KR20010050447A - 평면내 ｍｅｍｓ 열적 액튜에이터 및, 관련 제조 방법 - Google Patents

평면내 ｍｅｍｓ 열적 액튜에이터 및, 관련 제조 방법 Download PDF

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힐에드워드
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제이디에스 유니페이즈 인코포레이티드
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Abstract

기판의 표면에 전체적으로 평행한 평면에서 선형의 변위를 제공할 수 있는 MEMS 열적 액튜에이터 장치가 제공된다. 더욱이, 본 발명의 MEMS 열적 액튜에이터는 낮은 동력의 소비와 낮은 작동 온도를 사용하여 열적 액튜에이터가 사용될 수 있는 자체 포함된 가열 메카니즘을 제공할 수 있다. MEMS 열적 액튜에이터는 제 1 표면을 가진 마이크로전자 기판과 제 1 표면에 부착된 적어도 하나의 앵커 구조를 구비한다. 복합 비임은 앵커로부터 연장되어 기판의 제 1 표면 위에 놓인다. 복합 비임은, 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 실질적으로 평행하게 연장된 소정의 경로를 따라서 제어 가능하게 편향되도록 열적 작동에 적합화된다. 일 구현예에서, 복합 비임은 상응하는 상이한 열팽창 계수를 가지는 재료를 가진 둘 또는 그 이상의 층들을 구비한다. 그것으로서, 상기 층들은 열 에너지가 복합체에 공급되었을때 상이하게 응답하게 될 것이다. 전기적인 도전성 경로는 열적 작동을 이루도록 복합 비임을 통해서 연장될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 두개층의 복합 비임은 반도체 재료의 제 1 층과 금속 재료의 제 2 층을 구비한다. 반도체 재료는 복합 비임내 자체 포함 가열 메카니즘을 만들기 위하여 제조하는 동안에 선택적으로 도핑될 수 있다. 다중의 복합 비임이 전체적인 힘의 다중화로부터 혜택을 받고 따라서 보다 크고 보다 선형인 변위 거리를 이룰 수 있도록 두개 또는 그 이상의 복합 비임들이 배열 또는 일단을 이룬(ganged) 방식으로 배치될 수 있다. 본 발명은 또한 본 발명의 MEMS 열적 액튜에이터를 제조하는 방법을 구현한다.

Description

평면내 ＭＥＭＳ 열적 액튜에이터 및, 관련 제조 방법{In-plane MEMS thermal actuator and associated fabrication methods}
본 발명은 마이크로전자기계 액튜에이터(microelectromechanical actuator)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 자체 포함된 가열 성능을 가지고 평면내 작동을 제공하는 열적 액튜에이터(thermal actuator)에 관한 것이다.
마이크로전자기계 구조(microelectromechanical structures:MEMS) 및, 다른 마이크로공학 장치들은 이러한 장치들에 의해서 제공되는 크기, 비용 및, 신뢰성의 장점의 관점에서 광범위한 적용예에서 현재 발전되고 있다. MEMS 장치의 많은 다양한 것들이 만들어졌는데, 움직일 수 있거나 또는 힘을 가할 수 있는 마이크로기어, 마이크로모터 및, 다른 마이크로가공 장치들을 포함한다. 이러한 MEMS 장치들은 다양한 적용예에서 채용될 수 있는데, MEMS 펌프 또는 밸브가 이용되는 유압 장치 적용예와, MEMS 광 밸브 및, 셔터를 구비하는 광학 적용예를 포함한다.
MEMS 장치들은 이러한 마이크로구조내에서 소기의 운동을 야기하는데 필요한 운동을 제공하는 다양한 기술에 의존하였다. 예를 들면, 마이크로가공된 스프링과 기어를 회전시키기 위하여 기계적인 힘을 전달하도록 캔티레버가 채용되었다. 더욱이, 일부 마이크로모터들은 전자기장에 의해서 구동되며, 반면에 다른 마이크로가공된 구조들은 압전기 또는 정전기의 힘으로 작용된다. 최근에는 액튜에이터의 제어된 열적 팽창에 의해서 작동되는 MEMS 장치와 다른 MEMS 구성부가 발전되었다. 예를 들면, 미국 특허 출원 제 08/767,192 호; 제 08/936,598 호 및, 08/965,277 호가 본 발명의 양수인인 MCNC 에 양도되었는데, 이것은 열적으로 작동되는 MEMS 장치의 다양한 유형을 설명하고 있다. 더욱이, 보다 적은 비틀림 응력과, 비틀림 바아의 연결에서 발견되는 것보다 적게 적용되는 힘으로써 회전되는 것이 가능한 회전 연결을 구비하는 MEMS 장치가 최근에 발전하였다. 예를 들면, MCNC 에 양도된 미국 특허 출원 제 08/719,711 호는 다양한 회전 MEMS 연결을 설명한다. 상기 각 적용예의 내용은 본원에 참고되도록 편입된다.
액튜에이터의 열팽창에 의존하여 열적으로 작동되는 MEMS 장치는 최근에 평면내의 작동, 즉, 마이크로전자 기판의 표면에 전체적으로 평행한 평면을 따른 변위를 제공하도록 발전되었다. 그러나, 이러한 열적 액튜에이터는 액튜에이터를 구비하는 재료에서의 팽창 및, 그에 의해 초래된 작동을 야기하는데 필요한 열적 에너지를 제공하도록 외부의 가열 수단에 의존한다. 이러한 외부 가열기들은 작동에 영향을 미치기 위해서 일반적으로 보다 높은 전압의 양과 보다 높은 작동 온도를 필요로 한다. 그러한 열적으로 작동되는 MEMS 장치의 예를 들면, 발명자 핵커의 명의로 1999 년 3 월 9 일자로 공고된 "광섬유를 정확하게 위치시키는 마이크로액튜에이터 및, 관련 방법" 제하의 미국 특허 제 5,881,198 호 및, 발명자 핵커의 명의로 1997 년 2 월 11 일에 공고된 "광섬유를 정확하게 정열하는 마이크로액튜에이터 및, 관련 제조 방법" 제하의 미국 특허 제 5,602,955 호등이다.
그러한 것으로서, 현저하게 낮은 온도(즉, 낮은 동력 소비)에서 작동되고 마이크로전자 기판의 표면상에 보다 작은 면적을 차지하면서, 상대적으로 큰 변위를 발생시킬 수 있는 MEMS 열적 작동 장치를 제공할 필요성이 존재한다. 이러한 특성들은 상대적으로 평면내의 선형 운동을 제공하고 자체 포함된 가열 메카니즘을 가지는 혜택을 받는 MEMS 열적 작동 장치에서 특히 바람직스럽다.
따라서, 기판의 표면에 전체적으로 평행한 평면내에서 선형의 변위를 제공할 수 있는 MEMS 열적 액튜에이터 장치가 제공된다. 더욱이, 본 발명의 MEMS 열적 액튜에이터는 보다 낮은 동력의 소비와 보다 낮은 작동 온도를 사용하여 열적 액튜에이터가 작동될 수 있는, 자체 포함된 가열 메카니즘을 제공할 수 있다.
