JP2004271527A - Ｍｅｍｓ基板およびｍｅｍｓ基板の形成方法および流体吐出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＥＭＳ素子内部の応力を正確に測定できる方法と装置とを提供する。
【解決手段】本発明の一実施例のＭＥＭＳ素子のための基板（２０）には、第１の表面（４２）を有する礎材（４０）と、前記第１の表面上に形成されたポリシリコン材料を含むひずみゲージ（３０）と、該ひずみゲージ上に配置される誘電体材料（５２）と、該誘電体材料を貫通して前記ひずみゲージと導通する導電材料（６２）とを含む。前記基板は、該基板中を貫通して形成される少なくとも１つの開口部（２６）を有するように構成され、前記ひずみゲージは、前記少なくとも１つの開口部に隣接して形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は該して超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関し、特に、ひずみゲージを備えるＭＥＭＳ素子のための基板（ＭＥＭＳ基板）およびそれを形成するための方法とその応用とに関する。

基板内の応力を測定するためにひずみゲージが開発されている。従来のひずみゲージには、金属箔タイプひずみゲージおよび半導体タイプひずみゲージが含まれる。金属箔タイプひずみゲージは通常、応力がかけられるときに電気抵抗が変化する線条を含む。半導体タイプひずみゲージは通常、応力がかけられるときに抵抗が変化する圧電性材料を含む。従来のひずみゲージを利用するには、応力測定がなされる構造にひずみゲージを固定あるいは接着する必要がある。

超小型電気機械システム、すなわちＭＥＭＳ素子は、超小型電回路を組み込んだ微細加工基板を含む。そのような素子は、たとえば、電磁効果、電気ひずみ効果、熱電効果、圧電効果あるいはピエゾ抵抗効果に基づいて動作する超小型センサあるいは超小型アクチュエータを形成することができる。

従来のひずみゲージは、ＭＥＭＳ素子内の応力を測定するのに適していない場合が多い。たとえば、従来のひずみゲージはＭＥＭＳ素子そのものよりも長い場合が多い。さらに、従来のひずみゲージをＭＥＭＳ素子に固定あるいは接着することは、実質的にＭＥＭＳ素子の強度を高める場合があり、それによりＭＥＭＳ素子内の応力が減少し、ＭＥＭＳ素子内の実際の応力が正確に測定できないようになる。

したがって、ＭＥＭＳ素子内部の応力を正確に測定できる方法と装置とを提供することが本発明の目的である。

ＭＥＭＳ素子のための基板即ちＭＥＭＳ基板は、第１の表面を有する礎材と、礎材の第１の表面上に形成されるポリシリコンひずみゲージと、ひずみゲージ上に配置される誘電体材料と、誘電体材料を貫通してひずみゲージと導通する導電材料とを含み、その基板は、その中を貫通して形成される少なくとも１つの開口部を有するように構成され、そのひずみゲージは、その少なくとも１つの開口部に隣接して形成されるようになされる。

好ましい実施形態の以下に記載される詳細な説明では、本明細書の一部を構成し、本発明を実施することができる特定の実施形態が例示される添付の図面が参照される。これに関連して、「上端」、「下端」、「前面」、「背面」、「前部」、「後部」などの方向に関する用語が、説明されている図面（複数可）の向きを基準にして用いられる。本発明の構成要素は多数の異なる向きに配置することができるので、方向に関する用語は例示のために用いられており、決して限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、構造的あるいは論理的に変更できることは理解されたい。それゆえ、以下に記載される詳細な説明は限定する意味にとられるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。

図１は、超小型電気機械システム、すなわちＭＥＭＳ素子のための基板２０の一実施形態を示す。そのＭＥＭＳ素子は、たとえば超小型センサあるいは超小型アクチュエータを含むことができ、たとえば電磁効果、電気ひずみ効果、熱電効果、圧電効果あるいはピエゾ抵抗効果に基づいて動作することができる。

