KR101469323B1 - 백플레이트 구조의 굽힘 편향을 갖는 마이크로 전기 기계 시스템 - Google Patents

백플레이트 구조의 굽힘 편향을 갖는 마이크로 전기 기계 시스템 Download PDF

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Abstract

마이크로 전기 기계 시스템은 멤브레인 구조체 및 백플레이트 구조체를 포함한다. 백플레이트 구조체는 백플레이트 재료 및 백플레이트 재료에 기계적으로 접속된 적어도 하나의 예비 인장 요소를 포함한다. 적어도 하나의 예비 인장 요소는 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 백플레이트 구조체의 굽힘 편향을 위해 백플레이트 재료 위에 기계 인장을 발생시킨다.

Description

백플레이트 구조의 굽힘 편향을 갖는 마이크로 전기 기계 시스템{MICRO ELECTRICAL MECHANICAL SYSTEM WITH BENDING DEFLECTION OF BACKPLATE STRUCTURE}
본 발명의 실시예는 멤브레인 구조체 및 백플레이트 구조체를 포함하는 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS)에 관한 것이다. 본 발명의 몇몇 실시예는 마이크로 전기 기계 시스템을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
트랜스듀서의 기술 분야에서, 소형화는 주요 연구 관심 중 하나이다. 동시에, 신호-대-노이즈비 또는 동적 범위와 같은 트랜스듀서의 통상의 성능 지수가 적당한 레벨로 유지되어야 한다. 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS)은 이들이 수십 마이크로미터의 정도로 잠재적으로 소형 크기이기 때문에 이들의 용례에 대해 그리고 반도체형 프로세스와의 이들의 적합성을 위해 타겟화되어 왔다. 이는 잠재적으로 대체적 제조를 유도한다. MEMS 제조 프로세스를 사용하여 성취될 수 있는 디바이스는 예를 들어 압력 센서, 초음파 트랜스듀서, 라우드스피커 및 마이크로폰이다. 통상적으로, 이들 디바이스는 멤브레인 및/또는 기판 상에 증착된 판독/드라이브를 위한 전극을 갖는 하나 이상의 멤브레인을 포함한다. 정전 MEMS 압력 센서 및 마이크로폰의 경우에, 판독은 일반적으로 전극들 사이의 캐패시턴스를 측정함으로써 성취된다. 라우드스피커와 같은 액추에이터로서 기능하는 트랜스듀서의 경우에, 디바이스는 전극을 가로질러 전위차를 인가함으로써 구동된다.
통상적으로, MEMS 트랜스듀서의 멤브레인은 예를 들어 실리콘 산화물(SiO2)과 같은 희생층을 사용하여 제조된다. 사용시에, 멤브레인 이동의 진폭은 통상적으로 희생층을 (부분적으로) 제거하기 전에 제조 프로세스 중에 희생층 상에 형성된 구조체에 기인하여 대략 희생층의 두께에 의해 제한되어, 따라서 형성된 구조체를 남겨둔다.
본 발명의 실시예는 멤브레인 구조체와 백플레이트 구조체를 포함하는 마이크로 전기 기계 시스템을 제공한다. 백플레이트 구조체는 백플레이트 재료 및 제 1 백플레이트 재료에 기계적으로 접속된 적어도 하나의 예비 인장 요소를 포함한다. 적어도 하나의 예비 인장 요소는 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 백플레이트 구조체의 굽힘 편향을 위해 백플레이트 재료 위에 기계적 인장을 발생시키도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 지지 구조체, 멤브레인 구조체 및 백플레이트 구조체를 포함하는 마이크로 전기 기계 시스템을 제공한다. 멤브레인 구조체는 멤브레인 구조체 접속 위치에서 지지 구조체에 기계적으로 접속된다. 백플레이트 구조체는 또한 백플레이트 구조체 접속 위치에서 지지 구조체에 기계적으로 접속된다. 백플레이트 구조체 접속 위치는 멤브레인 구조체 접속 위치로부터 이격된다. 백플레이트 구조체는 백플레이트 재료 및 백플레이트 재료에 기계적으로 접속된 적어도 하나의 예비 인장 요소를 포함한다. 적어도 하나의 예비 인장 요소는 백플레이트 구조체를 펼치도록 구성되어 백플레이트 구조체와 멤브레인 구조체 사이의 거리가 백플레이트 구조체 위에서 변하고 최소 거리가 백플레이트 구조체 접속 위치에 있다.
본 발명의 실시예는 마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법을 제공한다. 방법은 멤브레인 구조체를 위한 층을 형성하는 단계와, 희생층을 형성하는 단계와, 백플레이트 재료의 층을 증착하는 단계와, 적어도 하나의 예비 인장 요소를 형성하는 단계와, 희생층을 에칭하는 단계를 포함한다. 희생층은 멤브레인 구조체를 위한 층 위에 형성된다. 백플레이트 재료의 층은 희생층의 표면 위에 증착된다. 적어도 하나의 예비 인장 요소가 백플레이트 재료의 표면 위에 형성된다. 대안으로서, 적어도 하나의 예비 인장 요소가 백플레이트 재료 내에 매립된다. 백플레이트 재료의 층 및 적어도 하나의 예비 인장 요소는 희생층을 에칭함으로써 해제된다. 이는 백플레이트 재료의 층 및 적어도 하나의 예비 인장 요소가 백플레이트 재료 위에 예비 인장 요소에 의해 인가된 기계적 인장의 결과로서 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향으로 굽힘되게 한다.
본 발명의 다른 실시예는 마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법을 제공한다. 방법은 베이스층의 표면 위에 적어도 하나의 예비 인장 요소를 형성하는 단계를 포함한다. 백플레이트 재료의 층이 증착된다. 희생층 및 멤브레인 구조체를 정의하는 층이 증착된다. 희생층이 이어서 에칭된다. 백플레이트 재료의 층은 베이스층의 표면 및 적어도 하나의 예비 인장 요소 위에 증착된다. 희생층은 백플레이트 재료의 층의 표면 위에 증착된다. 멤브레인 구조체를 정의하는 층은 희생층의 표면 위에 증착된다. 희생층 및 베이스층의 적어도 일부를 에칭함으로써, 백플레이트 재료의 층 및 적어도 하나의 예비 인장 요소가 해제되고, 이는 백플레이트 재료 위에 적어도 하나의 예비 인장 요소에 의해 인가된 기계적 인장의 결과로서 백플레이트 재료의 층 및 적어도 하나의 예비 인장 요소가 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 굽힘되게 한다.
도 1은 2층 구조체에서 관찰될 수 있는 굽힘 변형의 기본 원리를 도시하는 도면.
도 2는 인장 응력을 나타내는 재료의 2개의 부분과 압축 응력을 나타내는 층 사이의 상호 작용을 도시하는 도면.
도 3은 본 명세서에 개시된 교시의 제 1 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템을 통한 단면도.
도 4는 본 명세서에 개시된 교시의 제 2 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템을 통한 단면도.
도 5는 백플레이트 구조체의 편향을 연산적으로 시뮬레이션하기 위해 사용되어 온 백플레이트 구조체의 구조적 상세를 통한 단면도.
도 6은 특히 다수의 파형부의 함수로서 백플레이트 구조체의 중앙 편향의 도 5의 구성 상세를 사용하는 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면.
도 7은 특히 백플레이트 구조체 상의 함수로서 백플레이트 구조체의 편향의 도 5에 도시된 구성 상세를 사용하는 다른 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 8a 내지 도 8f, 집합적으로 도 8은 본 명세서에 개시된 교시의 실시예에 따른 제조 프로세스 중에 마이크로 전기 기계 시스템의 상세의 단면도로 다수의 중간 상태를 도시하는 도면.
도 9는 본 명세서에 개시된 교시의 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템의 단면도의 상세를 도시하는 도면.
도 10은 본 명세서에 개시된 교시에 따른 제조 프로세스의 중간 상태 중에 본 명세서에 개시된 교시의 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템의 사시 및 부분 단면도.
도 11a 내지 도 11k는 본 명세서에 개시된 교시에 따른 제조 프로세스의 다수의 중간 상태를 도시하는 도면.
도 12는 본 명세서에 개시된 교시의 실시예에 따른 백플레이트 구조체의 구성 상세를 도시하는 도면.
도 13은 본 명세서에 개시된 교시의 실시예에 따른 백플레이트 구조체의 다른 구성 상세의 단면도를 도시하는 도면.
도 14는 본 명세서에 개시된 교시의 실시예에 따른 백플레이트 구조체의 평면도.
도 15는 본 명세서에 개시된 교시의 다른 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템의 평면도.
도 16은 도 15에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템을 통한 단면도.
도 17은 본 명세서에 개시된 교시의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템의 평면도.
도 18은 도 17에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템을 통한 개략 단면도.
도 19는 도 17 및 도 18에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템의 멤브레인 구조체의 평면도.
도 20은 복수의 예비 인장 요소 및 복수의 힌지 요소를 사용하는 굽힘 편향의 구조체의 일반적인 원리를 도시하는 도면.
도 21은 도 20에 도시된 구조체의 변형예를 도시하는 도면.
도 22는 도 20에 도시된 구조체의 다른 변형예를 도시하는 도면.
본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된다.
동일한 또는 등가의 요소 또는 동일한 또는 등가의 기능성을 갖는 요소는 이하에 설명에서 동일한 도면 부호 또는 유사한 도면 부호에 의해 나타낸다.
이하의 설명에서, 복수의 상세가 본 발명의 실시예의 더 철저한 설명을 제공하도록 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이들 특정 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 공지의 구조체 및 디바이스가 본 발명의 실시예를 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해 상세도보다는 개략 단면도 또는 평면도로 도시되어 있다. 게다가, 이하에 설명된 상이한 실시예의 특징은 구체적으로 달리 언급되지 않으면 다른 특징 및 다른 실시예와 조합될 수 있다.