MEMS 열적 액튜에이터는 제 1 표면 및, 상기 제 1 표면에 부착된 앵커 구조를 가진 마이크로전자 기판을 구비한다. 복합 비임이 앵커로부터 연장하여 기판의 제 1 표면 위에 놓인다. 복합 비임은 열적 작동에 적합화되며, 따라서 이것은 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 실질적으로 평행하게 연장된 소장의 경로를 따라서 제어 가능하게 편향된다. 일 구현예에서, 복합 비임은 두개 또는 그 이상의 층들을 구비하는데, 상기 층들은 상이한 열팽창 계수를 상응하여 가진 재료를 가지는 것이다. 그러한 것으로서, 열적 에너지가 복합체에 공급될때 상기 층들은 상이하게 응답할 것이다. 전기적으로 도전성인 경로는 열적 작동을 이루도록 복합적인 비임을 통해서 연장될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 두개 층의 복합 비임은 반도체 재료의 제 1 층과 금속 재료의 제 2 층을 구비한다. 반도체 재료는 복합 비임내에서 자체 가열 메카니즘을 만들기 위해서 제조되는 동안에 선택적으로 도핑될 수 있다. 도핑된 반도체 영역은 전류에 대한 최소한의 저항인 경로를 부여할 수 있다. 도핑 과정은 앵커의 표면상에서 접촉부의 제조를 향상시킬 수 있다. 더욱이, Z 평면 방향에서의 높은 국면 비율(aspect ratio)에 의한 특징을 가지는 복합 비임은, 제 1 및, 제 2 층이 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 전체적으로 직각인 평면에 놓이도록 구성될 수 있다. 복합 비임의 수직층은 마이크로전자 기판의 표면에 전체적으로 평행하게 연장되는 소정 경로를 따라서 비임의 편향을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, MEMS 열적 액튜에이터는 두개 또는 그 이상의 복합 비임을 구비한다. 두개 또는 그 이상의 복합 비임은 배열(array) 또는 일단을 이룬(ganged) 방식으로 증착됨으로써, 다중의 복합 비임이 전체적인 힘의 증가로부터 혜택을 받을 수 있다. 그러한 일 구현예에 있어서, 두개의 복합 비임은 마이크로전자 기판의 표면상에 배치됨으로써 앵커 구조로부터 가장 멀리 있는 비임의 단부들이 서로 면한다. 상호 연결하는 요소는 두개의 복합 비임들이 조화하여 작동될때 유연성을 부여하도록 구성된다. 상호 연결 요소의 유연한 특성은 전체적인 MEMS 열적 액튜에이터 장치가 보다 긴 거리의 선형 편향을 부여할 수 있도록 한다.
다른 다중의 복합 비임 구현예에서, 앵커 구조로부터 가장 먼 비임의 단부들이 서로 면하도록 그리고 비임들이 유연한 비임 구조에 근접하도록 두개의 복합 비임들은 마이크로전자 기판의 표면상에 배치된다. 유연성 비임 구조는 기판상에 부착된 두개 또는 그 이상의 앵커들 사이에 배치된 플랫포옴을 구비한다. 하나 또는 그 이상의 유연성 비임들은 플랫포옴과 앵커에 작동 가능하게 연결된다. 복합 비임의 열적 작동이 비임을 플랫포옴과 작동 가능하게 접촉하게 하고 그것을 전체적으로 선형의 방식으로 편향시키도록 플랫포옴은 복합 비임의 자유 단부에 근접한다. 플랫포옴을 하우징하는 유연성 비임 구조는 복합 비임의 열적 작동에서 발생할 수 있는 변동을 보상한다.
본 발명은 본 발명의 MEMS 열적 액튜에이터를 제조하는 방법에서도 구현된다. 상기 방법은 제 1 의 마이크로전자 기판을 제 2 의 마이크로전자 기판에 부착하는 것을 구비한다. 제 2 기판이 소정의 두께로 얇아진 이후에, MEMS 열적 액튜에이터 구조의 제 1 부분이 제 2 마이크로전자 기판내에 한정되어, 복합 비임의 제 1 층과 앵커 구조의 일부를 포함한다. 도핑 과정은 복합 비임의 제 1 층내에서 최소한의 저항인 경로를 한정하도록 취해질 수 있다. 제 2 층은 제 1 층상에 배치되는데, 상기 제 2 층과 제 1 층은 열적 작동에 상이하게 응답하는 상이한 재료를 구비한다. 열 팽창 계수에서의 변동은 복합 비임의 제 1 및, 제 2 층들이 복합 비임을 마이크로전자 기판의 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 소정 경로를 따라서 작동하게 한다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따라서 자체 포함된, 평면내, MEMS 열적 액튜에이터의 평면도이다.
도 1a는 본 발명의 구현예에 따라서 자체 포함된, 평면내, MEMS 열적 액튜에이터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따라서, 도 1에 도시되어 있는 자체 포함된 평면내 MEMS 열적 액튜에이터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따라서, 보다 큰 선형 변위를 용이하게 하도록 사용된 상호 연결 요소를 구비하는, 자체 포함된 평면내 MEMS 열적 액튜에이터의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 보다 큰 선형 변위를 용이하게 하도록 사용된 유연성 비임 구성을 구비하는, 이중의 자체 포함된 평면내 MEMS 열적 액튜에이터의 평면도.
도 5a내지 도 5g는 본 발명의 구현예를 제조하는 방법에 따라서, 자체 포함된, 평면내 MEMS 열적 액튜에이터를 제조하는 과정의 다양한 단계를 도시한다.
〈 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 〉
10. 열적 액튜에이터 12. 복합 비임
14. 마이크로전자 기판 16. 기단부
18. 제 1 앵커 부분 20. 제 2 앵커 부분
22. 말단부 24. 트렌치(trench)
본 발명은 이제 본 발명의 바람직한 구현예가 도시되어 있는 첨부된 도면을 참조하여 보다 완전하게 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 개시된 구현예에 제한되는 것으로서 해석되어서는 아니된다; 오히려, 이러한 구현예는 본원의 개시가 포괄적이고 완전해지도록 제공되며, 본 발명의 범위를 당해 기술 분야의 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 표시한다.
다음의 설명은 MEMS 열적 작동 장치를 기술한 것이며, 이것은 평면내 선형 운동을 발생시킬 수 있고, 액튜에이터를 포함하는 재료들의 열팽창을 달성하도록 자체 포함된 가열 메카니즘을 제공한다. 결과적인 MEMS 열적 작동 장치들은 그에 의해서 상대적으로 큰 변위를 제공하면서 현저하게 낮은 온도 및, 동력으로 작동될 수 있다. 더욱이, 그러한 장치를 제조하는 방법이 여기에 제공된다.
도 1, 도 1A 및, 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 자체 포함된, 평면내, MEMS 열적 액튜에이터(10)의 평면도, 사시도, 단면도들이 각각 도시되어 있다. 열적 액튜에이터는 마이크로전자 기판(14)에 부착된 복합 비임(12)을 구비한다. 복합 비임은 기단부(12)에서 도 1 에 도시된 제 1 앵커 부분(18)과 제 2 앵커 부분(20)과 같은 앵커를 통해서 기판에 부착된다. 기단부로부터, 복합 비임은 외측 방향으로 연장되어, 마이크로전자 기판 위에 놓이며, 앵커로부터 가장 멀리 배치된 말단부(22)에서 종료된다. 그것에 의해서, 복합 비임은 캔티레버와 같은 구성으로 마이크로전자 기판의 위에 현수된다. 선택적으로, 본 발명의 열적 액튜에이터는 마이크로전자 기판(14)의 표면(26)내에 배치된 트렌치(trench,24)를 한정할 수 있는데, 이것은 복합 비임과 마이크로전자 기판 사이에 부가적인 열적 격리를 제공한다. 예를 들면, 도 2 의 단면도는 마이크로전자 기판내에 한정된 트렌치의 위에 배치된 현수 복합 비임을 나타낸다.
복합 비임은 특징적으로 상이한 열팽창 계수를 가지는 적어도 두개의 재료를 구비할 수 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 복합 비임은 제 1 층(28)과 제 2 층(30)을 구비한다. 두개 이상의 층으로써 복합 비임을 구성하는 것도 여기에 개시된 본 발명의 개념내에서 가능하다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 및, 제 2 층은 마이크로전자 기판의 표면에 대하여 수직으로 배치된다. 상기 층들의 수직 관계는 화살표(31)로 표시된 바와 같이, 마이크로전자 기판의 전체적으로 평탄한 표면과 평행한, 평면내 방향에서의 작동을 이루는데 필요하다. 제 1 및, 제 2 층들은 전체적인 복합 비임에서의 유연성 및, 움직임을 용이하게 하기 위하여 통상적으로 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론의 얇은 층이 될 것이다. 상기 층들은 상이한 열팽창 계수를 가지기 때문에, 복합 비임의 편향을 초래하는 열적 작동에 대해 상기 층들이 상이하게 응답하게 될 것이다.
본 발명의 일 구현예에서, 제 1 층(28)은 실리콘과 같은 반도체 재료를 구비할 수 있고, 제 2 층(30)은 금 또는 니켈과 같은 금속성 재료를 구비할 수 있다. 이러한 구현예에서 제 2 층은 제 1 층보다 특징적으로 높은 열팽창 계수를 가진다. 온도가 증가함에 따라서 보다 높은 열팽창 계수를 가지는 층은 보다 용이하게 팽창할 것이므로, 열 에너지가 복합 비임에 공급될때 복합 비임의 말단부는 보다 낮은 열팽창 계수를 가지는 층을 향해서 굽혀지게 될 것이다. 제 2 층(30)이 보다 높은 열팽창 계수를 가지는 설명된 구현예에 있어서, 도 2 로 개관하였을때, 단층화된 관계는 비임의 운동이 제 1 층(28)을 향해서 우측으로 이루어지게 될 것이다. 당해 기술 분야의 당업자들에게 명백한 바로서, 단층화는 역전될 수 있으며, 따라서 보다 높은 열팽창 계수를 가지는 재료가 도시된 구현예에서 대향측상에 있고, 그에 의해서 비임의 운동이 도 2 에서 보았을때 좌측으로 이루어지게 될 것이다. 다양한 복합 비임과 열적 액튜에이터의 특성을 변경하는 것은 복합 비임에서 관찰되는 편향의 양을 변화시킬 수 있다. 이러한 특성들 중에는 층을 위해 사용되는 재료, 층의 두께, 복합 비임에 공급되는 열량 및, 층내의 구조적 불연속성의 선택들이 포함된다.
제 1 및, 제 2 앵커 부분(18,20)은 복합 비임(12)을 하부의 기판에 부착시키는 역할을 한다. 전체적인 앵커 및/또는 앵커 부분들의 형상은 단지 예로서 도시되어 있다. 기단부(16)에서의 앵커의 전체적인 형상 및, 위치는 많은 설계 인자들에 의해서 지배될 것인데, 상기 설계 인자는 비제한적으로 소기의 복합 비임 편향의 양, 복합 비임 재료의 열팽창 계수, 전체적인 열적 액튜에이터의 요구되는 강성등을 포함한다. 제 1 및, 제 2 접촉부(32,34)가 각각의 제 1 및, 제 2 앵커 부분(18,20)상에 배치된다. 접촉부들은 (도 1 에 도시되지 아니한) 전기 에너지원과 상호 연결되며 복합 비임을 통해서 흐르는 전류에 대한 연결 지점의 역할을 한다. 비임내 전류에 의해서 발생된 열은 복합 비임을 작동시키는 수단으로서 작용한다. 도시된 구현예에서 두개의 앵커 부분들은 갭(36)에 의해서 분리된다. 갭은 제 1 접촉부와 제 2 접촉부 사이에 전기적인 절연을 제공하는 절연체로서의 역할을 한다.
위에서 언급된 바와 같이, 마이크로전자 기판(14)은 복합 비임의 하부에 놓인 영역내 트렌치(24)를 한정한다. 통상적으로, 트렌치는 복합 비임의 길이보다 약간 길며 비임의 최대 편형 거리는 트렌치의 폭을 지배하게 될 것이다. 트렌치는 가열 효율의 장점을 제공한다. 예를 들면, 복합 비임과 마이크로전자 기판 사이의 트렌치에 의해서 만들어지는 갭은 열적 고립을 제공하며, 따라서 복합 비임과 기판 사이에서 보다 적은 열의 손실을 겪는다. 더욱이, 트렌치는 제 1 층(28) 상에 금속성 제 2 층(30)을 증착하도록 사용된 제조 과정을 단순화시킨다. 통상적인 수평 유형 단층 구조와 대조적으로, 복합 비임의 층들은 수직으로 적층된다. 수직의 단층화를 이루기 위하여 금속성의 제 2 층(30)은 (도 2 에 도시된) 제 1 층의 수직 측벽(38)의 균일한 적용 범위를 보장하는 각도로 증착된다. 트렌치가 정위치에 없으면, 아마도 금속성 제 2 층을 증착시키는 것은 하부의 마이크로전자 기판 및, 기판에 한정된 그 어떤 금속 요소의 전기적인 단락에 이르게 될 것이다. 이와는 달리, 본 발명의 MEMS 열적 액튜에이터는 마이크로전자 기판내에 한정된 트렌치 없이 구성될 수 있다. 그러한 구현예에서 통상적으로 산화물층인 해제층이 제조하는 동안에 기판의 표면으로부터 복합 비임을 해제하도록 사용된다. 해제 과정은 마이크로전자 기판과 복합 비임 사이에 존재하는 통상적으로 1 마이크론 미만의 작은 갭을 초래한다.
복합 비임은 전류를 이용한 직접, 자가 가열 기술을 통해서 열적 작동을 위해 적합화된다. 이전에 설명된 바와 같이, 선행 기술의 평면내 열적 액튜에이터는 간접 가열 기술을 사용하였으며, 따라서 큰 전류 및, 높은 작동 온도를 필요로 하였다. 그와 같은 것으로서, 선행 기술에 따른 열적 액튜에이터의 고온, 대전류 특성은 그것을 본 발명의 열적 액튜에이터보다 덜 효과적으로 만든다. 직접적인 가열을 가능하도록 하기 위하여, 복합 비임의 각 층은 복합 비임을 통하여 앵커 부분(18,20)상에 배치된 제 1 접촉부와 제 2 접촉부(32,34) 사이의 연속적인 루프내에서 이어지는 전기적인 도전 경로를 한정한다. 이러한 방식으로, 전기적인 회로는 다른 층을 통해서 다른 접촉부로 되돌아가기 전에, 하나의 접촉부로부터 복합 비임의 층들중 하나를 통해서 복합 비임의 말단을 통과함으로써 형성된다. 바람직스럽게는, 복합 비임을 구비하는 적어도 하나의 층을 실질적으로 둘러싸기 위하여 전기적으로 도전성의 경로가 배치된다. 복합 비임내에서의 가열을 이루게할 회로 루프를 형성하도록 전기적인 도전성 경로의 구성을 변경하는 것도 여기에 개시된 발명의 사상내에서 가능하다. 전기적 도전성 경로는 전기 에너지가 그에 제공될때 복합 비임의 열적 작동이 가능하도록 하기 위하여 소정의 전기 저항을 가진다.
본 발명은 자체 가열을 용이하게 하도록 그리고 열적 액튜에이터 구조에서 사용된 비금속성 재료의 저항 특성을 주문에 맞도록 제어된 도핑을 사용한다. 이러한 방식으로 복합 비임의 도핑된 영역은 복합 비임 구조내에 자체적으로 포함된 히터로서 작용한다. 실리콘과 같은 재료는 높은 저항성을 가지며, 따라서 그러한 재료의 도핑은 전류의 통과를 위한 높은 도전성 경로를 구성하는데 도움이 된다. 고도로 도핑된 실리콘은 인 또는 보론과 같은 재료로써 달성될 수 있다. 도핑 기술의 사용은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지되어 있다. 여기에 개시된 구현예들이 작동을 이루기 위한 내부 가열에 제한되지 않는다는 점이 주목되어야 한다. 여기에 나타낸 MEMS 열적 액튜에이터들은 외부의 가열로써 작동될 것이며, 특정의 구현예에서는 기판의 조성 및, 액튜에이터를 형성하는데 사용된 재료에 따라서, 주변 온도 작동이 가능하다.
제 1 층(28)이 실리콘과 같은 반도체 재료를 구비하고, 제 2 층(30)이 금과 같은 금속을 구비하는 도 1 및, 도 2 에 도시된 구현예에서, 제 1 층의 외부 표면(40)은 제어 가능하게 도핑되었다. 제 2 층은 접합부(41)에서 복합 비임의 말단부 팁(42)에 있는 제 1 층의 도핑된 도전성 표면에 전기적으로 연결된다. 말단부의 팁 부분은 그것이 제 2 층(도 1 에 도시됨)의 연장부이거나 또는 그것이 제 2 층내로 이어지는 제 1 층의 도핑된 도전성 영역의 연속부를 구비할 수 있도록 제조될 수 있다. 대안이 되는 양측 구성들은 제 2 층이 제 1 층의 도핑된 도전성 표면과 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 도핑된 영역들은 최소한의 전기 저항을 가진 경로를 한정하기 때문에, 도핑되지 아니한 부분(28)이 전기적인 절연체의 상태로, 전류는 제 1 층의 도핑된 부분과 금속성의 제 2 층에 의해서 한정된 경로를 대부분 따르게 될 것이다. 따라서, 도전성 경로가 제 1 층의 도핑된 부분과 금속성의 제 2 층에 의해서 접촉부(32,34) 사이에 제공된다. 도시된 바와 같이, 접촉부들은 전기 도전성을 증가시키도록 도핑되었다. 도핑이 필요하지 않을 접촉부를 고안할 수도 있다. 일예로서, 전기 에너지원이 접촉부들 사이에 인가되면 전류는 제 1 접촉부(32)로부터 제 1 층의 외부 표면(즉, 제 1 층의 도핑된 영역)을 따라서, 접합부(41)를 통해 상호 연결된 제 2 층(30)내로 흘러가서 제 2 층을 통하여 제 2 접촉부(34)로 복귀하게 된다. 다른 구현예에서 전류는 반대 방향으로 흘러갈 수 있는데, 제 2 접촉부로부터 흘러나와서 복합 비임을 통하여 흘러서 제 1 접촉부에서 경로를 완성한다.
도 3 을 참조하면, 본 발명의 다른 구현예에서 열적 액튜에이터는 이중의 복합 비임 액튜에이터(102,104)를 구비한다. 각각의 비임 말단부(110)가 서로를 면하도록 제 1 및, 제 2 복합 비임(106,108)이 근접하게 배치된다. 복합 비임들은 열적 작동의 선택적인 적용에 응답하여 조화된 상태로 움직이도록 적합화된다. 복합 비임들 사이의 균일한 운동을 보장하도록, 비임들은 재료, 층의 양, 층 두께 및, 도핑 특성이 유사한 전체적으로 동일한 층을 구비하게 될 것이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 및, 제 2 복합 비임들은 열적 에너지가 비임에 적용될때 화살표(112)의 방향으로 편향되도록 적합화된다. 단일의 복합 비임 열적 액튜에이터가 사용될때, 비임의 최초 편향은 전체적으로 선형이지만, 비임이 편향을 계속하게 되면 편향의 패턴은 궁형의 경로를 취하게 된다. 이와 관련하여, 열 에너지가 단일의 복합 비임 액튜에이터에 가해지면, 변위가 점점 더욱 고리형으로 또는 각도를 이루기 전에 비임은 상대적으로 선형인 변위의 제한된 범위를 가진다. 도 3 의 구현예에서 상호 연결 요소(114)를 각 복합 비임의 말단부에 부착하는 것은 선형의 변위를 증가시킨다. 상호 연결 요소는 복합 비임의 층들중 하나를 한정하는 제조 과정 동안에 형성될 수 있다. 따라서, 상호 연결 요소는 실리콘, 금, 니켈 또는 그와 유사한 적당한 재료를 구비할 수 있다. 상호 연결 요소가 도핑된다면, 도핑은 통상적으로 접촉부(32,34)와 제 1 층의 외부 표면(40)을 도핑하는 것과 동시에 발생하게 될 것이다. 더욱이, 상호 연결 요소가 도핑된다면 작동의 전기 도전성 경로는 제 1 의 열적 액튜에이터(102)의 접촉부(32), 상호 연결 요소 및, 제 2 의 열적 액튜에이터(104)의 접촉부(32) 사이에 존재할 수 있다. 이러한 전기적 구성은 접촉부(34)의 제 2 쌍을 선택적인 것으로 할것이다. 이와는 달리, 전기적인 경로가 접촉부(34)의 제 2 쌍과 도핑된 상호 연결 요소 사이에 존재할 수 있으며, 따라서 접촉부(32)의 제 1 세트에 대한 필요성을 배제한다. 바람직스럽게는, 상호 연결 요소가 유연성을 부여하도록 형상화되고 크기가 주어진다. 상호 연결 요소의 유연성 특징은 선형의 변위 거리를 증가시킨다. 도 3 에 있어서, 상호 연결 요소는 바람직한 차골(wishbone)과 같은 구성을 가진다. 복합 비임은 상방향으로 편향되기 시작하므로, 차골과 같은 구성의 다리(116)는 외측 방향으로 굽혀져서 상호 연결 요소가 화살표의 방향에서 전체적으로 선형으로 변위되는 결과를 가져온다.
더욱이, 상호 연결 요소(114)는 이중 복합 비임 열적 액튜에이터의 전체적인 가열 장치를 단순화시키는 역할을 한다. 상호 연결 요소는 하나의 복합 비임으로부터 다음으로 전류를 흐를 수 있게 하는 브리지로서의 역할을 할 수 있다. 도 3 에 도시된 구현예에서, 상호 연결 요소는 제 1 의 복합 비임과 제 2 의 복합 비임 사이의 전달 경로로서, 통상적으로 실리콘인, 제 1 층의 도핑 영역을 사용한다. 그러한 구성에 있어서, 상호 연결 요소의 전기적인 브리지 성능은 전류를 복합 비임들 양쪽에 개별적으로 공급하여야할 필요성을 배제할 수 있다. 상호 연결이 전기적인 연결로서 사용되는 구현예에서는 전기 저항이 최소화될 수 있도록 상호 연결 요소가 금속 또는 도핑된 실리콘을 가지도록 하는 것이 더욱 바람직스럽다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 다른 다중 비임 열적 액튜에이터가 도 4 에 도시되어 있다. 이러한 구현예는 이중의 복합 비임(106,108)의 말단부(110)에 근접하게 배치된 유연성 비임(130)의 구성을 제공한다. 도 3 에 도시된 이중의 복합 비임 열적 액튜에이터와 매우 유사한 방식으로, 도 4 의 구현예에 도시된 복합 비임은 전체적으로 서로의 미러 이메이지로 이해될 것이다. 이중의 복합 비임들은 플랫포옴(132)과 접촉하여 작동될 수 있다. 플랫포옴은 전체적으로 제 1 복합 비임의 말단부와 제 2 복합 비임의 말단부 사이의 중간에 있도록 배치된다. 플랫포옴은 마이크로전자 기판에 아크(arc)로 부착된 적어도 두개의 앵커에 작동 가능하게 연결되는데, 여기에서는 제 1 및 제 2 앵커(134,136)로서 도시되었다. 도 4 에 도시된 구현예에서, 앵커들은 제 1 의 유연성 비임(138)과 제 2 의 유연성 비임(140)을 통해서 플랫포옴에 작동 가능하게 연결된다. 일련의 스프링(142)들은 비임을 따라서 위치하며 전체적인 유연성 비임 구조에 탄성을 제공하는 역할을 한다. 플랫포옴, 앵커, 유연성 비임 및, 스프링들의 제조는 열적 액튜에이터 구성의 제 1 층을 형성하는데 사용된 동일한 패터닝 및, 에칭 과정의 부분일 수 있거나, 또는 별도의 과정 단계를 수반할 수 있다. 그것으로서, 플랫포옴, 앵커, 유연성 비임 및, 스프링들은 실리콘, 금, 니켈, 또는 그 어떤 다른 적절한 재료를 구비할 수 있다.
작동에 있어서, 이중의 열적 액튜에이터는 열 에너지에 의해서 작용되며 복합 비임의 말단부의 전체적으로 동시적인 편향을 제공한다. 작동시에 복합 비임의 말단부는 플랫포옴과 접촉하며 플랫포옴을 선형의 방향으로 움직이는데 필요한 힘을 제공한다 (플랫포옴의 경로는 화살표(144)로서 도시되어 있다). 비임들과 스프링들은 플랫포옴이 선형의 방향으로 움직일 수 있도록 하며, 열적 액튜에이터의 비 작용시에 플랫포옴이 미-작동 위치로 완화될 수 있게 한다. 스프링과 같은 비임 구조는 개별적인 복합 비임의 그 어떤 동일하지 않은 움직임도 보상하고, 따라서 상기 언급된 단일의 복합 비임 구현예와 비교하여 향상된 선형의 변위 특성을 제공하기 때문에, 상기의 이중 비임 액튜에이터의 구현예는 유리하다.
다양한 다른 다중 비임 열적 액튜에이터 구현예도 여기에 개시된 본 발명의 사상내에서 가능하다. 예를 들면, 복합 비임은 말단부가 제어 허브를 향해 배향되어 회전 운동을 이루는 상태에서 반경 방향으로 배치될 수 있다. 허브는 그로부터 연장된 레버를 가져서 부가된 작동력을 제공할 수 있다. 로타리 유형 MEMS 구조에 대한 상세한 설명은 발명자 힐등의 명의로 1999 년 5 월 23 일자에 출원된 미국 특허 출원 제 09/275,058 을 참조할 것이며, 상기 출원은 본원 발명의 양수인인 MCNC 에게 양도되었다. 상기 출원은 전체가 여기에 개시된 것과 같이 본원에 편입된다. 더욱이, 복합 비임들은 함께 모여서 그리고/또는 배열 상태로 구성되어 힘의 증가로부터 혜택을 받으며, 그에 의해서 목적물을 더 큰 거리로 움직이게 하는 능력 그리고/또는 더 큰 목적물을 움직이는 능력이 실제로 증가된다.
도 5a 내지 도 5g 는 본 발명의 열적 액튜에이터를 제조하는 방법에 따른 다양한 제조 단계에 대한 단면도를 나타낸다. 도 5a 를 참조하면, 제 1 의 산화물 층(202)을 가진 제 1 의 마이크로전자 기판(200)은 기판상에 형성되어 있으며 트렌치(204)가 제 1 의 산화물 층을 통해서 제 1 의 마이크로전자 기판내에 한정되어 있다. 제 1 의 마이크로전자 기판은 비록 다른 적절한 기판 재료가 사용될 수도 있을지라도 실리콘을 구비할 수 있다. 제 1 의 산화물 층은 통상적인 열적 산화 과정에 의해서 기판상에 통상적으로 배치될 수 있으며, 여기에서 기판은 고온에서 산화 환경에 노출되며 이후에 산화물이 기판상에서 성장한다. 기판이 실리콘인 구현예에서, 제 1 산화물층은 실리콘 이산화물(SiO2)를 구비할 수 있다. 제 1 산화물층의 두께는 통상적으로 약 2000 옹스트롬 내지 약 8000 옹스트롬이 될 것이다. 제 1 산화물 층은 유전체 절연층으로서의 역할을 하며 이후에 트렌치의 한정 및, 에칭을 위한 수단을 제공한다. 표준의 포토리소그래피 기술이 사용되어 트렌치를 한정하게 될 제 1 산화물 층내 영역을 패턴화시킬 수 잇다. 통상적인 습식 에칭 과정이 다음에 사용되어 제 1 산화물 층을 통해서 기판내로 트렌치를 전개시킬 수 있다. 결국 트렌치는 통상적으로 약 10 내지 약 20 마이크론의 기판내 깊이를 가진다. 통상적으로 트렌치는 복합 비임의 요구되는 소정 길이보다 약간 긴 길이와, 전체적으로 약 100 마이크론인, 비임의 최대 편향과 일치하는 폭을 가지게 될것이다.
도 5b 는 제 2 의 마이크로전자 기판(206)이 부착되어 폴리싱된 이후에 그 안에 한정된 트렌치를 가지는 제 1 의 마이크로전자 기판을 나타낸다. 제 2 의 마이크로전자 기판은 차후에 복합 비임의 제 1 층과 비임 앵커의 일부를 형성하게 될 것이다. 바람직한 구현예에서 제 2 기판은 실리콘을 구비하게 될 것이다. 표준의 융해 접합(fusion bonding) 과정이 사용되어 제 2 마이크로전자 기판을 산화물층의 계면에서 제 1 의 마이크로전자 기판에 부착시킨다. 제 2 마이크로전자 기판이 접합된 이후에, 요구되는 소정의 두께로 폴리싱된다. 제 2 마이크로전자 기판의 두께는 결과적인 복합 비임의 요구되는 두께 또는 높이와 일치하게 될 것이다. 통상적으로, 제 2 의 마이크로전자 기판은 약 25 마이크론내지 약 50 마이크론의 두께로 폴리싱될 것이다.
도 5c 를 참조하면, 제 2 마이크로전자 기판(206)상에 형성된 산화물 구조(208)가 도시되어 있다. 산화물 구조(들)는 복합 비임과 앵커의 일부를 구비하게될 부위의 위에 전체적으로 놓인다. 산화물 구조는 제 2 기판상에 배치된 제 2 산화물 층(도 5c 에 미도시)으로부터 초래된다. 제 1 기판상에 제 1 산화물 층을 배치하도록 이전에 사용된 것과 유사한 산화 과정이 제 2 산화물 층을 배치하는데 통상적으로 사용된다. 제 2 마이크로전자 기판이 실리콘인 구현예에서, 제 2 산화물 층은 실리콘 이산화물(SiO2)를 구비할 수 있다. 제 2 산화물 층의 두께는 통상적으로 약 2000 옹스트롬 내지 약 8000 옹스트롬이 될 것이다. 표준의 포토리소그래피 기술이 사용되어 필요한 산화물 구조를 패턴화시킨다. 이후에 종래의 습식 에칭 과정이 사용되어 산화물 구조(들)를 전개시킬 수 있다. 결과적인 산화물 구조(들)는 유전 분리를 제공하여, 산화물 구조 아래에 놓인 부위에서의 차후의 도핑을 방지하고 차후의 도전성 영역(즉, 도핑 영역과 금속성 영역) 사이를 전기적으로 격리시킨다.
더 이상의 과정은 도 5d 에 도시된 구조를 초래하는데, 여기에서 제 2 마이크로전자 기판의 일부는 열적 액튜에이터의 일측을 노출시키도록 에칭되었다. 표준의 포토리소그래피 기술이 사용되어 앵커 구조의 일부 및, 복합 비임의 제 1 층의 제 1 측벽(210)을 포함하는 전체적인 열적 액튜에이터의 일측을 제 2 기판내에 패턴화시킬 수 있다. 깊은 실리콘 반응 이온 건식 에칭 과정이 이후에 사용되어 제 2 기판의 일부를 에칭하여 복합 비임의 제 1 층의 측벽과 앵커 구조의 일부를 노출시킨다. 이러한 단계에서 건식 에칭 과정은 복합 비임의 높은 국면 비율(약 5 내지 7 마이크론의 폭에 비해서 깊이가 약 25 내지 50 마이크론)을 만드는데 바람직하다.
도 5e 를 참조하면, 노출된 실리콘 표면이 통상적인 확산 도핑 과정을 받은 이후의 열적 액튜에이터 구조가 도시되어 있다. 도핑 과정은 복합 비임의 주변부를 따라서 연속적인 도전성 경로를 제공하며 앵커상에 접촉부를 한정한다. 비록 다른 재료가 제 2 실리콘 기판내에 고도로 도핑된 영역을 만들도록 사용될 수 있을지라도, 통상적인 도핑 과정에서는 인(phosphorous)이 도핑 불순물로 사용될 수 있다. 도핑 과정은 산화물로 보호되지 않는 모든 부위에 도핑된 영역을 만들게 될 것이다. 도 5e 에 도시된 바와 같이, 결과적인 도핑 영역은 복합 비임의 제 1 층의 제 1 측벽(210), 트렌치(204)의 표면, 제 2 마이크로전자 기판(206)의 나머지의 노출된 일부 및, 접촉부를 앵커상에 한정하는 영역(독자들을 혼란시키지 않도록, 앵커 구조 및, 따라서 접촉부들은 도 5a 내지 도 5g 에 도시되지 않았다)을 구비할 수 있다. 트렌치의 표면과, 제 2 마이크로전자 기판의 나머지의 노출 부분에 대한 도핑은 부수적인 것이다. 도핑된 영역은 통상적으로 약 2000 옹스트롬 내지 약 8000 옹스트롬으로 기판내 깊이를 가지게 될 것이다.
도 5f 는 부가적인 에칭 과정이 열적 액튜에이터의 제 2 측의 한정을 드러낸 이후에 열적 액튜에이터를 도시한 것이다. 이러한 에칭 과정의 완성 이후에, 제 2 기판에 남아 있는 것은 열적 액튜에이터의 제 구조 및, 제 2 기판의 재료를 포함하는 앵커 구조의 일부와 제 1 층이다. 도 5f 는 부가적인 에칭 과정이 완성된 이후에 제 1 층의 제 2 측벽(212)의 한정을 도시한다. 표준의 포토리소그래피 기술이 사용되어, 앵커 구조의 일부 및, 복합 비임 제 1 층의 제 2 측벽을 구비하는 전체적인 열적 액튜에이터의 나머지 측면을 기판내에 패턴화시킬 수 있다. 통상적인 반응 이온 건식 에칭 과정이 이후에 사용되어 제 2 기판의 나머지 부분을 에칭시켜서 복합 비임의 제 1 층의 제 2 측벽과 앵커 구조의 나머지 부분을 노출시킬 수 있다.
본 발명의 열적 액튜에이터는 도 5g 에 완성된 형태로 도시되어 있다. 통상적으로 금속의 층인 제 2 층(214)은 제 1 층의 제 2 측벽(212)상에 배치된다. 제 2 층은, 제 1 층을 구비하도록 선택된 재료의 열팽창 계수와 상이한 열팽창 계수를 가진 금, 니켈, 또는 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 제 2 층이 금을 구비하는 구현예에 있어서, 통상적인 증발 과정이 사용되어 층을 배치하게 되는데, 통상적으로 상기 층은 약 2 내지 3 마이크론의 두께이다. 제 2 층을 제 1 층의 수직의 측벽상에 적절하게 배치하기 위하여 그리고 제 2 층의 적절한 균일 두께를 보장하기 위하여, 전체적인 열적 액튜에이터 구조가 증발 과정 동안에 각도를 이루어 배치될 수 있다. 증발 과정은 제 2 층이 그러한 것을 요구하지 않는 표면상에 배치되는 결과를 초래할것이다. 제 2 층의 불필요한 적용 범위를 제거하기 위하여, 표준의 포토리소그래피 과정이 사용되어 제 2 층을 필요로 하는 부위를 패턴화시키며, 통상적인 습식 에칭 과정이 사용되어 제 2 층의 적용 범위를 필요로 하는 부위를 한정한다. 대부분의 경우에, 에칭 과정은, 제 2 측벽(212)의 위에 연장되고 부분적으로 제 2 산화물 층(208)의 표면을 덮는 제 2 층 적용 범위를 초래하게 될 것이다. 더욱이, 제 2 층은 (도 1 에 도시된 바와 같이) 복합 비임의 말단부의 팁에 남아 있을 수 있다. 이와는 달리, 복합 비임의 말단부의 팁은 제 1 층의 도핑된 영역을 구비할 수 있다. 도 5g 에 도시된 구현예에서 제 1 및, 제 2 산화물 층(202,208)은 완성된 열적 액튜에이터상에 남아 있다. 여기에 개시된 본 발명의 사상의 범위내에서 제 2 층이 배치된 이후에 산화물을 제거할 수도 있다. 도 1 및, 도 2 의 평면도 및, 단면도는 산화물 층이 제거된 구현예를 도시한다. 대부분의 경우에 산화물 층을 그대로 두는 것이 바람직스러울 수 있으며, 이는 그렇게 하는 것이 더 이상의 과정에 대한 필요성을 제거하고 그리고 전기적인 단락의 가능성을 방지할 수 있기 때문이다.
