(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を有するシャドウマスクであって、各貫通孔はシャドウマスクの上面からシャドウマスクの下面に至り、各貫通孔はシャドウマスクの下面に隣接する下側部分と前記下側部分よりもシャドウマスクの上面に近い上側部分とを有し、各貫通孔の下側部分はシャドウマスクの下面に下部開口を有し、シャドウマスクの下面への各貫通孔の上側部分の垂直投影はその貫通孔の下部開口の内側に完全に収まる、シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程と、
シャドウマスクの各貫通孔を介して基板の上面を等方性プラズマエッチングに曝す工程と、
基板の上面内に複数の窪みが所定の大きさに形成された後にシャドウマスクを除去する工程と、
を含む、基板に複数の窪みを形成する方法。
【請求項２】
各貫通孔の上側部分及び下側部分はそれぞれ互いに同軸の円筒孔である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各貫通孔の上側部分はシャドウマスクの上面に隣接する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程は、
シャドウマスクの下面及び基板の上面にＲＣＡ１クリーニング溶液を付与する工程と、
ＲＣＡ１クリーニング溶液を付与する工程の後に、シャドウマスクの下面を基板の上面に押し付けて仮接合を形成する工程と、
を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第二の基板に複数の窪みを形成するためにシャドウマスクを再使用する工程を更に含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
シャドウマスクの全厚は５０μｍ〜７００μｍである、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
各貫通孔において、前記垂直投影の幅は１０μｍ〜３００μｍである、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
各貫通孔において、前記垂直投影の幅と貫通孔の深さとの比率は１：３０〜１：５０である、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
各貫通孔において、貫通孔の下部開口の幅は前記垂直投影の幅よりも三倍大きい、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
基板の等方性プラズマエッチングにＣＦ４、ＣＨＦ３及びＨｅの混合物を使用する、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
基板の等方性プラズマエッチングにＳＦ６とＡｒ又はＨｅとの混合物を使用する、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
基板の等方性プラズマエッチングのエッチング速度を見積もる工程と、
前記エッチング速度に基づいて求めた時間が経過した後に等方性プラズマエッチングを止める工程と、
を更に含む、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
シャドウマスクを除去する工程の後に、基板の上面を研磨する工程を更に含む、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程の前に、等方性プラズマエッチング中の改質からシャドウマスクを守るためにシャドウマスクの露出面に保護層を形成する工程を更に含む、請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
シャドウマスクの露出面に保護層を形成する工程は、シャドウマスクの露出面を酸化させて酸化物層を形成する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
シャドウマスクは、シリコン、ガラス、アルミニウム、又はグラファイトで作製される、請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程は、
各貫通孔を基板の上面の所定の位置に対して整列させる工程と、
シャドウマスクの下面を基板の上面に押し付けて仮接合を形成する工程と、
を含む、請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
複数の窪みが所定の大きさに形成された後にシャドウマスクを除去する工程は、シャドウマスク及び基板を損傷することなくシャドウマスクを基板から分離する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程は、前記仮接合をアニール処理してシャドウマスクの下面と基板の上面との間に永続的接合を形成する工程を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
複数の窪みが所定の大きさに形成された後にシャドウマスクを除去する工程は、シャドウマスクの材料を次第に除去して基板の上面を再露出させる工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのＭＥＭＳ装置は、電圧が印加されると撓む圧電アクチュエータを含む。そのような装置の例として、流体路に接続された圧電アクチュエータの動作に応じて流体を吐出する流体吐出システムがある。インクジェットプリンタのプリントヘッドモジュールは、流体吐出システムの一例である。通常、プリントヘッドモジュールは、一列に並べられた複数のノズル又は二次元的に配列された複数のノズル並びにそれに対応するインク流路配列及び付随するアクチュエータを有し、各ノズルからの液滴の吐出を一つ又は複数のコントローラによって独立して制御することができる。
【０００３】
プリントヘッドモジュールは、ポンプ室を含む流体路がエッチングにより画成された半導体プリントヘッドダイを含むことができる。圧電アクチュエータは、ポンプ室の片側に形成することができ、動作時、駆動電圧信号に応答して撓んで、流体をインク流路に沿って移動させることができる。圧電アクチュエータは、両側にある一対の電極によって圧電層の両側間に印加される駆動電圧に応答して形状が変化する（即ち、作動する）圧電材料の層を含む。
【０００４】
ドーム形状又は窪んだ形状の圧電膜等の湾曲した圧電素子は、同様の平面寸法の平面状圧電素子と比較して、所与の駆動電圧が印加された場合に、より大きな変位を生ずることができる。圧電変位の大きさは、所望の滴量の流体滴を吐出するのに必要とされる駆動電圧に影響を及ぼし、更にはプリントヘッドモジュールの出力効率に影響を及ぼすので、湾曲した圧電膜を有する圧電アクチュエータが提案されている。様々な製造方法が、湾曲した圧電膜又は湾曲形状部分を有する圧電膜を生成するために提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００２０５７３号明細書
【特許文献２】米国特許第７，７４９，８６８号明細書
【特許文献３】米国特許第７，２０４，５８６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，９３７，７３６号明細書
【特許文献５】米国特許第４，３２２，８７７号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／００６８５８０号明細書
【特許文献７】米国特許第５，１５４，７９７号明細書
【特許文献８】米国特許第７，１８１，０４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、湾曲形状部分を有する薄膜を生成するためのＭＥＭＳ製造プロセスに関連する技術に係る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
材料の薄層をプロファイル転写基板表面上に均一に堆積させると、材料層はプロファイル転写基板表面のプロファイルに整合する形状を呈する。湾曲形状部分を有する薄膜（例えば、複数の凹型のへこみ又は窪みの配列が形成された圧電膜）を形成するために、複数の湾曲形状部分（例えば、複数の凹型のへこみ又は窪みの配列）を有するプロファイル転写基板表面がまず用意される。複数の貫通孔が形成されたシャドウマスクが、基板表面に凹部をエッチングにより形成する等方性エッチングプロセスに用いられる。シャドウマスクの貫通孔のそれぞれは、広い下部開口の上に細まった部分を有する。細まった部分は、各貫通孔の下部開口によって囲まれた基板の領域の周縁部分の上を覆って衝突プラズマを部分的に遮断し、各貫通孔の下部開口によって囲まれた基板の領域の中心部に凹型のへこみが形成され得るようにする。
【０００８】
概して、一態様では、基板に複数の窪みを形成する方法は、複数の貫通孔を有するシャドウマスクであって、各貫通孔はシャドウマスクの上面からシャドウマスクの下面に至り、各貫通孔はシャドウマスクの下面に隣接する下側部分と前記下側部分よりもシャドウマスクの上面に近い上側部分とを有し、各貫通孔の下側部分はシャドウマスクの下面に下部開口を有し、シャドウマスクの下面への各貫通孔の上側部分の垂直投影はその貫通孔の下部開口の内側に完全に収まる、シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程と、シャドウマスクの各貫通孔を介して基板の上面を等方性プラズマエッチングに曝す工程と、基板の上面内に複数の窪みが所定の大きさに形成された後にシャドウマスクを除去する工程と、を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、各貫通孔の上側部分及び下側部分はそれぞれ互いに同軸の円筒孔である。
【００１０】
いくつかの実施形態では、各貫通孔の上側部分はシャドウマスクの上面に隣接する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程は、シャドウマスクの下面及び基板の上面にＲＣＡ１クリーニング溶液を付与する工程と、ＲＣＡ１クリーニング溶液を付与する工程の後に、シャドウマスクの下面を基板の上面に押し付けて仮接合を形成する工程と、を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、本方法は、第二の基板に複数の窪みを形成するためにシャドウマスクを再使用する工程を更に含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、シャドウマスクの全厚は５０μｍ〜７００μｍである。
【００１４】
いくつかの実施形態では、各貫通孔において、垂直投影の幅は１０μｍ〜３００μｍである。
【００１５】
いくつかの実施形態では、各貫通孔において、垂直投影の幅と貫通孔の深さとの比率は１：３０〜１：５０である。
【００１６】
いくつかの実施形態では、各貫通孔において、貫通孔の下部開口の幅は垂直投影の幅よりも三倍大きい。
【００１７】
いくつかの実施形態では、基板の等方性プラズマエッチングにＣＦ４、ＣＨＦ３及びＨｅの混合物を使用する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、基板の等方性プラズマエッチングにＳＦ６とＡｒ又はＨｅとの混合物を使用する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、本方法は、基板の等方性プラズマエッチングのエッチング速度を見積もる工程と、エッチング速度に基づいて求めた時間が経過した後に等方性プラズマエッチングを止める工程と、を更に含む。
【００２０】
いくつかの実施形態では、本方法は、シャドウマスクを除去する工程の後に、基板の上面を研磨する工程を更に含む。
【００２１】
いくつかの実施形態では、本方法は、シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程の前に、等方性プラズマエッチング中の改質からシャドウマスクを守るためにシャドウマスクの露出面に保護層を形成する工程を更に含む。
【００２２】
いくつかの実施形態では、シャドウマスクの露出面に保護層を形成する工程は、シャドウマスクの露出面を酸化させて酸化物層を形成する工程を含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、シャドウマスクは、シリコン、ガラス、アルミニウム、又はグラファイトで作製される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程は、各貫通孔を基板の上面の所定の位置に対して整列させる工程と、シャドウマスクの下面を基板の上面に押し付けて仮接合を形成する工程と、を含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、複数の窪みが所定の大きさに形成された後にシャドウマスクを除去する工程は、シャドウマスク及び基板を損傷することなくシャドウマスクを基板から分離する工程を含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、シャドウマスクの下面を基板の上面に付ける工程は、仮接合をアニール処理してシャドウマスクの下面と基板の上面との間に永続的接合を形成する工程を更に含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、複数の窪みが所定の大きさに形成された後にシャドウマスクを除去する工程は、シャドウマスクの材料を次第に除去して基板の上面を再露出させる工程を含む。
【００２８】
本明細書で説明される対象の特定の実施形態を実施して、以下の利点の一つ又は複数を得ることができる。
【００２９】
湾曲形状部分を有するプロファイル転写基板表面を、一連のＭＥＭＳ製造プロセスによって形成することができる。プロファイル転写基板表面に形成される湾曲形状部分の大きさ、形状及び位置は、均一であり調整可能である。更に、プロファイル転写基板表面の湾曲形状部分の密度は、射出成形や機械的手段によって得られるものに比べて高くすることができる。本明細書に開示された方法に従って生成されたプロファイル転写基板表面を使用することで、各種の材料から成る薄膜をプロファイル転写基板表面上に形成することができ、各薄膜はプロファイル転写基板表面内にある湾曲形状部分に整合する湾曲形状部分を持ち、薄膜内の湾曲形状部分も良好に調整された大きさ、形状及び位置並びに高密度を有する。
【００３０】
また、プロファイル転写基板表面上への材料の堆積によって形成された薄膜（例えば、スパッタリングにより堆積した圧電膜等）の結晶粒組織は、射出成形や機械的手段によって得られるものに比べて、大きさ、形状及び分布がより均一であると共に、より均一に整列することができる。結晶粒組織をより均一に整列させることは、繰り返し駆動が行われる際の薄膜の寿命を向上させることに寄与することができる。
【００３１】
更に、微小欠陥（例えば、使用前から存在する微小欠陥及びエッチング中に生ずる微小欠陥の両方）が、マスクの貫通孔の下縁部付近に存在することがある。これらの微小欠陥の影響により、貫通孔の下縁部付近の基板表面に不規則形状が生ずることがある。基板表面に窪みを形成するためにシャドウマスクを用いることにより、全体にわたって一定幅の貫通孔を有する通常のマスクを用いる場合と比較して、微小欠陥の悪影響を軽減することができる。シャドウマスクを用いて形成された湾曲表面形状部分は、通常のマスクを使用して形成された湾曲表面形状部分よりも平滑な縁部を有することができ、貫通孔の下縁部の下のアンダーカットを効果的に回避することができる。その結果として、プロファイル転写基板表面上に次に形成される薄膜の品質及び機械的特性を改善することができる。
【００３２】
本明細書で説明する方法を用いて、湾曲した圧電素子を含む、高耐久性、高効率、小型及び高分解能の一体型圧電アクチュエータアセンブリや圧電変換器配列を形成することができる。
【００３３】
本明細書で説明される対象物の一つ又は複数の実施形態の詳細が、添付図面及び下記の説明で示される。対象の他の特徴、態様及び利点が、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】二つの例示的な構造を有する貫通孔を含むシャドウマスクの平面図である。
【図１Ｂ】二つの例示的な構造を有する貫通孔を含むシャドウマスクの縦断面図である。
【図２Ａ】シャドウマスクを用いて湾曲表面形状部分を有するプロファイル転写基板表面を形成し、プロファイル転写基板表面を用いて湾曲形状部分を有する薄膜を形成する、例示的なプロセスを示す。
【図２Ｂ】シャドウマスクを用いて湾曲表面形状部分を有するプロファイル転写基板表面を形成し、プロファイル転写基板表面を用いて湾曲形状部分を有する薄膜を形成する、例示的なプロセスを示す。
【図２Ｃ】シャドウマスクを用いて湾曲表面形状部分を有するプロファイル転写基板表面を形成し、プロファイル転写基板表面を用いて湾曲形状部分を有する薄膜を形成する、例示的なプロセスを示す。
【図２Ｄ】シャドウマスクを用いて湾曲表面形状部分を有するプロファイル転写基板表面を形成し、プロファイル転写基板表面を用いて湾曲形状部分を有する薄膜を形成する、例示的なプロセスを示す。
【図２Ｅ】シャドウマスクを用いて湾曲表面形状部分を有するプロファイル転写基板表面を形成し、プロファイル転写基板表面を用いて湾曲形状部分を有する薄膜を形成する、例示的なプロセスを示す。
【図３】凹形圧電アクチュエータを有する例示的な流体吐出モジュールのプリントヘッドダイの概略断面図である。
【００３５】
図面において、層及び形状部分の多くは加工工程及びその結果をより明瞭に示すために誇張されて描かれている。それぞれの図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
ＭＥＭＳ加工技術を用いて製造されたダイを含むプリントヘッドモジュールを使用して、流体滴の吐出を行うことができる。プリントヘッドダイは、微細加工された複数の流体流路が形成された基板と、流体流路に接続されたノズルから流体を選択的に吐出させる基板上の複数のアクチュエータと、を含む。各流体流路及びそれに付随するアクチュエータは、個別に制御可能なＭＥＭＳ流体吐出ユニットを形成し、複数のアクチュエータは、アクチュエータアセンブリを形成する。
【００３７】
湾曲した圧電膜を有するＭＥＭＳアクチュエータは、湾曲した表面形状部分（例えば、平面基板表面内の凹型のへこみ又は窪み）を有するプロファイル転写基板を用いて形成することができる。したがって、二次元的に配列された複数の湾曲した表面形状部分（例えば、平面基板表面内の複数の凹型のへこみ又は窪みの配列）を有するプロファイル転写基板を用いて、二次元的に配列された複数のアクチュエータを有するアクチュエータアセンブリを形成することができる。圧電膜の少なくとも湾曲部分の下から（例えば、少なくとも部分的に）プロファイル転写基板を除去する前に、圧電アクチュエータに用いられる圧電材料を少なくともプロファイル転写基板表面の湾曲部分上（例えば、プロファイル転写基板表面上に堆積した導電性電極層の上面上）に（例えば、スパッタリングによって）堆積させる。
【００３８】
どのような特定の理論にも限定されるものではないが、得られた湾曲圧電膜は、湾曲部分及び湾曲部分を囲む平面部分の両方において、整列した柱状の結晶粒組織を有することができ、柱状結晶粒の全て又は実質的に全ては、圧電膜の表面に対して局所的に垂直である。湾曲した圧電膜の整列した結晶粒組織は、耐久性がより高く、動作時に生ずる内部応力に対してより耐えることができるので、湾曲した圧電膜を用いて製造されたＭＥＭＳ装置の寿命を向上させる。
【００３９】
様々なプロセスを用いて、プロファイル転写基板表面上に複数の湾曲形状部分を形成することができる。本明細書で説明するように、等方性乾式エッチングプロセス（例えば、等方性プラズマエッチング）においてシャドウマスクを用いて、平面基板表面に複数の湾曲表面形状部分（例えば、複数の凹型のへこみ又は窪み）を形成する。そして、湾曲表面形状部分を含む基板表面をプロファイル転写基板表面として用いて、プロファイル転写基板表面の複数の湾曲表面形状部分に整合する湾曲形状部分を有する複数の薄膜を形成することができる。
【００４０】
シャドウマスクは、一つ又は複数の貫通孔が形成された平面基板である。各貫通孔は、シャドウマスクの下面に隣接する下側部分と、下側部分よりもシャドウマスクの上面に近い上側部分と、を含む。各貫通孔の上側部分は、貫通孔の最細部を含み、貫通孔の下側部分よりも細い。貫通孔の上側部分（例えば、特に、貫通孔の最細部）のシャドウマスクの下面への垂直投影は、下側部分の下部開口（即ち、貫通孔の下部開口でもある）の範囲内に完全に収まる（例えば、下部開口の中心部を占める）。言い換えると、貫通孔の上側部分を囲むシャドウマスクの材料は、下部開口によって囲まれる領域及び下部開口によって囲まれる基板表面への上側部分の垂直投影の周りの領域の周縁部分において、シャドウマスクの下にある基板表面を上方から当たるプラズマその他のタイプの照射物から部分的に遮蔽する。本明細書において、平面表面に垂直な方向において開口（又は貫通孔の一部）の真下にあり開口の縁部の外側にある材料（又は貫通孔の一部の側壁）によって遮られていない平面表面上の領域を、平面表面への開口（又は貫通孔の一部）の垂直投影と定義する。
【００４１】
平面基板からプロファイル転写基板を形成するために、基板の平面表面を、シャドウマスクの複数の貫通孔を介して等方性プラズマエッチングに曝す。各貫通孔の上側部分を囲むマスク材料が貫通孔の下部開口の周縁部分を部分的に遮蔽するので、下部開口の周縁部分の下の基板表面は、下部開口の中心部の下の基板表面に比べて、衝突プラズマに曝される程度が低い。更に、下部開口の周縁部分のエッチング速度は、下部開口の中心部から離れるにつれて遅くなる。
【００４２】
湾曲表面形状部分（即ち、凹型のへこみ又は窪み）を、シャドウマスクの各貫通孔の位置において、衝突して散乱するプラズマを用いて平面基板表面に形成することができる。形成される湾曲形状部分の深さ及び大きさは、例えば、各貫通孔の上側部分の大きさ及び形状、上側部分の幅とシャドウマスクの厚さとの比率、上側部分の幅と下側部分の幅との比率、並びにエッチング時間及びエッチング速度に依存する。窪みの所望の大きさ及び深さが得られた後、エッチングを止めることができる。このようにして、湾曲表面形状部分を複数有するプロファイル転写基板表面が形成される。
【００４３】
シャドウマスクをプロファイル転写基板表面から除去した後、更なる材料の複数の層をプロファイル転写基板表面上に堆積させることができる。更なる材料層のそれぞれは、プロファイル転写基板表面のプロファイルに整合する複数の湾曲形状部分を有するようになる。少なくとも一つの更なる材料層をプロファイル転写基板表面上に堆積させた後、プロファイル転写基板表面を部分的に（例えば、更なる層の複数の湾曲形状部分の下から）又は完全に除去することができる。
【００４４】
図１Ａ及び１Ｂは、平面基板（例えば、半導体基板）に複数の湾曲表面形状部分を形成するために使用できるシャドウマスク１００の二つの例示的な構造を示している。図１Ａは、二つの例示的な構造に従って作製された複数の貫通孔１０２ａ及び１０２ｂを有する例示的なシャドウマスク１００の平面図である。図１Ｂは、例示的なシャドウマスク１００の、一対の貫通孔１０２ａ及び１０２ｂを二等分する縦断面図である。例示的なシャドウマスク１００は二つの異なる構造を有する複数の貫通孔１０２ａ及び１０２ｂを含んでいるが、実際に使用されるシャドウマスクは同じ構造を有する複数の貫通孔を含むことができ、例えば、全ての貫通孔が同じ構造であってもよい。
【００４５】
例示的なシャドウマスク１００において、各貫通孔１０２ａ、１０２ｂは、シャドウマスク１００の下面１０６に隣接する下側部分１０４ａ、１０４ｂと、下側部分１０４ａ、１０４ｂよりもシャドウマスク１００の上面１１０に近い上側部分１０８ａ、１０８ｂと、を含む。各貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂは、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部を含み、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下側部分１０４ａ、１０４ｂよりも細い。シャドウマスク１００の下面１０６への上側部分１０８ａ、１０８ｂの垂直投影は、下側部分１０４ａ、１０４ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂによって囲まれた領域の範囲内（例えば、その領域の中心部）に完全に収まる。下側部分１０４ａ、１０４ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂは、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口でもある。下面１０６への上側部分１０８ａ、１０８ｂの垂直投影は、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部と大きさ及び形状が同じである。貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂを囲むマスク材料（例えば、特に、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部を囲むマスク材料）は、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂによって囲まれた領域の周縁部分、即ち、上側部分１０８ａ、１０８ｂの垂直投影を囲む周縁部分を（例えば、上方から光線又はプラズマがマスクに照射された場合に）部分的に遮蔽する。
【００４６】
図１Ａ及び１Ｂでは、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部及び貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂの二つの例示的な平面形状（例えば、円形及び正方形）が示されている。しかし、他の、例えば楕円形や長方形の、平面形状を有する貫通孔も可能である。更に、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部が貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上部にあったり上側部分１０８ａ、１０８ｂが貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最上部分であったりする必要はないが、図示を簡明にするために、図１Ａ及び１Ｂに示す例示的な構造では、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂは貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最上部分として示され、上側部分１０８ａ、１０８ｂの上部開口が貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部とされている。様々な実施形態において、上側部分１０８ａ、１０８ｂの上部開口を（例えば、形状が直円筒又は直角柱である上側部分と同様に）上側部分１０８ａ、１０８ｂの他の同等に細い部分の一つとすることもできる。
【００４７】
図１Ａに示すように、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部（例えば、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上部開口１１４ａ、１１４ｂで示される）と、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂとは、形状が幾何学的に相似である。貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部は、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂよりも小さく、位置及び向きが貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂと垂直方向（即ち、シャドウマスク１００の上面及び下面に垂直な方向）において合致している。したがって、シャドウマスク１００の下面１０６への貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部の垂直投影は、下部開口１１２ａ、１１２ｂの中心部に配置され、その形状は、下部開口１１２ａ、１１２ｂの形状と向きが同じである。
【００４８】
第一の例示的な構造では、貫通孔（例えば、１０２ａ）は、形状が共に円形である上部開口（例えば、１１４ａ）及び下部開口（例えば、１１２ａ）を含む。貫通孔１０２ａの最細部（例えば、上部開口１１４ａで示される）は、下部開口（例えば、１１２ａ）と垂直方向（即ち、シャドウマスク１００の下面１０６を含む平面に垂直な方向）において整列している。貫通孔１０２ａの最細部をシャドウマスク１００の下面１０６に投射した垂直投影は、貫通孔１０２ａの下部開口１１２ａと同心であり、下部開口１１２ａよりも小さい。
【００４９】
別の例示的な構造では、貫通孔（例えば、１０２ｂ）は、形状が共に正方形である上部開口（例えば、１１４ｂ）及び下部開口（例えば、１１２ｂ）を含む。貫通孔１０２ｂの最細部（例えば、上部開口１１４ｂで示される）は、貫通孔１０２ｂの下部開口（例えば、１１２ｂ）と垂直方向において整列している。貫通孔１０２ｂの最細部をシャドウマスク１００の下面１０６に投射した垂直投影は、下部開口１１２ｂと幾何学的中心が重なり、下部開口１１２ｂよりも小さい。
【００５０】
様々な実施形態において、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部及び貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂは、楕円形、長方形、多角形などの他の形状を有することもできる。例えば、ある貫通孔（不図示）は、六角形の下部開口と、位置及び向きが共に垂直方向において下部開口と合致し下部開口よりも小さい六角形の上部開口と、を有することができる。
【００５１】
また、図１Ａに示すシャドウマスク１００の平面図は、各貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分と下側部分との相対幅と、それらの境界での上側部分と下側部分との間のそれぞれの移行状態（例えば、滑らかである、又は急激である場合）とを示している。
【００５２】
例えば、図１Ａに示す例示的な貫通孔１０２ａ及び１０２ｂは、貫通孔の上側部分及び下側部分の幅が共に一定であり、上側部分と下側部分との間の移行が急激である（即ち、上側部分と下側部分とが水平面によって連結されている場合の）貫通孔の構造に対応している。いくつかの実施形態では、上側部分及び／又は下側部分に、テーパを付ける（例えば、シャドウマスクの下面に向かって幅を次第に拡げる）ことができる。いくつかの実施形態では、上側部分及び下側部分の両方にテーパを付ける場合、上側部分及び下側部分のテーパは、同じ勾配を有してもよいし、又は互いに異なる勾配を有してもよい。いくつかの実施形態では、上側部分と下側部分との間の移行を連続的（例えば、上側部分の下側開口と下側部分の上側開口とが同じ形状及び大きさを有する）にすることができる。
【００５３】
貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部及び貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂの幾何学的形状は、プロファイル転写基板表面に形成される湾曲形状部分に要求される平面形状に基づいて選択することができる。例えば、小さい円形上部開口（例えば、貫通孔の最細部である）とそれより大きい円形下部開口とを有するシャドウマスクの貫通孔を用いて、円形開口を有する窪みを形成することができる。同様に、小さい正方形上部開口（例えば、貫通孔の最細部である）とそれより大きい正方形下部開口とを有するシャドウマスクの貫通孔を用いて、正方形開口を有する窪みを形成することができる。
【００５４】
貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部の平面寸法（例えば、幅又は直径）は、プロファイル転写基板表面に要求される湾曲形状部分の平面寸法よりも若干小さくすべきである。プロファイル転写基板に形成される湾曲形状部分の深さが増大するにつれて、湾曲形状部分の平面寸法も増大するので、湾曲形状部分に要求される深さに従って貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部の平面寸法を調整することができる。したがって、湾曲形状部分の深さを深くするのに、貫通孔の最細部の幅を短くすることが必要になることがある。
【００５５】
通常、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂの寸法は、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部に比べて、湾曲形状部分の大きさに及ぼす影響が小さい。いくつかの実施形態では、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下部開口１１２ａ、１１２ｂは、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部の幅の数倍（例えば、３倍）の幅を有することができる。
【００５６】
シャドウマスク１００内の貫通孔１０２ａ、１０２ｂのそれぞれの位置及び全体的配置は、プロファイル転写基板表面に形成される複数の湾曲表面形状部分（例えば、複数の窪み）に要求される位置及び全体的配置に基づいて選択される。例えば、長方形状に配列された複数の湾曲形状部分を有するプロファイル転写基板表面が必要とされる場合は、長方形状に配列された複数の貫通孔１０２ａ、１０２ｂがシャドウマスク１００に形成されなければならない。長方形状に配列された複数の湾曲形状部分の各列の間に特定のずれが存在する場合、そのようなずれは、シャドウマスク１００内の貫通孔１０２ａ、１０２ｂの各列の間にも存在しなければならない。
【００５７】
図１Ｂは、図１Ａに示した貫通孔１０２ａ及び１０２ｂの二つの例示的な構造によるシャドウマスク１００の縦断面図を示している。各縦断面図は、シャドウマスク１００の貫通孔１０２ａ及び１０２ｂを二つの等しい半分ずつに二等分する平面に配置されている。二等分面における各貫通孔１０２ａ、１０２ｂの断面形状は、シャドウマスク１００の下面１０６に対して垂直なそれぞれの対称軸１１６ａ、１１６ｂを有する。貫通孔１０２ａ、１０２ｂの対称軸１１６ａ、１１６ｂは、シャドウマスク１００の上面１１０などの、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部を含む平面に対しても垂直である。
【００５８】
第一の例示的な構造では、貫通孔の上部開口及び下部開口は円形（例えば、貫通孔１０２ａの場合）であり、上側部分１０８ａ及び下側部分１０４ａは共通の対称軸１１６ａを共有する直円筒孔である。第二の例示的な構造では、貫通孔の上部開口及び下部開口は正方形（例えば、貫通孔１０２ｂの場合）であり、上側部分１０８ｂ及び下側部分１０４ｂは正方形を底面とする直角柱孔であり、直角柱孔は共通の対称軸１１６ｂを共有する。貫通孔の上部開口及び下部開口が他の多角形形状（例えば、六角形）である他の例示的な構造（不図示）では、上側部分及び下側部分は多角形形状を底面とする（例えば、六角形を底面とする）直角柱孔とすることができ、直角柱孔は共通対称軸を共有する。
【００５９】
図１Ｂに示すように、貫通孔１０２ａ及び１０２ｂのそれぞれはシャドウマスク１００の上面１１０及び下面１０６に対して垂直な側壁を有し、上側部分１０８ａ及び１０８ｂ並びに下側部分１０４ａ及び１０４ｂのそれぞれは垂直方向に沿って均一な幅を有する。
【００６０】
貫通孔１０２ａ及び１０２ｂのそれぞれにおいて貫通孔の上側部分は貫通孔の下側部分よりも細いので、段部又は張出部（例えば、１１８ａ及び１１８ｂのそれぞれ）が、貫通孔の上側部分と下側部分との間に形成されている。段部又は張出部１１８ａ及び１１８ｂのそれぞれは、シャドウマスク１００の上面１１０及び下面１０６に対して平行な下面（例えば、１２０ａ及び１２０ｂのそれぞれ）を有する。図１Ｂの貫通孔構造に示すように、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂと下側部分１０４ａ、１０４ｂとの間の移行は急激である。いくつかの実施形態では、中間部分（不図示）が、上側部分１０８ａ、１０８ｂと下側部分１０４ａ、１０４ｂとの間の移行部分として、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂと下側部分１０４ａ、１０４ｂとの間に存在することができる。中間部分は、例えば、上側部分１０８ａ、１０８ｂの下縁部から下側部分１０４ａ、１０４ｂの上縁部まで傾斜する面を形成することができる。
【００６１】
図１Ｂに示すように、上側部分１０８ａ、１０８ｂと下側部分１０４ａ、１０４ｂとの間の幅の違いによって生ずる張出部１１８ａ、１１８ｂは、下部開口１１２ａ、１１２ｂの内側に囲まれる領域の周縁部分を部分的に遮蔽する。平面基板の表面が、シャドウマスク１００の下面１０６と接触した状態に置かれて、シャドウマスク１００の下部開口１１２ａ、１１２ｂを介して垂直に衝突するプラズマによるエッチングに曝されると、基板表面の部分的に遮蔽された領域は、プラズマ又は他の乾式エッチャントが障害なしに直接衝突する下部開口１１２ａ、１１２ｂの中心部の下の領域と比較して、少ない量のエッチング（例えば、ゼロでない入射角で上側部分１０８ａ、１０８ｂを通過したプラズマエッチャントによるエッチングや貫通孔１０２ａ、１０２ｂの通過中に散乱又は拡散したプラズマエッチャントによるエッチング）だけを受ける。
【００６２】
どのような特定の理論にも限定されるものではないが、シャドウマスクを介する等方性プラズマエッチングは、通常のマスク（即ち、垂直方向に沿って形状や大きさが変わらない垂直貫通孔を有するマスク）を用いて形成される湾曲形状部分と比較して、滑らかな縁部を有する湾曲表面形状部分を作製することができる。マスク作製時に生ずる欠陥やプラズマエッチング時に生ずる損傷などの微小欠陥は、マスクの貫通孔の縁部付近に存在することが多い。これらの微小欠陥の影響により、微小欠陥の周囲での基板表面のエッチング速度が不規則になり、結果として、基板表面に形成される湾曲表面形状部分の周囲の縁部が不規則又は鋸歯状になることがある。シャドウマスクを用いることにより、貫通孔の下部開口の内側に囲まれる領域の周縁部分付近のエッチング速度は、その領域の中心部よりも遅くなり、したがって、貫通孔の下部開口の縁部周辺の微小欠陥の影響を大幅に小さくすることができる。
【００６３】
更に、マスクの貫通孔の側壁は、貫通孔の下部開口の縁部に近い基板表面に向かってエッチャントや破片を散乱させて、基板表面に形成される湾曲表面形状部分の縁部の近くに欠陥（例えば、溝又は他の凹凸）を生じさせることがある。シャドウマスクを用いることにより、貫通孔の（特に、貫通孔の下側部分の）側壁によるそのような望ましくない散乱を低減することもできる。更に、通常のマスクの代わりにシャドウマスクを用いると、通常のマスクの貫通孔の縁部の下に生ずることがある基板のアンダーカットを、効果的に回避することもできる。
【００６４】
鋸歯状又は不規則な縁部を有する湾曲形状部分は、プロファイル転写基板表面上に堆積する次の材料層に欠陥を生じさせることがあるので、これらの欠陥により材料層間に剥離が生じ、これらの層から形成される装置の耐久性が低くなる恐れがある。同様に、アンダーカットプロファイルを有する湾曲形状部分（例えば、膨らんだ中間部を有する凹部）は、その開口の縁部付近に高い内部応力を有することがあり、被応力時又は駆動時に容易に破断することがある。したがって、シャドウマスクを用いてプロファイル転写基板表面に湾曲表面形状部分を形成することは、これらの問題の解決又は軽減に寄与することができる。
【００６５】
本明細書で上述したように、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの平面寸法（例えば、最細部の幅）は、プロファイル転写基板表面に形成される湾曲表面形状部分に要求される大きさ及び深さに応じて選択することができる。貫通孔１０２ａ、１０２ｂを介するエッチングが進むと、湾曲表面形状部分の幅及び深さは次第に増大する。湾曲表面形状部分の所定の幅及び深さが得られたとき、エッチングを止めることができ、シャドウマスク１００を除去することができる。湾曲形状部分の幅及び深さのアスペクト比は、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最細部の幅とプラズマエッチャントのエッチング強度又はエッチング速度とを選択することにより調整することができる。
【００６６】
図１Ｂに示す例示的なシャドウマスク１００は、第一のパターン化されたフォトレジストマスク及び異方性エッチングを用いて、平面基板の上面から貫通孔の上側部分（例えば、１０８ａ又は１０８ｂ）を作製することにより形成することができる。そして、平面基板を反転させ、第二のパターン化されたフォトレジストマスク及び異方性エッチングを用いて、平面基板の下面から貫通孔の下側部分（例えば、１０４ａ又は１０４ｂ）を二つの部分（上側部分及び下側部分）がつながるまで作製することができる。二つの異方性エッチングプロセスのそれぞれにより、垂直壁を有する凹部が平面基板に形成される。平面基板の厚さ及び貫通孔の各部分のエッチング深さは、貫通孔の所定の寸法（例えば、貫通孔の各部分の幅及び深さ）に応じて選択することができる。垂直壁の上側部分及び下側部分がある貫通孔を有するシャドウマスクを形成する、他のプロセスも可能である。
【００６７】
様々な実施形態において、シャドウマスクは、例えば、シリコン、ガラス、アルミニウム、又はグラファイトで作製することができる。シャドウマスク１００の厚さは、数百μｍ（例えば、１００μｍ又は３００μｍ）〜数千μｍ（例えば、１０００μｍ又は４０００μｍ）である。シャドウマスクを形成する製造方法は、シャドウマスクの材料及び貫通孔の構造（例えば、構成及び寸法）に基づいて選択することができる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、シャドウマスクをプラズマエッチングで使用する前に、プラズマエッチング時のシャドウマスクの侵食を防止するために、シャドウマスクを保護コーティング（例えば、酸化物層又は窒化物層）で被覆する。又は、シャドウマスクの表面に保護層（例えば、酸化物層又は窒化物層）を成長させることができる。シャドウマスクは、複数の基板を加工する際に再利用することができる。
【００６９】
貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上述の各構造例は、単なる例示であって、それに尽きるものではない。図１Ａ及び１Ｂでは、各例示的な貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂ及び下側部分１０４ａ、１０４ｂが、互いに隣接して示されている。しかし、いくつかの実施形態では、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂが貫通孔１０２ａ、１０２ｂの下側部分１０４ａ、１０４ｂに直接的に隣接する必要はなく、上側部分１０８ａ、１０８ｂよりも広く下側部分１０４ａ、１０４ｂよりも細い一つ又は複数の中間部分が上側部分１０８ａ、１０８ｂと下側部分１０４ａ、１０４ｂとの間に存在してもよい。更に、図１Ａ及び１Ｂでは、上側部分１０８ａ、１０８ｂが貫通孔１０２ａ、１０２ｂの最上部分として示されている。しかし、いくつかの実施形態では、貫通孔１０２ａ、１０２ｂの上側部分１０８ａ、１０８ｂがシャドウマスク１００の上面１１０に隣接する必要はなく、貫通孔１０２ａ、１０２ｂが、上側部分１０８ａ、１０８ｂよりも広く（又は、少なくとも上側部分１０８ａ、１０８ｂの最細部よりも広く）上側部分１０８ａ、１０８ｂよりも上にある一つ又は複数の他の部分（不図示）を含んでいてもよい。
【００７０】
図２Ａ〜２Ｄは、シャドウマスク及び等方性乾式エッチング（例えば、等方性プラズマエッチング）を用いて湾曲表面形状部分を有するプロファイル転写基板表面を形成し、次いで、湾曲プロファイル転写基板表面に基づいて湾曲形状部分を有する薄膜を形成する、例示的なプロセスを示している。図１Ａ及び１Ｂに関連して説明した構造に従って作製されたものなどの、一つ又は複数の貫通孔や複数の貫通孔の配列を有するシャドウマスク２０２を用いることができる。いくつかの実施形態では、シャドウマスク２０２は、同じ構造の複数の貫通孔や貫通孔の配列を含む。
【００７１】
まず、図２Ａに示すように、シャドウマスク２０２を平面基板２０４上に置く。平面基板２０４は、湾曲表面形状部分（例えば、凹形の窪み）が形成されるべき上面２０６を有する。
【００７２】
図２Ａに示すように、シャドウマスク２０２はシャドウマスク２０２内に形成された複数の貫通孔２０８を有し、各貫通孔２０８はシャドウマスク２０２の上面２１０からシャドウマスク２０２の下面２１２に至る。各貫通孔２０８は、上側部分２１４及び下側部分２１６を有する。上側部分２１４は、貫通孔２０８の最細部を含む。貫通孔２０８の最細部は、貫通孔２０８の下部開口２１８（即ち、貫通孔２０８の下側部分２１６の下部開口）よりも細い（例えば、下部開口２１８の幅の１／３の幅を有する）。
【００７３】
貫通孔２０８の最細部（例えば、上部開口２２０）の、シャドウマスク２０２の下面２１２への垂直投影は、貫通孔２０８の下部開口２１８の完全に内側（例えば、下部開口２１８によって囲まれた領域の中心部）にある。貫通孔２０８の下部開口２１８の上にマスク材料によって形成された張出部２２２は、下部開口２１８によって囲まれ貫通孔２０８の最細部（例えば、上部開口２２０）の垂直投影を直接囲む領域の周縁部分を、部分的に遮蔽する。
【００７４】
シャドウマスク２０２の下面２１２を基板２０４の平面状の上面２０６に仮接合するために、シャドウマスク２０２の下面２１２及び基板２０４（例えば、シリコン基板）の上面２０６を、例えばＲＣＡ１溶液を各表面に付与することにより、洗浄して接合面を活性化することができる。
【００７５】
次に、シャドウマスク２０２の下面２１２及び基板２０４の上面２０６を互いに押し付けて、二つの面の間に仮接合を生じさせる。接合の前に、例えば基板２０４の上面２０６にある位置合わせマークに従って、貫通孔２０８を基板２０４の表面と位置合わせすることができる。
【００７６】
シャドウマスク２０２の下面２１２を基板２０４の上面２０６に仮接合した後、シャドウマスク２０２の貫通孔２０８を介して、基板２０４の上面２０６をプラズマエッチングに曝すことができる。いくつかの実施形態では、プラズマエッチングを開始する前に、シャドウマスク２０２及び基板２０４を高温でアニール処理して、それらの面の間の仮接合を永続的な接合にすることができる。
【００７７】
図２Ｂに示すように、シャドウマスク２０２と基板２０４との間の（仮又は永続的）接合が完了した後、シャドウマスク２０２の上面２１０を等方性プラズマエッチャント２２４（例えば、帯電したイオン又は中性粒子の定常流又はパルス）に曝す。等方性プラズマエッチャントは、上方から貫通孔２０８に入り、基板２０４の露出した上面２０６（例えば、貫通孔２０８の下部開口２１８の範囲内の基板の表面）と反応して、基板２０４の露出した上面２０６内に湾曲した窪み２２６を次第に形成する。エッチング加工中、反応による揮発性副生成物を、シャドウマスク２０２の上部開口２２０から逃がすことができる。
【００７８】
プラズマエッチャントの流れ又はパルスは基板２０４の表面２０６に実質的に垂直な方向に向けられるので、エッチング速度が最も速いのは、貫通孔２０８の下部開口２１８の内側に囲まれた領域の中心領域、即ち、貫通孔２０８の上部開口２２０の真下にある基板表面２０６の領域である。貫通孔２０８の下部開口２１８の周縁部分の上方では、プラズマエッチャントがシャドウマスク２０２の張出部分２２２によって上方から少なくとも部分的に遮断され、これらの周縁部分には、ゼロでない入射角で上側部分２１４を通過したプラズマエッチャントや貫通孔２０８の通過中に散乱又は拡散したプラズマエッチャントのみが到達することができる。したがって、下部開口２１８の内側に囲まれた領域の周縁部分のエッチング速度は、下部開口２１８の内側に囲まれた領域の中心部のエッチング速度よりも遅い。
【００７９】
プラズマエッチャントの例は、ＣＦ４、ＣＨＦ３及びＨｅガスの混合物、又はその代わりに、ＳＦ６とＡｒ又はＨｅガスとの混合物であってもよい。基板の材料及び要求されるエッチング速度に応じて、他の混合物や化合物も可能である。
【００８０】
図２Ｂに示すように、等方性プラズマエッチング加工時に、プラズマは、シャドウマスク２０２の下部開口２１８の範囲内の領域の中心領域に、湾曲した凹部２２６を次第に形成する。湾曲した凹部２２６は、エッチングが進むにつれて深さ及び幅が増大する。湾曲した凹部の所望の深さ及び幅が得られたら、プラズマエッチングを止めることができる。いくつかの実施形態では、エッチング速度をエッチング時間とエッチングの深さ及び幅とに関して較正することができ、エッチング時間を計測して湾曲した凹部の所望の深さ及び幅に対応する所定の時間の経過後にエッチングを止めることができる。
【００８１】
湾曲した凹部２２６の正確なプロファイルを、エッチングプロセスに用いられるプラズマエッチャントを調整することにより、調整することができる。エッチャントが強力でエッチング速度が速いほど、より急勾配の側壁を有するより深い凹部を形成することができる。更に、貫通孔２０８の最細部の幅及び高さを調整することにより、湾曲した凹部の大きさ及び深さを調整することもできる。例えば、他の条件が同じ場合、貫通孔２０８の最細部の幅が小さく高さが高いほど、湾曲した凹部の平面寸法が小さく垂直方向のプロファイルの勾配が急になる。反対に、最細部の幅が大きく高さが低いほど、湾曲した凹部の幅が大きくプロファイルの勾配が緩くなる。
【００８２】
例示的な実施形態では、貫通孔の最細部の幅は、プロファイル転写基板表面の湾曲形状部分に要求される大きさ（例えば、数μｍ〜数百μｍの範囲）に応じて、数μｍの幅から数百μｍの幅（例えば、１０μｍ〜３００μｍの幅）とすることができる。貫通孔の最細部とシャドウマスクの厚さとのアスペクト比は、１：３０〜１：５０とすることができる。シャドウマスクの厚さは、５０μｍ〜７００μｍとすることができる。シャドウマスクが厚いほど、良好な機械的特性を有することができ、基板から取り外して再使用することができる。シャドウマスクの上側部分の厚さの選択における更なる検討事項は、下部開口の上に形成される張出部が自重により垂れ下がったり変形したりしないようにすることである。
【００８３】
図２Ｃに示すように、基板２０４の上面２０６内に所望の表面形状部分（例えば、窪み２３０）を形成した後、シャドウマスク２０２を基板２０４の上面２０６から取り外すことができる。シャドウマスク２０２と基板表面２０６との間の接合が一時的である場合は、梃具２２８によって、シャドウマスク２０２に損傷を与えることなくシャドウマスク２０２を取り外すことができる。シャドウマスク２０２は、他の基板に対するエッチングプロセスで再使用することができる。シャドウマスク２０２と基板２０４との間の接合が永続的である場合は、研削又は研磨によってシャドウマスク２０２を除去して、基板２０４の上面２０６を露出させることができる。シャドウマスク２０２が除去されると、湾曲表面形状部分２３０を有する基板２０４の上面２０６が露出する。
【００８４】
いくつかの実施形態では、露出した上面２０６を、次の加工でプロファイル転写基板として使用するために、前処理（例えば、洗浄及び研磨）することができる。いくつかの実施形態では、プロファイル転写基板表面上に薄い保護層（例えば、酸化物層又は窒化物層）を成長させ更に平滑になるように除去することができる。付加的に、プロファイル転写基板表面の平滑化された表面上に、別の保護層（例えば、酸化物層又は窒化物層）を成長させたり堆積させたりすることができる。そして、基板２０４の（保護層有り又は無しの）上面２０６を、別の材料層を堆積させるためのプロファイル転写基板表面を用意するために用いることができる。
【００８５】
図２Ｄに示すように、最初の材料層２３２（例えば、数百μｍのＡｕ、Ａｕ／Ｗ、Ｉｒ、又はＰｔなど）を、基板２０４の露出した上面２０６上に均一に堆積させる。材料層２３２は、厚さが均一であり、圧電アクチュエータアセンブリの下部電極層として機能することができる。最初の材料層２３２は、基板２０４の上面２０６によって用意されたプロファイル転写基板表面に整合する湾曲部分２３４を含む。
【００８６】
圧電層及び上部電極層などの更なる材料層（図２Ｄには示していない）を、最初の材料層２３２上に順次堆積させることができる。更なる層のそれぞれは、その直下の層の複数の湾曲形状部分に整合する複数の湾曲形状部分を有するようになる。一つ又は複数の材料層を堆積させるために、様々な適切な方法を用いることができる。例えば、スパッタリング、プラズマ促進蒸着、化学蒸着、又は物理蒸着などにより、下部電極層、圧電層及び上部電極層をそれぞれ堆積させることができる。様々な材料層を、その上に次の材料層を堆積させる前に、それぞれパターン化することができる。様々な層は、流体吐出モジュールの圧電アクチュエータアセンブリ、又は超音波変換器などの他のＭＥＭＳ装置を形成することができる。
【００８７】
材料層を基板２０４の上面２０６上に堆積させた後、最上層（例えば、層２３２、又は層２３２上に堆積した他の層）の上面にハンドル層（不図示）を取り付けることができる。また、基板２０４を下面２３８側から除去又はエッチングすることができる。例えば、図２Ｅに示すように、最初の材料層２３２の湾曲部分２３４の直下において基板２０４の下面２３８内に凹部２３６をエッチングにより形成して、最初の材料層２３２の下面を凹部２３６の側壁の内側の領域において露出させることができる。この時点で、プロファイル転写基板表面に堆積した様々な材料層が、垂れ下がって、駆動電圧信号を受けると自由に撓むことができるようになる。最初の材料層２３２と基板２０４のプロファイル転写基板表面２０６との間に保護層が堆積又は成長しているいくつかの実施形態では、基板２０４の下面２３８のエッチング中に保護層がエッチングストッパとして機能することができる。
【００８８】
図２Ｅは、基板２０４を最初の材料層２３２の湾曲部分２３４の直下の領域でエッチングして最初の材料層２３２の下面を凹部２３６の側壁の内側で露出させた後の、結果的に得られた構造体を示す。凹部２３６の側壁の外側の領域、即ち、最初の材料層２３２の平面部分の下の領域に、基板２０４の平面部分が残っている。
【００８９】
円筒状の上側部分及び下側部分を有する貫通孔を有するシャドウマスクを用いる例示的なプロセスが示されているが、様々な形状及び構成の下側開口及び上側開口を有する他のシャドウマスクを用いることもできる。
【００９０】
図３は、図２Ａ〜２Ｅに示したプロセスを少なくとも部分的に用いて形成することができる例示的な流体吐出システム３００の概略図である。図３に示すように、穴２３６が形成された基板２０４は、流体吐出システム３００のポンプ室層３０２として機能することができ、穴２３６は、流体吐出システム３００用のポンプ室空洞３０４として機能することができる。ポンプ室空洞３０４は、ポンプ室層３０２に別の加工によって形成された流体路に接続される。ノズル３０６が、ノズル層３０８に形成されて、ポンプ室空洞３０４に接続されている。プロファイル転写基板表面上に堆積した複数の層は、ポンプ室層３０２の上で圧電アクチュエータアセンブリ３１０を形成することができる。図３に示すように、これら複数の層は、下部電極層３１２、圧電層３１４及び上部電極層３１６を含む。これら三つの層のそれぞれは、各ポンプ室空洞３０４の直上に上部電極、下部電極及び圧電素子を含む個々のアクチュエータユニットを画成するようにパターン化することができる。
【００９１】
流体吐出システム用の圧電アクチュエータアセンブリを作製するプロセスの観点から各例を説明したが、このプロセスは、複数の湾曲形状部分又は二次元的に配列された複数の湾曲形状部分を有する複数の薄膜を含む他のＭＥＭＳ装置を作製するために使用することもできる。
【００９２】
明細書及び特許請求の範囲の記載の全体を通じて、「前部」「後部」「上部」「下部」「上に」「より上に」及び「下に」などの用語が用いられているのは、システムの様々な構成要素の相対的な位置や向きを示すためである。このような用語の使用は、構造体の特定の向きを意味するものではない。同様に、水平や垂直という用語が用いられているのは、説明した実施形態に関連して各要素を説明するためである。他の実施形態では、同じ又は同様の要素が、場合によっては水平又は垂直以外に向けられることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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