(57)【要約】  本発明は、微細エッチングによって得られる実質的に平面的な機械構造の二つの機械要素の動作ギャップを調整するための方法に関する。本方法は、要素（Ｅ）の一つに前記要素を分離する残留ギャップの方向にある固定基準位置（ＲＦ）を帰属させること（Ａ）、弾性的リンク（Ｓ）によって別の要素（ＯＥ）を固定基準位置（ＲＦ）に接続すること（Ｃ）、固定基準位置（ＲＦ）と別の要素（ＯＥ）との間に別の要素の最大変位振幅である隣接ギャップを規定する少なくとも一つのストップ・ブロックを設置すること（Ｄ）、隣接位置が動作位置を構成し、残留ギャップが残留ギャップと隣接ギャップとの差まで減少して微細エッチング工程の解像度より小となるまで弾性的リンク（Ｓ）に拮抗する変位を別の要素（ＯＥ）に与えること（ＤＥ）で構成される。本発明は、電気機械的共振器に応用可能である。
2005510108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細エッチング工程によって得られる実質的に平面的な機械構造の二つの機械要素の動作ギャップを調整するための方法であって、前記機械要素は要素及び別の要素によってそれぞれ形成され、各々は実質的に平面的な表面で構成され、それらの表面は互いに対向して配置され、かつ前記微細エッチング工程の解像度に実質的に等しい残留ギャップを有し、前記方法は前記要素の一つに前記構造内の固定基準位置を少なくとも割り当てることで構成される方法において、
前記残留ギャップの方向の少なくとも一つの自由度に従って前記要素に対して前記別の要素を自由にすることと、
前記別の要素を弾性的リンクによって前記固定基準位置に接続し、互いに対抗して配置された実質的に平面的な表面の各々の間にあるギャップが前記残留ギャップに実質的に等しくなる静止位置を前記別の要素が前記弾性的リンクの存在下で占めることと、
前記静止位置と動作位置を構成する隣接位置との間で前記別の要素の最大変位振幅を規定する所定値の隣接ギャップを前記別の要素と少なくとも一つのストップ・ブロックとの間に与えるべく、前記構造内の前記固定基準位置を構成する前記要素と自由にされた前記別の要素との間に少なくとも一つのストップ・ブロックを設置することと、
前記隣接位置が前記動作位置を構成し、それにより前記残留ギャップが前記残留ギャップと前記隣接ギャップとの差に等しい動作ギャップにまで減少し前記微細エッチング工程の解像度より小となることが可能である限り、前記別の要素が前記弾性的リンクに拮抗する変位を受けるようにすることと、
で更に構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記要素及び前記別の要素は導電性材料で構成され、前記別の要素が前記弾性的リンクに拮抗する変位を受けるようにすることで構成されるステップは、前記別の要素と前記要素に接続された固定電極との間に電位差を供給することと、前記要素に接続された前記固定電極、前記他の要素、前記少なくとも一つの弾性的リンクで形成されるアセンブリと、調整可能なエア・ギャップを有する静電気的モータを構成する供給された電位差とで構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記構造は電気機械的共振器の構造を構成し、前記要素は共振器要素を構成し、別の要素は信号電極を構成し、前記弾性的リンクは誘電体基板上に実質的に平面的な導電性構造によって形成され、前記要素の機械的共振周波数は側方振動モードにおける共振器の信号の動作周波数を示すことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
誘電体基板上に微細エッチング工程によって形成されること及び実質的に平面的な構造に従って配置されることで少なくとも構成される調整可能な側方エア・ギャップを有する電気機械的共振回路であって、一つの導電性共振器要素は固定基準位置を有する構造に固定される共振回路において、
互いに対向して配置され微細エッチング工程の解像度に実質的に等しい残留ギャップによって分離された実質的に平面的な表面を各々が有する、信号電極を構成するもう一つの要素、前記共振器要素、及び別の要素であって、前記別の要素は前記残留ギャップの方向に自由度を有する、要素と、
前記信号電極を構成する前記別の要素を固定するための要素と、
