다결정실리콘 표면 미세가공 기술을 위한 점착 방지법들의 성능 비교

The Comparison of Stiction Results of Anti-Stiction Methods for Polysilicon Surface Micromachining

본 연구에서는 동일한 테스트 구조물을 사용하여 현재 다결정실리콘 표면 미세가공 기술에서 널리 사용되고 있는 여러 가지 점착 방지법들의 성능을 비교하였다. 테스트 구조물로는 다양한 폭과 길이를 갖는 일반적인 cantilever와 dimple, antistiction tip, plate를 가지는 cantilever를 사용하였으며 구조물 형태에 따른 점착 방지 결과를 관찰하였다. 희생층 제거 후 구조물과 기판의 점착을 결정하는 건조과정에서는 증발법과 승화건조법을 사용하였다. 증발법에서는 methanol, IPA, DI water 등을 여러 최종 세척액으로 사용하여 표면장력과 세척 온도에 따른 점착 방지 결과를 비교하였다. 승화건조법에서는 중간 세척액으로 methanol을 사용하였다. 그리고 동일한 실험조건으로 stress gradient가 있는 동일한 구조물을 사용하여 stress gradient에 의한 점착 방지 결과를 관찰하였다. 결론적으로 승화건조법이 여러 가지 증발법보다 우수한 결과를 보여주었고 다결정 실리콘 표면 미세가공 기술로 미세 구조물을 부양시킬 때 승화건조법이 가장 우수한 방법이라고 사료된다.

This paper presents comparative results of various commonly used anti-stiction methods for polysilicon surface micromachining using identical test structures. Four different types of cantilevers - single cantilevers, cantilevers with dimples, cantilevers with anti-stiction tip, cantilevers with plate - with different widths and lengths were employed as test structures. The detachment length of cantilevers was examined depending on the anti-stiction methods and test structure types. After sacrificial layer was removed, evaporation and sublimation drying methods were used in the drying step when takes place the stiction between structure and substrate. Various final rinsing liquids such as methanol, IPA, and DI water were employed to compare anti-stiction results depending on surface tension and rinsing temperature. For sublimation drying method, methanol was used as an intermediate rinsing liquid. Also, the influence of a stress gradient of the polysilicon was investigated by performing the identical anti-stiction experiments on identical test structures with a stress gradient. In conclusion, sublimation drying method showed superior results to various evaporation drying methods and hence it is considered the best method for releasing polysilicon microstructure in polysilicon surface micromachining.