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HK1072036B - Electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process - Google Patents

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Publication number
HK1072036B
HK1072036B HK05105290.1A HK05105290A HK1072036B HK 1072036 B HK1072036 B HK 1072036B HK 05105290 A HK05105290 A HK 05105290A HK 1072036 B HK1072036 B HK 1072036B
Authority
HK
Hong Kong
Prior art keywords
vibration plate
electrode
sacrifice layer
electrostatic actuator
insulating layer
Prior art date
Application number
HK05105290.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Chinese (zh)
Other versions
HK1072036A1 (en
Inventor
Manabu Nishimura
Takahiko Kuroda
Shuya Abe
Makoto Tanaka
Mitsugu Irinoda
Kenichiroh Hashimoto
Original Assignee
Ricoh Company, Ltd.
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
Priority claimed from JP2002228117A external-priority patent/JP2004066606A/ja
Priority claimed from JP2002262345A external-priority patent/JP4039557B2/ja
Priority claimed from JP2002264243A external-priority patent/JP4115210B2/ja
Priority claimed from JP2002266332A external-priority patent/JP4043895B2/ja
Priority claimed from JP2002270139A external-priority patent/JP2004106089A/ja
Priority claimed from JP2002341752A external-priority patent/JP4111809B2/ja
Application filed by Ricoh Company, Ltd. filed Critical Ricoh Company, Ltd.
Priority claimed from PCT/JP2003/009929 external-priority patent/WO2004012942A1/en
Publication of HK1072036A1 publication Critical patent/HK1072036A1/en
Publication of HK1072036B publication Critical patent/HK1072036B/en

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Claims (47)

  1. Elektrostatischer Aktor (10), der umfasst:
    ein Substrat (1);
    eine Elektrode (12a), die auf dem Substrat (1) gebildet ist;
    mehrere Unterteilungsabschnitte (50a), die auf der Elektrode (12a) gebildet sind; eine Schwingungsplatte (19), die auf den Unterteilungsabschnitten (50a) gebildet ist, wobei die Schwingungsplatte (19) durch eine elektrostatische Kraft, die durch eine an die Elektrode (12a) angelegte Spannung erzeugt wird, verformbar ist; und
    einen Luftspalt (14a), der zwischen den mehreren Unterteilungsabschnitten (50a) durch Ätzen eines Teils einer zwischen der Elektrode (12a) und der Schwingungsplatte (19) gebildeten Opferschicht (14) gebildet ist,
    wobei die Unterteilungsabschnitte (50a) zurückbleibende Abschnitte der Opferschicht (14) nach dem Ätzen enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass:
    die Opferschicht (14) aus einem leitenden Material gebildet ist und die zurückbleibenden Abschnitte (14b) der Opferschicht (14) entweder mit dem Substrat (1) oder mit der Elektrode (12a) oder mit der Schwingungsplatte (19) elektrisch verbunden sind, so dass die zurückbleibenden Abschnitte (14b) auf dem gleichen Potential wie das Substrat (1) bzw. die Elektrode (12a) bzw. die Schwingungsplatte (19) liegen; und
    ein Durchgangsloch (60) in der Schwingungsplatte (19) ausgebildet ist, um durch Ätzen jene Teile der Opferschicht (14), die zwischen der Elektrode (12a) und der Schwingungsplatte (19) gebildet sind, durch das Durchgangsloch (60) zu entfernen, um so den Luftspalt (14a) zu bilden.
  2. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (1) ein Siliciumsubstrat ist.
  3. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, der ferner Blindelektroden (12b) an Positionen, die den Unterteilungsabschnitten (50a) entsprechen, umfasst, wobei die Blindelektroden (12b) von der Elektrode (12a) durch Trennschlitze (82) elektrisch getrennt sind.
  4. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht (14) aus einem Material gebildet ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Polysilicium, amorphem Silicium, Siliciumoxid, Aluminium, Titannitrid und Polymer besteht.
  5. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (12a) aus einem Material gebildet ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Polysilicium, Aluminium, Titan, Titannitrid, Titansilicid, Wolfram, Wolframsilicid, Molybdän, Molybdänsilicid und ITO besteht.
  6. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 3, wobei eine isolierende Schicht (13) auf der Elektrode (12a) gebildet ist und die Trennschlitze (82) mit der isolierenden Schicht (13) gefüllt sind.
  7. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 6, wobei eine Dicke der isolierenden Schicht (13) gleich oder größer als die halbe Breite jedes der Trennschlitze (82) ist.
  8. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht (14) durch Trennschlitze (82) unterteilt ist und auf der Opferschicht (14) eine isolierende Schicht (13) gebildet ist, so dass die Trennschlitze (82) mit der isolierenden Schicht (13) gefüllt sind.
