고종횡비 SU-8을 이용한 전기도금 금속 미세 구조물 제작과 그 응용에 대한 연구

Abstract

본 연구를 통해 고종횡비 SU-8 몰드를 이용한 전기도금 미세 구조물 제작 공정이 개발되었다. 개발된 공정은 현재의 실리콘 소재를 이용한 고종횡비 미세가공 기술에 적용되는 DRIE 공정과 같은 고가의 장비 또는 SOI 웨이퍼와 같은 고가의 소재 활용을 배제하며 범용 lithography 공정과 전기도금 장비만을 필용로 하므로, 장비에 대한 접근성이 매우 우수하며, 낮은 공정 단가로 고종횡비의 복잡한 미세 구조물을 우수한 정밀도와 높은 제작 공정 신뢰성을 가지고 제작할 수 있다. 전기도금 고종횡비 구조물 제작 공정에 있어서 가장 핵심 기술로써 SU-8 몰드의 제거를 위한 공정 요인과 그 방법에 대한 연구가 이루어졌다. 기존의 연구들에서는 불가능하였던 전기도금 구조물로부터의 경화된 SU-8 몰드의 제거를 잔류물과 구조물 손상 없이 성공적으로 수행할 수 있었다. 더불어 SU-8 제거 공정 변수와 구조물 형상 치수 사이의 상관관계를 정성적 및 정량화 분석하였다. 이와 같이 개발된 SU-8 몰드 제거 기술을 바탕으로 고종횡비 SU-8 몰드를 이용한 니켈 전기도금 콤 구조물을 가격 효율적으로 제작할 수 있었으며, 이와 더불어 희생층 공정을 배제한 freestanding 미세 구조물의 성공적 구현이 이루어졌다. 개발된 제작 공정과 금속 재료의 특징을 구현할 수 있는 새로운 형태의 등강성 서스펜션 시스템을 설계, 제작하였다. 오메가 형상의 구조물을 자유 경계조건 이동을 적용함으로써 등강성 서스펜션 시스템을 구현하였다. 제안된 등강성 서스펜션 시스템은 형상 치수의 변화에 영향을 받지 않으면서 항상 수직의 대칭축에 대한 강성을 일치를 이룰 수 있었다. 제작된 등강성 서스펜션의 in-plane에서의 자유로운 움직임을 전자기력 구동을 통하여 확인하였으며, 서스펜션 두 축의 등강성 해석 결과와 실험 결과가 일치함을 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 제작 공정과 새롭게 제안된 등강성 서스펜션 설계를 이용하여 평판형 정전용량체를 이용한 다축 가속도계를 제작, 시험 평가가 이루어졌다. 개발된 다축 가속도계는 진동 시험기를 통하여 시험 평가되었으며, in-plane 두 축에서 신호보정 없이 약 10% 이하의 감도차이를 보였으며, 0.2mV/g 수준의 감도를 얻을 수 있었다. 이와 같이 개발된 등강성 서스펜션 시스템과 고종횡비 SU-8 몰드를 이용한 전기도금 미세 구조물 제작공정은 저가의 대량 생산을 요구하는 중저급의 마이크로 센서 및 구종기의 개발에 크게 기여할 것이다.