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MEMS용 대량 미세가공

1970
실리콘 웨이퍼에서 MEMS 제조를 위한 대량 미세 가공 공정.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

대량 미세가공은 절삭 가공 공정으로, 다음과 같은 결과물을 만들어냅니다. MEMS 실리콘 웨이퍼와 같은 기판을 선택적으로 에칭하여 구조물을 만드는 기술입니다. 습식 또는 건식 에칭 기술을 사용하여 재료를 정밀하게 조형합니다. 수산화칼륨(KOH)과 같은 이방성 에칭액은 실리콘의 서로 다른 결정면을 서로 다른 속도로 에칭하기 때문에 정밀한 V자형 홈과 공동을 생성하는 데 흔히 사용됩니다.

벌크 미세가공은 MEMS를 제작하는 가장 오래되고 확립된 방법 중 하나입니다. 이 공정은 기판(일반적으로 단결정 실리콘 웨이퍼)의 벌크에서 직접 소자의 특징을 조각하는 감산 공정입니다. 이 기술은 에칭에 크게 의존하며, 에칭은 크게 습식(화학적) 또는 건식(플라즈마 기반)으로 분류할 수 있습니다.

습식 에칭은 보다 전통적인 접근 방식입니다. 모든 방향에서 동일한 속도로 에칭하는 등방성 에칭은 둥근 형태의 언더컷 형상을 생성합니다. MEMS에서는 일반적으로 비등방성 습식 에칭이 사용됩니다. 이 방법은 단결정 실리콘의 에칭 속도가 결정학적 방향에 따라 달라진다는 사실을 이용합니다. 수산화칼륨(KOH), 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH), 에틸렌디아민피로카테콜(EDP)과 같은 에칭액은 (100) 및 (110) 결정면을 (111) 면보다 훨씬 빠르게 에칭합니다. (100) 방향으로 배향된 웨이퍼에서 마스크 패턴을 결정축에 맞춰 정렬함으로써, 이 특성을 이용하여 광섬유용 V자형 홈이나 피라미드형 홈과 같이 각진 측벽을 가진 정밀하게 정의된 구조를 만들 수 있습니다. (111) 면은 자연적인 에칭 정지면 역할을 하여 최종 형상을 정밀하게 제어할 수 있도록 합니다. 압력 센서용 다이어프램은 웨이퍼 뒷면에서부터 에칭하여 에칭 정지층(예: 고농도 도핑된 붕소층 또는 pn 접합부의 전기화학적 정지층)에 도달할 때까지 에칭하는 방식으로 형성되는 대표적인 응용 분야입니다.

Dry etching, particularly Deep Reactive-Ion Etching (DRIE), has become a dominant bulk micromachining technique. DRIE allows for the creation of very deep, high-aspect-ratio structures with nearly vertical sidewalls, something not possible with wet etching. The most common method is the ‘Bosch process,’ which alternates between an etching step (using a plasma like SF6) and a passivation step (using a polymerizing gas like C4F8). The passivation layer protects the sidewalls from being etched, forcing the etch to proceed primarily in the vertical direction. This cycle is repeated hundreds or thousands of times to achieve depths of hundreds of microns. DRIE is essential for manufacturing modern high-performance inertial sensors, microfluidic devices, and through-silicon vias (TSVs) for 3D chip stacking.

UNESCO Nomenclature: 3313
산업공학

유형

화학 공정

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 실리콘 웨이퍼의 결정 배향에 대한 지식
  • 실리콘용 화학 에칭제 개발
  • 패턴 정의를 위한 포토리소그래피
  • 에칭액에 내성이 있는 마스킹 재료(예: 질화규소)

응용 프로그램

  • 압력 센서 다이어프램
  • 잉크젯 프린터 노즐
  • 미세유체 채널
  • 원자력 현미경(AFM) 캔틸레버
  • 광섬유 정렬용 V자형 홈

특허:

  • US4187139A
  • US5501893A

잠재적 혁신 아이디어

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관련 용어: 대량 미세가공, MEMS, 에칭, 실리콘, 비등방성 에칭, KOH, DRIE, 심층 반응성 이온 에칭, 감산 공정, 미세가공.

역사적 맥락

MEMS용 대량 미세가공

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1972
1974
1975-06-01
1965-12-21
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1974
1974
1978

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

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