前記信号電極を構成する前記別の要素と前記信号電極を構成する前記別の要素を固定するための要素とを接続する少なくとも一つの弾性的リンクであって、前記少なくとも一つの弾性的リンクの存在下で、互いに対抗して配置された実質的に平面的な表面の各々の間にあるギャップが前記残留ギャップに実質的に等しくなる静止位置を前記信号電極を構成する前記別の要素が占める、少なくとも一つの弾性的リンクと、
前記静止位置と動作位置を構成する隣接位置との間で前記別の要素の最大変位振幅を規定する所定値の隣接ギャップを前記別の要素と少なくとも一つのストップ・ブロックとの間に与えるべく、基準位置を有する構造と前記信号電極を構成する前記別の要素との間に設置された、少なくとも一つのストップ・ブロックと、
前記信号電極を構成する前記別の要素と前記共振器を構成する要素に対して固定された電極との間に電位差を供給するための手段であって、前記共振器要素、前記信号電極を構成する前記別の要素、前記少なくとも一つの弾性的リンク、及び前記電位差を供給するための手段によって形成されるアセンブリは供給された電位差の関数として調整可能なエア・ギャップを有する静電気的モータを構成し、それにより前記残留ギャップが前記残留ギャップと前記隣接ギャップとの差に等しい動作ギャップにまで減少し前記微細エッチング工程の解像度より小となることが可能となる、電位差を供給するための手段と、
で更に構成されることを特徴とする共振回路。
【請求項５】
前記要素の機械的共振周波数は側方振動モードにおいて前記共振回路の信号の動作周波数を示すことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれか一項に記載の共振回路。
【請求項６】
前記残留ギャップの方向に実質的に平行な縦の対称軸に対して実質的に対称な構造を有することを特徴とする請求項５に記載の共振回路。
【請求項７】
前記縦の対称軸に対して対称に配置され、
各々が弾性的リンクを与える第１及び第２のスプリングと、
前記信号電極を構成する前記別の要素が前記動作位置に保持されることを可能とする二つのストップ・ブロックのセットと、
で構成されることを特徴とする請求項６に記載の共振回路。
【請求項８】
第１の共振回路に対向し対称的に配置される請求項４から７のいずれか一項に従う第１の共振回路と、
前記第１の共振回路に対して逆様に配置される請求項４から７のいずれか一項に従う第２の共振回路と、
で構成されることを特徴とする側方エア・ギャップを有する電気機械的共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に平面的な微細機械構造及び相当する電気機械的共振器の二つの機械要素のギャップ調整に対する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細システム技術の分野において、厚さが１０μｍから３０μｍ（１μｍ＝１ミクロン）である、厚層と呼ばれる構造的層を用いることが様々な応用には必要である。相対的に大きいそのような厚さによって、そのような厚さを持つ微細機械構造の中に、かなり小さい慣性を持ち調整可能な可動要素として動作することのできる機械要素を固定するための機械要素を形成することができる。
【０００３】
他方、そのような機械固定要素を形成するために層の厚さが増加した結果、上述の要素の最小の製造可能な平面的寸法が体系的に増加し、必然的にこれらの要素間の側方分離間隔が増加する。検討中の技術分野において現在利用可能な微細エッチング工程の全ては、平面的なすなわち側方の最小寸法と上述の寸法に垂直な方向におけるその微細構造の厚さの間の比率として通常は規定されている一定の形状因子を持つものとして言及されていることが回想されるであろう。
【０００４】
そのような微細構造は通常、無線周波回路の分野において、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数帯で用いられる。
【０００５】
その要素及びその分離間隔の平面的寸法を調整することによって、上述の周波数帯の全帯域において無線電気的周波数同調を最良の微調整で確実にするために、用いられる微細エッチング工程の通常の解像度をはるかに下回った特定の分離間隔値において、最低値を達成し得る必要がある。
【０００６】
