JP2004106232A - Microfluidic driver and its manufacturing process, electrostatic head unit and its manufacturing process - Google Patents

Microfluidic driver and its manufacturing process, electrostatic head unit and its manufacturing process Download PDF

Info

Publication number
JP2004106232A
JP2004106232A JP2002268815A JP2002268815A JP2004106232A JP 2004106232 A JP2004106232 A JP 2004106232A JP 2002268815 A JP2002268815 A JP 2002268815A JP 2002268815 A JP2002268815 A JP 2002268815A JP 2004106232 A JP2004106232 A JP 2004106232A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
side electrode
forming
substrate
driving device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002268815A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4075545B2 (en
Inventor
Seiya Yamaguchi
山口　征也
Takashi Kinoshita
木下　隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2002268815A priority Critical patent/JP4075545B2/en
Publication of JP2004106232A publication Critical patent/JP2004106232A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4075545B2 publication Critical patent/JP4075545B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microfluidic driver in which a high fluidic driving force can be obtained while enhancing productivity by realizing a high density driving section, and to provide an electrostatic head comprising it. <P>SOLUTION: The microfluidic driver comprises a diaphragm 12 for imparting a pressure variation to fluid, independent diaphragm side electrode 11 and substrate side electrode 7 for driving the diaphragm 12, and a strut 13 for forming a space 9 between the diaphragm side electrode 11 and the substrate side electrode 7. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば微小量の液体や気体などの微小流体を駆動するための微小流体駆動装置及びその製造方法、並びにこの微小流体駆動装置を用いた静電ヘッド装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
写真画質の印刷物を高速に印字するというニーズに対応するプリンタとして、微細な容積のインクを吐出するインクジェット・プリンタヘッドが広範囲に利用されている。今後、さらに高い画質を高速に印字するニーズに対応するため、消費電力を増加させず、吐出性能を落とさずに、さらに高密度にノズルを配置することが求められている。
【０００３】
従来、インクジェット・プリンタヘッドに用いる微小薬液の駆動方法には、インク保持空間（いわゆるキャビティ）内に保持された微小流体（微小容積のインク）に対して、抵抗加熱方式とダイアフラム方式がある。抵抗加熱方式は、抵抗加熱により発生した気体（バブル）によりキャビティ内の流体をノズルから噴出する方法である。ダイアフラム方式は、ピエゾ素子などを用いた圧力印加手段（いわゆるダイアフラム）により流体をノズルから噴出する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、抵抗加熱方式は、半導体プロセスにより作製可能なためコストが安く、抵抗発熱体を微小に作製することができるため、高密度にノズルを形成するには好都合であるが、電流によるジュール加熱を用いるため、ノズル数と共に消費電力が増加し、抵抗発熱体の冷却が必要なため吐出周波数を高くすることが難しい。
また、ピエゾ効果を用いたダイアフラム方式は積層ピエゾタイプと単板ピエゾタイプに別けられ、積層ピエゾタイプはピエゾアクチュエータをダイアフラムに貼り合せ、その後切削により素子分離を行うため、半導体プロセスは利用できず、高コストであり、高密度化に難がある。
単板ピエゾタイプはほぼ半導体プロセスが利用できる上、コストも積層タイプにくらべ安く、消費電力も低下できているが、ピエゾ素子の焼結により反りが発生し、多ノイズ化した大型のヘッドの作製に難がある。
一方、静電駆動を用いたダイアフラム方式は抵抗加熱、ピエゾ方式に比べても消費電力が非常に少ない。
ただし、これらダイアフラム方式は、抵抗加熱に比べて消費電力が小さいが、駆動距離が小さいためミリ（ｍｍ）レベルの長さにまで駆動面積を拡大して駆動容積を確保する必要があるので、高密度化が困難である。
また、従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドはエッチングにより薄く削ったＳｉ基板により振動板を形成し、下部電極を形成したガラスなどの基板と貼り合せて作製している。この方法では振動板の膜厚およびその均一性を管理するのが難しい。また振動板をＳｉ基板からエッチングして薄くすることにより、Ｓｉ基板のほとんどの厚さを取り除くことになるため、生産性が悪く、振動板を数μｍ以下に薄く、均一に出来ないため低電圧駆動するには振動板の短辺を長く確保する必要があり、高密度化が難しい。また、基板どうしを貼り合せるために接合面を高精度に平滑化し、貼り合せるための接合面積を確保する必要があり、また貼り合せの時の重ね合わせ精度が±数μｍ必要で高密度化出来ない。さらに、約０．１〜０．２ｍｍ厚基板のハンドリングは容易でないなどの問題があった。
【０００５】
このような問題は、微小流体として例えば微小気体を取り扱う駆動装置においても同様に起こり得る。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、半導体製造プロセスでの作製を可能とすることで、振動板の膜厚管理を容易にし、基板の貼り合せを不要とし、駆動部の高密度化を可能にし、高い流体駆動力を得ると共に、生産性の向上を図った静電方式による微小流体駆動装置及びその製造方法を提供するものである。
本発明は、上記微小流体駆動装置を適用した静電ヘッド装置及びその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微小流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有して成る。
【０００８】
本発明の微小流体駆動装置では、振動板側電極と基板側電極間に電圧を印加すると静電吸着力が発生して振動板側電極に一体の振動板が撓み、逆に振動板側電極と基板側電極間への電圧印加を開放すると振動板は静電力から開放され、自身の復元力で減衰振動する。この振動板の駆動を利用して微小流体の駆動を可能にする。この微小流体駆動装置は、半導体プロセスで作製することを可能としたことにより、振動板の薄膜化、膜厚の均一化が容易となり、高密度化を可能とした。また、基板の貼り合せが不要となるため貼り合せ面も不要となり、また貼り合せの精度に対して、露光装置（ステッパー）の重ね合わせ精度は１桁以上高いため振動板を有する駆動部の高密度化を更に可能とした上で、必要十分な流動駆動力が得られ、消費電力も他方式に比べて圧倒的に少ない。
【０００９】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法は、基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、同一材料により、振動板側電極上に振動板を形成すると共にこの振動板に連続した所要位置にこの振動板を支える支柱を形成する工程と、振動板の領域外に開口を形成し、この開口を通して犠牲層を選択的に除去し、基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程とを有する。
【００１０】
本発明の微小流体駆動装置の製造方法では、基板上に順次基板側共通電極、犠牲層、振動板側個別電極、同一材料による振動板及びその支柱を形成し、振動板の開口を通して犠牲層を選択除去後、振動板開口を封止する一連の工程を有することにより、高密度で且つ高い駆動力を有する微小流体駆動装置を精度良く、容易に製造できる。
【００１１】
本発明に係る静電ヘッド装置は、流体に圧力変化を与える振動板と、振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有し、振動板上に流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室が形成されて成る。
【００１２】
本発明の静電ヘッド装置では、上記微小流体駆動装置を備えることにより、流体の吐出部の高密度化が可能になり、高い駆動力を有して、流体の吐出量を精度良く制御することが可能になる。
【００１３】
本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法は、基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、同一材料により、振動板側電極上に振動板を形成すると共にこの振動板に連続した所要位置にこの振動板を支える支柱を形成する工程と、振動板の領域外に開口を形成し、この開口を通して犠牲層を選択的に除去し、基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室を形成する工程を有する。
【００１４】
本発明の静電ヘッド装置の製造方法では、気相成膜法により振動板を形成するため厚さ１μｍ以下の非常に薄い振動板が提供できる。これにより、振動板の短辺長を６０μｍ以下まで短くすることが可能となり、３００ｄｂｉ以上の高密度化が可能である。
また、約２００ｍｍの犠牲層の膜厚管理も容易となり、３０Ｖ以下の低電圧駆動が容易に実現できる。また、振動板、犠牲層の膜厚管理が容易になるため、流体の吐出量を精度良く制御できる上記静電ヘッド装置の製造を可能にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１〜図４は、本発明に係る微小流体駆動装置、及びこの微小流体駆動装置を適用した静電ヘッドの一実施の形態を示す。
本実施の形態に係る静電ヘッド１は、静電気力により駆動（振動）する複数の振動板１２を高密度に並列配置してなる微小流体駆動装置２と、その各振動板上に対応する位置に夫々流体２１が溜められる圧力室（いわゆるキャビティ）２２及び流体２１を外部に吐出する吐出部、本例ではノズル（流体として液体を用いるので）２３が形成された隔壁構体２４を備えた、いわゆる流体供給部２５とから成る。
【００１７】
微小流体駆動装置２は、図２〜図４に示すように、所要の基板４上に導電性物質薄膜からなる共通の基板側電極７が形成され、基板側電極７の表面に絶縁膜８が形成され、この基板側電極７に対向するように空間９を挟んで各独立に駆動される振動板側電極１１を一体に有した複数の振動板１２が並列配置され、各振動板１２を両持ち梁で支持するように支柱１３が基板４上に形成されて構成される。
【００１８】
振動板１２は、図示の例では短冊状に形成され、振動板１２の両側に長手方向に沿って夫々所定間隔（支柱間ピッチ）を置いて複数の支柱１３が形成される。なお、この所定間隔（支柱間ピッチ）は２μｍ以上、１０μｍ以下が好ましく、５μｍが最適である。隣り合う振動板１２は支柱１３を介して連続して形成され、且つ支柱１３も振動板１２と同じ材料で一体に形成される。従って、振動板１２と基板側電極７間の空間９は、並列する複数の振動板１２の間で連通している。各振動板１２間を連通する全体の空間９は、密閉空間になるように形成される。
【００１９】
各振動板１２の支柱１３の近傍、本例では１つの振動板１２の長手方向に沿う各支柱１３間には、後述する製造工程で犠牲層をエッチング除去するための気体または液体を導入するための開口１４が形成される。犠牲層を除去した後は、開口１４は所要の部材１５により閉塞される。なお、この開口は□２μｍ以下で十分であり、小さいほど閉塞しやすい。ドライエッチングの場合、□０．５μｍでも十分犠牲層エッチングが可能であることを確認した。
さらに本例では、薄い振動板１２を用いた場合、振動板自体の反発力を高めるために、振動板１２の中央部直下に補助支柱（いわゆるポスト）１９を支柱（いわゆるアンカー）１３と同時に形成される。
【００２０】
