JP2005244084A - らせん状高周波コイルとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 低損失微小の高周波コイルの加工工程を簡素化してコスト低減を図るとともに、全体の厚さを薄くする。
【解決手段】 凹部１０２を持つシリコン基板１００と、凹部１０２の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の金の線２０１〜２０７と、開口面にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の金の線３０２〜３０７と、第１及び第２の金の線の端部を接続することにより連続したらせん状の高周波コイルとする。
【選択図】 図１
【解決手段】 凹部１０２を持つシリコン基板１００と、凹部１０２の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の金の線２０１〜２０７と、開口面にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の金の線３０２〜３０７と、第１及び第２の金の線の端部を接続することにより連続したらせん状の高周波コイルとする。
【選択図】 図１
Description
この発明は微細加工技術によるらせん状高周波コイルとその製造方法に関するものである。
従来の高周波コイルは複数のループ状線路を軸線が共通になるように配列したらせん状に形成されている。そのらせん状体の両端部は軸方向に屈曲されて入力部と出力部に形成されていて、これら入出力部が基板に保持されている。
次に動作について説明する。
信号の入力部から入力された高周波信号はループ状線路へと伝送され、信号の出力部から出力される。このとき、１つのループ状線路の周囲に発生する磁界の向きはその他のループ状線路の発生する磁界の向きと同じであり、ループ状線路全体では電流の変化を妨げる向きに電位が発生し、インダクタとして働く。また、電磁界はループ状線路の内側に集中するので基板の影響を受けにくいため、基板の誘電正接による損失は少なく、低損失なコイルとして働く。
次に従来の高周波コイルの加工方法について説明する。
アルミナ基板の上に厚さ３０μｍのポリイミド膜を積層した後、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことにより、入出力部を形成する。さらにポリイミド膜を積層し、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことによりループ状線路の下方部を形成する。次いでポリイミド膜を積層し、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことによりループ状線路の垂直部を作成する。最後に、ポリイミド膜を積層し、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことによりループ状線路の上方部を形成する（例えば、非特許文献１、特にＦｉｇ．９ａ〜ｅ参照）。
他の従来の高周波コイルでは、グランド導体の上にシリコンが堆積されたシリコン基板を設け、シリコン基板の上に薄い誘電体膜を形成し、誘電体膜の上にスパイラルコイル、スパイラルコイルの入出力部およびスパイラルコイルの終端部分と入出力部を結ぶエアブリッジが設けられ、かつスパイラルコイルよりも下方のシリコンはエッチングにより除去されて空孔に形成されている。
次に動作について説明する。
入力部から入力された信号はスパイラルコイルに導かれ、さらに信号はエアブリッジを介して出力部へ導かれる。スパイラルシリコンの下方は空孔に形成されているため、シリコンの誘電体損やシリコンの導体損が生ぜず、このため小型で低損失なコイルが実現できる（例えば、非特許文献２、特にＦｉｇ．２参照）。
次に動作について説明する。
信号の入力部から入力された高周波信号はループ状線路へと伝送され、信号の出力部から出力される。このとき、１つのループ状線路の周囲に発生する磁界の向きはその他のループ状線路の発生する磁界の向きと同じであり、ループ状線路全体では電流の変化を妨げる向きに電位が発生し、インダクタとして働く。また、電磁界はループ状線路の内側に集中するので基板の影響を受けにくいため、基板の誘電正接による損失は少なく、低損失なコイルとして働く。
次に従来の高周波コイルの加工方法について説明する。
アルミナ基板の上に厚さ３０μｍのポリイミド膜を積層した後、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことにより、入出力部を形成する。さらにポリイミド膜を積層し、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことによりループ状線路の下方部を形成する。次いでポリイミド膜を積層し、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことによりループ状線路の垂直部を作成する。最後に、ポリイミド膜を積層し、アルミニウムをマスクとしたエッチングにより溝を形成して銅メッキを行うことによりループ状線路の上方部を形成する（例えば、非特許文献１、特にＦｉｇ．９ａ〜ｅ参照）。
他の従来の高周波コイルでは、グランド導体の上にシリコンが堆積されたシリコン基板を設け、シリコン基板の上に薄い誘電体膜を形成し、誘電体膜の上にスパイラルコイル、スパイラルコイルの入出力部およびスパイラルコイルの終端部分と入出力部を結ぶエアブリッジが設けられ、かつスパイラルコイルよりも下方のシリコンはエッチングにより除去されて空孔に形成されている。
次に動作について説明する。
入力部から入力された信号はスパイラルコイルに導かれ、さらに信号はエアブリッジを介して出力部へ導かれる。スパイラルシリコンの下方は空孔に形成されているため、シリコンの誘電体損やシリコンの導体損が生ぜず、このため小型で低損失なコイルが実現できる（例えば、非特許文献２、特にＦｉｇ．２参照）。
刊行物「コンポーネント、パッケージングおよびマニファクチャリング テクノロジーに関するＩＥＥＥトランザクション」、１９９８年１月ＰＡＲＴ Ｃ，ＶＯＬ．２１，ＮＯ．１に記載のヨンージュン キムおよびマーク ジー．アレン共著による題名「高周波用表面微細加工によるソレノイドインダクタ」
刊行物「マイクロウエーブ理論および技術に関するＩＥＥＥトランザクション」、１９９５年４月ＶＯＬ．４３，ＮＯ．４に記載のチェンーユー チおよびガブリエル エム．レバイツ共著による題名「微細加工技術を用いたマイクロウエーブおよびミリメータ波用のエレメントおよび結合線フィルタ」
非特許文献１に記載の技術では、微細加工技術を用いて基板上にポリイミド膜を何層にも積み上げて高周波コイルを下方部から順次形成するので、加工工程が複雑でコストがかかるという課題があった。
また、非特許文献２に記載の技術では、複数枚のウェハを張り合わせて加工するので、部品の厚みが厚くなるという課題があった。
また、非特許文献２に記載の技術では、複数枚のウェハを張り合わせて加工するので、部品の厚みが厚くなるという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、加工工程が簡易でコスト低減が図れ、かつ部品の薄型化が実現可能な高周波コイルとその製造方法を得ることを目的とする。
この発明に係るらせん状高周波コイルは、凹部を持つ基板と、凹部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路と、凹部の上面部分と同一面の開口面上に設けられた絶縁体と、絶縁体の上面にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路と、第１の導体線路の一端を第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、第１の導体線路の他端を一端が接続された第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部とを備えたものである。
この発明によれば、らせん状導体線路の半分以上は基板の凹部内面の窪んだ部分に設けられ、しかも他の部分の導体線路は凹部の開口面に架設されているので、らせん状導体のほぼ全体が基板の凹部内部に保持されていることになり、したがって、らせん状導体自体の強度や剛性が多少低くても高周波コイルを形成することが可能であり、よって、らせん状導体線路をより薄くかつ細く形成することができるため小型化が可能となるとともに、高周波コイル全体の厚さは基板の高さにほぼ等しく、したがって、全体の厚さを薄くすることができる。
また、第１の導体線路が凹部の窪んだ部分の表面に接することがないから、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
また、第１の導体線路が凹部の窪んだ部分の表面に接することがないから、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波コイルの斜視図、図２、図３は製造工程の途中を示す斜視図である。図４は、第１の導体線路に沿った断面図で製造工程を示す図である。図６は、図１のＡＡ’断面を示す断面図である。シリコン基板１００の表面には絶縁膜１０５が設けられ、絶縁膜１０５が設けられた面にはエッチングにより微小な凹部１０２が形成されている。凹部１０２の設けられた面にはエッチングされた窪みのある部分、即ち凹部の内面と、エッチングされていない、即ち、窪んでいない部分である凹部の上部上面から構成されている。この凹部の内部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路である複数の第１の金の線２０１〜２０７が配置されている。
また、凹部１０２の上部上面部分と同一面の開口面上には、絶縁膜１０６が設けられており、絶縁膜１０６の上面には、それぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路である複数の第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８が形成されている。そして第１の金の線２０１〜２０７の一端を第２の金の線３０１〜３０８の一端に接続する第１の接続部４０１と、第１の金の線の他端を一端が接続される第２の金の線の隣の第２の金の線の一端に接続する第２の接続部４０２を複数設けることにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により電気的に接続される。第１の接続部及び第２の接続部は、接続が容易となるように凹部の上段上面に設けられている。複数の第１の金の線及び複数の第２の金の線が一本の導体となり、金の線はらせん状のコイルに形成される。金の線で形成されたらせん状のコイルのコア部は中空に構成されている。
絶縁膜１０５の上面、凹部１０２の近傍には、第２の金の線３０２〜３０７とほぼ直交する方向に伸びる測定用グラウンドパッド５０１及び５０２が設けられている。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波コイルの斜視図、図２、図３は製造工程の途中を示す斜視図である。図４は、第１の導体線路に沿った断面図で製造工程を示す図である。図６は、図１のＡＡ’断面を示す断面図である。シリコン基板１００の表面には絶縁膜１０５が設けられ、絶縁膜１０５が設けられた面にはエッチングにより微小な凹部１０２が形成されている。凹部１０２の設けられた面にはエッチングされた窪みのある部分、即ち凹部の内面と、エッチングされていない、即ち、窪んでいない部分である凹部の上部上面から構成されている。この凹部の内部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路である複数の第１の金の線２０１〜２０７が配置されている。
また、凹部１０２の上部上面部分と同一面の開口面上には、絶縁膜１０６が設けられており、絶縁膜１０６の上面には、それぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路である複数の第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８が形成されている。そして第１の金の線２０１〜２０７の一端を第２の金の線３０１〜３０８の一端に接続する第１の接続部４０１と、第１の金の線の他端を一端が接続される第２の金の線の隣の第２の金の線の一端に接続する第２の接続部４０２を複数設けることにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により電気的に接続される。第１の接続部及び第２の接続部は、接続が容易となるように凹部の上段上面に設けられている。複数の第１の金の線及び複数の第２の金の線が一本の導体となり、金の線はらせん状のコイルに形成される。金の線で形成されたらせん状のコイルのコア部は中空に構成されている。
絶縁膜１０５の上面、凹部１０２の近傍には、第２の金の線３０２〜３０７とほぼ直交する方向に伸びる測定用グラウンドパッド５０１及び５０２が設けられている。
次に上記構成に係る高周波コイルの製造方法について説明する。
まず、図２に示すように絶縁膜１０５が設けられたシリコン基板１００の表面にウェットエッチングを施して深さ３０μｍほどの凹部１０２を設ける。次に図３に示すようにこの凹部１０２の内面から基板１００の上面にかけて金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの複数の第１の金の線２０１〜２０７を残す。このとき、各々の第１の金の線２０１〜２０７の両端がシリコン基板１００の凹部の上段上面にわずかに残るようにしておく（図４（ａ）参照。）。
まず、図２に示すように絶縁膜１０５が設けられたシリコン基板１００の表面にウェットエッチングを施して深さ３０μｍほどの凹部１０２を設ける。次に図３に示すようにこの凹部１０２の内面から基板１００の上面にかけて金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの複数の第１の金の線２０１〜２０７を残す。このとき、各々の第１の金の線２０１〜２０７の両端がシリコン基板１００の凹部の上段上面にわずかに残るようにしておく（図４（ａ）参照。）。
次に、犠牲層としてたとえばフォトレジスト１０００を凹部１０２に充填してシリコン基板１００の凹部の上面と同じ面で平坦化する。このとき、第１の金の線２０１〜２０７の各々の両端部が犠牲層から露出するようにする（図４（ｂ））。
次いで窒化シリコンの薄膜からなる第１の絶縁体の膜１０６をスパッタし、フォトエッチングにより凹部１０２の開口面よりも少し大きくパターニングする。次いで前工程で形成した第１の金の線２０１〜２０７の両端部が絶縁体から露出するようにエッチングし、同時に犠牲層を取り除くための図示しない穴を絶縁体にあけておく（図４（ｃ））。次に第１の絶縁体の膜１０２の上に金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８及び測定用グラウンドパッド５０１及び５０２をパターニングする。
その際、第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８の各々の両端部が第１の金の線２０１〜２０７の各々の両端部に接合させるための第１及び第２の接続部４０１，４０２を形成する（図４（ｄ））。上述したように第１及び第２の接続部４０１，４０２を形成することにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により電気的に接続される。
次いで窒化シリコンの薄膜からなる第１の絶縁体の膜１０６をスパッタし、フォトエッチングにより凹部１０２の開口面よりも少し大きくパターニングする。次いで前工程で形成した第１の金の線２０１〜２０７の両端部が絶縁体から露出するようにエッチングし、同時に犠牲層を取り除くための図示しない穴を絶縁体にあけておく（図４（ｃ））。次に第１の絶縁体の膜１０２の上に金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８及び測定用グラウンドパッド５０１及び５０２をパターニングする。
その際、第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８の各々の両端部が第１の金の線２０１〜２０７の各々の両端部に接合させるための第１及び第２の接続部４０１，４０２を形成する（図４（ｄ））。上述したように第１及び第２の接続部４０１，４０２を形成することにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により電気的に接続される。
最後に犠牲層として凹部１０２に充填されているフォトレジスト１０００をウェットエッチングで、第１の金の線の下部の基板材１０３をドライエッチングにより取り除くことで第１及び第２の金の線３０１，２０１，３０２，２０２，３０３，２０３，３０４，２０４，３０５，２０５，３０６，２０６，３０７，２０７，３０８は連続する一本のらせん状導体となり、全体としてらせん状導体の内部が中空で、第１の金の線２０１〜２０７の両端を除く部分が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態となるコイルが得られる。図４（ｅ）及び図５は犠牲層のみが除去された状況を示す図で、図４（ｆ）及び図６は、犠牲層のみならず、第１の金の線の下部の基板材１０３も除去された状況を示す図である。
凹部内に犠牲層を充填し、犠牲層上に第１の絶縁体の膜１０２及び第２の金の線を形成した後、凹部に充填された犠牲層を除去するので、工程の簡略化が図れてコスト低減が可能となるとともに、全体の厚さを薄くすることができる。
第１の金の線が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態で、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
凹部内に犠牲層を充填し、犠牲層上に第１の絶縁体の膜１０２及び第２の金の線を形成した後、凹部に充填された犠牲層を除去するので、工程の簡略化が図れてコスト低減が可能となるとともに、全体の厚さを薄くすることができる。
第１の金の線が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態で、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
次に動作について説明する。
らせん状導体の入力端子となる金の線３０５から高周波信号が入力されると、この高周波信号は金の線を２０１，３０２，２０２，３０３，２０３，３０４，２０４，３０５，２０５，３０６，２０６，３０７，２０７の順で伝達され、金の線３０８から出力される。このように電流がらせん状に流れるため、第２の金の線３０２〜３０７に流れる電流の向きは等しく、また、第１の金の線２０１〜２０７に流れる電流の向きも等しくなる。これにより凹部１０２の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になり、また第１の金の線が基板と接していないため損失がほとんどない。このためこの微小ならせん状導体は低損失となる。
凹部１０２の開口面積が大きいものであっても第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８が第１の絶縁体の膜１０４により支えられるためらせん状導体の作製が容易になる。
らせん状導体の入力端子となる金の線３０５から高周波信号が入力されると、この高周波信号は金の線を２０１，３０２，２０２，３０３，２０３，３０４，２０４，３０５，２０５，３０６，２０６，３０７，２０７の順で伝達され、金の線３０８から出力される。このように電流がらせん状に流れるため、第２の金の線３０２〜３０７に流れる電流の向きは等しく、また、第１の金の線２０１〜２０７に流れる電流の向きも等しくなる。これにより凹部１０２の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になり、また第１の金の線が基板と接していないため損失がほとんどない。このためこの微小ならせん状導体は低損失となる。
凹部１０２の開口面積が大きいものであっても第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８が第１の絶縁体の膜１０４により支えられるためらせん状導体の作製が容易になる。
基板１００としてはシリコンに限定されることなく、ガラス、ＧａＡｓ、アルミなど微細な加工が可能な材料であれば利用できる。また、金の線は金に限定されることなく、例えばフォトリソグラフィー技術によりパターンが作成できるものなら利用できる。金の線の厚みは用いられる金属の導電率及び利用する周波数を考慮し表皮深さ以上であることが望ましい。
なお、上記実施の形態１では第１の絶縁体の膜１０２の上に第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８を形成しているが、これに限らず第２の金の線及び入出力部となる金の線３０１〜３０８を第１の絶縁体の膜１０６の上に設けず犠牲層の上に直接設けるようにしてもよい。図７は、犠牲層の上に第２の金の線を直接設け、その後の犠牲層を取り除く等の工程をほぼ同様に行うことにより作成したらせん状コイル装置を示す斜視図である。
第１の絶縁体の膜を設ける工程等を省略することができ、より簡易に作成することができる。
また、凹部の窪んだ部分の内面の基板をエッチングする際に、エッチングされない薄膜、例えば、酸化膜１０４などを凹部の窪み内部傾斜面に設け、基板のエッチング面積を少し減らし、微小コイルの機械的な強度を上げた構造とすることができる。図８は犠牲層のみが除去された状況を示す断面図で、図９は、犠牲層のみならず第１の金の線の下部の基板材１０３も除去された状況を示す断面図である。図７と図９を比べるとわかるように、酸化膜１０４の下部の基板がエッチングされることがないので、図７の実施例に比べても基板の機械的強度が高いことがわかる。
また、犠牲層除去用穴を通して凹部内部窪んだ部分の第１の金の線と接触している基板のエッチングが容易ではない場合、凹部内部窪んだ部分に形成された第１の金の線の間の基板を予めエッチングし、第１の金の線の下部にトレンチ１０５を持つ構造とすることもできる。図１０は第１の金の線の間の基板をエッチングした後に、犠牲層を充填する方法で作られたものの断面図である。
図１〜図７で説明した実施例の作成方法において、充填層を充填する前に、上述したトレンチを作成する工程を加え、犠牲層を除去する後の工程の第１の金の線の下部の基板材１０３も除去する工程を行わないだけで、図１０に示すようなトレンチを備えたらせん状コイルを作成することができる。図７に示すような第１の金の線の下部が完全に除去されているものに比べれば、損失が大きくなるが、基板がガラスである場合などエッチングが比較的困難な材料であっても、容易に制作することができる。
第１及び第２の金の線を７本及び６本用いたものについて説明したが、第１及び第２の金の線の数は、その用途等により適宜変更することも可能である。
第１の金の線の下部の基板材１０３、全ての部分（基板の上部上面部分を除く）を除去する例を示したが、全ての部分でなく、一部基板に保持されるようにしても良い。その場合、第１の金の線の一部が基板に保持され、コイルが頑丈な構造となる。
第１の絶縁体の膜を設ける工程等を省略することができ、より簡易に作成することができる。
また、凹部の窪んだ部分の内面の基板をエッチングする際に、エッチングされない薄膜、例えば、酸化膜１０４などを凹部の窪み内部傾斜面に設け、基板のエッチング面積を少し減らし、微小コイルの機械的な強度を上げた構造とすることができる。図８は犠牲層のみが除去された状況を示す断面図で、図９は、犠牲層のみならず第１の金の線の下部の基板材１０３も除去された状況を示す断面図である。図７と図９を比べるとわかるように、酸化膜１０４の下部の基板がエッチングされることがないので、図７の実施例に比べても基板の機械的強度が高いことがわかる。
また、犠牲層除去用穴を通して凹部内部窪んだ部分の第１の金の線と接触している基板のエッチングが容易ではない場合、凹部内部窪んだ部分に形成された第１の金の線の間の基板を予めエッチングし、第１の金の線の下部にトレンチ１０５を持つ構造とすることもできる。図１０は第１の金の線の間の基板をエッチングした後に、犠牲層を充填する方法で作られたものの断面図である。
図１〜図７で説明した実施例の作成方法において、充填層を充填する前に、上述したトレンチを作成する工程を加え、犠牲層を除去する後の工程の第１の金の線の下部の基板材１０３も除去する工程を行わないだけで、図１０に示すようなトレンチを備えたらせん状コイルを作成することができる。図７に示すような第１の金の線の下部が完全に除去されているものに比べれば、損失が大きくなるが、基板がガラスである場合などエッチングが比較的困難な材料であっても、容易に制作することができる。
第１及び第２の金の線を７本及び６本用いたものについて説明したが、第１及び第２の金の線の数は、その用途等により適宜変更することも可能である。
第１の金の線の下部の基板材１０３、全ての部分（基板の上部上面部分を除く）を除去する例を示したが、全ての部分でなく、一部基板に保持されるようにしても良い。その場合、第１の金の線の一部が基板に保持され、コイルが頑丈な構造となる。
また、凹部に形成されてある金の線の一端を一方向または交互対称に延ばし、延ばした先の一部分と測定用グラウンドパッド５０１あるいは５０２を窒化シリコン１００１などの誘電体に挟むことにより、コンデンサを設けることも可能である。図１１は、金の線の一端を延ばし、その先端の一部の上に窒化シリコン１００１を、窒化シリコン１００１の上に測定用グラウンドパッド５０１を設けコンデンサ１００２とした例を示す。測定用グランドパッドの上に窒化シリコンを設け、窒化シリコンの上に金の線を設けることによりコンデンサとしても良い。
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２による高周波コイルの斜視図である。シリコン基板１００の表面には絶縁膜１０５が設けられ、絶縁膜１０５が設けられた面にはエッチングにより微小な凹部１０２が形成されている。凹部１０２の設けられた面にはエッチングされた窪みのある部分、即ち凹部の内面と、エッチングされていない、即ち、窪んでいない部分である凹部の上部上面から構成されている。この凹部の内部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられたた複数の第１の導体線路である複数の第１の金の線７０１，７０３，７０５と、それぞれ略並行に設けられた複数の第３の導体線路である複数の第３の金の線７０２，７０４，７０６が、交互に配置されている。
また、凹部１０２の上部上面部分と同一面の開口面上には、絶縁膜１０６が設けられており、絶縁膜１０６の上面には、それぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路である複数の第２の金の線６０３，６０５と、それぞれ略並行に架設された複数の第４の導体線路である、複数の第４の金の線６０４，６０６とが交互に配置されている。
そして第１の金の線の一端を第２の金の線の一端に接続する第１の接続部４０３と、第１の金の線の他端を一端が接続する第２の金の線の隣の第２の金の線の一端に接続する第２の接続部４０４を複数設けることにより、隣り合う第１の金の線が第２の金の線により接続される。また、第３の金の線の一端を第４の金の線の一端に接続する第３の接続部４０５と、第３の金の線の他端を一端が接続する第４の金の線の隣の第４の金の線の一端に接続する第４の接続部４０６を複数設けることにより、隣り合う第３の金の線が第４の金の線により接続される。
第１〜４の接続部は、接続が容易となるように凹部の上段上面に設けられている。そして、複数の第１の金の線及び複数の第２の金の線が一本の導体となり、第１のらせん状のコイルに形成される。また、複数の第３の金の線及び複数の第４の金の線が一本の導体となり、第２のらせん状のコイルに形成される。そして、金の線で形成されたら第１及び第２のらせん状のコイルのコア部は中空に構成されている。
図１２はこの発明の実施の形態２による高周波コイルの斜視図である。シリコン基板１００の表面には絶縁膜１０５が設けられ、絶縁膜１０５が設けられた面にはエッチングにより微小な凹部１０２が形成されている。凹部１０２の設けられた面にはエッチングされた窪みのある部分、即ち凹部の内面と、エッチングされていない、即ち、窪んでいない部分である凹部の上部上面から構成されている。この凹部の内部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられたた複数の第１の導体線路である複数の第１の金の線７０１，７０３，７０５と、それぞれ略並行に設けられた複数の第３の導体線路である複数の第３の金の線７０２，７０４，７０６が、交互に配置されている。
また、凹部１０２の上部上面部分と同一面の開口面上には、絶縁膜１０６が設けられており、絶縁膜１０６の上面には、それぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路である複数の第２の金の線６０３，６０５と、それぞれ略並行に架設された複数の第４の導体線路である、複数の第４の金の線６０４，６０６とが交互に配置されている。
そして第１の金の線の一端を第２の金の線の一端に接続する第１の接続部４０３と、第１の金の線の他端を一端が接続する第２の金の線の隣の第２の金の線の一端に接続する第２の接続部４０４を複数設けることにより、隣り合う第１の金の線が第２の金の線により接続される。また、第３の金の線の一端を第４の金の線の一端に接続する第３の接続部４０５と、第３の金の線の他端を一端が接続する第４の金の線の隣の第４の金の線の一端に接続する第４の接続部４０６を複数設けることにより、隣り合う第３の金の線が第４の金の線により接続される。
第１〜４の接続部は、接続が容易となるように凹部の上段上面に設けられている。そして、複数の第１の金の線及び複数の第２の金の線が一本の導体となり、第１のらせん状のコイルに形成される。また、複数の第３の金の線及び複数の第４の金の線が一本の導体となり、第２のらせん状のコイルに形成される。そして、金の線で形成されたら第１及び第２のらせん状のコイルのコア部は中空に構成されている。
次に上記構成に係る高周波コイルの製造方法について説明する。
実施の形態１と同様に、まずシリコン基板１００に絶縁膜１０５が設けられたウェットエッチングを施して深さ３０μｍほどの凹部１０２を設ける。次に図３に示すようにこの凹部１０２の内面から基板１００の上面にかけて金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの複数の第１及び第３の金の線７０１〜７０６を残す。このとき、各々の第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端がシリコン基板１００の凹部の上段上面にわずかに残るようにしておく。
実施の形態１と同様に、まずシリコン基板１００に絶縁膜１０５が設けられたウェットエッチングを施して深さ３０μｍほどの凹部１０２を設ける。次に図３に示すようにこの凹部１０２の内面から基板１００の上面にかけて金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの複数の第１及び第３の金の線７０１〜７０６を残す。このとき、各々の第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端がシリコン基板１００の凹部の上段上面にわずかに残るようにしておく。
次に、犠牲層としてたとえばフォトレジスト１０００を凹部１０２に充填してシリコン基板１００の上面と同じ面で平坦化する。このとき、それぞれ交互に設けられた第１及び第３の金の線７０１〜７０６の各々の両端部が犠牲層から露出するようにする。
次いで窒化シリコンの薄膜からなる第１の絶縁体の膜１０６をスパッタし、フォトエッチングにより凹部１０２の開口面よりも少し大きくパターニングする。次いで前工程で形成した第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端部が絶縁体から露出するようにエッチングし、同時に犠牲層を取り除くための図示しない穴を絶縁体にあけておく。
次に第１の絶縁体の膜１０６の上に金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの第２及び第４の金の線及び入出力部となる金の線６０１〜６０８及び測定用グラウンドパッド５０１及び５０２をパターニングする。その際、第２の金の線６０３，６０５の各々の両端部が第１の金の線７０１，７０３，７０５の各々の両端部に接合させるための第１及び第２の接合部を設ける。また、第４の金の線６０４，６０６の各々の両端部が第３の金の線７０２，７０４，７０６の各々の両端部に接合させるための第３及び第４の接合部を設ける。第１〜４の接合部を形成することにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により、隣り合う第３の金の線同士が第４の金の線により、それぞれ電気的に接続される。
次いで窒化シリコンの薄膜からなる第１の絶縁体の膜１０６をスパッタし、フォトエッチングにより凹部１０２の開口面よりも少し大きくパターニングする。次いで前工程で形成した第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端部が絶縁体から露出するようにエッチングし、同時に犠牲層を取り除くための図示しない穴を絶縁体にあけておく。
次に第１の絶縁体の膜１０６の上に金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの第２及び第４の金の線及び入出力部となる金の線６０１〜６０８及び測定用グラウンドパッド５０１及び５０２をパターニングする。その際、第２の金の線６０３，６０５の各々の両端部が第１の金の線７０１，７０３，７０５の各々の両端部に接合させるための第１及び第２の接合部を設ける。また、第４の金の線６０４，６０６の各々の両端部が第３の金の線７０２，７０４，７０６の各々の両端部に接合させるための第３及び第４の接合部を設ける。第１〜４の接合部を形成することにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により、隣り合う第３の金の線同士が第４の金の線により、それぞれ電気的に接続される。
最後に犠牲層として凹部１０２に充填されているフォトレジスト１０００をウェットエッチングで、第１の金の線の下部の基板材１０３をドライエッチングにより取り除くことで取り除くことで、金の線が６０１，７０１，６０３，７０３，６０５，７０５，６０７と連続する一本のらせん状導体と、金の線が６０２，７０２，６０４，７０４，６０６，７０６，６０８と連続するもう一本のらせん状導体が、全体としてらせん状導体の内部が中空で、第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端を除く部分が基板１００接することなく空中にうかんだ状態となるコイルが得られる。
凹部内に犠牲層を充填し、犠牲層上に第２及び第４の金の線を形成した後、凹部に充填された犠牲層を除去するので、工程の簡略化が図れてコスト低減が可能となるとともに、全体の厚さを薄くすることができる。
第１及び第３の金の線が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態で、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
絶縁膜１０５の上面、凹部１０２の近傍には、第２及び第４の金の線６０３〜６０６とほぼ直交する方向に伸びる測定用グラウンドパッド５０１及び５０２が設けられている。
凹部内に犠牲層を充填し、犠牲層上に第２及び第４の金の線を形成した後、凹部に充填された犠牲層を除去するので、工程の簡略化が図れてコスト低減が可能となるとともに、全体の厚さを薄くすることができる。
第１及び第３の金の線が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態で、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
絶縁膜１０５の上面、凹部１０２の近傍には、第２及び第４の金の線６０３〜６０６とほぼ直交する方向に伸びる測定用グラウンドパッド５０１及び５０２が設けられている。
次に動作について説明する。
らせん状導体の入力端子となる金の線６０１から高周波信号が入力されると、高周波信号は金の線７０１，６０３，７０３，６０５，７０５の順で信号が伝達され、金の線６０７から出力される。このように電流がらせん状に流れるため、金の線６０３，６０５に流れる電流の向きは等しく、また、金の線７０１，７０３，７０５に流れる電流の向きも等しくなる。これにより凹部１０２の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になり、また第１の金の線が基板と接していないため損失がほとんどない。このためこの微小ならせん状導体は低損失となる。
凹部１０２の開口面積が大きいものであっても第２及び第４の金の線及び入出力部となる金の線６０１〜６０８が第１の絶縁体の膜１０４により支えられるためらせん状導体の作製が容易になる。
らせん状導体の入力端子となる金の線６０１から高周波信号が入力されると、高周波信号は金の線７０１，６０３，７０３，６０５，７０５の順で信号が伝達され、金の線６０７から出力される。このように電流がらせん状に流れるため、金の線６０３，６０５に流れる電流の向きは等しく、また、金の線７０１，７０３，７０５に流れる電流の向きも等しくなる。これにより凹部１０２の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になり、また第１の金の線が基板と接していないため損失がほとんどない。このためこの微小ならせん状導体は低損失となる。
凹部１０２の開口面積が大きいものであっても第２及び第４の金の線及び入出力部となる金の線６０１〜６０８が第１の絶縁体の膜１０４により支えられるためらせん状導体の作製が容易になる。
また、別のらせん状導体の入力端子となる金の線６０２から高周波信号が入力されると、高周波信号は金の線７０２，６０４，７０４，６０６，７０６の順で信号が伝達され、金の線６０８から出力される。このように電流がらせん状に流れるため、金の線６０４，６０６に流れる電流の向きは等しく、また、金の線７０２，７０４，７０６に流れる電流の向きも等しくなる。これにより凹部の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になり、また第１の金の線が基板と接していないため損失がほとんどない。このためこの別の微小ならせん状導体は低損失となる。
さらに、第２及び第４の金の線６０３〜６０６はほぼ同じ向きに並んでおり、第１及び第３の金の線７０１〜７０６はほぼ同じ向きに並んでいるので、２つのらせん状導体は電磁界的に結合しており、一つのらせん状導体に電流を流すと、もう一つのらせん状導体にも電流が誘起され、したがって図１２に示す高周波コイルは結合器として機能する。
実施の形態１と同様に基板１００の材質としてはシリコンに限定されることなく、ガラス、ＧａＡｓ、アルミなど微細な加工が可能な材料であれば利用できる。また、金の線は例えばフォトリソグラフィー技術によりパターンが作成できるものなら利用できる。金の線の厚みは用いられる金属の導電率及び利用する周波数を考慮し表皮深さ以上であることが望ましい。
なお、上記実施の形態２では第１の絶縁体の膜１０６の上に第２及び第４の金の線及び入出力部となる金の線６０１〜６０８を形成しているが、これに限らず第２の金の線及び入出力部となる金の線６０１〜６０８を第１の絶縁体の膜１０６の上に設けず犠牲層の上に直接設けるようにしてもよい。図１３は、犠牲層の上に第２及び第４の金の線を直接設け、その後の犠牲層を取り除く等の工程をほぼ同様に行うことにより作成したらせん状コイル装置を示す斜視図である。
第１の絶縁体の膜を設ける工程等を省略することができ、より簡易に作成することができる。
また、本実施の形態２において、２つのコイルができるものについて説明したが、第５、第６の金の線を設け、３つのコイルとなるようにしてもよいし、更に金の線を設け、所望のコイル数となるようにしてもよい。
実施の形態１と同様、第１〜４の金の線の数は、その用途等により適宜変更することが可能である。
また、実施の形態１と同様、凹部の窪んだ部分の内面の基板をエッチングする際に、エッチングされない薄膜、例えば、酸化膜１０４などを凹部の窪み内部傾斜面に設け、基板のエッチング面積を少し減らし、微小コイルの機械的な強度を上げた構造とすることができる。
実施の形態１と同様に、犠牲層除去用穴を通して凹部内部窪んだ部分の第１の金の線と接触している基板のエッチングが容易ではない場合、凹部内部窪んだ部分に形成された第１の金の線の間の基板を予めエッチングし、第１の金の線の下部にトレンチ１０５を持つ構造とすることもできる。
充填層を充填する前に、上述したトレンチを作成する工程を加え、犠牲層を除去する後の工程の第１の金の線の下部の基板材１０３も除去する工程を行わないだけで、トレンチを備えたらせん状コイルを作成することができる。第１の金の線の下部が完全に除去されているものに比べれば、損失が大きくなるが、基板がガラスである場合などエッチングが比較的困難な材料であっても、容易に制作することができる。
実施の形態１と同様に、第１及び第３の金の線の下部の基板材１０３、全ての部分（基板の上部上面部分を除く）を除去する例を示したが、全ての部分でなく、一部基板に保持されるようにしても良い。その場合、第１の金の線の一部が基板に保持され、コイルが頑丈な構造となる。
また実施の形態１と同様に、凹部に形成されてある金の線の一端を一方向または交互対称に延ばし、延ばした先の一部分と測定用グラウンドパッド５０１あるいは５０２を窒化シリコン１００１などの誘電体に挟むことにより、コンデンサを設けることも可能である。測定用グランドパッドの上に窒化シリコンを設け、窒化シリコンの上に金の線の一端を一方向または交互対称に延ばしコンデンサを設けるようにしても良い。
第１の絶縁体の膜を設ける工程等を省略することができ、より簡易に作成することができる。
また、本実施の形態２において、２つのコイルができるものについて説明したが、第５、第６の金の線を設け、３つのコイルとなるようにしてもよいし、更に金の線を設け、所望のコイル数となるようにしてもよい。
実施の形態１と同様、第１〜４の金の線の数は、その用途等により適宜変更することが可能である。
また、実施の形態１と同様、凹部の窪んだ部分の内面の基板をエッチングする際に、エッチングされない薄膜、例えば、酸化膜１０４などを凹部の窪み内部傾斜面に設け、基板のエッチング面積を少し減らし、微小コイルの機械的な強度を上げた構造とすることができる。
実施の形態１と同様に、犠牲層除去用穴を通して凹部内部窪んだ部分の第１の金の線と接触している基板のエッチングが容易ではない場合、凹部内部窪んだ部分に形成された第１の金の線の間の基板を予めエッチングし、第１の金の線の下部にトレンチ１０５を持つ構造とすることもできる。
充填層を充填する前に、上述したトレンチを作成する工程を加え、犠牲層を除去する後の工程の第１の金の線の下部の基板材１０３も除去する工程を行わないだけで、トレンチを備えたらせん状コイルを作成することができる。第１の金の線の下部が完全に除去されているものに比べれば、損失が大きくなるが、基板がガラスである場合などエッチングが比較的困難な材料であっても、容易に制作することができる。
実施の形態１と同様に、第１及び第３の金の線の下部の基板材１０３、全ての部分（基板の上部上面部分を除く）を除去する例を示したが、全ての部分でなく、一部基板に保持されるようにしても良い。その場合、第１の金の線の一部が基板に保持され、コイルが頑丈な構造となる。
また実施の形態１と同様に、凹部に形成されてある金の線の一端を一方向または交互対称に延ばし、延ばした先の一部分と測定用グラウンドパッド５０１あるいは５０２を窒化シリコン１００１などの誘電体に挟むことにより、コンデンサを設けることも可能である。測定用グランドパッドの上に窒化シリコンを設け、窒化シリコンの上に金の線の一端を一方向または交互対称に延ばしコンデンサを設けるようにしても良い。
実施の形態３．
図１４はこの発明の実施の形態３による高周波コイルの斜視図で、図１５は図１４の断面図である。シリコン基板１００の表面には絶縁膜１０５が設けられ、絶縁膜１０５が設けられた面にはエッチングにより微小な凹部１０２が形成されている。凹部１０２の設けられた面にはエッチングされた窪みのある部分、即ち凹部の内面と、エッチングされていない、即ち、窪んでいない部分である凹部の上部上面から構成されている。この凹部の内部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路である複数の第１の金の線７０１，７０３，７０５と、それぞれ略並行に設けられた複数の第３の導体線路である複数の第３の金の線７０２，７０４，７０６が、交互に配置されている。
また、凹部１０２の上部上面部分と同一面の開口面上には、二層の第１及び第２の絶縁体９０５，９０６が設けられており、第１及び第２の絶縁体９０５，９０６の間にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路である、複数の第２の金の線８０３，８０５と、それぞれ略並行に架設された複数の第４の導体線路である、複数の第４の金の線８０４，８０６とが交互に配置されている。
そして第１の金の線の一端を第２の金の線の一端に接続する第１の接続部４０３と、第１の金の線の他端を一端が接続する第２の金の線の隣の第２の金の線の一端に接続する第２の接続部４０４を複数設けることにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により接続される。また、第３の金の線の一端を第４の金の線の一端に接続する第３の接続部４０５と、第３の金の線の他端を一端が接続する第４の金の線の隣の第４の金の線の一端に接続する第４の接続部４０６を複数設けることにより、隣り合う第３の金の線同士が第４の金の線により接続される。
第１〜４の接続部４０３〜４０６は、接続が容易となるように凹部の上段上面に設けられている。そして、複数の第１の金の線及び複数の第２の金の線が一本の導体となり、第１のらせん状のコイルに形成される。また、複数の第３の金の線及び複数の第４の金の線が一本の導体となり、第２のらせん状のコイルに形成される。そして、金の線で形成された第１及び第２のらせん状のコイルのコア部は中空に構成されている。
第１の絶縁体９０５の下面に第１の磁性体９０２が、第１の絶縁体９０５の上面に設けられている第２の絶縁体９０６の上面に第２の磁性体９０１がそれぞれ設けられており、また第１及び第２の絶縁体９０５，９０６を貫通する第３及び第４の磁性体９０３，９０４が第１及び第２の磁性体９０１，９０２の端部を接続し、二層の第１及び第２の絶縁体９０５，９０６に第１〜４の磁性体９０１〜９０４からなる中空体を支持させ、かつ複数の第２及び第４の金の線８０３〜８０６の一部を中空体に非接触状態で挿通させた形状となっている。
絶縁膜１０５の上面、凹部１０２の近傍には、第２及び第４の金の線８０３〜８０６とほぼ直交する方向に伸びる測定用グラウンドパッド５０１及び５０２が設けられている。
図１４はこの発明の実施の形態３による高周波コイルの斜視図で、図１５は図１４の断面図である。シリコン基板１００の表面には絶縁膜１０５が設けられ、絶縁膜１０５が設けられた面にはエッチングにより微小な凹部１０２が形成されている。凹部１０２の設けられた面にはエッチングされた窪みのある部分、即ち凹部の内面と、エッチングされていない、即ち、窪んでいない部分である凹部の上部上面から構成されている。この凹部の内部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路である複数の第１の金の線７０１，７０３，７０５と、それぞれ略並行に設けられた複数の第３の導体線路である複数の第３の金の線７０２，７０４，７０６が、交互に配置されている。
また、凹部１０２の上部上面部分と同一面の開口面上には、二層の第１及び第２の絶縁体９０５，９０６が設けられており、第１及び第２の絶縁体９０５，９０６の間にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路である、複数の第２の金の線８０３，８０５と、それぞれ略並行に架設された複数の第４の導体線路である、複数の第４の金の線８０４，８０６とが交互に配置されている。
そして第１の金の線の一端を第２の金の線の一端に接続する第１の接続部４０３と、第１の金の線の他端を一端が接続する第２の金の線の隣の第２の金の線の一端に接続する第２の接続部４０４を複数設けることにより、隣り合う第１の金の線同士が第２の金の線により接続される。また、第３の金の線の一端を第４の金の線の一端に接続する第３の接続部４０５と、第３の金の線の他端を一端が接続する第４の金の線の隣の第４の金の線の一端に接続する第４の接続部４０６を複数設けることにより、隣り合う第３の金の線同士が第４の金の線により接続される。
第１〜４の接続部４０３〜４０６は、接続が容易となるように凹部の上段上面に設けられている。そして、複数の第１の金の線及び複数の第２の金の線が一本の導体となり、第１のらせん状のコイルに形成される。また、複数の第３の金の線及び複数の第４の金の線が一本の導体となり、第２のらせん状のコイルに形成される。そして、金の線で形成された第１及び第２のらせん状のコイルのコア部は中空に構成されている。
第１の絶縁体９０５の下面に第１の磁性体９０２が、第１の絶縁体９０５の上面に設けられている第２の絶縁体９０６の上面に第２の磁性体９０１がそれぞれ設けられており、また第１及び第２の絶縁体９０５，９０６を貫通する第３及び第４の磁性体９０３，９０４が第１及び第２の磁性体９０１，９０２の端部を接続し、二層の第１及び第２の絶縁体９０５，９０６に第１〜４の磁性体９０１〜９０４からなる中空体を支持させ、かつ複数の第２及び第４の金の線８０３〜８０６の一部を中空体に非接触状態で挿通させた形状となっている。
絶縁膜１０５の上面、凹部１０２の近傍には、第２及び第４の金の線８０３〜８０６とほぼ直交する方向に伸びる測定用グラウンドパッド５０１及び５０２が設けられている。
次に上記構成に係る高周波コイルの作成方法について説明する。
実施の形態１と同様に、まずシリコン基板１００に絶縁膜１０５が設けられたウェットエッチングを施して深さ３０μｍほどの凹部１０２を設ける。次いで金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの第１及び第３の金の線７０１〜７０６を残す。このとき、各々の第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端がシリコン基板１００の凹部の上段上面にわずかに残るようにしておく。
実施の形態１と同様に、まずシリコン基板１００に絶縁膜１０５が設けられたウェットエッチングを施して深さ３０μｍほどの凹部１０２を設ける。次いで金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの第１及び第３の金の線７０１〜７０６を残す。このとき、各々の第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端がシリコン基板１００の凹部の上段上面にわずかに残るようにしておく。
次に、犠牲層としてたとえばフォトレジスト１０００を凹部１０２に充填し、シリコン基板１００の上面と同じ面で平坦化する。このとき、第１及び第３の金の線７０１〜７０６の各々の線の両端の部分が犠牲層から露出するようにする。次に第１の磁性体９０２を犠牲層の上にスパッタし、フォトエッチングにより凹部１０２の中央部に位置するようにパターニングする。
次いで窒化シリコンの薄膜からなる第１の絶縁体の膜９０５をスパッタし、フォトエッチングにより凹部１０２の開口面よりも少し大きくパターニングする。次いで前工程で形成した第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端部が絶縁体から露出するようにエッチングし、同時に犠牲層を取り除くための図示しない穴を絶縁体にあけておく。次に第１の絶縁体の膜９０５の上に金をスパッタし、フォトエッチングにより１μｍほどの厚みの第２及び第４の金の線及び入出力部となる金の線８０１〜８０８及び測定用グラウンドパッド５０１及び５０２をパターニングする。
続いて第２及び第４の金の線及び入出力部となる金の線８０１〜８０８の上に窒化シリコンの薄膜からなる第２の絶縁体の膜９０６をスパッタし、フォトエッチングにより凹部１０２の開口面よりも少し大きくパターニングする。次いで第１及び第２の絶縁体の膜９０５、９０６に、第１の磁性体９０２の両端部に連なる溝をドライエッチングにより形成して、これら溝に第３及び第４の磁性体９０３，９０４を設ける。
その後、第２の絶縁体の膜９０６の上に第２の磁性体９０１をスパッタし、フォトエッチングにより第３及び第４の磁性体９０３，９０４間に位置するようにパターニングして、４つの第１〜４の磁性体９０１〜９０４により直方体の内部に直方体をくりぬいた形状の中空体が形成される。
最後に犠牲層として凹部１０２に充填されているフォトレジスト１０００をウェットエッチングで、第１の金の線の下部の基板材１０３をドライエッチングにより取り除くことで第１及び第２の金の線が８０１，７０１，８０３，７０３，８０５，７０５，８０７と連続する一本のらせん状導体と、第３及び第４の金の線が８０２，７０２，８０４，７０４，８０６，７０６，８０８と連続するもう一本のらせん状導体が、全体としてらせん状導体の内部が中空で、第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端を除く部分が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態となるコイルが得られる。
凹部内に犠牲層を充填し、犠牲層上に第２及び第４の金の線を形成した後、凹部に充填された犠牲層を除去するので、工程の簡略化が図れてコスト低減が可能となるとともに、全体の厚さを薄くすることができる。
第１及び第３の金の線が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態で、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
最後に犠牲層として凹部１０２に充填されているフォトレジスト１０００をウェットエッチングで、第１の金の線の下部の基板材１０３をドライエッチングにより取り除くことで第１及び第２の金の線が８０１，７０１，８０３，７０３，８０５，７０５，８０７と連続する一本のらせん状導体と、第３及び第４の金の線が８０２，７０２，８０４，７０４，８０６，７０６，８０８と連続するもう一本のらせん状導体が、全体としてらせん状導体の内部が中空で、第１及び第３の金の線７０１〜７０６の両端を除く部分が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態となるコイルが得られる。
凹部内に犠牲層を充填し、犠牲層上に第２及び第４の金の線を形成した後、凹部に充填された犠牲層を除去するので、工程の簡略化が図れてコスト低減が可能となるとともに、全体の厚さを薄くすることができる。
第１及び第３の金の線が基板１００と接することなく空中にうかんだ状態で、第１の導体線路が空気に囲まれているため、凹部の窪んだ部分の表面に第１の導体線路に接している場合と比較しても、より低損失とすることができる。
次に動作について説明する。
らせん状導体の入力端子となる金の線８０１から高周波信号が入力されると、高周波信号は金の線７０１，８０３，７０３，８０５，７０５の順で信号が伝達され、金の線８０７から出力される。このように電流がらせん状に流れるため、金の線８０３，８０５に流れる電流の向きは等しく、また、金の線７０１，７０３，７０５に流れる電流の向きも等しくなる。
らせん状導体の入力端子となる金の線８０１から高周波信号が入力されると、高周波信号は金の線７０１，８０３，７０３，８０５，７０５の順で信号が伝達され、金の線８０７から出力される。このように電流がらせん状に流れるため、金の線８０３，８０５に流れる電流の向きは等しく、また、金の線７０１，７０３，７０５に流れる電流の向きも等しくなる。
これにより凹部１０２の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になり、また第１の金の線が基板と接していないため損失がほとんどない。このためこの微小なコイルは低損失となる。また、別のらせん状導体の入力端子となる金の線路８０２から高周波信号が入力されると、高周波信号は金の線７０２，８０４，７０４，８０６，７０６の順で信号が伝達され、金の線８０８から出力される。
このように電流がらせん状に流れるため、金の線８０４，８０６に流れる電流の向きは等しく、また、第２の金の線７０２，７０４，７０６に流れる電流の向きも等しくなる。これにより凹部１０２の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になっているため損失がほとんどない。このためこの別の微小ならせん状導体は低損失となる。
さらに、第２及び第４の金の線８０４〜８０６はほぼ同じ向きに並んでおり、また、第１及び第３の金の線７０１〜７０６はほぼ同じ向きに並んでいるので、２つのらせん状導体は電磁界的に結合しており、一つのらせん状導体に電流を流すと、もう一つのらせん状導体にも電流が誘起され、結合器として機能する。
さらに、第１〜４の磁性体９０１〜９０４からなる中空体が設けられているため、磁界の結合は強められ、この結果インダクタンスが大きく結合の強いらせん状導体が得られる。
実施の形態１と同様に基板１００の材質としてはシリコンに限定されることなく、ガラス、ＧａＡｓ、アルミなど微細な加工が可能な材料であれば利用できる。また、金の線は例えばフォトリソグラフィー技術によりパターンが作成できるものなら利用できる。金の線の厚みは用いられる金属の導電率及び利用する周波数を考慮し表皮深さ以上であることが望ましい。
また、本実施の形態３において、２つのコイルができるものについて説明したが、第５、第６の金の線を設け、３つのコイルとなるようにしてもよいし、更に金の線を設け、所望のコイル数となるようにしてもよい。
実施の形態１と同様、第１〜４の金の線の数は、その用途等により適宜変更することが可能である。
また、実施の形態１と同様、凹部の窪んだ部分の内面の基板をエッチングする際に、エッチングされない薄膜、例えば、酸化膜１０４などを凹部の窪み内部傾斜面に設け、基板のエッチング面積を少し減らし、微小コイルの機械的な強度を上げた構造とすることができる。
実施の形態１と同様に、犠牲層除去用穴を通して凹部内部窪んだ部分の第１の金の線と接触している基板のエッチングが容易ではない場合、凹部内部窪んだ部分に形成された第１の金の線の間の基板を予めエッチングし、第１の金の線の下部にトレンチ１０５を持つ構造とすることもできる。
充填層を充填する前に、上述したトレンチを作成する工程を加え、犠牲層を除去する後の工程の第１の金の線の下部の基板材１０３も除去する工程を行わないだけで、トレンチを備えたらせん状コイルを作成することができる。第１の金の線の下部が完全に除去されているものに比べれば、損失が大きくなるが、基板がガラスである場合などエッチングが比較的困難な材料であっても、容易に制作することができる。
実施の形態１と同様に、第１及び第３の金の線の下部の基板材１０３、全ての部分（基板の上部上面部分を除く）を除去する例を示したが、全ての部分でなく、一部基板に保持されるようにしても良い。第１の金の線の一部が基板に保持され、コイルが頑丈な構造となる。
また実施の形態１と同様に、凹部に形成されてある金の線の一端を一方向または交互対称に延ばし、延ばした先の一部分と測定用グラウンドパッド５０１あるいは５０２を窒化シリコン１００１などの誘電体に挟むことにより、コンデンサを設けることも可能である。測定用グランドパッドの上に窒化シリコンを設け、窒化シリコンの上に金の線の一端を一方向または交互対称に延ばしコンデンサを設けるようにしても良い。
実施の形態１と同様、第１〜４の金の線の数は、その用途等により適宜変更することが可能である。
また、実施の形態１と同様、凹部の窪んだ部分の内面の基板をエッチングする際に、エッチングされない薄膜、例えば、酸化膜１０４などを凹部の窪み内部傾斜面に設け、基板のエッチング面積を少し減らし、微小コイルの機械的な強度を上げた構造とすることができる。
実施の形態１と同様に、犠牲層除去用穴を通して凹部内部窪んだ部分の第１の金の線と接触している基板のエッチングが容易ではない場合、凹部内部窪んだ部分に形成された第１の金の線の間の基板を予めエッチングし、第１の金の線の下部にトレンチ１０５を持つ構造とすることもできる。
充填層を充填する前に、上述したトレンチを作成する工程を加え、犠牲層を除去する後の工程の第１の金の線の下部の基板材１０３も除去する工程を行わないだけで、トレンチを備えたらせん状コイルを作成することができる。第１の金の線の下部が完全に除去されているものに比べれば、損失が大きくなるが、基板がガラスである場合などエッチングが比較的困難な材料であっても、容易に制作することができる。
実施の形態１と同様に、第１及び第３の金の線の下部の基板材１０３、全ての部分（基板の上部上面部分を除く）を除去する例を示したが、全ての部分でなく、一部基板に保持されるようにしても良い。第１の金の線の一部が基板に保持され、コイルが頑丈な構造となる。
また実施の形態１と同様に、凹部に形成されてある金の線の一端を一方向または交互対称に延ばし、延ばした先の一部分と測定用グラウンドパッド５０１あるいは５０２を窒化シリコン１００１などの誘電体に挟むことにより、コンデンサを設けることも可能である。測定用グランドパッドの上に窒化シリコンを設け、窒化シリコンの上に金の線の一端を一方向または交互対称に延ばしコンデンサを設けるようにしても良い。
１００ シリコン基板、１０２ 凹部、１０３ 第１又は第３の金の線の下部の除去される基板材、１０６ 絶縁膜、２０１〜２０７ 第１の金の線、３０２〜３０７ 第２の金の線、３０１，３０８ 入出力部となる金の線、７０１，７０３，７０５ 第１の金の線、７０２，７０４，７０６ 第３の金の線、６０１，６０２，６０７，６０８ 入出力部となる金の線、６０３，６０５ 第２の金の線、６０４，６０６ 第４の金の線、７０１，７０３，７０５ 第１の金の線、７０２，７０４，７０６ 第３の金の線、８０１，８０２，８０７，８０８ 入出力部となる金の線、８０３，８０５ 第２の金の線、８０４，８０６ 第４の金の線、９０１，９０２，９０３，９０４ 磁性体、１０００ 犠牲層、１００１ 窒化シリコン、１００２ コンデンサ。
Claims (21)
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上に設けられた絶縁体と、前記絶縁体の上面にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１及び第３の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の及び第４の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部と、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続する第３の接続部と、前記第３の導体線路の他端を一端が接続する第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続する第４の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪んだ部分の表面に接することなくそれぞれ略並行に設けられた複数の第１及び第３の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上に設けられた第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体の上面にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の及び第４の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部と、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続する第３の接続部と、前記第３の導体線路の他端を一端が接続された前記第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続する第４の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪み部分に略並行に設けられた複数の溝と、前記複数の溝の間にある凸状段部の上面にそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪み部分に略並行に設けられた複数の溝と、前記複数の溝の間にある凸状段部の上面にそれぞれ略並行に設けられた複数の第１の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上に設けられた絶縁体と、前記絶縁体の上面にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪み部分に略並行に設けられた複数の溝と、前記複数の溝の間にある凸状段部の上面にそれぞれ略並行に設けられた複数の第１及び第３の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の及び第４の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部と、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続する第３の接続部と、前記第３の導体線路の他端を一端が接続する第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続する第４の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 凹部を持つ基板と、前記凹部の窪み部分に略並行に設けられた複数の溝と、前記複数の溝の間にある凸状段部の上面にそれぞれ略並行に設けられた複数の第１及び第３の導体線路と、前記凹部の上面部分と同一面の開口面上に設けられた第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体の上面にそれぞれ略並行に架設された複数の第２の及び第４の導体線路と、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続する第１の接続部と、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続する第２の接続部と、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続する第３の接続部と、前記第３の導体線路の他端を一端が接続された前記第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続する第４の接続部とを備えたらせん状高周波コイル。
- 第２の及び第４の導体線路の上面に第２の絶縁体を設け、第１及び第２の絶縁体に磁性体からなる中空体を支持させ、かつ複数の第２及び第４の導体線路を前記中空体に非接触状態で挿通させたことを特徴とする請求項４または請求項８記載のらせん状高周波コイル。
- 凹部の窪み内部傾斜面に薄膜を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１記載のらせん状高周波コイル。
- 絶縁体からなる膜の上あるいは下のいずれか一方に設けられた導体線路と、前記絶縁体からなる膜の他方の面に設けられたグラウンド線路とにより、コンデンサを形成したことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載のらせん状高周波コイル。
- シリコン、ガラス、GaAs、アルミのいずれかからなる基板を用いたことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載のらせん状高周波コイル。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１の導体線路を設けるステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２の導体線路を設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層及び前記第１の導体線路の下部基板材を除去するステップとを有するらせん状高周波コイルの製造方法。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１の導体線路を設けるステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面に絶縁層を設けるステップと、前記第１の絶縁層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２の導体線路を設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層及び前記第１の導体線路の下部基板材を除去するステップとを有するらせん状高周波コイルの製造方法。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１及び第３の導体線路を設けるステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２及び第４の導体線路を設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の他端を一端が接続された前記第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層及び前記第１の導体線路の下部基板材を除去するステップとを有するらせん状高周波コイルの製造方法。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１及び第３の導体線路を設けるステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面に第１の磁性体を設けるステップと、前記犠牲層及び前記第１の磁性体の上面に第１の絶縁層を設けるステップと、前記第１の絶縁層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２及び第４の導体線路を設けるステップと、前記第１の絶縁層と前記第２の導体線路との上面に第２の絶縁層を設けるステップと、前記第１の磁性体の上面に設けられた第１及び第２の絶縁層の一部を除去し２つの溝を設けるステップと、前記２つの溝に第３及び第４の磁性体を設けるステップと、前記第３及び第４の磁性体と接続される第２の磁性体を前記第２の絶縁層の上に設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の他端を一端が接続された前記第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層及び前記第１の導体線路の下部基板材を除去するステップとを有するらせん状高周波コイルの製造方法。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１の導体線路を設けるステップと、前記複数の第１の導体線路の間の前記凹部の窪んだ部分の表面を除去するステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２の導体線路を設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層を除去するステップとを有するらせん状高周波コイルの製造方法。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１の導体線路を設けるステップと、前記複数の第１の導体線路の間の前記凹部の窪んだ部分の表面を除去するステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面に絶縁層を設けるステップと、前記第１の絶縁層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２の導体線路を設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層を除去するステップとを有するらせん状高周波コイルの製造方法。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１及び第３の導体線路を設けるステップと、前記複数の第１及び第３の導体線路の間の前記凹部の窪んだ部分の表面を除去するステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２及び第４の導体線路を設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の他端を一端が接続された前記第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層を除去するステップとを有するらせん状の高周波コイル製造方法。
- 基板の凹部の表面にそれぞれ略並行に複数の第１及び第３の導体線路を設けるステップと、前記複数の第１及び第３の導体線路の間の前記凹部の窪んだ部分の表面を除去するステップと、前記凹部内に犠牲層を充填するステップと、前記犠牲層の上面に第１の磁性体を設けるステップと、前記犠牲層及び前記第１の磁性体の上面に第１の絶縁層を設けるステップと、前記第１の絶縁層の上面にそれぞれ略並行に複数の第２及び第４の導体線路を設けるステップと、前記第１の絶縁層と前記第２の導体線路との上面に第２の絶縁層を設けるステップと、前記第１の磁性体の上面に設けられた第１及び第２の絶縁層の一部を除去し２つの溝を設けるステップと、前記２つの溝に第３及び第４の磁性体を設けるステップと、前記第３及び第４の磁性体と接続される第２の磁性体を前記第２の絶縁層の上に設けるステップと、前記第１の導体線路の一端を前記第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第１の導体線路の他端を一端が接続された前記第２の導体線路の隣の第２の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の一端を前記第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記第３の導体線路の他端を一端が接続された前記第４の導体線路の隣の第４の導体線路の一端に接続するステップと、前記犠牲層を除去するステップとを有するらせん状高周波コイルの製造方法。
- 凹部の窪み内部傾斜面に薄膜を設けるステップとを有する請求項１３から請求項２０のうちのいずれか１項記載のらせん状高周波コイルの製造方法。
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