(57)【要約】【課題】流体排出装置及び流体排出装置を形成する方法を提供する。【解決手段】流体排出装置が、キャビティを有する基板、基板上に形成された対極、基板上に形成されたアクチュエータ膜、基板上に形成されたルーフ層、及びルーフ層内に形成されたノズルを含む。流体排出装置を形成する方法は、キャビティを基板内に形成し、対極を基板上に形成し、アクチュエータ膜を基板上に形成し、ルーフ層を基板上に形成し、アクチュエータ膜をルーフ層内に形成するステップを含む。【選択図】図１
2006150587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを有する基板と、
前記基板上に形成された誘電体層と、
少なくとも部分的に前記キャビティ内に配置され、前記誘電体層上に形成された対極(counter electrode)と、
前記対極を実質的に封入するように配置され、前記基板上に形成されたアクチュエータ膜と、
前記キャビティを覆うように配置され、前記基板上に形成されたルーフ層(roof layer)と、
前記ルーフ層内に形成されたノズルと、
を備えることを特徴とする流体排出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体排出装置及び流体排出装置を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷を実行するための種々の機構が知られている。しかしながら、インクジェット・プリントヘッドの大量生産は、かなり複雑なもので費用がかかる。例えば、ある技術によると、インク供給部及びインク排出アクチュエータとは別にオリフィス・プレート又はノズル・プレートを製造し、後でそのプレートを装置基板に接合することが必要である。こうした別個の材料処理段階を用いて精密装置を製造することにより、生産費用が著しく増大することが多い。
【０００３】
幾つかの用途においては、サイド・シューティング・インクジェット技術が用いられるが、サイド・シューティング用インクジェット・プリントヘッドの製造も、大量生産を望ましくないものにするに足る程、非効率的なものである。さらに難解な製造技術も用いられてきた。例えば、電鋳法、ウェハ接合、レーザ切断、及び微細打ち抜き加工などを用いて、インクジェット開口プレートを形成することができる。しかしながら、こうした技術もまた、インクジェット・プリントヘッドの大量生産にかなりの経費を付加し、よって消費者価格が上がることになる。
【０００４】
高品質のインクジェット・プリントヘッドについては、高密度のノズルを備えることが必要である又は望ましい。さらに、プリントヘッドの構成を可能な限り単純に行うことが望ましい。構成を単純化し、ノズル密度を増大させるための１つの重要な戦略は、構成における段階の数を制限し、装置基板と開口プレートとの間の心ずれの量を減らすことである。したがって、コストを減らし、高収率の生産を得るために、ノズル・プレートを金型に接合する代わりに、ウェハからインク・チャンバをモノリシックに形成することが望ましい。
【０００５】
インクジェット・プリントヘッドが、多くのアクチュエータ装置を含むメカニカル式のものである場合、インク排出ノズル・プレートとアクチュエータ装置の表面との間に実質的な間隙が設けられることを確実にすることが重要である。１０ミクロンから１００ミクロンのオーダーの間隙が設けられない場合には、多くの問題が生じる可能性がある。例えば、アクチュエータ膜とインク開口プレートが近すぎる場合には、許容インク補充期間中インク・チャンバに流入するインク量が足りなくなり、作動中にインクが欠乏することがある。インクの欠乏により、液滴がなくなったり、及び／又は、液滴量が足りなくなったりすることがある。噴射回数を減少させ、インク補充期間を長くすることにより性能を改善させることができるが、作動速度及び印刷品質を最適化する努力に悪影響を与えることを考えると、こうした方法は望ましいものではない。
【０００６】
インクジェット印刷技術の急速な進歩は、消費者プリンタ市場の性質を変え、画像／テキスト生成及び微小流体操作の関連領域に著しい影響を与えた。消費者市場におけるインクジェット式プリンタの成功を後押しした力の一つは、こうした装置及びシステムの手ごろな価格である。
【０００７】
