JP4384844B2 - マイクロ素子のための膜構造，膜構造を含むマイクロ素子，及び膜構造を作るための方法 - Google Patents
マイクロ素子のための膜構造，膜構造を含むマイクロ素子，及び膜構造を作るための方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4384844B2 JP4384844B2 JP2002317115A JP2002317115A JP4384844B2 JP 4384844 B2 JP4384844 B2 JP 4384844B2 JP 2002317115 A JP2002317115 A JP 2002317115A JP 2002317115 A JP2002317115 A JP 2002317115A JP 4384844 B2 JP4384844 B2 JP 4384844B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- sacrificial material
- sacrificial
- structural material
- structural
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
- B81C1/00444—Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate
- B81C1/00468—Releasing structures
- B81C1/00476—Releasing structures removing a sacrificial layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/05—Temporary protection of devices or parts of the devices during manufacturing
- B81C2201/053—Depositing a protective layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ素子のための膜構造を形成するための方法，膜構造自体，及び，膜構造を備えるマイクロ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜構造を備える種々のマイクロ素子が知られている。例えば、液体の移動を制御するために膜構造を使用する、液体を扱うマイクロ素子が知られている。模範的なマイクロ素子は、半導体及びフラットパネル業界でフォトレジストと他の液体を堆積するための、薬及び生物学サンプルを輸送するための、化学変化用の複数の化学物質を輸送するための、ＤＮＡ手順を取り扱うための、相互作用研究及び分析のための薬と生物学材料を輸送するための、あるいは、マイクロマシン内での永続性の及び／又は除去可能なガスケットとして使用可能な薄く狭いプラスチックの層を堆積させるための、インクジェット記録あるいは印刷のための、マイクロマシン化された射出素子を含む。例えばColeman et al.,に対する特許文献１（ここに参照として取りこまれる）を参照頂きたい。
【０００３】
マイクロ素子に対して、表面及び／又はバルクマイクロマシニング技術のような、種々の製造技術が知られている。集積回路（ＩＣ）製造産業にとって普通のプラナー製造プロセスのステップが、マイクロ電子機械素子あるいはマイクロ機械素子を製造するために使用され得る。標準のビルディング・ブロック（building block）プロセスは、基板上の交互層の、堆積（depositing）とフォトリソグラフィー・パターン化からなる。交互層は、低応力の多結晶シリコン（ポリシリコンとも呼ばれる）及び、基板上の二酸化シリコンのような犠牲材料からなる。犠牲層を通じたバイアスエッチ（vias etched）は、基板への、そしてポリシリコン層の間の、アンカーポイント（anchor points）をもたらす。ポリシリコン層は、パターン化され、マイクロマシン化された素子の機械的要素が形成される。機械的要素は、このようにして、一続きの堆積とパターン化プロセスステップで、層毎に形成される。二酸化シリコン層はその後、フッ化水素酸（ＨＦ）（ポリシリコン層をエッチングしない）のような選択的腐食液への暴露によって除去される。これが、ポリシリコン層に形成された機械的要素を、そこからの動作用に開放する。再度、例えば取り込まれた’198特許を参照頂きたい。
【０００４】
結果としての、マイクロマシーン化された素子は一般的に、電気的内部接続及び／又は電圧参照平面を提供するポリシリコンの第１の層，及び、単純な片持ちばり式から複雑なシステム（複数のギアに接続された静電モータのような）までの範囲を持つ機械要素を含む最大３つのポリシリコンの追加層，からなる。層厚は一般的に約0.5−2ミクロンである一方、一般的な平面内横向き寸法は、１ミクロンから数百ミクロンまでの範囲に亘る。全体のプロセスは、標準ＩＣ製造技術に基づくので、数百から数千の素子が、バッチで製造され、一つのシリコン基板上に（部品組み立てに対するいかなる必要性も無しに）完全にアセンブルされ得る。
【０００５】
特に、マイクロ素子は、ＳＵＭＭｉＴプロセスを用いて製造され得る。ＳＵＭＭｉＴプロセスは、Sandia NationalLabsに属する種々の米国特許（第5，783，340号，第5，798，283号，第5，804，084号，第5，919，548号，第5，963，788号，及び第6，053，208号，（その各々の全体がここに参照として取りこまれる）を含む）によってカバーされている。ＳＵＭＭｉＴプロセスは、主に、'084特許と'208特許によってカバーされる。特に、出願中の米国特許出願番号09/723，243（2000年11月28日出願：その全体がここに参照として取りこまれる）で議論される方法、が使用され得る。
【０００６】
マイクロマシーン化された素子の異なる層の上の構造間の意図しない干渉を避けるためにマルチレベルのマイクロマシーン化された素子内の種々のレベルを平面化する（planarize）化学機械的研磨（ＣＭＰ）技術が、Nasby et al.に対する米国特許第5，804，084号に記述される。上述のプロセスで、比較的厚い（2μｍ）ポリシリコンと酸化物の層が堆積されエッチングされるにつれて、引き続くそうの、堆積（deposition），パターン化，及びエッチングでの制限を課すかなりの表面地形（surface topography）が現れる（arisees）。表面地形は、層が事前のエッチングステップで生成された谷の中を覆う（drape into）際に生成される。フォトレジスト・ステップのカバー（coverage），フォトリソグラフィ装置の焦点深度，ドライ・エッチング中のスティンジャ（stinger）の発生，に伴う処理の困難さを除去するために、特定の層を平面化することがしばしば望ましい。米国特許第5，804，084号で議論されるような、中間犠牲層の化学機械的な研磨は、マルチレベル・マイクロマシン・プロセスに固有の地形的困難さを改善するための、比較的単純で迅速な処理を与える。これによって、構造設計，特殊なフォトレジスト・プロセス，及び特別のマスクレベルの使用，における更なる懸念が必要とされなくなる。
【０００７】
例えば、シリコン基板内へ、平均より低い選択性を持つ溝とリッジ（ridge）等のような構造を規定するために、異方性のエッチングプロセスが使用され得る。エッチングされるべき個々の構造は通常、一般にマスキング層と呼ばれるもの（例えばフォトレジスト層）としてシリコン基板に適用されたエッチング・マスクによって規定される。異方性のエッチング技術では、シリコン内で側面に正確に規定された凹部を達成することが必要である。これらの深く延びる凹部は、可能な限り垂直な側面端部（lateral ends）を持たねばならない。エッチングされるはずではないそれらのシリコン基板領域を覆うマスキング層の端部は、マスクからシリコン内への構造的遷移（structural transition）の側面の、可能な限り高い正確性を維持するために、アンダーエッチ（underetch）されない。結果として、エッチングが、構造の底部の上でのみ進行することを許容し、既に生成された構造の側壁上では進行しないことが必要である。
【０００８】
この目的のために、シリコン基板のプロファイルのエッチングを実行するために、プラズマエッチング法が使用され得る。そのような方法で、化学的に反応性のある種（species）と電気的に荷電された粒子（イオン）が、反応器内の反応性のガス混合物の中で、電気放電の助けを借りて生成される。このやり方で生成された正に荷電されたカチオンは、シリコン基板に印加された電気的なプレストレス（prestress）を使って基板に向かって加速され、実際に垂直に基板表面上に落ち、エッチングベース（etching base）上のシリコンとともに反応性のプラズマ種の化学反応を促進する。
【０００９】
特定のタイプの異方性のエッチングプロセスが、Laermer et al.に対する米国特許第5，501，893号に記述される。この特定のタイプのエッチングプロセスは、広く、ボッシュ・エッチング（Bosch etch）と呼ばれる。ボッシュ・エッチングによると、異方性のエッチングプロセスは、順次エッチングと重合ステップを交代させることによって達成される。結果として、有利なやり方で、プラズマ内の、エッチング種と重合体フォーマ（polymer formers）の同時存在が全く避けられる。従って、シリコン基板での非常に高いエッチングレートでの、垂直端部を持つ深い構造が実現される。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第6，127，198号
【００１１】
【発明の概要】
本発明のシステム及び方法は、エッチングに起因するたわみが削減された膜構造を提供する。
【００１２】
本発明のシステム及び方法は別個に、エッチングに起因するたわみが削減された膜構造を持つマイクロ素子を提供する。
【００１３】
本発明のシステム及び方法は別個に、その中で上部と下部の強度傾斜が実質的に同じである膜構造を提供する。
【００１４】
本発明のシステム及び方法は別個に、その中で上部と下部の強度傾斜が実質的に同じである膜構造を持つマイクロ素子を提供する。
【００１５】
本発明のシステム及び方法は別個に、そして独立に、マイクロ構造とマイクロ素子の製造のための、削減された開放エッチング時間（release etch time）を提供する。
【００１６】
本発明のシステム及び方法は別個に、製造中の開放エッチングから、より少ない損傷しか受けないマイクロ素子のマイクロ構造を提供する。
【００１７】
本発明の方法の種々の模範的実施例で、マイクロ素子のための構造的材料の膜が、第１の犠牲材料の層を形成し、第１の犠牲材料の層の上に第１の構造材料（structural material）の層を形成し、第１の構造材料の層の上に第２の犠牲材料の層を形成し、第２の犠牲材料（sacrificial material）の層の上に保護層を形成し、そして、第１と第２の犠牲材料の層を、実質的に同じ率で除去するために、第１と第２の犠牲材料の層に、開放エッチングを受けさせることによって製造される。種々の実施例で、保護層は、第１と第２の犠牲材料の層に開放エッチングを受けさせられた後に除去される。種々の実施例で、保護層は機械的に除去される。他の種々の実施例で、保護層は化学的に除去される。
【００１８】
種々の模範的な実施例によって、第１の構造材料の層は、ポリシリコンの層によって形成され得る。種々の実施例で、保護層は、ポリシリコンの保護層によって形成され得る。他の実施例では、第１の構造材料の層及び／又は保護層は、一つの結晶シリコン（crystal silicon）の層によって形成され得る。第１と第２の犠牲材料の層は、第１及び第２の酸化物の層によって形成され得る。種々の模範的実施例によって、保護層は、構造材料の第１の層の周囲の外側の複数の支持脚を形成し、犠牲材料の第２の層の上に保護層を形成し、支持脚に付着することによって形成され得る。種々の実施例で、複数の支持脚と保護層は、ポリシリコンで有り得る。他の種々の実施例で、複数の支持脚は窒化物でありうる。
【００１９】
本発明の更なる模範的実施例によって、上述の実施例のいずれかによって製造された膜は、更に、第２の構造材料の層（その上に第１の犠牲材料の層が形成される）を形成し、第２の構造材料の層に少なくとも一つのカットを形成し、そして、保護層に少なくとも一つのカットを形成する、ステップによって製造され得る。種々の模範的実施例で、第２の構造材料の層の少なくとも一つのカットにおいて第１の犠牲材料の層と第３の材料の層との間にインターフェース（interface）が生成されるように、第３の材料の層（その上に第２の構造材料の層が形成される）が形成され、保護層の少なくとも一つのカットにおいて第２の犠牲材料の層と第４の材料の層との間にインターフェースが形成されるように、第４の材料の層が保護層の上に形成される。
