JP2010167272A - Ｍｅｍｓによるスプレイ装置用ノズル集積膜の製造方法、及び該ノズル集積膜を含むスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＭＳテクノロジーで得られるスプレイ装置用ノズル集積膜を製造する方法、及び既知の技術が持つ欠点を有することのない上記膜を含むスプレイ装置を提案する。
【解決手段】 スプレイ装置のノズル膜を製造する方法は、基板（１１）を設けるステップと、前記基板（１１）上に膜層（１３）を形成するステップと、前記膜層（１３）内に複数のノズル（１４）を形成するステップと、基板（１０）内に複数の供給通路（１５）を形成するステップとを含む。各供給通路（１５）は、前記複数のノズルに含まれる個々のノズル（１４）にほぼ直交して配置し、個々のノズル（１４）と直接接触させる。
【選択図】図１７

Description

本発明は、スプレイ装置用ノズル集積膜をＭＥＭＳ（微小電気機械システムまたはマイクロマシン）テクノロジーで製造する方法、及び該ノズル集積膜を含む、特に医薬品、医薬部外品（parapharmaceutical products）、もしくは香料を投与する際に使用される吸入器のスプレイ装置またはエアゾール装置に関する。

例えば医療分野の装置においては、一般的に、既知のタイプの吸入器は、制限された服用量で薬剤を投与するために、またはエアゾールを基とする広範な治療のために使用される。

吸入器は、液状の薬剤を霧状の液滴の分散体として提供する。好適には、吸入器は制限された寸法を有し、患者が持ち運び、かつ個々に使用できるよう、一般的にバッテリーで作動する。

既知のタイプの吸入器、例えば米国特許６１９６２１９号明細書に記載されるタイプは、一般的にノズル（または孔）を備え、噴霧する液体を含むタンクに面して設けられる膜を含む。例えば圧電素子などの作動要素は、タンクを変形させるため、かつ液体をノズル膜に通過させ排出させるために使用することができる。

既知のとおり、薬物治療の効果は有効成分に拠り、同様にこの効果は噴霧する各薬剤の量、及びスプレイの噴射点にも拠る。したがって、噴霧する液体量及び各スプレイの指向性は、医薬治療の効果を最大限にするために、異なるスプレイに対しても可能な限り均一であるべきである。

ノズル膜の種類及びノズルの寸法及び形状は、ノズルの寸法及び形状の一貫性と同様に、生成される液滴の寸法及び指向性及びその再現性を規定するために特に重要なパラメータとなっている。

種々の吸入器用ノズル膜が提案されてはきたが、それらの幾つかは、特に複雑な製造方法を要し、一方で、その他はノズルの高再現性を発現しない。

米国特許６１９６２１９号明細書

本発明の目的は、ＭＥＭＳテクノロジーで得られるスプレイ装置用ノズル集積膜を製造する方法、及び既知の技術が持つ欠点を有することのない上記膜を含むスプレイ装置を得ることにある。

本発明によって、ＭＥＭＳテクノロジーで得られるスプレイ装置用ノズル集積膜を製造する方法、及び上記膜を含むスプレイ装置は、請求項１から１１に規定されるように、それぞれ実施される。

本発明をより良く理解するため、本発明の好適な実施形態は添付の図面を参照に、純粋に、非限定的な実施例によって、記載される。

本発明の一実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の一実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の一実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の一実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明のさらなる実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明のさらなる実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明のさらなる実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明のさらなる実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の別の実施形態によるノズル膜の断面図である。 本発明の任意の実施形態によるノズル膜を組み込んだスプレイ装置の断面図である。 図１７のスプレイ装置を組み込んだ吸入器の斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態によれば、基板１１を含むウェーハ１０が備えられ、この基板は、例えばN型シリコンで作られ、４００μｍから７２５μｍの間の厚さを有し、好適には４００μｍである。つづいて犠牲層１２が備えられ、例えばシリコン酸化物で作られ、０．６μｍから１．５μｍの間の厚さを有し、好適には０．８μｍである。

つづいて（図２）、膜層１３は、好適にはドープされていないポリシリコンで作られ、ウェーハ１０上でエピタキシー成長をする。もしくは、膜層１３は付着材料で作ることもでき、付着材料はシリコンプロセス技術（例えば付着ポリシリコン）に適合する。成長した、または付着材料で作られた膜層１３（そのため材料または結晶構造という点においても基板と異なる）を備えると、膜層１３の特定用途によって使用すべき材料の選択を調整することができるという利点を有する。実際に、膜層１３の材料を変化させることによって、膜層１３の性質（例えば、その弾力性、生体材料との親和性など）も変化する。

そのため膜層１３は、最終的な厚さが１．５μｍから１０μｍの間、好適には５μｍに達するまで平坦化され、かつ、例えばドライエッチングによって規定され、複数のノズル１４（２つのノズル１４だけが図示されている）を形成する。使用する液体に応じて、各ノズル１４は、好適には上面図において１μｍから５μｍの間の直径を有する円形であり、膜層１３の厚さ全体にわたる深さをもって延在する。

そして（図３）、基板１１の裏面を研磨するステップでは、基板の厚さをおよそ４００μｍに減少させることができる。このステップは始動基板１１が４００μｍまたはそれ未満の厚さを既に有する場合には必要はない。

次に、供給通路１５は、好適にはドライエッチングによって、それぞれが対応する位置で基板１１に形成され、個々のノズル１４にほぼ垂直に配置される。供給通路１５は、好適には上面図において１０μｍから１００μｍの間の直径を有する円形であり、好適には４０μｍで、基板１１の厚さ全体にわたる深さをもって延在する。

最後に（図４）、犠牲層１２は、例えば衝性酸化物エッチング（ＢＯＥ）タイプのウェットエッチングによって部分的に除去され、それぞれ下層の供給通路１５と各ノズル１４が直接接触する。

つづいてノズル膜１６が得られ、複数のノズル１４（例えば、およそ２５平方ミリメートルの区域を有する膜上に、３２００個のノズルが均一に分配されている）を備え、ノズルはスプレイ装置において使用することができる。

図１から図４を参照に記載された方法は、ノズル１４及び供給通路１５の形成を可能とし、それらは全てそれぞれ一様の寸法を有し、したがって高再現性、製造方法の緩和、及び極めて抑えられた製造費を確保する。

しかしながら、犠牲層１２の除去ステップは、特にウェットエッチングで実行された場合、犠牲層１２の複数部分で側面のオーバーエッチングが起こりうることを理由に批判的に見なされており、それは、隣接するノズルの間に含まれるノズル膜１６の過度の部分的な脆弱化及び、その結果的、ノズル膜１６自体の損傷を招くおそれがある。

この欠点を解消するため、本発明のさらなる実施形態によれば、犠牲層１２は、堆積後、犠牲層１２の互いに分離した各部分を、ノズル１４が形成されると構想される区域に対応する位置に形成するように規定される。より詳細には、図５に示されるように、犠牲層１２は、基板１１上に堆積した後、溝２１によって互いに分離した犠牲島２０を形成するよう規定される。そして（図６）、図２を参照に記載されたものと同様に、膜層１３は成長し規定され、そのため、各犠牲島２０に対応する区域にノズル１４を備える。特にこの場合、膜層１３は溝２１内にも形成され、そのため膜層１３を基板１１に直接しっかりと固定するための膜固定２２を備える。

基板１１の裏面を研磨する任意のステップの後、その厚さをおよそ４００μｍまで減少させるため、基板１１の裏面は供給通路１５を形成するようエッチングされる。

最後に（図８）、犠牲島２０は、例えばＢＯＥなどのウェットエッチングによって除去され、そのためノズル膜２５を形成し、それぞれの供給通路１５と各ノズル１４が直に接触する。

この実施形態によれば、犠牲島２０を形成する、酸化物が発生し得るオーバーエッチングは、膜固定２２が記載方法のステップによってダメージを受けない限り、膜２５の機械的持続性を台無しにすることはない。

ノズル膜を含むスプレイ装置の全容積を減らすためには、基板１１の厚さ及び供給通路１５の深さを減らすことが適当であり、その他のタイプの圧電素子と結合することができるようになる。さらなる実施形態によれば、図９から図１２は、ノズル膜の形成方法にかかるステップを示す。

前に記載のものと同様に、図１及び図２を参照に、ウェーハ１０は犠牲層１２が堆積する基板１１を有して備えられ、例えばドライエッチングによって、ノズル１４が得られる過程で膜層１３は成長する。

ノズル１４（図９）の形成後、ウェーハ１０は保護層３０によって保護され、０．５μｍから２μｍの間の厚さを有し、好適には１μｍであり、例えば、熟成長ケイ素酸化物で作られる。特に、保護層３０はノズル１４の内部壁及び底部もコーティングする。

そして（図１０）、保護層３０は、基板１１の裏面から引き離され、複数のノズル１４下方に四角形の窓を設ける。続くエッチングステップ、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を使用するウェットエッチングは、保護層３０によって保護されていない基板１１を選択的に除去することができ、１００μｍから４００μｍの間の深さを有するチャンバ３１を備える。例えば、基板１１が４００μｍの厚さを有する場合、３００μｍの深さを有するチャンバ３１を形成するのが好ましい。このエッチングステップ中、保護層３０は、チャンバ３１の形状規定のための遮蔽、及び膜層１３の望ましくないエッチングを回避するための防御作用としての二重機能を果たす。

次に（図１１）、例えばドライエッチングによって、犠牲層１２の複数部分が晒されるまで基板１１を掘削し、各ノズル１４下方に供給通路１５を形成する。各供給通路１５は、５０μｍから３００μｍの間の深さを有する。例えば、基板１１が４００μｍの間の厚さを有し、チャンバ３１が３００μｍの深さを有する場合、各供給通路１５は１００μｍの深さを有する。

最後に（図１２）、保護層３０及び晒された犠牲層１２の各部分は除去され、例えばＢＯＥタイプのウェットエッチングによって、同時にタンク部分（チャンバ３１）から成るノズル膜３５を備える。

場合によっては、誘導ジェットのための素子を備えるノズル膜を構想することが好ましく、この誘導ジェットは、使用にあたり、各ノズル１４から噴射し、ジェットそのものの指向性を促進させ、ある一定の最大流出角よりも大きいノズル１４からの流出角を有する部分を排除する（各ジェットはほぼ錐体形を有するとみなす）。このタイプのノズル膜はより硬質となることが証明される。

上記目的のため、さらなる実施形態によれば、誘導通路の形成を構想することができ、各ノズル１４上に設置されノズル膜と一体化した状態で備えられる。

上記さらなる実施形態は、図１３から図１６を参照に以下に記載される。

図５及び図６にかかる実施形態を参照に記載されたものと同様に、ウェーハ１０は犠牲層１２が堆積し規定され膜層１３が成長する基板１１を含んで備えられ、膜固定２２によって基板１１に固定される。つづいてノズル１４は膜層１３の各部分を選択的に除去することによって形成される。

次に（図１３）、賦形層４０は堆積し、犠牲機能を有し、ノズル１４を充填し、かつ膜層１３上に層を形成する。賦形層４０は、例えば、シリコン酸化物で作ることができ、０．２μｍから１μｍの間の厚さを有し、好適には０．５μｍである。賦形層４０は、各ノズル１４に関して横方向に交互に並べられた賦形層４０の各部分を除去するよう規定され、各ノズル１４にほぼ直交して配置される位置で保持される。

そして（図１４）、誘導通路層４１は、例えば２μｍから６μｍの間の厚さで、好適には５μｍのシリコンのエピタキシー成長によって、ウェーハ１０上に形成される。

次に（図１５）、誘導通路層４１は、ノズル１４の頂部に誘導通路４２を形成するように、かつ、ほぼノズル１４に直交して配置されるように規定され、好適には円形を有し、５μｍの直径を有し、深さが誘導通路層４１の厚さと同じである。特に、例えば、ドライエッチングによってノズル１４上に配置された第２犠牲層４０部分が少なくとも部分的に晒されるまで、誘導通路層４１は選択的に除去される。

そして（図１６）、その他の示された実施形態を参照に記載されたものと同様に、基板１１は各ノズル１４用の供給通路１５を形成するよう裏面から掘削される。

例えば、ＢＯＥタイプのウェットエッチングのステップは、犠牲層１２及び賦形層４０の各部分を除去することを可能とし、個々のノズル１４と各供給通路１５及び個々のノズル１４と各誘導通路４２が直接接触するように晒される。このようにして、供給通路１５及び誘導通路４２はノズル１４を介して通信する。つづいてノズル膜４５が備えられる。

誘導通路４２の寸法及び深さは変化するため、誘導通路４２から噴射するジェットの立体角もそれに応じて変化することは明らかである。そのため誘導通路４２を備えたノズル膜を得ることが可能であり、誘導通路４２はジェットの望まれる方向及び偏角に従って異なる寸法を有し、それは使用形態に拠る。

さらに、便宜上、上記実施形態は、膜が膜固定２２によって基板に固定される図５から図８の実施形態の好適な参照と共に記載される。しかしながら、記載された、誘導通路４２の形成にかかる方法は明らかな変更を伴って他の実施形態にも適用される。

図１７はノズル膜１６、２５、３５、または４５を含むスプレイ装置５０を示し、本発明の任意の実施形態によって得られる。

スプレイ装置５０はさらにタンク５１を含み、ノズル膜１６、２５、３５、または４５の下方に設けられ、それ自体のハウジング５２の内部に液体物質５５（例えば薬剤）を含むよう設計され、使用にあたり、供給通路１５を通してノズル１４から排出する。スプレイ装置５０の実施は種々の方法で得られる。例えば、圧電素子タイプの作動装置５３によって、ノズル膜１６、２５、３５または４５の反対に位置するタンク５１の底面に対して固定される。適切な制御電子回路（図示せず）によって作動するとき、上記作動装置５３はタンク５１を通してハウジング５２内の液体に伝わる振動を引き起こし、ノズル１４を通過して液体を排出させる。

有利には、スプレイ装置５０の使用後、液体物質５５が使い尽くされたとき、さらなる液体物質５５を含んだタンク５１を再充電するため、注入口５４を備えることができる。

スプレイ装置５０は、薬剤または麻酔薬の制御放出のため、吸入器１００に組み込むことができる。

吸入器１００は、排出すべき液状製剤の正確な量を制御して放出するため、制御電子回路１１０を含むことができ、同様に制御盤も含むことができる。制御電子回路１１０は作動装置５３の振動数を制御するため、この制御電子回路が圧電素子タイプである場合、周波発振器（図示せず）を含むこともできる。

有利には、制御電子回路１１０はバッテリー１０４によって供給され、吸入器１００に集積する。

吸入器１００は押ボタン１０５を押すことで作動でき、それは、液状製剤を排出するため、制御電子回路１１０を作動する。

吸入器１００は流体素子モジュール１０７をさらに含むことができ、複数のチャンネル及び／またはコンテナ１０８から成り、スプレイ装置５０の注入口５４と連結し、使用の結果薬剤が使い尽くされるとき、スプレイ装置５０の再充電を可能とするため一定量の薬剤を含むよう設計されている。同様に、チャンネル及び／またはコンテナ１０８は、必要時には、使用者によって薬剤で再充電することができる。

最後に、吸入器１００は任意でスプレイ装置５０の内部または外部に設置され、排出された液体の量を判断するための流量計（図示せず）及び／またはスプレイ装置５０のタンク５１内に残る液体のレベルを判断するための圧力センサ（図示せず）を含むことができる。

本発明による、製造方法の特性を検証したところ、本発明が利点を有していることが確認された。

特に、上述の製造方法は、いずれの実施形態によっても、マスキングプロセス回数が減少されること、かつノズル膜が標準タイプのウェーハから始まり一体となって製造されることに基づき、コスト削減を達成することができ、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）タイプまたはウェーハに対するウェーハ結合方法の利用を必要としない。

最後に、ここに記載される製造方法は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の保護の範囲を逸脱することはなく、修正及び変更を加えることができるのは明らかである。

例えばノズル１４は、例えば供給通路１５の形成後に、上記実施例におけるものとは別の時点で形成することができる。

Claims (15)

1. スプレイ装置のノズル膜を製造する方法であって、
   ・第１材料の基板（１１）を準備するステップと、
   ・前記基板（１１）上に第２材料の膜層（１３）を形成するステップと、
   ・前記膜層（１３）内に複数のノズル（１４）を形成するステップと、
   ・基板（１０）内に複数の供給通路（１５）を形成するステップとを含み、各前記供給通路を前記複数のノズルに含まれる個々のノズル（１４）に関してほぼ垂直に配置し、かつ個々のノズルと直接接触させる、スプレイ装置のノズル膜を製造する方法。
2. 前記膜層（１３）を形成する前記ステップが、前記基板（１１）と区別のできる膜層の形成を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記膜層（１３）を形成する前記ステップが、前記第２材料を成長させ、または堆積させるステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２材料がポリシリコンである、請求項３に記載の方法。
5. 前記基板（１１）の前記第１材料が前記膜層（１３）の前記第２材料と異なり、または前記第１及び前記第２材料が同じで結晶構造が異なる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記基板（１１）と前記膜層（１３）の間にある第１犠牲層（１２）を形成するステップをさらに含み、前記第１犠牲層を選択的に除去し、個々の前記ノズル（１４）に各前記供給通路（１５）を直接結合する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記膜層（１３）形成前に前記第１犠牲層（１２）を形成するステップを実行し、該方法は前記膜層（１３）の形成前に、前記第１犠牲層（１２）の選択的部分の除去及び溝（２１）の形成ステップをさらに含み、前記膜層（１３）を形成する前記ステップは、前記溝（２１）を通して前記基板に固定される膜固定（２２）を形成するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記供給通路（１５）の形成前に、前記基板（１１）の裏面掘削及び前記複数のノズル（１４）の下方にある前記基板（１１）の中へのタンク（３１）形成をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 複数の誘導通路（４２）の形成ステップをさらに含み、各前記誘導通路を前記複数のノズルに含まれる個々のノズル上に延在させる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 複数の前記誘導通路（４２）を形成するステップが、
    ・前記複数のノズルを形成するステップの後、前記膜層（１３）上に前記第２犠牲層（４０）を堆積させるステップと、
    ・前記ノズルに関して横方向に交互に並ぶ区域の前記第２犠牲層を選択的に除去するステップと、
    ・前記第２犠牲層（４０）上の誘導通路層（４１）を増大させるステップと、
    ・前記誘導通路層（４１）の選択的部分を除去するステップと、
    ・前記第２犠牲層（４０）を除去し、また各前記誘導通路（４２）と個々の前記ノズル（１４）を直接結合するステップとを含む、請求項９に記載の方法。
11. スプレイ装置であって、
    ・液体物質を含むように構成された内部チャンバ（５２）を有するタンク（５１）と、
    ・注入口（５４）と、
    ・液体物質の排出用の排出構造（１６、２５、３５、４５）と、
    ・前記タンク（５１）に結合する作動装置（５３）で、前記タンクから液体物質を排出するように構成される作動装置とを含み、
    前記排出構造がノズル膜（１６、２５、３５、４５）を含み、請求項１〜１０のいずれか一項に記載された製造方法に従って形成されたものであることを特徴とするスプレイ装置。
12. 前記膜が、
    ・前記第１材料の前記基板（１１）と、
    ・前記基板上の前記第２材料の前記膜層（１３）と、
    ・前記膜層（１３）を通過して形成される前記複数のノズル（１４）とを含み、
    前記膜層は前記基板と区別可能である、請求項１１に記載のスプレイ装置。
13. 前記基板（１１）の前記第１材料が前記膜層（１３）の前記第２材料と異なり、または前記第１及び前記第２材料が同じで結晶構造が異なる、請求項１１または１２に記載のスプレイ装置。
14. 前記第２材料がポリシリコンである、請求項１３に記載のスプレイ装置。
15. 請求項１１〜１４に記載の前記スプレイ装置（５０）を含む吸入器（１００）。