는 미래의 스마트 디바이스를 설계, 제작하는데 핵심 기술인 MEMS 기술을 살펴보았다. MEMS 제작 기술로서 벌크 실리콘 마이크로 머시닝, 표면 마이크로머시닝 그리고 LIGA 공정들을 조사, 분석하였으며, 적용 사례로서 자동운행이나 로봇의 핵심 요소인 관성항법장치 분야, 혈압센서 및 신경계 감시 분야 등을 포함하는 의학 분야, 나노리터의 DNA 샘플로 DNA를 분석하는 랩온어칩.
제안 방법
본 연구에서는 미래의 스마트 디바이스를 설계, 제작하는데 핵심 기술인 MEMS 기술을 살펴보았다. MEMS 제작 기술로서 벌크 실리콘 마이크로 머시닝, 표면 마이크로머시닝 그리고 LIGA 공정들을 조사, 분석하였으며, 적용 사례로서 자동운행이나 로봇의 핵심 요소인 관성항법장치 분야, 혈압센서 및 신경계 감시 분야 등을 포함하는 의학 분야, 나노리터의 DNA 샘플로 DNA를 분석하는 랩온어칩. 그리고 끝으로 MOEMS의 한 예로써 MEMS 가변광학 감쇠기 등에 대해서 분석하였다.
MEMS 제작 기술로서 벌크 실리콘 마이크로 머시닝, 표면 마이크로머시닝 그리고 LIGA 공정들을 조사, 분석하였으며, 적용 사례로서 자동운행이나 로봇의 핵심 요소인 관성항법장치 분야, 혈압센서 및 신경계 감시 분야 등을 포함하는 의학 분야, 나노리터의 DNA 샘플로 DNA를 분석하는 랩온어칩. 그리고 끝으로 MOEMS의 한 예로써 MEMS 가변광학 감쇠기 등에 대해서 분석하였다. 분석된 자료에 의하면 MEMS 적용 및 제조기술에서 우리가 매우 뒤쳐져 있는 것이 현실이다.
먼저, 실리콘 웨이퍼에 실리콘 산화물(SiO2)을 증착한 후, 감광액을 도포하여 감광막을 형성한다. 그리고 회로패턴이 형상된 마스크에 자외선을 조사, 빛에 노출된 감광막 부분을 현상 처리하여 제거한다. 이 과정이 끝나면 감광막을 마스크로 하여 실리콘 산화 막을 제거한 후 남은 실리콘 산화 막을 마스크로 하여 2차 식각처리를 실시한다.
따라서 본 연구에서는 MEMS 기반의 새로운 기술적 패러다임에 대비하기 위해 MEMS의 공정들을 분석하고 그 적용 사례들을 고찰해 보고자 한다. 먼저 MEMS 제작 공정 기술들을 분석하고, 다음 MEMS의 적용 성공사례로서 관성항법 장치, 의료 기기, 마이크로 토털 해석 시스템(Micro TAS) 그리고 마이크로 광 전기기계 시스템 (MOEMS : Micro Opto Electro Mechanical System) 등을 고찰한다. 그리고 이를 기반으로 차세대 스마트 디바이스 제작을 위한 MEMS의 적용 방법론을 확립하고자 한다.
후속연구
분석된 자료에 의하면 MEMS 적용 및 제조기술에서 우리가 매우 뒤쳐져 있는 것이 현실이다. 그러나 MEMS의 핵심 공정들이 반도체 공정들을 기반으로 하고 있고, 최근 중요성을 인식하고 노력한 결과로서 새로운 랩온어칩이 개발되는 등, 급속한 발전을 이루고 있어, 지속적인 투자 및 연구개발 노력이 이루어진다면 독창적이고 우수한 MEMS 개발 능력이 확보될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
MEMS가 스마트 디바이스를 제작하는 데에 매우 뛰어난 이유는?
스마트 디바이스에서는 다양한 입력 신호를 전기 신호로 변환하는 센서, 전기신호를 기계적인 변위로 변환하는 액추에이터, 제어 및 통신 기능이 통합적으로 요구되는데, 이를 위해서는 복잡한 전기적, 기계적, 화학적 그리고 생물학적 기능들이 하나로 결합, 구현돼야 하며, 특히 실용성과 경제성을 가지기 위해서는 고 성능, 고 정밀, 저비용, 저소비전력, 내진동성, 내충격성을 만족하면서도 초소형화, 초경량화로 설계, 제작돼야 한다. MEMS는 마이크로 크기로 다수의 전기적, 기계적, 기능들을 하나의 디바이스로 통합하고 이들 디바이스를 대량으로 일괄 제조할 수 있는 장점을 가지기 때문에 다가올 고도화된 사업사회에서 요구되는 스마트 디바이스를 제작하는데 매우 효과적이라 할 수 있다[1-3, 18-20].
MEMS란 무엇인가?
MEMS(Micro Electro Mechanical System)는 반도체 제조, 전기회로 그리고 기계 기술을 기반으로 나노기술과 기존의 기계 기술의 중간 영역에 해당하는 마이크로미터에서 수십 밀리미터 크기를 가지는 전기적, 기계적 요소들이 결합된 초소형 디바이스 또는 시스템을 말한다[1]. MEMS는 1960년대 말에 시작되어 빠르게 발전하여 왔는데 특히 90 년대 초, 센서, 액추에이터, 그리고 제어 기능을 실리콘으로 통합 제조할 수 있는 집적 회로 (IC) 제조 공정들이 개발됨으로서 주목받기 시작하였으며 이후 정부와 산업계 모두로부터의 활발한 자본투자로 개화기를 맞이하였다.
표면 마이크로 머시닝 과정은 어떻게 진행되는가?
그림 2는 표면 마이크로머시닝 공정을 보인다[5]. 먼저 실리콘 기판 위의 희생 층에 실리콘 산화물을 증착하고 감광액을 도포하여 감광막을 형성함으로서 코팅과정이 완료되면 리소그래피 과정을 적용한다. 자외선을 회로패턴이 새겨진 마스크에 조사하면, 마스크 아래에 있는 실리콘 기판의 감광막이 빛에 노출되는데, 이때 노출된 부분은 화화학적으로 변화되어 현상처리를 하면 녹아 제거된다. 이 노광과정이 완료되면 다시 식각처리를 통해 실리콘 산화물을 제거한 후 그 위해 원하는 형상을 얻기 위한 박막을 증착하고 감광막을 도포한 후, 리소그래피 기술을 적용한다.
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