본 명세서에 개시된 교시의 가능한 용례는 센서(예를 들어, 마이크로폰)를 위한 것 및 액추에이터(예를 들어, 마이크로스피커)를 위한 것이다. 특히, 본 명세서에 개시된 교시는 접촉 모드[멤브레인이 푸시-풀 모드에서 백플레이트(들) 및 낮은 풀-인 전압에 기계적으로 접촉함]에서 동작하는 디지털 스피커와 연계하여 적용될 수 있다. 따라서, 마이크로폰 또는 라우드스피커는 이하의 요소, 즉 멤브레인 구조체 및 백플레이트 구조체를 포함하는 마이크로 전기 기계 시스템을 포함할 수 있다. 백플레이트 구조체는 백플레이트 재료 및 백플레이트 재료에 기계적으로 접속된 적어도 하나의 예비 인장 요소를 포함한다. 적어도 하나의 예비 인장 요소가 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 백플레이트 구조체의 굽힘 변형을 위해 백플레이트 재료 상에 기계적 인장을 유발하도록 구성된다. 백플레이트 구조체는 마이크로폰 또는 라우드스피커의 고정자로서 기능할 수 있다. 멤브레인 구조체는 마이크로폰 또는 라우드스피커의 다이어프램으로서 기능할 수 있다.
음향 신호를 전기 신호로 변환하거나 전기 신호를 음향 신호로 변환하기 위한 트랜스듀서가 마이크로 전기 기계 시스템을 사용하여 구현될 수 있다. 라우드스피커는 전기 신호를 음향 신호로 변환하는 트랜스듀서이다. 마이크로폰은 음향 신호를 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서이다.
그 목적을 만족스럽게 충족하기 위해, 라우드스피커는 충분한 음압 레벨을 생성하기 위해 큰 체적 변위를 제공해야 한다. 마이크로폰이 관련되는 한, 마이크로폰은 통상적으로 높은 동적 범위 및/또는 높은 신호-대-노이즈비(SNR)를 제공하기 위해 멤브레인과 백플레이트 사이에 큰 공기 간극을 필요로 한다.
라우드스피커는 통상적으로 공기와 같은 유체의 변위에 의해 체적 유동을 생성한다. 변위는 음성 전파 방향에 대해 평행 이동에 의해 다수의 라우드스피커 유형으로 얻어진다. 이는 거시적 뿐만 아니라 미시적 구현에서 다수의 유형의 동적, 압전, 강유전성 또는 정전 라우드스피커에 대해 사실이다. 따라서, 특히 거시적 레벨의 구현에서 상이한 큰 변위가 요구된다.
멤브레인의 광범위한 진행 범위를 갖는 마이크로폰은 통상적으로 비교적 두꺼운 희생층(예를 들어, 수 마이크로미터의 실리콘 산화물)에 의해 생성된 비교적 큰 공기 간극을 갖는다. 두꺼운 층의 위치는 비용을 추가하고 특히 기계적 응력(웨이퍼 굽힘)에 기인하는 한계 및 응력에 기인하는 균열의 위험을 갖는다. 동시에, 이러한 구조체는 여전히 백플레이트에 대한 멤브레인(벌룬형)의 비평행 이동에 기인하여 비선형 감지를 겪게될 수 있다. 대신에, 백플레이트에 대한 멤브레인의 평행 이동의 피스톤 유형이 통상적으로 요구된다.
본 명세서에 개시된 교시는 어떻게 넓은 공기 간극이 비교적 얇은 희생층으로 생성될 수 있는지를 나타낸다. 이러한 구성은 광범위 MEMS 액추에이터 또는 센서에 사용될 수 있고, 여기서 용어 "광범위"는 구동 범위를 칭한다. 구동 범위는 멤브레인의 가능한 변위 및/또는 트랜스듀서의 동적 범위에 대응한다. 넓은 공기 간극을 생성하기 위해, 복합 백플레이트가 바이모프층(bimorph layer)으로 구성될 수 있다. 베이스층(또는 메인층)은 낮은 인장 응력을 갖고, 높은 인장 응력을 갖는 굽힘층이 베이스층의 선택된 부분을 덮고 또는 선택된 위치에서 베이스층 내에 매립된다. 릴리즈 에칭(release etch)이 수행된 후에, 복합 백플레이트는 굽힘층이 존재하는 위치(들), 베이스층 및 굽힘층 내의 인장/압축 응력의 관계 및/또는 다른 파라미터에 의해 지배되는 방향에서, 굽힘될 수 있을 것이다. 베이스층의 선택된 위치(들)에 적용되도록 굽힘층을 구조화함으로써, 비교적 정밀한 방식으로 백플레이트의 굽힘을 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 릴리즈 에칭 후에 그리고 굽힘 프로세스의 완료 후에 백플레이트의 최종 형상이 사전 결정될 수 있다. 백플레이트의 디자인에 따라, 백플레이트는 통상의 희생층 두께보다 휠씬 큰 수 마이크로미터의 중심 백플레이트 편향 또는 변위를 가질 수 있다. 예를 들어, 1 mm 직경 및 600 nm 높이의 15개의 동심 파형부를 갖는 백플레이트는 43 MPa 인장 응력을 갖는 330 nm 두께의 폴리실리콘의 베이스층 및 1 GPa 인장 응력을 갖는 280 nm 두께의 실리콘 니트레이트의 굽힘층이 백플레이트 구조체 내에 사용될 때 20 ㎛의 중심 굽힘을 갖는다. 백플레이트의 중심 굽힘과 희생층의 두께 사이의 비는 5, 10, 15, 20, 25 또는 심지어 30 정도일 수 있다.
본 명세서에 개시된 교시에 따르면, 바이모프 구조체(2층 구조체) 또는 다층 구조체는 액추에이터 또는 센서 소자를 위한 예외적으로 높은 구동 범위를 허용하는 좌굴 백플레이트 구조체를 생성하는데 사용된다. 2층 구조체는 만곡된 표면 상에 배열될 수 있고 또는 만곡된 표면 자체를 형성할 수 있다. 본 명세서에 개시된 교시의 가능한 용례는 광범위 MEMS 액추에이터 또는 센서 내에 있다.
도 1은 2층 구조체(6)의 굽힘 편향을 얻는 기본 개념을 도시한다. 2층 구조체(6)는 이어서 기판(10)의 표면 상에 배열되는 희생층(32)의 잔여부의 표면 상에 배열된다. 따라서, 2층 구조체(6)는 희생층(32)을 경유하여 간접적인 방식으로 기판(10)에 기계적으로 접속된다. 캐비티(22)가 기판(10) 및 또한 희생층(32) 내에 형성되어 2층 구조체(6)가 현수부를 포함하게 된다. 도 1에 도시된 2층 구조체(6)는 그 좌측 단부가 희생층(32)에 실질적으로 클램핑되는 상태로 외팔보 배열을 형성한다. 도 1의 상부 도면은 그 우측 단부가 기판(10)에 대해 고정되어 2층 구조체(6)가 실질적으로 직선형 또는 평면 형상을 갖게 될 때 2층 구조체(6)를 도시한다. 2층 구조체(6)는 제 1 층(64) 및 제 2 층(62)을 포함한다. 제 1 층(64)은 제 1 재료를 포함하고, 제 2 층(62)은 제 2 재료를 포함한다. 제 1 재료 및 제 2 재료는 상이한 인장 응력을 나타내어 제 2 층(62)이 그 공간 연장부를 감소시키는 경향이 있게 되는데, 즉 이는 낮은 에너지 레벨에 도달하기 위해 수축되는 경향이 있다. 다른 한편으로는 제 1 층(64)은 제 2 층(62)보다 낮은 인장 응력을 나타낸다. 제 2 층(62)이 제 1 층(64)의 상부면 위에 배열되기 때문에, 제 2 층(62)은 도 1의 상부 도면에서 2개의 대향하는 화살표에 의해 지시된 제 1 층(64)의 상부면 위에 힘을 인가한다. 대안 구성에서, 2개의 층은 상이한 압축 응력을 나타낼 수 있고, 또는 하나의 층은 인장 응력을 나타내고 다른 층은 압축 응력을 나타낼 수 있다. 이들 대안의 구성은 이어서 반대 방향으로 그리고/또는 상이한 굽힘량을 갖는 바이모프 구조체의 굽힘을 유도할 수 있다.
도 1의 하부 도면은 2층 구조체(6)의 우측 단부가 해제되어 있는 상황을 도시한다. 제 1 층(64)의 상부면 위에 제 2 층(62)에 의해 인가된 힘에 기인하여, 2층 구조체(6)는 굽힘되어 제 1 층(64)의 상부면[즉, 제 1 층(64)과 제 2 층(62) 사이의 계면]이 그 길이를 감소할 수 있게 된다. 2층 구조체(6)의 최종 굽힘 상태는 2층 구조체(6) 내에 작용하는 다양한 힘이 평형 상태에 있을 때 얻어진다. 예를 들어, 제 1 층(64)의 하부면은 도 1의 상부 도면에 도시된 상태에 대해 연장된다. 이는 제 2 층(62) 내에서 작용하는 수축력에 대한 대향력을 생성한다.
본 명세서에 개시된 교시는 바이모프 구조체가 굽힘되는 경향이 있는 사실을 이용한다. 다수의 구조체가 좌굴 백플레이트를 생성하기 위해 적용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 교시의 몇몇 실시예에 따르면, 백플레이트의 큰 중심 편향이 단지 하나의 얇은 희생층 또는 다수의 얇은 희생층이 사용되더라도 가능하다.