微細機械的共振器の構成する公知の微細機械構造については、Technical Digest, 12th International IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference, Orlando, Florida, Jan 17-21-1999, pp453-458にある、Kun Wang、Yinglei Yu、Ark-Chew Woung及びClara T. -C Nguyenによって発表された"VHF Free-Free Beam High-Q Micro-mechanical Resonators"と題する出版物に記述された構造に言及することができる。
【０００７】
上述の共振器は、柔軟な梁から吊り下がり、基板の平面範囲に直角な方向に埋め込まれた電極よって静電気的に引き寄せられる。
【０００８】
記述されたこの技術によって、共振器のエア・ギャップは、１．５μｍから０．３μｍに減少することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、この技術は、埋め込まれた電極によって基板の平面的範囲に直角な方向に、垂直に励振される共振器に限定され、これにより、この技術の応用は薄層技術に限定される。
【００１０】
そのような技術の厚層への移転は、高すぎて工業的に利用できない電圧レベルを必要とする。
【００１１】
更に、そのような技術は、かなり複雑でそれゆえ工業的方法で応用するのが困難となり得る、様々なマスキング・レベル、多層法及び微細機械的動作を必要とする。
【００１２】
結局、上述の技術は、構造の設計の自由度をかなり制限し、それゆえ、無線周波センサ及び／又は共振器において非常に有用である複雑な無線周波振動モードの利用が不可能となる。
【００１３】
従って、従来技術に基づいた、厚層微細機械構造の利用及びその電気機械的共振器の製造への応用は、非常に微妙なものとなり、結果として、発展的構造の利用は、構想することもできない。
【発明の開示】
【００１４】
本発明の目的は、実質的に平面的な微細機械構造の二つの機械要素のギャップ調整に対する方法を用いることによって従来技術の不都合及び限界を克服することである。この方法によって、そのような微細機械構造を製造するために用いられる微細エッチング工程の解像度よりかなり小さい寸法を有する値に微細機械構造の要素の分離間隔値を調整することができる。
【００１５】
本発明はまた、上述の機械構造の実質的に平面的な構造の結果として、薄層又は厚層によってあるいはあらゆるタイプの技術によって製造される実質的に平面的な微細機械構造の二つの機械的要素のギャップ調整に対する方法の利用に関する。
【００１６】
本発明はまた、実質的に平面的な配置を有し、それゆえ、非常に高度な信頼性を示し、無線電気的周波数同調に関して非常に動的となる電気機械的共振回路の利用に関する。
【００１７】
本発明はまた、低い値の電気的制御電圧を供給することによって高度な正確さでその無線電気的共振周波数を調整することができる電気機械的共振回路の利用に関する。
【００１８】
本発明が関連する、微細エッチング工程によって得られる実質的に平面的な機械構造の二つの機械要素の動作ギャップを調整するための方法は、各々が実質的に平面的な表面又は端面で構成され、その表面又は端面が互いに対向して配置され、微細エッチング工程の解像度に実質的に等しい残留ギャップを有する構造の、ある要素及び別の要素が形成する機械要素に応用可能である。
【００１９】
本方法は、少なくとも、構造内の固定基準位置を要素の一つに割り当てること及び残留ギャップの方向における少なくとも一つの自由度に従って別の要素をその要素に対して自由にすることで構成される点で注目に値する。
【００２０】
本方法はまた、弾性的リンクによって別の要素を固定基準位置に接続すること、互いに対向して配置された実質的に平面的な表面の各々の間にあるギャップが残留ギャップに実質的に等しくなっている静止位置を別の要素が弾性的リンクの存在の下で占めることで構成される。本方法は次いで、静止位置と動作位置を構成する隣接位置との間にある別の要素の最大変位振幅を規定する隣接ギャップを別の要素とストップ・ブロックの間に与えるべく、構造内の固定基準位置と自由にされた別の要素との間に少なくとも一つのストップ・ブロックを設置することで構成される。
【００２１】
