KR100460206B1 - 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치 - Google Patents
마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치에 관한 것으로, 기판 위에 얇은 멤브레인 구조물(11), 즉 셔틀 매스가 형성되고 그 멤브레인 구조물(11)위에 형성된 X-선 흡수체((12)로 구성되는 마스크부(10)와, 마스크부(10)를 지지하기 위해 일정간격 떨어져 둘러싸도록 설치되는 마스크 홀더부(20)와, 마스크부(10)를 상기 마스크 홀더(20)로부터 탄성이동가능하도록 마스크부(10)와 마스크 홀더부(20)사이를 연결하는 하나이상의 탄성지지체(31)와, 마스크부(10) 외측과 마스크 홀더부(20) 내측에 각각 다수개의 빗형상체(comb)로 이루어진 전극(32)을 상호 이격된 거리를 두고 교차되게 형성하여 전극(32)에 인가된 전기력에 의해 미소 변위생성능력을 발생시켜 마스크(10)의 위치를 정밀하게 제어하는 마이크로 액츄에이터부(30)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 방사광 가속기의 X-선을 이용하는 LIGA 공정 시 마스크부만을 직접 움직여가면서 3차원 구조물을 정밀하게 제작할 수 있다.
Description
본 발명은 방사광 가속기의 X-선(ray)을 이용하는 LIGA공정에서 마이크로 액츄에이터에 의해 마스크의 위치가 미세하게 제어되는 마이크로 액츄에이터 내장형 마스크를 이용하여 3차원 구조물 형상을 만들 수 있는 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치에 관한 것이다.
최근들어 3차원 미세 구조물을 제조하는 기술로 X-선 마스크를 이용한 LIGA 공정 기술이 이용되고 있다.
LIGA(LIthographie, Galvanoformung, Abformung) 란 독일어 LIthographie, Galvanoformung, Abformung의 첫 글자를 따서 만든 단어로 이를 풀이하면 사진 식각(lithography), 전기 도금을 이용한 미세 금형틀 제작기술(electroforming), 사출공정을 이용한 미세구조물 대량 생산 기술(molding)을 의미한다. 즉 LIGA는 X-선을 이용한 식각과 도금 및 사출 공정을 통하여 미세 구조물을 제작하는 미세가공 기술을 의미한다.
LIGA 공정으로 제작할 수 있는 구조물의 높이가 수십 ㎛ ∼ 수 ㎝이고, 수직구조의 구조무을 제작할 수 있으며, 그 수직 벽면의 거칠기가 수백 Å 정도를 나타내므로, 매우 정밀한 3차원 미세 구조물을 제작하는데 유리하다.
X-선 마스크는 X-선 식각(lithography) 공정에서 감광막(resist film)와 X-선 광원 사이에 위치하여 X-선을 선택적으로 투과시키는 기구이다.
종래의 X-선 마스크는 기판 위에 실리콘 혹은 질화실리콘 재질의 얇은 멤브레인막 위에 금(Au) 재질의 X-선 흡수체(absorber)가 형성되어 있다. 질화 실리콘 재질의 멤브레인은 X-선이 거의 손실되지 않고 투과하며, X-선 흡수체가 형성되어 있는 부분은 X-선이 투과하지 못하여, 흡수체의 형상이 PMMA 또는 감광막에 전사된다.
도 1 및 도 2는 종래의 3차원 미세 구조물을 제작하기 위한 X-선 마스크 운용방식을 도시한 개략 정면도 및 평면도이다.
도시된 바와 같이, X-선 마스크는 멤브레인 구조물(1)과 흡수체(2)로 구성되어, 마스크 홀더(3)에 의해 지지되며, 마스크 홀더(3)는 x-y-z 구동 스테이지(4)에 의해 지지되어 있다.
x-y-z 구동 스테이지(4)는 3차원 방향으로 마스크(5) 및 마스크 홀더(3)를 이동시킨다.
X-선 마스크(5) 상부에는 도면상 미도시되어 있으나 X-선 광원이 위치하고, 하부에는 노광하고자 하는 PMMA 또는 감광막(6)이 위치하게 된다.
