KR100806847B1 - 마이크로 안테나 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로 안테나 및 그 제조방법이 개시된다. 본 마이크로 안테나는 제1 기판을 상하로 관통하는 복수의 구멍을 형성하고, 그 구멍 내에 도전성 재질을 이용하여 복수의 수직 도선부를 형성하고, 제1기판의 상하 양 측면에 수평 도선부를 형성하여 수직 도선부와 수평 도선부를 전기적으로 연결하여 3차원 코일 구조를 형성하고, 형성된 3차원 코일 구조를 포함하는 제1 기판을 제2 기판과 접합한 다음 제1 기판을 제거하여 구현한다.
마이크로 안테나, 수직 도선부, 수평 도선부

Description

마이크로 안테나 및 그 제조방법{MICRO ANTENNA AND ITS MANUFACTURING METHOD}
도 1a 및 1b는 기판상에 코일형 안테나를 제조하는 종래기술을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2및 도 3은 각각 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 마이크로 안테나를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 부분 절개 사시도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200, 202 : 마이크로 안테나 210：제1기판
230 : 수직 도선부 240 : 제1수평 도선부
250 : 제2수평 도선부 290 : 제2기판
410：제1기판 430 : 수직 도선부
440 : 제1수평 도선부 450 : 제2수평 도선부
490 : 제2기판
본 발명은 마이크로 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 2개의 기판을 이용하여 제1기판에 3차원 코일구조를 형성하고 제2기판과 접합한 다음 제1기판의 3차원 코일구조만 남기고 제1기판을 제거하여 제2기판상에 미세한 안테나를 형성하는 마이크로 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이다.
안테나는 여러 가지 다양한 형태와 그 제조방법이 있지만 MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS)기술을 이용한 마이크로 안테나의 경우, 기판상에 3차원 적으로 구현하는 방법으로서 기판 위에 마스크를 이용하여 도전성 재질로 수평 도선부를 형성하고 다시 마스크를 이용하여 수평 도선부와 전기적으로 연결되는 수직 도선부를 형성하고 다시 마스크를 이용하여 수직 도선부와 전기적으로 연결되는 수평 도선부를 형성하는 방법으로 3차원 구조물을 만들었다. 그러나 마스크를 이용하여 층별로 구조물을 형성하여 쌓아 올리는 방법으로는 수직 도선부를 높게 형성하는 것이 복잡하고 어렵다.
도 1a를 참조하면, 3차원 안테나를 제조하는 종래기술로서 이미 형성된 IC칩(2)상에 제1절연층을 두고 칩과 연결되는 전극(41, 42?) (41, 42)을 통하여 Seed 금속 패턴과 전기적으로 연결하고 Seed 금속 패턴을 이용하여 전해도금을 하여 하 측면의 수평 도선부(31)를 형성한다. 즉, IC 칩(2) 상에 제1 절연층을 적층한 후, 제1 절연층을 패터닝하고 패터닝된 영역을 전해도금하여 수평도선부(31)를 형성한다. 그리고 나서, 제2절연층을 두고 하측면의 수평 도선부(31)과 연결되는 Seed 금속 패턴을 형성하고 Seed 금속 패턴을 이용하여 전해도금을 하여 상측면의 수평 도선부(32)를 형성한다. 결과적으로, 도 1a 와 같이, 납작한 코일 구조의 안테나(3)가 제조될 수 있다.
도 1b 는 종래기술의 또 다른 실시 예의 하나로써 도 1a에서 제공하는 코일이 대각선 방향으로 비스듬히 나란한 하측면의 수평 도선부(31)와 그 위에 반대방향으로 비스듬히 나란한 상측면의 수평 도선부(32)가 전기적으로 상호 연결되는 코일 구조를 보인 반면, 도 1b에서는 상하 양 측면에 각각 서로 평행한 하부 수평 도선부(131)와 상부 수평 도선부(132)를 형성하여 코일 구조(103)를 제조하는 방법을 보이고 있다.
상기한 종래기술은 IC칩을 형성한 후 그 위에 안테나를 구비하기 위하여 폴리이미드(Polyimide) 등의 절연막을 성막하고 그 위에 하측면 수평 도선부를 전해도금을 이용하여 형성한다. 그리고 나서, 다시 절연막을 성막하고 그 위에 상측면 수평 도선부를 전해도금으로 형성하여 전기적으로 연결된 납작한 코일 구조를 제조하게 된다. 따라서, 상기한 종래기술에 따르면, 절연막을 필요로 하며, 단면이 사각형에 가까운 높은 수직 도선부를 갖는 코일 구조를 형성하기 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 종래기술은 IC칩을 미리 형성하고 그 위에 상기한 공정을 진행하여 코일 구조를 형성하는 것으로써 경우에 따라서는 IC칩 제조공정과 코일형 안테 나를 제조하는 공정이 서로 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있었다.
특히, 최근에는 SoC(System on Chip) 관련 기술이 등장하면서 여러 소자를 하나의 칩에 단일화하는 기술이 요구되고 있고, 이에 따라 소자 및 IC의 제조공정에 영향을 주지 않으면서 독립적인 공정을 이용하여 안테나 소자를 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 하지만, 종래의 마이크로 안테나 및 그 제조방법은 이러한 요구에 부합하지 않는다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 제2기판 상에 형성할 수 있는 소자 및IC등의 제조공정에 영향을 주거나 기 형성된 소자 및 IC등에 해를 주지 않기 위하여 별도의 독립적인 제1기판을 이용하여 마이크로 안테나를 제조할 수 있는 방법 및 그 방법에 따라 제조된 마이크로 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 설계와 공정으로 기판상에 미세한 3차원 코일구조를 갖는 마이크로 안테나 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제1기판의 두께에 상응하는 수직 도선부를 가지는 3차원 코일구조를 제조하여 그 권선수를 조절하는 설계변경만으로도 넓은 영역의 주파수를 커버할 수 있는 마이크로 안테나 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예에 따르면, 마이 크로 안테나는 제1기판의 상측면과 하측면을 관통하는 하나 이상의 구멍을 형성하고 그 구멍 내에 도전성 재질을 이용하여 수직 도선부를 형성한다. 상기 수직 도선부의 상측면 또는 하측면의 끝단과 전기적으로 연결되는 적어도 일측단을 가지며, 상기 제1기판의 상측면 또는 하측면 상에 형성되는 적어도 하나의 수평 도선부를 형성한다. 상기 수직 도선부 또는 상기 수평 도선부와 전기적으로 연결되는 제2기판과 제1기판을 접합한 후, 상기 제1기판을 제거하여 마이크로 안테나를 제조한다.
상기 마이크로 안테나를 제조하기 위해서, 상기 구멍 내에 도전성 재질을 충진하여 수직 도선부를 형성한다. 여기서 충진이란, 구멍 내에 도전성 재질이 반드시 꽉 들어차는 것만을 의미하지는 않고, 도전성 재질이 전기적으로 구멍의 입구에서 출구까지 수직 방향으로 연결되어 형성되는 구성을 포함한다.
상기 수직 도선부를 형성하기 위해 상기 구멍 내에 도전성 재질을 충진하는 방법은 도금을 이용하여 상기 구멍 내에 도금 금속을 성장시킨 후, 평탄화 공정을 통해 상기 희생기판 및 상기 도금 금속의 외면을 부분적으로 제거한다.
상기 수평 도선부를 형성하는 방법은 상기 제1기판의 상측면에서 상기 수직 도선부를 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 제1수평 도선부를 형성하고, 상기 제1기판의 하측면에서 상기 수직 도선부를 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 제2수평 도선부를 형성한다.
상기 제1수평 도선부를 형성하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제1 수평 도선부를 형성하기 위한 제1 절연패턴을 형성하고, 상기 제1 절연패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1기판의 상측면에 도전성 재질로 형성되는 상기 제1 수 평 도선부를 형성한다. 상기 제2 수평 도선부를 형성하는 방법은, 상기 제2 수평 도선부를 형성하기 위한 제2 절연패턴을 형성하고, 상기 제2 절연패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1기판의 하측면에 도전성 재질로 형성되는 상기 제2 수평 도선부를 형성한다.
상기 마이크로 안테나를 형성하는 방법은, 상기 구멍을 상기 제1기판 상에 2열로 나란하게 형성하며, 상기 제1 수평 도선부는 상기 제1기판의 상측면에서 서로 다른 열에 속하면서 서로 대각선으로 마주하는 수직 도선부 2개씩 짝지어 전기적으로 연결하고, 상기 제2 수평 도선부는 상기 제1기판의 하측면에서 서로 다른 열에 속하면서 서로 마주 인접한 수직 도선부 2개씩 짝지어 전기적으로 연결하여, 상기 수직 도선부, 제1수평 도선부, 및 제2수평 도선부가 전기적으로 연결된 하나의 코일 구조를 형성한다.
상기 마이크로 안테나를 형성하는 방법을 상술하면, 상기 제1 수평 도선부를 형성하기 위하여 상기 제1기판의 상측면에 제1 시드 금속층을 형성하고, 상기 제1 시드 금속층 상에 상기 제1 사진 식각 패턴을 형성하고, 상기 제1 사진 식각 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 시드 금속층 상에 도금을 하여 상기 제1 수평 도선부를 형성하며, 상기 제1 사진 식각 패턴 및 그 하부로 노출되는 상기 제1 시드 금속층의 일부를 제거한다.
상기 제2 수평 도선부를 형성하기 위하여 상기 제1기판의 하측면에 제2 시드 금속층을 형성하고, 상기 제2 시드 금속층 상에 상기 제2 사진 식각 패턴을 형성하고, 상기 제2 사진 식각 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제2 시드 금속층 상에 도금을 하여 상기 제2 수평 도선부를 형성하며, 상기 제2 사진 식각 패턴 및 그 하부로 노출되는 상기 제2 시드 금속층의 일부를 제거하여 마이크로 안테나를 제조한다.
앞서 언급한 마이크로 안테나의 수직 도선부를 형성하는 방법을 상술하면, 상기 제1기판에 상기 구멍을 형성하기 전에 상기 제1기판의 하측면에 제2 시드 금속층을 적층하고, 상기 제1기판의 상측면에 사진 식각 패턴을 형성하고, 상기 사진 식각 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1기판의 상측면에서 상기 제2시드 금속층까지 건식 식각하여 구멍을 형성한다. 상기 제2 시드 금속층을 매개로 도금하여 상기 구멍 내에 도전성 재질을 충진하여 상기 수직 도선부를 형성한다.
상기 상술한 바와 같이 도전성 재질을 이용하여3차원 코일구조를 형성하는 상기 제1기판과 소자나 IC등을 형성할 수 있는 제2기판을 접합시키기 위하여 적어도 하나의 접속 전극을 형성한다.
또한 상술한 도전성 재질로 형성되는 3차원 코일구조가 제2기판으로부터 분리되어 지지되도록 상기 제1기판 하부에 공동(Cavity)을 형성할 수도 있다.
이상 상술한 방법에 의하여 미세한 구조를 갖고 성능이 우수한 마이크로 안테나를 제조할 수 있다.
상기 마이크로 안테나는, 수직 도선부 및 수평 도선부에 의해서 하나의 3차원 코일구조를 형성할 수 있으며, 상기 코일구조는 제1기판이 제거된 상태에서 제2기판 상의 회로와 연결되어 마이크로 안테나로서 기능할 수가 있다. 이와 같은 마이크로 안테나는 제2기판에 고정되어 공중에 부양된 구조로 형성되기 때문에 안 테나로써의 높은 성능을 얻을 수 있고, 3차원 구조를 형성하기 위하여 복잡한 고난이도 공정을 필요로 하지 않을 뿐더러 제2기판과 별도의 제1기판을 이용하여 형성되기 때문에 다른 소자를 만드는 공정을 어렵게 하거나 안테나를 장착하는 회로와 연결하는 것이 어렵지 않아 다양한 회로설계를 가능하게 하고 안테나를 배치하는 일 또한 용이해 진다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 안테나를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2 를 참조하면, 마이크로 안테나(200)는 제2기판(290), 전극부(234), 수직 도선부(230, 232), 및 수평 도선부(240, 250)를 포함한다. 수직 도선부(230, 232)는 제2기판(290)에 대해 수직으로 형성되어 상하를 전기적으로 연결하며, 수평 도선부(240, 250)는 제2기판(290)에 대해 수평으로 형성되어 수직 도선부(230, 232)와 전기적으로 연결되어 하나의 3차원 코일구조를 형성한다.
수직 도선부(230, 232)는 도금 또는 증착 등의 방법을 통해서 형성될 수 있다. 도금으로 형성하는 경우, 수직 도선부(230)는 구리(Cu) 또는 금(Au)을 재질로 이용하며, 규칙적인 간격을 유지하며 나란하게 형성될 수 있다.
또한, 수직 도선부(230, 232)는 수평 도선부(240, 250)에 의해서 전기적으로 연결된다. 도시된 바에 따르면, 상측면에 있는 수평 도선부(240)는 2열로 나란히 배치된 수직 도선부(230) 중 서로 비스듬히 마주보는 수직 도선부(230)를 2개씩 짝지어 연결한다. 반면, 하측면에 있는 수평 도선부(250)는 서로 다른 열에 속하 며 바로 마주보는 수직 도선부(230)를 2개씩 짝지어 연결한다. 따라서, 수직 도선부(230)가 수평 도선부(240, 250)에 의해서 전기적으로 연결되어 하나의 3차원 코일구조를 형성한다. 수평 도선부(240, 250) 역시 도금 또는 증착 등의 방법에 의해서 만들어 질 수 있으며, 도금의 경우 구리(Cu) 또는 금(Au) 등을 재질로 형성될 수 있다. 수평 도선부(240, 250)는 수직 도선부(230)를 연결하여 3차원 코일 구조를 형성하며, 수직 도선부(230)를 차례로 번갈아 가면서 연결하여 거의 사각의 단면을 갖는 3차원 코일 구조를 형성한다.
코일 구조의 양단에는 그를 지지하는 수직 도선부(232)가 형성되고 그 하부에 전극부(234)가 제공된다. 전극부(234)는 마이크로 안테나를 여기서는 도시하지 않았지만 제2기판(290)에 있는 회로와 연결하기 위한 것이다.
도 2와 같은 실시 예에서는 전극부(234)가 3차원 코일구조를 지지하는 별도의 수직 도선부(232)의 끝단에 접속하여 제2기판(290)의 회로와 연결된다.
한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로안테나를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2와 비교할 때, 도 3은 수평 도선부(250)의 구조가 일부 변형되어 있음을 알 수 있다. 즉, 도 3에서는 3차원 코일구조를 지지하기 위하여 수평 도선부(250)의 일부가 연장되어 지지용 수평 도선부(252)를 형성한다. 필요할 경우 그 하부에 형성되는 전극을 통하여 역시 제2기판(290)의 회로와 연결된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여, 마이크로 안테나의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 안테나(200)의 제조방법을 설명하기 위한 부분 절개 사시도들이다. 특히, 도 2 에서 마이크로 안테나(200)의 A-A' 선을 따라 절개한 부분 절개 사시도를 보이고 있다.
또한 도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 안테나(202)의 제조방법을 설명하기 위한 부분 절개 사시도로써, 도 3에서 마이크로 안테나(202)의 C-C'선을 따라 따라 절개한 부분 절개 사시도를 보이고 있다.
도 4a를 참조하면, 제1기판(210)이 제공되며, 제1기판(210)에는 상하로 관통하는 복수의 구멍(220)이 형성된다. 여기서, 구멍(220)은 2열로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 서로 동일한 개수로 형성되어 서로 마주보도록 균일한 간격으로 형성될 수 있으며, 이들 구멍과는 별도로 지지용 수직 도선부(232)를 형성하기 위해 제1기판의 양 끝단에 구멍(222)이 형성될 수 있다.
제1기판(210)에 구멍(220, 222)을 형성하기 위해서는 주로 사진 식각 패턴 공정 및 건식 식각 공정이 사용될 수 있으며, 이때 사진 식각 패턴을 마스크로 이용하여 건식 식각이 진행될 수 있다.
구멍(220, 222)이 형성되면, 각 구멍(220, 222) 내에 도전성 재질을 충진한다. 이에 따라, 일부 구멍(222) 내에 지지용 수직 도선부(232)를 형성하고, 나머지 구멍 (220) 내에 수직 도선부(230)를 형성한다. 수직 도선부(230, 232)를 형성하기 위해서 도금방법을 이용할 수 있다. 제1기판(210)의 하부에 점선으로 나타난 부분은, 수직 도선부(230, 232) 형성 이후 수평 도선부(240, 250)를 전기적으로 연결되도록 형성시키는 공정을 진행하기 전 제거되는 부분을 나타내고 있다.
이때 수직 도선부(230, 232)의 일측을 돌출시키기 위해서 제1기판을 일부 식각할 수도 있다. 즉, 수직도선부(230, 232)가 기판면과 높이가 같거나 높아야 수평도선부와 전기적으로 연결될 수 있으므로, 제1 기판을 일부 식각하여 이러한 돌출 형태를 형성할 수 있다. 이때는 CMP(chemical mechanical polishing) 공정 등 잘 알려진 에칭 방법 또는 평탄화 방법을 사용할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제1기판(210)의 상측면에서 2줄로 나란히 마주하는 수직 도선부(230) 중 대각선 방향으로 비스듬히 인접한 수직 도선부(230)를 2개씩 짝지어 연결하고 제1기판(210)에 형성되는 구조물의 양단을 지지하는 지지용 수직 도선부(232)는 남은 수직도선부와 연결되도록 제1절연패턴(212)을 형성한다.
구체적으로는, 제1 기판(210) 상측 표면에 절연물질을 적층한 후, 절연물질 중 수평도선부(240)를 제작하고자 하는 위치의 절연물질을 제거하여 제1 절연 패턴(212)을 형성하고, 제1절연패턴(212) 상에서 절연물질이 제거된 영역을 도금하여 수평도선부(240)를 제작할 수 있다. 또는, 도 4b에 도시된 바와 달리, 제1 기판(210) 상측에 금속막을 적층한 후, 수평도선부(240) 영역만을 남기고 나머지 부분을 마스크를 이용하여 제거함으로써, 제1 절연패턴(212) 없이 수평도선부(240) 만을 제작할 수도 있다.
제1 수평 도선부(240)를 형성하기 위한 패턴 공간은 서로 평행하게 배치되며, 그에 따라 제1 수평 도선부(240)도 제1기판(210)의 상측면에 대해 평행하게 제공된다. 도 4b를 참조하면, 제1 수평 도선부(240)에 의해서 수직 도선부(230, 232)의 상측단 부분이 전기적으로 연결된다. 제1 수평 도선부(240)는 증착, 도금 등과 같이 다양한 방법에 의해서 형성될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제1기판(210)의 하측면에서 서로 마주보는 수직 도선부(230)를 연결하는 제2 수평 도선부(250)를 형성하기 위한 패턴 공간은 거의 평행하게 배치되며, 그에 따라 제2 수평 도선부(250)는 제1기판(210)의 하측면에서 서로 평행하게 제공된다. 제2 수평 도선부(250)는 증착, 도금 등과 같이 다양한 방법에 의해서 형성될 수 있다. 제2 수평 도선부(250)에 의해서 수직 도선부(230)의 하측단 부분이 전기적으로 연결된다. 제2수평 도선부(250)의 양 측에 위치하며, 제1기판(210)에서 형성되는 구조를 지지하는 수직 도선부(232)의 하부에는 전극부(234)가 형성된다. 전극부(234)는 제2기판(290)의 전극부와 접합되는 부분이다.
도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 안테나를 설명하기 위한 사시도 이다. 도 4d를 참조하면, 도 3의 마이크로 안테나(202)를 C-C'선을 따라 자른 제1기판(210)의 하측면에서 바라본 사시도 이다. 제2수평 도선부(250)의 끝단에는 제1기판(210)에서 형성되는 구조를 지지하기 위해 제2수평 도선부(250)의 일부를 연장하여 형성되는 지지용 수평 도선부(252)가 형성된다. 지지용 수평 도선부(252)에는 필요할 경우 전극(254)을 추가할 수 있다. 전극(254)은 제2기판(290)의 접속 전극과 접합된다.
도 4c 및 4d와 같이 수직 도선부(230), 제1수평 도선부(240), 및 제2 수평 도선부(250)가 전기적으로 연결되는 3차원 코일구조를 포함하는 제1기판(210)에 대한 제작이 완료되면, 제1 기판(210)과 제2기판(290)을 접합한다. 접합이 완료된 상태에서 건식 또는 습식 식각을 통하여 3차원 코일구조를 제외한 제1기판(210)을 제거함으로써, 마이크로 안테나(200, 202)가 제작된다. 상기 마이크로 안테나(200, 202)는 하나의 3차원 코일구조가 거의 사각의 단면을 갖고 제2기판(290)상에 형성된다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
참고로, 본 실시 예에 따른 마이크로 안테나도 도 2, 3, 4a 내지 도 4d에 도시된 제1기판과 같이 입체의 형상을 갖는다. 다만, 도 5a 내지 도 5e에 도시된 단면도들은 입체 구조를 개략화한 것으로서, 도 2 에서 마이크로 안테나(200)를 B-B'선을 따라 자른 단면도를 보이고 있다. 이들은 이하 공정의 순서를 참고하여 이해될 수 있다.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 도 4a 내지 도 4d와 같은 방식으로 제1기판(410)을 3차원 입체 구조로 제작한 후, 제2 기판(490)과 접합시킨다. 그리고 나서, 도전성 재질로 이루어진 3차원 코일 구조만을 남기고 제1 기판(410)을 제거함으로써, 마이크로 안테나를 제작할 수 있게 된다.
먼저, 도 5a에서와 같이, 제1기판(410) 하부에 공동(Cavity)(488)을 형성한다. 공동(488)은 제1기판(410)에 제작되는 3차원 코일구조가 제2기판(490)과 분리되어 지지될 수 있도록 하는 역할을 한다. 공동(Cavity)(488)은 잘 알려진 식각 방법을 이용해서 형성할 수 있으며, 식각 정도에 따라서 공동의 깊이를 조절할 수도 있다. 잘 알려진 식각 방법으로는 비등방 또는 등방 식각을 위한 습식 또는 건식 식각법을 이용할 수 있다. 잘 알려진 식각 방법의 일례로써 TMAH(Tetra-Methyl Ammonium Hydroxide) 등을 이용한 습식 식각을 사용할 수 있다.
또한, 공동(Cavity)(488)을 형성한 후, 제1기판(410)의 하측면에 제2 시드 금속층(424)을 형성한다. 하측면이란 제2 기판(490)과 접합되는 방향의 기판면을 의미한다. 제2 시드 금속층(424)은 전해 도금의 기지층으로서, 일반적으로 전해 도금에 사용되는 재료를 광범위하게 사용할 수 있으며, 본 실시 예에서는 반도체 공정에서 일반적으로 사용될 수 있는 Cr/Au 또는 Ti/Cu를 사용할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 구멍(420)을 형성하기 위한 사진 식각 패턴은 통상의 과정을 통해서 제작될 수 있으며, 3차원 코일구조를 형성하기 위한 2열로 배치되는 수직 도선부를 위한 구멍 및 지지용 수직 도선부를 위한 구멍(420)을 형성하기 위한 패턴을 포함한다. 도시되어 있지는 않지만, 2열로 배치되는 구멍은 서로 동일한 개수로 형성되어 서로 마주보며, 균일한 간격으로 형성될 수 있다. 추가적으로, 상기 구멍은 최소한으로 형성할 수 있으며 구멍의 개수 및 배치는 해당 기술분야의 숙련된 당업자가 선택적으로 설계 변경할 수 있는 구성이다.
다음으로, 제1기판(410) 상에 사진 식각 패턴을 마스크(412)로 건식 식각 공정을 이용하여 수직 식각을 할 수 있으며, 이를 통해 제1기판(410)을 수직하게 관통하는 구멍(420)을 형성할 수 있다. 구멍(420)을 형성하기 위한 식각은 제2시드 금속층(424)이 노출될 때까지 진행된다. 구멍(420)이 형성되면, 제1 기판(410) 상측면의 마스크(412)는 제거할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 구멍(420) 내에 도전성 재질을 충진하여 수직 도선부(미도시) 및 지지용 수직 도선부(432) 를 형성한다. 수직 도선부(미도시) 및 지지용 수직 도선부(432)를 형성하기 위해서 도금 방법이 사용될 수가 있다. 본 실시 예에서는 전해 도금을 이용한 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로는, , 구리 또는 금 이온이 포함된 용액에 제1기판(410)을 담근 후, 제2시드 금속층(424)을 전원에 연결하여 도금을 진행하면, 제2시드 금속층(424)을 매개로 구리(Cu), 또는 금(Au)이 충진된다.
구리(Cu), 또는 금(Au)을 이용하여 구멍(420)을 충진시킨 후에는, 제1기판(410) 및 도금 금속의 상부를 평탄화 공정을 통해 부분적으로 제거하여 수직 도선부(미도시) 및 지지용 수직 도선부(432)를 형성할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 수직 도선부(미도시) 및 지지용 수직 도선부(432)를 형성한 후, 제1기판(410) 상에 제1시드 금속층(426)을 형성한다. 제1시드 금속층(426) 역시 Cr/Au 또는 Ti/Cu를 사용하여 형성될 수 있다.
제1시드 금속층(426) 위에 제1 사진 식각 패턴(414)을 형성한다. 제1 사진 식각 패턴(414)은 제1 수평 도선부(440)를 형성하기 위한 것으로서, 제1기판(410)의 상측면에서 비스듬히 인접한 수직 도선부들을 연결하며, 이에 대응하는 패턴 공간을 갖는다. 전해 도금을 이용하며 제1 사진 식각 패턴(414)에 의해서 노출된 부분에서 제1 수평 도선부(440)가 형성된다.
제1 수평 도선부(440)를 형성한 후, 제1 사진 식각 패턴(414) 및 그 하부에 있던 제1시드 금속층(426)의 일부를 제거한다.
다음으로, 도 5c와 같이, 제2시드 금속층(424) 아래에 제2 사진 식각 패턴(416)을 형성한다. 제2 사진 식각 패턴(416)은 제2 수평 도선부(450)를 형성하기 위한 것으로서, 제2 수평 도선부(450)에 해당하는 영역에만 도금 금속을 성장시 키기 위한 것이다. 참고로, 본 실시 예에서는 전해 도금을 이용하기 때문에, 시드 금속층의 도금을 수행한 후에서야 시드 금속층을 패턴에 따라 제거한다. 하지만, 무전해 도금을 수행하는 경우에는 시드 금속층을 패터닝하여 시드 금속 패턴을 형성하고, 시드 금속 패턴을 매개로 도금 금속을 성장시킬 수도 있다.
제2수평 도선부(450)를 형성할 때, 접속 전극부(434)도 함께 형성될 수 있다. 즉, 제2사진 식각 패턴(416)의 노출된 부분에 제2수평 도선부(450)가 형성되고, 3차원 구조를 지지하는 수직 도선부(432)의 아래에 접속 전극부(434)가 형성될 수 있다. 접속 전극부(434)는 제2기판(490)의 접속 전극과 전기적으로 접합된다. 제2 수평 도선부(450)에 의해서 수직 도선부(430, 432) 및 제1 수평 도선부(440)가 하나로 연결되어 3차원 코일 구조를 형성하게 된다.
한편, 상기3차원 코일 구조를 지지하기 위하여 수직 도선부(432)를 형성하는 방법 대신 제2사진 식각 패턴(416)을 이용하여 제2 수평 도선부(450)를 형성하면서 제2 수평 도선부(450)를 연장하여, 수직 도선부(430)와 전기적으로 연결함으로써3차원 코일 구조를 지지하도록 구현할 수도 있다. 즉, 도 4d와 같은 형태로 수평 도선부(440, 450)를 변형할 수 있으며, 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
다음으로, 도 5d에서와 같이 제1 기판(410)에 제2 기판(490)을 접합한다. 도 5d를 참조하면, 제1기판(410)은 수직 도선부(430, 432), 수평 도선부(440, 450), 및 전극부(434)를 포함한다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 제1기판(410)의 하부에는 공동(Cavity)이 형성되어 상기 3차원 코일 구조가 제2기판(490)상에 분리되어 지지되도록 한다.
한편, 제1 기판(410) 하부에 마련된 전극부(434)는 제2 기판(490) 측에 마련된 접속 전극부(492)와 접합될 수 있다. 이 경우, 전극부(434)와 접속전극부(492)는 접합재(494)에 의하여 접합될 수 있다.
제1기판(410)의 전극부(434)는 상기 3차원 코일 구조와 전기적으로 연결되어 있고, 이에 대응하는 제2기판(490)의 접속 전극부(492)는 본 도면에서 별도로 도시하지 않았지만 제2기판(490)에 형성될 수 있는 소자 및 IC 등과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1기판(410)과 제2기판(490)을 접합하기 위해서 공정 결합(eutectic bonding)을 위한 물질의 적층 공정이 추가될 수 있으며, 리프트-오프(lift-off) 공정을 통해 솔더(solder)를 형성한 후 제1기판(410)과 제2기판(490)사이의 본딩 공정을 통해 접합을 완료할 수 있다.
다음으로, 도 5e에서와 같이, 제1기판(410)이 제2기판(490)에 접합된 후, 사진 식각 패턴을 이용한 건식 또는 습식 식각 방식에 따라 제2기판(490)에 접합된 제1기판(410)을 제거한다. 이에 따라, 도전성 재질로 이루어진 3차원 코일 구조를 노출하여 마이크로 안테나 구조를 형성한다.
본 발명의 마이크로 안테나 및 그 제조방법에 의하면 간단한 설계와 공정만으로도 초소형화를 용이하게 구현할 수 있으며, 다른 소자 및 IC등은 제2기판에 형성하고 3차원 코일구조를 제1기판에 형성하여 접합한 후 3차원 코일구조만 남기고 제1기판을 제거하여 형성함으로써 제2기판에 제작될 수 있는 소자 및 IC등의 제조공정에 영향을 주지 않고도 마이크로 안테나의 제작이 가능하며, 기 형성된 소자 및 IC등에 해를 주지 않는 마이크로 안테나를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면 마이크로 안테나의 제조과정에서 불량 발생의 비율이 낮으며 소자 및 IC등과 마이크로 안테나 간의 배치, 결선 등이 요구될 때 설계 변형이 자유롭다.