【００２０】
種々の実施例で、第１と第２の犠牲材料の層は、第１の犠牲材料の層によって形成され、第３と第４の材料の層は、第１の犠牲材料とは異なる材料の層によって形成される。
【００２１】
本発明の方法の種々の模範的実施例で、マイクロ素子のための構造材料の膜は、第１の材料の第１の層を形成し、第１の材料の第１の層の上に構造材料の第１の層を形成し、第１の構造材料の層に少なくとも一つのカットを形成し、第１の構造材料の層での少なくとも一つのカットにおいて第１の材料と犠牲材料との間にインターフェースが形成されるように、第１の材料とは異なる犠牲材料の第１の層を第１の構造材料の層の上に形成し、そして、第２の犠牲材料の第１の層を除去するために第１の犠牲材料の層に開放エッチングを受けさせる、ことによって製造される。
【００２２】
種々の模範的実施例によって、第１の構造材料の層は、ポリシリコンの層によって形成される。他の実施例で、第１の構造材料の層は、一つの結晶シリコンの層によって形成される。種々の実施例で、第１の構造材料の層での少なくとも一つのカット（cut）は、少なくとも一つのチャンネル（channel）を備え得る。
【００２３】
種々の実施例で、第１の材料の第１の層は、第１の窒化物の層によって形成され得、第１の犠牲材料の層は、第１の酸化物の層によって形成され得る。種々の実施例で、第２の構造材料の層は、第１の酸化物の層の上に形成される。本発明の更なる模範的実施例によって、上述の実施例のいずれかによって製造された膜は、更に、第２の構造材料の層の上に第２の酸化物の層を形成し、第２の酸化物の層の上に保護層を形成し、保護層に少なくとも一つのカットを形成し、保護層での少なくとも一つのカットにおいて酸化物−窒化物のインターフェースが形成されるように、保護層の上に第２の窒化物の層を形成し、そして、第２の酸化物の層を除去するために、第２の酸化物の層に開放エッチングを受けさせるステップによって製造され得る。
【００２４】
本発明のこれら及び他の特徴と利点が、以下の、本発明による方法と装置の種々の模範的実施例の詳細な記述に記載されるか、あるいは、それから明白である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の方法及び装置の種々の模範的実施例が、添付の図面を参照して、以下に詳細に記載される。
【００２６】
本発明の方法は、広い種類のマイクロ装置の製造で使用され得る。例えば、表面マイクロマシン化技術が、種々のタイプのインク・ジェット・エゼクタを製造するために使用され得る。特に、そのような技術を用いて製造された、静電的にそして磁気的にアクチュエートされた液体エゼクタは、液滴サイズ変調（drop size modulation）を持つ、小型で、統合された、モノリシックの（組み立て無しかあるいは少しの組み立てしか必要とされない）製造、のための潜在能力を持つ。よって、本発明は、現存の表面マイクロマシン化技術の上に構築して、マイクロマシン化された装置の製造及びその構造での、特にマイクロマシン化された膜構造及び、膜構造を含むマイクロ素子での、独特の利点を提供する。
【００２７】
ここに本発明の模範的実施例が、マイクロマシン化された液体エゼクタを参照して記載される一方、本発明のシステムと方法は、いかなる既知のあるいは今後開発されるマイクロ装置の製造に対しても適する、ことを理解して欲しい。更に、本発明の方法は、ここに、膜構造を参照して記載される一方、本発明のシステムと方法は、いかなる既知のあるいは今後開発されるマイクロ構造の製造のためにも適することを理解して欲しい。
【００２８】
従って、例示の目的のみのために、マイクロマシン化された液体エゼクタ100の模範的実施例の断面図が、図１に示される。絶縁体あるいはアイソレーション層（isolation layer）120が、比較的厚い基板110の上に形成される。アイソレーション層120は、例えば、シリコン窒化物のような窒化物層によって形成され得る。基板110は、例えば、シリコン層によって形成され得る。電極130が、アイソレーション層120の上に形成される。電極130は、例えば、ポリシリコン層によって形成され得る。膜構造140は、電極130の上に形成される。膜構造140は、アイソレーション層120に接続された一つあるいはそれ以上の膜アンカー（membrane anchors）144によってサポートされた膜142を備え得る。膜構造140は、例えば、他のポリシリコン層によって形成され得る。表面プレート構造（a faceplate structure）150は、膜構造140の上に形成される。表面プレート構造150は、一つあるいはそれ以上のノズルホール（nozzle hole）154を持つ表面プレート152を備え得る。表面プレート構造150は、例えば、ポリイミド層によって形成され得る。膜チャンバ160が、膜構造140とアイソレーション層120との間に規定される。液体エゼクション・チャンバ170が、表面プレート構造150と膜構造140との間に規定される。
【００２９】
製造中に、犠牲材料の層が形成されエッチングされ、エゼクタ100の構造を規定する。製造プロセスが実行されるに際して、犠牲材料の層は一般的に開放エッチングによって除去されているので、犠牲材料の層は図１に図示していない。例えば、第１の犠牲材料の層は、膜構造140と電極130との間から除去されているかもしれないし、また、第２の犠牲材料の層は、膜142を移動のために開放するために、膜構造140と表面プレート構造150との間から除去されているかもしれない。
【００３０】
既知のバルクと表面マイクロマシン化技術を用いたエゼクタ100の製造には、一定の問題を伴う。例えば、膜142のような拡張されたポリシリコン構造の製造は、一般的に、腐食液の犠牲材料（膜チャンバ160を規定する）へのアクセスを可能とするための、約30ミクロン毎に、エッチングホールを必要とすることになろう。しかし、エッチングホールは、液体がエゼクション・チャンバ170からエゼェクト（eject）されて、使用中に、膜チャンバ160内に漏れることを可能とするだろう。
【００３１】
膜142内でエッチング・ホールを形成する替わりに、腐食液の犠牲材料（膜チャンバ160を規定する）へのアクセスを可能とするために、側面のエッチングホールは、膜アンカー（membrane anchor）144内に、あるいはその間に、形成され得る。側面のエッチング・ホールは、開放エッチングが完了した後に塞がれる。
【００３２】
上述のように開放エッチングには、側面エッチングホールを用いて犠牲材料を除去するために、より長い時間が掛かり得、結果として、膜142とエゼクタ100の他の構造の、腐食液への所望されない長い暴露と、潜在的な損傷をもたらし得る。更に、膜142上の犠牲材料は完全に腐食液に暴露されるので、膜142の上面は、膜142のより低い表面の部分（側面エッチングホールから離れた）に比べてより長い時間腐食液に暴露される。膜142が、ポリシリコンのような固有の応力を有する材料で形成される時に、結果として、膜142の上部表面が、膜142のより低い（低部の）表面に比して弱体化し、膜142が、電極130から離れて外側にたわむことを許容する。エゼクタ100について、電極130と膜142との間の増加された距離によって、電極130を用いて生成された電界を用いて膜142を移動させるために必要な、対応するアクチュエーション電圧の増加が必要とされ、また更に、エゼクタ100を役に立たなくさせ得る。
【００３３】
本発明は、これらの問題点に対する解決法を提供する。本発明の種々の実施例によって、エッチングによってもたらされるたわみ無しに、膜構造等が製造され得る。本発明の種々の実施例で、膜構造の上部層が、膜構造の低部の層の強度傾斜と実質的に同じ強度傾斜を持ち得る。本発明の種々の実施例によって、膜構造の上に形成される犠牲材料の層の上に保護層が形成される。保護層は、腐食液の犠牲材料（膜構造の上に形成される）の側面へのアクセス（側面アクセス・ホールによって提供されるのと類似のアクセス）だけを可能とする。従って、腐食液は膜の各側の上の犠牲材料の層を、実質的に同じ比率で腐食する。
【００３４】
本発明の種々の実施例によって、犠牲材料の層を除去するために用いられる開放エッチングからのより少ない損傷で、膜構造等が製造され得る。本発明の種々の実施例で、開放エッチングを用いて犠牲材料の層を除去するために必要な時間が減少される。本発明の種々の実施例によって、少なくとも一つのカットが、犠牲層の上に形成される構造材料の層に、あるいはその上に犠牲材料の層が形成される構造材料の層に形成される。少なくとも一つのカットは、犠牲材料の層への追加のアクセスを持つ腐食液を提供する。更に、種々の実施例で、除去されるべき層の犠牲材料とは異なる、他の犠牲材料の層が、除去されるべき犠牲材料の層とは反対の構造材料の層の側面の上に形成される。少なくとも一つのカットにおいて、２つの犠牲材料の間にインターフェースが形成される。開放エッチングは、インターフェースにおいてより高速に進む。
【００３５】
図２は、本発明による、マイクロマシン化された装置を製造するための方法の第１の模範的実施例を概説するフローチャートである。製造プロセスは、ステップＳ100で、例えばシリコン等の基板において、開始する。ステップＳ200で、基板の上にアイソレーション層が形成される。アイソレーション層は、例えばシリコン窒化物のような、いかなる適切な誘電体でも有り得る。ステップＳ300で、第１の構造材料の層はその後、アイソレーション層の上に形成される。第１の構造材料の層は、例えば、ポリシリコンあるいは単一結晶シリコンであり得る。ステップＳ100−Ｓ300は別個のステップとして示される一方、このプロセスは、事前に製造された絶縁体上のシリコンウェーハで開始し得ることが理解されるべきである。
【００３６】
第１の構造材料の層は、例えば、ステップＳ400に進む前にエッチングプロセスによって、所望されるようにプロセスされ得る。ステップＳ400で、第１の犠牲材料の層が、第１の構造材料の層の上に形成される。その後、ステップＳ500で、第２の構造材料の層が、第１の犠牲材料の層の上に形成される。第２の犠牲材料の層は、ステップＳ600で第２の犠牲材料の層の上に形成され、ステップＳ700で第２の犠牲材料の層の上に保護層が形成される。
【００３７】
第１と第２の犠牲材料の層は、ステップＳ800で除去される。例えば、第１と第２の犠牲材料の層は、他の層のの材料を大きく腐食するために許容されない、フッ化水素のような開放エッチングに曝され得る。第１と第２の犠牲材料の層は、側面を除いて完全に、他の層で覆われるので、エッチング液（etchant）は、第１と第２の犠牲材料の層を同様のやり方で腐食することになる。このようにして、第１と第２の犠牲材料の層の間に配置された第２の構造材料の層の表面の双方が、腐食液（etchant）に同様に暴露されることになる。
【００３８】
第１と第２の犠牲材料の層が除去された後に、ステップＳ900で保護層が除去され得る。しかし保護層は、素子の他の構造層を形成し得る。その場合には、ステップＳ900は実行されないことになる。プロセスはその後、ステップＳ1000で終了する。しかし、最終素子を得るための、更なるプロセッシングが可能であることが理解されねばならない。
【００３９】
図３と４は、本発明の第１の模範的方法による製造の段階での、図１の模範的なエゼクタを示す。ここに示されるように、アイソレーション（isolation）層220は、基板210の上に形成され、電極230は、アイソレーション層220の上に形成される。第１の犠牲材料の層260は、電極230の上に形成される。エゼクタのための膜構造（膜と膜アンカー）を形成する第１の構造材料の層240は、第１の犠牲材料の層260の上に形成される。第２の犠牲材料の層270は、第１の構造材料の層240の上に形成される。
【００４０】
本発明の第１の模範的方法によって、第２の犠牲材料の層270の上に保護層250が形成される。ここに示されるように、保護層250は、例えばアイソレーション層220に接続する、一つあるいはそれ以上のサポート脚252の上に形成され得る。図４に示すように、本方法によってサポート脚252は、腐食液が第１と第２の犠牲材料の層260と270にアクセスするのを可能とするために膜アンカー内に形成された、あるいはその間に形成された側面のエッチングホール（etch holes）に対応して、スルーホール254から離れて間隔が空けられねばならないか、あるいは、スルーホール254を含まねばならない。
【００４１】
図４に示されるように第１の模範的方法は、開放エッチング（そこで腐食液280が第１と第２の犠牲材料の層260と207を除去する）を採用する。第１と第２の犠牲材料の層206と207は、側面エッチングホール（lateral etch holes）と対応するスルーホール（through holes）254を除いてその全面を被覆されるので、腐食液280は、第１及び第２の犠牲材料の層206と207を同様のやり方で腐食する。
【００４２】
図５は、開放エッチングステップ（第２の犠牲材料の層270の上部表面が暴露されるように、ここで保護層250が省略される（omitted））に曝されるエゼクタの断面図である。図５の矢印で図示されるように、開放エッチング中に、腐食液280は、第２の犠牲材料の層270の全体の上部表面を腐食することを許される。その結果、第２の犠牲材料の層270が、第１の犠牲材料の層260（これは、側面エッチングホールを経由して腐食液にのみ暴露される）に比べてより高い率で除去される。例えば、側面エッチングホールを用いた15分のエッチングが必要な、半径200ミクロンを持つ膜には、標準エッチングホール（犠牲材料の上の層で形成される）が用いられる時に、2.5分のエッチングのみが必要とされる。
【００４３】
図４と５に示された模範的プロセスの双方で、第１の構造材料の層240の低部の部分は、第１の犠牲材料の層260が徐々に除去されるにつれて、徐々に腐食液280に暴露される。こうして、側面エッチングホールにより近い、第１の構造材料の層240の低部の一部分は、側面エッチングホールから、より遠い第１の構造材料の層240の低部の内部部分に比べてより長い期間、開放エッチングに曝される。これが概略的に、第１の構造材料の層240の低部242が、比較的強力な腐食Ｓ，比較的弱い腐食Ｗ，及び中間の腐食Ｍ，に曝される部分を持つ、図６と図７に示される。
【００４４】
構造層がポリシリコンで作られ、犠牲材料はニ酸化ケイ素であり、開放腐食液がフッ化水素酸（ＨＦ）である場合には、腐食のメカニズムは現在以下の様に理解されている。ポリシリコンの種々の結晶定位（crystal orientation）の結晶の間の境界は、ポリシリコン層あるいはフィルム内のいかなる不純物に対しても集合点（collection point）となる傾向を持つ。いくつかのポリシリコンフィルムは、少量の酸素のような不純物を持つ。結晶境界において酸素が集塊する時に、酸素は、フッ化水素酸に対するターゲットとなる。これによって、ポリシリコンフィルムの表面が、結晶境界において弱められるか、あるいは破壊される。
【００４５】
本発明の第１の模範的方法で、第１の構造材料の層240の上部部分もまた、第２の犠牲材料の層270が徐々に除去されるにつれて、腐食液280に徐々に暴露される。こうして、側面エッチングホールにより近い第１の構造材料の層240の上部部分の一部分が、側面エッチングホールから離れた第１の構造材料の層240の低部の外側部分に比べて、より長い期間開放エッチングに曝される。図６に概説されるように、第１の構造材料の層240の上部部分244は、比較的強い腐食Ｓ，比較的弱い腐食Ｗ，及び中程度の腐食Ｍに曝される部分を持つ。
【００４６】
しかし、図５に示される模範的プロセスによると、第１の構造材料の層240の実質的に全ての上部部分244が、第２の犠牲材料の層270が除去されると直に、実質的に同じ時間において腐食液280に暴露される。腐食液280が第２の犠牲材料の層270の上部表面全体を腐食するので、第１の構造材料の層240の上部部分244の全体が、比較的強力な腐食Ｓに曝される。
【００４７】
第１の構造材料の層240上での腐食液280の腐食は、第１の構造材料の層240を弱める。このようにして、比較的強力な腐食Ｓは、比較的弱い腐食Ｗに比べてより大きな損傷を引き起こす中程度の腐食Ｍに比べて、より大きな損傷を引き起こす。従って、第１の構造材料の層240は、側面エッチングホール（etch holes）を用いて、異なるレベルの腐食に曝される。そして、第１の構造材料の層240の中央に向けて第１の構造材料の層240が強度傾斜を持つことになり、比較的強力な腐食Ｓに曝される部分は、中程度の腐食Ｍに曝される部分（これは、比較的弱い腐食に曝される部分Ｗに比べてより強い）より強い。
【００４８】
図７に示されるように図５の模範的プロセスは、上部部分244が、低部242に類似する強度傾斜を持たないようにする。上部部分244全体が、比較的強力な腐食Ｓに曝されるので、上部部分244の全体は、中位の腐食Ｍと比較的弱い腐食Ｗに曝される、低部242の部分に比べてより弱い。第１の構造材料の層240内の固有の応力は、第１の構造材料の層240を撓ませる。つまり、上部部分244が凸状で、低部242が凹状であるように、第１の構造材料の層240は、曲がる。上述のように、これは所望されない結果である。
【００４９】
しかし図６に示されるように、本発明の第１の模範的方法は、より低い（lower）及びより高い（upper）部分242と244が、実質的に同じ強度傾斜を持つようにする。これが、いかなるエッチングによってもたらされる、第１の構造材料の層240の撓みをも削減し、あるいは除去する。
【００５０】
図８は、本発明によるマイクロマシーン化された装置を製造するための方法の第２の模範的実施例を概説するフローチャートである。製造プロセスは、ステップＳ1100で、例えばシリコンのような基板で開始する。ステップＳ1200で、アイソレーション層（isolation layer）が、基板の上に形成される。アイソレーション層は、例えば窒化ケイ素のような、いかなる適切な誘電体でも有り得る。第１の構造材料の層はその後、ステップＳ1300で、アイソレーション層の上に形成される。第１の構造材料の層は、例えば、ポリシリコンあるいは単一結晶シリコンで有り得る。ステップＳ1100−Ｓ1300が別個のステップとして示される一方、プロセスは、事前に製造されたシリコン上に絶縁部を持つウェーハで開始し得ることが理解されるべきである。
【００５１】
ステップＳ1400で、第１の構造材料の層を通じてカットが作られ、アイソレーション層の一部分を暴露させる。その後、ステップＳ1500で、犠牲材料の層が第１の構造材料の層の上に形成される。第２の構造材料の層が、ステップＳ1600で犠牲材料の層の上に形成される。
【００５２】
犠牲材料の層はその後、ステップＳ1700で除去される。例えば、犠牲材料の層は、他の層の材料を腐食することが許されない、フッ化水素酸のような開放エッチングに暴露され得る。犠牲材料の層は完全に、側面を除いて他の層によって覆われるので、腐食液は犠牲材料の層を側面から腐食することになる。
【００５３】
第１の構造材料の層におけるカットは好ましくは、外側の端部からサイドにおいて（at the side）走るチャンネルを形成する。アイソレーション層／犠牲材料層はカットで干渉するので、エッチングは、そのようなチャンネルに沿ってより迅速に進行し、増加された犠牲材料への腐食液のアクセスを提供し、必要なエッチング時間を減少させる。一旦犠牲材料の層が除去されると、プロセスはステップＳ1800で終了する。
【００５４】
図９−11は、本発明の第２の模範的方法による製造の段階における図１の模範的エゼクタを示す。ここに示されるように、エゼクタのための電極を形成する第１の構造材料の層320が、アイソレーション層310及び／又は基板（図示せず）の上に形成される。第１の構造材料の層320は、少なくとも一つのカット322を含む。第１の犠牲材料の第１の層330は、構造材料の第１の層320の上に形成される。第１の犠牲材料の第１の層330は、アイソレーション層310とのインターフェースを、少なくとも一つのカット322において形成する。これは、図１０と１１に示されるような、それぞれ、カットを持つ、持たない、部分的な断面を形成する。図示のように、少なくとも一つのカット322が、チャンネルとして形成され得る。
【００５５】
開放エッチング中に腐食液は、第１の犠牲材料の第１の層330を、少なくとも一つのカット322においてより迅速に除去する。これは結果として、第１の犠牲材料の第１の層330を除去するための開放エッチングに対する減少したエッチング時間をもたらす。特に少なくとも一つのカット322がチャンネルとして形成される時に、少なくとも一つのカット322が腐食液が、第１の犠牲材料の第１の層330のより広いエリアを、腐食液を側面のエッチングホールから第１の犠牲材料の第１の層330内に浸透させてチャネリングする（channeling）ことによって腐食させることを許容する。
【００５６】
第１の犠牲材料とアイソレーション層の材料が適切に選択される時に、第１の犠牲材料の第１の層330を除去するための開放エッチングのためのエッチング時間は、更により削減される。例えば、アイソレーション層材料は、窒化ケイ素のような窒化物で有り得る。第１の犠牲材料は、二酸化ケイ素のような酸化物であり得る。これは、少なくとも一つのカット322において、酸化物−窒化物インターフェースを提供する。実験によって、フッ化水素酸の開放エッチングが、酸化層を、酸化物−窒化物インターフェースに沿って、酸化物−ポリシリコンインターフェースに比べてより迅速に除去することが示された。
【００５７】
更に実験によって、本発明の第２の模範的方法による製造が、エッチング速度を、３０−５０％増加させることが示された。上述のように、開放エッチングのための削減されたエッチング時間は結果としてを、マイクロ素子の構造的及び電気的構成要素へのより少ない損傷もたらす。適切な数のカットを用いることによって、開放エッチングのためのエッチング時間が、機械的劣化及び／又は電気回路の開放を避けるために十分なだけ削減される。
【００５８】
図１２は、本発明によってマイクロマシン化された素子を製造するための方法の第３の模範的実施例を概説するフローチャートである。製造プロセスは、ステップＳ2100で、例えばシリコンのような基板で開始する。ステップＳ2200で、アイソレーション層が、基板の上に形成される。アイソレーション層は、例えば窒化ケイ素のような、いかなる適切な誘電体でも有り得る。構造材料の第１の層はその後、ステップＳ2300で、アイソレーション層の上に形成される。第１の構造材料の層は、例えばポリシリコンあるいは単一の結晶シリコンであり得る。ステップＳ2100−Ｓ2300は、別個のステップとして示される一方、プロセスは、事前に製造されたシリコン上に絶縁物が載ったウェーハで開始し得ることが理解されなければならない。
【００５９】
ステップＳ2400で、アイソレーション層の一部分を暴露するために、第１の構造材料の層を通じてカットが作られる。その後ステップＳ2500で、第１の犠牲材料の層が、第１の構造材料の層の上に形成される。第２の構造材料の層が、ステップＳ2600で、第１の犠牲材料の層の上に形成される。ステップＳ2700で、第２の犠牲材料の層が、第２の構造材料の層の上に形成される。保護層はその後、ステップＳ2800で、第２の犠牲材料の層の上に形成される。保護層を通じたカットが、ステップＳ2900で作られ、第２の犠牲材料の層の一部分を暴露する。
【００６０】
ステップＳ3000で、第３の犠牲材料の層と第２の犠牲材料の層との間にインターフェースが形成されるようなやり方で、第３の犠牲材料の層が保護層の上に形成される。第３の犠牲材料の層は、例えばエッチングによって、第２の犠牲材料の層に比して、より除去が許されない材料で作られる。例えば、第３の犠牲材料の層は窒化物であり得、第２の犠牲材料の層は酸化物であり得、保護層内のカットにおいて窒化物／酸化物インターフェースを形成し得る。
【００６１】
第１と第２の犠牲材料の層は、ステップＳ3100で除去される。例えば、第１及び第２の犠牲材料の層は、他の層の材料を大きく腐食することが許されない、フッ化水素酸のような開放エッチングに曝され得る。第１と第２の犠牲材料の層は、側面を除いて完全に他の層によって覆われるので、腐食液は第１及び第２の犠牲材料の層を、類似のやり方で腐食することになる。従って、第１と第２の犠牲材料の層の間に配置された第２の構造材料の双方の層が、類似する、腐食液に対する暴露を持つことになる。更にカットにおけるインターフェースは、上述のように、必要なエッチング時間を減少させる。
【００６２】
第１及び第２の犠牲材料の層が除去された後に、第３の犠牲材料の層と保護層は、ステップＳ3200とＳ3300で、それぞれ除去され得る。プロセスはその後、ステップＳ1000で停止する。
【００６３】
図１３と図１４は、本発明の第３の模範的方法による製造段階での、図１の模範的エゼクタの部分断面を示す。これまでの実施例におけるように、エゼクタのための電極を形成する第１の構造材料の層420が、アイソレーション層410及び／又は基板（図示せず）の上に形成される。第１の構造材料の層420は、少なくとも一つのカット422を含む。第１の犠牲材料の第１の層430が、構造材料420の第１の層420の上に形成される。第１の犠牲材料の第１の層430は、少なくとも一つのカット422において、アイソレーション層410とのインターフェースを形成する。
【００６４】
図１３と図１４に示されるように、のエゼクタ膜構造を形成する第２の構造材料の層440が、第１の犠牲材料の第１の層430の上に形成される。第１の犠牲材料の第２の層450が、第２の構造材料の層440の上に形成される。
【００６５】
本発明の第３の模範的方法によって、保護層460が第１の犠牲材料の第２の層450の上に形成される。第１の実施例に関する上述の説明ように、保護層460は、例えばアイソレーション層410に接続する一つあるいはそれ以上のサポート脚462上に形成され得る。再び、図９に示されるように、サポート脚462は、腐食液のアクセスを許容するために、膜アンカー中に、あるいはその間に形成された側面のエッチングホールに対応して、スルーホール464から間隔が空けられるか、あるいは、それを含むべきである。
【００６６】
図１４に示されるように、少なくとも一つのカット466が、保護層460に形成される。図１３は、カット無しの、一部分の部分断面を示す。第３の犠牲材料の層470が、保護層460の上に形成される。第３の層470は、第１の犠牲材料に比べて、腐食をより許容しない、第２の犠牲材料で作られねばならない。これは、第１の犠牲材料の第２の層450が、第１の犠牲材料の第２の層450の端部からを除いて腐食されるのを防ぐ。
【００６７】
第３の犠牲材料の層470は、少なくとも一つのカット466において、第１の犠牲材料の第２の層450とのインターフェースを形成する。再度、少なくとも一つのカット466が、図示するようにチャンネルとして形成され得る。
【００６８】
上述のように、開放エッチング中に腐食液は、第１の犠牲材料の第１の層430と第１の犠牲材料の第２の層450を、それぞれのカット422と466においてより迅速に除去することになる。これにより結果として、第１の犠牲材料430と450の第１と第２の層を除去するための開放エッチングのための減少されたエッチング時間がもたらされる。カット422と466は、腐食液が、腐食液を側面エッチングホールから第１の犠牲材料430と450の第１と第２の層内にチャネリングすることによって、第１の犠牲材料の、第１と第２の層430と450のより広いエリアを腐食することを可能とする。上述のように、アイソレーション層410は、窒化ケイ素のような窒化物で有り得、第１の犠牲材料は、二酸化ケイ素のような酸化物で有り得る。第２の犠牲材料は、窒化ケイ素のような窒化物で有り得る。
【００６９】
本発明は、以上概説した模範的な実施例との関係で説明されてきた一方、多くの代替物，修正，及び変更が当業者にとって明白であること、は明白である。従って、上述の本発明の模範的実施例は、説明目的であることが意図される。本発明の精神と視野から離れること無しに、種々の変更が為され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって製造され得るマイクロマシン化された液体エゼクタ（ejector）の模範的実施例の断面図。
【図２】本発明によるマイクロマシン化された装置を製造するための方法の第１の模範的実施例を概説するフローチャート。
【図３】本発明の第１の模範的方法による製造段階での、図１の模範的エゼクタの断面図。
【図４】本発明の第１の模範的方法による開放エッチングステップに従って、側面のエッチングホールに沿ってとられた、図３の模範的エゼクタの断面図。
【図５】異なる方法による開放エッチングステップに従ったエゼクタの断面図。
【図６】図４の開放エッチングステップ中の膜構造が被った腐食（attack）の程度の概略表現。
【図７】図５の開放エッチングステップ中に膜構造が被った腐食の程度の概略表現。
【図８】本発明によるマイクロマシン化された装置を製造するための方法の第２の模範的実施例を概説するフローチャート。
【図９】本発明の第２の模範的方法による製造の段階で、縮小スケールで示される、図１の模範的エゼクタの部分上面図。
【図１０】図９のカット無しのエゼクタの一部分の部分断面図。
【図１１】図９のカット有りのエゼクタの一部分の部分断面図。
【図１２】本発明によるマイクロマシン化された装置を製造するための方法の第３の模範的実施例を概説するフローチャート。
【図１３】本発明の第３の模範的方法による製造の段階での図１の模範的エゼクタ（カット無し）の一部分の部分断面図。
【図１４】本発明の第３の模範的方法による製造の段階での図１の模範的エゼクタ（カット有り）の他の部分の部分的断面図。
【符号の説明】
100 液体エゼクタ
110 基板
120 アイソレーション層
130 電極
140 膜構造
142 膜
144 膜アンカー
150 表面プレート構造
152 表面プレート
154 ノズルホール
160 膜チャンバ
210 基板
220 アイソレーション層
230 電極
240 第１の構造材料の層
250 保護層
252 サポート脚
254 スルーホール
260 第１の犠牲材料の層
270 第２の犠牲材料の層
280 腐食液
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ素子のための膜構造を形成するための方法，膜構造自体，及び，膜構造を備えるマイクロ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜構造を備える種々のマイクロ素子が知られている。例えば、液体の移動を制御するために膜構造を使用する、液体を扱うマイクロ素子が知られている。模範的なマイクロ素子は、半導体及びフラットパネル業界でフォトレジストと他の液体を堆積するための、薬及び生物学サンプルを輸送するための、化学変化用の複数の化学物質を輸送するための、ＤＮＡ手順を取り扱うための、相互作用研究及び分析のための薬と生物学材料を輸送するための、あるいは、マイクロマシン内での永続性の及び／又は除去可能なガスケットとして使用可能な薄く狭いプラスチックの層を堆積させるための、インクジェット記録あるいは印刷のための、マイクロマシン化された射出素子を含む。例えばColeman et al.,に対する特許文献１（ここに参照として取りこまれる）を参照頂きたい。
【０００３】
マイクロ素子に対して、表面及び／又はバルクマイクロマシニング技術のような、種々の製造技術が知られている。集積回路（ＩＣ）製造産業にとって普通のプラナー製造プロセスのステップが、マイクロ電子機械素子あるいはマイクロ機械素子を製造するために使用され得る。標準のビルディング・ブロック（building block）プロセスは、基板上の交互層の、堆積（depositing）とフォトリソグラフィー・パターン化からなる。交互層は、低応力の多結晶シリコン（ポリシリコンとも呼ばれる）及び、基板上の二酸化シリコンのような犠牲材料からなる。犠牲層を通じたバイアスエッチ（vias etched）は、基板への、そしてポリシリコン層の間の、アンカーポイント（anchor points）をもたらす。ポリシリコン層は、パターン化され、マイクロマシン化された素子の機械的要素が形成される。機械的要素は、このようにして、一続きの堆積とパターン化プロセスステップで、層毎に形成される。二酸化シリコン層はその後、フッ化水素酸（ＨＦ）（ポリシリコン層をエッチングしない）のような選択的腐食液への暴露によって除去される。これが、ポリシリコン層に形成された機械的要素を、そこからの動作用に開放する。再度、例えば取り込まれた’198特許を参照頂きたい。
【０００４】
結果としての、マイクロマシーン化された素子は一般的に、電気的内部接続及び／又は電圧参照平面を提供するポリシリコンの第１の層，及び、単純な片持ちばり式から複雑なシステム（複数のギアに接続された静電モータのような）までの範囲を持つ機械要素を含む最大３つのポリシリコンの追加層，からなる。層厚は一般的に約0.5−2ミクロンである一方、一般的な平面内横向き寸法は、１ミクロンから数百ミクロンまでの範囲に亘る。全体のプロセスは、標準ＩＣ製造技術に基づくので、数百から数千の素子が、バッチで製造され、一つのシリコン基板上に（部品組み立てに対するいかなる必要性も無しに）完全にアセンブルされ得る。
【０００５】
特に、マイクロ素子は、ＳＵＭＭｉＴプロセスを用いて製造され得る。ＳＵＭＭｉＴプロセスは、Sandia NationalLabsに属する種々の米国特許（第5，783，340号，第5，798，283号，第5，804，084号，第5，919，548号，第5，963，788号，及び第6，053，208号，（その各々の全体がここに参照として取りこまれる）を含む）によってカバーされている。ＳＵＭＭｉＴプロセスは、主に、'084特許と'208特許によってカバーされる。特に、出願中の米国特許出願番号09/723，243（2000年11月28日出願：その全体がここに参照として取りこまれる）で議論される方法、が使用され得る。
【０００６】
マイクロマシーン化された素子の異なる層の上の構造間の意図しない干渉を避けるためにマルチレベルのマイクロマシーン化された素子内の種々のレベルを平面化する（planarize）化学機械的研磨（ＣＭＰ）技術が、Nasby et al.に対する米国特許第5，804，084号に記述される。上述のプロセスで、比較的厚い（2μｍ）ポリシリコンと酸化物の層が堆積されエッチングされるにつれて、引き続くそうの、堆積（deposition），パターン化，及びエッチングでの制限を課すかなりの表面地形（surface topography）が現れる（arisees）。表面地形は、層が事前のエッチングステップで生成された谷の中を覆う（drape into）際に生成される。フォトレジスト・ステップのカバー（coverage），フォトリソグラフィ装置の焦点深度，ドライ・エッチング中のスティンジャ（stinger）の発生，に伴う処理の困難さを除去するために、特定の層を平面化することがしばしば望ましい。米国特許第5，804，084号で議論されるような、中間犠牲層の化学機械的な研磨は、マルチレベル・マイクロマシン・プロセスに固有の地形的困難さを改善するための、比較的単純で迅速な処理を与える。これによって、構造設計，特殊なフォトレジスト・プロセス，及び特別のマスクレベルの使用，における更なる懸念が必要とされなくなる。
【０００７】
例えば、シリコン基板内へ、平均より低い選択性を持つ溝とリッジ（ridge）等のような構造を規定するために、異方性のエッチングプロセスが使用され得る。エッチングされるべき個々の構造は通常、一般にマスキング層と呼ばれるもの（例えばフォトレジスト層）としてシリコン基板に適用されたエッチング・マスクによって規定される。異方性のエッチング技術では、シリコン内で側面に正確に規定された凹部を達成することが必要である。これらの深く延びる凹部は、可能な限り垂直な側面端部（lateral ends）を持たねばならない。エッチングされるはずではないそれらのシリコン基板領域を覆うマスキング層の端部は、マスクからシリコン内への構造的遷移（structural transition）の側面の、可能な限り高い正確性を維持するために、アンダーエッチ（underetch）されない。結果として、エッチングが、構造の底部の上でのみ進行することを許容し、既に生成された構造の側壁上では進行しないことが必要である。
【０００８】
この目的のために、シリコン基板のプロファイルのエッチングを実行するために、プラズマエッチング法が使用され得る。そのような方法で、化学的に反応性のある種（species）と電気的に荷電された粒子（イオン）が、反応器内の反応性のガス混合物の中で、電気放電の助けを借りて生成される。このやり方で生成された正に荷電されたカチオンは、シリコン基板に印加された電気的なプレストレス（prestress）を使って基板に向かって加速され、実際に垂直に基板表面上に落ち、エッチングベース（etching base）上のシリコンとともに反応性のプラズマ種の化学反応を促進する。
【０００９】
特定のタイプの異方性のエッチングプロセスが、Laermer et al.に対する米国特許第5，501，893号に記述される。この特定のタイプのエッチングプロセスは、広く、ボッシュ・エッチング（Bosch etch）と呼ばれる。ボッシュ・エッチングによると、異方性のエッチングプロセスは、順次エッチングと重合ステップを交代させることによって達成される。結果として、有利なやり方で、プラズマ内の、エッチング種と重合体フォーマ（polymer formers）の同時存在が全く避けられる。従って、シリコン基板での非常に高いエッチングレートでの、垂直端部を持つ深い構造が実現される。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第6，127，198号
【００１１】
【発明の概要】
本発明のシステム及び方法は、エッチングに起因するたわみが削減された膜構造を提供する。
【００１２】
本発明のシステム及び方法は別個に、エッチングに起因するたわみが削減された膜構造を持つマイクロ素子を提供する。
【００１３】
本発明のシステム及び方法は別個に、その中で上部と下部の強度傾斜が実質的に同じである膜構造を提供する。
【００１４】
本発明のシステム及び方法は別個に、その中で上部と下部の強度傾斜が実質的に同じである膜構造を持つマイクロ素子を提供する。
【００１５】
本発明のシステム及び方法は別個に、そして独立に、マイクロ構造とマイクロ素子の製造のための、削減された開放エッチング時間（release etch time）を提供する。
【００１６】
本発明のシステム及び方法は別個に、製造中の開放エッチングから、より少ない損傷しか受けないマイクロ素子のマイクロ構造を提供する。
【００１７】
本発明の方法の種々の模範的実施例で、マイクロ素子のための構造的材料の膜が、第１の犠牲材料の層を形成し、第１の犠牲材料の層の上に第１の構造材料（structural material）の層を形成し、第１の構造材料の層の上に第２の犠牲材料の層を形成し、第２の犠牲材料（sacrificial material）の層の上に保護層を形成し、そして、第１と第２の犠牲材料の層を、実質的に同じ率で除去するために、第１と第２の犠牲材料の層に、開放エッチングを受けさせることによって製造される。種々の実施例で、保護層は、第１と第２の犠牲材料の層に開放エッチングを受けさせられた後に除去される。種々の実施例で、保護層は機械的に除去される。他の種々の実施例で、保護層は化学的に除去される。
【００１８】
種々の模範的な実施例によって、第１の構造材料の層は、ポリシリコンの層によって形成され得る。種々の実施例で、保護層は、ポリシリコンの保護層によって形成され得る。他の実施例では、第１の構造材料の層及び／又は保護層は、一つの結晶シリコン（crystal silicon）の層によって形成され得る。第１と第２の犠牲材料の層は、第１及び第２の酸化物の層によって形成され得る。種々の模範的実施例によって、保護層は、構造材料の第１の層の周囲の外側の複数の支持脚を形成し、犠牲材料の第２の層の上に保護層を形成し、支持脚に付着することによって形成され得る。種々の実施例で、複数の支持脚と保護層は、ポリシリコンで有り得る。他の種々の実施例で、複数の支持脚は窒化物でありうる。
【００１９】
本発明の更なる模範的実施例によって、上述の実施例のいずれかによって製造された膜は、更に、第２の構造材料の層（その上に第１の犠牲材料の層が形成される）を形成し、第２の構造材料の層に少なくとも一つのカットを形成し、そして、保護層に少なくとも一つのカットを形成する、ステップによって製造され得る。種々の模範的実施例で、第２の構造材料の層の少なくとも一つのカットにおいて第１の犠牲材料の層と第３の材料の層との間にインターフェース（interface）が生成されるように、第３の材料の層（その上に第２の構造材料の層が形成される）が形成され、保護層の少なくとも一つのカットにおいて第２の犠牲材料の層と第４の材料の層との間にインターフェースが形成されるように、第４の材料の層が保護層の上に形成される。
【００２０】
種々の実施例で、第１と第２の犠牲材料の層は、第１の犠牲材料の層によって形成され、第３と第４の材料の層は、第１の犠牲材料とは異なる材料の層によって形成される。
【００２１】
本発明の方法の種々の模範的実施例で、マイクロ素子のための構造材料の膜は、第１の材料の第１の層を形成し、第１の材料の第１の層の上に構造材料の第１の層を形成し、第１の構造材料の層に少なくとも一つのカットを形成し、第１の構造材料の層での少なくとも一つのカットにおいて第１の材料と犠牲材料との間にインターフェースが形成されるように、第１の材料とは異なる犠牲材料の第１の層を第１の構造材料の層の上に形成し、そして、第２の犠牲材料の第１の層を除去するために第１の犠牲材料の層に開放エッチングを受けさせる、ことによって製造される。
【００２２】
種々の模範的実施例によって、第１の構造材料の層は、ポリシリコンの層によって形成される。他の実施例で、第１の構造材料の層は、一つの結晶シリコンの層によって形成される。種々の実施例で、第１の構造材料の層での少なくとも一つのカット（cut）は、少なくとも一つのチャンネル（channel）を備え得る。
【００２３】
種々の実施例で、第１の材料の第１の層は、第１の窒化物の層によって形成され得、第１の犠牲材料の層は、第１の酸化物の層によって形成され得る。種々の実施例で、第２の構造材料の層は、第１の酸化物の層の上に形成される。本発明の更なる模範的実施例によって、上述の実施例のいずれかによって製造された膜は、更に、第２の構造材料の層の上に第２の酸化物の層を形成し、第２の酸化物の層の上に保護層を形成し、保護層に少なくとも一つのカットを形成し、保護層での少なくとも一つのカットにおいて酸化物−窒化物のインターフェースが形成されるように、保護層の上に第２の窒化物の層を形成し、そして、第２の酸化物の層を除去するために、第２の酸化物の層に開放エッチングを受けさせるステップによって製造され得る。
【００２４】
本発明のこれら及び他の特徴と利点が、以下の、本発明による方法と装置の種々の模範的実施例の詳細な記述に記載されるか、あるいは、それから明白である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の方法及び装置の種々の模範的実施例が、添付の図面を参照して、以下に詳細に記載される。
【００２６】
本発明の方法は、広い種類のマイクロ装置の製造で使用され得る。例えば、表面マイクロマシン化技術が、種々のタイプのインク・ジェット・エゼクタを製造するために使用され得る。特に、そのような技術を用いて製造された、静電的にそして磁気的にアクチュエートされた液体エゼクタは、液滴サイズ変調（drop size modulation）を持つ、小型で、統合された、モノリシックの（組み立て無しかあるいは少しの組み立てしか必要とされない）製造、のための潜在能力を持つ。よって、本発明は、現存の表面マイクロマシン化技術の上に構築して、マイクロマシン化された装置の製造及びその構造での、特にマイクロマシン化された膜構造及び、膜構造を含むマイクロ素子での、独特の利点を提供する。
【００２７】
ここに本発明の模範的実施例が、マイクロマシン化された液体エゼクタを参照して記載される一方、本発明のシステムと方法は、いかなる既知のあるいは今後開発されるマイクロ装置の製造に対しても適する、ことを理解して欲しい。更に、本発明の方法は、ここに、膜構造を参照して記載される一方、本発明のシステムと方法は、いかなる既知のあるいは今後開発されるマイクロ構造の製造のためにも適することを理解して欲しい。
【００２８】
従って、例示の目的のみのために、マイクロマシン化された液体エゼクタ100の模範的実施例の断面図が、図１に示される。絶縁体あるいはアイソレーション層（isolation layer）120が、比較的厚い基板110の上に形成される。アイソレーション層120は、例えば、シリコン窒化物のような窒化物層によって形成され得る。基板110は、例えば、シリコン層によって形成され得る。電極130が、アイソレーション層120の上に形成される。電極130は、例えば、ポリシリコン層によって形成され得る。膜構造140は、電極130の上に形成される。膜構造140は、アイソレーション層120に接続された一つあるいはそれ以上の膜アンカー（membrane anchors）144によってサポートされた膜142を備え得る。膜構造140は、例えば、他のポリシリコン層によって形成され得る。表面プレート構造（a faceplate structure）150は、膜構造140の上に形成される。表面プレート構造150は、一つあるいはそれ以上のノズルホール（nozzle hole）154を持つ表面プレート152を備え得る。表面プレート構造150は、例えば、ポリイミド層によって形成され得る。膜チャンバ160が、膜構造140とアイソレーション層120との間に規定される。液体エゼクション・チャンバ170が、表面プレート構造150と膜構造140との間に規定される。
【００２９】
製造中に、犠牲材料の層が形成されエッチングされ、エゼクタ100の構造を規定する。製造プロセスが実行されるに際して、犠牲材料の層は一般的に開放エッチングによって除去されているので、犠牲材料の層は図１に図示していない。例えば、第１の犠牲材料の層は、膜構造140と電極130との間から除去されているかもしれないし、また、第２の犠牲材料の層は、膜142を移動のために開放するために、膜構造140と表面プレート構造150との間から除去されているかもしれない。
【００３０】
既知のバルクと表面マイクロマシン化技術を用いたエゼクタ100の製造には、一定の問題を伴う。例えば、膜142のような拡張されたポリシリコン構造の製造は、一般的に、腐食液の犠牲材料（膜チャンバ160を規定する）へのアクセスを可能とするための、約30ミクロン毎に、エッチングホールを必要とすることになろう。しかし、エッチングホールは、液体がエゼクション・チャンバ170からエゼェクト（eject）されて、使用中に、膜チャンバ160内に漏れることを可能とするだろう。
【００３１】
膜142内でエッチング・ホールを形成する替わりに、腐食液の犠牲材料（膜チャンバ160を規定する）へのアクセスを可能とするために、側面のエッチングホールは、膜アンカー（membrane anchor）144内に、あるいはその間に、形成され得る。側面のエッチング・ホールは、開放エッチングが完了した後に塞がれる。
【００３２】
上述のように開放エッチングには、側面エッチングホールを用いて犠牲材料を除去するために、より長い時間が掛かり得、結果として、膜142とエゼクタ100の他の構造の、腐食液への所望されない長い暴露と、潜在的な損傷をもたらし得る。更に、膜142上の犠牲材料は完全に腐食液に暴露されるので、膜142の上面は、膜142のより低い表面の部分（側面エッチングホールから離れた）に比べてより長い時間腐食液に暴露される。膜142が、ポリシリコンのような固有の応力を有する材料で形成される時に、結果として、膜142の上部表面が、膜142のより低い（低部の）表面に比して弱体化し、膜142が、電極130から離れて外側にたわむことを許容する。エゼクタ100について、電極130と膜142との間の増加された距離によって、電極130を用いて生成された電界を用いて膜142を移動させるために必要な、対応するアクチュエーション電圧の増加が必要とされ、また更に、エゼクタ100を役に立たなくさせ得る。
【００３３】
本発明は、これらの問題点に対する解決法を提供する。本発明の種々の実施例によって、エッチングによってもたらされるたわみ無しに、膜構造等が製造され得る。本発明の種々の実施例で、膜構造の上部層が、膜構造の低部の層の強度傾斜と実質的に同じ強度傾斜を持ち得る。本発明の種々の実施例によって、膜構造の上に形成される犠牲材料の層の上に保護層が形成される。保護層は、腐食液の犠牲材料（膜構造の上に形成される）の側面へのアクセス（側面アクセス・ホールによって提供されるのと類似のアクセス）だけを可能とする。従って、腐食液は膜の各側の上の犠牲材料の層を、実質的に同じ比率で腐食する。
【００３４】
本発明の種々の実施例によって、犠牲材料の層を除去するために用いられる開放エッチングからのより少ない損傷で、膜構造等が製造され得る。本発明の種々の実施例で、開放エッチングを用いて犠牲材料の層を除去するために必要な時間が減少される。本発明の種々の実施例によって、少なくとも一つのカットが、犠牲層の上に形成される構造材料の層に、あるいはその上に犠牲材料の層が形成される構造材料の層に形成される。少なくとも一つのカットは、犠牲材料の層への追加のアクセスを持つ腐食液を提供する。更に、種々の実施例で、除去されるべき層の犠牲材料とは異なる、他の犠牲材料の層が、除去されるべき犠牲材料の層とは反対の構造材料の層の側面の上に形成される。少なくとも一つのカットにおいて、２つの犠牲材料の間にインターフェースが形成される。開放エッチングは、インターフェースにおいてより高速に進む。
【００３５】
図２は、本発明による、マイクロマシン化された装置を製造するための方法の第１の模範的実施例を概説するフローチャートである。製造プロセスは、ステップＳ100で、例えばシリコン等の基板において、開始する。ステップＳ200で、基板の上にアイソレーション層が形成される。アイソレーション層は、例えばシリコン窒化物のような、いかなる適切な誘電体でも有り得る。ステップＳ300で、第１の構造材料の層はその後、アイソレーション層の上に形成される。第１の構造材料の層は、例えば、ポリシリコンあるいは単一結晶シリコンであり得る。ステップＳ100−Ｓ300は別個のステップとして示される一方、このプロセスは、事前に製造された絶縁体上のシリコンウェーハで開始し得ることが理解されるべきである。
【００３６】
第１の構造材料の層は、例えば、ステップＳ400に進む前にエッチングプロセスによって、所望されるようにプロセスされ得る。ステップＳ400で、第１の犠牲材料の層が、第１の構造材料の層の上に形成される。その後、ステップＳ500で、第２の構造材料の層が、第１の犠牲材料の層の上に形成される。第２の犠牲材料の層は、ステップＳ600で第２の犠牲材料の層の上に形成され、ステップＳ700で第２の犠牲材料の層の上に保護層が形成される。
【００３７】
第１と第２の犠牲材料の層は、ステップＳ800で除去される。例えば、第１と第２の犠牲材料の層は、他の層のの材料を大きく腐食するために許容されない、フッ化水素のような開放エッチングに曝され得る。第１と第２の犠牲材料の層は、側面を除いて完全に、他の層で覆われるので、エッチング液（etchant）は、第１と第２の犠牲材料の層を同様のやり方で腐食することになる。このようにして、第１と第２の犠牲材料の層の間に配置された第２の構造材料の層の表面の双方が、腐食液（etchant）に同様に暴露されることになる。
【００３８】
第１と第２の犠牲材料の層が除去された後に、ステップＳ900で保護層が除去され得る。しかし保護層は、素子の他の構造層を形成し得る。その場合には、ステップＳ900は実行されないことになる。プロセスはその後、ステップＳ1000で終了する。しかし、最終素子を得るための、更なるプロセッシングが可能であることが理解されねばならない。
【００３９】
図３と４は、本発明の第１の模範的方法による製造の段階での、図１の模範的なエゼクタを示す。ここに示されるように、アイソレーション（isolation）層220は、基板210の上に形成され、電極230は、アイソレーション層220の上に形成される。第１の犠牲材料の層260は、電極230の上に形成される。エゼクタのための膜構造（膜と膜アンカー）を形成する第１の構造材料の層240は、第１の犠牲材料の層260の上に形成される。第２の犠牲材料の層270は、第１の構造材料の層240の上に形成される。
【００４０】
本発明の第１の模範的方法によって、第２の犠牲材料の層270の上に保護層250が形成される。ここに示されるように、保護層250は、例えばアイソレーション層220に接続する、一つあるいはそれ以上のサポート脚252の上に形成され得る。図４に示すように、本方法によってサポート脚252は、腐食液が第１と第２の犠牲材料の層260と270にアクセスするのを可能とするために膜アンカー内に形成された、あるいはその間に形成された側面のエッチングホール（etch holes）に対応して、スルーホール254から離れて間隔が空けられねばならないか、あるいは、スルーホール254を含まねばならない。
【００４１】
図４に示されるように第１の模範的方法は、開放エッチング（そこで腐食液280が第１と第２の犠牲材料の層260と207を除去する）を採用する。第１と第２の犠牲材料の層206と207は、側面エッチングホール（lateral etch holes）と対応するスルーホール（through holes）254を除いてその全面を被覆されるので、腐食液280は、第１及び第２の犠牲材料の層206と207を同様のやり方で腐食する。
【００４２】
図５は、開放エッチングステップ（第２の犠牲材料の層270の上部表面が暴露されるように、ここで保護層250が省略される（omitted））に曝されるエゼクタの断面図である。図５の矢印で図示されるように、開放エッチング中に、腐食液280は、第２の犠牲材料の層270の全体の上部表面を腐食することを許される。その結果、第２の犠牲材料の層270が、第１の犠牲材料の層260（これは、側面エッチングホールを経由して腐食液にのみ暴露される）に比べてより高い率で除去される。例えば、側面エッチングホールを用いた15分のエッチングが必要な、半径200ミクロンを持つ膜には、標準エッチングホール（犠牲材料の上の層で形成される）が用いられる時に、2.5分のエッチングのみが必要とされる。
【００４３】
図４と５に示された模範的プロセスの双方で、第１の構造材料の層240の低部の部分は、第１の犠牲材料の層260が徐々に除去されるにつれて、徐々に腐食液280に暴露される。こうして、側面エッチングホールにより近い、第１の構造材料の層240の低部の一部分は、側面エッチングホールから、より遠い第１の構造材料の層240の低部の内部部分に比べてより長い期間、開放エッチングに曝される。これが概略的に、第１の構造材料の層240の低部242が、比較的強力な腐食Ｓ，比較的弱い腐食Ｗ，及び中間の腐食Ｍ，に曝される部分を持つ、図６と図７に示される。
【００４４】
構造層がポリシリコンで作られ、犠牲材料はニ酸化ケイ素であり、開放腐食液がフッ化水素酸（ＨＦ）である場合には、腐食のメカニズムは現在以下の様に理解されている。ポリシリコンの種々の結晶定位（crystal orientation）の結晶の間の境界は、ポリシリコン層あるいはフィルム内のいかなる不純物に対しても集合点（collection point）となる傾向を持つ。いくつかのポリシリコンフィルムは、少量の酸素のような不純物を持つ。結晶境界において酸素が集塊する時に、酸素は、フッ化水素酸に対するターゲットとなる。これによって、ポリシリコンフィルムの表面が、結晶境界において弱められるか、あるいは破壊される。
【００４５】
本発明の第１の模範的方法で、第１の構造材料の層240の上部部分もまた、第２の犠牲材料の層270が徐々に除去されるにつれて、腐食液280に徐々に暴露される。こうして、側面エッチングホールにより近い第１の構造材料の層240の上部部分の一部分が、側面エッチングホールから離れた第１の構造材料の層240の低部の外側部分に比べて、より長い期間開放エッチングに曝される。図６に概説されるように、第１の構造材料の層240の上部部分244は、比較的強い腐食Ｓ，比較的弱い腐食Ｗ，及び中程度の腐食Ｍに曝される部分を持つ。
【００４６】
しかし、図５に示される模範的プロセスによると、第１の構造材料の層240の実質的に全ての上部部分244が、第２の犠牲材料の層270が除去されると直に、実質的に同じ時間において腐食液280に暴露される。腐食液280が第２の犠牲材料の層270の上部表面全体を腐食するので、第１の構造材料の層240の上部部分244の全体が、比較的強力な腐食Ｓに曝される。
【００４７】
第１の構造材料の層240上での腐食液280の腐食は、第１の構造材料の層240を弱める。このようにして、比較的強力な腐食Ｓは、比較的弱い腐食Ｗに比べてより大きな損傷を引き起こす中程度の腐食Ｍに比べて、より大きな損傷を引き起こす。従って、第１の構造材料の層240は、側面エッチングホール（etch holes）を用いて、異なるレベルの腐食に曝される。そして、第１の構造材料の層240の中央に向けて第１の構造材料の層240が強度傾斜を持つことになり、比較的強力な腐食Ｓに曝される部分は、中程度の腐食Ｍに曝される部分（これは、比較的弱い腐食に曝される部分Ｗに比べてより強い）より強い。
【００４８】
図７に示されるように図５の模範的プロセスは、上部部分244が、低部242に類似する強度傾斜を持たないようにする。上部部分244全体が、比較的強力な腐食Ｓに曝されるので、上部部分244の全体は、中位の腐食Ｍと比較的弱い腐食Ｗに曝される、低部242の部分に比べてより弱い。第１の構造材料の層240内の固有の応力は、第１の構造材料の層240を撓ませる。つまり、上部部分244が凸状で、低部242が凹状であるように、第１の構造材料の層240は、曲がる。上述のように、これは所望されない結果である。
【００４９】
しかし図６に示されるように、本発明の第１の模範的方法は、より低い（lower）及びより高い（upper）部分242と244が、実質的に同じ強度傾斜を持つようにする。これが、いかなるエッチングによってもたらされる、第１の構造材料の層240の撓みをも削減し、あるいは除去する。
【００５０】
図８は、本発明によるマイクロマシーン化された装置を製造するための方法の第２の模範的実施例を概説するフローチャートである。製造プロセスは、ステップＳ1100で、例えばシリコンのような基板で開始する。ステップＳ1200で、アイソレーション層（isolation layer）が、基板の上に形成される。アイソレーション層は、例えば窒化ケイ素のような、いかなる適切な誘電体でも有り得る。第１の構造材料の層はその後、ステップＳ1300で、アイソレーション層の上に形成される。第１の構造材料の層は、例えば、ポリシリコンあるいは単一結晶シリコンで有り得る。ステップＳ1100−Ｓ1300が別個のステップとして示される一方、プロセスは、事前に製造されたシリコン上に絶縁部を持つウェーハで開始し得ることが理解されるべきである。
【００５１】
ステップＳ1400で、第１の構造材料の層を通じてカットが作られ、アイソレーション層の一部分を暴露させる。その後、ステップＳ1500で、犠牲材料の層が第１の構造材料の層の上に形成される。第２の構造材料の層が、ステップＳ1600で犠牲材料の層の上に形成される。
【００５２】
犠牲材料の層はその後、ステップＳ1700で除去される。例えば、犠牲材料の層は、他の層の材料を腐食することが許されない、フッ化水素酸のような開放エッチングに暴露され得る。犠牲材料の層は完全に、側面を除いて他の層によって覆われるので、腐食液は犠牲材料の層を側面から腐食することになる。
【００５３】
第１の構造材料の層におけるカットは好ましくは、外側の端部からサイドにおいて（at the side）走るチャンネルを形成する。アイソレーション層／犠牲材料層はカットで干渉するので、エッチングは、そのようなチャンネルに沿ってより迅速に進行し、増加された犠牲材料への腐食液のアクセスを提供し、必要なエッチング時間を減少させる。一旦犠牲材料の層が除去されると、プロセスはステップＳ1800で終了する。
【００５４】
図９−11は、本発明の第２の模範的方法による製造の段階における図１の模範的エゼクタを示す。ここに示されるように、エゼクタのための電極を形成する第１の構造材料の層320が、アイソレーション層310及び／又は基板（図示せず）の上に形成される。第１の構造材料の層320は、少なくとも一つのカット322を含む。第１の犠牲材料の第１の層330は、構造材料の第１の層320の上に形成される。第１の犠牲材料の第１の層330は、アイソレーション層310とのインターフェースを、少なくとも一つのカット322において形成する。これは、図１０と１１に示されるような、それぞれ、カットを持つ、持たない、部分的な断面を形成する。図示のように、少なくとも一つのカット322が、チャンネルとして形成され得る。
【００５５】
開放エッチング中に腐食液は、第１の犠牲材料の第１の層330を、少なくとも一つのカット322においてより迅速に除去する。これは結果として、第１の犠牲材料の第１の層330を除去するための開放エッチングに対する減少したエッチング時間をもたらす。特に少なくとも一つのカット322がチャンネルとして形成される時に、少なくとも一つのカット322が腐食液が、第１の犠牲材料の第１の層330のより広いエリアを、腐食液を側面のエッチングホールから第１の犠牲材料の第１の層330内に浸透させてチャネリングする（channeling）ことによって腐食させることを許容する。
【００５６】
第１の犠牲材料とアイソレーション層の材料が適切に選択される時に、第１の犠牲材料の第１の層330を除去するための開放エッチングのためのエッチング時間は、更により削減される。例えば、アイソレーション層材料は、窒化ケイ素のような窒化物で有り得る。第１の犠牲材料は、二酸化ケイ素のような酸化物であり得る。これは、少なくとも一つのカット322において、酸化物−窒化物インターフェースを提供する。実験によって、フッ化水素酸の開放エッチングが、酸化層を、酸化物−窒化物インターフェースに沿って、酸化物−ポリシリコンインターフェースに比べてより迅速に除去することが示された。
【００５７】
更に実験によって、本発明の第２の模範的方法による製造が、エッチング速度を、３０−５０％増加させることが示された。上述のように、開放エッチングのための削減されたエッチング時間は結果としてを、マイクロ素子の構造的及び電気的構成要素へのより少ない損傷もたらす。適切な数のカットを用いることによって、開放エッチングのためのエッチング時間が、機械的劣化及び／又は電気回路の開放を避けるために十分なだけ削減される。
【００５８】
図１２は、本発明によってマイクロマシン化された素子を製造するための方法の第３の模範的実施例を概説するフローチャートである。製造プロセスは、ステップＳ2100で、例えばシリコンのような基板で開始する。ステップＳ2200で、アイソレーション層が、基板の上に形成される。アイソレーション層は、例えば窒化ケイ素のような、いかなる適切な誘電体でも有り得る。構造材料の第１の層はその後、ステップＳ2300で、アイソレーション層の上に形成される。第１の構造材料の層は、例えばポリシリコンあるいは単一の結晶シリコンであり得る。ステップＳ2100−Ｓ2300は、別個のステップとして示される一方、プロセスは、事前に製造されたシリコン上に絶縁物が載ったウェーハで開始し得ることが理解されなければならない。
【００５９】
ステップＳ2400で、アイソレーション層の一部分を暴露するために、第１の構造材料の層を通じてカットが作られる。その後ステップＳ2500で、第１の犠牲材料の層が、第１の構造材料の層の上に形成される。第２の構造材料の層が、ステップＳ2600で、第１の犠牲材料の層の上に形成される。ステップＳ2700で、第２の犠牲材料の層が、第２の構造材料の層の上に形成される。保護層はその後、ステップＳ2800で、第２の犠牲材料の層の上に形成される。保護層を通じたカットが、ステップＳ2900で作られ、第２の犠牲材料の層の一部分を暴露する。
【００６０】
ステップＳ3000で、第３の犠牲材料の層と第２の犠牲材料の層との間にインターフェースが形成されるようなやり方で、第３の犠牲材料の層が保護層の上に形成される。第３の犠牲材料の層は、例えばエッチングによって、第２の犠牲材料の層に比して、より除去が許されない材料で作られる。例えば、第３の犠牲材料の層は窒化物であり得、第２の犠牲材料の層は酸化物であり得、保護層内のカットにおいて窒化物／酸化物インターフェースを形成し得る。
【００６１】
第１と第２の犠牲材料の層は、ステップＳ3100で除去される。例えば、第１及び第２の犠牲材料の層は、他の層の材料を大きく腐食することが許されない、フッ化水素酸のような開放エッチングに曝され得る。第１と第２の犠牲材料の層は、側面を除いて完全に他の層によって覆われるので、腐食液は第１及び第２の犠牲材料の層を、類似のやり方で腐食することになる。従って、第１と第２の犠牲材料の層の間に配置された第２の構造材料の双方の層が、類似する、腐食液に対する暴露を持つことになる。更にカットにおけるインターフェースは、上述のように、必要なエッチング時間を減少させる。
【００６２】
第１及び第２の犠牲材料の層が除去された後に、第３の犠牲材料の層と保護層は、ステップＳ3200とＳ3300で、それぞれ除去され得る。プロセスはその後、ステップＳ1000で停止する。
【００６３】
図１３と図１４は、本発明の第３の模範的方法による製造段階での、図１の模範的エゼクタの部分断面を示す。これまでの実施例におけるように、エゼクタのための電極を形成する第１の構造材料の層420が、アイソレーション層410及び／又は基板（図示せず）の上に形成される。第１の構造材料の層420は、少なくとも一つのカット422を含む。第１の犠牲材料の第１の層430が、構造材料420の第１の層420の上に形成される。第１の犠牲材料の第１の層430は、少なくとも一つのカット422において、アイソレーション層410とのインターフェースを形成する。
【００６４】
図１３と図１４に示されるように、のエゼクタ膜構造を形成する第２の構造材料の層440が、第１の犠牲材料の第１の層430の上に形成される。第１の犠牲材料の第２の層450が、第２の構造材料の層440の上に形成される。
【００６５】
本発明の第３の模範的方法によって、保護層460が第１の犠牲材料の第２の層450の上に形成される。第１の実施例に関する上述の説明ように、保護層460は、例えばアイソレーション層410に接続する一つあるいはそれ以上のサポート脚462上に形成され得る。再び、図９に示されるように、サポート脚462は、腐食液のアクセスを許容するために、膜アンカー中に、あるいはその間に形成された側面のエッチングホールに対応して、スルーホール464から間隔が空けられるか、あるいは、それを含むべきである。
【００６６】
図１４に示されるように、少なくとも一つのカット466が、保護層460に形成される。図１３は、カット無しの、一部分の部分断面を示す。第３の犠牲材料の層470が、保護層460の上に形成される。第３の層470は、第１の犠牲材料に比べて、腐食をより許容しない、第２の犠牲材料で作られねばならない。これは、第１の犠牲材料の第２の層450が、第１の犠牲材料の第２の層450の端部からを除いて腐食されるのを防ぐ。
【００６７】
第３の犠牲材料の層470は、少なくとも一つのカット466において、第１の犠牲材料の第２の層450とのインターフェースを形成する。再度、少なくとも一つのカット466が、図示するようにチャンネルとして形成され得る。
【００６８】
上述のように、開放エッチング中に腐食液は、第１の犠牲材料の第１の層430と第１の犠牲材料の第２の層450を、それぞれのカット422と466においてより迅速に除去することになる。これにより結果として、第１の犠牲材料430と450の第１と第２の層を除去するための開放エッチングのための減少されたエッチング時間がもたらされる。カット422と466は、腐食液が、腐食液を側面エッチングホールから第１の犠牲材料430と450の第１と第２の層内にチャネリングすることによって、第１の犠牲材料の、第１と第２の層430と450のより広いエリアを腐食することを可能とする。上述のように、アイソレーション層410は、窒化ケイ素のような窒化物で有り得、第１の犠牲材料は、二酸化ケイ素のような酸化物で有り得る。第２の犠牲材料は、窒化ケイ素のような窒化物で有り得る。
【００６９】
本発明は、以上概説した模範的な実施例との関係で説明されてきた一方、多くの代替物，修正，及び変更が当業者にとって明白であること、は明白である。従って、上述の本発明の模範的実施例は、説明目的であることが意図される。本発明の精神と視野から離れること無しに、種々の変更が為され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって製造され得るマイクロマシン化された液体エゼクタ（ejector）の模範的実施例の断面図。
【図２】本発明によるマイクロマシン化された装置を製造するための方法の第１の模範的実施例を概説するフローチャート。
【図３】本発明の第１の模範的方法による製造段階での、図１の模範的エゼクタの断面図。
【図４】本発明の第１の模範的方法による開放エッチングステップに従って、側面のエッチングホールに沿ってとられた、図３の模範的エゼクタの断面図。
【図５】異なる方法による開放エッチングステップに従ったエゼクタの断面図。
【図６】図４の開放エッチングステップ中の膜構造が被った腐食（attack）の程度の概略表現。
【図７】図５の開放エッチングステップ中に膜構造が被った腐食の程度の概略表現。
【図８】本発明によるマイクロマシン化された装置を製造するための方法の第２の模範的実施例を概説するフローチャート。
【図９】本発明の第２の模範的方法による製造の段階で、縮小スケールで示される、図１の模範的エゼクタの部分上面図。
【図１０】図９のカット無しのエゼクタの一部分の部分断面図。
【図１１】図９のカット有りのエゼクタの一部分の部分断面図。
【図１２】本発明によるマイクロマシン化された装置を製造するための方法の第３の模範的実施例を概説するフローチャート。
【図１３】本発明の第３の模範的方法による製造の段階での図１の模範的エゼクタ（カット無し）の一部分の部分断面図。
【図１４】本発明の第３の模範的方法による製造の段階での図１の模範的エゼクタ（カット有り）の他の部分の部分的断面図。
【符号の説明】
100 液体エゼクタ
110 基板
120 アイソレーション層
130 電極
140 膜構造
142 膜
144 膜アンカー
150 表面プレート構造
152 表面プレート
154 ノズルホール
160 膜チャンバ
210 基板
220 アイソレーション層
230 電極
240 第１の構造材料の層
250 保護層
252 サポート脚
254 スルーホール
260 第１の犠牲材料の層
270 第２の犠牲材料の層
280 腐食液
Claims (2)
- 基板の上に形成されたアイソレーション層の上に第１の犠牲材料の層を形成するステップと、
前記アイソレーション層に接続され前記第１の犠牲材料の層の側面を覆うアンカーにより支持される第１の構造材料の層であって、前記アンカーには腐食液が前記第１の犠牲材料にアクセスするためのエッチングホールが形成された第１の構造材料の層を、前記第１の犠牲材料の層の上に形成するステップと、
第２の犠牲材料の層を前記第１の構造材料の層の上に形成するステップと、
前記アイソレーション層に接続され前記第２の犠牲材料の層の側面を覆う脚により支持される保護層であって、前記脚には腐食液が前記第２の犠牲材料にアクセスするためのスルーホールが含まれている保護層を、前記第２の犠牲材料の層の上に形成するステップと、
前記第１の犠牲材料の層及び前記第２の犠牲材料の層を開放エッチングに曝して除去するステップであって、腐食液が前記第１の犠牲材料の側面を覆う前記アンカーに形成されたエッチングホールを通って該第１の犠牲材料の側面から腐食させ、腐食液が前記第２の犠牲材料の側面を覆う前記脚に形成されたスルーホールを通って該第２の犠牲材料の側面から腐食させることにより、前記第１の構造材料が腐食液により受ける損傷の大きさが、水平方向に沿って該第１の構造材料の上部及び下部において同一とされるようになっているステップと、
を含むことを特徴とする、マイクロ素子のための構造材料の膜を製造するための方法。 - 基板の上に形成されたアイソレーション層の上に第１の犠牲材料の層を形成するステップと、
前記アイソレーション層に接続され前記第１の犠牲材料の層の側面を覆うアンカーにより支持される構造材料の層であって、前記アンカーには腐食液が前記第１の犠牲材料にアクセスするためのエッチングホールが形成された構造材料の層を、前記第１の犠牲材料の層の上に形成するステップと、
第２の犠牲材料の層を前記構造材料の層の上に形成するステップと、
前記アイソレーション層に接続され前記第２の犠牲材料の層の側面を覆う脚により支持される保護層であって、前記脚には腐食液が前記第２の犠牲材料にアクセスするためのスルーホールが含まれている保護層を、前記第２の犠牲材料の層の上に形成するステップと、
前記第１の犠牲材料の層及び前記第２の犠牲材料の層を開放エッチングに曝して除去するステップであって、腐食液が前記第１の犠牲材料の側面を覆う前記アンカーに形成されたエッチングホールを通って該第１の犠牲材料の側面から腐食させ、腐食液が前記第２の犠牲材料の側面を覆う前記脚に形成されたスルーホールを通って該第２の犠牲材料の側面から腐食させるステップと、
により製造された前記構造材料の層であって、腐食液により受けた損傷の大きさが、水平方向に沿って該構造材料の上部及び下部において同一とされている前記構造材料の層、
を備えたことを特徴とするマイクロ素子のための膜。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/986107 | 2001-11-07 | ||
| US09/986,107 US7060522B2 (en) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | Membrane structures for micro-devices, micro-devices including same and methods for making same |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003175498A JP2003175498A (ja) | 2003-06-24 |
| JP2003175498A5 JP2003175498A5 (ja) | 2005-12-22 |
| JP4384844B2 true JP4384844B2 (ja) | 2009-12-16 |
Family
ID=25532090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002317115A Expired - Fee Related JP4384844B2 (ja) | 2001-11-07 | 2002-10-31 | マイクロ素子のための膜構造，膜構造を含むマイクロ素子，及び膜構造を作るための方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7060522B2 (ja) |
| JP (1) | JP4384844B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7108354B2 (en) * | 2004-06-23 | 2006-09-19 | Xerox Corporation | Electrostatic actuator with segmented electrode |
| US7226146B2 (en) * | 2004-11-30 | 2007-06-05 | Xerox Corporation | Fluid ejection devices and methods for forming such devices |
| JP4907297B2 (ja) * | 2005-11-11 | 2012-03-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 微小構造体及び微小電気機械式装置の作製方法 |
| GB0605576D0 (en) * | 2006-03-20 | 2006-04-26 | Oligon Ltd | MEMS device |
| US7998775B2 (en) * | 2009-02-09 | 2011-08-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Silicon undercut prevention in sacrificial oxide release process and resulting MEMS structures |
| DE102017102545B4 (de) | 2017-02-09 | 2018-12-20 | Infineon Technologies Ag | Halbleitervorrichtung, Drucksensor, Mikrofon, Beschleunigungssensor und Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4740410A (en) * | 1987-05-28 | 1988-04-26 | The Regents Of The University Of California | Micromechanical elements and methods for their fabrication |
| DE4241045C1 (de) | 1992-12-05 | 1994-05-26 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium |
| US5798283A (en) | 1995-09-06 | 1998-08-25 | Sandia Corporation | Method for integrating microelectromechanical devices with electronic circuitry |
| US5783340A (en) | 1995-09-06 | 1998-07-21 | Sandia Corporation | Method for photolithographic definition of recessed features on a semiconductor wafer utilizing auto-focusing alignment |
| US5963788A (en) | 1995-09-06 | 1999-10-05 | Sandia Corporation | Method for integrating microelectromechanical devices with electronic circuitry |
| US5804084A (en) | 1996-10-11 | 1998-09-08 | Sandia Corporation | Use of chemical mechanical polishing in micromachining |
| US5919548A (en) | 1996-10-11 | 1999-07-06 | Sandia Corporation | Chemical-mechanical polishing of recessed microelectromechanical devices |
| US6610440B1 (en) * | 1998-03-10 | 2003-08-26 | Bipolar Technologies, Inc | Microscopic batteries for MEMS systems |
| US6127198A (en) | 1998-10-15 | 2000-10-03 | Xerox Corporation | Method of fabricating a fluid drop ejector |
| JP3486124B2 (ja) | 1998-12-28 | 2004-01-13 | 三菱電機株式会社 | 高圧燃料ポンプ装置 |
| US6472332B1 (en) * | 2000-11-28 | 2002-10-29 | Xerox Corporation | Surface micromachined structure fabrication methods for a fluid ejection device |
| US6587613B2 (en) * | 2001-07-24 | 2003-07-01 | Innovative Technology Licensing, Llc | Hybrid MEMS fabrication method and new optical MEMS device |
| US6936183B2 (en) * | 2001-10-17 | 2005-08-30 | Applied Materials, Inc. | Etch process for etching microstructures |
-
2001
- 2001-11-07 US US09/986,107 patent/US7060522B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-10-31 JP JP2002317115A patent/JP4384844B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7060522B2 (en) | 2006-06-13 |
| JP2003175498A (ja) | 2003-06-24 |
| US20030087468A1 (en) | 2003-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Laermer et al. | Deep reactive ion etching | |
| de Boer et al. | Micromachining of buried micro channels in silicon | |
| US6599436B1 (en) | Formation of interconnections to microfluidic devices | |
| US7439093B2 (en) | Method of making a MEMS device containing a cavity with isotropic etch followed by anisotropic etch | |
| US7504757B2 (en) | Multi-finger z-actuator | |
| US6787052B1 (en) | Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers | |
| US7361524B2 (en) | Method of manufacturing floating structure | |
| US7476951B2 (en) | Selective isotropic etch for titanium-based materials | |
| US8628677B2 (en) | Forming curved features using a shadow mask | |
| EP1279639A2 (en) | Micro-fluidic devices | |
| WO2007043963A1 (en) | Fabrication of inlet and outlet connections for microfluidic chips | |
| US6884732B2 (en) | Method of fabricating a device having a desired non-planar surface or profile and device produced thereby | |
| US20060278942A1 (en) | Antistiction MEMS substrate and method of manufacture | |
| JP2009537340A (ja) | 複数ポスト構造 | |
| TW200806567A (en) | Method of deep etching | |
| JP4384844B2 (ja) | マイクロ素子のための膜構造，膜構造を含むマイクロ素子，及び膜構造を作るための方法 | |
| US6544863B1 (en) | Method of fabricating semiconductor wafers having multiple height subsurface layers | |
| US6953704B2 (en) | Systems with high density packing of micromachines | |
| WO2001011672A1 (en) | Method of etching a layer using sacrificial elements | |
| US6472332B1 (en) | Surface micromachined structure fabrication methods for a fluid ejection device | |
| Chen et al. | An investigation into the characteristics of deep reactive ion etching of quartz using SU-8 as a mask | |
| Kuehl et al. | Advanced silicon trench etching in MEMS applications | |
| Denoual et al. | Accurate double-height micromolding method for three-dimensional polydimethylsiloxane structures | |
| EP2199252A1 (en) | Method of making a micro electro mechanical system (MEMS) device | |
| JP2011091127A (ja) | Ｓｉ基板加工方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051028 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080901 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081201 |
|
| 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: 20090827 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090928 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131002 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |