마이크로 및 나노 공정 | MEMS 미세 공정

1.6 희생 레이어 기술

희생층 기술은 분리층 기술이라고도 합니다. 희생층 기술에서는 화학 기상 증착을 통해 실리콘 기판 위에 마이크로 부품을 형성하고, 부품 주변의 빈 공간에 분리층을 추가한 다음, 용해 또는 에칭을 통해 분리층을 제거하여 마이크로 부품을 기판에서 분리합니다.

1.7 에피택시

에피택셜 성장은 미세 가공에서 가장 중요한 도구 중 하나입니다. 에피택셜 층이 기판과 동일한 결정 방향을 유지할 수 있기 때문에 에피택셜 층에 다양한 가로 및 세로 도핑 분포와 에칭 공정을 수행하여 다양한 구조를 생성할 수 있다는 특징이 있습니다.

1.8 LIGA 및 준 LIGA 기술

(1) LIGA 기술

LIGA 기술은 독일 카를스루에의 핵물리 연구 센터에서 처음 개발되었으며 새로운 3차원 미세 제조 기술로 인정받고 있습니다. 가장 중요한 단계는 고정밀 마스크 생산이며, 가장 중요한 단계는 0.2~0.6nm 파장의 전자기 가속기에서 생성되어 높은 에너지 밀도와 평행성을 가진 광선을 생성하는 싱크로트론 방사선을 이용한 리소그래피입니다.

X-선의 깊은 투과력으로 인해 X-선 리소그래피는 싱크로트론 방사선의 고에너지로만 달성할 수 있는 크기 범위인 미크론 또는 서브미크론 범위의 주변 치수를 가진 최대 1mm 높이의 마이크로머신을 생산할 수 있습니다.

캔틸레버가 있는 구조물을 만들기 위해 희생층 LIGA 기술이 개발되었습니다. 희생층 LIGA 기술은 마이크로 드라이버 및 마이크로 센서 제작, 캔틸레버가 있는 마이크로 구조물 제작 및 마이크로 전자 회로 연결에 중요한 미세 기계 방법입니다.

LIGA 기술의 한계는 싱크로트론 X-선 소스를 사용해야 한다는 점, 긴 처리 시간, 공정의 복잡성, 높은 비용, 곡면이 있는 미세 구조를 생성하기 어렵다는 점입니다.

(2) 준-LIGA 기술

LIGA 기술은 처리할 수 있는 재료의 범위가 넓고 정확도가 높다는 점에서 고유한 장점을 가지고 있지만, 위에서 언급한 몇 가지 단점도 가지고 있습니다. 이를 극복하기 위해 LIG-

공정 기술 미비, 실리콘 준 LIGA 기술, UV 딥 리소그래피, UV 스테레오 리소그래피, 레이저 LIGA 기술 등과 같은 준 LIGA 기술에 대한 국제적 연구.

실리콘 준-LIGA 기술. 싱크로트론 X-선 딥 리소그래피 대신 딥 에칭 공정과 후속 마이크로 일렉트로포밍 및

마이크로카피 공정에는 고가의 싱크로트론 광원과 특수 LIGA 마스크 플레이트가 필요하지 않습니다. 고종횡비 플라스틱 또는 실리콘 에칭, 실리콘 웨이퍼에서 직접 미세 전기 주조, 금속 금형, 마이크로카피 공정에 유도 결합 플라즈마(ICD: induc-tively coupled plasma) 에칭 장비를 사용하면 미세 기계 장치의 대량 생산이 가능합니다. 이 기술을 사용하면 비실리콘 재료에서 높은 종횡비를 가진 마이크로 구조물을 제작할 수 있으며 마이크로 전자 기술과의 호환성이 향상됩니다. 이 시스템은 SF6를 주 에칭 가스로 사용하며 후처리 공정이 필요하지 않은 것이 특징입니다. 이 고종횡비 에칭 기술은 실리콘 마이크로메카닉스 적용에 있어 중요한 진전으로, 이전에는 LIGA 기술로만 가능했던 고종횡비 금형 구조의 제조를 가능하게 합니다.

레이저 LIGA 기술. 193nm의 엑시머 레이저는 X-선 리소그래피 대신 PMMA 포토레지스트를 직접 제거하는 데 사용됩니다. 엑시머 레이저는 작동 가스를 정기적으로 교체해야 하기 때문에 가스 소비량이 많고 잦은 유지보수가 필요하며 생산 공정에도 영향을 미칠 수 있습니다. YAG 고체 레이저는 KTP 및 BBO 결정을 통해 4중 주파수 원자외선 레이저를 생성하여 위에서 언급 한 엑시머 레이저의 단점을 피할 수 있으며, 이는 장기 작동이 가능하고보다 안정적이고 신뢰할 수있는 리소그래피 품질을 제공합니다.

1.9 특수 미세 가공 기술

(1) 마이크로 EDM

마이크로 EDM의 원리는 일반 EDM의 원리와 근본적으로 다르지 않습니다. 마이크로 EDM의 핵심은 마이크로 축 (공구 전극), 마이크로 에너지 방전 전원 공급 장치, 공구 전극의 마이크로 서보 공급, 가공 상태 감지, 시스템 제어 및 가공 프로세스의 제조입니다. 마이크로 전극은 생산이 매우 어렵거나 불가능하기 때문에 마이크로 3D 컨투어링에 전통적인 EDM 방법을 사용하는 것은 실용적이지 않으므로 사람들은 CNC 밀링을 통해 마이크로 3D 컨투어링의 EDM에 간단한 모양의 전극 사용을 모색하기 시작했습니다. 마이크로 EDM 기술을 적용하면 직경 2.5μm의 마이크로 샤프트와 직경 5μm의 마이크로 홀을 가공 할 수 있으며 길이 0.5mm, 너비 0.2mm, 깊이 0.2mm의 마이크로 자동차 금형을 만들 수 있습니다. 직경 0.3mm, 모듈 0.1mm의 마이크로 기어도 생산할 수 있습니다.

(2) 초미세 전해 처리

전해 가공은 금속 양극의 전기 화학적 용해 원리를 사용하여 이온 용해 형태로 재료를 제거하는 제조 기술로, 전해 가공을 통해 미세 가공을 가능하게 합니다. 큰 가공 간격은 전해 가공의 정확도를 제한하는 주요 요인 중 하나로, 가공 간격을 크게 줄일 수 있다면 가공 정확도가 크게 향상되고 전기분해를 이용한 미세 가공의 가능성이 높아질 것입니다. 가공 전압과 전해질 농도를 줄임으로써 가공 갭을 10μm 미만으로 성공적으로 제어했습니다. 마이크로 피드와 금속 마이크로 튜브 전극을 사용하여 0.2mm 니켈을 생산했습니다.플레이트에 0.17mm의 작은 구멍을 가공했습니다.

전해 가공은 미세 샤프트 부품의 마감에도 사용됩니다. 마이크로 와이어 전극의 EDM 연삭과 유사한 방식으로, 움직이는 금속 와이어를 음극으로 사용하고 양극 샤프트와 음극 와이어 사이에 전해질을 분사하여 샤프트 표면에 전기 화학적 미세 부식을 일으킵니다. 이 방법은 직경 수십 미크론의 작은 샤프트를 연마할 때 좋은 공정 결과를 얻었습니다.

전해 미세 가공과 관련된 크기 범위는 실리콘 미세 가공 및 LIGA 기술로 달성할 수 있는 작은 크기보다 훨씬 더 큽니다.

(3) 초미세 초음파 처리

결정질 실리콘, 광학 유리 및 엔지니어링 세라믹과 같은 단단하고 부서지기 쉬운 재료가 미세 기계에 널리 사용됨에 따라 단단하고 부서지기 쉬운 재료의 고정밀 3차원 미세 가공이 중요한 연구 주제가 되었습니다. 현재 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 가공하는 데 사용할 수 있는 주요 방법은 리소그래피, EDM, 전해 가공, 레이저 가공 및 초음파 가공입니다. EDM, 전해 가공, 레이저 가공, 초음파 가공과 비교하여 재료의 전기 전도도에 의존하지 않으며 열 물리 효과가 없으며 리소그래피와 비교하여 3 차원 구조의 높은 깊이 대 폭 비율을 처리 할 수있어 세라믹, 반도체 실리콘 및 기타 비금속 경질 및 취성 재료 가공에서 초음파 가공을 결정하는 장점이 있습니다.

