(57)【要約】【課題】熱効率が高い液滴発生器ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することにある。【解決手段】熱変換器（２１２）を有する基板部材（１１６）と、基板部材（１１６）に取り付けられ、その中にオリフィス（１６２）が形成され、熱変換器に隣接するチャンバ（１７０）を画定するオリフィス層（１０２）と、基板部材（１１６）内にあり、流体の供給源からチャンバ（１７０）内への流体チャネルを画定する流体注入口（１６８）と、熱変換器（２１２）上にある、亀裂が入らないパッシベーション層（２２０）とを備え、パッシベーション層（２２０）は約２００ｎｍ未満の厚みを有している。【選択図】図１
2006110544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱変換器を有する基板部材と、
該基板部材に取り付けられ、その中にオリフィスが形成され、前記熱変換器に隣接するチャンバを画定するオリフィス層と、
前記基板部材内にあり、流体の供給源から前記チャンバ内への流体チャネルを画定する流体注入口と、
前記熱変換器上にある、亀裂が入らないパッシベーション層とを備え、該パッシベーション層は約２００ｎｍ未満の厚みを有している、液滴吐出装置。
【請求項２】
約１００ｎｍ厚の前記パッシベーション層をさらに備えている、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記パッシベーション層上にキャビテーション防止層をさらに備えている、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記キャビテーション防止層は少なくともタンタルを含んでいる、請求項３に記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
少なくとも１０００個の液滴発生器をさらに備えている、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
液滴吐出装置を製造する方法であって、
（ａ）熱変換器層を有する基板を配設するステップと、
（ｂ）前記熱変換器層上に、亀裂が入らないパッシベーション層を堆積するステップであって、該パッシベーション層は約２００ｎｍ未満の厚みを有するような、堆積するステップとを含む、液滴吐出装置を製造する方法。
【請求項７】
前記パッシベーション層上にキャビテーション防止層を堆積するステップであって、該キャビテーション防止層は少なくともタンタルによって画定されるような、堆積するステップを含む、請求項６に記載の液滴吐出装置を製造する方法。
【請求項８】
前記パッシベーション層上に堆積される前記キャビテーション防止層は約０．０５μｍ厚以下である、請求項７に記載の液滴吐出装置を製造する方法。
【請求項９】
前記液滴吐出装置内にオリフィスを形成し、それにより液滴発生器を画定するステップを含む、請求項７に記載の液滴吐出装置を製造する方法。
【請求項１０】
前記液滴吐出装置内に、１平方ミリメートル当たり少なくとも約２５０個のオリフィスの密度でオリフィスを形成するステップを含む、請求項９に記載の液滴吐出装置を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル化された液滴を生成して吐出することができる熱式液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬物は多くの場合に、吸入エアロゾル、すなわち薬物を飛沫同伴する、非常に細かい液体粒子又は固体粒子からなる気体状の懸濁物の形で患者に送達されている。いわゆる、薬物の肺送達は、数多くの事例において、患者の血流に生体物質及び化学物質を送達するのに非常に効率的である。肺送達は、その薬物が「定量噴霧式吸入器」（「ＭＤＩ」）、又は微小な液滴サイズを有するエアロゾルを生成するのに適した吐出器ヘッドを組み込む他のタイプの吸入器のようなデジタル制御装置で送達されるときに特に効率的である。多くの場合に、そのような吸入器を用いて、喘息治療薬は、その薬物が迅速な抗炎症性効果を有する場所である患者の肺に直接に送達されている。また、ＭＤＩは、薬物を系統的に送達するためにも用いることが可能であり、その場合には、薬物のエアロゾル化された液滴は、その薬物が患者の血流内に迅速に吸収される場所である肺組織内の深くまで送達されることになる。
【０００３】
最も効率的な肺薬物送達は、薬物が微小のエアロゾル化された液滴で肺胞、すなわち肺胞上皮として知られている最内側肺組織内の小さな気嚢に直接に送達される場合に、行われることになる。これは、薬物が極めて迅速に患者の血流に移送されるためである。
【０００４】
熱式液滴発生器を用いて、所望の小さな液滴サイズを有するエアロゾル化された薬物を生成することが可能である。このような液滴発生器は、通常、液滴発生器ヘッドを組み込んでおり、液滴発生器ヘッドは、流体薬物と抵抗体加熱素子との間に配置される誘電体層及び金属層を有し、抵抗体加熱素子は、流体を加熱して気化させ、その流体をノズルから吐出するようになっている。誘電体層、金属パッシベーション層及びキャビテーション防止層は、抵抗層に必要な機械的保護及び電気的保護を与えている。抵抗体への電源がオフされるとき、動作中に生成された気泡が潰れて、機械的損傷を引き起こす可能性がある。パッシベーション層が損傷を受ける場合には、流体が抵抗体加熱素子に接触し、結果として腐食などの種々のタイプの損傷が生じてしまう。パッシベーション層及びキャビテーション防止層によってもたらされる保護は必要ではあるが、薬物を気化できるようにそれらの層を加熱する際に著しいエネルギーが費やされる。すなわち、抵抗性加熱素子からのエネルギーは、加熱される対象となる媒体、すなわち流体薬物に直接に向けられるのではなく、必然的にパッシベーション層及びキャビテーション防止層に向けられなければならない。この結果として、そのような液滴発生器に電池で電源を供給するのが現実的でないような程度まで、液滴発生器のための電源入力条件が増加すること、及びそれに伴って、電源がオフされたときでも余熱によって流体薬物が沸騰する程度まで動作中に液滴発生器を加熱してしまうことを含む、いくつかの問題が生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえ、熱効率が高い液滴発生器ヘッドが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、熱変換器を有する基板部材と、  該基板部材に取り付けられ、その中にオリフィスが形成され、前記熱変換器に隣接するチャンバを画定するオリフィス層と、前記基板部材内にあり、流体の供給源から前記チャンバ内への流体チャネルを画定する流体注入口と、前記熱変換器上にある、亀裂が入らないパッシベーション層とを備え、該パッシベーション層は約２００ｎｍ未満の厚みを有している。
また、本発明は、液滴吐出装置を製造する方法であって、（ａ）熱変換器層を有する基板を配設するステップと、（ｂ）前記熱変換器層上に、亀裂が入らないパッシベーション層を堆積するステップであって、該パッシベーション層は約２００ｎｍ未満の厚みを有するような、堆積するステップとを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を実施するための装置及び方法を以下に詳細に説明する。本発明の他の利点及び特徴は、本明細書の以下の部分及び図面を精査する際に明らかになるであろう。
【０００８】
本発明は、流体供給システムからの流体を収容する液滴吐出装置を備える薬物エアロゾル発生器又は吸入システムと、液滴吐出装置の熱効率を高めるように液滴発生器ヘッドを製造するための工程とを含んでいる。液滴吐出装置はコントローラに接続され、複数又は多数の個別の液滴発生器を備え、各液滴発生器はコントローラの影響下でエアロゾル化された流体の液滴を吐出している。
【０００９】
本発明の吸入システムは、液滴発生器に電気的に接続され、かつ各液滴発生器に液滴吐出パルスを与えるように構成される回路を備えている。例示的な実施形態によれば、液滴吐出パルスは、各液滴発生器に供給される電流パルス又は電圧パルスである。それらのパルスを各液滴発生器に供給することは、個別にアドレス指定することができる液滴発生器、又は並列又は直列の配列で結合され、個別にアドレス指定することができない液滴発生器に対してそれらのパルスを供給することができることを意味するものと理解されたい。
【００１０】
また、本発明の吸入システムは、液滴発生器の近くで測定されるときに、或る制御された圧力レベルで液滴発生器に流体を供給するように構成される流体供給システムも備えている。別の言い方をすれば、液滴発生器には、或る制御された圧力レベル又は圧力レベルの範囲を有する流体が供給されるようになっている。液滴発生器設計、及び液滴発生器に供給される流体の特性の結果として、液滴発生器は、約−１０インチ（約−２５センチ）水柱未満のゲージ圧力に及ぶ安定した動作範囲を有している。ゲージ圧力動作範囲は、約−１０インチ水柱未満から約−１５インチ（約−３８センチ）水柱までであることが最も好ましいが、液滴発生器は、約−１０インチ水柱未満から約−４５インチ（約−１１４センチ）水柱までの範囲内のどこにおいても、ゲージ圧力のための安定した動作範囲を有している。
【００１１】
本明細書において用いられるように、ゲージ圧力は、対象となっている圧力と、外部の大気圧との間の圧力差を意味している。ゲージ圧力の大きさは比較的小さい傾向があるので、流体液滴発生器のためのゲージ圧力は水柱インチで測定されている（例えば、水銀又はＰＳＩではない）。安定した動作範囲について言及する場合、それは気泡を吐出し損なうなどの問題を生じることなく、液滴発生器が確実に液滴を吐出することができる圧力の範囲を意味している。
【００１２】
例示的な実施形態によれば、液滴発生器は熱式液滴発生器であり、各液滴発生器は１つのノズル又はオリフィスを備え、そのノズル又はオリフィスは、電流パルス又は電圧パルス起動式の抵抗体に隣接して配置されており、その間に流体が供給されるようになっている。パルスを受信するのに応答して、抵抗体は、ノズルからエアロゾル粒子又は液滴を吐出させる駆動気泡を流体内に生成している。しかしながら、本発明は、熱駆動気泡には限定されず、圧電起動式液滴発生器を組み込むことができる設計も含んでいる。
【００１３】
例示的な実施形態によれば、本発明の吐出装置は少なくとも１０００個の流体液滴発生器を備え、好ましくは９０００個以上の流体液滴発生器を備えている。その回路は、少なくとも２５ｋＨｚの周波数で、好ましくは少なくとも２５０ｋＨｚの周波数で、各液滴発生器に液滴吐出パルス（電流や電圧又は電荷パルスを意味する）を供給するようになっている。
【００１４】
液滴サイズが正確に制御される場合には、肺薬物送達が最も効率的となる。エアロゾル化された液滴において送達される薬物が血流内に迅速に移送されるように実効的に肺送達を実現するには、液滴のいくつかの物理的な特性が重要である。これらの特性は、好ましくは約５０フェムトリットル未満、さらに好ましくは約１５フェムトリットル未満の極めて小さな液滴体積、及び標準偏差が約２０％で、約０．１〜１５μｍにあることが好ましい、液滴サイズの狭い範囲の分布を含んでいる。約０．０１４μＪ以下のターンオン・エネルギー（ＴＯＥ）、液滴がノズルから吐出されるときの約１０ｍ／ｓｅｃ以上の液滴速度、少なくとも約２５ｋＨｚ、より好ましくは約２５０ｋＨｚのノズル発射周波数を含む、吸入システムの他の特性も同様に重要である。
【００１５】
本発明は、本明細書において詳述されるような、これらの設計基準及び付加的な基準を満たすことができる吐出器ヘッド構成を備えている。その吐出器ヘッドを製造する方法は、熱効率が高い装置を製造し、結果として直接的にエネルギー消費を減らし、動作特性を改善することになる。
【００１６】
背景技術を通して状況を説明するために、ここで具体的に図１を参照すると、薬剤送達装置１０において具現されるような液滴吐出装置の例示的な実施形態が示されており、この場合には、その装置は定量噴霧式吸入器（ＭＤＩ）として知られている手持ち式の肺送達機構であり、本明細書においてＭＤＩ１０と呼ばれることもある。本明細書に記載されるＭＤＩ１０のようなＭＤＩは、喘息治療薬のようなエアロゾル化された薬物を送達するために用いられ、市場においては数多くの様々なＭＤＩ送達システムが存在している。ＭＤＩは通常、加圧することができる容器において薬物を噴霧剤と混合している。この薬物は、液体又は粉末の形をとることが可能である。その装置を作動させることにより、定量のエアロゾル化された薬物が放出され、それが患者によって吸入されることになる。
【００１７】
図１に示されるＭＤＩ１０は、本明細書に記載されるような熱式液滴発生器を組み込むことができる数多くの実現可能な薬剤容器及び送達システムのうちの１つを例示することのみを目的としていることは理解されよう。本明細書において用いられるとき、用語「薬物」は、病状の治療又は他の目的のいずれかのために患者に送達される、生物学的、化学的又は他の任意の流体又は化合物を指示するために包括的に用いられている。「薬剤」、「薬物」、「生物活性物質」及び類似の用語のような他の一般的な用語は、その用語の代わりに用いられる場合もある。
【００１８】
液滴発生器を製造するための方法の詳細な説明に進む前に、引き続き図１を参照しながら、容器１０の主な構成要素を概略的に説明することにする。
【００１９】
容器１０は、薬物のリザーバ又は供給源１６を収容するように構成される吸入器ハウジング１４を備え、その薬物は先に言及されたように、通常液体の形で、多くの場合に溶液として供給されるようになっている。薬物供給源１６は、例えば針及び隔壁による相互接続、又は熱抵抗素子又は圧電素子のような他の空気流制御手段によって、ハウジング１４内の導管１８に接続され、供給源１６内の薬物が、概略的に１００で示され、以下に詳述される液滴吐出装置に向けられるようにし、液滴吐出装置は、複数の液滴発生器を支持し、薬物供給源１６からの液体の適当なサイズにエアロゾル化された液滴を生成するように構成されている。図１の説明図は概略的であること、及びＭＤＩは必然的に、薬物が混合された、かなりの量の空気を患者が吸入できるように設計されなければならないことは理解されよう。
【００２０】
液滴吐出装置１００は、ＭＤＩ制御システム２６の一部であるコントローラ２４に、例えばフレキシブル回路２２で電気的に相互接続されている。以下に説明される機能の中でも、コントローラ２４は適当な条件付き制御信号を生成し、その信号を液滴吐出装置１００に送信して、ノズルの発射、それゆえ薬物の供給を開始している。ＭＤＩ制御システム２６は、コントローラ２４と、電源２８（例えば電池）と、オペレータスイッチ３０とを備えている。コントローラ２４は、液滴吐出装置１００に対して必要に応じて液滴発生器を発射するための制御された電流パルスを送信することにより、スイッチ信号に応答する、通常はＣＭＯＳチップ内にある集積回路である。制御システムは、複数の方法のうちの任意の方法で構成することができ、吸入器のハウジング１４と一体に構成されることが最も好ましいことは理解されよう。コントローラ２４は、適当なプロセッサ及びメモリ構成要素を含んでいる。状況によっては、コントローラ２４を構成する集積回路をリアルタイムクロック回路に組み込むことができ、その逆にすることも可能である。
【００２１】
ＭＤＩ１０が、患者の吸入によって薬物を送達するように構成される場合には、液滴吐出装置１００がマウスピース又はノーズピース３２の近くに配置されることになる。それゆえ、図１に示される液滴吐出装置１００は、マウスピース３２の内部に配置され、エアロゾル化された薬物が空気流と混合できるようにしている。ハウジング１４内にある制御システム２６、並びに液滴吐出装置１００の配列及び向きによって、吐出される液滴の量、及び放出される薬物の量の両方が正確に計量されるようになり、さらに適当に小さな液滴が生成されるようになる。すなわち、薬物供給源１６から薬物を放出するために、吐出される液体の体積を適当に小さな液滴まで縮小するための他の機構を追加する必要はない。エアロゾル化された薬物がマウスピース３２から吐出される経路は、図１の一連の矢印で概略的に示されている。
【００２２】
ＭＤＩ１０は制御センサ４２を備えていてもよく、例えば、そのセンサには、薬物供給源１６に動作可能に結合され、供給源リザーバ１６内に収容される薬物の実際の温度を検出し、かつ監視することができる温度センサを用いることが可能である。また、ＭＤＩ１０は、液滴発生器に隣接する流体の圧力又はゲージ圧力を監視するために、液滴吐出装置１００内に適当な回路のようなセンサを備えていることが好ましい。
【００２３】
適当なセンサ４２は、サーミスタ及び抵抗器、薄膜金属、金属酸化膜半導体温度センサ、ＣＭＯＳ又はＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ホイートストンブリッジを構成する回路などの集積回路温度センサを含んでいる。適当な圧力センサは、圧力に応答して電圧を生成する圧電デバイスのような変換器を含んでいる。具体的な使用法に応じて、２つ以上のセンサ４２及び異なるタイプのセンサを用いることもできる。
【００２４】
制御システム２６は、コントローラ２４に接続され、かつ外部のコンピュータに接続するためにハウジング１４の後端において外部に露出されるプログラミングインターフェース４４を備えている。プログラミングインターフェース４４は、トレース（例えば、フレキシブル回路内にある）及び従来のバスインターフェースを通して、そのインターフェースをコントローラ２４に相互接続する導体パッド４６を含む従来のインターフェースである。プログラミングインターフェース４４の例示的な実施形態は、例えば、赤外線対応のデータリンク又は他の類似のプログラミングインターフェースを含む、任意の適当なプログラミングインターフェースで置き換えることが可能である。
【００２５】
液滴吐出装置１００内に形成される個々のノズルから液体を吐出するための仕組みは、以下に詳述されるように、液滴吐出装置に組み込まれる熱変換器に電圧を印加し、液体で満たされたチャンバ内に蒸気気泡を生成することによるものである。熱によって液体を膨張させることにより、オリフィスを通して液体が吐出されることになる。
【００２６】
図２〜図６は、本発明による液滴吐出装置１００を製造する際に用いるのに適した、いくつかのノズル配列又は構成を示している。
【００２７】
図２は、オリフィス１３０を有するオリフィス層１０２、オリフィス１３０の下に位置する熱変換器１３２、及びオリフィスの両側に配置される注入口１３４の配列を平面図で示している。液体がチャンバ１１０（図４）から注入口１３４及びチャンバ１１４に流れ込み、熱変換器１３２に電圧を印加することによって蒸発し、オリフィス１３０を通って吐出されるようになっている。
【００２８】
図３は、単一のオリフィス１４０がオリフィス層１０２内に形成される別の配列を図２に類似の平面図で示している。熱変換器１４４は、先に詳述されたような、オリフィス１４０の下にある制御層１０６内に配置されている。流体が単一の注入口１４６を通ってチャンバ１１４に流れ込むようになっている。
【００２９】
図４は、本発明に従って形成されるような、オリフィス、抵抗体及び例示的な一対のチャンバ１１４の注入口構成要素のさらに別の代替の配列を平面図で示している。図４に示される実施形態では、相対的に大きな抵抗体１４８が用いられ、抵抗体の４つの角部分の上に位置する４つのオリフィス１５０を備えるオリフィス層１０２が形成されている。抵抗体１４８に供給される液体は、抵抗体１４８のそれぞれの側に１つずつある一対の注入口１５２を通って流れるようになっている。
【００３０】
図５は、オリフィス層上にノズルの小グループを配列するいくつかの方法のうちのさらに別の１つの方法を示す概略図である。図５は、オリフィス１５４が抵抗体１５６上に位置する平面図である。抵抗体１５６は、制御層１０６によって制御システム１２６に接続されている。この実施形態では、注入口１５８は断面が正方形であり、少なくとも２つの注入口１５８が各抵抗体１５６に隣接するように配列されている。
【００３１】
図６は、オリフィス層上のノズルのいくつかの代替の配列のうちの別の１つの配列を示すさらに別の概略図である。２つのオリフィス１６０及び１６２は抵抗体１６４及び１６６の上に位置し、それらの抵抗体は熱変換器とも呼ばれている。流体が、注入口１６８のような注入口を通ってチャンバに供給されるようになっている。
【００３２】
図２〜図６に示されるオリフィス及び抵抗体の空間的な配列及び相対的な配置は例示にすぎず、他の配列も考えられる。
【００３３】
上記の全ての事例では、オリフィス（例えば１０４，１３０，１４０，１５０，１５４）の水力直径は約２．０μｍ〜４．０μｍであることが好ましく、約２．６μｍであることがさらに好ましい。このオリフィスサイズの場合、各オリフィスを通して放出される平均液滴サイズは約３μｍである。
【００３４】
上記の説明から、液滴吐出装置１００がノズル１０１のような何千ものノズルを組み込む半導体ダイを備えて入ることは理解されよう。そのノズルは図２〜図６に示されるタイプからなることが可能であり、液滴吐出装置１００の構造は以下に詳述される。
【００３５】
［製造方法］
ここで、液滴吐出装置１００を製造する例示的な方法を、図７〜図１７の図を参照しながら説明することにする。図７〜図１７の全ての図はかなり概略的であり、基本的には図６に示される液滴吐出装置１００の断面及び図７に示される液滴吐出装置１００の断面を示すことは理解されたい。
【００３６】
具体的に図７の断面図を参照すると、完成した液滴吐出装置１００の概略図が示されている。本発明の一態様に従って形成される液滴吐出装置１００において用いることが可能なタイプの一対の液滴発生器１０２が示されている。液滴発生器１０２は断面図で示されている。図７には、２つの液滴発生器だけが取り出して示されているが、所与の応用形態において十分な液滴を生成するために、液滴吐出装置１００は数千もの液滴発生器を備えていることは理解されよう。
【００３７】
引き続き図７を参照すると、その中に一対のノズル又はオリフィス１０２を画定したオリフィス層１０４が構成されている。オリフィス層１０４は、全体として１０６で示され、抵抗性熱変換器素子１０８（本明細書において抵抗体とも呼ばれる）を含む制御層の上に位置しており、素子１０８は後に詳述することとする。熱変換器素子１０８はさらに、液滴発生器１０２のゲージ圧力を監視するための回路及び／又はセンサ能力を含むことが可能である。２つの注入口１６８（「供給穴」又は「ＩＦＨ」とも呼ばれる）が制御層１０６内に画定され、液体がチャンバ１７０に流れ込むことができるようにし、チャンバ１７０は、オリフィス１６０を通してそのチャンバから液体を吐出する前に、液体を保持するための小さなリザーバを画定している。制御層１０６は固体基板部材１１６の上に位置し、固体基板部材１１６の一方の面１１８は、例えば供給源１６からの流体と接触し、また固体基板部材１１６は、流体が注入口１６８に流れ込むために通る注入口チャンバ１２０を画定している。参考として、チャンバ１７０の内部の高さ寸法は約２μｍであることが好ましい。
【００３８】
液滴を吐出するための図７に示される構造のようなものを包括的に記述するために、本明細書において用語「液滴発生器」が用いられており、それゆえ、用語「液滴発生器」は、ノズル又はオリフィス及び抵抗体、並びに関連する構成要素のような構造を含むことは理解されよう。
【００３９】
チャンバ１７０から液体を吐出するための仕組みは、熱変換器１６４に電圧を印加して、液体で満たされたチャンバ内に蒸気気泡を生成することによるものである。気泡を急速に膨張及び蒸発させることにより、オリフィス１６２を通して液体が小さな液滴の形で吐出されることになる。計算上、熱変換器１６４は平坦な部材（たとえば薄膜抵抗器）とみなされ、作動時にチャンバ内の液体を加熱して、非常に急速に液体を膨張させ、それによりオリフィスを通して、その液体を小さな液滴の形で吐出することになる。
【００４０】
図８で開始され、図１７まで続く一連の図面は、図７に示される液滴吐出装置１００を製造する際に関連する一連のステップを詳細に示している。
【００４１】
図８に概略的に示される固体基板部材１１６は、製造工程の初期段階を表している。基板部材１１６は、液滴発生器が形成される土台になる部材である。固体基板部材１１６はトレンチ２００，２０２，２０４を含み、これらトレンチは、シリコンドライエッチングを用いて基板部材１１６内にエッチングされており、そのエッチングは、トレンチの上縁部において形成される可能性があるオーバーハングを全て除去することが好ましい。図８の基板部材１１６を形成する際に関連する処理ステップは、０．１μｍ熱ＳｉＯ2成長、酸化物ドライエッチング、レジスト除去、トレンチ２００，２０２，２０４の約１０μｍの深さまでのＳｉドライエッチング、並びに酸化物ウエットエッチングを含んでいる。
【００４２】
図９は、基板部材１１６の両面における１μｍ熱ＳｉＯ2成長２０６を示しており、層２０６がトレンチ２００，２０２，２０４を含む表面全体に見られている。次に、約１２μｍのポリシリコン２０８が基板部材１１６の上側表面上に堆積されている（ここで「上側」とは、図中の部材１１６の向きを指している）。ポリシリコン材料は、トレンチ２００，２０２，２０４を満たしている。トレンチのアスペクト比によっては、トレンチ内に堆積されるポリシリコン材料内に小さな間隙が形成される場合もあるが、図９にはそのような間隙は示されていない。
【００４３】
製造工程において次に示される続きのステップは、基板部材１１６の元の上側表面を露出させるポリＣＭＰ／酸化物ＣＭＰ（化学機械研磨／平坦化）処理によって、基板部材１１６の上側表面から余分な材料を除去することを含んでいる。この処理ステップの結果が図１０に示されており、研磨処理によって基板部材１１６の上側表面からポリシリコン材料２０８が除去されていることが明らかであり、結果として基板部材１１６の上側表面が概ね平坦になり、かつトレンチ２００，２０２，２０４がポリシリコン２０８で満たされたままになることが好ましい。
【００４４】
ここで図１１を参照すると、次に続く処理ステップはＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）分離層２１０を堆積することを含み、その層は約８μｍ厚であることが好ましい。その後、複合的な抵抗体／導体二重層２１２が分離層２１０上に堆積される。抵抗体層２１２には、約０．０４μｍのタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）を用いることが可能である。抵抗体エッチングの前に、上に位置する導体層２１４が除去され、傾斜付き導体フォトエッチングが行われて、上に位置する導体層２１４の傾斜付きの側壁部分２１６が残され、図示されるように抵抗体層２１２が画定される。
【００４５】
傾斜付き導体フォトエッチングの結果として、好ましくはオーバーハング部分を生じることなく、傾斜のある上向きの側面を有する小さな、好ましくは約３μｍ×３μｍの抵抗体サイズになる。傾斜付き導体フォトエッチング及び抵抗体プレスパッタエッチングは、後に詳述されるように、次の処理ステップにおいて上側表面上に堆積されるパッシベーション層の一体性を改善したものである。さらに、傾斜付きの側壁部分２１６は、亀裂が入らないように薄いパッシベーション層を堆積する能力を高めている。
【００４６】
次に、図１２及び図１３を参照すると、パッシベーション層２２０及びキャビテーション防止層２３０（図１３）が堆積される。パッシベーション層２２０は１μｍＳｉＮｘ／０．１  ＳｉＣｘであることが好ましいが、他のパッシベーション材料を用いることも可能である。パッシベーション層２２０は、ＳｉＣｘ／ＳｉｎＸドライエッチングでドライエッチングされ、レジストが除去されている。結合されたパッシベーション層２２０には亀裂が入らず、下に位置する抵抗体層２１２に対して重要な機械的及び電気的保護を与えている。また、パッシベーション層２２０は、約２００ｎｍ厚未満であることが好ましく、約１００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。本明細書において用いられるときに、用語「亀裂が入らない」とは、流体を抵抗体／導体層のような下側の層と接触させてしまうことになる間隙又は穴がパッシベーション層２２０に概ね存在しないことを意味している。したがって、パッシベーション層は有効な障壁層である。パッシベーション層２２０が２００ｎｍ未満の厚みを有する場合、抵抗体２１２によって生成される多くの熱エネルギーが加熱されている流体に伝達されるので（相対的に厚みのあるパッシベーション層を加熱するのに比べて）、熱効率が大幅に改善されることになる。さらに、パッシベーション層において加熱される質量が少ないので、液滴発生装置内に残留する熱が少なくなる。
【００４７】
さらに、パッシベーション層２２０が薄いことは、エネルギー要件が低減されることに直結し、それにより液滴発生装置が電池で確実に駆動されるようになる。その装置への加熱が少なく、保持される熱が少ないので、「沸騰」の発生率が低減されることになる。先に言及されたように、抵抗素子に電源が供給されない場合であっても、液体薬物が沸騰する点まで液滴発生装置が加熱されるときに「沸騰」が生じる。これは、例えば、抵抗素子に長時間にわたって電圧を印加することによって、基板部材及び他の構造が熱くなるときに起こる可能性がある。
【００４８】
次に図１３を参照すると、第２の導体として、Ｔａの０．０５μｍの層２３０／１．２μｍＡｕが堆積されている。タンタルの薄い層は、接着剤及びエッチング停止層としての役割を果たし、従来では、保護膜で覆われた抵抗体の上側にキャビテーション防止層として残されるが、さらに熱効率が高いこの液滴発生器の一実施形態では、熱効率をさらに改善するために、装置の製造の終了時に、抵抗体上のタンタルが除去されるようになっている。タンタルを薄くすると、熱効率が高くなり、相対的に厚みのある金層が寄生問題を最小限に抑えることになる。キャビテーション防止層は、より大きな液滴の熱式発生器において標準的に用いられ、下側にあるパッシベーション層及び抵抗体層をさらに保護し、パッシベーション層に起こり得る劣化と、その劣化に伴う抵抗体への損傷とを防いでいる。キャビテーション防止層内の金属は、衝撃又は応力に起因するクラックの発生を阻止し、それによりパッシベーション層の機械的な亀裂及び損傷を防ぐのを助けている。
【００４９】
先に言及されたように、抵抗体上の適所にキャビテーション防止層２３０を残すことは任意（オプション）であるが、その層が残る場合には、約５０ｎｍ厚未満であることが好ましい。
【００５０】
図１４は、同図において層２３２として特定される、Ｔｉの０．０５μｍ厚の層を堆積する製造工程の次のステップを示している。
【００５１】
図１５は、層２３４として示され、ＳｉＮｘ／ＳｉＣｘＤＳＯの層の堆積を概略的に表している。引き続き図１５を参照すると、基板部材１１６の下側から抵抗体層２０６が除去されており、シリコン基板が露出している。これにより、作業中のさらに後続の処理ステップのために基板部材１１６が準備されることになる。
【００５２】
図１５では、注入口１６８が分離層２１０内に形成されている。これらの注入口１６８は、液体薬物がその中を通って液滴発生器ヘッドに流れ込む供給穴を画定している。
【００５３】
次に続く処理ステップが図１６に示されている。このステップでは、０．２μｍＴｉ／２μｍＡｌＣｕが堆積され、支持母材２５０が形成され、最終的にはその上にチャンバ１７０が形成されることになる。支持母材２５０は、その後に、オリフィス層が堆積された後に除去されることになり、図１６に示されるように、支持母材２５０が堆積された場所に、空所（すなわち「チャンバ」）が残されることは理解されよう。
【００５４】
図１７に示される最終的な処理ステップのうちの１つでは、同図において層２５２の番号が付される、ＰＥＣＶＤ  ＴＥＯＳの２μｍ層が支持母材２５０上に堆積されている。母材２５０上にある層２５２内には、オリフィス１６０が形成されている。
【００５５】
ここで、基板部材１１６は、図７に示されるような流体経路を形成するための準備ができている。これは、Ｓｉドライエッチングで基板部材１１６を画定するシリコン材料を除去し、それにより注入口チャンバ１２０（図７を参照）を画定することにより達成されるものである。
【００５６】
最後に、チャンバ１７０のための支持母材１５０がロストワックスエッチングで除去され、図７に示される完成した液滴発生装置が製造されることになる。
【００５７】
表１は、液滴発生器１００のために選択された設計仕様基準を提供するものである。
【００５８】
【表１】
2006110544.tif 000003
【００５９】
ただし、ターンオン・エネルギーは、図２〜図６に示されるようなノズル構成に応じて異なっている。
【００６０】
２００ｋＨｚの周波数で９０００個のノズルを有する本明細書に記載される液滴発生器１００を発射する結果として、毎秒１８億個の液滴が生成されることになる。本明細書の目的の場合、流束又は全粒子束は、液滴吐出装置１００から単位時間当たりに吐出される液滴の数を指している。より多くのノズルを同時に発射することにより、流束が増加することになる。適当な流束は、少なくとも約１００ＫＨｚの周波数で少なくとも約４０００個のノズルを発射する液滴発生器で達成される。これらの条件の中で動作する液滴発生器は、手持ち式ＭＤＩ１０において薬物の正確な投与量制御及び送達を提供するものである。
【００６１】
ＴＯＥが表１において規定される範囲内にあるとき、ＭＤＩ１０において用いるために構成される電池のような標準的な電源２８が、十分な電池寿命を提供している。
【００６２】
液滴発生器１００に供給される薬物の流体特性は、ＭＤＩ１０の性能及びその中を通って送達される液滴に大きな影響を及ぼすことができる。例えば、ノズル発生器１００を通して送達するための流体薬物の例示的な範囲は、約２０〜７０ｄｙｎｅ／ｃｍ2の範囲内の表面張力を有している。本明細書において開示されるタイプの液滴吐出装置１００では、液滴発生器１０１を実効的に動作させるために許容可能なゲージ圧力動作範囲は、液滴発生器１０１の直ぐ近くで測定されて、約−１０インチ水柱未満（先に言及された２０〜７０ｄｙｎｅ／ｃｍ2の範囲内の表面張力を有する薬物の場合）に及ぶことが好ましい。試験によって、この範囲の下限、すなわち２０ｄｙｎｅ／ｃｍ2又はその下限近くの表面張力を有する薬物の場合、かつ約３．０μｍのノズルオリフィスサイズの場合、約−１３インチ（約−３３センチ）水柱のゲージ圧力動作範囲が達成されることが示されている。ノズルオリフィスサイズを小さくすると、実効的なゲージ圧力動作範囲が大きくなる。言及された範囲の上限、すなわち７０ｄｙｎｅ／ｃｍ2又はその上限近くの表面張力を有する薬物の場合、かつ約３．０μｍのノズルオリフィスサイズの場合、約−４５インチ水柱のゲージ圧力動作範囲が達成されることになる。
【００６３】
こうして、液滴発生器１００が上記のタイプのオリフィス構成で製造されるとき、液滴発生器１０１は、薬物が２０ｄｙｎｅ／ｃｍ2程度の低い表面張力を有する場合であっても、約−１０インチ水柱未満のゲージ圧力で動作することができる。許容可能なゲージ圧力範囲が広いことは、ＭＤＩ１０の信頼性にとって非常に有利に作用している。例えば、その液滴発生器は耐衝撃性が非常に高く、衝撃による液滴発生器の始動不良の発生及び気泡吸込みが著しく低減されることになる。また、その液滴発生器は、表面張力のような薬物流体特性及び送達圧力の広い範囲において動作することもできる。
【００６４】
本発明の例示的な実施形態が説明されてきたが、本発明の範囲内で、当業者が、それらの実施形態に対する変更を行うことができることは理解されたい。したがって、本発明の精神及び範囲はそれらの実施形態には限定されず、添付の特許請求の範囲に規定されるような種々の変更形態及び均等物にまで及ぶことを理解及び認識されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の液滴発生器ヘッドの例示的な実施形態が組み込まれる薬物送達装置の一例であり、定量噴霧式吸入器装置の概略的な側面図である。
【図２】本発明の液滴発生器ヘッドにおいて用いるのに適している種々のノズル配列を示しており、具体的には図１に示されるタイプの吸入器内の液滴吐出装置において用いるための、１つノズル及び２つの注入口を備える液滴発生器の１つだけを取り出した部分の平面図である。
【図３】本発明の液滴発生器ヘッドにおいて用いるのに適している種々のノズル配列を示しており、具体的には図１に示されるタイプの吸入器内の液滴吐出装置において用いるための、１つのノズル及び１つの注入口を備える液滴発生器の１つだけを取り出した部分の平面図である。
【図４】本発明の液滴発生器ヘッドにおいて用いるのに適している種々のノズル配列を示しており、具体的には図１に示されるタイプの吸入器内の液滴吐出装置において用いるための、４つのノズル及び２つの注入口を備える液滴発生器の２つだけを取り出した部分の平面図である。
【図５】本発明の液滴発生器ヘッドにおいて用いるのに適している種々のノズル配列を示しており、具体的には図１に示されるタイプの吸入器内の液滴吐出装置において用いることができるタイプの例示的な液滴発生器のノズルのアレイの一部を取り出した部分の平面図である。
【図６】本発明の液滴発生器ヘッドにおいて用いるのに適している種々のノズル配列を示しており、具体的には本発明による液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分の平面図であり、１つのノズル及び２つの注入口を備える、一対の液滴発生器を具体的に例示する図である。
【図７】例示される本発明による完成した液滴発生器ヘッドを示す、図６の線７−７に沿って見た断面図である。
【図８】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、その中にトレンチが形成されたシリコン基板層を示す図である。
【図９】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、二酸化シリコン層及びポリシリコン再充填材料を示す図である。
【図１０】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、余分なポリシリコン再充填材料が除去された後の図９に示されるヘッド断面を示す図である。
【図１１】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、抵抗層及び導体層とともに、図１０に示されるヘッド断面上に堆積されるＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）層を示す図である。
【図１２】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、パッシベーション層が堆積された後の先行する一連の図面に示される断面を示す図である。
【図１３】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、液滴発生器ヘッドの製造時の次のステップ、すなわちタンタル層の堆積を示す図である。
【図１４】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、図８ないし図１７に示される一連の製造ステップにおける次の層、すなわちチタンの堆積を示す図である。
【図１５】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、ノズルオリフィスを形成するステップを示す図である。
【図１６】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、流体チャンバの形成を示す図である。
【図１７】図６に示される液滴発生器ヘッドの一部を取り出した部分に対応し、液滴発生器ヘッドの製造時の選択された一連のステップを概略的に示す断面図であり、低応力の二酸化シリコン（ＰＥＣＶＤ  ＴＥＯＳ−化学気相成長テトラエチルオルトシリケート）を堆積し、チャンバの形成を完了した後の液滴発生器ヘッドを示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０１  液滴発生器
１０２  オリフィス層
１１６  基板部材
１６２  オリフィス
１７０  チャンバ
２１２  熱変換器
２２０  パッシベーション層
２３０  キャビテーション防止層
【図１】
2006110544.tif 000004
【図２】
2006110544.tif 000005
【図３】
2006110544.tif 000006
【図４】
2006110544.tif 000007
【図５】
2006110544.tif 000008
【図６】
2006110544.tif 000009
【図７】
2006110544.tif 000010
【図８】
2006110544.tif 000011
【図９】
2006110544.tif 000012
【図１０】
2006110544.tif 000013
【図１１】
2006110544.tif 000014
【図１２】
2006110544.tif 000015
【図１３】
2006110544.tif 000016
【図１４】
2006110544.tif 000017
【図１５】
2006110544.tif 000018
【図１６】
2006110544.tif 000019
【図１７】
2006110544.tif 000020