(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電トランスデューサ（１１０）を有するデバイス（１００）を形成する方法であって、
圧電材料のボディ（１０７）の第一表面（１１５）を取り扱いレイヤ（１３５）の第一表面に結合するステップ（３１３）と、
配列用カット（１７１）を前記圧電材料のボディ（１０７）の第二表面（１１３）に形成するステップ（３３６）であって、前記配列用カット（１７１）は、前記圧電材料のボディ（１０７）を完全に通って延びており、かつ、前記取り扱いレイヤ（１３５）に部分的に延びている、ステップと、
前記取り扱いレイヤ（１３５）の第二表面に配列用スロット（１８２）を形成するステップ（３４０）であって、前記配列用スロットは、前記配列用カットと交差することにより、前記取り扱いレイヤ（１３５）内に複数のスルーホール（１８５）を形成している、ステップと、
前記配列用カット（１７１）を形成するステップ（３３６）の後に、前記圧電材料のボディ（１０７）の第二表面（１１３）をデバイスボディ（２００）に取り付けるステップ（３４９）と、
前記圧電材料のボディ（１０７）を前記デバイスボディ（２００）に取り付けるステップ（３４９）の後に、前記圧電材料のボディ（１０７）の第一表面（１１５）から前記取り扱いレイヤ（１３５）を除去するステップ（３５２）と
を含む、方法。
【請求項２】
前記配列用スロットは、前記配列用カットに直交している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形成するステップ（３４０）は、前記取り付けるステップ（３４９）の前に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記配列用スロット（１８２）を形成するステップ（３４０）は、鋸を用いて前記取り扱いレイヤ（１３５）の第二表面をカットすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記デバイスボディ（２００）は、配列マークを含み、
前記方法は、
前記複数のスルーホール（１８５）を前記配列マークと整列させることにより、前記圧電材料のボディ（１０７）を前記デバイスボディ（２００）と整列させるステップ（３４４）
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記取り付けるステップ（３４９）の前に、前記圧電材料のボディ（１０７）の前記第二表面（１１３）にグランドカット（１４０）を形成するステップ（３２４）であって、前記グランドカット（１４０）は、前記圧電トランスデューサ（１１０）内の前記圧電材料のボディ（１０７）の最終的な厚さ以上の深さを有する、ステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記圧電材料のボディ（１０７）の前記第二表面（１１３）上に前記グランドカット（１４０）の壁を含む導電レイヤ（１５８）を形成するステップ（３２７）
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記取り扱いレイヤ（１３５）が除去された後に、前記グランドカット（１４０）の壁上の前記導電レイヤ（１５８）が露出されるまで、前記圧電材料のボディ（１０７）の一部を除去するステップ（３５２）
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記取り付けるステップ（３４９）の前に、前記圧電材料のボディ（１０７）の前記第二表面（１１３）に絶縁カット（１６５）を形成するステップ（３３３）であって、前記絶縁カット（１６５）は、前記圧電トランスデューサ（１１０）内の前記圧電材料のボディ（１０７）の最終的な厚さよりも大きい深さを有する、ステップ
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記絶縁カット（１６５）は、前記グランドカット（１４０）に直交している、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記絶縁カット（１６５）を形成するステップ（３３３）は、前記導電レイヤ（１５８）を形成するステップ（３２７）の後である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧電材料のボディ（１０７）を前記デバイスボディ（２００）と整列させるステップ（３４４）であって、その結果、前記絶縁カット（１６５）が、前記デバイスボディ（２００）内のチャンバ（２０５）の間の壁（２０８）と整列する、ステップ
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記取り扱いレイヤ（１３５）が除去された後に、前記圧電トランスデューサ（１１０）内の前記圧電材料のボディ（１０７）の最終的な厚さに前記圧電材料のボディ（１０７）を薄層化するステップであって、前記圧電材料のボディ（１０７）は、圧電材料のアイランドを含む、ステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記圧電材料のアイランドの上に導電層（２１０）を形成するステップ（３５９）
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記デバイスボディ（２００）に前記圧電材料のボディ（１０７）を取り付けるステップ（３４９）は、熱硬化接着剤（１９３）を用いて前記デバイスボディ（２００）に前記圧電材料のボディ（１０７）を結合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記圧電材料のボディ（１０７）を洗浄することにより、該圧電材料のボディ（１０７）から圧電材料の自由な破片を放すステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、マイクロ電子機械デバイスのための圧電アクチュエータの形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料に機械的ストレスを加えると、電気又は電気極性を生成する。逆に、圧電材料に電圧を印加すると逆圧電効果が得られる、すなわち圧電材料は電圧を印加されると機械的に変形する。逆圧電効果によって圧電材料中には極めて強い曲げ力が発生する。これら双方の特性、電気発生及び逆圧電効果は、例えば、アクチュエータ及びセンサといったトランスデューサなどの電子機械デバイスに利用されている。アクチュエータとセンサとの組み合わせを含め、複数のトランスデューサを連結して、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）に組み上げることができる。
【０００３】
通常、ＭＥＭＳは、既存の半導体処理技法を使って、半導体基板中に形成される。ＭＥＭＳには、単一の構造体又は複数の構造体を含めることができる。ＭＥＭＳは電気的構成要素を持ち、電気信号がＭＥＭＳ中の各構造体を作動し、あるいは各構造体の作動から電気信号が生成される。
【０００４】
ＭＥＭＳの一つの実行形態は、ボディ内部に形成されたチャンバとボディ外面に形成された圧電アクチュエータを含む。圧電アクチュエータは、セラミックのような圧電材料のレイヤと、電極など、電圧を印加するためのエレメントを有する。圧電アクチュエータの電極によって、圧電材料に電圧を印加するか、あるいは圧電材料が変形されたときに生成される電圧を送信することができる。
【０００５】
ＭＥＭＳの一つの種類に、マイクロ流体排出デバイスがある。アクチュエータに電極を通して駆動可能な圧電材料を組み込み、該圧電材料をデバイスのチャンバに向けて変形させることができる。この変形されたアクチュエータはチャンバに圧力をかけ、チャンバ内の流体が、例えばノズルを通って出てくるようにする。アクチュエータ、チャンバ、及びノズルを含め、構造体の各構成要素によってどの位の流体が排出されるかが決まる。複数の構造体を持つＭＥＭＳにおいて、ＭＥＭＳ全体の各構造体に対し均一なサイズの構成要素を形成することによって、排出される流体の量の均一性などＭＥＭＳの性能の均一性を向上することができる。ＭＥＭＳ内のすべての構造体の各々を数ミクロン以内に加工しながら均一な構造体を形成するのは難しい作業となろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
あるマイクロ電子機械デバイスについて全般的に説明する。該デバイスは、ボディ及び複数の圧電アイランドを有する。ボディは複数のチャンバを有する。複数の圧電アイランドは、ボディに支持されており、各々の圧電アイランドは第一表面、第一表面の反対側の第二表面、及び第一表面と第二表面とを相互接続している第三平面を有する。圧電アイランドは、圧電材料の粒を実質的に含み、圧電材料の自由な粒を相対的に含まない表面を有する。圧電アイランドの第一表面上には導電材料があり、第二表面にも導電材料がある。複数の圧電アイランドの少なくとも一つは、複数のチャンバ中の対応チャンバに十分に隣接して配置されている。圧電アイランドの少なくとも一つは、第三表面上に導電材料を有し、第三表面上の導電材料は第一表面電極と第二表面電極とを電気的に接続している。
【０００７】
別の様態によるマイクロ電子機械デバイスについて全般的に説明する。該デバイスは複数の複数のチャンバを有する。また、該デバイスはトランスデューサ・レイヤを有する。トランスデューサ・レイヤは複数のトランスデューサを備え、各トランスデューサは、複数のチャンバ中の対応するチャンバに十分に隣接して配置されており、各トランスデューサはボディに支持された圧電アイランドを含む。圧電アイランドは、第一表面及び第一表面の反対側の第二表面に規定されており、第一及び第二表面はほぼ平面であり、第一表面と第二表面とはほぼ平行である。トランスデューサ・レイヤとボディとの間にボンディング・レイヤがある。ボンディング・レイヤは、トランスデューサ・レイヤにおいて少なくとも２つのトランスデューサの間に延びる。
【０００８】
別の局面において、圧電トランスデューサを有するデバイスを形成する方法が記載される。圧電材料のボディの第一表面を、半導体材料と結合させる。凹所を圧電材料のボディの第二表面に形成し、これらの凹所は壁を有する。これらの凹所を形成した後、この圧電材料のボディの第二表面をデバイスボディに取り付ける。圧電材料のボディをデバイスボディに取り付けた後、上記圧電材料のボディの第一表面から半導体材料を除去する。
【０００９】
本発明の潜在的利点として、以下の一つ以上を含めることができよう（ないものもある）。導電レイヤを形成する前に、圧電材料にグランドカット（ｇｒｏｕｎｄ  ｃｕｔｓ）を施すことにより、折り返し（ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ）電極形成が可能になる。これら折り返し電極により、圧電材料の電極が形成されている側の反対側に電極への接続部分を設けることが可能になる。折り返し電極によって電極と電極接続部分とを電気的につなぐことができる。フレキシブル回路を圧電材料の片側面だけに接合することによって、駆動電極及び接地電極の双方にフレキシブル回路を接続することができる。
【００１０】
チャンバ体に接合する前に焼成処理した圧電材料を使って圧電アクチュエータを形成することにより、圧電材料を形成するために適用可能な処理ステップの多様性が増える、というのは、アクチュエータを形成するために用いる処理がチャンバ体に与える影響を考慮する必要がないからである。チャンバ体にボンディングする前に、圧電材料をダイシングすることによって、チャンバ体にできるカット疵を削減又は排除し、しかしてチャンバ体のリークを低減することができる。圧電材料のブロックを、圧電アクチュエータ中の最終的な圧電レイヤとしての厚さより深くカットしておき、該圧電材料を最終的な圧電レイヤの必要厚さまで研磨することによって、均一な厚さを持つ圧電アクチュエータの群を形成することができる。圧電材料の当初のブロックを最終的圧電レイヤ厚さより深くカットすれば、ソーブレードの磨耗及び半径の、圧電アクチュエータの均一性に対する影響を少なくすることができる。均一な厚さのアクチュエータ群は、印加された駆動電圧に対し均一な圧電反応を生成することができる。均一な圧電反応により、ＭＥＭＳ内の構造体群の間で一様な動作が行われる。流体排出ＭＥＭＳにおいては、構造体の各アクチュエータに同様な電力量が印加されたとき、均一な圧電反応によって各々の構造体から均一な量の流体を排出させることができる。さらに、均一な厚さの圧電アクチュエータを保持することによって、一つのＭＥＭＳ中の構造体から排出される流体の量を、別のＭＥＭＳの構造体からの排出量と均一に維持することができる。アクチュエータの形成において、圧電材料をチャンバ体にボンディングする前に該材料をカットすることによって、アクチュエータ間の圧電材料のタブを排除することができ、これにより構造体の間のクロストークを低減することができる。
【００１１】
加工の前に、圧電材料を取扱いレイヤにボンディングすることができる。該取扱い材料によって、熱反応による圧電材料の膨張を制御することができる。チタン酸ジルコン酸鉛のような特定の圧電材料は、加熱されたとき、変化する率で膨張する。材料が室温に戻された場合、材料は直ぐには加熱前の寸法に戻れない。チャンバ体と取扱いレイヤが双方ともシリコンで形成されている場合、シリコンは温度の上昇に伴って予測可能な一定の率で膨張し、取扱いレイヤは、熱ボンディング加工による圧電材料の膨張を、該圧電材料がチャンバ体とおおむね同じ率で膨張するように制御することができる。これによって、加熱時に発生する位置ずれの低減が可能となる。さらに、圧電材料を加工する際、取扱いレイヤを機械的取扱い工具で固定することができる。これにより、加工過程での取扱い工具による圧電材料の損傷可能性が低減される。圧電材料を機械的取扱い工具で直接保持した場合には、圧電材料が薄すぎるため圧電材料の固定と加工とを同時に行うことができなかったような加工処理が、取扱いレイヤを使うことによって可能になる。また、取扱いレイヤには、配列するための機構を含めることができ、これにより、圧電材料中のアクチュエータ前駆体をＭＥＭＳボディ中のチャンバに対し精度のよい配列が可能となる。取扱いレイヤの幅を圧電レイヤより広くして、配列機構を圧電レイヤの外側の位置に設けることができる。
【００１２】
本発明の一つ以上の実施形態の詳細を添付の図面と以下の記述とによって説明する。この他の本発明の特質、対象及び利点についても、該記述及び図面と特許請求範囲とから明らかとなろう。
【００１３】
各種図面中の同一参照記号は、同一の要素を示す。図面中の品目は一定縮尺ではない。一部の品目は、説明目的のため拡大されている。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
マイクロ電子機械デバイスであって：
複数のチャンバを有するボディ；
該ボディによって支持される複数の圧電アイランドであって、該圧電アイランドの各々は、第一表面、該第一表面と対向する第二表面、ならびに該第一表面と該第二表面とを相互に連結させる第三平面表面を有し、該圧電アイランドは、圧電材料の粒を実質的に含み、圧電材料の自由な粒を相対的に含まない表面を有する、複数の圧電アイランド；ならびに
該圧電アイランドの該第一表面上に導電材料および第二表面上に導電材料
を含み；
該複数の圧電アイランドのうちの少なくとも１つは、該複数のチャンバのうちの対応するチャンバに実質的に隣接して位置し；
該圧電アイランドの少なくとも１つは該第三表面上に導電材料を有し、該第三表面上の該導電材料が、第一表面上の導電材料と第二表面上の導電材料とを電気的に接触させる
マイクロ電子機械デバイス。
（項目２）
項目１に記載のデバイスであって、ボンディング・レイヤをさらに含み、該ボンディング・レイヤは、上記第一導電レイヤと上記ボディとの間にあり、少なくとも一部の該ボンディング・レイヤは、該複数の圧電アイランドの少なくとも２つの圧電アイランドの間にある、デバイス。
（項目３）
マイクロ電子機械デバイスであって：
複数のチャンバを有するボディ；
複数のトランスデューサを提供するトランスデューサ・レイヤであって、各トランスデューサは複数のチャンバのうちの対応するチャンバに実質的に隣接して位置し、各トランスデューサは該ボディによって支持される圧電アイランドを含み、該圧電アイランドは第一表面および該第一表面と対向する第二表面によって画定され、該第一表面および第二表面は実質的に平面であり、該第一表面は該第二表面と実質的に平行している、トランスデューサ；そして
該トランスデューサ・レイヤと該ボディとの間にあるボンディング・レイヤであって、該複数のトランスデューサのうちの少なくとも２つのトランスデューサの間にある、ボンディング・レイヤ
を含む、マイクロ電子機械デバイス。
（項目４）
圧電トランスデューサを有するデバイスを形成する方法であって：
圧電材料のボディの第一表面を半導体材料に結合させる工程；
該圧電材料のボディの第二表面に凹所を形成する工程であって、該凹所が壁を有する工程；
該凹所を形成する工程の後に、デバイスボディに該圧電材料のボディの第二表面を取り付ける工程であって、該デバイスボディが該半導体材料から形成される工程；および
該デバイスボディに該圧電材料のボディを取り付ける工程の後に、該圧電材料のボディの該第一表面から該半導体材料を除去する工程
を包含する、方法。
（項目５）
項目４に記載の方法であって、少なくとも上記凹所が露出するまで、上記圧電材料の上記第一表面から材料を除去する工程をさらに含む、方法。
（項目６）
項目５に記載の方法であって、上記結合させる工程が、上記凹所を形成する工程の前に行われる、方法。
（項目７）
項目６に記載の方法であって、上記圧電材料の上記第一表面から材料を除去する工程が、上記半導体材料のボディを薄くする工程を包含する、方法。
（項目８）
項目４に記載の方法であって、上記デバイスボディに圧電材料のボディを取り付ける工程が、熱により硬化させた接着剤で該デバイスボディに該圧電材料のボディを結合させる工程を包含する、方法。
（項目９）
項目８に記載の方法であって、上記デバイスボディに圧電材料のボディを取り付ける工程が、該圧電材料のボディおよび該デバイスボディを加熱する工程を包含する、方法。
（項目１０）
項目４に記載の方法であって、上記圧電材料のボディから圧電材料の自由な破片を放すために該圧電材料のボディを洗浄する工程をさらに包含する、方法。
（項目１１）
項目１０に記載の方法であって、上記圧電材料のボディを洗浄する工程が、フルオロホウ酸溶液中で該ボディを洗浄する工程を包含する、方法。
（項目１２）
圧電トランスデューサを有するデバイスを形成する方法であって：
圧電材料のボディを洗浄する工程；
該圧電材料のボディの第一表面に凹所を形成する工程であって、該凹所が壁を有する工程；
該凹所を形成する工程の後に、デバイスボディに該圧電材料のボディの第一表面を取り付ける工程；そして
該デバイスボディに該圧電材料のボディを取り付ける工程の後に、該圧電材料のボディの第二表面の少なくとも一部を除去する工程
を包含する、方法。
（項目１３）
項目１２に記載の方法であって、上記ボディを洗浄する工程が、フルオロホウ酸溶液中で上記圧電材料のボディを洗浄する工程を包含する、方法。
（項目１４）
項目１２に記載の方法であって、上記圧電材料のボディを洗浄する工程が、上記デバイスボディに該圧電材料のボディを取り付ける工程の前に行われ、該デバイスボディに該圧電材料のボディを取り付ける工程の後に該圧電材料のボディを洗浄する工程をさらに包含する、方法。
（項目１５）
項目１４に記載の方法であって、上記ボディを取り付ける工程の後の上記ボディを洗浄する工程が、フルオロホウ酸溶液中で上記圧電材料のボディを洗浄する工程を包含する、方法。
（項目１６）
項目１２に記載の方法であって、上記圧電材料のボディ上に第一導電レイヤを形成する工程をさらに包含する、方法。
（項目１７）
項目１６に記載の方法であって、上記第一導電レイヤを形成する工程が、上記デバイスボディに上記圧電材料のボディを取り付ける工程の前に行われる、方法。
（項目１８）
項目１７に記載の方法であって、上記圧電材料のボディの第二表面の少なくとも一部を除去する工程の後に、第二導電レイヤを形成する工程をさらに包含する、方法。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、圧電アクチュエータを有するＭＥＭＳの部分断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、圧電アクチュエータを有する２つの流体排出ＭＥＭＳを備えたダイスの部分断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、圧電アクチュエータを有するＭＥＭＳの上面図である。
【図２】図２は、圧電材料を示す。
【図３】図３は圧電材料とシリコンウエハとを示す。
【図４】図４は、シリコンウエハにボンディングされた圧電材料のアセンブリを示す。
【図５】図５は圧電材料を薄くした後のアセンブリを示す。
【図５Ａ】図５Ａは、研磨された圧電材料の表面拡大図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、研磨された圧電材料の酸洗浄後の一片を示す。
【図６】図６は、材料の底部にグランドカットのあるアセンブリを示す。
【図７】図７は、ダイシングされた圧電材料の一つの実行形態の底面図である。
【図８】図８は、導電レイヤが形成された後の圧電材料のＸ軸沿いの断面図である。
【図９】図９は、分離カット（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｃｕｔｓ）が行われた後の圧電材料のＹ軸沿いの断面図である。
【図１０】図１０は、分離カット、絶縁カット（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｃｕｔｓ）及びグランドカットを行った圧電材料の一つの実行形態の底面図である。
【図１１】図１１は、グランドカット及び配列用カット（ａｌｉｇｎｍｅｎｔＣｕｔｓ）を行った圧電材料のＸ軸沿いの断面図を示す。
【図１２】図１２は、シリコン・レイヤに配列用スロットを形成した後のアセンブリの断面図を示す。
【図１３】図１３は、配列穴を有するシリコンウエハの上面図である。
【図１４】図１４は、チャンバ体の断面図を示す。
【図１５】図１５は、未完成のアクチュエータ・アセンブリに位置合わせされたチャンバ体を示す。
【図１６】図１６は、一緒にボンディングされたチャンバ体と圧電材料とを示す。
【図１７】図１７は、部分的に形成されたアクチュエータを有するチャンバ体を示す。
【図１８】図１８は、上部導電レイヤ形成後の圧電アイランドを示す。
【図１９】図１９は、フォトレジスト塗布後の圧電アイランドを示す。
【図２０】図２０は、パターニング後のフォトレジストを示す。
【図２１】図２１は、各チャンバが個別のアクチュエータを有する、複数の構造体の端部方向から見た断面図である。
【図２２】図２２は完成した圧電アクチュエータを有する構造体の側面からの断面図である。
【図２３】図２３は、フレキシブル回路を取り付けたアクチュエータを有する単一の構造体を示す。
【図２４】図２４は、アクチュエータの一つの実施形態の平面図である。
【図２５】図２５は、圧電アクチュエータを持つ構造体を備えたＭＥＭＳ形成するステップの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
各構造体が圧電アクチュエータを持つ構造体を備えたＭＥＭＳを形成する方法を説明する。図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに示すように、ＭＥＭＳデバイス１００は、圧電アクチュエータ１０４を支持するボディ２００を持ち、該ボディ２００は複数のトランスデューサ構造体１１０を有する。ボディ２００は、材料のレイヤ中に形成されたチャンバ２０５を有する。チャンバ２０５は、圧力トランスデューサのように外気から閉じることもでき、流体を排出する場合のように外気に開放することもできる。ボディ２００を単一の材料による単一レイヤにすることができる。これに換えて、ボディ２００を、単一材料あるいは複数材料による、共接合された複数のレイヤで構成することができる。
【００１６】
圧電アクチュエータ１０４には、上部電極１０６と、圧電レイヤ１０９と、底部電極１１２とを含めることができる。圧電アクチュエータ１０４には、チャンバ２０５の上に形成された膜１１８を含めることができる。膜１１８によってチャンバ２０５を圧電レイヤ１０９から隔てることができる。一つの実行形態において、底部電極１１２は、導電折り返し２８０によって底部電極接続部２１１に電気的に接続されている。一つの実行形態において底部電極１１２を他の底部電極１１２と導通させることができる。導電折り返し２８０は、以下にさらなる説明をするように、グランドカット１４０の中に形成される。底部電極１１２とボディ２００との間に、酸化物レイヤのような絶縁体レイヤ（図示せず）を配置することができる。一つの実行形態では、ボディ２００が底部電極の役割をする。ボディが底部電極を構成する場合、圧電アクチュエータを形成するため、上部電極１０６及び圧電レイヤ１０９だけが必要となる。また、電極の並列配置のような他の電極構成を選択することもできる。圧電レイヤ１０９とボディ２００との間に、接着剤のようなボンディング材料のレイヤを随意に配置することができる。
【００１７】
底部電極１１２の底部電極接続部２１１、及び上部電極１０６に回路(図示せず)を電気接続することができる。該回路から電極に電圧を印加することができる。印加された電圧で、圧電レイヤ１０９を作動し圧電材料を収縮させることができる。圧電材料が収縮すると、その収縮により接合された膜１１８がチャンバ２０５の方へ湾曲しチャンバ２０５に圧力をかける。一つの実行形態では、チャンバ２０５に圧力をかけることによってチャンバ２０５にノズル１０１から流体を排出させることができる。別の実行形態では、チャンバ２０５はアクチュエータに圧力を加えられるのでなく、環境事象によって加圧（又は減圧）される。チャンバ２０５中の圧力の変化により圧電レイヤ１０９が収縮され、これによって生成された電圧を電極１１２，１０６から送信し回路に感知させることができる。
【００１８】
図１Ｂに示すように、一つの実行形態においては、２列になった流体排出構造体を有し、これら２列の構造体は、デバイスの中央部に向きそのノズルはほぼ直線状に配列されている。各構造体の長手方向中央は、チャンバ２０５の長さまで伸びている。一つの列の構造体の中央を他方の列の構造体の中央と整列させることができる。図の構造体の断面図は、第一列の一つの構造体の中央部と第二列の構造体の幻図（第二構造体のチャンバは幻に示されている）とを示す。絶縁カット１６８をノズル１０１の上側に形成して、相互に対面している流体排出構造体がお互いに電気的にも物理的にも分離されるようにすることができる。
【００１９】
複数の構造体を持つＭＥＭＳにおいて、各圧電アクチュエータが一つの構造体の一部となっている複数の圧電アクチュエータを、圧電材料の単一のレイヤから形成することができる。これにより、複数のアクチュエータを一度に並行処理することができる。簡明化のために、以降、殆どの図に関して、単一の構造体に対する圧電アクチュエータの形成方法を説明する。圧電レイヤ１０９とボディ２００とを切削又はエッチングして、各ＭＥＭＳを他のＭＥＭＳから分離することができる。一つの実行形態において、ボディ２００に、裏溝（ｓｔｒｅｅｔ）１０３がエッチングされソーカット１０３が形成される。裏溝１０３とソーカットに沿ってＭＥＭＳをマニュアルでブレークすることができる。図２５に示すようにボディ２００と圧電レイヤ１０９とを別々に加工して、後の加工段階で一緒に組み合わせることができる。
【００２０】
図２及び２５に示すように、圧電アクチュエータの形成は、チタン酸ジルコン酸鉛のような圧電材料の加工開始レイヤ（圧電レイヤ１０７）を準備することから開始される（ステップ３０５）。但し、他の圧電材料を使用することもできる。一つの実行形態において、ＰＺＴは約７．５ｇ／ｃｍ３又はそれより上、例えば約８．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する。圧電定数ｄ３１は約２００以上とすることができる。ＨＩＰＳ処理された圧電材料を、日本のＳｕｍｉｔｏｍｏ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｉｃ  ＭａｔｅｒｉａｌｓからＨ５Ｃ及びＨ５Ｄとして入手可能である。Ｈ５Ｃ材料は約８．０５／ｃｍ３ｇの見掛け密度及び約２１０のｄ３１を示す。Ｈ５Ｄ材料は約８．１５／ｃｍ３ｇの見掛け密度及び約３００のｄ３１を示す。基板は通常約１ｃｍ厚さで所望の作業厚さにカットすることができる。プレス法、ドクターブレード法、グリーンシート法、ゾルゲル法、又は析出法を含めた技法によって圧電材料を形成することができる。Ｂ．ジャッフェ（Ｊａｆｆｅ）の圧電セラミックス（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社、１９７１年、に圧電材料の製造が論じられており、この全体内容を参照として本明細書に組み込む。ホットプレスを含めた形成方法が２５８〜９頁に記載されている。また、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）のような単結晶圧電材料も使用でき、ペンシルベニア州、フィラデルフィアのＴＲＳ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社から調達可能である。バルク成型（Ｂｕｌｋ）ＰＺＴ材料は、スパッタ法、スクリーン印刷又はゾルゲル法で形成されたＰＺＴ材料よりも高い圧電定数ｄ、誘電率結合係数、剛性及び密度を有することが多い。
【００２１】
圧電材料の焼成に関連する諸技法を用いて、ボディに接着する前に圧電材料のこれらの特性を確定しておくことができる。例えば、それ自体だけで（支持材とは別に）成型され焼成される圧電材料は、モールド（加熱の有無にかかわらず）の中に材料を詰め込む際に高い圧力が掛けられる利点がある。さらに、通常、流動剤及びバインダのような添加剤が少なくて済む。焼成工程では、例えば１２００〜１３００℃といったもっと高い温度を用いて、より良好な焼結性とグレイン成長を得ることができる。ゾルゲル又はスパッタリング技法によって形成された圧電レイヤとは違って、バルク圧電材料中のグレインは約２から４ミクロンの間のグレイン幅とすることができる。焼成雰囲気（例、鉛雰囲気）を使って、セラミックからの（高温による）ＰｂＯの流出を削減することができる。ＰｂＯの損失又は他の劣化が生じた可能性のある成型部品の外面部を切り落として廃棄することができる。また、処理中にセラミック材を高圧にさらす熱間性水圧プレス（ＨＩＰ）を使って材料を処理することができる。圧電材料のブロックを焼成中に又は焼成後に、ＨＩＰ処理を行い、密度を上げ、ボイドを減らし、圧電定数を上昇させることができる。ＨＩＰ処理については酸素又は酸素／アルゴン雰囲気中で実施することができる。
【００２２】
圧電材料の加工開始レイヤについては、２５０近辺から約３００ミクロンの間など、約１００から約４００ミクロンの間の厚さとすることができる。圧電材料は、底面１１３及び上面１１５を持ち、底面１１３は、最終的にはチャンバ体に最も近接する面となる。
【００２３】
図３に示すように、シリコンのような材料の、取扱いレイヤ１３５は、圧電レイヤ１０７の上面１１５上にセットされる。取扱いレイヤ１３５をボディ２００を形成するため用いたものと同一の材料で形成することができる。取扱いレイヤ１３５は、圧電レイヤ１０７が加工中に損傷を受けないように、圧電レイヤ１０７を保持し搬送するレイヤの役割をする。また、取扱いレイヤは、後記でさらに説明するように、後の熱処理ボンディング・ステップにおける圧電材料１０７の膨張を制御することになる。取扱いレイヤ１３５については、４００から１０００ミクロンの厚さとすることができるが、厚さの精度はそれほど重要ではない。一つの実行形態において、取扱いレイヤ１３５は圧電レイヤ１０７より幅が広い。
【００２４】
図４に示すように、取扱いレイヤ１３５はレイヤ１０７に圧電ボンディングされる（図２５のステップ３１３）。このボンディングについては、重合ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のような接着剤を圧電レイヤ１０７又は取扱いレイヤ１３５のいずれかに塗布し、２つのレイヤを共に加圧することで行うことができる。次いで、そのアセンブリを加熱などによって硬化させることができる。
【００２５】
図５を参照すると、次いで、アクチュエータ（図１の品目１０９）の圧電部分の最終的な所望厚さよりは厚いが、圧電材料の作業開始レイヤ（図２５のステップ３１８）よりは薄い厚さに、圧電レイヤ１０７を薄くすることができる。一つの実行形態においては、圧電レイヤ１０７は、約２００ミクロン、又は約５０ミクロンよりも薄くされる。
【００２６】
圧電レイヤ１０７を薄くするのに、水平研磨のような高精度研磨技法を用いて、円滑で低ボイドの表面形態を持つ高度に均一な薄層を生成することができる。水平研磨では、高精度な平面度許容差内に機械加工された基準表面を持つ回転チャックに加工品をマウントする。加工品の露出面には、同様に高精度の許容差で配列された水平研磨ホイールが接触する。該研磨によって、基板上に、例えば約０．２５ミクロ以下の、あるいは、例えば０．１ミクロン以下の平面度及び平行度と、５ｎｍＲａ以下までの表面仕上げとを得ることができる。また、研磨によって残留ストレスが均一になる。
【００２７】
適切な高精度研磨装置として、アリゾナ州、チャンドラーのＣｉｅｂａ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社を介して入手可能な、東芝モデルＵＨＧ−１３０Ｃがある。粗目のホイールで基板を研磨し、その後に細かいホイールで研磨するのがよい。妥当な粗研磨及び精細ホイールは、それぞれ、１５００グリット及び２０００グリットの合成ダイヤモンド樹脂母材のものである。適切な研磨ホイールをＡｄｏｍａ社又は日本の旭ダイヤモンド工業（株）社から調達することができる。
【００２８】
研磨工程の一つの実行形態においては、以下のパラメータが用いられる。加工品取付スピンドルは５００ｒｐｍで作動され、研磨ホイールのスピンドルは１５００ｒｐｍで作動される。Ｘ軸のフィード速度は、粗ホイールを使った始めの５０〜３００ミクロン研磨に対しては１０ミクロン／分であり、精細ホイールを使った終わりの５０〜１００ミクロン研磨に対しては１ミクロン／分である。冷却剤は、１８メガオーム−ｃｍの脱イオン水である。
【００２９】
図５Ａに示すように、研磨の後、圧電レイヤは、基本的には、圧電材料のしっかり固着したグレインと遊離したグレインとの双方を持つ平滑な表面、及び圧電材料の粒子と研磨液とでできたペースト１１９を有する。研磨工程では、圧電材料のグレインの多くは劈開されるが、一部のグレインは遊離する。図５Ｂに示すように、研磨の後、ホウフッカ水素酸（ＨＢＦ４）の１％溶液中で圧電材料を洗浄し、研磨による表面の損傷物を除去することができる。研磨工程で遊離した圧電材料のグレインを、小さな痕跡溝１２１を残して殆ど除去し、しっかり固着したグレイン１２０は保持しておくことができる。また、該洗浄で、ペースト１１９のような、圧電材料表面に残ることのある一切の余計な物質も除去することができる。コネチカット州、ミドルフィールドのＺｙｇｏ  Ｃｏｒｐ社から購入可能なＺｙｇｏ  ｍｏｄｅｒｕ  Ｎｅｗｖｉｅｗ５０００干渉計をＭｅｔｒｏｖｉｅｗソフトウエアとともに用いて、表面形態を測定することができる。
【００３０】
図６に示すように、圧電レイヤ１０７の第二表面１１３にグランドカット１４０が作られる（図２５のステップ３２４）。圧電レイヤ１０７を、ソー切削又はダイス切削してグランドカット１４０を生成する。グランドカット１４０は、構造体が出来上がったとき、アクチュエータの圧電部分の最終厚さと同じ深さか又はこれより深くなるよう切削する（図１の品目１０９）。一つの実行形態において、グランドカット１４０は約４０ミクロンの深さであり、出来上がりアクチュエータの圧電材料レイヤは、約１５から３５ミクロンの厚さである。カットの穴底部でグランドカット１４０の断面を丸くするとよい。
【００３１】
図７を参照すると、圧電レイヤ１０７の一つの実行形態の底面図が示されている。圧電材料の全体の面を通し複数のカットが示され、複数のアクチュエータが形成されていることが示されている。グランドカット１４０は圧電レイヤ１０７の底部幅に沿って十分に伸びており、各圧電アクチュエータはグランドカット１４０を持つ。製造を単純化するために、グランドカット１４０を圧電レイヤ１０７の全体長に延長することができる。例示した実行形態において、圧電レイヤ１０７の底面は、１８個のダイ１５０を有するボディに配列されており、ダイの位置は幻に示されている。グランドカットのペアを各ダイに通過させることができる、というのは、各ダイ１５０は２列の構造体を包含しており、この２列の各列を別々の接地電極に接続する必要があるからである。
【００３２】
図８に示すように、圧電レイヤ１０７の底面１１３に導電レイヤ１５８が形成される（図２５のステップ３２７）。導電レイヤ１５８は、最終的に底部電極を形成すると同時に、導電折り返し２８０となって圧電レイヤ１０７の底部電極から上部電極への電気接続を可能にする。導電折り返し２８０部分は、グランドカット１４０の壁面に配置されている。この塗布方法については、例えばスッパタリングなどの真空蒸着で行うことができる。蒸着する導電体については、銅、金、タングステン、すず、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）、チタン、プラチナ、金属の組み合わせ、又は電極用途に適した他の材料とすることができよう。一つの実行形態において、導電レイヤには、チタン−タングステン、金−すず、及び金を積層したレイヤが含まれる。
【００３３】
図９を参照すると、導電レイヤ１５８及び圧電レイヤ１０７をも通して、絶縁カットが施されている（図２５のステップ３３３）。該絶縁カットは、一つの圧電アクチュエータの圧電材料を、隣接する圧電アクチュエータの圧電材料から分離しており、これにより隣接するアクチュエータ間のクロストークを低減でき、ケースによってはこれを排除できる。絶縁カットは、圧電レイヤ１０７の最終厚さより深く切削される。一つの実行形態では、該カットは、カットが施される圧電レイヤ１０７の全体厚さほどには深くない。一つの実行形態では、絶縁カット１６５は少なくとも１５ミクロンの深さである。グランドカットが１４０が圧電レイヤ１０７のＸ軸沿いに施されている場合、絶縁カット１６５を圧電レイヤ１０７のＹ軸沿いに形成し、グランドカット１４０が、絶縁カット１６５と直角になるようにすることができる。絶縁カット１６５は、グランドカット１４０と違って、該カットの垂直壁沿いに導電材料が付着しないように、導電レイヤの形成ステップの後に切削される。
【００３４】
図１０に示すように、グランドカット１４０と平行に、追加のＸ軸絶縁カット１６８を形成することができる。これらのＸ軸絶縁カット１６８を、２列の構造体を有するＭＥＭＳデバイス中で用い、図１Ｃの構造体１３０と１３１とのような、相互に面して隣り合う圧電アクチュエータを分離することができる。圧電レイヤ１０７の底面図には、オプションのＸ軸絶縁カット１６８に沿ったグランドカット１４０と、Ｙ軸沿いの絶縁カット１６５と示している。（個別のダイの対応位置は幻に示されている）。絶縁カット１６５は、プリントヘッド・ダイ位置１５２に対応する場所に形成される。
【００３５】
図１１を参照すると配列用カット１７１が、圧電レイヤ１０７の底面１１３に形成されている（図２５のステップ３３６）。該カット１７１を、後記で述べるように後の配列ステップで使うことができる。圧電レイヤ全体に配列用カット１７１を施し、その一部を取扱いレイヤ１３５中にまで切り込ませることができる。一つの実行形態において、配列用カットは約８０ミクロンの深さである。配列用カット１７１を、Ｘ軸の圧電レイヤ１７１沿いに、すなわちグランドカットと平行にも、あるいはＹ軸沿いにも形成することができる、配列用カット１７１は、圧電レイヤ１０７の縁端部とプリントヘッド・ダイ位置１５２との間など、圧電レイヤ１０７の周辺部で、プリントヘッド・ダイ位置１５２に対応する圧電レイヤ領域の外側に形成される。配列用カット１７１は、後に個別のアクチュエータを形成することになる圧電レイヤの部分にはオーバーラップさせない。これに換えて、取扱いレイヤ１３５が圧電レイヤ１０７より幅が広い場合には圧電レイヤ１０７外側の領域の取扱いレイヤ上に配列用カットを作ることができる。
【００３６】
図１２に示すように、圧電レイヤ１０７中に配列用スロット１８２が作成される（図２５のステップ３４０）。配列用スロット１８２は、取扱いレイヤ１３５の上面へのソーによるプランジ切削によって形成することができる。これは、半円形状のカットとなる。（圧電レイヤ１０７と取扱いレイヤ１３５との）アセンブリの破損又は弱体化のリスクを低減するため、配列用スロット１８２は、配列用カット１７１と直行に作られ、一対だけの配列用スロット１８２が作られる。配列用スロット１８２は、配列用カット１８２を横断するのに十分なだけの深さが必要である。図１３に示されるように、取扱いレイヤ１３５を上面から見ると、該カットとスロットが交差しているのが見える。このスルーホール１８５を使って、圧電レイヤ１０７をボディに整列させることができる。
【００３７】
図１４を参照すると、圧電レイヤ１０７に接着するため、チャンバ２０５を有するボディ２００が用意されている。チャンバ２０５は、圧電レイヤ１０７がボディ２００に接合されたとき、チャンバ２０５が各絶縁カット１６５の間にある導電レイヤ１５８に整合するように間隔取りされている。チャンバ２０５を、各絶縁カット１６５の間の圧電レイヤ１０７の幅より狭くも、同じ位にも、これより広くすることもできる。
【００３８】
ボディ２００を、複数のレイヤ又は単一のレイヤで形成することができる。ボディを複数のレイヤで形成する場合、レイヤを接合して積層構造を形成することができる。米国仮出願、第６０／５  １０，４５９号、名称「薄膜を有するプリントヘッド（Ｐｒｉｎｔ  Ｈｅａｄ  ｗｉｔｈ  Ｔｈｉｎ  Ｍｅｍｂｒａｎｃｅ）」２００３年１０月１０日出願、に記載されているように、各レイヤが、シリコンなどの同一の材料である場合、レイヤを接合することによって、殆ど継ぎ目が見分けられないモノリシックなボディを形成することができる。この出願の開示は参考として本明細書に組み込まれる。チャンバを、柔軟性の膜でカバーし、これを通して圧電レイヤ１０７の動きをチャンバに伝送することができる。
【００３９】
一つの実行形態において、ボディ２００は、インクのような流体の小滴又はストリームを流出するよう構築された流体排出デバイスである。該ボディには、チャンバ２０５に加え、チャンバ２０５とインクが格納されている容器とを流体接続するインク配送路を備えることができる。また、チャンバ２０５には、フィルタ構造（図示せず）を含め、インクと一緒に流れてくる滓がチャンバ２０５に流入するのを防止することができる。チャンバ２０５を流出路を通して、ノズルのような流出口につなぐことができる。
【００４０】
ボンディング材料のレイヤをスピン塗布するなどして、ボディ２００の上にボンディング・レイヤ１９３を形成することができる。ボンディング・レイヤ１９３には、ＢＣＢのような接着剤を含めることができる。これに換えて、導電レイヤ１５８の上にボンディング・レイヤ１９３を形成することもできる。ボンディング・レイヤを、０．１から０．３ミクロンといったように非常に薄くすることができる。
【００４１】
図１５を参照すると、圧電レイヤ１０７がボディ２００と位置合わせ整列されている（図２５のステップ３４４）。具体的には、分離カット１６５の位置が、ボディ２００中のチャンバ２０５の間にある壁２０８に揃うようにして、圧電レイヤ１０７とボディ２００とはＹ軸沿いに整列される。一つの実行形態において、圧電レイヤ１０７はＸ軸沿いに配列される。圧電レイヤ１０７は、グランドカット１４０がチャンバ２０５の上に来ないようにして、Ｘ軸沿いに配列される。
【００４２】
ボディ２００がシリコンで形成されている場合、赤外線カメラを使って、壁２０８の位置を示すことができる。滑らかなシリコン表面は、赤外光に対しほぼ透過性があり、カメラによって、シリコン・ボディ２００中に形成された機構を検知することができる。シリコン・ボディ２００周辺部分に、配列のためのマークを設けることができる。スルーホール１８５を、配列マークに揃えて圧電レイヤ１０７をボディ２００に揃え、これにより絶縁カット１６５を壁２０８に整列させることができる。
【００４３】
図１６に示すように、配列の後、接着剤を塗布された面がどちらの方かによって、導電レイヤ１５８、又はボディ２００どちらかが、ボンディング・レイヤ１９３に接合される（図２５のステップ３４９）。接着剤としてＢＣＢが使われている場合、ボディ２００と圧電レイヤ１７０は一緒に保持され加熱される。一つの実行形態では、該アセンブリは、ＢＣＢ重合化のため２００℃近辺で約４０時間加熱される。ボディ２００又は導電レイヤ１５８の表面をわずかに粗くしておけば、圧電レイヤ１０７とボディ２００との間の滑りを防止することができる。一つの実行形態において、導電レイヤ１５８又はボディ２００には、相当な量のＢＣＢが塗布され、ボディ２００と圧電レイヤ１０７とが接着される際、ＢＣＢが分離カット１６５及び／又は絶縁カット１６５の少なくとも一部に充填される。一つの実行形態では、ボディ２００と圧電レイヤ１０７は、金属共晶結合によって共に接着される。
【００４４】
図１７に示すように、取扱いレイヤ１３５、及び圧電レイヤ１０７の一部はアセンブリから除去される（図２５のステップ３５２）。取扱いレイヤ１３５と圧電レイヤ１０７とを研磨して、取扱いレイヤ１３５を全部除去し、圧電レイヤを、少なくともグランドカット１４９の底部に付いた導電材料が除去される程度にまで薄く削る。一つの実行形態では、圧電レイヤ１０７は、例えば２０ミクロンなど、１０から３５ミクロンの間にまで薄くされる。この薄層化ステップにおいて、圧電レイヤ１０７はその最終厚さに薄くされ、圧電材料の個別アイランドを形成する。単純化のため、この図及び以降の図ではボンディング・レイヤ１９３を示さない。
【００４５】
図１８を参照すると、上部導電レイヤ２１０が、薄くされた圧電レイヤ１０７のアイランドの上に形成されている（図２５のステップ３５９）。前述のように、真空蒸着技法を使って上部導電レイヤ２１０を形成することができる。上部導電レイヤ２１０は上部電極１０６を形成するために使われることになる。
【００４６】
図１９に示すように、例えば、スピンコーティングなどによって、上部電極レイヤの上にフォトレジスト層が溶着される。次いで、露光、現像されて、図２０に示すように上部電極の位置の輪郭が形成される。
【００４７】
図２１に示すように、次いで、上部導電レイヤをエッチングして個々の電極を形成する（図２５のステップ３６４）。上部電極を、該電極がその上に配置されている圧電アイランドと同じ幅にも、これより狭くすることもできる。一つの実行形態では、上部電極は、ポンプ・チャンバより狭い。上部電極とポンプ・チャンバ幅の間の比率は、例えば約０．６５から約０．９といったように、約０．５から約１．２の間とすることができる。さらに、圧電アイランドを、それらがその上に配置されているチャンバと同じ幅にもこれより広い幅にも狭い幅にもすることができる。圧電アイランドの幅がポンプ・チャンバの幅より広く、例えば約１０〜２０ミクロン位広ければ、ポンプ・チャンバの間の壁部でＰＺＴアイランドを支えることができる。圧電アイランドをチャンバより幅広く形成することによって、ボンディング作業で圧力が加わったとき圧電部分が膜を突き破ってしまうリスクを低減しながら、ＭＥＭＳボディと圧電レイヤ気アセンブリとにより大きな圧力を加えることが可能になる。下部電極が接地電極である場合、各圧電アクチュエータの接地電極を一緒に接続するか、あるいは各構造体の接地を分離しておくことができる。
【００４８】
図２２に示すように、上部導電レイヤ２１０のパターニングにおいて、下部導電レイヤ１５８のための下部電極接続部分２１１が、圧電レイヤ１０７の上面に形成される。グランドカット１４０は、圧電レイヤ１０７が最終厚さに研磨された後に圧電レイヤ１０７の該最終深さより深くなるように作られるので、導電折り返し２８０は、導電材料が圧電レイヤ１０７の最上部と同じ高さにまで伸長される。上部導電レイヤは、下部電極接続部分２１１と共に導電折り返し２８０に電気的に接続され、従って下部導電レイヤすなわち下部電極に電気的に接続されている。（導電折り返し２８０は、グランドカット１４０が形成された後、導電レイヤ１５８を形成するステップ（図２５のステップ３２７）で形成される。電極分離域２２０上の導電材料がパターニングよって除去され、下部電極は、上部電極１０６の導電材料から電気的に分離される。
【００４９】
一枚のシリコン・基板及び圧電材料の一枚のレイヤのような、共通のレイヤから複数の構造体を有する複数のダイを形成することができる。ボディ２００の処理過程において、ボディの底面に裏溝１０３を形成しダイの間の境界を区画することができる。裏溝１０３はボディの厚さを越えないリセスである。圧電レイヤ１０７の上面の裏溝に対応する位置に、追加のソーカット１０２を設けることができる。ソーカット１０２は、裏溝１０３の全体長さまで伸ばす必要はない。裏溝１０３に沿って、組立品をマニュアルでブレークして、個別のダイを相互分離することができればよい（ステップ３６７）。グランドカット１４０と一致する場所に裏溝１０３を形成し、ダイをブレークすることができる。
【００５０】
図２３を参照すると、導電接着剤又ははんだのような電導性材料２１５，２２５を、アクチュエータの上に配置し（図２５のステップ３７１）、フレキシブル回路とアクチュエータとを接続することができる。フレキシブル回路２２９は、電極接続部分２２１を介して接地電極又は底部電極にも接続される。電極に駆動電圧を印加して、電極に圧電レイヤ１０７を駆動させることができる。
【００５１】
図２４を参照すると、一つの実行形態において、圧電レイヤ１０７の、チャンバ２０５の作動に寄与しない部分への入力電力が最小化されるように、構造体を構築することができる。接続パッド２２４は、フレキシブル回路２２９をボンディングするために十分なサイズにしておいて、圧電アイランドの全体の長さがポンプ・チャンバの作動に必要でない場合は、幅細い電源部分２３０を形成し、圧電アイランドの作動が必要ない部分に対する電力損失を節減することができる。
【００５２】
本明細書で説明する方法によって、従来の圧電アクチュエータ形成方法に伴う困難性を克服することができる。事前焼成された圧電材料シートによって圧電レイヤを形成することによって、ボディが損傷なしには持ちこたえられないような技法を使って圧電材料を処理することが可能になる。例えば、ボディとは別個に圧電アクチュエータを形成すれば、よりよい焼結性とグレイン成長を生成する温度で圧電材料を焼成することができる。ＭＥＭＳの他の構成要素は同様な高い温度に耐えることができない。さらにバルク圧電材料には、スパッタ又はゾルゲル形成圧電材料よりも、高いｄ係数、誘電率、結合係数、剛性及び密度を持たせることができる。ボディへのゾルゲル塗布のような他の方法で形成される圧電材料においては、圧電前駆体に添加物を加える必要が出てこよう。多くの場合、これら添加物は焼散し、ボディとは別個にバルク圧電材料を形成した場合よりも、低い圧電材料密度を生成する。ボディとは別個にバルク圧電材料を形成することによって、材料に加える添加物をずっと少なく、又はゼロにすることができる。さらに、バルク材料は加圧焼成ができる。より高い温度と圧力によって材料の密度が上がり、材料特性を全般的に向上させ、とりわけ、材料中のボイドの数を低減させる。ボイドは電気ショートを発生させデバイスを故障させやすい。
【００５３】
しかしながら、事前焼成した圧電材料のシートを加工して圧電アクチュエータを形成するにはリスクが伴う。例えば、圧電材料をボディにボンディングした後で、圧電レイヤをカットして個々のアクチュエータに分離する場合、チャンバ体をカットしてしまいリークが生ずる可能性がある。逆に、圧電材料を十分深くカットしないで、隣接する構造体との間にタブを残してしまうリスクもある。カットが均一でないと、同一の入力に対して個々の構造体が違ったレベルの圧電反応示したり、構造体の間でクロストークが生じたりする。使用磨耗したソーブレード、又は圧電レイヤに対するソー位置のバラツキにより、カット深さの不均一性が生ずる可能性がある。
【００５４】
圧電材料をチャンバ体にボンディングする前に、圧電材料を研磨及びダイシングして圧電アクチュエータを形成することにより、均一な厚さの圧電アクチュエータを生成することができる。一つのアクチュエータ全体の圧電部分を均一な厚さにすることができる。また、アクチュエータ群を通して非常に均一な厚さのアクチュエータにすることができる。ダイの構造体全体を通して実現可能な寸法均一性の例として、各構造体が、約２５から２００ミクロンの間の幅、又はおよそ１５０ミクロン幅の圧電アクチュエータを有し、列あたり１００から２００個の構造体を持つダイにおいて、ダイの圧電アクチュエータ全体を通しての厚さ差異をわずか２ミクロンにすることができる。個別のアイランドをカットしてから圧電材料を研磨することにより、相互平行な上面と底面とを持つアイランドを形成することができる。こういた表面形状は、セラミック材料の印刷工法、又はグリーンシートをデポし、セラミック材料をパターニングし、セラミック材料を焼成する工法では実現できない。グリーンシートの焼成、スクリーン印刷、及びゾルゲル塗布のような工法では、矩形の断面を有する圧電アクチュエータは形成できない。例えば、これらの工法では、平坦な底面及び湾曲した上面、又は矩形の上側角部が除去されたように見える断面を有するアクチュエータが形成されてしまう。バルク成型圧電材料からアイランドを切り出すことによって、アクチュエータの幅及び長さ方向の厚さを非常に均一にすることができる。非常に均一な寸法の圧電アクチュエータ群は、非常に均一な圧電特性を示す。
【００５５】
圧電材料をボンディングする前にカットすることによって、折り返し電極構造を形成することが可能になる。折り返し電極構造によって、圧電レイヤの上面に底部電極の接続部分を設けることができる。折り返し電極構造により、集積回路をアクチュエータに簡単に接続することができる。
【００５６】
アクチュエータをポンプ・チャンバの幅より狭く形成することによって、アクチュエータの変位を膜の最も柔軟性のある部分に集中させることができる。アクチュエータを幅狭くすることによって、圧電材料の作動に必要な電圧が低くなる。上面電極幅を圧電レイヤよりも狭くして、電圧を圧電レイヤの中央部に集中させることができる。これにより、圧電レイヤ各部での競合圧電気力を低減することができる。上部電極を圧電レイヤより幅狭く形成することにより、入力電圧に対するアクチュエータの反応性が向上する。アクチュエータの反応性が向上すれば、アクチュエータに、より低い駆動電圧を印加して所望のアクチュエータ反応を実現することができる。アクチュエータをポンプ・チャンバより幅広く形成することの利点は、ポンプ・チャンバを取り囲む壁が、アクチュエータを支持できることである。該壁がポンプ・チャンバを支えれば、アクチュエータ膜を破り抜けるリスクが低減される。具体的には、例えばボンディング処理過程でアクチュエータに圧力が加えられた場合に、デバイスを損傷する尤度は低くなる。
【００５７】
やや厚い圧電レイヤを取扱いレイヤにボンディングした後、該レイヤを薄層化することによってアクチュエータを形成する加工ステップを簡易化できる。チャンバ体にボンディングする前に、圧電レイヤを適当な作業厚さまで薄くしておかなければ、ボンディングの後、より長い薄層化処理時間が必要となる。また、取扱い材料は圧電レイヤより剛性が高いことが望ましい。より高い剛性を持つ取扱いレイヤは、アセンブリが加熱されたとき、アセンブリを取扱いレイヤの熱膨張に近い率で膨張させることができる。また一方、取扱いレイヤに接着する前に圧電レイヤをその最終厚さまで薄くするやり方で、圧電レイヤを損傷せずに所望の厚さを実現することは可能ではあるまい。取扱いレイヤは、薄層化過程で圧電材料を固定するベースを提供する。圧電材料を薄層化するための装置が、薄層化過程で圧電レイヤを固定するのでなく取扱いレイヤを固定することによって、装置の固定機能が薄層化処理を阻害する可能性が低下する。一つの実行形態において、取扱い部が薄層化装置にクランプされ、研磨ホイールが圧電レイヤを所望の厚さに研磨する。クランプは取扱いレイヤにしか接触する必要がなく、クランプが研磨ホイールを妨げとなる必要性がない。
【００５８】
研磨により、露呈されたグレインの一部に圧電材料から遊離することになる。さらに、研磨によってペースト状の物質が形成され、このペースト状物質には圧電材料の小破片が含まれている。ペースト状物質が研磨過程で圧電レイヤに付着することになる。該ペースト状物質と遊離したグレインとが、圧電レイヤと導電レイヤとの間のボンディングにギャップを生成する可能性がある。これらギャップの程度はスポットによって異なり、性能バラツキの原因となる。
【００５９】
研磨後、圧電材料の洗浄を行い、圧電材料の遊離グレイン及びペーストを除去して、圧電材料の表面が、主として圧電材料の完全に固着したグレインから成るようにする。洗浄によって表面粗さは増すが、遊離した圧電材料グレインを含む平滑な面を持つ圧電材料よりも、圧電材料の圧電特性の性能及び均一性は向上する。また、研磨後圧電材料を洗浄することによって、導電材料の塗布面が改善される。表面にペースト及び材料の遊離グレインがないことによって、導電材料と圧電材料の接着ブロックとの間にギャップが存在する尤度が低くなる。
【００６０】
圧電材料をボディにボンディングする前に、該圧電材料を取扱いレイヤにボンディングすることによって、圧電材料の熱膨張を制御することができる。圧電材料とチャンバ体とが加熱され、２つの構造体の間で結合が形成される際、当該圧電材料（又は他の適切な圧電材料）とボディを形成するため用いられた材料とが、具体的にはボディが圧電材料以外のシリコンのような材料で作られている場合などに、異なる率で膨張する可能性がある。さらに、温度変化による圧電材料の膨張度と収縮度とが違っていることがある。すなわち、加熱され、元の温度に戻して冷却された圧電材料が、直ぐには元のサイズに戻らないことがある。熱膨張の率と収縮の率とは、対象材料がどの位前の時間に分極されたか、該材料が過去どれほど多くの温度サイクルを経てきているかといったいろいろなファクタによって違ってくる。加熱に起因するチャンバ体及び圧電材料のサイズの変化によって、分離カット位置に対するチャンバ壁の配列が変わる可能性がある。
【００６１】
取扱いレイヤがボディと同じ材料でできている場合、取扱い材料は圧電材料の膨張率を制御して、圧電材料とボディとの膨張率をほぼ同じにすることができる。具体的には、取扱いレイヤが、圧電材料よりも十分に厚い場合、取扱いレイヤは、圧電材料に対し取扱いレイヤと一緒に膨張し収縮することを強制することができる。一つの実行形態において、圧電材料はＰＺＴであり、取扱いレイヤはＰＺＴレイヤの１０倍の厚さを持つシリコンである。シリコンの剛性はＰＺＴの約３倍である。厚さと剛性との違いから、該シリコンは該ＰＺＴの３０倍のバネグレートを持つと見られる。より大きな見掛けスプリングレートを持つ材料は、他方材料の膨張及び収縮を支配し、これによりＰＺＴをシリコンと同じ率で膨張させる。
【００６２】
前記で説明した圧電アクチュエータを、圧電アクチュエータを備えるセンサ、トランスデューサ、又はインクジェット・プリンタヘッドなど、多くのマイクロ機械デバイスを形成するために用いることができる。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態を説明してきた。さりながら、本発明の精神と範囲から逸脱せずにさまざまな変形を作ることが可能なのは明らかである。例えば、アクチュエータを、相互に平行に、だが圧電レイヤに対しては角度を付けて形成することができる。圧電材料のボディ内に、表面に対し垂直でないがある角度を持ったリセスを形成することによってアクチュエータを作成することができる。これに換えて、リセスの中心軸は表面に垂直とし、だが、即壁はボディ表面に対し９０°以外の角度を持つようにすることができる。例えば、側壁を台形のアイランドに形成し、該台形の広い部分を、狭い部分よりポンプ・チャンバから離しておくことができる。ＰＺＴ以外の圧電材料を使ってアクチュエータを形成することができる。駆動及び接地の双方の接続部をポンプ・チャンバの上部に配置されたアイランドに置くのでなく、駆動電極接続部はポンプ・チャンバの上部のアイランドに置き、接地電極接続部は、ダイの周辺部にある圧電材料のアイランド、例えば接続アイランドに置くことができる。また、圧電アイランドに折り返し電極を持たせる必要はない。底部電極を圧電アイランドを越えて延長し、上部電極と電気的に分離することができる。一つの実行形態において、両電極は圧電材料の一つの表面にだけ形成される。一つの実行形態では、カット又はリセスが露呈される前に研磨を停止する。これにより、アクチュエータの間に圧電材料のブリッジを残しておく。このブリッジを十分小さくし、デバイス間のクロストークを最小化することができよう。この圧電材料を取り付けたボディは、ボディ中に形成されたチャンバを持つ必要がない。ボディ中にチャンバ又は他の機能を形成する場合、圧電材料をボディに取り付けた後にチャンバを形成することができる。こういったような、他の実施形態は以下の特許請求内容の範囲内である。
【図２５】
0005398805.tif 000002
【図１Ａ】
0005398805.tif 000003
【図１Ｂ】
0005398805.tif 000004
【図１Ｃ】
0005398805.tif 000005
【図２】
0005398805.tif 000006
【図３】
0005398805.tif 000007
【図４】
0005398805.tif 000008
【図５】
0005398805.tif 000009
【図５Ａ】
0005398805.tif 000010
【図５Ｂ】
0005398805.tif 000011
【図６】
0005398805.tif 000012
【図７】
0005398805.tif 000013
【図８】
0005398805.tif 000014
【図９】
0005398805.tif 000015
【図１０】
0005398805.tif 000016
【図１１】
0005398805.tif 000017
【図１２】
0005398805.tif 000018
【図１３】
0005398805.tif 000019
【図１４】
0005398805.tif 000020
【図１５】
0005398805.tif 000021
【図１６】
0005398805.tif 000022
【図１７】
0005398805.tif 000023
【図１８】
0005398805.tif 000024
【図１９】
0005398805.tif 000025
【図２０】
0005398805.tif 000026
【図２１】
0005398805.tif 000027
【図２２】
0005398805.tif 000028
【図２３】
0005398805.tif 000029
【図２４】
0005398805.tif 000030