모멘텀.

마이크로 초음파는 공정의 크기가 작다는 점을 제외하면 기존 초음파의 원리와 특성이 동일합니다. 기존 초음파에 필요한 진폭은 일반적으로 0.01~0.1mm이므로 압전 또는 자기 변형의 변형이 매우 작기 때문에(0.005~0.01mm) 진폭을 두꺼운 상부 진폭봉과 얇은 하부 진폭봉으로 확장해야 합니다. 미세 초음파의 경우 압전 또는 자기 변형 진폭은 이미 미세 가공에 충분하므로 진폭 막대가 필요하지 않습니다.

초음파 미세 가공 기술을 사용하여 공작물 진동을 통해 엔지니어링 세라믹 소재에 최소 직경 5μm의 마이크로 홀을 가공했습니다.

(4) 레이저를 이용한 미세 가공

기존의 특수 공정과 달리 레이저 성형은 재료를 제거하는 것이 아니라 재료를 추가하는 것입니다. 레이저 성형은 가공되는 재료와 메커니즘에 따라 광경화 성형, 선택적 레이저 소결 성형 및 적층 고체 성형과 같은 다양한 유형으로 나눌 수 있습니다.

광 경화 성형은 액체 감광성 수지를 기반으로 합니다. 액체 수지의 표면에 집중된 원거리 자외선 광원을 조사하여 노출된 부분을 경화시킵니다. 광 경화를 통해 10μm ~ 1mm 범위의 미세 구조를 얻을 수 있습니다. 배치 생산 문제를 해결하기 위해 정밀 광섬유 어레이를 사용하여 한 번에 많은 수의 미세 구조를 생산할 수 있습니다.

(i) 깊이 정확도는 놓인 층의 두께에 의해 제한되며, (ii) 치수 효과(액체 감광성 수지의 점도, 표면 장력)의 영향, (iii) 미세 구조 변형 등의 영향이 있습니다.

에 대한이러한 효과를 없애기 위해 새로운 레이저 성형 방법이 등장했습니다.

초점이 맞춰진 레이저 빔이 레진 배스에서 3차원으로 스캔되고 초점에서 노출 임계값을 초과할 때만 레진이 경화되어 자유롭게 움직일 수 있는 미세 구조를 만들 수 있습니다. 이 기술의 장점은 다음과 같습니다.

(1) 레이저 초점 포인트의 크기에 따라 깊이와 주변 정확도가 결정되며 3차원에서 정확도가 1μm보다 높습니다. (2) 지지 부품이나 마스크가 필요하지 않습니다. (3) 액체 감광성 수지 탱크에 움직이는 부품이 없기 때문에 수지 점도와 표면 장력의 영향이 제거됩니다.

(5) 정밀 전기 성형

홀의 전기 성형은 홀의 코어를 생성한 다음 그 주위에 전기 성형된 금속을 성장시키고 마지막으로 코어를 인출하거나 용해시킨다는 점에서 절삭 방법과 다릅니다. 극도로 미세한 홀, 내부 표면 거칠기 요구 사항이 높은 공작물 또는 특수한 단면 형상을 가진 공작물과 같이 기존의 제거 가공으로는 달성할 수 없는 경우 일렉트로포밍을 사용할 수 있습니다.

알루미늄 합금은 주로 수산화나트륨 용액에 녹는 코어에 사용되며, 니켈은 손상되지 않고 안심하고 작업할 수 있습니다. 절단하기 어려운 특히 미세한 알루미늄 코어를 제조할 때는 황동을 대신 사용할 수 있지만, 니켈 표면을 부식시키지 않으면서 황동을 빠르게 녹이는 적절한 액체를 사용하는 경우에만 사용할 수 있습니다.

구멍의 모양이 어떻든 치수 정확도와 표면 거칠기는 코어의 품질에 따라 결정되므로 구멍이 아무리 미세하더라도 특정 가공 방법을 사용하여 코어를 만들 수있는 한 전기 성형 방법을 사용하여 구멍을 가공 할 수 있습니다.