一実施形態では、基板２０は第１の表面２２と第２の表面２４とを有する。第２の表面２４は第１の表面２２の反対側にあり、一実施形態では、第１の表面２２と概ね平行である。さらに、基板２０には、その中を貫通する開口部２６が形成される。開口部２６は、第１の表面２２および第２の表面２４を連絡するように基板２０を貫通して形成される。

図１の実施形態に概略的に示されるように、１つあるいは複数のひずみゲージ３０が基板２０に組み込まれる。より具体的には、ひずみゲージ３０は、以下に記載されるように、基板２０の１つあるいは複数の層内に形成される。その場合に、ひずみゲージ３０は、たとえば、基板２０の処理、基板２０を組み込むＭＥＭＳ素子の形成および／または基板２０を含むＭＥＭＳ素子の動作の前後および／または最中に、基板２０内のひずみを測定することができる。

一実施形態では、ひずみゲージ３０は基板２０の第１の表面２２に形成される。さらに、ひずみゲージ３０は通常開口部２６に隣接して形成される。たとえば、１つあるいは複数のひずみゲージ３０が、開口部２６の端部に、あるいは開口部２６の縁に沿って形成されることができる。

図２は、基板２０内の開口部２６の端部に形成されるひずみゲージの一実施形態３０を示す。一実施形態では、ひずみゲージ３０は、基板２０の１つあるいは複数の軸内のひずみを測定するために互いに相対的な向きを有する１つあるいは複数の素子を含む。たとえば、ひずみゲージ３０は、第１の軸内のひずみを測定するために基板２０の軸に対して第１の角度に向けられる第１の素子３２と、第２の軸内のひずみを測定するための第２の角度に向けられる第２の素子３４と、第３の軸内のひずみを測定するために第３の角度に向けられる第３の素子３６とを含む。一実施形態では、第２の素子３４は第１の素子３２に対して概ね垂直に向けられ、第３の素子３６は、第１の素子３２と第２の素子３４とがなす角度を概ね二等分する向きに配置される。このようにして、第１の素子３２、第２の素子３４および第３の素子３６は円花飾りを形成する。

１つの例示的な実施形態では、基板２０の軸に対して、第１の素子３２は約０°の第１の角度に向けられ、第２の素子３４は約９０°の第２の角度に向けられ、第３の素子３６は約４５°の第３の角度に向けられる。このようにして、図２に関して、第１の素子３２はＸ方向のひずみに対して感度を有し、第２の素子３４はＹ方向のひずみに対して感度を有し、第３の素子３６はＸＹ方向のひずみに対して感度を有する。

以下に記載されるように、基板２０内のひずみによって、ひずみゲージ３０の抵抗、より具体的には、第１の素子３２、第２の素子３４および／または第３の素子３６の抵抗が変化するようになる。ひずみゲージ３０の抵抗を測定するために、第１の素子３２、第２の素子３４ならびに第３の素子３６はそれぞれ、第１および第２の端子３２１および３２２、３４１および３４２ならびに３６１および３６２を備える。一実施形態では、第２の端子３２２、３４２および３６２は結合されて１つの共通端子とされる。ひずみゲージ３０の抵抗は、以下に記載されるように、それらの端子に電気的に接続し、電気回路にひずみゲージ３０を組み込むことにより測定することができる。

図３は、基板２０内の開口部２６の端部に形成されるひずみゲージの別の実施形態３０’を示す。ひずみゲージ３０と同じように、ひずみゲージ３０’は、基板２０のそれぞれＸ軸、Ｙ軸およびＸＹ軸のひずみを測定するための第１の素子３２’、第２の素子３４’および第３の素子３６’を備える。しかしながら、１つの例示的な実施形態では、第１の素子３２’、第２の素子３４’および第３の素子３６’はそれぞれ多数の脚部を含む。こうして、ひずみゲージ３０’の各素子の抵抗が増加する。ひずみゲージ３０’の場合の抵抗と長さとの間の関係は以下のように表される。

Ｒ＝ｐＬ／ｔｗ
ただし、Ｒはひずみゲージの抵抗を表し、ｐはひずみゲージ材料のバルク抵抗率を表し、Ｌはひずみゲージの実効長を表し、ｔはひずみゲージの厚みを表し、ｗはひずみゲージの幅を表す。

ひずみゲージ３０’が多数の脚部に分割されるとき、ひずみゲージ３０’の実効長（Ｌ）は以下のように表される。

Ｌ＝λＮ
ただし、λは各脚部の長さを表し、Ｎは脚部の数を表す。したがって、必要なら、所与の抵抗（Ｒ）および幅（ｗ）の場合に、ひずみゲージ３０’の実効長（Ｌ）がサイズの制約を超えるときには、それぞれが長さλのＮ個の脚部に分割することができる。

図４Ａおよび図４Ｂは、基板２０内にひずみゲージ３０を組み込むか、あるいは形成する一実施形態を示す。この実施形態では、ひずみゲージ３０は、電気端子３０１および３０２を有する１つの素子を含むように示される。しかしながら、上記のように、基板２０の１つあるいは複数の軸内のひずみを測定するために、ひずみゲージ３０は互いに対して相対的な向きを有する１つあるいは複数の素子を含むことができることは理解されたい。一実施形態では、ひずみゲージ３０は基板２０の第１の表面２２上に形成される。

図４Ｂに示されるように、基板２０は礎材４０を含む。その場合に、ひずみゲージ３０は基板２０の礎材４０上に形成される。礎材４０は、第１の表面４２と、第１の表面４２の反対側にある第２の表面４４とを有する。こうして、ひずみゲージ３０は礎材４０の第１の表面４２上に形成される。

一実施形態では、礎材４０はシリコンから形成される。その場合に、礎材４０の第１の表面４２上には、絶縁層即ち誘電体層５０が形成される。誘電体層５０は、礎材４０上に熱成長するか、あるいは、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）あるいはプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）によって礎材４０上に堆積する酸化物を含むことができる。その場合に、誘電体層５０は、たとえば、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、シラン、二酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコンあるいは任意の他の適当な材料を含むことができる。

一実施形態では、ひずみゲージ３０は誘電体層５０上に形成される。ひずみゲージ３０は堆積によって形成され、フォトリソグラフィおよびエッチングによってパターニングされて、電気端子３０１および３０２を含むひずみゲージ３０が画定される。一実施形態では、ひずみゲージ３０は多結晶シリコン（ポリシリコン）材料から形成される。一実施形態では、ひずみゲージ３０のポリシリコン材料は、ホウ素あるいはリン等のドーパント材料をドープされ、所望の抵抗を達成するようにアニールされる。

図４Ｂの実施形態に示されるように、ひずみゲージ３０および誘電体層５０上に、絶縁性材料即ち誘電体材料５２が堆積される。誘電体材料５２は、りんガラス（ＰＳＧ）、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、あるいは任意の他の適当な材料等の酸化物を含むことができる。

一実施形態では、ひずみゲージ３０の個々の電気端子３０１および３０２への導電経路６０１および６０２が形成される。導電経路６０１および６０２を形成するために、誘電体材料５２内に、個々の電気端子３０１および３０２への開口部５４１および５４２が形成される。その場合に、導電経路６０１および６０２は、誘電体材料５２内に形成される開口部５４１および５４２内に導電材料６２を堆積することにより形成される。さらに、導電材料６２は誘電体材料５２上にも堆積され、ひずみゲージ３０への電気接続のためのボンディングパッド６４１および６４２が形成される。導電材料６２は、たとえば、アルミニウム、金あるいは任意の他の適当な材料を含むことができる。

図５は、基板２０に組み込まれるひずみゲージ３０を較正する一実施形態を示す。ひずみゲージ３０の較正は、基板２０の第１の端部２０１を支持し、基板２０の第２の端部２０２に負荷をかけることによりなされる。その場合に、基板２０の第２の端部２０２は負荷によって動かされる。こうして、基板２０内にひずみが生成される。基板２０内のひずみｅは以下のように表される。

ｅ＝３（Ｌ−Ｘ）ＣＹ／Ｌ³；Ｃ＝ｔ／２
ただし、Ｌは負荷までの支持されていない距離を表し、Ｘはひずみゲージ位置までの支持されていない距離を表し、ｔは基板の厚みを表し、Ｙは基板の変位を表す。その場合に、基板２０の変位（Ｙ）を変化させながら、基板２０内のひずみが計算される。

ひずみゲージ３０を較正するために、ひずみゲージ３０がオーム計のような抵抗測定装置７０に電気的に接続され、既知の負荷の影響下にあるひずみゲージ３０の抵抗が測定される。一実施形態では、ひずみゲージ３０は、基板２０上にフレキシブル電気回路７２を実装し、ひずみゲージ３０の電気端子（たとえば、図４Ａおよび図４Ｂの電気端子３０１および３０２）とフレキシブル電気回路７２との間の電気的接続と、フレキシブル電気回路７２と抵抗測定装置７０との間の電気的接続とを形成することにより、抵抗測定装置７０に電気的に接続される。ひずみゲージ３０の電気端子とフレキシブル電気回路７２との間の電気的接続は、たとえばボールボンディングによって形成される。フレキシブル電気回路７２と抵抗測定装置７０との間の電気的接続は、たとえばリード７１によって示される。

ひずみゲージ３０の感度あるいはゲージ率（ＧＦ）を設定するために、基板２０の第２の端部２０２の変位（Ｙ）を変化させながら、ひずみゲージ３０の抵抗（Ｒ）が測定される。その場合に、ひずみゲージ３０の抵抗の変化（ｄＲ／Ｒ）対基板２０のひずみ（ｅ）がプロットされる。したがって、データの線形回帰の勾配がひずみゲージ３０のゲージ率（ＧＦ）を表す。

図６に示されるように、一実施形態では、基板２０内のひずみを測定するために、ひずみゲージ３０がひずみ測定回路８０に組み込まれる。一実施形態では、ひずみ測定回路８０は、フルブリッジホイートストンブリッジ回路を含む。したがって、入力電圧（Ｖｉｎ）を印加する場合、基板２０内に生み出される応力に応じて、出力電圧（Ｖｏｕｔ）が生成される。その場合に、基板２０内のひずみ（ｅ）は以下のように表される。

ｅ＝−２Ｖｒ／ＧＦ［（ｖ＋１）−Ｖｒ（ｖ−１）］；
Ｖｒ＝［（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）ひずみ時−（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）ひずみなし時］
ただし、ＧＦはひずみゲージのゲージ率を表し、ｖは基板の材料のポアソン比を表す。その場合に、正のひずみは基板２０内の引張応力を表し、負のひずみは基板２０内の圧縮応力を表す。温度に起因する抵抗変化が全てのひずみゲージ素子の場合に等しいので、ひずみ測定回路８０のひずみ出力は必然的に温度補償される。

一実施形態では、ひずみゲージ３０がひずみ測定回路８０のノードａ、ｂ、ｃおよびｄ間に設けられる抵抗素子のうちの１つあるいは複数の抵抗素子を構成するように、ひずみゲージ３０がひずみ測定回路８０に組み込まれる。１つあるいは複数のひずみゲージ３０が、クォーターブリッジ回路、ハーフブリッジ回路あるいはフルブリッジ回路を形成するようにひずみ測定回路８０に組み込まれることができる。たとえば、図２に示されるような多数の素子を含むひずみゲージ３０でハーフブリッジ回路を形成するために、ひずみゲージ３０の素子３２がノードａとｂとの間に設けられる抵抗素子を構成し、ひずみゲージ３０の素子３４がノードｂとｃとの間に設けられる抵抗素子を構成し、一方、ノードｃとｄとの間に設けられる抵抗素子およびノードｄとａとの間に設けられる抵抗素子は既知の値の抵抗によって形成される。その場合に、ひずみ測定回路８０の出力を用いて、ＸおよびＹ方向のひずみを測定することができる。

開口部２６が基板２０を貫通して形成される場合に、応力集中は一般的に開口部２６の周囲において、より具体的には、開口部２６の端部においてより大きくなる。したがって、開口部２６に隣接して基板２０内にひずみゲージ３０を形成することにより、ひずみゲージ３０は、基板２０内の応力を測定するための高感度の素子を提供する。

図７は、インクジェット印刷システム１００の一実施形態を示す。インクジェット印刷システム１００は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２のような流体吐出アセンブリと、インク供給アセンブリ１０４のような流体供給アセンブリとを含む流体吐出システムの一実施形態を構成する。例示される実施形態では、インクジェット印刷システム１００は、マウンティングアセンブリ１０６、媒体搬送アセンブリ１０８および電子コントローラ１１０も備える。

流体吐出アセンブリの一実施形態のようなインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、複数のオリフィスあるいはノズル１０３を通してインクあるいは流体の液滴を吐出する１つあるいは複数のプリントヘッドあるいは流体吐出素子を含む。プリントヘッドのうちの１つあるいは複数のプリントヘッドは、本発明に従って組み込まれたひずみゲージを備える基板を含むことができる。一実施形態では、印刷媒体１０９上に印刷するように、液滴は印刷媒体１０９のような媒体に向けて送られる。印刷媒体１０９は、紙、カードストック、スライド、マイラなどの任意タイプの適当なシート材料である。通常、ノズル１０３は１つあるいは複数の列あるいはアレイに配列され、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２および印刷媒体１０９を互いに対して移動させながら、ノズル１０３からインクを適当に次々吐出することにより、一実施形態では文字、記号および／または他のグラフィクスあるいは画像が印刷媒体１０９上に印刷されるようにする。

流体供給アセンブリの一実施形態のようなインク供給アセンブリ１０４は、プリントヘッドアセンブリ１０２にインクを供給し、インクを収容するためのインク容器１０５を含む。その場合に、一実施形態では、インクはインク容器１０５からインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に流れる。一実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２およびインク供給アセンブリ１０４はともに、インクジェットあるいは流体ジェットカートリッジあるいはペンに収容される。別の実施形態では、インク供給アセンブリ１０４はインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２とは個別に存在し、供給管のようなインタフェース接続を通して、インクをインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に供給する。

マウンティングアセンブリ１０６は、媒体搬送アセンブリ１０８に対してインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を位置決めし、媒体搬送アセンブリ１０８は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に対して印刷媒体１０９を位置決めする。こうして、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２と印刷媒体１０９との間のエリア内で、ノズル１０３に隣接して印刷ゾーン１０７が画定される。一実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は走査型のプリントヘッドアセンブリであり、マウンティングアセンブリ１０６は、媒体搬送アセンブリ１０８に対してインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を移動させるためのキャリッジを含む。別の実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は非走査型のプリントヘッドアセンブリであり、マウンティングアセンブリ１０６はインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を、媒体搬送アセンブリ１０８に対して、ある所定の位置に固定する。

電子コントローラ１１０がインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２、マウンティングアセンブリ１０６および媒体搬送アセンブリ１０８と通信する。電子コントローラ１１０は、コンピュータのようなホストシステムからデータ１１１を受信し、データ１１１を一時的に格納するためのメモリを備える。通常、データ１１１は電子経路、赤外線経路、光学経路あるいは他の情報転送経路に沿って、インクジェット印刷システム１００に送信される。データ１１１はたとえば、印刷されるドキュメントおよび／またはファイルを表す。その場合に、データ１１１はインクジェット印刷システム１００のための印刷ジョブを形成し、１つあるいは複数の印刷ジョブコマンドおよび／またはコマンドパラメータを含む。

一実施形態では、電子コントローラ１１０は、ノズル１０３からインク滴を吐出するためのタイミング制御を含む、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２の制御を行う。その場合に、電子コントローラ１１０は、印刷媒体１０９上に文字、記号および／または他のグラフィックスあるいは画像を形成する、吐出されるインク滴のパターンを規定する。タイミング制御、それゆえ吐出されるインク滴のパターンは、印刷ジョブコマンドおよび／またはコマンドパラメータによって決定される。一実施形態では、電子コントローラ１１０の一部を形成する論理回路および駆動回路がインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２上に配置される。別の実施形態では、論理回路および駆動回路はインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２以外の場所に配置される。

図８は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２の流体吐出素子１３０の一部の一実施形態を示す。流体吐出素子１３０は液滴吐出素子１３１の配列を含む。液滴吐出素子１３１は、その中に流体（あるいはインク）供給溝１４１が形成される基板１４０上に形成される。その場合に、流体供給溝１４１は、液滴吐出素子１３１への流体（即ちインク）の供給源を提供する。基板１４０は、たとえばシリコン、ガラスあるいは安定ポリマーから形成される。

一実施形態では、各液滴吐出素子１３１は、発射抵抗１３４を備える薄膜構造１３２と、オリフィス層１３６とを含む。薄膜構造１３２はその中に、基板１４０の流体供給溝１４１と連通する流体（即ちインク）供給孔１３３を形成される。オリフィス層１３６は前面１３７を有し、前面１３７にはノズル開口部１３８が形成される。またオリフィス層１３６はその中に、ノズル開口部１３８と、薄膜構造１３２の流体供給孔１３３とに連通するノズルチャンバ１３９も形成される。発射抵抗１３４はノズルチャンバ１３９内に配置され、発射抵抗１３４を駆動信号およびグランドに電気的に接続するリード１３５を含む。

薄膜構造１３２は、たとえば二酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）あるいは他の適当な材料からなる１つあるいは複数のパッシベーション層あるいは絶縁層によって形成される。一実施形態では、薄膜構造１３２は、発射抵抗１３４およびリード１３５を画定する導電層も含む。導電層は、たとえば、ポリシリコン、アルミニウム、金、タンタル、タンタル−アルミニウムあるいは他の金属または合金によって形成される。

一実施形態では、動作中に、流体は流体供給溝１４１から流体供給孔１３３を通ってノズルチャンバ１３９に流れる。ノズル開口部１３８は発射抵抗１３４と動作可能に関連付けられ、発射抵抗１３４に電圧がかけられる際に、流体の液滴がノズルチャンバ１３９からノズル開口部１３８を通って（たとえば、発射抵抗１３４の平面に垂直に）、媒体に向かって吐出されるようにする。

流体吐出素子１３０の例示的な実施形態は、先に記載されたようなサーマルプリントヘッド、圧電プリントヘッド、フレックステンショナルプリントヘッド、あるいは当技術分野において知られている任意の他のタイプの流体ジェット吐出素子を含む。一実施形態では、流体吐出素子１３０は完全に一体化されたサーマルインクジェットプリントヘッドである。

一実施形態では、基板２０は流体吐出素子１３０の基板１４０および薄膜構造１３２を表し、開口部２６は基板１４０内に形成される流体供給溝１４１と、薄膜構造１３２内に形成される流体供給孔１３３とを表す。その場合に、流体吐出素子１３０の液滴吐出素子１３１は礎材４０の第１の表面４２上に形成され、ひずみゲージ３０は流体吐出素子１３０の薄膜構造１３２内に形成される。したがって、流体吐出素子１３０は、本発明に従ってひずみゲージがその中に組み込まれる基板を備えることができるＭＥＭＳ素子の一例を表す。

上記の説明はインクジェットプリントヘッドアセンブリ内に、開口部２６を形成された基板２０を含むことを述べているが、その中に開口部２６を形成された基板２０が、印刷以外のアプリケーションあるいはシステムを含む他の流体吐出システムに、および医療装置のような、基板を貫通する流体チャネルを有する他の装置に組み込まれることができることを理解されたい。したがって、本発明はプリントヘッドには限定されず、任意の溝付き基板に適用することができる。

好ましい実施形態を説明するために、本明細書において特定の実施形態が図示され述べられてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、同じ目的を果たすように考慮された広範な代替のおよび／または等価な実施態様が、示され述べられた特定の実施形態の代わりに用いられることができることは、当業者には理解されよう。本発明が非常に広範な実施形態において実施されることができることは、化学、機械、電気機械、電気およびコンピュータ分野の熟練者には容易に理解されよう。本特許出願は、本明細書に説明される好ましい実施形態の任意の適応形態あるいは変形形態を網羅することを意図している。それゆえ、本発明が特許請求の範囲およびそれと同等のものによってのみ限定されることが、明らかに意図されている。

本発明によるＭＥＭＳ素子のための基板（ＭＥＭＳ基板）の一実施形態を示す概略斜視図である。 基板内に組み込まれるひずみゲージの一実施形態を示す、図１の基板の一部の概略平面図である。 基板内に組み込まれるひずみゲージの別の実施形態を示す、図１の基板の一部の概略平面図である。 本発明による基板内に組み込まれるひずみゲージの一実施形態の概略平面図である。 図４Ａに示す基板内に組み込まれるひずみゲージの一実施形態の４Ｂ−４Ｂ断面図である。 本発明による基板内に組み込まれるひずみゲージを較正する一実施形態の概略説明図である。 本発明によるひずみゲージを組み込むひずみ測定回路の一実施形態を示す概略回路図である。 本発明によるひずみゲージを組み込まれた基板を用いて形成される流体吐出アセンブリを含む流体吐出システムの一実施形態を示すブロック図である。 流体吐出素子の一部の一実施形態を示す概略断面図である。

符号の説明

２０ 基板
２２ 第１の表面
２４ 第２の表面
２６ 開口部
３０ ひずみゲージ
４０ 礎材
５０ 誘電体層
５２ 誘電材料
６２ 導電材料

Claims (20)

1. ＭＥＭＳ素子のための基板（２０）であって、
   第１の表面（４２）を有する礎材（４０）と、
   前記第１の表面上に形成されたポリシリコン材料を含むひずみゲージ（３０）と、
   該ひずみゲージ上に配置される誘電体材料（５２）と、
   該誘電体材料を貫通して前記ひずみゲージと導通する導電材料（６２）とを含み、
   前記基板は、該基板中を貫通して形成される少なくとも１つの開口部（２６）を有するように構成され、前記ひずみゲージは、前記少なくとも１つの開口部に隣接して形成されることを特徴とするＭＥＭＳ基板。
2. 前記第１の表面上に形成される誘電体層（５０）をさらに含み、
   前記ひずみゲージは、前記第１の表面上の前記誘電体層上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ基板。
3. 前記礎材はシリコンを含み、前記誘電体層はテトラエチルオルソシリケート、シラン、二酸化シリコン、炭化シリコンおよび窒化シリコンのうちの１つを含むことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ基板。
4. 前記ひずみゲージの前記ポリシリコン材料はドーパント材料をドープされ、前記ポリシリコン材料および前記ドーパント材料はアニールされることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ基板。
5. 前記ドーパント材料はホウ素およびリンのうちの１つを含むことを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ基板。
6. 前記誘電体材料は、りんガラスおよびテトラエチルオルソシリケートのうちの１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ基板。
7. 前記誘電体材料は、その中に前記ひずみゲージへの少なくとも１つの開口部（５４１、５４２）を有し、前記導電材料は、前記誘電体材料内の前記少なくとも１つの開口部内に堆積されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ基板。
8. 前記ひずみゲージは、前記基板の軸に対して第１の角度に向けられる第１の素子（３２）と、第２の角度に向けられる第２の素子（３４）と、第３の角度に向けられる第３の素子（３６）とを含み、前記第２の角度は前記第１の角度に対して概ね垂直であり、前記第３の角度は前記第１の角度および前記第２の角度を概ね二等分することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ基板。
9. 前記ＭＥＭＳ素子は流体吐出素子（１３０）を含み、前記基板を貫通する前記少なくとも１つの開口部は前記基板を貫通する流体通路（１４１、１３３）を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ基板。
10. ＭＥＭＳ基板（２０）を形成する方法であって、
    第１の表面（４２）を有する礎材（４０）を配設するステップと、
    前記第１の表面上にポリシリコン材料を含むひずみゲージ（３０）を形成するステップと、
    前記ひずみゲージ上に誘電体材料（５２）を配置するステップと、
    前記誘電体材料を貫通して導電材料（６２）と前記ひずみゲージとを接触させるステップとを含み、
    前記基板は、該基板中を貫通して形成される少なくとも１つの開口部（２６）を有するように構成され、前記ひずみゲージは、前記少なくとも１つの開口部に隣接して形成されることを特徴とするＭＥＭＳ基板の形成方法。
11. 前記第１の表面上に誘電体層（５０）を形成するステップをさらに含み、前記ひずみゲージを形成するステップは、前記誘電体層上に前記ひずみゲージを形成するステップを含む請求項１０に記載のＭＥＭＳ基板の形成方法。
12. 前記導電材料と前記ひずみゲージとを接触させるステップは、前記誘電体材料内に前記ひずみゲージへの少なくとも１つの開口部（５４１、５４２）を形成するサブステップと、前記少なくとも１つの開口部内に前記導電材料を堆積するサブステップとを含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ基板の形成方法。
13. 前記ひずみゲージを形成するステップは、前記ひずみゲージの第１の素子（３２）を前記基板の軸に対して第１の角度に向けるサブステップと、前記ひずみゲージの第２の素子（３４）を第２の角度に向けるサブステップと、前記ひずみゲージの第３の素子（３６）を第３の角度に向けるサブステップとを含み、前記第２の角度は前記第１の角度に対して概ね垂直であり、前記第３の角度は前記第１の角度および前記第２の角度を概ね二等分することを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ基板の形成方法。
14. 前記ＭＥＭＳ素子は流体吐出素子（１３０）を含み、前記基板を貫通する前記少なくとも１つの開口部は前記基板を貫通する流体通路（１４１、１３３）を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ基板の形成方法。
15. 流体吐出素子（１３０）であって、
    その中を貫通して形成される少なくとも１つの開口部（２６／１４１、１３３）を有する基板（２０／１４０、１３２）と、
    前記基板上に形成される複数の液滴吐出素子（１３１）と、
    前記少なくとも１つの開口部に隣接して前記基板内に形成されるひずみゲージ（３０）とを含むことを特徴とする流体吐出素子。
16. 前記ひずみゲージはポリシリコン材料を含むことを特徴とする請求項１５に記載の流体吐出素子。
17. 前記基板は、前記ひずみゲージ上に配置される誘電体材料（５２）と、該誘電体材料を貫通して前記ひずみゲージと導通する導電材料（６２）とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の流体吐出素子。
18. 前記基板はさらに、礎材（４０）と、該礎材の第１の表面（４２）上に形成される誘電体層（５０）とを含み、前記ひずみゲージは前記誘電体層上に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の流体吐出素子。
19. 前記少なくとも１つの開口部は、前記基板を貫通する流体通路を含むことを特徴とする請求項１５に記載の流体吐出素子。
20. 前記流体吐出素子はインクジェットプリントヘッドを含むことを特徴とする請求項１５に記載の流体吐出素子。
    

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