또한, 수평 도선부 및 수직 도선부가 3차원 코일 구조를 이루며 그 단면이 거의 사각을 이룰 수 있고, 제2 기판으로부터 부양된 구조를 가지고 있어서 그 코일의 권선수를 조절하는 설계변경만으로도 넓은 영역의 주파수에 대응할 수 있는 우수한 성능의 안테나를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 상기 본 발명의 효과를 달성할 수 있는 다양한 형태의 구성을 포함하여 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 제1기판을 관통하는 적어도 하나의 구멍을 형성하는 단계;
    상기 구멍 내에 도전성 재질을 이용하여 적어도 하나의 수직 도선부를 형 성하는 단계;
    상기 제1 기판의 양 면 상에서, 상기 수직 도선부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 수평 도선부를 형성하는 단계;
    상기 수직 도선부 및 상기 수평 도선부가 형성된 제1 기판과 제2기판을 접합하는 단계; 및
    상기 제1기판을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 구멍 내에 도전성 재질을 충진하여 상기 적어도 하나의 수직 도선부를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수직 도선부를 형성하는 단계는, 도금을 이용하여 상기 구멍 내에 도금 금속을 성장시킨 후, 평탄화 공정을 통해 상기 제1기판 및 상기 도금 금속의 외면을 부분적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수평 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 제1기판의 상측면에서 상기 수직 도선부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 제1수평 도선부를 형성하는 단계; 및,
    상기 제1기판의 하측면에서 상기 수직 도선부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 제2수평 도선부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1수평 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 제1 기판의 상측면에 제1 절연패턴을 형성하고, 상기 제1 절연패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1기판의 상측면에 도전성 재질로 상기 제1 수평 도선부를 형성하고,
    상기 제2 수평 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 제1 기판의 하측면에 제2 절연패턴을 형성하고, 상기 제2 절연패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1기판의 하측면에 도전성 재질로 상기 제2 수평 도선부를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 구멍을 형성하는 단계는,
    복수 개의 구멍을 상기 제1기판 상에 2열로 나란하게 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 수평 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 제1기판의 상측면에서 서로 다른 열에 속하면서 서로 대각선으로 마주하는 수직 도선부 2개씩 짝지어 전기적으로 연결하고,
    상기 제2 수평 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 제1기판의 하측면에서 서로 다른 열에 속하면서 서로 마주 인접한 수직 도선부 2개씩 짝지어 전기적으로 연결하여, 상기 수직 도선부, 제1수평 도선부, 및 제2수평 도선부가 전기적으로 연결된 하나의 코일 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 수평 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 제1기판의 상측면에 제1 시드 금속층을 형성하고, 상기 제1 시드 금속층 상에 제1 사진 식각 패턴을 형성하고, 상기 제1 사진 식각 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 시드 금속층 상에 도금을 하여 상기 제1 수평 도선부를 형성하며, 상기 제1 사진 식각 패턴 및 그 하부로 노출되는 상기 제1 시드 금속층의 일부를 제거하고,
    상기 제2 수평 도선부를 형성하는 단계는,
    상기 제1기판의 하측면에 제2 시드 금속층을 형성하고, 상기 제2 시드 금속층 상에 제2 사진 식각 패턴을 형성하고, 상기 제2 사진 식각 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제2 시드 금속층 상에 도금을 하여 상기 제2 수평 도선부를 형성하며, 상기 제2 사진 식각 패턴 및 그 하부로 노출되는 상기 제2 시드 금속층의 일부를 제거하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1기판에 상기 구멍을 형성하기 전에 상기 제1기판의 하측면에 제2 시드 금속층을 적층하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구멍을 형성하는 단계는, 상기 제1기판의 상측면에 사진 식각 패턴을 형성하고,상기 사진 식각 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1기판의 상측면에서 상기 제2시드 금속층까지 건식 식각하여 구멍을 형성하며,
    상기 수직 도선부를 형성하는 단계는,상기 제2 시드 금속층을 매개로 도금하여 상기 구멍 내에 도전성 재질을 충진하여 상기 수직 도선부를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판을 상기 제2기판에 접합시키기 위한 적어도 하나의 접속 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판 상에 구멍을 형성하기 전, 상기 제1기판 하부에 공동(Cavity)을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 안테나 제조방법.
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