隣接位置が動作位置を構成する限り、別の要素は次いで、弾性的リンクに拮抗する変位を受け、それにより、残留ギャップがその残留ギャップと隣接ギャップとの差に等しい動作ギャップにまで減少し微細エッチング工程の解像度より小となる。
【００２２】
本発明が関連する、調整可能な側方エア・ギャップを有する電気機械的共振回路は、誘電体基板上に微細エッチング工程によって形成されること及び実質的に平面的な構造に従って配置されることで少なくとも構成され、一つの導電性共振器要素は固定基準位置を有する構造に固定され、一つの別の要素は信号電極を構成し、共振器要素及び別の要素はそれぞれ、互いに対抗して配置され微細エッチング工程の解像度に実質的に等しい残留ギャップによって分離される実質的に平面的な表面を有する点で注目に値する。別の要素は、残留ギャップの方向に自由度を持つ。信号電極を構成する別の要素を固定するための要素が与えられ、少なくとも一つの弾性的リンクが、信号電極を構成する別の要素と固定する要素を接続する。互いに対向して配置された実質的に平面的な表面の各々の間にあるギャップが残留ギャップに実質的に等しくなっている静止位置を信号電極を構成する別の要素が弾性的リンクの存在の下で占める。静止位置と動作位置を構成する隣接位置との間にある別の要素の最大変位振幅を規定する隣接ギャップを別の要素とストップ・ブロックの間に与えるべく、固定基準位置を有する構造と信号電極を構成する別の要素との間にストップ・ブロックも設置する。信号電極を構成する別の要素と共振器を構成する要素に対して固定された電極との間に電位差を供給するための回路によって、供給された電位差の関数として調整可能なエア・ギャップを有する静電気的モータを形成することが可能となる。この静電気的モータは、共振器素子又は予備電極、信号電極を構成する別の電極、及び弾性的リンクによって構成される。静電気的モータによって、残留ギャップは、その残留ギャップと隣接ギャップとの差に等しい動作ギャップにまで減少し、微細エッチング工程の解像度より小となることが可能となる。
【００２３】
本発明が関連する方法及び共振回路は、例えば、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数帯にある無線周波信号を生成するか又はそれらの信号間で識別するための電気機械的な共振器又はフィルタの製造において用いることができる。
【００２４】
これらのことは、以下の記述を読み図面を見ることによってより良く理解されるであろう。
【００２５】
本発明の要旨に従い微細エッチング工程によって得られる実質的に平面的な機械的又は微細機械構造の二つの機械要素の間における動作ギャップを調整するための方法のより詳細な記述を図１に関連してここに与える。
【００２６】
一般に、上述の図を参照して考察しているのは、例えば、微細エッチングによって得られる実質的に平面的な微細機械構造上に形成される電気機械的共振器のような微細機械構造である。
【００２７】
微細機械構造の機械要素は、要素Ｅ及び別の要素ＯＥが形成し、各要素は、例えば、実質的に平面的な表面又は端面で構成され、前述の表面の各々は、互いに対向して配置され、用いられるエッチング又は微細エッチング工程によって得られる残留ギャップを有する。従って、結果として、残留ギャップは、微細エッチング工程の解像度と等しくなる。
【００２８】
微細機械構造が電気機械的共振器の構造である場合、上述の残留ギャップは微細機械的共振器のエア・ギャップの限定的値であり、それゆえ、残留ギャップは、単に微細エッチング工程を用いることによって最終的に得られるギャップ値及びエア・ギャップ値のより低い制限に相当することになることが特に理解されるであろう。
【００２９】
この状況において、要素Ｅ及び別の要素ＯＥのような二つの機械要素の動作ギャップを調整するための本発明が関連する方法は、それらの各位置及びそれらを分離する残留ギャップＤｒｅｓから始まって、上述の微細機械構造内の基準位置ＲＦと呼ばれる固定位置を要素の一つ、例えば要素Ｅ、にステップＡにおいて割り当てることで構成される。
【００３０】
上述の残留ギャップＤｒｅｓの方向への少なくとも一つの自由度に従って、要素Ｅに対してかつもちろん後者の固定基準位置に対して別の要素ＯＥを自由にすることで構成されるステップＢが、ステップＡに続く。
【００３１】