基板４は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板や、石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等の所要の基板を用いることができる。本例ではシリコン基板５上にシリコン酸化膜等による絶縁膜６を形成した基板４を用いている。基板側電極７は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属（例えばＰｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｎｉ等の蒸着膜）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜等で形成され、本例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成される。各個別の振動板側電極１１は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属（例えばＰｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｎｉ等の蒸着膜）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜等で形成され、本例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成される。
【００２１】
振動板側電極１１は、図５（拡大図）で示すように、絶縁膜１７を介して振動板１２に接合され、且つ振動板１２の折曲された下面凹部１２ａ内に挿入されるように形成される。振動板１２は、絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。振動板となるＳｉＮ膜１２の上面はシリコン酸化膜１８が形成される。１６は振動板側電極１１の下面及び振動板のＳｉＮ膜１２の下面に形成されたシリコン酸化膜である。振動板は、本例では実質的にＳｉＮ膜１２、絶縁膜１７、１８で構成される。
【００２２】
この微小流体駆動装置２に対し、振動板１２の支柱１３に対応する位置に流体供給部２５の隔壁２４ａが形成されるように、圧力室２２及びノズル２３を有した隔壁構体２４、したがって流体供給部２５が配置される。圧力室２２は図示ぜざるも流体の供給路に連通している。
【００２３】
次に、かかる静電ヘッド装置１の動作を説明する。
微小流体駆動装置２において、基板側電極７と振動板側電極１１間に所要の電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板側電極１１を有する振動板１２が基板側電極７の側にたわむ（図６Ａ参照）。逆に、基板側電極７及び振動板側電極１１間への電圧印加を開放すると、振動板１２は静電力から開放され、自身の復元力により減衰振動する（図６Ｂ参照）。この振動板１２の上下駆動による圧力室２２の容積変動で、圧力室２２内の流体２１がノズル２３から外部に吐出され、また圧力室２２内へ流体２１が供給される。
振動板１２が基板側電極７の側にたわむと、空間９が閉空間の場合にその振動板１２と基板側電極７との間の空気は圧縮されるために振動板１２のたわみを阻害しようとするが、支柱１３、補助支柱１９での支持構造であるので、隣接する振動板１２下の空間９に圧縮された空気を逃がすことができ、十分に振動板１２をたわませることができる。
【００２４】
本実施の形態に係る微小流体駆動装置２によれば、振動板１２を静電気力によりたわませ、その復元力を駆動力とすることにより、微小流体を精度良く制御して供給することが可能になる。　振動板１２の中間部の直下に補助支柱１９を設けるときは、振動板１２を薄くしても、または振動板１２の短辺幅を長くしても、振動板の支柱間の長さが見かけ上短くなり、振動板１２の反発力を大きくできるので必要な駆動力が得られる。
振動板１２を之と一体の複数の支柱１３により支持し、支柱１３の近傍に犠牲層３１をエッチングする際のエッチャント導入用の開口１４を設けた構成とすることにより、長辺約１〜３ｍｍ、短辺３０〜１００μｍの振動板１２と基板側電極７間の空間９の形成において、振動板下の犠牲層空間９を短辺側にエッチングすることができるため短時間でのエッチングが可能となると共に、各隣り合う振動板１２下の空間９を同時に、且つ精度良く形成することを可能にする。
従って、流体に対する駆動力を確保して高密度化を可能にした微小流体駆動装置を提供することができる。
【００２５】
下部の基板側電極７を共通電極とし、上部の振動板側電極１１を複数の独立電極として形成することにより、振動板１２の下面すなわち１６を平らに形成することができる。下部の基板側電極７を個別にした場合は、電極の厚さに起因する段差が振動板１２の段差となって現れるため、振動板１２の引張り応力がその段差で緩和されてしまい、引張り応力が有効に働かない。
一方、ＳｉＮ膜による振動板１２とＳｉ振動板側電極１１は、振動板１２の段差部によって形成された下面凹部内に絶縁膜を介して振動板側電極１１が密着して配置されているので、振動板１２に段差部があっても振動板１２の張力が段差部で吸収されることがない。
なお、ＳｉＮ膜による振動板１２とＳｉ振動板側電極１１の上下関係を入れ替えた場合、すなわちＳｉＮ膜による振動板１２を先に形成し、その上にＳｉ振動板側電極１１を形成した場合、振動板が平坦にできるが、電極間に印加された電圧は比誘電率の高いＳｉＮ膜にも分配されるため、振動板下面と基板側電極上面の空間に働く実効電圧が低下し、それについて静電引力が低下し、振動板の変位量も低下するため、低消費電力駆動を目指す場合に不利となる。
【００２６】
振動板側電極１１が支柱１３の中へは形成されないように、従って支柱１３の形成部分より僅かに内側に形成されるので、振動板側電極１１に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐことができる。
【００２７】
圧力室に供給される流体が液体の場合、液体が接する部分が導体であると液体に導体表面より気泡ができたり、導体表面が腐食することがあるが、本実施の形態では振動板側電極１１上に振動板１２があり、振動板１２の表面が絶縁膜１８で被覆されているので、その様な問題は発生しない。
また、流体が液体の場合、振動板１２の表面に親水性膜の絶縁膜１８を形成することにより、圧力室２２内への液体の流入を円滑に行わせることができる。また、流体が気体の場合には、振動板１２の表面に気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成することにより、振動板１２が気体で侵されることがない。
【００２８】
本実施の形態に係る静電ヘッド装置１によれば、上述の微小流体駆動装置２を備えることにより、流体の吐出部、本例ではノズル２３を高密度に配置できると共に、高い駆動力で微小量の流体を精度良く制御して供給することができる。本実施の形態の静電ヘッド装置１は、例えば民生用ではインクジェット・プリンタヘッド、産業用では有機ＥＬなどの高分子、低分子有機材料塗布装置、プリント基板配線印刷装置、ハンダバンプ印刷装置、３次元モデリング装置、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｔｏｔａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）として薬液その他の液体をｐｌ（ピコリットル）以下の微小単位にて精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、さらには気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド等に適用することができる。
【００２９】
静電ヘッド装置１は、圧力室２２として、高圧力室、中圧力室及び低圧力室の複数設け、各圧力室２２を連結し、各圧力室２２間に逆流防止弁を配置して圧力差で流体を流すようにした構成のものも含む。
静電ヘッド装置１は、流体として気体を用いるときは、基本的に圧力室２２の外部への吐出口に弁を設けるようにして構成することができる。
微小流体駆動装置２は、例えばコンピュータのＣＰＵの冷却用の駆動原にも適用することができる。
【００３０】
次に、図１０〜図１７を用いて上述の微小流体駆動装置２及び静電ヘッド装置１の製造方法の一実施の形態を説明する。なお、図１１〜図１７の工程図は、図１０のＣーＣ線上の断面構造を示す。
【００３１】
先ず、図１１Ａに示すように、所要の基板、本例ではシリコン基板５上に絶縁膜の例えばシリコン酸化膜６を形成した基板４を設け、この基板４のシリコン酸化膜６上に共通の基板側電極７を形成する。基板側電極７は、本例ではＣＶＤ（化学気相成長）法によるアモルファスシリコン膜を成膜し、不純物例えば燐（Ｐ）をドーピングした後に熱処理して活性化し導電性を有する電極として形成する。これにより多結晶シリコンの基板側電極７が形成される。
【００３２】
次に、図１１Ｂに示すように、基板側電極７の表面上に絶縁膜８を形成する。絶縁膜８は、例えば１０００℃程度の高温の減圧ＣＶＤまたは熱酸化により形成することができる。この絶縁膜８は、基板側電極７の保護膜、後述する犠牲層のエッチング液またはエッチングガスに対して耐性のある膜、さらに振動板と基板側電極が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極７に当接した場合のショート防止、等に供される。絶縁膜８としては、例えばＳＦ６　、ＸｅＦ２　によるエッチングガスを用いるときはＳｉＯ２　膜とし、例えばフッ酸によるエッチング液を用いるときはＳｉＮ膜とすることができる。
【００３３】
次に、図１１Ｃに示すように、絶縁膜８の全面上に犠牲層３１を形成する。犠牲層３１として、本例では多結晶シリコン膜をＣＶＤ法より堆積する。
次に、図１２Ｄに示すように、後に形成する振動板を支える支柱（いわゆるアンカー）を形成すべき部分、及び補助支柱（いわゆるポスト）に対応する部分の犠牲層３１を選択的にエッチング除去し開口部３２を形成する。犠牲層３１のエッチングはドライエッチングが好ましい。
【００３４】
次に、図１２Ｅに示すように、犠牲層３１の表面に絶縁膜１６を形成する。この絶縁膜１６は、絶縁膜８と同様に犠牲層３１のエッチング液又はエッチングガスに対して耐性を有する膜で形成する。本例では多結晶シリコン膜による犠牲層３１をＳＦ６　ガスまたはＸｅＦ２　ガスを用いてエッチング除去するので、絶縁膜１６としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２　膜）を熱酸化またはＣＶＤにより形成する。この絶縁膜１６は、振動板側電極の保護、振動板と基板側電極７が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極７に当接した場合のショート防止、等にに供される。
【００３５】
次に、図１３Ｆに示すように、絶縁膜１６を有する犠牲層３１上に各独立した振動板側電極１１を形成する。振動板側電極１１は、本例ではＣＶＤ（化学気相成長）法によるアモルファスシリコン膜を成膜し、不純物例えば燐（Ｐ）をドーピングした後に熱処理して活性化し導電性を有する電極として形成する。これにより多結晶シリコンの振動板側電極１１が形成される。振動板側電極１１に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐため、振動板側電極１１は支柱の中へは形成しないように、従って支柱形成部分より僅かに内側に形成するようにする。また、このような振動板側電極１１の形成により、後の工程で振動板側電極１１は振動板の下面凹部内に挿入されるようになる。
【００３６】
次に、図１３Ｇに示すように、振動板側電極１１の表面を熱酸化してシリコン酸化膜８ＳｉＯ２　膜）１７を形成した後、犠牲層３１上及び開口部３２内の全面にわたって振動板１２と、之に連続した支柱（アンカー）１３及び補助支柱（ポスト）１９を同一の絶縁膜により形成する。更に、振動板１２、支柱１３、補助支柱１９は、本例では減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成する。ＳｉＮ膜は引っ張りの応力が発生するので、振動板１２の反発力が高まり好都合である。
【００３７】
次に、図１４Ｈに示すように、シリコン窒化膜による振動板１２、支柱１３、補助支柱１９の表面に所要の絶縁膜１８を形成する。この絶縁膜１８としては、例えば流体として、インク、薬液、その他の液体を用いるときにはその液体接触面に、親水性の絶縁膜１８を形成する。流体として気体を用いるときは気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成する。犠牲層３１のエッチングに際してＳＦ６　ガスあるいはＸｅＦ２　ガスを用いるときは、このエッチングガスに対して耐性もある酸化膜（例えばシリコン酸化膜）で絶縁膜１８を形成することが好ましい。シリコン窒化膜による振動板１２は絶縁膜１６と絶縁膜１８により挟まれる構成となっているが、この構成は引張り応力を有するシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜との積層構造を形成する場合には振動板の反りを防ぐ上で有効である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層構造では引張りと圧縮応力の相乗効果により、振動板が大きく凹状になってしまい振動板の変位量が不足する。シリコン窒化膜の両側をシリコン酸化膜で覆うことでこの反りを緩和できる。
【００３８】
次に、図１４Ｉに示すように、支柱１３の近傍に絶縁膜１７、振動板１２、絶縁膜１６を貫通して犠牲層３１が露出するように開口１４を形成する。この開口１４は、犠牲層３１をエッチング除去する際の抜き孔となるものであり、例えばＲＩＥなどの異方性ドライエッチングで形成することができる。
