Abstract
This paper predicts the changes in the spring constant, the resonant frequency, the electrostatic force, and the displacement of a resonant structure due to non-ideal anisotropic RIE etching process. First, a $6\;{\mu}m$ thick polysilicon was etched by RIE and the anisotropy of the etched structure was measured as a function of a RF power, a $Cl_2$ flow rate and a chamber pressure. In the experimental results, an anisotropy was decreased as the RF power, the $Cl_2$ flow rate, or the chamber pressure was increased. A comb actuator's operation characteristic was predicted depending on the anisotropy variations in RIE etching. Comb actuators with three different support beam structures were investigated : fixed-fixed, crab-leg, and double crab-leg. As the RIE etch anisotropy becomes non-ideal, i.e. the cross section becomes rather a trapezoidal than a rectangular shape, it decreases spring constant, resonant frequency and electrostatic force of a comb actuator but it increases the displacement of the mass. Among the three structures, the comb actuator with double crab-leg support beams is more influenced by anisotropy variation in RIE etch than other two.
본 논문에서는 머리빗형 액튜에이터의 제작 공정 중에서 RIE 식각 공정시 발생하는 식각의 비등방도의 변화에 의해서 머리빗형 액튜에이터의 스프링 상수, 공진 주파수, 정전 구동력 과리고 진동자 변위 등에서 발생하는 동작 특성이 설계 값으로부터 변화되는 것을 예측하였다. 이를 위해 $6\;{\mu}m$ 두께의 폴리실리콘에 대한 RIE 식각 실험을 수행하여 RF power, $Cl_2$ 유량 그리고 챔버내 압력에 따른 비등방도를 측정하였다. 실험 결과에서 RF Power, $Cl_2$ 유량, 그리고 챔버내 압력이 증가할수록 비등방도 감소하였다. 이러한 비등방도 감소에 따른 머리빗형 구조물의 동작 특성을 세 가지 다른 지지빔의 경우에 대해 예측하였는데 세 가지는 fixed-fixed, crab-leg, 그리고 double crab-leg 구조이다. 비등방도가 감소함에 따라 즉, 지지빔의 단면이 직사각형이 아니고 사다리꼴이 되면서, 머리빗형 액튜에이더의 스프링 상수, 공진 주파수, 그리고 정전 구동력은 감소하였지만 질량체의 변위는 증가하였다. 그리고 세 가지 구조물 중에서 double crab-leg 지지빔을 갖는 머리빗형 액튜에이터의 특성이 비등방도에 의해 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.