도 3은 종래의 X-선 마스크 운용방식을 이용한 3차원 구조물의 제작예를 도시한 개략도로서, 노광시 X-선 마스크(5)를 x-y-z 구동 스테이지(미도시됨)를 이용하여 원형으로 움직이면, 연속적으로 광원이 투과되는 부분인 내경(r1)과 간헐적으로 광원이 투과되는 부분인 외경(r2) 크기의 원추형 실린더 구조물을 얻을 수 있다.
그런데 이와 같은 종래의 X-선 마스크 운용방식은 장치는 x-y-z 구동 스테이지가 직접 이동하여 3차원 방향으로 X-선 마스크를 구동하는 것으로, X-선 마스크 및 홀더는 x-y-z 구동 스테이지에 고정된 구조를 이룬다. 따라서, 복잡한 x-y-z 구동 스테이지 및 이를 정밀하게 제어하기 위한 부대장치를 갖춰야 하는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, X-선 마스크를 직접 구동시킬 수 있도록 X-선 마스크에 액츄에이터를 내장한 마스크 장치와 이를 이용한 3차원 구조물 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 3차원 미세 구조물을 제작하기 위한 X-선 마스크 운용방식을 도시한 개략 정면도 및 평면도,
도 3은 종래의 X-선 마스크 운용방식을 이용한 3차원 구조물의 제작예를 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치를 도시한 종단면도,
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치의 변형예를 도시한 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치를 이용한 임의의 3차원 구조물 제작방법을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치를 이용한 임의의 3차원 구조물들을 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 마스크부 11 : 멤브레인 구조물
12 : X-선 흡수체 13 : PMMA 또는 감광막
20 : 마스크 홀더부 30 : 마이크로 액츄에이터부
31 : 탄성지지체 32 : 전극
33 : 고정자 전극 34 : 이동자 전극
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치에 있어서, 방사광 가속기를 이용한 깊은 X-선 노광공정(DXRL : Deep X-ray Radiation Lithography)에 사용되는 X-선 마스크에 마이크로 액튜에이터를 내장하는 X-선 마스크 장치를 제공한다.본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기판 위에 얇은 멤브레인 구조물이 형성되고 그 멤브레인 구조물위에 형성된 X-선 흡수체로 구성되는 마스크부와, 마스크부를 지지하기 위해 일정간격 떨어져 둘러싸도록 설치되는 마스크 홀더부와, 마스크부를 상기 마스크 홀더로부터 탄성이동 가능하도록 마스크부와 마스크 홀더부 사이를 연결하는 하나이상의 탄성지지체와, 마스크부 외측과 마스크 홀더부 내측에 각각 다수개의 빗형상체(comb)로 이루어진 전극을 상호 이격된 거리를 두고 교차되게 형성하여 전극에 인가된 전기력에 의해 미소 변위생성능력을 발생시켜 마스크의 위치를 정밀하게 제어하는 마이크로 액츄에이터부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 방사광 가속기의 X-선을 이용하는 LIGA 공정 시 마스크부만을 직접 움직여가면서 3차원 구조물을 정밀하게 제작할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치를 첨부도면과 함께 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치를 도시한 종단면도이며, 도 5는 도 4의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치는 마스크부(10), 마스크 홀더부(20) 및 마이크로 액츄에이터부(30)로 이루어져 있다.
마스크부(10)는 기판 위에 실리콘 재질의 얇은 멤브레인 구조물(11), 즉 셔틀매스가 형성되고 그 셔틀매스위에 형성된 금(Au) 재질의 X-선 흡수체(12)로 구성되어 있다. 질화 실리콘 재질의 멤브레인 구조물(11)은 X-선이 거의 손실되지 않고 투과하며, X-선 흡수체(12)가 형성되어 있는 부분은 X-선이 투과하지 못하고, 흡수체(12)가 없는 부분에는 X-선이 잘 투과하여 PMMA 또는 감광막(13)을 노광시키게 된다.
이와같은 X-선 마스크부(10)는 통상적으로 10㎛ 두께의 흡수체(12)로 100㎛의 감광막을 노광시킬 수 있으며, 흡수체(12)의 두께를 더 증가시켜 그 이상의 감광막 두께까지도 노광할 수 있다.
마스크 홀더부(20)는 마스크부(10)의 가장자리 둘레를 따라 일정간격 이격되게 설치된다.
한편, 마스크부(10)와 상기 마스크 홀더부(20) 사이에는 하나이상의 탄성지지체(31)가 형성되어 마스크부(10)가 마스크 홀더부(20)로부터 탄성이동이 가능하도록 되어 있다.
마이크로 액츄에이터부(30)는 마스크부(10) 외측과 마스크 홀더부(20) 내측에 각각 다수개의 빗형상체(comb)로 이루어진 전극(32)을 상호 이격된 거리를 두고 교차되게 형성하여 상기 전극에 인가된 전기력에 의해 미소 변위생성능력을 발생시켜 마스크부(10)의 위치를 정밀하게 제어한다.
이와 같은 마이크로 액츄에이터부(30)는 정전 방식의 빗살형 마이크로 액츄에이터로서, 마스크 홀더부(20)에는 다수의 고정자 전극(33)이 형성되고 마스크부(10)에는 다수의 이동자 전극(34)이 형성된다.
이와 같은 구조로 이루어진 마이크로 액츄에이터의 고정자 전극(33)과 이동자 전극(34)에 전압을 인가하면 고정자 전극(33)과 이동자 전극(34) 사이의 전위차에 의거하여 이동자 전극(34)의 변위가 발생된다.
즉, 고정자 전극(33)과 이동자 전극(34) 사이에 소정의 구동 전압을 제공하면, 고정자 전극(33)과 이동자 전극(34) 간에는 소정의 정전력이 발생하고, 이때 발생된 정전력에 의거하여 이동자 전극(34)가 이동하게 되는 것이다.
이처럼, 정전력에 의해 구동되는 정전 방식의 마이크로 액츄에이터는 2 개의 전극을 미소한 갭(gap)으로 대향시키는 단순한 구조로서, 치수를 작게할수록 표면에 작용하는 힘인 정전력이 중력 등에 비해 지배적인 힘이 되기 때문에 초정밀 위치제어를 구현할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치의 변형예를 도시한 평면도이다.
예시도면에서, 가로방향으로 배치된 전극(32a)은 마스크부(10)에 X-축 방향의 변위를 가져오고, 세로방향으로 배치된 전극(32b)은 Y-축 방향의 변위를 가져오게 함으로써 2축방향의 초정밀 위치제어를 구현할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치는 통상적인 전기도금과 사진식각(Photo-lithography) 공정 및 전통적인 MEMS공정을 이용하여 손쉽게 제작할 수 있다.
이와 같이 제조된 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치는 방사광 가속기의 X-선을 이용하는 LIGA공정시 평면구조물의 제약을 벗어난 임의 형태의 3차원 구조물 가공에 응용할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치를 이용한 임의의 3차원 구조물 제작방법을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, X-선 노광공정 중 마이크로 액츄에이터부를 작동시켜 PMMA(13)에 조사되는 X-선량을 조정함으로써 임의의 3차원 구조물(도 8에 도시됨), 예를 들면 임의의 기울기를 갖는 경사면 형상(a), 임의의 높이를 갖는 단차형상(b), 임의의 곡률을 갖는 곡면형상(c) 또는 임의의 경사면, 곡면, 단차의 조합형상(d) 등을 구현할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 방사광 가속기의 X-선을 이용하는 LIGA 공정시 마스크부만을 직접 움직여가면서 3차원 구조물을 정밀하게 제작할 수 있다.
Claims (3)
- 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치에 있어서,기판 위에 얇은 멤브레인 구조물이 형성되고 그 멤브레인 구조물위에 형성된 X-선 흡수체로 구성되는 마스크부와,상기 마스크부를 지지하기 위해 일정간격 떨어져 둘러싸도록 설치되는 마스크 홀더부와,상기 마스크부를 상기 마스크 홀더로부터 탄성이동 가능하도록 상기 마스크부와 상기 마스크 홀더부사이를 연결하는 하나이상의 탄성지지체와,상기 마스크부 외측과 상기 마스크 홀더부 내측에 각각 다수개의 빗형상체(comb)로 이루어진 전극을 상호 이격된 거리를 두고 교차되게 형성하여 전극에 인가된 전기력에 의해 미소 변위생성능력을 발생시켜 마스크의 위치를 정밀하게 제어하는 마이크로 액츄에이터부를 포함하는 마이크로 액튜에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 전극 중 다수의 고정자 전극은 마스크 홀더부에 형성되고 다수의 이동자 전극은 마스크부에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터를 구비한 엑스선 마스크 장치.
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