開口プレートを含むインク・チャンバを製造するための製造技術のうち、現在最も人気のある手法には、ポリマのウェハ接合、電鋳法、及びレーザ切断が含まれる。これらの方法のいずれも、ウェハ・レベルのモノリシック手法ではない。こうした技術の複雑さ及び経費を考慮して、インクジェット・プリントヘッド製造のためのモノリシック手法の開発に大きな労力が費やされてきた。こうした労力は、プリントヘッドのコストを減少させながら、印刷品質を改善することに焦点を合わせるものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、インクジェット印刷のためのモノリシック（例えば、ポリシリコン）流体排出装置に関する。公知のモノリシック表面微細加工プロセスをプリントヘッドの形成に用いることを妨げる障壁の１つは、こうした処理において堆積される犠牲酸化物が薄すぎて、適切な流体チャネルを形成できないという事実である。上述のように、インクジェット印刷のような微小流体用途においては、少なくとも１０ミクロンのチャンバ高さが必要とされる。より小さいチャンバを使用することにより、インク不足が生じる可能性がある。一般的に、犠牲酸化物は、１０ミクロン又はそれ以上の厚さに形成することができない。
【０００９】
本発明者らは、少なくとも１０ミクロンのチャネル高を有するように装置を形成できる、モノリシック・プロセスによって流体排出装置を形成することが可能であることを発見した。つまり、本発明者らは、トレンチをシリコン基板内に形成し、犠牲酸化物のような第１の犠牲層及びスピン・オン・ガラス酸化物のような第２の犠牲層の両方を用いて、連続的な層形成を行うことによって、流体排出装置を形成できることを発見した。本発明による方法に用いられる犠牲層を、１０ミクロンを超える厚さに形成することができる。その結果、本発明による流体排出装置は、モノリシック・プロセスによって形成することができ、少なくとも１０ミクロンの深さの流体チャネル及びキャビティを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
種々の例示的実施形態において、流体排出装置が提供される。他の例示的実施形態において、流体排出装置を形成する方法が提供される。更に別の例示的な実施形態において、本発明による流体排出装置を含む印刷又は画像形成生成装置が提供される。
種々の例示的実施形態において、本発明による流体排出装置は、キャビティを有する基板、基板上の誘電体層又は多数の誘電体層、基板上に形成された対極、基板上に形成されたアクチュエータ膜、基板上に形成されたルーフ層、及びルーフ層内に形成されたノズルを含む。本発明による流体排出装置の種々の例示的実施形態において、対極は、キャビティ内に少なくとも部分的に配置される。本発明による流体排出装置の種々の例示的な実施形態において、アクチュエータ膜は、対極を実質的にカプセル封入するように配置される。本発明による流体排出装置の種々の例示的実施形態において、ルーフ層は、キャビティを覆うように配置される。
【００１１】
種々の例示的実施形態において、本発明による流体排出装置を形成する方法は、キャビティを基板内に形成するステップと、対極を基板上に形成するステップと、アクチュエータ膜を基板上に形成するステップと、ルーフ層を基板上に形成するステップと、ノズルをルーフ層内に形成するステップとを含む。本発明による流体排出装置を形成する方法の種々の例示的な実施形態において、対極の少なくとも一部がキャビティ内に形成される。本発明による流体排出装置を形成する方法の種々の例示的実施形態において、アクチュエータ膜は、対極をカプセル封入するように形成される。本発明による流体排出装置を形成する方法の種々の例示的な実施形態において、ルーフ層は、キャビティを覆うように形成される。
本発明、並びにその他の態様及び更に別の特徴をより良く理解するために、添付の図面及び説明について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の図面を参照して、本発明の種々の例示的な実施形態を詳細に記載する。
本発明による流体排出装置の種々の例示的な実施形態の以下の説明は、流体排出システム、及び／又は、（例えば、燃料電池、生体材料の検定のような）流体を貯蔵し、消費する他の技術において使用可能な構造上の構成を用いる。ここに用いられる流体とは、液体、スラリ、及びゲルのような、蒸気でない（すなわち、相対的に非圧縮性の）流動性を有する媒体を言う。以下に概説され、及び／又は、説明されるように、本発明の原理は、いずれかの公知の又は後に開発される流体排出システムにも同様に適用できることを理解すべきである。ここに説明される流体排出装置は、インクジェット印刷において特に有用である。
【００１３】
図１は、本発明による例示的な流体排出装置の断面図である。図１に示される例示的な流体排出装置１００は、キャビティ１１５を有する基板１１０、誘電体層１２０、対極１３０、アクチュエータ・キャビティ１４０、アクチュエータ膜１５０、流体キャビティ１６０、ルーフ層１７０、及びノズル１８０を含む。
基板１１０は、ここに説明された種々の構造体の形成に適したいずれの材料にすることもできる。種々の例示的な実施形態においては、基板１１０は、シリコン基板である。キャビティ１１５を基板１１０内に形成することができる。キャビティ１１５は、排出される流体、及びこうした排出の達成に必要な種々の構造体に適合させるのに適した、如何なる形状又はサイズでも形成することができる。種々の例示的な実施形態において、キャビティ１１５の深さは、約１０ミクロンから約１００ミクロンである。誘電体層１２０（又は多数の誘電体層）は、キャビティ１１５を形成する表面を含む、基板１１０の表面の上に形成することができる。
【００１４】
対極１３０、アクチュエータ膜１５０、及び、該対極１３０と該アクチュエータ膜１５０との間に配置されるアクチュエータ・キャビティ１４０によって、流体排出を行うことができる。対極１３０は、キャビティ１１５の１つ又はそれ以上の表面の上方の基板１１０上に形成することができる。アクチュエータ・キャビティ１４０が対極１３０とアクチュエータ膜１５０との間に残されるように、アクチュエータ膜１５０を該対極１３０の上に形成することができる。対極１３０に電圧が印加されると、アクチュエータ膜１５０が該対極１３０に近づき、該アクチュエータ膜１５０の下のキャビティ１４０の容積を増大させる。対極１３０から電圧が除去されると（対極１３０が接地されると）、アクチュエータ膜１５０が解放される。アクチュエータ膜１５０の解放は、該アクチュエータ膜１５０の下方のキャビティ１４０の容積を減少させる。
【００１５】
キャビティ１１５の上方の基板１１０上にルーフ層１７０を形成することができ、対極１３０、アクチュエータ・キャビティ１４０、及びアクチュエータ膜１５０を該基板１１０上に形成することができる。流体キャビティ１６０が、ルーフ層１７０と、基板１１０上に形成された対極１３０、アクチュエータ・キャビティ１４０、及びアクチュエータ膜１５０との間に配置されたままになるように、ルーフ層１７０を該基板１１０上に形成することができる。作動中、流体排出装置１００から排出される流体は、流体キャビティ１６０内に配置される。ルーフ層１７０は、ノズル１８０を含む。ノズル１８０は、ルーフ層１７０の開口部である。ノズル１８０は、流体の排出に適した如何なる形状又はサイズで形成することもできる。
【００１６】
上述のように、対極１３０から電圧が除去されると、アクチュエータ膜１５０が解放される。アクチュエータ膜１５０の解放により、流体キャビティ１６０の容積が減少され、該流体キャビティ１６０内のある量の流体が、ノズル１８０を通して流体排出装置１００から排出される。ある量の流体が排出された後、追加の流体が、隣接するリザーバ（図示せず）から流体キャビティ１６０内に引き込まれ、この操作を繰り返すことができる。
ここに説明される実施形態は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の流体排出装置及びそのシステムの製造方法を強調しているが、本発明者らが、ここに説明される排出装置内に／上に高電圧の制御電子機器をモノリシックに統合することを特に考慮したことを理解すべきである。さらに、印刷又は画像形成装置内に本発明による流体注入装置を統合することができる。
【００１７】
図２（ａ）は、本発明による例示的な流体排出装置の断面図であり、図２（ｂ）は、その装置の平面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される例示的な流体排出装置２００は、キャビティ２１５を有する基板２１０、誘電体層２２０、対極２３０、アクチュエータ・キャビティ２４０、アクチュエータ膜２５０、流体キャビティ２６０、波形形態２６７を含む波形のルーフ層２７０、及びノズル２８０を含む。図１は、ほぼ平坦なルーフ層１７０を有する流体排出装置１００を表す。対照的に、図２（ａ）及び図２（ｂ）の流体排出装置２００は、波形のルーフ層２７０を含む。
【００１８】
ルーフ層２７０は、波形形態２６７を含む。波形形態２６７は、ルーフ層２７０の機械的強度を高める、いずれの三次元形態とすることもできる。ルーフ層２７０に付加的な機械的強度を与える波形形態２６７を有するルーフ層２７０が形成されたとき、該ルーフ層２７０は、ほぼ平坦なルーフ層を用いて可能なものより薄い厚さに形成される間、流体排出装置２００の作動によって生じる圧力の増加を構造的に支持することができる。図２（ａ）及び図２（ｂ）に見られるように、ルーフ層２７０は、波形形態２６７を有するように形成されており、このことにより、多数の矩形ピークを含むトポロジーを有するルーフ層２７０がもたらされる。波形形態２６７の形状及び機構は、特に制限されておらず、該ルーフ層２７０に改善された機械的強度を与える、いずれの方法でも提供することができる。
【００１９】
図３（ａ）は、本発明による例示的な流体排出装置の斜視図であり、図３（ｂ）は、その装置の断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される例示的な流体排出装置は、流体排出区分３８５及びマイクロチャネル区分３９０を備えたキャビティ３１５を有する基板３１０を含む。誘電体層３２０は、基板の上に形成される。図３（ａ）に示されるように、流体排出区分３８５は、アクチュエータ膜３５０、該アクチュエータ膜３５０のためのボンディング・パッド３５３、及び対極（図３（ａ）に図示されていない）のためのボンディング・パッド３３３を含む。さらに、図３（ｂ）に示されるように、流体排出装置３００は、対極３３０、アクチュエータ・キャビティ３４０、流体キャビティ３６０、波形形態３６７を含む波形ルーフ層３７０、及びノズル３８０を含む。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される実施形態は、製造中に対極３３０とアクチュエータ膜３５０との間に形成される犠牲層を除去することを可能にする解放チャネル３４１をさらに含む。
【００２０】
図３（ａ）に見られるように、流体排出装置３００の基板３１０内に形成されたキャビティ３１５は、流体排出区分３８５とマイクロチャネル区分３９０を含む。マイクロチャネル区分３８５は、外部ソースから流体排出区分３８５に流体を提供できる通路である。流体排出区分３８５は、流体排出装置３００から流体を排出するように働くキャビティ３１５の領域である。印加された電圧が対極３３０から除去され、アクチュエータ膜３５０が解放されると、キャビティ３１５の流体排出区分３８５内に配置された流体は、圧力を受け、ノズル３８０を通して流体排出装置３００から排出される。
流体排出装置３００はまた、対極３３０のためのボンディング・パッド３３３及びアクチュエータ膜３５０のためのボンディング・パッド３５３も含む。対極３３０のためのボンディング・パッド３３３は、該対極３３０に電圧を印加することを可能にする。アクチュエータ膜３５０のためのボンディング・パッド３５３は、アクチュエータ膜３５０を接地することを可能にする。上述のように、対極３３０への電圧の印加及び該対極３３０からの電圧の除去により、流体排出装置３００が流体を排出することが可能になる。
【００２１】
図４（ａ）は、本発明による例示的な流体排出装置の斜視図であり、図４（ｂ）は、その装置の断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示される例示的な流体排出装置４００は、流体排出区分４８５及びマイクロチャネル区分４９０を備えたキャビティ４１５を有する基板４１０を含む。誘電体層４２０は、基板の上に形成される。のど区分４１７は、流体排出区分４８５とマイクロチャネル区分４９０を分割する。図４（ａ）に示されるように、流体排出区分４８５は、アクチュエータ膜４５０、該アクチュエータ膜４５０のためのボンディング・パッド４５３、対極（図４（ａ）には図示されていない）のためのボンディング・パッド４３３を含む。さらに、図４（ｂ）に示されるように、流体排出装置４００は、対極４３０、アクチュエータ膜４４０、流体キャビティ４６０、波形形態４６７を含む波形ルーフ層４７０、及びノズル４８０を含む。
【００２２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に関して上述された特徴に加えて、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示される流体排出装置４００は、のど区分４１７を含む。のど区分４１７は、流体排出装置部分４８５とマイクロチャネル区分４９０を分離する。のど区分４１７が、流体排出区分４８５とマイクロチャネル区分４９０との間に部分的な障壁を形成するので、アクチュエータ膜４５０が作動され、ノズル４８０を通してある量の流体を排出するとき、該ノズル４８０を通して排出される代わりにマイクロチャネル区分４９０内に押し出される流体の量が減少される。マイクロチャネル区分４９０内に押し出される流体量の減少は、マイクロチャネル区分４８５を介して流体リザーバ（図示せず）に押し戻される流体量に対する、排出される流体量の比として測定される、流体排出装置４００の排出効率を改善させる。排出装置の小さい方の寸法は、約８０ミクロンから約２００ミクロンまでとすることができる。種々の例示的な実施形態において、マイクロチャネルの深さは、約１０ミクロンから約１００ミクロンの範囲にすることができる。種々の例示的な実施形態において、のど区分の深さは、マイクロチャネル区分の深さよりも浅く、幅は、マイクロチャネル区分の幅よりも狭いか又はマイクロチャネル区分の幅と同じである。
【００２３】
図５（ａ）は、本発明による例示的な流体排出装置の斜視図であり、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、その装置の断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｃ）に示される例示的な流体排出装置５００は、流体排出区分５８５及びマイクロチャネル区分５９０を備えたキャビティ５１５を有する基板５１０を含む。誘電体層５２０は、基板の上に形成される。図５（ａ）に示されるように、流体排出区分５８５は、アクチュエータ膜５５０、アクチュエータ膜５５０のためのボンディング・パッド５５３、及び対極（図５（ａ）に図示されていない）のためのボンディング・パッド５３３を含む。さらに、図５（ｂ）に示されるように、流体排出装置５００は、対極５３０、アクチュエータ・キャビティ５４０、流体キャビティ５６０、波形形態５６７を含む波形ルーフ層５７０、及びノズル５８０を含む。
【００２４】
上述された特徴に加えて、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示される流体排出装置５００は、狭いマイクロチャネル区分５９０を含む。他の実施形態に示されるマイクロチャネル区分より狭く且つ浅いマイクロチャネル区分５９０を用いることにより、区分５９０を通るインクの流量を制限することができる。図５（ｃ）に示されるように、幅が狭いマイクロチャネル区分５９０を形成することにより、チャネルの深さが、基板５１０の（１１１）平面５９４の交点によって制御される。単結晶シリコン基板において、マイクロチャネル区分５９０を定める（１１１）平面５９４と基板５１０の（１００）平面５９８との間の角度５９６は、５４．７４°である。マイクロチャネル区分５９０の幅及び対応する深さを変えることによって、インクの流量を制御することが可能である。図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｃ）に示される実施形態において、流体排出区分５８５は、マイクロチャネル区分５９０とは異なる深さを有する。例えば、単一の湿式エッチング処理ステップにおいて、１００ミクロンの深さのキャビティ及び４０ミクロンの深さのマイクロチャネル区分を製造するためには、５６．６ミクロンのマイクロチャネル区分の幅が必要とされる［２×４０／ＴＡＮ（５４．７４°）］。
【００２５】
図６乃至図１３は、本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。図６は、キャビティ６１５を含む基板６１０と、該基板６１０の上に形成された誘電体層６２０を示す。図６に示される基板６１０は、基板上に酸化物ハードマスク層を形成するための酸化プロセスを実行することによって形成される。種々の例示的な実施形態において、酸化プロセスは、熱酸化プロセスである。次に、酸化ハードマスク層が、キャビティ６１５の形成に備えてパターン形成される。次に、形成された酸化物層を含む基板６１０がエッチングされ、キャビティ６１５を形成する。種々の例示的な実施形態において、エッチングは、湿式ＫＯＨエッチングである。種々の例示的な実施形態において、基板６１０がエッチングされ、約１０ミクロンから約１００ミクロンまでの深さを有するキャビティを形成する。エッチングが完了した後、酸化物ハードマスク層が除去され、例えば、図６に示される構造体のような構造体を提供する。
【００２６】
図７は、基板７１０、キャビティ７１５、誘電体層７２０、対極７３０、第１の犠牲層７３５、及びアクチュエータ膜７５０を示す。酸化物ハードマスク層が除去された後、薄い誘電酸化物が基板７１０上に成長される。種々の例示的な実施形態において、薄い誘電酸化物は、熱酸化によって成長される。次に、別の絶縁層が、基板７１０上に堆積される。種々の例示的な実施形態において、絶縁層は、低応力の窒化シリコン層である。種々の例示的な実施形態において、絶縁層の厚さは、約０．２ミクロンから約０．８ミクロンである。種々の例示的な実施形態において、絶縁層は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）によって形成される。酸化物層及び第２の絶縁層は、基板７１０上に形成された構造体が、該基板７１０から電気的に隔離されることを可能にする。種々の例示的な実施形態において、絶縁層がパターン形成され、エッチングされて、ウェハの正面からの基板接触が可能になる。
【００２７】
酸化物層及び絶縁層が堆積された後、対極７３０が形成される。種々の例示的な実施形態において、低応力のポリシリコン・フィルム又はアモルファス・シリコン・フィルムを基板７１０上に堆積させることによって、対極７３０が形成される。種々の例示的な実施形態において、約０．５ミクロンの厚さを有するフィルムを堆積させることによって、対極７３０が形成される。種々の例示的な実施形態において、ＬＰＣＶＤによってフィルムを堆積させ、該フィルムをドープし、該フィルムをパターン形成することによって、対極７３０が形成される。対極７３０が基板７１０上に形成された後、第１の犠牲層７３５が、基板上に形成される。種々の例示的な実施形態において、第１の犠牲層７３５とは、ホスホケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）層である。種々の例示的な実施形態において、ＰＳＧは、数ミクロンの厚さを有するように形成される。こうした幾つかの実施形態において、ＰＳＧは、約１ミクロンの厚さを有するように形成される。
【００２８】
第１の犠牲層７３５が基板７１０上に堆積された後、アンカー開口部７３９が、該第１の犠牲層７３５内に形成される。種々の例示的な実施形態において、アンカー開口部７３９は、第１の犠牲層７３５をリソグラフィによりパターン形成することによって形成される。第１の犠牲層７３５がパターン形成された後、例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、アンカー開口部７３９を形成することができる。アンカー開口部７３９が犠牲層７３５内に形成された後、アクチュエータ膜７５０が基板７１０上に堆積される。種々の例示的な実施形態において、アクチュエータ膜７５０は、ポリシリコン又はアモルファス・シリコン層である。種々の例示的な実施形態において、アクチュエータ膜７５０は、約０．５ミクロンから約５．０ミクロンの厚さを有するように形成される。こうした幾つかの実施形態において、アクチュエータ膜７５０を、約１ミクロンから約３ミクロンの厚さに形成することができる。アクチュエータ膜７５０が形成された後、該アクチュエータ膜７５０をドープし、アニールし、パターン形成し、エッチングして、該アクチュエータ膜７５０の特定の構造体及びこれへの電気接触を精製することができる。
【００２９】
図８は、基板８１０、誘電体層８２０、対極８３０、第１の犠牲層８３５、膜８５０、及び第２の犠牲層８６５を示す。アクチュエータ膜８５０が形成された後、第２の犠牲層８６５が、基板８１０上に形成される。種々の例示的な実施形態において、スピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）技術によって、第２の犠牲層８６５が基板８１０上に形成される。
【００３０】
ＳＯＧは、基板８１０上の液体化学物質（例えば、ケイ酸塩又はシロキサンのような）を回転させることによって行われる。適用される液体は、アニール又は硬化によって固化される。回転速度及び硬化条件を調整することによって、第２の犠牲層８６５の厚さを正確に制御することができる。また、ＳＯＧの反復を何度も行って、より厚い第２の犠牲層８６５を形成することもできる。種々の例示的な実施形態において、アクチュエータ膜８５０が形成された後、ＳＯＧを行い、基板８１０上の全ての陥凹部を充填することができる。種々の例示的な実施形態において、基板８１０上の全ての陥凹部を充填した後、第２の犠牲層８６５の厚さは、約６．０ミクロンから約８．０ミクロンまでに増大される。種々の例示的な実施形態において、第２の犠牲層８６５が形成された後、該第２の犠牲層が平坦化される。種々の例示的な実施形態において、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって、第２の犠牲層８６５が平坦化される。種々の例示的な実施形態において、第２の犠牲層８６５は、約１０ミクロンから約１００ミクロンまでの間の厚さ、すなわち所望のトレンチ深さとほぼ同じ厚さを有する。
【００３１】
図９は、基板９１０、誘電体層９２０、対極９３０、第１の犠牲層９３５、アクチュエータ膜９５０、及び第２の犠牲層９６５を示す。第２の犠牲層９６５は、波形形態９６７を含む。第２の犠牲層９６５が形成された後、波形形態９６７が、第２の犠牲層９６５内に形成される。種々の例示的な実施形態において、犠牲層９６５をパターン形成し、エッチングすることによって、波形形態９６７が形成される。種々の例示的な実施形態において、波形形態９６７は、湿式エッチングによって形成される。他の例示的な実施形態において、波形形態９６７は、乾式エッチングによって形成される。波形形態９６７を形成することなく、この方法によって流体排出装置を形成し得ることを理解すべきである。また、本明細書は、「波形の」ルーフ層を形成するのに用いられる「波形」形態に言及するが、該ルーフ層の機械的強度を高めるいずれの形態を用いることもできる。例えば、波形形態は、波形の代わりに、リブ構造を含むことができる。
【００３２】
図１０は、基板１０１０、誘電体層１０２０、対極１０３０、第１の犠牲層１０３５、アクチュエータ膜１０５０、及び波形形態１０６７を含む第２の犠牲層１０６５を示す。第２のアンカー領域１０６９が、第２の犠牲層１０６５及び第１の犠牲層１０３５を通って形成される。種々の例示的な実施形態において、犠牲層１０６５及び１０３５をパターン形成し、エッチングすることによって、アンカー領域１０６９が形成される。種々の例示的な実施形態において、アンカー領域１０６９は、第２の犠牲層１０６５を乾式エッチングすることによって形成される。
【００３３】
図１１は、基板１１１０、誘電体層１１２０、対極１１３０、第１の犠牲層１１３５、アクチュエータ膜１１５０、及び波形形態１１６７を含む第２の犠牲層１１６５、並びにアンカー領域１１６９を示す。波形ルーフ層１１７０が、犠牲層１１６５の上に形成される。アンカー領域１１６９が、第２の犠牲層１１６５内に形成された後、波形ルーフ層１１７０が形成される。種々の例示的な実施形態において、波形ルーフ層は、ポリシリコン、又はアモルファス・シリコンで形成される。種々の例示的な実施形態において、波形ルーフ層１１７０は、ＬＰＣＶＤによって形成される。種々の例示的な実施形態において、ＬＰＣＶＤによって形成された波形ルーフ層１１７０が、アニールされる。種々の例示的な実施形態において、波形ルーフ層１１７０は、約０．５ミクロンから約５ミクロンの厚さを有する。こうした幾つかの実施形態において、波形ルーフ層１１７０は、約１ミクロンから約３ミクロンまでの厚さを有する。
【００３４】
図１２は、基板１２１０、誘電体層１２２０、対極１２３０、第１の犠牲層１２３５、アクチュエータ膜１２５０、波形形態１２６７を含む第２の犠牲層１２６５、アンカー領域１２６９を含み、波形ルーフ層１２７０が、第２の犠牲層１２６５の上に形成される。波形ルーフ層１２７０が形成された後、ノズル１２８０が、波形ルーフ層１２７０内に形成される。種々の例示的な実施形態において、波形ルーフ層１２７０をパターン形成し、エッチングすることによって、ノズル１２８０が、波形ルーフ層１２７０内に形成される。種々の例示的な実施形態において、波形ルーフ層１２７０は、ＲＩＥによってエッチングされる。種々の例示的な実施形態において、ノズル１２８０が形成された後、ボンディング・パッドが、基板１２１０上に形成される。種々の例示的な実施形態において、ノズル１２８０の直径は、約１０ミクロンから約５０ミクロンである。こうした幾つかの実施形態において、ノズル１２８０の直径は、約２０ミクロンから３０ミクロンである。
【００３５】
図１３は、基板１３１０、誘電体層１３２０、対極１３３０、アクチュエータ膜１３５０、アンカー領域１３６９、及びノズル１３８０を含む波形ルーフ層１３７０を示す。第１の犠牲層がアクチュエータ膜キャビティ１３４０と置き換えられ、第２の犠牲層が流体キャビティ１３６０と置き換えられる。ノズル１３８０が波形ルーフ層１３７０内に形成された後、第１の犠牲層及び第２の犠牲層が除去される。種々の例示的な実施形態においては、第１の犠牲層及び第２の犠牲層が、エッチングにより除去される。種々の例示的な実施形態において、第１の犠牲層及び第２の犠牲層が、液体又は気体エッチングにより除去される。種々の例示的な実施形態において、第１の犠牲層及び第２の犠牲層が、ＨＦを用いるエッチングにより除去される。第１の犠牲層及び第２の犠牲層を除去することにより、流体排出装置が残される。
【００３６】
第１の犠牲層を形成する材料は、１つ又はそれ以上の解放チャネル又は穴を通して流体排出装置から解放される（図３（ａ）の解放チャネルを参照されたい）。解放チャネル又は穴は、流体キャビティ１３６０の内部に配置することができる。こうした解放チャネル又は穴が用いられる場合、作動中に、流体は、流体キャビティ１３６０及びアクチュエータ膜キャビティ１３４０の両方を充填する。代替的に、解放チャネル又は穴を流体キャビティ１３６０の外部に拡張することができる（図３（ａ）を参照されたい）。こうした構成を用いる場合、流体がアクチュエータ膜キャビティ１３４０に流入することが防止される。
【００３７】
図１４は、本発明による例示的なマスクの概略図である。例示的なマスク１４９３は、マイクロチャネル部１４９５及び流体排出部１４９７を含む。マイクロチャネル部１４９５及び流体排出部１４９７は、間隙１４９９で分割される。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に関して上述されたように、のど区分４１７の形成により、流体排出区分４８５とマイクロチャネル区分４９０との間に部分的な障壁が形成され、アクチュエータ膜４５０がノズル４８０を通してある量の流体を排出するよう作動されるとき、ノズル４８０を通して排出される代わりにマイクロチャネル区分４９０内に押し出される流体量が減少される。マイクロチャネル区分４９０内に押し出される流体量の減少は、マイクロチャネル区分４９０を介して流体リザーバ（図示せず）に押し戻される流体量に対する、排出される流体量の比として測定される、流体排出装置４００の排出効率を改善させる。図１４に示されるマスク１４９３を用いてキャビティを基板内に形成することによって、流体排出区分、マイクロチャネル区分、及び部分的に２つに分かれているのど区分を有するキャビティを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による例示的な流体排出装置の断面図である。
【図２ａ】本発明による例示的な流体排出装置の断面図である。
【図２ｂ】本発明による例示的な流体排出装置の平面図である。
【図３ａ】本発明による例示的な流体排出装置の斜視図である。
【図３ｂ】本発明による例示的な流体排出装置の断面である。
【図４ａ】本発明による例示的な流体排出装置の斜視図である。
【図４ｂ】本発明による例示的な流体排出装置の断面である。
【図５ａ】本発明による例示的な流体排出装置の斜視図である。
【図５ｂ】本発明による例示的な流体排出装置の断面である。
【図５ｃ】本発明による例示的な流体排出装置のマイクロチャネル区分の断面である。
【図６】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図７】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図８】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図９】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図１０】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図１１】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図１２】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図１３】本発明による流体排出装置を製造する例示的な方法によって組み立てられた流体排出装置の断面図である。
【図１４】本発明による例示的なマスクの概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００、２００、３００、４００、５００：流体排出装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０、１２１０、１３１０：基板
１１５、２１５、３１５、４１５、５１５、６１５、７１５、９１５、１０１５、１１１５、１２１５、１３１５：キャビティ
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０、９２０、１０２０、１１２０、１２２０、１３２０：誘電体層
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、７３０、８３０、９３０、１０３０、１１３０、１２３０、１３３０：対極
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０：アクチュエータ・キャビティ
１５０、２５０、３５０、４５０、５５０、７５０、８５０、９５０、１０５０、１１５０、１２５０、１３５０：アクチュエータ膜
１６０、２６０、３６０、４６０、５６０、１３６０：流体キャビティ
１７０、２７０、３７０、４７０、５７０、１１７０、１２７０、１３７０：ルーフ層
１８０、２８０、３８０、４８０、５８０、１２８０、１３８０：ノズル
２６７、３６７、４６７、５６７、９６７、１０６７、１１６７、１２６７、１３６７：波形形態
３３３、３５３、４３３、４５３、５３３、５５３：ボンディング・パッド
３８５、４８５、５８５：流体排出区分
３９０、４９０、５９０：マイクロチャネル区分
４１７：のど区分
７３５、８３５、９３５、１０３５、１１３５、１２３５：第１の犠牲層
８６５、９６５、１０６５、１１６５、１２６５：第２の犠牲層
１０６９、１１６９、１２６９、１３６９：アンカー領域
１４９３：マスク
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
2006150587.tif 000006
【図３ｂ】
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【図４ａ】
2006150587.tif 000008
【図４ｂ】
2006150587.tif 000009
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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