【００３９】
次に、図１５Ｊに示すように、開口１４を通じてエッチング液またはエッチングガスを導入し、本例ではＳＦ６　ガスまたはＸｅＦ２　ガスを導入して犠牲層３１をエッチング除去し、振動板側電極１１を一体に有する振動板１２と基板側電極７との間に空間９を形成する。この場合、開口１４が振動板１２の長辺に沿って複数形成され、開口を通して振動板１２の短辺に沿う方向にエッチングが進められるので、短時間でのエッチングが可能になる。犠牲層３１として多結晶シリコンのようなシリコンを使用した場合にはＳＦ６　ガスあるいはＸｅＦ２　ガスによりエッチング除去することができる。犠牲層３１としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２　膜）を使用した場合には、フッ酸のエッチング液によりエッチング除去するころができる。犠牲層３１をエッチング液で除去したときには乾燥処理を行う。
【００４０】
次に、図１５Ｋに示すように、この開口１４を封止する。封止にはＡｌなどのメタルスパッタによる封止も可能であるが、振動室となる空間９が減圧になるため振動板１２が凹状になり、振動板１２の支柱１３あるいは補助支柱１９の近傍に応力が常にかかる。また凹状となることにより振動板１２の可動範囲は狭くなる。この点を考慮して、例えばボロン・リン・シリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜を成膜した後、リフローにより開口１４を埋める方法を採ることができる。この際、Ｎ２　加圧雰囲気で行うことにより振動室となる空間９の圧力を所望の値にすることが可能になる。また、後述の加圧室の形成部材の粘性を利用して開口１４を塞ぐこともできる。このようにして、微小流体駆動装置２を製造する。
【００４１】
次に、図１６に示すように、この微小流体駆動装置２上に、例えば光硬化性樹脂材料層、例えば感光性を有するエポキシ樹脂材料層３３を形成し、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、流体を溜める圧力室（いわゆるチャンバー）２２及びこの圧力室２２に連通する流体の供給流路（図示せず）を形成する。即ち、振動板１２上に圧力室２２を形成し、振動板１２の支柱１３が形成された両側に対応する上に圧力室２２を構成するための隔壁２４ａを形成する。
【００４２】
次に、図１７に示すように、各圧力室２２の上部を閉塞するように、ノズル２３を有するシート状体（いわゆるノズルシート）３４を接合する。このノズルシート３４は、ニッケル、ステンレスなどの金属、またはＳｉウェーハなどの所要の材料で形成することができ、このノズルシート３４を接着する。
かくして目的の静電ヘッド装置１を得る。
【００４３】
なお、上記光硬化性樹脂の粘性を調節することで、振動板１２の開口１４を金属スパッタせずに、この光硬化性樹脂で封止することができる。
【００４４】
上述の本実施の形態に係る製造方法によれば、犠牲層９、振動板１２を気相形成することにより、次のような効果を奏する。電極間間隔の均一性、振動板１２の膜厚の均一性が高くなり、各振動板１２間の動作電圧のバラツキが小さくなる。振動板１２の表面の平坦度が高くなる。電極間間隔、振動板１２の膜厚のコントロールが容易になり、成膜時間、温度により所望の膜厚の振動板１２を容易に作ることができる。一般の半導体プロセスで容易に作成することができるので、量産性にも優れる。
支柱１３の近傍に開口１４を形成し、この開口１４を通して犠牲３１をエッチング除去するので、精度良く振動板１２と基板側電極７間の空間９を形成することができる。開口１４は振動板１２の長手方向に沿って複数形成されるので、犠牲層３１のエッチングは振動板１２の短辺方向になされ、エッチング時間の短縮が図れる。
本実施の形態では、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板１２を含む微小流体駆動装置２、流体の圧力室２２及びノズル２３を有する隔壁構体２４から成る静電ヘッド装置１を製造方法することが可能になる。支柱１３の近傍に設けた開口１４より犠牲層３１をエッチング除去する工程を含めて、標準的な半導体プロセスを利用できるので、微小流体駆動装置２、あるいは静電ヘッド装置１のコスト低減が図れる。
【００４５】
なお、微小流体駆動装置２上に、別途形成したノズル２３、圧力室２２及び流体供給流路（図示せず）を有する隔壁構体２４を貼り合わせて、静電ヘッド装置１を製造することもできる。
開口１４としては、例えば図１８に示すように、１つの支柱１３の近傍に複数形成するこができる。
支柱１３、補助支柱１９は、振動板１２を構成する材料（図示の例では実質的にＳｉＮ膜１２、シリコン酸化膜１７、１８で形成されている）の一部（ＳｉＮ膜を含む一部）又は全部で形成することができる。
【００４６】
図７〜図９は、微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態では、振動板１２が十分反発力を有し、また変形せずに振動板として十分機能する場合であり、補助支柱１９を省略して構成される。それ以外の構成は前述の図２〜図４と同様であるので、対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態の動作、効果は、図２〜図４の実施の形態と同様である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、消費電力が少なく、且つ振動板を有する振動部の高密度化を図ることができる。振動板と基板側電極との間の空間が閉空間の場合、振動板が撓むと空気が圧縮されるので振動板のたわみを阻害しようとするが、支柱での支持構造であり、隣接する振動板下の空間が互いに連通した構成であるので、隣接する空間に圧縮された空気を逃がし、振動板の駆動を円滑にする。
基板側電極を共通にし、これに対向して複数の独立した振動板側電極を形成するときは、振動板を平らに形成することができると共に、張力の強い振動板を生成することができる。特に、振動板の段差を利用した下面凹部内に振動板側電極を密着配置した構成とすることにより、段差での振動板の張力吸収を押え、高い張力を持たせることができる。高い張力が得られることから、振動板の膜厚を薄くすることが可能になる。
【００４８】
振動板側電極が支柱の形成部分より僅かに内側に形成されるので、振動板側電極に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐことができる。
【００４９】
隣接する２つの振動板側電極の間に空間に連通する開口を有することにより、空間を形成するための犠牲層の除去を可能にし、精度の良い空間を形成することができる。支柱の近傍に開口を有するので、空間を形成するための犠牲層の除去を可能にし、精度の良い空間を形成することができると共に、この開口は支柱近傍であるの実質的な振動板に影響を与えることがない。
振動板の中間部の直下に補助支柱を設けるときは、振動板の変形を阻止し且つ振動板の反発力を高めることができ、また振動板の膜厚を薄くすることができる。支柱を振動板を構成する材料の一部または全部で形成するので、製造を容易にする。
【００５０】
振動板を形成する主材料を２層の絶縁膜で挟みこむ構造により、主材料と絶縁膜１層の構成で顕著に発生する振動板の反りの低減を可能にする。
【００５１】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法によれば、上述の微小流体駆動装置を容易且つ精度良く製造することができる。支柱の近傍に形成した開口より犠牲層をエッチング除去することから、標準的な半導体プロセスを利用して製造することが可能になる。これにより、製造コストの低減を可能にする。
【００５２】
本発明に係る静電ヘッド装置によれば、上述の微小流体駆動装置を備えることにより、高い流体駆動力を有し且つ流体の吐出部、例えば液体ではノズル、気体では出射口を高密度化したこの種の静電ヘッド装置を提供することができる。
本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法によれば、容易且つ精度良くかかる静電ヘッド装置を製造することができる。また例えば、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板及び圧力室、吐出部（ノズル、吐出口）などを有する例えばインクジェット・プリンタヘッドなどの静電ヘッド装置の製造を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電ヘッドの一実施の形態を示す概略的構成図である。
【図２】本発明に係る微小流体駆動装置の一実施の形態を示す平面図である。
【図３】図２のＡーＡ線上に断面図である。
【図４】図２のＢーＢ線上に断面図である。
【図５】本実施の形態に係る振動板部分の拡大断面図であ。る。
【図６】Ａ〜Ｂ　本実施の形態の振動板の動作説明図である。
【図７】本発明に係る微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す平面図である。
【図８】図７のＤーＤ線上の断面図である。
【図９】図７のＥーＥ線上の断面図である。
【図１０】本発明に係る静電ヘッド装置の製造工程の説明に際しての切断面に位置を示す振動板斜視図である。
【図１１】Ａ〜Ｃ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図１２】Ｄ〜Ｅ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図１３】Ｆ〜Ｇ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図１４】Ｈ〜Ｉ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図１５】Ｊ〜Ｋ　本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その５）である。
【図１６】本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その６）である。
【図１７】本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その７）である。
【図１８】本発明に係る振動板に設ける開口の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【符号の説明】
１・・・静電ヘッド装置、２・・・微小流体駆動装置、４・・・基板、５・・・半導体基板、６・・・絶縁膜、７・・・基板側電極、８・・・絶縁膜、９・・・空間、１１・・・振動板側電極、１２・・・振動板、１３・・・支柱、１４・・・開口、１５・・・封止部材、１６、１７、１８・・・絶縁膜、１９・・・補助支柱、２１・・・流体、２２・・・圧力室、２３・・ノズル、２４・・・隔壁構体、２４ａ・・・隔壁、２５・・・流体供給部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microfluidic driving device for driving a microfluid such as a minute amount of liquid or gas and a method of manufacturing the same, and an electrostatic head device using the microfluidic driving device and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Inkjet printer heads that discharge a minute volume of ink are widely used as printers that meet the needs of printing photographic quality printed matter at high speed. In the future, in order to respond to the need to print higher image quality at high speed, it is required to arrange the nozzles at a higher density without increasing power consumption or lowering ejection performance.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a driving method of a microchemical solution used in an ink jet printer head, there are a resistance heating method and a diaphragm method for a microfluid (a minute volume of ink) held in an ink holding space (a so-called cavity). The resistance heating method is a method in which fluid in a cavity is ejected from a nozzle by gas (bubbles) generated by resistance heating. The diaphragm method is a method in which a fluid is ejected from a nozzle by pressure applying means (a so-called diaphragm) using a piezo element or the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the resistance heating method is inexpensive because it can be manufactured by a semiconductor process, and the resistance heating element can be manufactured minutely, which is convenient for forming a nozzle at high density. Because of the use, power consumption increases with the number of nozzles, and it is difficult to increase the ejection frequency because cooling of the resistance heating element is required.