自由にされた別の要素ＯＥを弾性的リンクＳによって固定基準位置ＲＦに接続することで構成されるステップＣが、ステップＢに続く。別の要素ＯＥは、接続及び弾性的リンクＳの存在の下で、互いに対向して配置された実質的に平面的な表面の各々の間にあるギャップが残留ギャップＤｒｅｓに実質的に等しくなっている静止位置を占める。
【００３２】
別の要素ＯＥとストップ・ブロックＢの間に隣接ギャップＤｂｕｔを与えるべく、固定規準位置ＲＦを構成する要素Ｅと自由にされた別の要素ＯＥとの間に少なくとも一つのストップ・ブロックＢを設置することで構成されるステップＤが、ステップＣに続く。静止位置と規定される動作位置を構成する隣接位置との間にある別の要素ＯＥの最大変位振幅を可能にする所定の値を持つように、隣接ギャップは、選択される。
【００３３】
隣接位置が動作位置を構成する限り、別の要素ＯＥが、弾性的リンクＳに拮抗する変位を受けるようにすることで構成されるステップＤＥが、ステップＤに続く。これにより、残留ギャップは、残留ギャップと隣接ギャップとの差に等しい動作ギャップｅにまで減少し微細エッチング工程の解像度より小となることが可能となる。
【００３４】
要素Ｅと別の要素ＯＥとの動作ギャップは、関係式：ｅ＝Ｄｒｅｓ−Ｄｂｕｔを実証する。
【００３５】
本発明が関連する方法は、電気機械的共振器の動作ギャップ、特にそのエア・ギャップ、を調整するために有利に用いることができる。
【００３６】
この状況において、要素Ｅ及び別の要素ＯＥは、集積回路微細エッチング技術に従って、例えば誘電体基板上に配置されたポリシリコン基板を例えば微細エッチングすることによって得られる導電性材料で構成される。
【００３７】
この状況において、図１のステップＥで示したような、別の要素ＯＥが弾性リンクＳに拮抗する変位を受けるようにすることで構成されるステップは、別の要素ＯＥと要素Ｅ、特に固定基準位置ＲＦ、に接続された固定電極ＦＥとの間に特定の電位差を供給することで有利に構成され得る。この状況において、要素Ｅに接続された固定電極、別の要素ＯＥ、及び弾性リンクＳで形成されるアセンブリ、及び供給された電位差は、調整可能なエア・ギャップを有する静電気的モータを構成する。
【００３８】
この状況において本発明が関連する方法の実施を、それぞれ、図２ａ及び２ｂに示す。
【００３９】
図２ａは、平面図において要素の全てを示しており、その要素は、図の平面に灰色で示した導電性ポリシリコン材料で形成され、図示しない誘電体基板上に配置されたポリシリコン材料の細片で構成されている。
【００４０】
共振器を構成する要素Ｅの固定は、上述した固定位置となっている機械的塊ＲＦに関連して達成され、信号電極を構成する別の要素ＯＥは、実際には、可動部ＯＥ及び固定基準位置ＲＦとなっている固定部に更に分割され、信号電極を構成する別の要素ＯＥ及び固定基準位置ＲＦを構成する固定部は、図２ａ及び２ｂ内の二つの蛇行する要素Ｓで構成される弾性的リンクによって機械的に接続されていることが特に理解されるであろう。
【００４１】
図２ａにおいて、固定電極ＦＥと信号電極を構成する別の要素ＯＥの固定基準位置ＲＦとなっている固定要素との間に供給される電位差は、実質的にゼロである。この状況において、要素Ｅと信号電極を構成する別の要素ＯＥとの間のギャップは、残留ギャップＤｒｅｓに相当する。
【００４２】
他方、図２ｂにおいて、ゼロ以外の、例えばゼロより大の、電位差Ｖが供給される場合には、このように構成された静電気的モータによって、可動にされた信号電極を構成する別の要素ＯＥは、要素Ｅの方向へ変位することが可能となり、それにより、ギャップ値は、前述した状況において動作ギャップｅにまで減少することが可能となる。
【００４３】
最終的な位置は、例えば固定電極ＦＥ近傍に配置されたストップ・ブロックＢ上の隣接位置に相当する。
【００４４】
電気機械的共振器の構造を構成する微細機械構造、及び、特に、共振器要素Ｅを構成する要素、信号電極を構成する別の要素ＯＥ、及び弾性リンクが誘電体基板上の実質的に平面的な導電性構造によって形成される場合に、本発明が関連する方法は、特に有利であるように見えるであろう。
【００４５】
この状況において、共振器を構成する要素Ｅの機械的共振周波数は、側方振動モードにおける共振器の信号の動作周波数を示す。
【００４６】
本発明の要旨に従う共振回路及び電気機械的共振器の更に詳細な記述を図２ａ及び２ｂ及び図３に関連してここに与える。
【００４７】
本発明の要旨に従う調整可能な側方のエア・ギャップを有する共振回路及び電気機械的共振器は、誘電体基板上に微細エッチング工程によって形成された導電性機械要素で構成され、これらの要素は、実質的に平面的な構造に従って配置されることに一般に注目されたい。
【００４８】
要素Ｅは、導電性共振要素を構成し、固定基準位置ＲＦを表す構造に固定される。
【００４９】
別の要素ＯＥ及び共振器要素Ｅは、互いに対抗して配置される平面的な端面及び表面を有し、静止位置においては、すなわち信号電極を構成する別の要素ＯＥの変位の適用がない場合には、前述の残留ギャップだけ分離している。別の要素ＯＥは、上述の残留ギャップの方向に自由度を有するべく、固定基準位置ＲＦから分離している、すなわち、切り離されている。しかしながら、それは、蛇行するポリシリコン構造によって形成された、例えばスプリングＳのような弾性的リンクによって接続されている。前述した蛇行構造は、上述した共振回路の縦の対称軸Ｘ’Ｘに関して対称的に配置された二つの基本的蛇行構造によって構成することができる。蛇行構造は、固定基準位置を構成する固定要素に信号電極を構成する別の要素ＯＥを接続する。
【００５０】
ストップ・ブロックＢに関しては、それらは、前述したように別の要素ＯＥとストップ・ブロックＢとの間に隣接ギャップを与えるべく、基準位置を有する構造と信号電極を構成する別の要素ＯＥとの間に設置される。隣接ギャップは、静止位置と動作位置を構成する隣接位置との間における、別の要素ＯＥすなわち信号電極の最大変位振幅を規定する。
【００５１】
結局、図２ａ又は２ｂに示したような共振回路は、前述したように静電気的モータを形成すべく、別の要素ＯＥと固定基準位置ＲＦを介して要素Ｅに機械的に固定的に接続されている固定電極ＦＥとの間に、電位差すなわち連続的な電位差を供給可能とする回路を含む。
【００５２】
図２ａ及び２ｂにおいて、電位差を供給するための回路は、それぞれ、固定電極ＦＥ及び信号電極を構成する別の要素ＯＥに対する固定基準位置ＲＦを与える固定部に接続された電線によって図式的に表される。
【００５３】
動作中、別の要素ＯＥによって構成される信号電極は、供給される上述の電位差を可能とするバイアス電圧を直接的ではなく、スプリングＳによって形成される弾性的リンクを介して受けることに注目されたい。モータの電極間、すなわち固定電極ＦＥと別の要素ＯＥによって形成される信号電極との間でこのように生成された静電界の効果の下で、信号電極は、固定電極ＦＥ及び共振器を形成する要素Ｅに接近し、動作位置にすなわちストップ・ブロックＢ上に配置される。
【００５４】
この状況において、動作エア・ギャップｅは、微細エッチング工程によって形成される二つのギャップの差によって構成される、前述の関係を実証する。従って、動作ギャップは、用いられる微細エッチング工程に固有のギャップ限界である微細エッチング・ギャップよりかなり小なる値を有する。
【００５５】
特に、本発明の方法が構造的層の過度エッチングという現象に敏感でないために、本発明が関連する方法によって、共振回路は、工業的に用いることが可能となることに注目されたい。シリコンの厚い層を微細エッチングする間に、構造又は微細構造の端面は、エッチされる厚さの３〜５％、すなわち２０μｍの厚さの層に対しては側方エッチングの０．６μｍ〜１μｍ、に近い幅にわたって消滅する。側方過度エッチングというこの現象は、エッチされる要素のサイズを減少させ、全てのギャップの幅を増加させる。従って、端面上で消滅するシリコンの幅は、微細エッチング工程の条件に依存するが、隣接するパターン上では一定のままなので、予測不可能である。ゆえに、そのような過度エッチングという現象によって、構造及びそれと共に与えるべき関連するギャップを正確な大きさにすることが不可能になる。
【００５６】
対照的に、本発明が関連する方法を用いると、動作ギャップで構成される共振器、すなわち、共振器を構成する要素Ｅと信号電極を構成する別の要素ＯＥとの間にあって、二つの残留ギャップの幅の差によって決定される動作エア・ギャップを有する共振器を規定することが可能となる。従来技術で既知の過度エッチング現象は、もちろん、存在し、二つのギャップに対して一定なので、その現象の効果は、差によって相殺され、それゆえ、過度エッチング現象は、実質的に抑圧され、動作ギャップの最終値には現れない。この状況において、最終的ギャップは、単にリソグラフィー・マスクによって規定される。リソグラフィー・マスクによって、上述の変位のみならず、別の要素ＯＥによって構成される信号電極の変位値をもちろん決定するストップ・ブロックの厚さをも規定することが可能となることが理解されるであろう。
【００５７】
図３は、本発明が関連する方法を用いることにより製造された電気機械的共振器を示す。
【００５８】
図２ａ及び２ｂに示した共振回路が残留ギャップＤｒｅｓと実質的に平行な縦の対称軸Ｘ’Ｘに関して実質的に対称な構造を持つのに対して、本発明が関連する図３に示した電気機械的共振器は、図２ａ及び２ｂに関連して前述したような、共振回路Ａと呼ばれる第１の共振回路及び共振回路Ｂと呼ばれる第２の共振回路で構成される。
【００５９】
共振回路Ａ及びＢは、縦の対称軸Ｘ’Ｘに直角な軸Ｙ’Ｙに関して対称に逆様に配置される。
【００６０】
図３において、同じ参照符号は、図２ａ及び２ｂの場合と同じ要素を表すが、これらの参照符号は、共振回路Ａ及びＢの各々に関連して、それぞれ、添え字ａ及びｂを持つ。
【００６１】
このように、各共振回路は、それぞれ、第１及び第２のスプリングＳａ１、Ｓａ２及びＳｂ１、Ｓｂ２で構成され、各々は、弾性的リンク、及びストップ・ブロックのセットＢａ１、Ｂ’ａ１及びＢｂ１、Ｂ’ｂ１をそれぞれ与える。ストップ・ブロックは、動作位置に、それぞれ、別の要素ＯＥa及びＯＥbを保持し、それらは、各共振回路の信号電極を構成する。
【００６２】
電位差を供給するための回路に関しては、それらを単純な電源線によって図３に図式的に示し、固定要素ＲＦａ、ＲＦｂ及び固定電極ＦＥａ、ＦＥｂに対して、それぞれ、正電圧、負電圧を供給可能とする微細接続によって構成することができる。
【００６３】
図３に示した共振器は、側方振動モードにおいて固定梁型の二つの実質的に同一の共振回路から始まって用いられ、長さ４０μｍ、幅３μｍ、厚さ１５μｍという寸法を有した。これらの寸法は、本発明が関連する方法を用いたために実質的に抑圧された過度エッチング現象を考慮していない設計寸法である。
【００６４】
以下の測定結果は、共振器の一つに対して０．２μｍという値、別の共振器に対して０．４μｍという値で規定される動作ギャップｅを用いて得られた。共振器を構成する共振回路の実効寸法を以下の表に与える。
【００６５】
【表１】
2005510108.tif 000003
【００６６】
＊ギャップが０．２μｍとなるように設計された共振器に対しては１．８μｍ、ギャップが０．４μｍとなるように設計された共振器に対しては２．０μｍ。
【００６７】
０．２μｍの動作ギャップを有する共振器に対して残留ギャップは、１．８μｍであったが、他の共振器に対して同残留ギャップは、０．４μｍの動作ギャップに対して２μｍであったことに注目されたい。
【００６８】
ある共振器及び別の共振器に対する動作ギャップｅの調整は、上述の共振器の各々に対して特に信頼性があるということが発見された。信号電極の接近を確実にするために必要な電圧は、３０ボルトの最大値であった。
【００６９】
接近動作、すなわち、それぞれ別の要素ＯＥａ及びＯＥｂによって形成される信号電極の変位の後に、これらの電極は、ストップ・ブロックにもたれ続け、静止状態に戻すためには、供給する直流電圧を２０ボルトまで下げる必要がある。
【００７０】
図４ａ及び４ｂは、各共振器に対して図３に従って用いられた共振器に関するいくつかの実験結果を示している。
【００７１】
図４ａは、各共振回路の一定のバイアス電圧下における励振周波数の関数として、各共振器の伝達特性を示している。縦軸は、減衰量すなわちｄＢで目盛りが付けられ、横軸は、周波数で目盛りが付けられている。
【００７２】
図４ｂは、各共振器の共振周波数の漸進的変化特性を示しており、縦軸は、周波数で目盛りが付けられ、横軸は、供給される電位差すなわち電圧の値で目盛りが付けられている。
【００７３】
共振回路及び共振器の固有周波数は、実質的にゼロバイアスに相当する。この固有周波数は、図４ｂの曲線から外挿によって得られる。ゼロである供給される電位差すなわちバイアス電圧は、小さすぎて検出できない振幅を生ずる。理論上は二つの共振器の固有周波数は実質的に同一となるはずであるが、それらの差、約２％、は、微細加工技術に関連する分散が原因である。
【００７４】
図４ｂにおいて、０．２μｍにまで減少する動作ギャップを有する共振器に相当する曲線は、０．４μｍにまでしか減少しない動作ギャップを有する共振器に相当する曲線よりかなり急峻である。この効果は、より小さい動作ギャップを有する共振器に対してより良い変換（transduction）係数を持つ明確な証拠である。二つの共振器の全ての他の変換パラメータは同一であるという事実のため、０．２μｍの動作ギャップのために設計された共振器に対して残留ギャップはより小さいものであると推定することができる。本発明が関連する方法及び共振回路及びそれにより得られる共振器によって与えられる改良の質を、そのような測定は証明する。
【００７５】
従って、上の表で触れた動作ギャップの真の値は、製造マスクの設計段階で設計された値に近いことが、研究によって最終的に示された。ゆえに、動作ギャップを３μｍから、上述の共振器に対してそれぞれ、０．２μｍ又は０．４μｍにまで減少することができる。
【００７６】
図４ａに関連して、二つの共振器の伝達特性は、一定の供給された電位差に対して定められたことに注目されたい。前述の電位差すなわちバイアス電圧は、各共振器の共振周波数と一致する伝達レベル得るために選択された。最大伝達値すなわち最小減衰値に対して、前述のバイアス電圧は、比率が実質的に３．６に等しいことが、特に理解されるであろう。前述の比率によって、設計値０．２及び０．４μｍに相当する二つの共振器の動作ギャップの間に、値２に近いファクターを決定することができる。
【００７７】
従来技術に従う共振回路を用いる類似の状況において、すなわち本発明が関連する方法によって与えられる改良がない場合において、３μｍの残留ギャップに対する比較し得る特性は、従来技術の効率的な工業的応用を排除する２５００  Ｖに近いバイアス電圧すなわち供給される電位差を必要とすることになったであろう。
【００７８】
実質的に平面的な微細機械構造の二つの機械要素、及び共振回路及び相当する共振器のギャップ調整に対する方法であって、特に有利な方法に関して、このように記述を与えてきた。
【００７９】
特に、用いられる静電気的モータ構造によって、例えば誘電体材料上にポリシリコンの単一な構造的層を有する標準的なシリコン微細エッチング技術を用いて、サブミクロンの動作ギャップを得ることが可能となる。
【００８０】
十分小なるギャップを用いることが非常に困難であるため、非常に低い電圧下で微細電気機械的フィルタ又はアクチュエータを製造するために標準的な微細エッチング技術を用いるには大きな障害が生じるが、本発明が関連する方法によれば、微細エッチング工程を改良する必要なく、そのような障害を完全に免れる。
【００８１】
可動電極、特に信号電極、を用いると、付加的な電気的バイアス源が必要になるが、消費電流のない３０Ｖの直流電圧は、携帯システムにおいてさえ容易に生成し得るので、そのような必要性は、どのような場合でも大きな制約を示さないことにも注目されたい。
【００８２】
最後に、単一の電極ＦＥを記載の実施形態に示したが、共振器を構成する要素Ｅの構造が薄層の構造ではない場合には、様々な電極の取り付けを考えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明が関連する方法を実施するためのステップのブロック・ダイアグラムを単に例のために示す。
【図２ａ】共振器を構成する要素と信号電極を構成する別の要素との間に電位差が供給されておらず、結果として別の要素が静止位置にある、静止位置における電気機械的共振回路を平面図で示す。
【図２ｂ】別の電極を隣接及び動作位置にもたらすべく、電位差が供給されるときの同電気機械的共振回路を平面図で示す。
【図３】図２ａ及び２ｂに示した二つの共振回路を含み、それらを逆様に配置した共振器の具体的な実施形態を示す。
【図４ａ】図３に示した共振器を構成する第１の具体的な共振回路及び第２の具体的な共振回路に対する、周波数の関数としての伝達特性すなわち減衰特性を示す。
【図４ｂ】図３に示した共振器を構成する第１の具体的な共振回路及び第２の具体的な共振回路に対して、共振器要素と信号電極を構成する別の要素との間に供給された電位差すなわちバイアス電圧の関数としての周波数同調特性を示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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