MEMS 업계 최초로 PZT 압전막 양산 기술을 공동으로 개발

- 미츠비시 머터리얼(Mitsubishi Material) 주식회사(이하, 미츠비시)와 주식회사 SCREEN Holdings 그룹회사인 SCREEN 반도체 Solutions(이하, SCREEN 반도체)가 MEMS 업계 최초 PZT(지식리포터 주) 압전막(壓電膜) 양산 기술을 공동으로 개발 / 종래 대비 2배 이상의 생산성을 실현 -

미츠비시의 전자재료 사업 회사와 SCREEN 반도체는 미소 전기 기계 시스템(MEMS(주 1)) 디바이스에 사용되는 PZT(lead zirconate titanate) 압전막(주 2)에 대해서 이번에 MEMS 업계 최초가 되는 양산 기술을 공동으로 개발할 예정이라고 한다.

본 양산 기술개발의 배경으로 PZT 압전막은 압전 효과를 발휘하는 기능성 박막으로 잉크젯 프린터의 헤드, 차량 탑재용 센서나 액추에이터, 센서 네트워크용의 환경 발전 디바이스 등 많은 MEMS 디바이스에 대해 사용 확대가 전망되는 기능 부재이다.

반도체 제조에 있어서의 PZT 압전막의 성막 방법에는 스패터링법과 Sol-Gel법(주 3)의 주로 두 가지 방법이 적용되고 있다. 스패터링법은 폭넓게 이용되고 있지만 PZT가 3성분계 복합 산화물이므로 약간의 조성 차이에 의해 전기 특성 등이 불안정하기 때문에 특히 대구경 웨이퍼에서의 ′안정적`이면서 ′균일′한 성막에 과제가 있었다.

한편 Sol-Gel법은 균일한 조성의 Sol-Gel 약액을 사용하기 때문에 대구경 웨이퍼에 성막하는 경우에서도 ′안정적′이면서 ′균일′한 성막이 가능하다. 그러나 MEMS 디바이스로 필요한 2μm 정도의 막 두께를 얻기 위해서 도포 및 소성을 20~30회 정도 반복할 필요가 있기 때문에 생산성 향상이 과제가 되고 있었다.

또한 PZT 압전막의 양산에 대해서 기존 사용자는 자사에서 기술 개발을 실시하지 않으면 안 되어 양산 체제에 이르기까지 막대한 비용?시간을 필요로 하는 점도 아울러 과제가 되고 있었다.

본 양산 기술은 미츠비시의 Sol-Gel 약액(PZT-N)을 SCREEN 반도체가 도포?소성 장치(80 EX)로 이용하는 것으로 실현 가능하게 된다. 도포 막 두께를 증가시켜 대면적에서의 균일한 도포 및 소성을 도모하는 것으로 도포 회수는 기존 20~30회(주 4)에서 10회 정도로 크게 저감된다.

본 양산 기술에 의해 도포?소성 장치 1대당 처리량(throughput)은 1.3매/시간부터 기존 대비 2배 이상의 2.9매/시간에 향상되기 때문에 생산성의 대폭적인 개선에 연결된다.또한 웨이퍼 사이즈는 MEMS 용도로서 최대의 8인치까지 대응 가능하다고 한다.

미츠비시가 판매하는 Sol-Gel 약액과 SCREEN 반도체가 판매하는 도포?소성 장치를 조합한 본 양산 기술에 의해 실용 레벨의 PZT 압전막의 양산이 조기이면서 간단하게 실현 가능하게 된다. 미츠비시와 SCREEN 반도체는 본 양산 기술의 제공에 의해 향후에도 MEMS 디바이스의 발전에 공헌할 예정이라고 한다.

(주 1) MEMS
Micro Electro Mechanical Systems의 약어로 기계 요소 부품, 센서,액추에이터, 전자 회로를 하나의 기판 상에 집적화한 디바이스.
(주 2) PZT(Lead Titanate Zirconate) 압전막
압력을 가하면 전압을 발생시켜 반대로 전압을 가하면 변형하는 기능 재료막.
(주 3) Sol-Gel법
유기 금속 화합물의 용액(Sol-Gel 약액)을 이용하여 도포, 건조, 소성의 공정을 거침으로써 기판 상에 금속 산화물의 막을 얻는 성막 방법.
(주 4) MEMS용으로서 일반적으로 구할 수 있는 2μm 두께의 PZT 압전막의 도포 회수.

(지식리포터 주) PZT(Lead Titanate Zirconate(Pb(Zr, Ti))
PZT란 압전 세라믹스의 일종으로 SPM(주사형 프로브 현미경)의 스캐너에 조립되는 압전 소자의 재료로서 일반적으로 사용되고 있다. PZT의 압전 정수는 0.1~수nm/V 정도이며 그대로 스캐너에 사용하려면 변위가 작다. 이런 이유로 가능한 낮은 인가전압으로 큰 변위를 얻을 수 있도록 판 모양의 압전 재료의 휘어짐을 이용한 휨 방향이나 얇게 가공한 압전 재료를 전극과 교대로 적층해 일체화한 적층형(신축 방향) 등의 구조가 개발되고 있다.

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - MEMS 업계 최초로 PZT 압전막 양산 기술을 공동으로 개발