도 2는 본 명세서에 개시된 교시의 몇몇 실시예에 따른 백플레이트 구조체(16)의 단면도를 상부 도면에 도시한다. 백플레이트 구조체(16)는 백플레이트 재료(164) 및 백플레이트 재료(164)에 기계적으로 접속된 2개의 예비 인장 요소(162)를 포함한다. 예비 인장 요소(162)는 물론 백플레이트 재료(164)보다 높은 인장 응력을 갖는 재료로 제조되거나 포함한다. 도 2의 상부 도면에 도시된 구성에서, 백플레이트 재료(164)는 실질적으로 평면 형상을 갖는데, 즉 백플레이트 재료(164)는 백플레이트 재료의 층으로서 간주될 수 있다. 백플레이트 재료(164)는 그 좌측 및 우측 단부에서 기판(10)에 고정되거나 기계적으로 접속된다. 기판(10) 내의 캐비티(22)의 영역에서, 백플레이트 구조체(16)는 기판(10)에 기계적으로 접속되어 있는 백플레이트 구조체(16)의 좌측 및 우측 단부에 의해 지지된 현수부를 포함한다. 예비 인장 요소(162)의 제 1 예비 인장 요소는 백플레이트 구조체(16)의 좌측 단부와 백플레이트 구조체(16)의 중심 사이에서 백플레이트 재료(164)의 상부면 위에 배열된다. 제 1 예비 인장 요소(162)는 측방향에서 기판(10)에 줄곧 연장되지 않고, 작은 틈이 기판(10)과 제 1 예비 인장 요소(162) 사이에 제공된다. 제 1 예비 인장 요소(162)는 제 1 예비 인장 요소(162)의 우측으로 측방향으로 백플레이트 구조체(16)의 중심으로 줄곧 연장하지 않는다. 오히려, 비교적 큰 거리가 백플레이트 구조체(16)의 중심으로부터 제 1 예비 인장 요소(162)를 분리한다. 제 2 예비 인장 요소(162)는 제 1 예비 인장 요소에 대해 실질적으로 대칭 방식으로 배열된다. 따라서, 제 2 예비 인장 요소(162)는 백플레이트 구조체(16)의 우측 단부에 근접한다. 도 2의 상부 도면에 도시된 2개의 예비 인장 요소(162)는 실제로 링, 정사각형, 직사각형, 타원과 같은 폐쇄 형상 또는 U-형상과 같은 개방 형상을 갖는 단일 예비 인장 요소(162)의 2개의 상이한 부분일 수 있다.
백플레이트 재료(164)의 표면 상의 또는 그 내부에 매립된 선택된 위치(들)에서 예비 인장 요소(들)(162)를 제공함으로써, 백플레이트 구조체(16)가 굽힘될 수 있는 방식을 제어하는 것이 가능하여, 따라서 백플레이트 구조체(16)의 원하는 굽힘 편향을 유도한다. 도 2의 상부 도면에 도시된 구성에서, 예비 인장 요소(162)는 백플레이트 재료(164)와 예비 인장 요소(162) 사이의 계면의 수축을 야기하여 예비 인장 요소(162)가 제공되어 있는 영역에서 백플레이트 재료(164)가 상향으로 굽힘되어, 따라서 백플레이트 구조체(16)가 연장하는 평면에 실질적으로 직교하는 방향에서 백플레이트 구조체(16)의 중심부를 상승시킨다. 도 2의 상부 도면에 그려진 화살표는 예비 인장 요소(162) 및 백플레이트 재료(164) 각각에서 관찰될 수 있는 상이한 응력을 표현한다. 예비 인장 요소(162)는 서로 지향하는 2개의 화살표에 의해 알 수 있는 바와 같이 비교적 높은 인장 응력을 받게 된다. 대조적으로, 백플레이트 재료(164)는 서로로부터 이격하여 지향하는 2개의 화살표에 의해 지시된 바와 같이 압축 응력을 받게 된다. 예비 인장 요소(162) 및 백플레이트 재료(164)의 층에 대해 사용된 재료들 중 하나는 압축 응력을 받게 되고 반면에 다른 하나는 인장 응력을 받게되는, 즉 2개의 재료 내의 응력이 반대 부호 또는 유형을 가질 필요는 없다는 것을 주목하라. 오히려, 양 재료는 응력의 크기가 상이하면, 인장 응력 또는 압축 응력을 받게 될 수 있다. 예비 인장 요소(들)가 압축 응력을 받게 되는 구성에서, 예비 인장 요소(들)는 통상적으로 동일한 편향 방향을 얻기 위해 인장 응력을 받게 되는 예비 인장 요소보다 백플레이트 재료(164)의 대향 표면 상에 배열된다.
도 2의 하부 도면은 상부 백플레이트 구조체(16), 하부 백플레이트 구조체(12) 및 상부 및 하부 백플레이트 구조체(16, 12) 사이에 배열된 멤브레인 구조체(14)를 포함하는 마이크로 전기 기계 시스템의 개략 단면도를 도시한다. 도 2의 하부 도면은 백플레이트 구조체(16, 12)가 희생층(들)을 에칭함으로써 희생층(들)(도 2에는 도시되지 않음)으로부터 해제된 후에 얻어진 편향된 상태에서 백플레이트 구조체(12, 16)를 도시한다. 하부 백플레이트 구조체(12)는 백플레이트 재료(124) 및 예비 인장 요소(122)를 포함한다. 예비 인장 요소(122)는 백플레이트 재료(124)의 하부면에 배열되기 때문에, 하부 백플레이트 구조체(12)는 하향으로 굽힘된다. 그 중심부에서, 제 1 공기 간극(13)이 따라서 하부 백플레이트 구조체(12)와 멤브레인(14) 사이에 형성된다. 제 2 공기 간극(15)은 멤브레인(14)과 상부 백플레이트 구조체(16) 사이에 형성된다. 양 공기 간극(13, 15)은 이들이 하부 백플레이트 구조체(12) 또는 상부 백플레이트 구조체(16) 각각에 의해 이들의 표면들 중 하나에서 경계 형성되기 때문에 둥근 천장(vault)형 또는 아치 형상을 갖는다. 멤브레인(14)은 이점쇄선에 의해 도시된 바와 같이 비교적 큰 진폭을 갖고 발진할 수 있다.
도 2의 하부 도면에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템은 백플레이트 구조체(12, 16)의 좌측 단부와 우측 단부 사이의 중간에 위치되고 멤브레인(14)의 평면에 실질적으로 직교하여 연장하는 중심축에 대한 회전 대칭을 가질 수 있다. 따라서, 하부 백플레이트 구조체(12), 상부 백플레이트 구조체(16) 및 멤브레인(14)은 마이크로 전기 기계 시스템의 평면도 또는 저면도에서 원형 형상을 가질 것이다. 직사각형, 정사각형, 타원형, 6각형, 8각형 등과 같은 다른 형상이 또한 고려 가능하다.
도 3은 본 명세서에 개시된 교시의 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템의 개략 단면도를 도시한다. 특히, 도 3은 어떻게 본 명세서에 개시된 교시가 단일 백플레이트 구조체에 적용될 수 있는지를 도시한다. 마이크로 전기 기계 시스템은 멤브레인 구조체(14) 및 백플레이트 구조체(16)를 포함한다. 백플레이트 구조체(16)는 백플레이트 재료(164) 및 백플레이트 재료(164)에 기계적으로 접속된 적어도 하나의 예비 인장 요소(162)를 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 백플레이트 구조체(16)는 5개의 예비 인장 요소(162)를 포함한다. 도 2와 연계하여 설명된 바와 같이, 도시된 예비 인장 요소(162)의 몇몇은 실제로 예를 들어 환형 방식으로 서로 접속될 수 있다. 예비 인장 요소(162)는 멤브레인 구조체(14)로부터 이격하는 방향에서 백플레이트 구조체(16)의 굽힘 편향을 위해 백플레이트 재료(164) 위에 기계적 인장을 야기한다. 예비 인장 요소(162)에 의해 야기된 백플레이트 재료(164) 위의 기계적 인장은 백플레이트 재료(164)의 다양한 위치에 공간적으로 분배된다. 백플레이트 재료(164)는 복수의 볼록 구조체(161) 및 복수의 오목 구조체(165)를 포함한다. 볼록 구조체(161)는 오목 구조체(165)와 교대한다. 백플레이트 구조체(16)의 원형 구성에서, 볼록 구조체(161) 및 오목 구조체(165)는 각각 환형 마루 및 환형 골일 수 있다. 예비 인장 요소(162)는 국부적 볼록 구조체(161) 아래에 백플레이트 재료(164)의 하부면에 배열된다. 예비 인장 요소(162)의 수축 작용은 국부적 볼록 구조체(161)의 하부 오목면이 특정 정도로 직선화될 수 있게 한다. 최좌측 국부 볼록 구조체(161)를 더 상세히 연구하여, 국부 볼록 구조체(161)는 국부 볼록 구조체(161)의 좌측에서 기판(10)에 비교적 단단히 접속되는 것을 알 수 있다. 국부 볼록 구조체(161) 아래에 배열된 예비 인장 요소(162)는 이 국부 볼록 구조체를 소정 정도로 직선화할 수 있게 하고, 국부 볼록 구조체의 우측부는 상승되는데, 즉 멤브레인 구조체(14)로부터 이격하여 편향된다. 이 원리는 다른 국부 볼록 구조체(161)에 대해 자체로 반복되어 백플레이트 구조체(16)가 그 중심에서 상당히 편향되게 된다. 이 비교적 큰 중심 편향은 백플레이트 재료(164)의 하부면 상에 공간적으로 분배된 방식으로 배열된 개별 예비 인장 요소(162)에 의해 발생된 효과의 조합에 기인한다. 예비 인장 요소는 고정 상태로부터 해제 상태로 백플레이트 구조체를 펼치도록 구성된다. 해제 상태(또는 전개 상태)에서, 멤브레인 구조체와 백플레이트 구조체 사이의 거리는 위치의 함수로서 변경되는데, 즉 멤브레인 구조체와 백플레이트 구조체는 서로 평행하지 않다. 멤브레인 구조체와 백플레이트 구조체 사이의 최소 거리는 통상적으로 멤브레인 구조체가 지지 구조체에 접속되는 위치(즉, "멤브레인 구조체 접속 위치")와 백플레이트 구조체가 지지 구조체에 접속되는 위치(즉, "백플레이트 구조체 접속 위치") 사이에 있다. 백플레이트 구조체가 펼침 상태로 펼쳐지기 전에, 백플레이트 구조체는 고정 상태에 있다. 고정 상태는 희생층이 예를 들어 에칭에 의해 제거되기 전에 몇몇 고정 메커니즘, 통상적으로 희생 재료에서 백플레이트 구조체의 접착에 의해 유지된다.
백플레이트 구조체(16)는 도 3에 도시된 구성에서 국부 오목 구조체(165)에 위치되어 있는 복수의 구멍(163)을 또한 포함한다. 구멍(163)은 이중 기능을 가질 수 있다. 마이크로 전기 기계 시스템의 제조 프로세스 중에, 구멍(163)은 제조 프로세스의 이 스테이지에서 에칭제가 멤브레인 구조체(14)와 백플레이트 구조체(16) 사이에 위치된 희생층에 도달할 수 있게 한다. 마이크로 전기 기계 시스템의 작동 중에, 구멍(163)은 음파가 멤브레인 구조체(14)와 백플레이트 구조체(16) 사이의 공기 간극에 진입하거나 또는 거기로부터 나올 수 있게 한다.
본 명세서에 개시된 교시에 따른 좌굴 백플레이트는 넓은 구동 범위를 필요로 하는 센서/액추에이터를 위한 다양한 용례의 부분일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같은 단일 백플레이트 구조체는 높은 음압 레벨(SPL)로부터 발생하는 더 큰 변위에서 높은 선형성 요구를 갖는 마이크로폰을 위해 사용될 수 있다. 마이크로스피커에 대해, 도 3에 도시된 바와 같은 단일 백플레이트 구성은 특히 디지털 구동 모드에서 높은 작동을 위해 사용될 수 있다.
도 4는 어떻게 본 명세서에 개시된 교시가 이중 백플레이트 구조체에 적용될 수 있는지를 도시한다. 도 4는 본 명세서에 개시된 교시의 다른 실시예에 따른 마이크로 전기 기계 시스템을 도시한다. 멤브레인 구조체(14) 및 상부 백플레이트 구조체(16)는 도 3에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템의 대응 요소와 실질적으로 동일한 방식으로 구성된다. 게다가, 적어도 부분적으로 기판(10)에 의해 지지되어 있는 하부 백플레이트 구조체(12)가 제공된다. 멤브레인 구조체(14)는 이어서 적어도 부분적으로 하부 백플레이트 구조체(12)에 의해 지지된다. 상부 백플레이트 구조체(16)는 적어도 부분적으로 멤브레인 구조체(14)에 의해 지지된다. 캐비티(22)가 기판(10) 내에 형성된다. 상부 백플레이트 구조체(16), 멤브레인 구조체(14) 및 하부 백플레이트 구조체(12)는 모두 캐비티(22)의 반경방향 외부 영역에서 기판(10)에 의해 지지된다. 캐비티(22) 외부의 영역에서, 멤브레인 구조체(14)는 하부 백플레이트 재료(124)의 상부면과 상부 백플레이트 재료(164)의 하부면 사이의 캐비티(22)를 실질적으로 연장하는 영역에서 에칭 제거되어 있는 2개의 희생층(32) 사이에 일단 매립되어 있다는 것을 알 수 있다.
하부 백플레이트 구조체(12)는 국부적 볼록 구조체(121) 및 국부적 오목 구조체(125)를 포함한다. 이 효과 및 기능은 상부 백플레이트 구조체(16)의 국부적 볼록 구조체(161) 및 국부적 오목 구조체(165)와 실질적으로 동일하다. 하부 백플레이트 구조체(12) 및 상부 백플레이트 구조체(16)는 멤브레인 구조체(14)의 평면에 대해 서로 실질적으로 경면 대칭이다.
도 4에 도시된 구성의 용례에 대해, 이중 백플레이트 마이크로폰은 힘 피드백 또는 상이한 판독을 위해 사용될 수 있다. 마이크로스피커와 연계하여, 이중 백플레이트가 아날로그 푸시-풀 작동 또는 더 높은 풀-인 작동을 갖는 디지털 작동을 위해 사용될 수 있다.
도 5는 시뮬레이션된 백플레이트 구조체(12 또는 16)의 부분의 단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 부분은 굽힘부(151) 및 파형부(155)의 조합이다. 예비 인장 요소(152)가 굽힘부(151)의 하부면에 배열된다. 굽힘부(151)는 W_bending의 폭을 갖고 파형부는 W_corru의 폭을 갖는다. 굽힘부(151) 내에서, 백플레이트 재료(154)는 거리(h)만큼 백플레이트 재료(154)의 평면에 직교하는 방향에서 오프셋된다. 굽힘부(151)와 파형부(155) 사이의 전이부는 백플레이트 재료(154)의 평면에 대해 실질적으로 45°의 각도에 있다.
도 6은 백플레이트 구조체의 시뮬레이션의 결과를 도시한다. 도 6에 도시된 그래프의 종좌표는 시뮬레이션된 백플레이트의 ㎛ 단위의 중심 편향을 표현한다. 그래프의 횡좌표는 백플레이트 구조체 내의 파형부의 수를 표현한다. 이하의 값이 시뮬레이션을 위해 사용되었다: W_corru=10 ㎛, W_bending=10 ㎛, H=600 nm, diameterbackplate=880 ㎛. 5개의 파형부의 심지어 비교적 낮은 수에 의해서도, 미리 통상의 희생층의 두께의 배수인 거의 6 ㎛의 중심 편향이 얻어질 수 있다. 중심 편향은 880 ㎛ 직경 백플레이트 상에 19개의 파형부에 대해 20 ㎛ 초과로 증가한다.
백플레이트 재료(154)는 330 nm의 두께 및 100 MPa 응력을 갖는 실질적으로 다결정 실리콘(PolySi)이다(또는 포함한다). 예비 인장 요소(152)는 대부분 실리콘 니트라이트(SiN)를 포함하고, 280 nm의 두께 및 1 GPa의 응력을 갖는다.
도 7은 도 5에 도시된 구성 상세를 포함하는 백플레이트 상에 수행된 시뮬레이션의 다른 결과를 도시한다. 그래프의 종좌표는 ㎛ 단위의 편향을 표현하고, 그래프의 횡좌표는 x-좌표를 표현하고, x=0 ㎛는 백플레이트 구조체의 중심에 대응하고, x=442 ㎛는 백플레이트 구조체의 클램핑된 에지에 대응한다. 도 7의 그래프는 20개의 파형부를 갖는 좌굴 백플레이트의 굽힘 곡선을 도시한다. 굽힘 곡선은 2개의 만곡된 전이부 사이의 실질적으로 선형 섹션을 포함하는 것을 알 수 있다. 원형 백플레이트에 적용될 때 이는 백플레이트 구조체가 실질적으로 원추형 또는 절두 원추형 형상을 갖는 것을 의미한다.
도 8은 도 8a 내지 도 8f에서, "좌굴 백플레이트"를 생성하기 위해 프로세스 흐름을 도시한다. 도 8a는 예를 들어 실리콘(Si)으로 제조될 수 있는 기판(10)을 도시한다. 기판(10)은 예를 들어 LOCOS(실리콘의 국부 산화) 프로세스로부터 얻어질 수 있는 원형 우물 구조체를 갖고 형성된다. LOCOS 프로세스는 기판(10) 상에 다수의 국부적 볼록 구조체(61)를 생성한다.
도 8b에서, 희생층(32)은 기판(10) 상에 그리고 또한 국부적 볼록 구조체(61) 상에 증착된다. 희생층은 예를 들어 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS), 습식 산화물, 탄소 또는 다른 적합한 재료일 수 있다.
그 결과가 도 8c에 도시되어 있는 후속 단계 중에, 높은 인장 응력을 갖는 굽힘층이 증착되고 희생층(32)에 대해 구조화되어 단지 기판(10)의 국부적 볼록 구조체(61)를 재현하는 희생층(32)의 국부적 볼록면만이 커버된다. 이는 예비 인장 요소(162)의 형성을 유도한다. 굽힘층은 실리콘 나이트라이드(SiN)일 수 있다.
도 8d는 낮은 응력을 갖는 백플레이트층(164)이 희생층(32) 상에 및 또한 예비 인장 요소(162) 상에 증착되어 있는 프로세스 흐름의 상태를 도시한다. 백플레이트층(164)은 다결정 실리콘일 수 있다. 기판(10)의 국부적 볼록 구조체(61)는 또한 희생층(32) 및 백플레이트층(164)에 의해 재현된다.
도 8의 도 8c 및 도 8d에서, 예비 인장 요소(162)는 희생층(32)과 접촉하는 것으로서 도시되어 있다. 대안으로서, 예비 인장 요소(162)는 백플레이트 재료(164) 내에 (완전히) 매립될 수 있다. 도 8d에 도시된 바와 같이 굽힘층의 증착에 선행하는 선택적 단계 중에, 백플레이트 재료(164)의 제 1 부분층은 제 1 희생층(32) 상에 증착될 수 있다. 예비 인장 요소(162)의 형성 후에, 백플레이트 재료(164)의 제 2 부분층은 희생층(32) 및 예비 인장 요소(162) 상에 증착된다. 이 방식으로, 예비 인장 요소(162)는 백플레이트 재료 또는 층(164) 내에 (완전히) 매립된다. 통상적으로, 백플레이트 재료(164)의 제 1 부분층은 백플레이트 재료(164)의 제 2 부분층보다 얇게 선택될 수 있어 예비 인장 요소(162)가 백플레이트 재료(164)의 상부면보다 백플레이트 재료(164)의 하부면에 더 근접하게 된다.
에칭 해제 구멍(163)이 이어서 도 8e에서 볼 수 있는 바와 같이 백플레이트(164) 내에 구조화된다.
도 8f는 백플레이트층(164)의 내부 부분의 해제를 수행한 결과를 도시한다. 예비 인장 요소(162)의 큰 인장 응력(굽힘층으로부터 발생하는)은 해제되고 백플레이트 구조체가 굽힘될 수 있게 한다. 백플레이트의 상당히 큰 편향이 특히 희생층(32)의 두께와 비교할 때 발생될 수 있다.
도 9는 도 8f에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템의 상세 단면도를 도시한다. 도 9는 예비 인장 요소(162) 내의 응력 및 백플레이트 구조체(16)의 굽힘의 상호 작용을 도시한다. 응력은 통상적으로 인가된 힘(F)과 단면적(A)의 비, 따라서 "면적당 힘"으로서 정의된다. 스트레인은 "응력에 기인하는 고체의 변형"으로서 정의된다. 스트레인은 재료 특정 영의 계수(E)를 경유하여 응력에 관련된다.
도 10은 기판(10)으로부터 백플레이트 구조체를 릴리즈 에칭하기 전에 백플레이트 구조체(16)의 부분 단면 사시도를 도시한다. 따라서, 도 10은 대략 도 8e에 도시된 상태에 대응한다. 다수의 예비 인장 요소(162)가 도시되어 있고, 이들 중 2개의 외부의 예비 인장 요소는 환형 구성(회전 대칭 방식으로 완료될 때)을 갖는다. 예비 인장 요소(162)는 또한 제 2 백플레이트 재료의 패치로서 설명될 수 있다. 제 2 백플레이트 재료는 (제 1) 백플레이트 재료(164)와는 상이한 인장 또는 압축 응력을 갖는다. 패치(162)는 희생층(32)에 인접한 그 표면에 대향하는 백플레이트 재료(164)의 표면 상에 도포된다. 대안으로서, 패치(162)는 전술된 패치(162)의 중간 증착 및 구조화 및 백플레이트 재료(164)의 2단계 증착 프로세스에 의해 백플레이트 재료(164) 내에 매립될 수 있다. 패치(162)는 백플레이트 재료(164)의 선택된 위치에 도포된다. 특히, 도 10에 도시된 실시예에서, 패치(162)는 희생층(32)의 국부적 볼록 구조체 상에 배열된다. 국부적 볼록 구조체 상의 패치(162)의 배열은 백플레이트 구조체(16)의 편향을 "증폭한다". 어느 종류의 편향이 요구되는지에 따라, 패치(162)는 희생층(32)의 국부적 오목 구조체 내에 또는 국부적 오목 구조체에 또한 배열될 수 있다는 것을 주목하라. 더욱이, 백플레이트 재료(164) 및 패치(162) 내에 존재하는 응력의 관계[인장 응력은 백플레이트 재료(164) 내에서보다 패치(162) 내에서 더 높거나, 또는 그 반대도 마찬가지이고, 압축 응력은 백플레이트 재료(164) 내에서보다 패치(162) 내에서 더 높거나, 또는 그 반대도 마찬가지인 등임]는 또한 백플레이트 구조체(16)의 편향의 방향 및 양에 영향을 미친다.
도 11a 내지 도 11k는 파형 멤브레인(또는 멤브레인 구조체)을 갖는 이중 백플레이트 시스템의 제조 방법을 도시한다. 도 11a는 후속 프로세스 단계를 위한 베이스층으로서 기능하는 기판(10)의 개략 단면도를 도시한다. 기판(10)은 파형 프리폼(preform)(61)을 갖고 형성된다. 다수의 옵션이 도 11a에 도시된 구조체를 얻기 위해 존재한다. 제 1 옵션은 기판(10) 상에 LOCOS(실리콘의 국부 산화) 프로세스를, 이어서 에칭 단계를 수행하는 것이다. 제 2 옵션은 파형 프리폼(61)의 의도된 위치에서 기판(10)을 마스킹하는 것일 수 있다. 이어서, 등방성 기판 에칭이 수행될 수 있어, 파형 프리폼(61) 사이에 대략 반구형 캐비티를 생성한다. 이어서, 마스크 제거가 수행된다. 제 3 옵션에 따르면, 하나 이상의 산화물 링이 기판 상에 형성된다. 산화물 증착이 이어서 구조체를 라운딩하기 위해 수행된다. 이 제 3 옵션은 파형부를 생성하기 위해 과거에 수행되어 왔다. 3개의 제안된 옵션 이외에, 다른 옵션이 파형 프리폼(61)을 제조하기 위해 존재할 수 있다.
도 11b는 에칭 정지층(102)이 기판(10)의 파형 표면 상에 증착된 후에 기판(10)의 개략 단면도를 도시한다. 에칭 정지층은 실리콘 산화물(SiO)을 포함할 수 있다.
도 11c에 도시된 바와 같이, 하부 백플레이트 재료(124)는 에칭 정지층(102) 상에 증착된다. 하부 백플레이트 재료(124)는 또한 백플레이트 재료(124) 내에 에칭 해제 구멍(123)을 제공하기 위해 특히 구조화된다.
도 11d는 굽힘층이 정의되어 있어, 예비 인장 요소(122)를 생성하는 상태를 도시한다. 굽힘층은 실리콘 나이트라이드(SiN)를 포함할 수 있다. 굽힘층 정의는 굽힘층의 증착 및 구조화를 포함할 수 있고, 구조화는 가능하게는 굽힘층의 마스킹 및 에칭으로 더 세분되어 있다. 도 11d에 도시된 프로세스 스테이지에서, 예비 인장 요소(122)는 기판(10)의 국부적 오목 구조체, 에칭 정지층(102) 및 하부 백플레이트 재료(124) 내에 증착된다.
도 11e는 희생층(32)이 백플레이트 재료(124)의 표면 상에 증착된 후에 개략 단면도로 기판(10) 및 다양한 증착된 및/또는 구조화된 층을 도시하고, 표면은 기판(10)으로부터 이격하여 지향한다. 희생층은 재료로서 SiO를 포함할 수 있다.
도 11f에 도시된 바와 같이, 멤브레인 또는 멤브레인 구조체(14)가 이어서 희생층(32)의 표면 상에 증착되고, 표면은 재차 이것이 희생층(32)의 노출된 표면이기 때문에 기판(10)으로부터 이격하여 지향한다.
도 11g는 제 2 희생층(32)의 증착 후에 파형 멤브레인을 갖는 이중 백플레이트 시스템의 제조 프로세스의 상태를 도시한다. 제 1 희생층과 같이, 제 2 희생층(32)은 SiO를 포함하거나 구성될 수 있다. 제 2 희생층(32)은 멤브레인 또는 멤브레인 구조체(14)의 표면 위에 증착되고, 표면은 기판(10)으로부터 이격하여 지향한다.
도 11h는 예비 인장 요소(162)의 형성을 초래하는 상부 굽힘층 정의을 도시한다. 상부 굽힘층의 구조화로부터 발생하는 상부 굽힘층 및 예비 인장 요소(162)는 SiN을 포함하거나 구성될 수 있다. 예비 인장 요소(162)는 제 2 희생층(32)의 국부적 볼록 구조체 내에 또는 위에 배열된다.
상부 백플레이트 재료(164)는 이어서 제 2 희생층(32) 및 예비 인장 요소(162) 상에 증착된다. 상부 백플레이트 재료 증착에 후속하는 상태는 도 11i에서 볼 수 있다. 에칭 해제 구멍(163)은 또한 상부 백플레이트 재료(164) 내에서 구조화된다.
상부 백플레이트 재료(164)의 정의에 후속하여, 그 결과가 도 11j에 보여질 수 있는 이면 캐비티 에칭이 수행된다. 이용된 에칭 방법은 실리콘에 대해 매우 선택적일 수 있고, 실리콘 산화물에 대한 작은 에칭 효과만을 갖는다. 따라서, 기판(10)은 에칭 단계가 에칭 정지층(102)에 도달할 때까지 이면으로부터 에칭된다. 이면 캐비티(22)는 기판(10)을 마스킹하는 이면에 의해 정의될 수 있다. 실리콘 산화물에 선택적인 제 2 에칭 프로세스를 사용하여, 에칭 정지층(102)은 이어서 멤브레인 구조체(14)로부터 이격하여 지향하는 하부 백플레이트 재료(124)의 표면을 노출하기 위해 제거된다.
도 11k는 릴리즈 에칭의 결과를 도시한다. 릴리즈 에칭은 릴리즈 에칭 구멍(123, 163)을 경유하여 에칭제를 희생층(32)에 의해 점유된 공간 내에 도입한다. 도 11a 내지 도 11k에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템을 제조하기 위한 방법의 실시예에 따르면, 희생층을 위해 사용된 재료는 실리콘 산화물인데, 즉 동일한 재료가 에칭 정지층(102)을 위해 사용되고 있다는 것을 주목하라. 따라서, 에칭 정지층(102)을 제거하는 단계 및 희생층(32)을 용해하기 위해 릴리즈 에칭을 수행하는 단계가 단일 단계 중에 수행될 수 있다. 릴리즈 에칭은 예비 인장 요소(122, 162)의 작용에 기인하여 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)의 상향/하향 굽힘을 초래한다.
상부 및 하부 백플레이트 구조체(16, 12) 사이에는, 따라서 멤브레인 구조체(14)가 비교적 큰 진폭을 갖고 발진할 수 있는 비교적 큰 체적이 생성된다. 상부 및 하부 백플레이트 구조체(16, 12)는 상부/하부 외부 위치에 있을 때 멤브레인 구조체(14)의 형상에 실질적으로 유사하다. 그 결과, 적어도 국부적으로 멤브레인 구조체(14) 및 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)의 형상은 서로 비교적 평행하여, 따라서 비선형 효과를 감소시킨다. 이 국부적 평행화의 첫번째 이유는 멤브레인 구조체(14)가 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)와 동일한 프로세스 중에 제조되어 있어 특히 멤브레인 구조체의 상부/하부 파형부가 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)의 파형부에 대응하게 된다는 것이다. 달리 말하면, 멤브레인 구조체(14)의 파형부는 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)의 파형부와 실질적으로 정렬된다. 다른 이유는, 이들이 대략적으로 동일한 측방향 치수를 갖고 대략적으로 동일한 위치에서 현수되어 있기 때문에 멤브레인 구조체(14) 및 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)가 유사한 방식으로 굽힘된다는 것이다. 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)의 굽힘 편향은 정적이지만, 멤브레인 구조체(14)는 통상적으로 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12)보다 상당히 더 얇고 그리고/또는 더 가요성이기 때문에, 멤브레인 구조체(14)의 굽힘 편향은 동적이다.
멤브레인 구조체(14)는 멤브레인 구조체 접속 위치(149)에서 지지 구조체에 기계적으로 접속된다. 지지 구조체는 도 11k에 도시된 구성에서, 기판(10), 에칭 정지층(102)의 잔여부, 희생층(32)의 잔여부 및 하부 백플레이트 구조체(12) 및 멤브레인 구조체(14)의 원주부를 포함한다.
하부 백플레이트 구조체(12)는 또한 지지 구조체에 기계적으로 접속된다. 멤브레인 구조체(14)에 대조적으로, 하부 백플레이트 구조체는 멤브레인 구조체 접속 위치(149)로부터 이격된 백플레이트 구조체 접속 위치(129)에서 지지 구조체에 기계적으로 접속된다. 유사한 방식으로, 상부 백플레이트 구조체(16)는 상부 백플레이트 구조체 접속 위치(169)에서 지지 구조체에 기계적으로 접속된다. 백플레이트 구조체(12, 16)와 멤브레인 구조체(14) 사이의 거리는 특히 하부 백플레이트 구조체(12, 16)의 측방향 연장부의 함수로서 백플레이트 구조체(12, 16) 상에서 변한다. 멤브레인 구조체(14)와 하부 백플레이트 구조체(12) 사이의 최소 거리는 백플레이트 구조체 접속 위치(129)에 있다. 거리는 멤브레인 구조체(14)와 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12) 사이의 간격을 표현할 수 있다. 거리는 예를 들어 마이크로 전기 기계 시스템의 작동 중에 멤브레인 구조체의 메인 이동 방향에 평행하다. 이는 멤브레인 구조체(14)와 상부/하부 백플레이트 구조체(16, 12) 사이의 공기 간극이 백플레이트 구조체 접속 위치(169, 129)와 멤브레인 구조체 접속 위치(149)에서 비교적 좁다는 것을 의미한다. 지지 구조체로부터 증가하는 측방향 거리로, 공기 간극은 임의의 백플레이트 구조체 접속 위치(129, 169) 또는 멤브레인 구조체 접속 위치(149)로부터 비교적 멀리 이격한 위치(예를 들어, 원형 멤브레인 구조체(14)의 중심)에서(또는 그 부근에서) 최대값에 도달하도록 확장된다. 제조 이유에 기인하여, 멤브레인/백플레이트 구조체 접속 위치(129, 149, 169)에서 공기 간극의 폭은 대략적으로 희생층의 두께로 제한된다. 백플레이트 구조체(12, 16)의 굽힘 편향에 기인하여, 멤브레인/백플레이트 구조체 접속 위치(129, 149, 169)로부터 멀리 이격된 위치에서 더 큰 공기 간극 폭을 얻는 것이 가능하다.
멤브레인/백플레이트 구조체 접속 위치(129, 149, 169)는 멤브레인 구조체(14) 및/또는 백플레이트 구조체(12, 16)의 형상에 따라 선, 원 또는 정사각형과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다는 것을 주목하라. 더욱이, 멤브레인/백플레이트 구조체 접속 위치(129, 149, 169)는 공간적으로 분배되는데, 즉 멤브레인 구조체 및/또는 백플레이트 구조체(들)는 다수의 개별 위치에서 지지 구조체에 기계적으로 접속되는 것이 가능하다.
도 12는 백플레이트 구조체의 국부적 볼록 구조체를 통한 개략 단면도를 도시한다. 예비 인장 요소(152)는 백플레이트 재료(154)의 볼록면 위에 배열된다. 백플레이트 재료(154)는 두께(t1)를 갖고, 예비 인장 요소(152)는 두께(t2)를 갖는다. 백플레이트 재료(154)의 두께(t1)는 예를 들어 300 nm 내지 1 ㎛, 또는 400 nm 내지 900 nm, 또는 500 nm 내지 800 nm일 수 있다. 도 12에 도시된 구성에서, 백플레이트 재료는 100 MPa의 인장 응력에서 폴리실리콘의 두께(t1=600 nm)를 갖는다. 예비 인장 요소(152)의 두께(t2)는 10 nm 내지 500 nm, 또는 200 nm 내지 400 nm, 또는 250 nm 내지 300 nm일 수 있다. 도 12에 도시된 구성에서, 예비 인장 요소(152)는 t2=280 nm의 두께를 갖고, 재료는 1 GPa의 인장 응력을 갖는 대부분 SiN이다. 국부적 볼록 구조체는 1 ㎛ 내지 3 ㎛ 또는 1.5 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 또는 1.6 ㎛ 내지 2.2 ㎛의 값을 취할 수 있는 높이(h)만큼 백플레이트 재료(154)의 메인 평면으로부터 돌출한다. 국부적 볼록 구조체는 다수의 만곡된 전이부를 포함한다. 곡률에 대한 이들 전이부의 외부면은 800 nm 내지 1200 nm, 또는 900 nm 내지 1100 nm일 수 있는 반경(R)을 갖는다. 도 12에 도시된 구성에서, 반경(R)=1 ㎛이다.
도 13은 적어도 몇몇 가능한 실시예에 따른 백플레이트 재료(154) 및 2개의 예비 인장 요소(152)를 포함하는 백플레이트 구조체의 부분 단면도를 도시한다. 예비 인장 요소(152)는 백플레이트 재료(154)의 국부적 볼록 구조체 위에 배열된다. 백플레이트 재료(154)는 실제로 제조 프로세스 중에 하나가 다른 하나의 위에 증착된 2개의 구조화된 층을 포함한다. 도 13의 단면도에서, 백플레이트 재료(154)의 2개의 층이 다수의 위치에서 병합되어 최종 백플레이트 재료(154)가 단면이 사행형 형상을 갖게 되는 것을 알 수 있다.
도 14는 릴리즈 에칭 단계(도 11i에 도시된 대략적으로 동일한 상태) 전에 프로세스 단계에서 백플레이트 재료(164)의 평면도를 도시한다. 백플레이트 재료(164)는 3개의 동심 파형부 또는 국부적 볼록 구조체(161)를 포함한다. 중심 파형부 또는 국부적 볼록 구조체(161)는 실질적으로 원형 형상을 갖고, 반면에 2개의 외부 파형부(161)가 실질적으로 환형 형상을 갖는다. 캐비티(22)의 위치는 공간 기준을 제공하기 위해 도 14에 점선에 의해 지시되어 있다. 복수의 에칭 해제 구멍(163)이 백플레이트 재료(164) 내에 형성된다. 파형부 또는 국부적 볼록/오목 구조체(161, 121)의 수는 2개 또는 3개에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 3개 내지 20개의 파형부 또는 5개 내지 18개의 파형부 또는 7개 내지 15개의 파형부로 더 많을 수 있다.
도 15는 본 명세서에 개시된 교시의 다른 실시예에 따른 백플레이트 구조체(716)의 개략 평면도를 도시한다. 백플레이트 구조체(716)는 백플레이트 재료(764) 및 4개의 예비 인장 요소(762)를 포함한다. 백플레이트 재료(764)는 정사각형 현수부 및 백플레이트 재료(764)의 현수부를 지지하도록 배열된 4개의 지지 암(support arm, 768)을 포함한다. 지지 암(768)은 내부 단부 및 외부 단부를 포함한다. 지지 암(768)의 내부 단부는 백플레이트 재료(764)의 현수부에 기계적으로 접속된다. 지지 암(768)의 외부 단부는 이어서 지지 구조체에 기계적으로 접속되는 백플레이트 재료(764)의 외부 또는 원주부에 기계적으로 접속된다.
예비 인장 요소(762)는 지지 암(768)의 표면 위에 배열된다. 4개의 세장형 구멍(769)이 백플레이트 재료(764)의 현수부 내에 형성되는데 이는 지지 암(768)의 영역에서 주로 발생하는 백플레이트 구조체(716)의 굽힘 편향에 의해 발생된 노치 효과를 감소시킬 수 있다.
도 16은 도 15에 지시된 섹션 평면을 따른 백플레이트 구조체(716)의 개략 단면도를 도시한다. 도 16은 상부 및 하부 백플레이트 구조체(716, 712)의 현수부의 평면형 연장부에 평행한 대칭 평면에 대한 상부 백플레이트 구조체(716)에 실질적으로 대칭인 하부 백플레이트 구조체(712)를 또한 도시한다. 상부 및 하부 백플레이트 구조체(716, 712)는 해제 상태에서 도시되어 있는데, 즉 굽힘 편향이 예비 인장 요소(762, 722)의 결과로서, 지지 암(768, 728)의 영역에서 주로 발생된다. 도 15 및 도 16에 도시된 실시예는 멤브레인 구조체(14)를 위한 카운터 전극으로서 작용하는 백플레이트 재료(764, 724)의 현수부의 실질적으로 평면 구성을 갖는 비교적 얇은 희생층(32)으로부터 상부/하부 백플레이트 구조체(716, 712)와 멤브레인 구조체(14) 사이의 비교적 넓은 공기 간극을 조합한다. 멤브레인 구조체(14)는 멤브레인 구조체 접속 위치[즉, 멤브레인 구조체(14)의 에지]에 비교적 근접한 몇몇 파형부를 포함하고, 이에 의해 멤브레인 구조체(14)의 중심에서 비교적 큰 평면 또는 편평한 영역을 남겨둔다. 멤브레인 구조체(14)의 파형부는 예를 들어 마이크로스피커 또는 마이크로폰과 같은 마이크로 전기 기계 시스템의 작동 중에 멤브레인 구조체(14)의 동적 굽힘 편향을 용이하게 한다.
도 17 내지 도 19는 도 15 및 도 16에 도시된 실시예로부터 유도된 본 명세서에 개시된 교시에 따른 마이크로 전기 기계 시스템의 또 다른 실시예에 관련된다.
도 17은 백플레이트 재료(964) 및 예비 인장 요소(962)를 포함하는 백플레이트 구조체(916)의 평면도를 도시한다. 백플레이트 재료(964)는 4개의 지지 암(968)을 포함한다. 예비 인장 요소(962)는 지지 암(968)의 표면 위에 배열된다. 대안예에서, 예비 인장 요소(962)는 지지 암(968) 내에 매립될 수 있다. 도 15에 도시된 실시예와의 차이는 지지 암(968)이 백플레이트 재료(964)의 현수부의 인접 에지에 평행하다는 것인데, 즉 지지 암(968)은 현수부의 인접 에지를 따라 연장한다. 그 결과로서, 지지 암(968)은 비교적 길 수 있어서 상대적으로 얕은 굽힘각에서도, 큰 굽힘 편향이 백플레이트 재료(964)의 현수부에 기계적으로 접속된 지지 암(968)의 단부에서 얻어질 수 있게 된다. 지지 암(968)과 백플레이트 재료(964)의 현수부 사이의 기계적 접속부에서 노치 효과를 감소시키기 위해, 만곡된 전이부는 지지 암(968)과 현수부 사이에 제공된다. 예비 인장 요소(962)는 지지 암(968)이 위로, 즉 도 17의 평면도의 도면 평면에 수직인 방향에서 굽힘될 수 있게 한다. 이는 멤브레인 구조체(도시 생략)로부터 이격하는 방향에서 백플레이트 재료(964)의 현수부를 변위시킨다.
도 18은 도 17에 도시된 백플레이트 구조체(916)가 속하는 마이크로 전기 기계 시스템의 개략 단면도를 도시한다. 섹션 평면은 일점쇄선에 의해 도 17에 지시된다. 도 18에 단면도로 도시된 마이크로 전기 기계 시스템은 상부 백플레이트 구조체(916) 및 하부 백플레이트 구조체(912)를 포함한다. 하부 백플레이트 구조체(912)는 상부 백플레이트 구조체(916)와 유사하다. 특히, 하부 백플레이트 구조체(912)는 현수부 및 지지 암(928)을 갖는 백플레이트 재료(924)를 포함한다. 예비 인장 요소(922)는 지지 암(928)의 표면 위에, 특히 멤브레인 구조체(14)로부터 이격하여 지향하는 표면 위에 배열된다. 도 18에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템은 지지 구조체를 포함하거나 또는 지지 구조체에 기계적으로 접속된다.
도 19는 도 17 및 도 18에 도시된 실시예에서 사용된 멤브레인 구조체(14)의 개략 평면도를 도시한다. 멤브레인 구조체(14)는 멤브레인 구조체(14)의 능동부로서 간주될 수 있는 중심부(145)를 포함하는데, 즉 중심부(145)는 비교적 큰 진폭을 경험한다. 중심부(145)는 중심부(145)의 비교적 큰 진폭을 가능하게 하도록 배열된 파형부(141)에 의해 둘러싸인다. 멤브레인 구조체(14)는 멤브레인 구조체(14)의 원주부에 근접하여 위치된 4개의 압력 평형 구멍(143)을 추가로 포함한다. 멤브레인 구조체(14)는 멤브레인 구조체 접속 위치로서 간주될 수 있는 원주부에서 지지 구조체(910)에 기계적으로 접속된다.
도 20은 복수의 예비 인장 요소 및 복수의 힌지 요소를 사용하는 굽힘 편향을 나타내는 구조체의 일반적인 원리를 도시한다. 구조체는 복수의 예비 인장 요소/복합부(T) 및 복수의 힌지 요소(H)를 포함한다. 예비 인장 요소(T)를 포함하는 구조체의 섹션은 힌지 요소(H)와 교대된다. 구조체는 그 좌측 단부에서 또한 그 우측 단부에서 지지 구조체에 클램핑된다. 힌지 요소(H)는 예비 인장 요소(T)에 의해 생성된 스트레인을 취하도록 구성된다. 예비 인장 요소(T)와 힌지 요소(H) 사이의 상호 작용에 기인하여, 완전한 구조체가 예를 들어 도 20의 저부를 향해 일 방향에서 굽힘된다.
도 21은 비교적 간단하고 다른 구성보다 덜 효과적인 도 20에 도시된 구조체의 변형예를 도시한다. 도 21의 상부 도면에서, 구조체는 고정되고 도 21의 하부 도면에서 구조체는 해제된다. 예비 인장 복합부(T)는 백플레이트 재료(124)의 표면 위에 배열된 예비 인장 요소(122)를 포함한다. 힌지 요소(H)는 실질적으로 예비 인장 요소를 제외한 백플레이트 재료(124)의 섹션이다. 해제된 상태에서, 구조체는 예비 인장 요소(122)가 배열되어 있는 백플레이트 재료(124)의 표면의 지향 방향에 대향하는 방향으로 굽힘된다.
도 22는 도 20에 도시된 구조체의 다른 변형예를 도시한다. 도 22에 도시된 변형예는 부가의 파형부를 포함하고 도 21에 도시된 변형예보다 더 효과적이다. 파형부는 힌지 요소(H)의 부분이다. 도 22의 상부 도면은 구조체의 고정 상태를 도시하고, 도 22의 하부 도면은 구조체가 예비 인장 복합부(T)[예비 인장 요소(122)를 포함함] 및 힌지 요소(H)의 작용에 기인하여 중심에서 아래로 굽힘되는 구조체의 해제된 상태를 도시한다.
몇몇 양태가 장치의 환경에서 설명되어 있지만, 이들 양태는 블록 또는 디바이스가 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 대응하는 대응 방법의 설명을 또한 표현한다는 것이 명백하다. 유사하게, 방법 단계의 환경에서 설명된 양태는 대응 블록 또는 대응 장치의 아이템 또는 특징의 설명을 또한 표현한다.
본 발명이 다수의 실시예의 견지에서 설명되었지만, 본 발명의 범주 내에 있는 변형, 치환 및 등가물이 존재한다. 본 발명의 방법 및 디바이스를 구현하는 다수의 대안 방식이 존재한다는 것이 또한 주목되어야 한다. 따라서, 이하의 첨부된 청구범위는 본 발명의 범주 내에 있는 모든 이러한 변형, 치환 및 등가물을 포함하는 것으로서 해석되도록 의도된다. 전술된 실시예는 본 발명의 원리의 예시일 뿐이다. 본 명세서에 설명된 배열 및 상세의 수정 및 변형은 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이라는 것이 이해된다. 따라서, 본 명세서의 실시예의 설명 및 예시에 의해 제시된 특정 상세에 의해서가 아니라 임박한 청구범위의 범주에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.
6: 2층 구조체 10: 기판
14: 멤브레인 구조체 16: 백플레이트 구조체
22: 캐비티 32: 희생층
62: 제 2 층 64: 제 1 층
162: 예비 인장 요소 164: 백플레이트 재료

Claims (32)

  1. 멤브레인 구조체와,
    파형(corrugated) 백플레이트 재료, 및 상기 파형 백플레이트 재료의 상이한 만곡부(curved sections)에서 상기 백플레이트 재료에 기계적으로 접속된 복수의 구조적으로 분리된 예비 인장 요소(pre-tensioning elements)를 포함하는 백플레이트 구조체 - 상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 상기 백플레이트 구조체의 굽힘 편향을 위해 상기 백플레이트 재료 상에 기계적 인장을 발생시키도록 구성됨 - 를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 백플레이트 재료의 표면 상의 패치 또는 상기 백플레이트 재료 내에 매립된 패치를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 복수의 국부적 볼록 구조체를 포함하고, 상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 복수의 국부적 볼록 구조체 상에 배열되는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 복수의 국부적 오목 구조체를 포함하고, 상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 복수의 국부적 오목 구조체 상에 배열되는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 예비 인장 요소는 상기 백플레이트 재료의 고유 응력(intrinsic stress)보다 높은 고유 응력을 갖는 예비 인장 요소 재료를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 30 MPa 내지 200 MPa의 범위의 고유 응력을 갖고, 상기 예비 인장 요소는 500 MPa 내지 3 GPa의 범위의 고유 응력을 갖는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 적어도 2개의 동심 파형부를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 구조체는 전극 재료의 표면에 실질적으로 수직인 방향에서 상기 백플레이트 재료의 파형부와 정렬된 파형부를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 다결정 실리콘을 포함하고, 상기 복수의 예비 인장 요소는 실리콘 나이트라이드를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 구조체는 상기 백플레이트 구조체의 원주부(circumferential portion)의 지지부에 고정되는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 구조체는 상기 백플레이트 재료의 복수의 지지 암 및 상기 복수의 지지 암에 의해 지지된 현수부를 포함하고, 상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 복수의 지지 암에 기계적으로 접속되는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 구조체보다 상기 멤브레인 구조체의 대향 측면에 배열된 다른 백플레이트 구조체를 더 포함하고, 상기 다른 백플레이트 구조체는 백플레이트 재료의 층 또는 다른 백플레이트 재료, 및 상기 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 상기 다른 백플레이트 구조체의 굽힘 편향을 위해 다른 백플레이트 구조체의 백플레이트 재료 상에 기계적 인장을 발생시키도록 구성되는 복수의 다른 예비 인장 요소를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트 구조체는 상기 멤브레인 구조체와 정전식으로 상호 작용하도록 구성된 전극을 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 구조체 및 상기 백플레이트 구조체는 둥근 천장형 형상을 갖는 간극의 경계를 형성하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  16. 지지 구조체와,
    멤브레인 구조체 접속 위치에서 상기 지지 구조체에 기계적으로 접속된 멤브레인 구조체와,
    상기 멤브레인 구조체 접속 위치로부터 이격된 백플레이트 구조체 접속 위치에서 상기 지지 구조체에 또한 기계적으로 접속된 백플레이트 구조체 - 상기 백플레이트 구조체는 백플레이트 재료, 및 상기 백플레이트 재료에 기계적으로 접속되고, 예비 인장 요소가 없는 상기 백플레이트 재료의 부분에 의해 구조적으로 분리된 복수의 예비 인장 요소를 포함하고, 상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 백플레이트 구조체와 상기 멤브레인 구조체 사이의 거리가 상기 백플레이트 구조체를 따라 변하고 최소 거리가 상기 백플레이트 구조체 접속 위치에 있도록 상기 백플레이트 구조체를 펼치도록 구성됨 - 를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  17. 멤브레인 구조체를 위한 층을 형성하는 단계와,
    상기 멤브레인 구조체를 위한 층 위에 희생층을 형성하는 단계와,
    상기 희생층의 표면 위에 파형 백플레이트 재료의 층을 증착하는 단계와,
    상기 파형 백플레이트 재료의 상이한 만곡부에서 상기 백플레이트 재료의 표면에 또는 상기 백플레이트 재료 내에 매립하여 복수의 예비 인장 요소를 형성하는 단계와,
    상기 희생층을 에칭하여, 이에 의해 상기 백플레이트 재료의 층 및 상기 복수의 예비 인장 요소를 해제(release)하여, 상기 백플레이트 재료의 층 및 상기 복수의 예비 인장 요소가 상기 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향으로 굽힘되게 하는 단계를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 멤브레인 구조체를 위한 층 및 희생층 중 적어도 하나 상에 복수의 국부적 볼록 구조체 또는 복수의 국부적 오목 구조체 또는 양자 모두를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 복수의 국부적 볼록 구조체 또는 상기 복수의 오목 구조체 상에 증착되는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 국부적 볼록 구조체 또는 복수의 국부적 오목 구조체 또는 양자 모두를 형성하는 단계는 멤브레인 구조체 또는 희생층의 국부 산화를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료 내에 매립하여 복수의 예비 인장 요소를 형성하는 것은,
    상기 백플레이트 재료의 층의 표면 상에 예비 인장 요소 재료의 층을 증착하는 것과,
    상기 증착된 예비 인장 요소 재료를 구조화하여 복수의 예비 인장 요소를 얻는 것과,
    상기 구조화된 증착된 예비 인장 요소 및 상기 백플레이트 재료의 미리 증착된 층의 노출부 상에 백플레이트 재료의 다른 층을 증착하여 상기 백플레이트 재료 내에 적어도 하나의 예비 인장 요소를 매립하는 것을 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  21. 삭제
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 30 MPa 내지 200 MPa의 범위의 고유 응력을 갖고, 상기 복수의 예비 인장 요소는 500 MPa 내지 3 GPa의 범위의 고유 응력을 갖는 재료인
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 다결정 실리콘을 포함하고, 상기 복수의 예비 인장 요소는 실리콘 나이트라이드를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 파형 백플레이트 재료의 층을 증착하는 단계는 상기 백플레이트 재료의 원주부의 지지부에 상기 백플레이트 재료를 고정하는 단계를 포함하고,
    상기 희생층을 에칭하는 단계는 상기 원주부 및 상기 지지부에 의해 지지된 백플레이트 재료의 현수부를 생성하는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료를 구조화하여 복수의 지지 암 및 상기 복수의 지지 암에 의해 지지된 현수부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 복수의 지지 암의 표면에 증착되어 상기 복수의 지지 암이 상기 희생층을 에칭함으로써 상기 백플레이트 재료의 해제시에 굽혀지게 되는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 희생층을 형성하기 전에,
    베이스층의 표면 위에 복수의 다른 예비 인장 요소를 형성하는 단계와,
    상기 베이스층의 표면 및 상기 복수의 다른 예비 인장 요소 위에 상기 백플레이트 재료의 다른 층을 증착하는 단계와,
    상기 백플레이트 재료의 다른 층의 표면 위에 다른 희생층을 증착하는 단계와,
    상기 멤브레인 구조체를 정의하는 층을 증착하는 단계를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  27. 마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법에 있어서,
    베이스층의 표면 상에 복수의 구조적으로 분리된 예비 인장 요소를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 예비 인장 요소가 파형 백플레이트 재료의 상이한 만곡부에 존재하도록 상기 베이스층의 표면 및 상기 복수의 예비 인장 요소 상에 상기 파형 백플레이트 재료의 층을 증착하는 단계와,
    상기 백플레이트 재료의 층의 표면 상에 희생층을 증착하는 단계와,
    상기 희생층의 표면 상에 멤브레인 구조체를 정의하는 층을 증착하는 단계와,
    상기 희생층을 에칭하여, 이에 의해 상기 백플레이트 재료의 층 및 상기 복수의 예비 인장 요소를 해제하고, 이는 상기 백플레이트 재료 상에 상기 복수의 예비 인장 요소에 의해 인가된 기계적 인장의 결과로서 상기 백플레이트 재료의 층 및 상기 복수의 예비 인장 요소가 상기 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 굽힘되게 할 수 있는 단계를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템 제조 방법.
  28. 멤브레인 구조체와,
    백플레이트 재료, 및 상기 백플레이트 재료에 기계적으로 접속되고, 상기 백플레이트 재료의 국부적 만곡(curved) 영역내에는 형성되지만 상기 백플레이트 재료의 국부적 대향(oppositely) 만곡 영역상에는 형성되지 않도록 상기 백플레이트 재료 상에 선택적으로 형성되는 적어도 하나의 예비 인장 요소를 포함하는 백플레이트 구조체 - 상기 적어도 하나의 예비 인장 요소는 상기 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 상기 백플레이트 구조체의 굽힘 편향을 위해 상기 백플레이트 재료 상에 기계적 인장을 발생시키도록 구성됨 - 를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 국부적 만곡 영역은 상기 백플레이트 재료의 국부적 오목 영역이며, 상기 국부적 대향 만곡 영역은 상기 백플레이트 재료의 국부적 볼록 영역인
    마이크로 전기 기계 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 백플레이트 재료는 파형부를 포함하고, 상기 멤브레인 구조체는 상기 백플레이트 재료의 표면에 실질적으로 수직인 방향에서 상기 백플레이트 재료의 파형부와 정렬되는 파형부를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  31. 멤브레인 구조체와,
    백플레이트 재료, 상기 백플레이트 재료의 상이한 부분에서 상기 백플레이트 재료에 기계적으로 접속된 복수의 구조적으로 분리된 예비 인장 요소, 상기 백플레이트 재료의 복수의 지지 암(support arms), 및 상기 복수의 지지 암에 의해 지지되는 현수부(suspended partion)를 포함하는 백플레이트 구조체 - 상기 예비 인장 요소는 상이한 지지 암에서 선택적으로 형성되고, 상기 멤브레인 구조체로부터 이격하는 방향에서 상기 백플레이트 구조체의 굽힘 편향을 위해 상기 지지 암 상에 기계적 인장을 발생시키도록 구성됨 - 를 포함하는
    마이크로 전기 기계 시스템.
  32. 제 1 구조체와,
    구조부, 및 상기 구조부의 상이한 부분에서 상기 구조부에 기계적으로 접속된 복수의 구조적으로 분리된 예비 인장 요소를 포함하는 제 2 구조체 - 상기 복수의 예비 인장 요소는 상기 구조부의 재료 관련 고유 응력(material-related intrinsic stress)과 상이한 재료 관련 고유 응력을 나타내고, 상기 제 1 구조체로부터 이격하거나 상기 제 1 구조체를 향하는 방향에서 상기 제 2 구조체의 굽힘 편향을 위해 상기 구조부 상에 기계적 인장을 발생시키도록 구성됨 - 를 포함하는
    마이크로구조 시스템.
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