  9. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 8, wobei eine Dicke der isolierenden Schicht (13) gleich oder größer als eine halbe Breite jedes der Trennschlitze (82) ist.
  10. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 3, wobei wenigstens einer der zurückbleibenden Abschnitte (14b) der Opferschicht (14) und die Blindelektroden (12b) als Teil einer elektrischen Verdrahtung dienen.
  11. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, der ferner isolierende Schichten (13, 15) auf der Elektrode (12a) und auf einer Oberfläche der Schwingungsplatte (19), die der Elektrode (12a) zugewandt ist, umfasst, wobei die Opferschicht (14) aus Polysilicium oder aus amorphem Silicium gebildet ist und die isolierenden Schichten aus Siliciumoxid gebildet sind.
  12. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht (14) aus Siliciumoxid gebildet ist und die Elektrode (12a) aus Polysilicium gebildet ist.
  13. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei sich das Durchgangsloch (60) in der Nähe der Unterteilungsabschnitte (50a) befindet.
  14. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei die Schwingungsplatte (19) eine im Wesentlichen rechtwinklige Form hat und eine kürzere Seite der Schwingungsplatte (19) gleich oder kleiner als 150 µm ist.
  15. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei ein Abstand des Luftspalts (14a) gemessen in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche der Elektrode (12a), die der Schwingungsplatte (19) zugewandt ist, im Wesentlichen 0,2 µm bis 2,0 µm beträgt.
  16. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei mehrere der Durchgangslöcher (60) längs einer längeren Seite der Schwingungsplatte (19) in einem Intervall angeordnet sind, das gleich oder kleiner als eine Länge der kürzeren Seite der Schwingungsplatte (19) ist.
  17. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, der ferner umfasst:
    eine Harzschicht (18), die auf einer Oberfläche gegenüber einer der Elektrode (12a) zugewandten Oberfläche gebildet ist,
    wobei das Durchgangsloch (60) durch die Harzschicht (18) versiegelt ist.
  18. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 17, wobei eine Querschnittsfläche des Durchgangslochs (60) im Wesentlichen gleich oder größer als 0,19 µm2 und gleich oder kleiner 10 µm2 ist.
  19. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 17, wobei eine Dicke eine Isolierschicht (15, 17) in einem Umfangsbereich einer Öffnung des Durchgangslochs (60) im Wesentlichen gleich oder größer als 0,1 µm ist.
  20. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 17, wobei die Harzschicht (18) eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer Substanz hat, die mit der Schwingungsplatte (19) in Kontakt zu bringen ist.
  21. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 17, wobei die Harzschicht (18) aus einer Polybenzoxazol-Schicht oder aus einer Polyimid-Schicht gebildet ist.
  22. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, der ferner ein Element (41) umfasst, das mit einer oberen Oberfläche der Schwingungsplatte (19) verbunden ist, wobei das Durchgangsloch (60) durch eine Verbindungsoberfläche des Elements (41) abgedichtet ist.
  23. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, der ferner eine isolierende Schicht (15) umfasst, die auf einer der Elektrode (12a) zugewandten Oberfläche der Schwingungsplatte (19) ausgebildet ist, wobei eine Dicke der isolierenden Schicht (15) in der Nähe eines Zentrums zwischen den einander benachbarten Unterteilungsabschnitten (50a) größer ist als eine Dicke der isolierenden Schicht (15) in der Nähe der Unterteilungsabschnitte (50a).
  24. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, der ferner eine isolierende Schicht (13) umfasst, die auf der Elektrode (12a) gebildet ist, wobei eine Dicke der isolierenden Schicht (13) in der Nähe eines Zentrums zwischen den einander benachbarten Unterteilungsabschnitten (50a) größer ist als eine Dicke der isolierenden Schicht (13) in der Nähe der Unterteilungsabschnitte (50a).
  25. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen der Elektrode (12a) und dem Substrat (1) ein Hohlraum (45) gebildet ist und die Elektrode (12a) ein Verbindungsdurchgangsloch (46) besitzt, das den Hohlraum mit dem Luftspalt (14a) verbindet.
  26. Elektrostatischer Aktor (10) nach Anspruch 25, der ferner isolierende Schichten (11, 13) auf beiden Seiten der Elektrode (12a) umfasst, wobei eine Gesamtdicke der Elektrode (12a) und der isolierenden Schichten eine Dicke der Schwingungsplatte (19) übersteigt.
  27. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10), das die folgenden Schritte umfasst:
    Bilden einer Elektrode (12a) auf einem Substrat (1);
    Bilden einer Opferschicht (14) auf der Elektrode (12a);
    Bilden einer Schwingungsplatte (19) auf der Opferschicht (14), wobei die Schwingungsplatte (19) durch eine elektrostatische Kraft, die durch eine an die Elektrode (12a) angelegte Spannung erzeugt wird, verformbar ist; und
    Bilden eines Luftspalts (14a) zwischen der Elektrode (12a) und der Schwingungsplatte (19) durch Entfernen von Teilen der Opferschicht (14) durch Ätzen, so dass die zurückbleibenden Abschnitte der Opferschicht (14) nach dem Ätzen Unterteilungsabschnitte (50a) bilden, die den Luftspalt (14a) definieren;
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst:
    Bilden eines Durchgangslochs (60) in der Schwingungsplatte (19), um den Teil der Opferschicht (14) zu entfernen, der zwischen der Elektrode (12a) und der Schwingungsplatte (19) gebildet wird; und der Opferschicht-Bildungsschritt das Bilden der Opferschicht (14) aus einem leitenden Material umfasst, wobei die zurückbleibenden Abschnitte (14b) der Opferschicht (14) mit dem Substrat (1) oder mit der Elektrode (12a) oder mit der Schwingungsplatte (19) elektrisch verbunden sind, so dass die zurückbleibenden Abschnitte (14) auf dem gleichen Potential wie das Substrat (1) bzw. die Elektrode (12a) bzw. die Schwingungsplatte (19) liegen.
  28. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 27, wobei der Luftspalt-Bildungsschritt das Ätzen des Teils der Opferschicht (14) nach dem Bilden der Elektrode (12a) und der Schwingungsplatte (19) umfasst.
  29. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 27, das ferner einen Schritt zum Bilden einer isolierenden Schicht (13) auf der Elektrode (12a) vor dem Bilden der Opferschicht (14) umfasst, wobei der Luftspalt-Bildungsschritt das Ätzen der isolierenden Schicht (13) umfasst, so dass eine Dicke der isolierenden Schicht (13) in der Nähe eines Zentrums zwischen einander benachbarten Unterteilungsabschnitten (50a) größer ist als eine Dicke der isolierenden Schicht (13) in der Nähe der Unterteilungsabschnitte (50a).
  30. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 27, das ferner einen Schritt zum Bilden einer isolierenden Schicht (15) auf einer der Elektrode (12a) zugewandten Oberfläche der Schwingungsplatte (19) nach dem Bilden der Opferschicht (14) umfasst, wobei der Luftspalt-Bildungsschritt das Ätzen der isolierenden Schicht (15) umfasst, so dass eine Dicke der isolierenden Schicht (15) in der Nähe eines Zentrums zwischen den einander benachbarten Unterteilungsabschnitten (50a) größer ist als eine Dicke der isolierenden Schicht (15) in der Nähe der Unterteilungsabschnitte (50a).
  31. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 28, das ferner umfasst:
    einen Schritt zum Bilden einer isolierenden Schicht (13) auf der Elektrode (12a); und
    einen Schritt zum Bilden einer isolierenden Schicht (15) auf einer Oberfläche der Schwingungsplatte (19), die der Elektrode (12a) zugewandt ist,
    wobei das Ätzen der Opferschicht (14) durch ein Plasmaätzverfahren unter Verwendung von Schwefelhexafluorid (SF6) oder Xenondifluorid (XeF2) oder ein Nassätzverfahren unter Verwendung von Tetramethyl-Ammoniumhydroxid (TMAH) ausgeführt wird.
  32. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 27, das ferner den folgenden Schritt umfasst:
    Bilden einer Harzschicht (18) auf der Schwingungsplatte (19), um das Durchgangsloch (60) abzudichten.
  33. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 27, wobei der Schwingungsplatten-Bildungsschritt einen Schritt zum Bilden der Schwingungsplatte (19) in einer rechtwinkligen Form, die eine kürzere Seite besitzt, die gleich oder kleiner 150 µm ist, umfasst.
  34. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 27, wobei der Schwingungsplatten-Bildungsschritt einen Schritt zum Bilden einer Biegeverhinderungsschicht (17), die verhindert, dass die Schwingungsplatte (19) gebogen wird, umfasst.
  35. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 32, wobei der Harzschicht-Bildungsschritt einen Schritt zum Ändern eines Oberflächenzustands der Schwingungsplatte (19) umfasst, in dem eine Oberfläche der Schwingungsplatte (19), auf der die Harzschicht (18) gebildet werden soll, einem Fluorverbindungsgas, das Schwefelhexafluorid (SF6) und Xenondifluorid (XeF2) enthält, ausgesetzt wird.
  36. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 32, wobei der Harzschicht-Bildungsschritt einen Schritt zum Ändern eines Oberflächenzustands der Schwingungsplatte (19) umfasst, in dem eine Oberfläche der Schwingungsplatte (19), auf der die Harzschicht (18) gebildet werden soll, einem Plasma ausgesetzt wird.
  37. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 32, wobei der Harzschicht-Bildungsschritt das Bilden der Harzschicht (18) durch ein Material, das eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer Flüssigkeit hat, die mit der Schwingungsplatte (19) in Kontakt gebracht werden soll, umfasst.
  38. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 32, wobei der Harzschicht-Bildungsschritt das Bilden der Harzschicht (18) durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren umfasst.
  39. Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen Aktors (10) nach Anspruch 27, das ferner den folgenden Schritt umfasst:
    Verbinden eines Dichtungselements (41) mit der Oberfläche der Schwingungsplatte (19), um das Durchgangsloch (60) abzudichten.
  40. Tröpfchenausstoßkopf, der umfasst:
    eine Düse (101), um ein Tröpfchen einer Flüssigkeit auszustoßen;
    eine Flüssigkeitsdruckbeaufschlagungskammer (21), die mit der Düse (101) verbunden ist und die Flüssigkeit aufbewahrt; und
    den elektrostatischen Aktor (10) nach Anspruch 1, um die in der Flüssigkeitsdruckbeaufschlagungskammer (21) aufbewahrte Flüssigkeit mit Druck zu beaufschlagen.
  41. Tröpfchenausstoßkopf nach Anspruch 40, wobei mehrere Durchgangslöcher (60) in der Schwingungsplatte (19) gebildet sind, um durch Ätzen jene Teile der Opferschicht (14) durch die Durchgangslöcher (60) zu entfernen, um den Luftspalt (14a) zu bilden, und ein Strömungskanal-Bildungselement (20), das die Flüssigkeitsdruckbeaufschlagungskammer (21) bildet, die Durchgangslöcher (60) der Schwingungsplatte (19) abdichtet.
  42. Tröpfchenausstoßkopf nach Anspruch 40, wobei die Durchgangslöcher (60) in der Nähe der Unterteilungsabschnitte (50a) gebildet sind.
  43. Flüssigkeitszufuhrpatrone (125), die umfasst:
    einen Tröpfchenausstoßkopf nach Anspruch 40, um Tröpfchen einer Flüssigkeit auszustoßen; und
    einen Flüssigkeitstank (103), der in den Tröpfchenausstoßkopf integriert ist, um dem Tröpfchenausstoßkopf die Flüssigkeit zuzuführen.
  44. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die umfasst:
    einen Tintenstrahlkopf, um Tintentröpfchen auszustoßen; und
    einen Tintentank (103), der in den Tintenstrahlkopf integriert ist, um dem Tintenstrahlkopf die Tinte zuzuführen,
    wobei der Tintenstrahlkopf umfasst:
    eine Düse (101), um Tröpfchen der Tinte auszustoßen;
    eine Flüssigkeitsdruckbeaufschlagungskammer (121), die mit der Düse (101) verbunden ist und die Tinte aufbewahrt; und
    den elektrostatischen Aktor (10) nach Anspruch 1, um die in der Flüssigkeitsdruckbeaufschlagungskammer (21) aufbewahrte Tinte mit Druck zu beaufschlagen.
  45. Flüssigkeitsstrahlvorrichtung, die umfasst:
    einen Tröpfchenausstoßkopf nach Anspruch 40, um Tröpfchen einer Flüssigkeit auszustoßen; und
    einen Flüssigkeitstank (103), der in den Tröpfchenausstoßkopf integriert ist, um dem Tröpfchenausstoßkopf Flüssigkeit zuzuführen.
  46. Mikropumpe, die umfasst:
    einen Strömungskanal (20), durch den eine Flüssigkeit strömt; und
    den elektrostatischen Aktor (10) nach Anspruch 1, um den Strömungskanal (20) zu verformen, so dass die Flüssigkeit in dem Strömungskanal (20) strömt.
  47. Optische Vorrichtung, die umfasst:
    einen Spiegel (301), der Licht reflektiert; und
    den elektrostatischen Aktor (10) nach Anspruch 1, um den Spiegel (301) zu verformen,
    wobei der Spiegel (301) auf der Schwingungsplatte (19) gebildet ist, so dass der Spiegel (301) durch Verformen der Schwingungsplatte (19) verformbar ist.
HK05105290.1A 2002-08-06 2003-08-05 Electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process HK1072036B (en)

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