Also, the diaphragm method using the piezo effect is divided into a laminated piezo type and a single-plate piezo type, and the laminated piezo type attaches a piezo actuator to the diaphragm and then performs element separation by cutting, so the semiconductor process can not be used, High cost and difficulty in achieving high density.
Although the single-plate piezo type can be used for almost all semiconductor processes, the cost is lower than that of the laminated type, and the power consumption can be reduced, but the sintering of the piezo element causes warpage, making a large head with multiple noises. Have difficulty.
On the other hand, the diaphragm system using the electrostatic drive consumes much less power than the resistance heating and piezo systems.
However, these diaphragm systems consume less power than resistive heating, but require a large drive area up to a millimeter (mm) level length to secure a drive volume because the drive distance is short. It is difficult to increase the density.
In addition, a conventional electrostatic drive type ink jet head is manufactured by forming a vibration plate from a Si substrate which is thinly cut by etching and bonding the diaphragm to a substrate such as glass on which a lower electrode is formed. With this method, it is difficult to control the thickness of the diaphragm and its uniformity. Also, by etching the diaphragm from the Si substrate to make it thinner, most of the thickness of the Si substrate is removed, so that the productivity is poor. For driving, it is necessary to secure a long short side of the diaphragm, and it is difficult to increase the density. In addition, it is necessary to smooth the bonding surface with high precision in order to bond the substrates together, and to secure a bonding area for bonding. In addition, the stacking accuracy at the time of bonding needs to be ± several μm, and the density can be increased. Absent. Further, there is a problem that handling of a substrate having a thickness of about 0.1 to 0.2 mm is not easy.
[0005]
Such a problem can also occur in a drive device that handles, for example, a minute gas as a minute fluid.
[0006]
The present invention has been made in view of the above points, and enables manufacturing in a semiconductor manufacturing process, thereby facilitating film thickness control of a diaphragm, eliminating the need for laminating substrates, and increasing the density of a driving unit. An object of the present invention is to provide a microfluidic driving device using an electrostatic method and a method of manufacturing the same, which achieves high fluid driving force and improves productivity.
The present invention provides an electrostatic head device to which the above-described microfluidic drive device is applied and a method for manufacturing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The microfluidic driving device according to the present invention includes a diaphragm for applying a pressure change to a fluid, an independent diaphragm-side electrode and a substrate-side electrode for driving the diaphragm, and a gap between the diaphragm-side electrode and the substrate-side electrode. And a column for forming a space.
[0008]
In the microfluidic driving device of the present invention, when a voltage is applied between the diaphragm-side electrode and the substrate-side electrode, an electrostatic attraction force is generated, and the diaphragm integrated with the diaphragm-side electrode is bent. When the voltage application between the electrodes on the substrate side is released, the diaphragm is released from the electrostatic force and vibrates attenuated by its own restoring force. The microfluid can be driven by using the driving of the vibration plate. Since this microfluidic drive device can be manufactured by a semiconductor process, it is easy to make the diaphragm thinner and uniform in film thickness, and it is possible to increase the density. Further, since the bonding of the substrates is not required, the bonding surface is not required, and the overlaying accuracy of the exposure apparatus (stepper) is higher by one digit or more than the bonding accuracy, so that the height of the driving section having the diaphragm is high. In addition to making it possible to increase the density, a necessary and sufficient flow driving force is obtained, and the power consumption is overwhelmingly smaller than in other systems.
[0009]
The manufacturing method of the microfluidic driving device according to the present invention, the step of forming a patterned sacrificial layer on the substrate on which the substrate side electrode is formed, and the step of forming the diaphragm side electrode on the sacrificial layer, the same material, Forming a diaphragm on the diaphragm-side electrode and forming a column supporting the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm, forming an opening outside the region of the diaphragm, and forming a sacrificial layer through the opening; Selectively removing and forming a space between the substrate-side electrode and the diaphragm-side electrode.
[0010]
In the method of manufacturing a microfluidic driving device of the present invention, a substrate-side common electrode, a sacrificial layer, a diaphragm-side individual electrode, a diaphragm made of the same material and its support are sequentially formed on a substrate, and the sacrificial layer is formed through an opening of the diaphragm. By providing a series of steps for sealing the diaphragm opening after the selective removal, a microfluidic driving device having high density and high driving force can be manufactured accurately and easily.