따라서 본 발명의 특징에 따른 제조 방법은 자체 포함된 가열 메카니즘을 제공하는 도핑 영역을 가진, 수직 단층의 MEMS 구조를 제작하는 효과적이고 반복 가능한 기술을 제공한다. 결국 MEMS 열적 작동 장치는 평면내를 가로지르는, 전체적으로 선형 방향인 커다란 변위를 발생시킬 수 있다. 이러한 장치들은 기판상에서 보다 작은 표면 면적을 차지하면서도 현저하게 낮은 온도와 동력으로 작동될 수 있는 성능으로부터 혜택을 받는다.
위의 설명과 관련된 도면에 나타난 기술의 혜택을 받는 본 발명이 관련된 당해 기술 분야의 당업자들에게는 본 발명의 많은 변형 및, 다른 구현예가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정의 구현예에만 한정되어서는 아니되고, 다른 구현예들이 첨부된 청구 범위내에 포함되도록 의도된다는 점이 이해되어야 한다. 특정의 용어가 여기에 채용될지라도, 그것은 포괄적이고 기술적인 의미로서만 사용된 것이며, 제한의 목적을 위한 것은 아니다.
본 발명의 MEMS 열적 작동 장치는 평면내를 가로지르는, 전체적으로 선형 방향인 커다란 변위를 발생시킬 수 있으며, 기판상에서 보다 작은 표면 면적을 차지하면서도 현저하게 낮은 온도와 동력으로 작동될 수 있다.

Claims (46)

  1. 제 1 표면을 가진 마이크로전자 기판;
    상기 마이크로전자 기판의 표면에 부착된 앵커 구조; 및,
    근접한 단부에서 상기 앵커 구조로부터 연장되고 상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면 위에 캔티레버되는 복합 비임;을 구비하고,
    상기 복합 비임은 상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 실질적으로 평행하게 연장된 소정 경로를 따라서 상기 복합 비임의 말단부를 제어 가능하게 움직이도록 하기 위하여 열적 작동에 적합화되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자기계(MEMS) 액튜에이터 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 비임이 그것을 통해서 흐르는 전류에 응답하여 열적으로 작동하도록, 상기 복합 비임은 상기 복합 비임을 통하는 전기적인 도전 경로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 앵커는 전기적으로 도전성인 경로와 작동 가능하게 연결된 적어도 두 개의 접촉부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 비임은 열적 작동에 상이하게 응답하도록 상이한 열팽창 계수를 가지는 적어도 두 개의 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층들은 상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 대하여 전체적으로 직각인 관계로 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층들은 반도체 재료를 구비하는 제 1 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    복합 비임은 제어 가능하게 도핑된 영역을 가지는 반도체 재료를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    반도체 재료를 구비하는 제 1 층은 상기 복합 비임에 자체 가열 능력을 부여하도록 제어 가능하게 도핑된 영역을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    복합 비임은 금속성의 재료층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  10. 제 4 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층은 금속성의 재료층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  11. 제 4 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층은 반도체 재료를 구비하는 제 1 층과 금속성의 재료를 구비하는 제 2 층을 더 구비하고, 상기 복합 비임이 선택적인 열적 작동에 응답하여 말단부에서 제 1 층을 향하여 편향하도록, 상기 제 2 층은 제 1 층보다 큰 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 복합 비임에 자체 가열 능력을 부여하도록 제 1 층은 제어 가능하게 도핑된 영역을 가진 반도체 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    도전 저항 경로가 상기 복합 비임에 의해서 제공되도록, 상기 제 1 층의 제어 가능하게 도핑된 영역은 상기 복합 비임의 근접한 단부로부터 이격된 지점에서 상기 복합 비임과 작동 가능하게 접촉하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로전자 기판은 전체적으로 상기 복합 비임의 아래에 놓인 트렌치를 한정하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 앵커는 공기 갭에 의해서 물리적으로 분리된 제 1 의 앵커 부분과 제 2 의 앵커 부분을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    전기적인 도전성 경로가 제 1 접촉부에서 시작하고 상기 복합 비임을 통해서 이동하여 제 2 접촉부를 경유하여 되돌아오도록, 상기 제 1 앵커 부분은 제 1 접촉부를 더 구비하고 상기 제 2 앵커 부분은 제 2 접촉부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    제 1 및, 제 2 접촉부는 반도체 재료내에 제어 가능하게 도핑된 영역을 더 한정하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 액튜에이터는 내부 가열, 외부 가열 및, 주위 온도의 변동을 포함하는 그룹으로부터 선택된 가열 방법에 의해서 열적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  19. 제 1 표면을 가진 마이크로전자 기판;
    상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 부착된 적어도 두 개의 앵커 구조; 및,
    근접한 단부에서 적어도 하나의 앵커 구조로부터 연장되고 상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면 위에 놓인 적어도 두 개의 복합 비임;을 구비하고,
    상기 복합 비임은 상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 실질적으로 평행하게 연장된 소정의 경로를 따라서 상기 복합 비임의 말단부를 제어 가능하게 움직이도록 열적 작동에 적합화된 것을 특징으로 하는 마이크로전자기계(MEMS) 액튜에이터 구조.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 복합 비임은 제 1 및, 제 2 복합 비임의 말단부가 서로 면하도록 상기 마이크로전자 기판상에 배치된 제 1 및, 제 2 복합 비임을 더 구비하고, 제 1 및, 제 2 복합 비임은 그것의 선택적인 열적 작동에 응답하여 조화하여 움직이도록 적합화된 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터 구조.
  21. 제 20 항에 있어서,
    복합 비임의 열적 작동시에 상호 연결 요소가 전체적으로 선형의 방향으로 움직이도록, 상기 제 1 및, 제 2 복합 비임은 상호 연결 요소에 의해서 말단부에서 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터 구조.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 상호 연결 요소는 굽힘 능력을 제공하고 보다 큰 선형의 변위 거리를 부여하도록 위시본(wishbone)과 같은 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 상호 연결 요소는 상기 제 1 과 제 2 복합 비임 사이에 전기적인 경로를 허용하도록 제어 가능하게 도핑된 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터 장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    제 1 및, 제 2 복합 비임들은, 상기 마이크로전자 기판에 부착된 적어도 두 개의 앵커 및, 유연성 비임에 의해서 적어도 두 개의 앵커 사이에 작동 가능하게 연결된 플랫포옴을 구비한 유연성 비임 구조에 근접하게 배치되고, 플랫포옴이 제 1 및, 제 2 복합 비임의 열적 작동에 응답하여 선형으로 편향되도록, 플랫포옴은 제 1 및, 제 2 복합 비임의 말단부에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터 장치.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 복합 비임들이 그를 통해 흐르는 전류에 응답하여 열적으로 작동되도록, 상기 적어도 두 개의 복합 비임들은 각 복합 비임을 통한 전기 도전 경로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 앵커는 전기적인 도전성 경로와 작동 가능하게 연결된 적어도 두 개의 접촉부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 복합 비임들은 개별적으로 적어도 두 개의 층들을 더 가지며, 상기 층들은 열적 작동에 상이하게 응답하도록 상이한 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  28. 제 27 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층들은 상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 대하여 전체적으로 직각인 관계로 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  29. 제 27 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층들은 반도체 재료를 구비하는 제 1 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  30. 제 29 항에 있어서,
    반도체 재료를 구비하는 제 1 층은 상기 복합 비임에 자체 가열 성능을 부여하도록 제어 가능하게 도핑된 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  31. 제 27 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층들은 금속성 재료를 구비하는 제 1 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  32. 제 27 항에 있어서,
    적어도 두 개의 층들은 반도체 재료를 포함하는 제 1 층과 금속성 재료를 포함하는 제 2 층을 더 구비하고, 상기 복합 비임들이 선택적인 열적 작동에 응답하여 말단부에서 제 1 층을 향해서 편향하도록, 제 2 층은 제 1 층보다 큰 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  33. 제 32 항에 있어서,
    반도체 재료를 구비하는 제 1 층은 상기 복합 비임에 자체 가열 능력을 부여하도록 제어 가능하게 도핑된 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  34. 제 33 항에 있어서,
    변화하는 저항의 도전성 경로가 상기 복합 비임에 의해서 제공되도록, 상기 제 1 층의 제어 가능하게 도핑된 영역은 상기 복합 비임의 말단부에서 상기 제 2 층과 작동 가능하게 접촉하는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  35. 제 19 항에 있어서,
    상기 마이크로전자 기판은 적어도 두 개의 복합 비임 아래에 전체적으로 놓인 적어도 두 개의 트렌치를 가지는 것을 특징으로 하는 MEMS 액튜에이터.
  36. 전압원; 및,
    상기 전압원에 작동 가능하게 연결된 MEMS 액튜에이터 장치를 구비하는 평면내 방향에서의 MEMS 열적 작동을 위한 시스템으로서,
    상기 MEMS 액튜에이터 장치는 제 1 표면을 가지는 마이크로전자 기판, 제 1 표면에 부착되고 적어도 두 개의 전기 접촉부를 가지는 적어도 하나의 앵커 구조체, 상기 적어도 하나의 앵커 구조체로부터 근접한 단부에서 연장되고 제 1 표면위에 놓이며, 전기적으로 도전성의 경로를 구비하는 복합 비임을 구비함으로써,
    상기 마이크로전자 기판의 제 1 표면에 실질적으로 평행하게 연장된 소정의 경로를 따라서 상기 복합 비임의 말단부를 제어 가능하게 움직이기 위하여, 상기 전압원으로부터 전기적으로 도전성인 경로로 전기 접촉부를 통해서 전류를 인가함으로써 복합 비임이 열적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 평면내 방향에서의 MEMS 열적 작동을 위한 시스템.
  37. 제 1 반도체 기판의 전체적으로 평탄한 표면을 제 2 반도체 기판의 전체적으로 평탄한 표면에 부착시키는 단계;
    제 1 반도체 기판에 부착된 적어도 하나의 앵커의 일부와 복합 비임의 제 1 층을 구비하는 MEMS 열적 액튜에이터의 일부를 제 2 기판내에 한정하는 단계;
    복합 비임의 제 1 층내에 도전성 경로를 한정하기 위하여 복합 비임의 제 1 층의 영역을 도핑하는 단계; 및,
    복합 비임의 제 1 층의 도핑되지 않은 영역상에 제 2 층을 배치하는 단계;를 구비하고,
    복합 비임의 제 1 및, 제 2 층이 상기 마이크로전자 기판의 전체적으로 평탄한 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 소정의 경로를 따라서 상기 복합 비임의 작동을 이루도록, 제 2 층은 열적 작동에 상이하게 응답하는 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는, 평면내 작동 능력을 가진 자체 포함된 MEMS 열적 액튜에이터를 제조하는 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    제 1 반도체 기판내에 트렌치를 한정하는 단계를 더 구비하고, 트렌치는 복합 비임 구조의 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    도핑 단계는 전기적으로 도전성인 경로를 가지는 복합 비임의 외부 표면을 이루도록 복합 비임의 제 1 측벽을 도핑하는 것을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    전기적인 접촉부를 한정하도록 적어도 하나의 앵커 구조상의 부위를 도핑하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 39 항에 있어서,
    제 2 층을 배치하는 단계는 제 1 측벽에 대향하는 제 2 측벽상에 제 2 층을 배치하는 것을 더 구비함으로써, 결과적인 복합 비임은 제 1 기판의 전체적으로 평탄한 표면에 대하여 직각으로 배치된 제 1 및, 제 2 층을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 1 반도체 기판의 제 1 표면상에 제 1 산화물 층을 배치하는 단계;
    제 2 반도체 기판을 제 1 산화물층상에 부착시키는 단계;
    제 2 산화물층을 제 2 반도체 기판상에 배치하는 단계;
    MEMS 액튜에이터 구조의 일부의 윤곽을 특징적으로 그리는 제 2 산화물층내 산화물 구조체를 한정하는 단계;
    복합 비임의 제 1 측벽과 앵커 구조체의 제 1 측벽을 구비하는, MEMS 액튜에이터 구조체의 제 1 부분을 제 2 반도체 기판내에 한정하는 단계;
    산화물층으로 덮히지 않은 제 1 및, 제 2 반도체 기판의 영역을 선택적으로 도핑하는 단계;
    상기 복합 비임의 제 2 측벽과 앵커 구조체의 제 2 측벽을 구비하는, MEMS 액튜에이터 구조체의 제 2 부분을 제 2 반도체 기판내에 한정하는 단계; 및,
    금속층이 제 1 반도체 기판에 대하여 직각으로 배치되도록 복합 비임의 제 2 측벽상에 금속층을 배치하는 단계;를 구비하는 평면내 작동 능력을 가지는 MEMS 열적 액튜에이터를 제조하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    제 1 반도체 기판내로 제 1 산화물 층을 통해서 트렌치를 한정하는 단계를 더 구비하고, 여기에서 트렌치는 MEMS 액튜에이터 장치의 복합 비임 구조의 평면도 윤곽 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 42 항에 있어서,
    복합 비임의 아래에 놓인 영역들에서 제 1 산화물층을 선택적으로 에칭함으로써 제 1 산화물층으로부터 제 2 반도체 기판을 해제시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 42 항에 있어서,
    도핑 단계는 자체 포함된 가열 메카니즘을 가진 복합 비임의 외부 표면을 이루기 위하여 복합 비임의 제 1 측벽을 도핑하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 42 항에 있어서,
    도핑하는 단계는 전기적인 접촉부를 한정하기 위하여 앵커 구조상의 도핑 부위를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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