[0011]
The electrostatic head device according to the present invention includes a diaphragm for applying a pressure change to a fluid, an independent diaphragm-side electrode and a substrate-side electrode for driving the diaphragm, and a gap between the diaphragm-side electrode and the substrate-side electrode. And a pressure chamber having a fluid discharge portion and a fluid discharge portion formed on the vibration plate.
[0012]
In the electrostatic head device of the present invention, by providing the above-mentioned microfluidic driving device, it is possible to increase the density of the fluid discharge portion, to have a high driving force, and to accurately control the discharge amount of the fluid. Becomes possible.
[0013]
The manufacturing method of the electrostatic head device according to the present invention, the step of forming a patterned sacrificial layer on the substrate on which the substrate side electrode is formed, and the step of forming the diaphragm side electrode on the sacrificial layer, the same material, Forming a diaphragm on the diaphragm-side electrode and forming a column supporting the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm, forming an opening outside the region of the diaphragm, and forming a sacrificial layer through the opening; The method includes the steps of selectively removing and forming a space between the substrate-side electrode and the diaphragm-side electrode, and forming a pressure chamber on the diaphragm that is supplied with fluid and has a fluid discharge portion.
[0014]
According to the method of manufacturing an electrostatic head device of the present invention, a very thin diaphragm having a thickness of 1 μm or less can be provided because the diaphragm is formed by a vapor phase film forming method. As a result, the short side length of the diaphragm can be reduced to 60 μm or less, and the density can be increased to 300 dBi or more.
Further, the thickness of the sacrificial layer having a thickness of about 200 mm can be easily controlled, and low-voltage driving of 30 V or less can be easily realized. Further, since the thickness of the diaphragm and the sacrificial layer can be easily controlled, it is possible to manufacture the electrostatic head device capable of controlling the discharge amount of the fluid with high accuracy.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
1 to 4 show an embodiment of a microfluidic driving device according to the present invention and an electrostatic head to which the microfluidic driving device is applied.
The electrostatic head 1 according to the present embodiment has a microfluidic driving device 2 in which a plurality of vibration plates 12 driven (vibrated) by electrostatic force are arranged in high density, and positions corresponding to the respective vibration plates. A pressure chamber (so-called cavity) 22 in which a fluid 21 is stored, and a discharge unit for discharging the fluid 21 to the outside, in this example, a partition structure 24 in which a nozzle (because a liquid is used as a fluid) 23 is formed. And a fluid supply unit 25.
[0017]
As shown in FIGS. 2 to 4, the microfluidic driving device 2 has a common substrate-side electrode 7 made of a conductive material thin film formed on a required substrate 4, and an insulating film 8 on the surface of the substrate-side electrode 7. A plurality of vibrating plates 12 integrally formed with vibrating plate-side electrodes 11 that are independently driven across the space 9 so as to face the substrate-side electrodes 7 are arranged in parallel. A column 13 is formed on the substrate 4 so as to be supported by a beam.
[0018]
The diaphragm 12 is formed in a strip shape in the illustrated example, and a plurality of columns 13 are formed on both sides of the diaphragm 12 at predetermined intervals (pitch between columns) along the longitudinal direction. The predetermined interval (pitch between columns) is preferably 2 μm or more and 10 μm or less, and most preferably 5 μm. Adjacent diaphragms 12 are formed continuously with columns 13, and columns 13 are also integrally formed of the same material as diaphragm 12. Therefore, the space 9 between the diaphragm 12 and the substrate-side electrode 7 communicates with a plurality of parallel diaphragms 12. The entire space 9 communicating between the diaphragms 12 is formed to be a closed space.
[0019]
In order to introduce a gas or a liquid for etching and removing the sacrificial layer in a manufacturing process described later, in the vicinity of the column 13 of each diaphragm 12, in this example, between the columns 13 along the longitudinal direction of one diaphragm 12. Opening 14 is formed. After removing the sacrificial layer, the opening 14 is closed by a required member 15. It is sufficient that the opening is 2 μm or less, and the smaller the opening, the more easily the opening is closed. In the case of dry etching, it was confirmed that sacrifice layer etching can be sufficiently performed even with □ 0.5 μm.
Further, in this example, when a thin diaphragm 12 is used, an auxiliary column (a so-called post) 19 is formed simultaneously with the column (a so-called anchor) 13 immediately below the center of the diaphragm 12 in order to increase the repulsive force of the diaphragm itself. Is done.
[0020]
The substrate 4 may be a required substrate such as a substrate in which an insulating film is formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs), or an insulating substrate such as a glass substrate including a quartz substrate. it can. In this example, a substrate 4 in which an insulating film 6 such as a silicon oxide film is formed on a silicon substrate 5 is used. The substrate-side electrode 7 is formed of an impurity-doped polycrystalline silicon film, a metal (for example, a deposited film of Pt, Ti, Al, Au, Cr, Ni, or the like), an ITO (Indium Tin Oxide) film, or the like. It is formed of an impurity-doped polycrystalline silicon film. Each individual diaphragm-side electrode 11 is formed of an impurity-doped polycrystalline silicon film, a metal (for example, a deposited film of Pt, Ti, Al, Au, Cr, Ni, or the like), an ITO (Indium Tin Oxide) film, or the like. In the present embodiment, it is formed of an impurity-doped polycrystalline silicon film.
[0021]
As shown in FIG. 5 (enlarged view), the diaphragm-side electrode 11 is joined to the diaphragm 12 via the insulating film 17 and inserted into the bent lower surface recess 12 a of the diaphragm 12. It is formed. The vibration plate 12 is preferably formed of an insulating film, and is particularly preferably formed of a silicon nitride film (SiN film) which generates tensile stress and has a high repulsion force as the vibration plate. A silicon oxide film 18 is formed on the upper surface of the SiN film 12 serving as a diaphragm. Reference numeral 16 denotes a silicon oxide film formed on the lower surface of the diaphragm-side electrode 11 and the lower surface of the SiN film 12 of the diaphragm. In this example, the diaphragm is substantially composed of the SiN film 12 and the insulating films 17 and 18.
[0022]
The partition structure 24 having the pressure chambers 22 and the nozzles 23 is formed on the microfluidic driving device 2 so that the partition 24 a of the fluid supply unit 25 is formed at a position corresponding to the support 13 of the diaphragm 12. The part 25 is arranged. The pressure chamber 22 communicates with a fluid supply passage though not shown.
[0023]
Next, the operation of the electrostatic head device 1 will be described.
In the microfluidic driving device 2, when a required voltage is applied between the substrate-side electrode 7 and the diaphragm-side electrode 11, an electrostatic attractive force is generated, and the diaphragm 12 having the diaphragm-side electrode 11 is moved to the side of the substrate-side electrode 7. (See FIG. 6A). Conversely, when the application of the voltage between the substrate-side electrode 7 and the diaphragm-side electrode 11 is released, the diaphragm 12 is released from the electrostatic force and vibrates attenuated by its own restoring force (see FIG. 6B). Fluctuations in the pressure chamber 22 due to the vertical movement of the diaphragm 12 cause the fluid 21 in the pressure chamber 22 to be discharged from the nozzle 23 to the outside, and the fluid 21 is supplied into the pressure chamber 22.
When the diaphragm 12 bends toward the substrate-side electrode 7, the air between the diaphragm 12 and the substrate-side electrode 7 is compressed when the space 9 is a closed space, so that the deflection of the diaphragm 12 will be inhibited. However, because of the support structure of the support 13 and the auxiliary support 19, the compressed air can escape to the space 9 below the adjacent diaphragm 12, and the diaphragm 12 can bend sufficiently. .
[0024]
According to the microfluidic drive device 2 according to the present embodiment, it is possible to precisely control and supply the microfluid by bending the diaphragm 12 by the electrostatic force and using the restoring force as the driving force. become. When the auxiliary support 19 is provided immediately below the middle part of the diaphragm 12, even if the diaphragm 12 is made thinner or the short side width of the diaphragm 12 is increased, the length between the supports of the diaphragm is apparent. In this case, the repulsive force of the diaphragm 12 can be increased, so that a necessary driving force can be obtained.
The diaphragm 12 is supported by a plurality of pillars 13 integral therewith, and an opening 14 for introducing an etchant when the sacrificial layer 31 is etched is provided in the vicinity of the pillar 13, so that the long side is about 1 to 3 mm. In the formation of the space 9 between the diaphragm 12 and the substrate-side electrode 7 having a short side of 30 to 100 μm, the sacrificial layer space 9 under the diaphragm can be etched to the short side, so that etching can be performed in a short time. In addition, the space 9 below each adjacent diaphragm 12 can be formed simultaneously and accurately.
Therefore, it is possible to provide a microfluidic driving device that secures the driving force for the fluid and enables high density.
[0025]
By forming the lower substrate-side electrode 7 as a common electrode and the upper diaphragm-side electrode 11 as a plurality of independent electrodes, the lower surface, that is, the lower surface 16 of the diaphragm 12 can be formed flat. When the lower substrate-side electrode 7 is individually provided, a step caused by the thickness of the electrode appears as a step of the diaphragm 12, so that the tensile stress of the diaphragm 12 is reduced by the step, and the tensile stress is reduced. Does not work effectively.
On the other hand, since the diaphragm 12 and the Si diaphragm side electrode 11 made of the SiN film are arranged in close contact with the diaphragm side electrode 11 via the insulating film in the lower surface recess formed by the step portion of the diaphragm 12. Even when the diaphragm 12 has a step, the tension of the diaphragm 12 is not absorbed by the step.
When the vertical relationship between the diaphragm 12 made of a SiN film and the Si diaphragm side electrode 11 is exchanged, that is, when the diaphragm 12 made of a SiN film is formed first and the Si diaphragm side electrode 11 is formed thereon, Although the diaphragm can be made flat, the voltage applied between the electrodes is also distributed to the SiN film having a high relative dielectric constant, so that the effective voltage acting on the space between the lower surface of the diaphragm and the upper surface of the substrate-side electrode decreases. Since the electrostatic attraction decreases and the displacement of the diaphragm also decreases, it is disadvantageous when aiming for low power consumption driving.
[0026]
The diaphragm-side electrode 11 is formed so as not to be formed in the column 13, and thus is formed slightly inside the portion where the column 13 is formed, so that dielectric breakdown due to the voltage applied to the diaphragm-side electrode 11 can be prevented. .
[0027]
In the case where the fluid supplied to the pressure chamber is a liquid, if the part in contact with the liquid is a conductor, bubbles may be formed in the liquid from the conductor surface or the conductor surface may be corroded. Such a problem does not occur because the diaphragm 12 is provided on the surface 11 and the surface of the diaphragm 12 is covered with the insulating film 18.
When the fluid is a liquid, the inflow of the liquid into the pressure chamber 22 can be performed smoothly by forming the insulating film 18 of a hydrophilic film on the surface of the vibration plate 12. When the fluid is a gas, the diaphragm 12 is not attacked by the gas by forming the gas-resistant insulating film 18 on the surface of the diaphragm 12.
[0028]
According to the electrostatic head device 1 according to the present embodiment, by providing the microfluidic driving device 2 described above, the fluid discharge unit, in this example, the nozzles 23 can be arranged at high density, and the microfluidic device can be finely sized with high driving force. An amount of fluid can be controlled and supplied with high precision. The electrostatic head device 1 according to the present embodiment is, for example, an inkjet printer head for consumer use, a polymer such as organic EL, a low molecular weight organic material coating device for industrial use, a printed circuit board wiring printing device, a solder bump printing device, and a three-dimensional printing device. Modeling device, supply head for supplying and controlling a chemical solution or other liquid as a micro total analysis system (μTAS) with a fine unit of pl (picoliter) or less, and further, controlling and supplying a gas with a very small amount of precision. It can be applied to a supply head and the like.
[0029]
The electrostatic head device 1 is provided with a plurality of high pressure chambers, medium pressure chambers and low pressure chambers as the pressure chambers 22, connects the pressure chambers 22, and arranges a check valve between the pressure chambers 22 to provide a pressure difference. Also includes a configuration in which a fluid is caused to flow.
When gas is used as the fluid, the electrostatic head device 1 can be configured so that a valve is basically provided at a discharge port to the outside of the pressure chamber 22.
The microfluidic driving device 2 can be applied to, for example, a driving source for cooling a CPU of a computer.
[0030]
Next, an embodiment of a method of manufacturing the above-described microfluidic driving device 2 and electrostatic head device 1 will be described with reference to FIGS. Note that the process diagrams in FIGS. 11 to 17 show the cross-sectional structures taken along the line CC in FIG.
[0031]
First, as shown in FIG. 11A, a substrate 4 in which an insulating film, for example, a silicon oxide film 6 is formed on a required substrate, in this example, a silicon substrate 5, is provided on the silicon oxide film 6 of the substrate 4. The side electrode 7 is formed. In this example, the substrate-side electrode 7 is formed as a conductive electrode formed by forming an amorphous silicon film by a CVD (chemical vapor deposition) method, doping impurities such as phosphorus (P), and then performing heat treatment to activate the amorphous silicon film. Thereby, the substrate-side electrode 7 of polycrystalline silicon is formed.
[0032]
Next, as shown in FIG. 11B, an insulating film 8 is formed on the surface of the substrate-side electrode 7. The insulating film 8 can be formed, for example, by low-pressure CVD at a high temperature of about 1000 ° C. or thermal oxidation. The insulating film 8 is a protective film for the substrate-side electrode 7, a film that is resistant to an etching solution or an etching gas for a sacrificial layer described later, further prevents discharge when the diaphragm approaches the substrate-side electrode, It is used to prevent short-circuiting when it comes into contact with the substrate-side electrode 7 and the like. As the insulating film 8, for example, SF 6 , XeF 2 When using an etching gas by SiO 2 When a hydrofluoric acid etchant is used, for example, a SiN film can be used.
[0033]
Next, as shown in FIG. 11C, a sacrificial layer 31 is formed on the entire surface of the insulating film 8. In this example, a polycrystalline silicon film is deposited as a sacrificial layer 31 by a CVD method.
Next, as shown in FIG. 12D, the sacrificial layer 31 is selectively etched away at a portion where a support (so-called anchor) for supporting a diaphragm to be formed later and a portion corresponding to an auxiliary support (so-called post) are to be formed. An opening 32 is formed. The sacrifice layer 31 is preferably etched by dry etching.
[0034]
Next, as shown in FIG. 12E, the insulating film 16 is formed on the surface of the sacrificial layer 31. The insulating film 16 is formed of a film having resistance to an etching solution or an etching gas for the sacrificial layer 31 similarly to the insulating film 8. In this example, the sacrificial layer 31 made of a polycrystalline silicon film is SF 6 Gas or XeF 2 Since the insulating film 16 is removed by etching using a gas, a silicon oxide film (SiO 2 2 Film) is formed by thermal oxidation or CVD. The insulating film 16 is used for protection of the diaphragm-side electrode, prevention of discharge when the diaphragm approaches the substrate-side electrode 7, prevention of short-circuit when the diaphragm contacts the substrate-side electrode 7, and the like. .
[0035]
Next, as shown in FIG. 13F, independent diaphragm-side electrodes 11 are formed on the sacrifice layer 31 having the insulating film 16. In this example, the diaphragm-side electrode 11 is formed as an electrode having conductivity by forming an amorphous silicon film by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, doping impurities such as phosphorus (P), and performing heat treatment to activate the film. . Thereby, the diaphragm-side electrode 11 of polycrystalline silicon is formed. In order to prevent dielectric breakdown due to the voltage applied to the diaphragm-side electrode 11, the diaphragm-side electrode 11 is not formed in the column, and is therefore formed slightly inside the column-formed portion. Further, by forming the diaphragm-side electrode 11, the diaphragm-side electrode 11 is inserted into the lower surface recess of the diaphragm in a later step.
[0036]
Next, as shown in FIG. 13G, the surface of diaphragm-side electrode 11 is thermally oxidized to form silicon oxide film 8SiO. 2 After the formation of the film 17, the diaphragm 12, the supporting pillars (anchors) 13 and the auxiliary supporting columns (posts) 19 are formed of the same insulating film over the entire surface of the sacrificial layer 31 and the inside of the opening 32. Further, in this example, the diaphragm 12, the support 13, and the auxiliary support 19 are formed of a silicon nitride film (SiN film) by a low pressure CVD method. Since a tensile stress is generated in the SiN film, the repulsive force of the diaphragm 12 is increased, which is convenient.
[0037]
Next, as shown in FIG. 14H, a required insulating film 18 is formed on the surfaces of the diaphragm 12, the support 13, and the auxiliary support 19 made of a silicon nitride film. For example, when an ink, a chemical solution, or another liquid is used as the fluid, a hydrophilic insulating film 18 is formed on the liquid contact surface of the insulating film 18. When a gas is used as the fluid, the insulating film 18 having resistance to the gas is formed. When etching the sacrificial layer 31, SF 6 Gas or XeF 2 When a gas is used, it is preferable to form the insulating film 18 using an oxide film (for example, a silicon oxide film) that is resistant to the etching gas. The vibration plate 12 made of a silicon nitride film is configured to be sandwiched between an insulating film 16 and an insulating film 18. This configuration forms a laminated structure of a silicon nitride film having a tensile stress and a silicon oxide film having a compressive stress. In this case, it is effective in preventing the warp of the diaphragm. In a laminated structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film, the diaphragm becomes largely concave due to the synergistic effect of tensile and compressive stress, and the displacement of the diaphragm is insufficient. Covering both sides of the silicon nitride film with the silicon oxide film can alleviate this warpage.
[0038]
Next, as shown in FIG. 14I, an opening 14 is formed in the vicinity of the pillar 13 so as to penetrate the insulating film 17, the diaphragm 12, and the insulating film 16 so that the sacrificial layer 31 is exposed. The opening 14 serves as a hole when the sacrificial layer 31 is removed by etching, and can be formed by, for example, anisotropic dry etching such as RIE.
[0039]
Next, as shown in FIG. 15J, an etching solution or an etching gas is introduced through the opening 14, and in this example, SF 6 Gas or XeF 2 The sacrifice layer 31 is removed by etching by introducing gas, and a space 9 is formed between the diaphragm 12 having the diaphragm-side electrode 11 and the substrate-side electrode 7. In this case, since a plurality of openings 14 are formed along the long side of the diaphragm 12 and the etching proceeds in the direction along the short side of the diaphragm 12 through the openings, etching can be performed in a short time. If silicon such as polycrystalline silicon is used as the sacrificial layer 31, SF 6 Gas or XeF 2 The gas can be removed by etching. A silicon oxide film (SiO 2) 2 When the film is used, it can be removed by etching with a hydrofluoric acid etchant. When the sacrificial layer 31 is removed with an etchant, a drying process is performed.
[0040]
Next, as shown in FIG. 15K, the opening 14 is sealed. Although sealing by metal sputtering of Al or the like can be used for sealing, the space 9 serving as a vibration chamber is depressurized, so that the vibration plate 12 becomes concave, and the vicinity of the support 13 or the auxiliary support 19 of the vibration plate 12 is formed. Stress is always applied. In addition, the movable range of the diaphragm 12 is reduced due to the concave shape. In consideration of this point, for example, a method of forming a boron-phosphorus-silicate glass (BPSG) film and then filling the opening 14 by reflow can be adopted. At this time, N 2 Performing in a pressurized atmosphere makes it possible to set the pressure of the space 9 serving as the vibration chamber to a desired value. In addition, the opening 14 can be closed by utilizing the viscosity of a member for forming a pressure chamber described later. Thus, the microfluidic driving device 2 is manufactured.
[0041]
Next, as shown in FIG. 16, for example, a photocurable resin material layer, for example, an epoxy resin material layer 33 having photosensitivity is formed on the microfluidic drive device 2 and patterned by using a lithography technique. A pressure chamber (a so-called chamber) 22 for storing fluid and a fluid supply channel (not shown) communicating with the pressure chamber 22 are formed. That is, the pressure chamber 22 is formed on the vibration plate 12, and the partition wall 24a for forming the pressure chamber 22 is formed on both sides of the vibration plate 12 on which the columns 13 are formed.
[0042]
Next, as shown in FIG. 17, a sheet-like body (a so-called nozzle sheet) 34 having nozzles 23 is joined so as to close the upper part of each pressure chamber 22. The nozzle sheet 34 can be formed of a metal such as nickel or stainless steel, or a required material such as a Si wafer, and the nozzle sheet 34 is bonded.
Thus, the intended electrostatic head device 1 is obtained.
[0043]
By adjusting the viscosity of the photocurable resin, the opening 14 of the diaphragm 12 can be sealed with the photocurable resin without performing metal sputtering.
[0044]
According to the above-described manufacturing method according to the present embodiment, the following effects are obtained by forming the sacrificial layer 9 and the diaphragm 12 in the vapor phase. The uniformity of the interval between the electrodes and the uniformity of the film thickness of the diaphragm 12 are increased, and the variation of the operating voltage between the respective diaphragms 12 is reduced. The flatness of the surface of the diaphragm 12 increases. It becomes easy to control the distance between the electrodes and the film thickness of the diaphragm 12, and the diaphragm 12 having a desired film thickness can be easily produced depending on the film formation time and temperature. Since it can be easily formed by a general semiconductor process, it is excellent in mass productivity.
Since the opening 14 is formed near the support 13 and the sacrificial 31 is removed by etching through the opening 14, the space 9 between the diaphragm 12 and the substrate-side electrode 7 can be formed with high accuracy. Since a plurality of openings 14 are formed along the longitudinal direction of the diaphragm 12, the sacrifice layer 31 is etched in the short side direction of the diaphragm 12, thereby shortening the etching time.
In the present embodiment, a method of manufacturing the electrostatic head device 1 including the microfluidic driving device 2 including the vibration plate 12, the fluid pressure chamber 22 and the partition wall structure 24 having the nozzle 23 by surface micromachining without bonding. It becomes possible to do. Since a standard semiconductor process can be used, including the step of etching and removing the sacrificial layer 31 from the opening 14 provided in the vicinity of the column 13, the cost of the microfluidic driving device 2 or the electrostatic head device 1 can be reduced.
[0045]
The electrostatic head device 1 can also be manufactured by attaching a separately formed nozzle 23, a pressure chamber 22, and a partition structure 24 having a fluid supply channel (not shown) on the microfluidic drive device 2. .
For example, as shown in FIG. 18, a plurality of openings 14 can be formed near one support 13.
The support 13 and the auxiliary support 19 are part of a material (substantially formed of the SiN film 12, the silicon oxide films 17, 18 in the illustrated example) of the diaphragm 12 (a part including the SiN film). Or it can be formed entirely.
[0046]
7 to 9 show another embodiment of the microfluidic driving device. In the present embodiment, the diaphragm 12 has a sufficient repulsive force and functions sufficiently as a diaphragm without being deformed. Other configurations are the same as those in FIGS. 2 to 4 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. The operation and effect of this embodiment are the same as those of the embodiment shown in FIGS.
[0047]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the microfluidic drive device which concerns on this invention, power consumption is small and the density of the vibration part which has a diaphragm can be aimed at. When the space between the diaphragm and the substrate-side electrode is a closed space, air is compressed when the diaphragm flexes, so that it tries to inhibit the flexure of the diaphragm. Since the spaces below the plate communicate with each other, the compressed air is released to the adjacent space, and the driving of the diaphragm is facilitated.
When the substrate-side electrode is made common and a plurality of independent diaphragm-side electrodes are formed to face the same, the diaphragm can be formed flat and a diaphragm having a strong tension can be generated. In particular, by adopting a configuration in which the diaphragm-side electrode is closely arranged in the lower surface concave portion utilizing the step of the diaphragm, it is possible to suppress the absorption of the tension of the diaphragm at the step and to provide a high tension. Since a high tension is obtained, the thickness of the diaphragm can be reduced.
[0048]
Since the diaphragm side electrode is formed slightly inside the portion where the column is formed, it is possible to prevent dielectric breakdown due to the voltage applied to the diaphragm side electrode.
[0049]
By having an opening communicating with the space between two adjacent diaphragm-side electrodes, the sacrifice layer for forming the space can be removed, and a highly accurate space can be formed. Having an opening in the vicinity of the column allows the removal of the sacrificial layer to form a space, enabling the formation of a highly accurate space, and this opening affects the substantial diaphragm near the column. Never give.
When the auxiliary column is provided immediately below the intermediate portion of the diaphragm, deformation of the diaphragm can be prevented, the repulsive force of the diaphragm can be increased, and the thickness of the diaphragm can be reduced. Since the support columns are formed of part or all of the material constituting the diaphragm, manufacturing is facilitated.
[0050]
The structure in which the main material forming the diaphragm is sandwiched between two layers of the insulating film enables the reduction of the warpage of the diaphragm that is significantly generated by the configuration of the main material and the single layer of the insulating film.
[0051]
According to the method for manufacturing a microfluidic driving device according to the present invention, the above-described microfluidic driving device can be easily and accurately manufactured. Since the sacrificial layer is etched away from the opening formed in the vicinity of the support, it is possible to manufacture the semiconductor device by using a standard semiconductor process. This enables a reduction in manufacturing costs.
[0052]
According to the electrostatic head device of the present invention, by providing the above-described microfluidic driving device, it has a high fluid driving force and has a high density of discharge portions of a fluid, for example, a nozzle for a liquid and an emission port for a gas. This type of electrostatic head device can be provided.
According to the method of manufacturing an electrostatic head device according to the present invention, such an electrostatic head device can be manufactured easily and accurately. Also, for example, surface micromachining without using bonding enables the manufacture of an electrostatic head device such as an ink jet printer head having a diaphragm, a pressure chamber, a discharge unit (nozzle, discharge port), and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electrostatic head according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing one embodiment of a microfluidic driving device according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken on line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken on line BB of FIG. 2;
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a diaphragm portion according to the present embodiment. You.
FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams of the operation of the diaphragm according to the present embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the microfluidic driving device according to the present invention.
FIG. 8 is a sectional view taken along line DD of FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 7;
FIG. 10 is a perspective view of a diaphragm showing a position on a cut surface in explaining a manufacturing process of the electrostatic head device according to the present invention.
11A to 11C are manufacturing process diagrams (part 1) illustrating one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention.
12A to 12E are manufacturing process diagrams (part 2) illustrating one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention.
13A to 13G are manufacturing process diagrams (part 3) illustrating one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention.
14A to 14H are manufacturing process diagrams (part 4) illustrating one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention.
15A to 15K are manufacturing process diagrams (No. 5) showing one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention.
FIG. 16 is a manufacturing process diagram (part 6) showing one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention.
FIG. 17 is a manufacturing process diagram (part 7) showing one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention.
FIG. 18 is a plan view of a main part showing another embodiment of the opening provided in the diaphragm according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic head device, 2 ... Microfluidic drive device, 4 ... Substrate, 5 ... Semiconductor substrate, 6 ... Insulating film, 7 ... Substrate side electrode, 8 ... Insulating film, 9 space, 11 diaphragm side electrode, 12 diaphragm, 13 support, 14 opening, 15 sealing member, 16, 17, 18 ... insulating film, 19 ... auxiliary column, 21 ... fluid, 22 ... pressure chamber, 23 ... nozzle, 24 ... partition structure, 24a ... partition, 25 ... fluid supply Department

Claims (17)

流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、
前記振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有して成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。A diaphragm for applying a pressure change to the fluid,
Independent diaphragm side electrode and substrate side electrode for driving the diaphragm,
A microfluidic driving device comprising: a support for forming a space between the diaphragm-side electrode and the substrate-side electrode. 前記基板側電極が共通とされ、該基板側電極に対向して複数の前記振動側電極が独立に形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein the substrate-side electrode is common, and the plurality of vibration-side electrodes are independently formed facing the substrate-side electrode. 隣接する振動板下の前記空間は相互に連通して成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein the spaces below the adjacent diaphragms communicate with each other. 前記振動板側電極が前記振動板の下面凹部内に密着配置されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein the diaphragm-side electrode is disposed in close contact with a recess in a lower surface of the diaphragm. 前記振動板側電極が前記支柱の形成部分より僅かに内側に形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein the diaphragm-side electrode is formed slightly inside a portion where the column is formed. 隣接する２つの前記振動板側電極が前記空間に連通する開口を挟んで形成され、
前記開口が閉塞されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。Two adjacent diaphragm-side electrodes are formed across an opening communicating with the space;
2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein the opening is closed. 前記支柱の近傍に前記空間に連通する開口が形成され、該開口が閉塞されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein an opening communicating with the space is formed near the support, and the opening is closed. 前記振動板が、該振動板を形成する主材料の表裏両面を前記主材料とは異なる同一材料にて挟んだ膜構成を有する
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein the diaphragm has a film configuration in which both front and back surfaces of a main material forming the diaphragm are sandwiched by the same material different from the main material. 前記振動板の直下に補助支柱が設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein an auxiliary column is provided immediately below the diaphragm. 前記支柱が前記振動板を構成する材料の一部または全部で形成され、
前記支柱が前記振動板と一体に形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。The support is formed of part or all of the material constituting the diaphragm,
2. The microfluidic driving device according to claim 1, wherein the support is formed integrally with the diaphragm. 前記支柱及び前記補助支柱が前記振動板を構成する材料の一部または全部で形成され、
前記支柱が前記振動板と一体に形成されて成る
ことを特徴とする請求項９記載の微小流体駆動装置。The support and the auxiliary support are formed of part or all of the material constituting the diaphragm,
10. The microfluidic drive device according to claim 9, wherein the support is formed integrally with the diaphragm. 基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、
同一材料により、前記振動板側電極上の振動板と該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱とを形成する工程と、
前記振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して前記犠牲層を選択的に除去し、前記基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程とを有する
ことを特徴とする微小流体駆動装置の製造方法。Forming a patterned sacrificial layer on the substrate on which the substrate-side electrode is formed,
Forming a diaphragm-side electrode on the sacrificial layer;
A step of forming a diaphragm on the diaphragm-side electrode and a column supporting the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm, using the same material;
Forming an opening outside the region of the diaphragm, selectively removing the sacrificial layer through the opening, and forming a space between the substrate-side electrode and the diaphragm-side electrode. Manufacturing method of a microfluidic driving device to be used. 前記振動板及び支柱の形成工程において、前記振動板の直下に補助支柱を同時に形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の微小流体駆動装置の製造方法。13. The method of manufacturing a microfluidic driving device according to claim 12, wherein in the step of forming the diaphragm and the support, an auxiliary support is simultaneously formed immediately below the diaphragm. 前記空間を形成した後、前記開口を閉塞する工程を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の微小流体駆動装置の製造方法。The method for manufacturing a microfluidic driving device according to claim 12, further comprising a step of closing the opening after forming the space. 前記開口よりエッチング用の気体または液体を導入して前記犠牲層を除去する
ことを特徴とする請求項１２記載の微小流体駆動装置の製造方法。13. The method according to claim 12, wherein the sacrificial layer is removed by introducing an etching gas or liquid from the opening. 流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するための独立した振動板側電極及び基板側電極と、
前記振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有し、前記振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室が形成されて成る
ことを特徴とする静電ヘッド装置。A diaphragm for applying a pressure change to the fluid,
Independent diaphragm side electrode and substrate side electrode for driving the diaphragm,
A support for forming a space between the diaphragm-side electrode and the substrate-side electrode, and a pressure chamber having a fluid supply part and a fluid discharge part formed on the diaphragm. Characteristic electrostatic head device. 基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に振動板側電極を形成する工程と、
同一材料により、前記振動板側電極上に振動板を形成すると共に該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱を形成する工程と、
振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して前記犠牲層を選択的に除去し、前記基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、
前記振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室を形成する工程を有する
ことを特徴とする静電ヘッド装置の製造方法。Forming a patterned sacrificial layer on the substrate on which the substrate-side electrode is formed,
Forming a diaphragm-side electrode on the sacrificial layer;
A step of forming a diaphragm on the diaphragm side electrode and forming a column supporting the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm, using the same material;
Forming an opening outside the region of the diaphragm, selectively removing the sacrificial layer through the opening, forming a space between the substrate-side electrode and the diaphragm-side electrode,
A method for manufacturing an electrostatic head device, comprising the step of forming a pressure chamber having a fluid supply portion to which a fluid is supplied on the vibration plate.
JP2002268815A 2002-09-13 2002-09-13 Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4075545B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002268815A JP4075545B2 (en) 2002-09-13 2002-09-13 Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002268815A JP4075545B2 (en) 2002-09-13 2002-09-13 Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004106232A true JP2004106232A (en) 2004-04-08
JP4075545B2 JP4075545B2 (en) 2008-04-16

Family

ID=32266934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002268815A Expired - Fee Related JP4075545B2 (en) 2002-09-13 2002-09-13 Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4075545B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006021332A (en) * 2004-07-06 2006-01-26 Sony Corp Functional element, its manufacturing method, fluid discharging head, and printer
US8052249B2 (en) 2002-08-06 2011-11-08 Ricoh Company, Ltd. Liquid discharge head, liquid supply cartridge, and liquid jet apparatus having electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process
JP2014184513A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Toshiba Corp Electric component and method for producing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8052249B2 (en) 2002-08-06 2011-11-08 Ricoh Company, Ltd. Liquid discharge head, liquid supply cartridge, and liquid jet apparatus having electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process
JP2006021332A (en) * 2004-07-06 2006-01-26 Sony Corp Functional element, its manufacturing method, fluid discharging head, and printer
JP4617743B2 (en) * 2004-07-06 2011-01-26 ソニー株式会社 Functional element, method for manufacturing the same, and fluid discharge head
JP2014184513A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Toshiba Corp Electric component and method for producing the same
US9181081B2 (en) 2013-03-22 2015-11-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrical component and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP4075545B2 (en) 2008-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1321294B1 (en) Piezoelectric ink-jet printhead and method for manufacturing the same
EP1693206B1 (en) Piezoelectric inkjet printhead and method of manufacturing the same
JP4727257B2 (en) Piezoelectric inkjet printhead and method for manufacturing the nozzle plate
JP4638750B2 (en) Piezoelectric actuator for ink jet print head and method for forming the same
EP1645416B1 (en) Piezoelectric type inkjet printhead and method of manufacturing the same
JP2004034710A (en) Production method for thermal driving type liquid controlling unit
KR20060043164A (en) Fluid actuating apparatus and method for manufacturing a fluid actuating apparatus, and electrostatically-actuated fluid discharge apparatus and process for producing an electrostatically-actuated fluid discharge apparatus
US20070176997A1 (en) Electrostatic actuator, liquid droplet ejection head, liquid droplet ejection device and electrostatic driving device as well as methods of manufacturing them
JP5309375B2 (en) Ink jet print head and manufacturing method thereof
JP4075545B2 (en) Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof
JP4435112B2 (en) Method for manufacturing liquid discharge head
JP2001130009A (en) Manufacturing method for ink jet printer head
TW568837B (en) Piezo-electrical ink-jetting nozzle head and its production method
KR100561866B1 (en) Piezo-electric type inkjet printhead and manufacturing method thereof
JP2000127382A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP2002316418A (en) Printer head and method of making the same
JP4617765B2 (en) FUNCTIONAL ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD, FLUID DISCHARGE DEVICE, AND PRINTING DEVICE
KR100474832B1 (en) A ink jet printer head using a piezoelectric materia and a fabricating method thereof
KR100641286B1 (en) Micro high density ink jet print head and method of fabricating the same using piezoelectric film type
JP2008087444A (en) Manufacturing method for liquid droplet jet apparatus, and liquid droplet jet apparatus
JP2006007560A (en) Functional element, its manufacturing method, fluid discharging apparatus, and printer
JP2007190911A (en) Ink-jet print head and its drive method
KR100374591B1 (en) Printer head using shape memory alloy and method for manufacturing the same
JP2008290266A (en) Droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and discharge control method of droplet discharge head
JP2009067025A (en) Ink jet head and manufacturing method for ink jet head

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050223

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070719

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20070731

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Effective date: 20080121

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees