HK1072036B

HK1072036B - Electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process

Info

Publication number: HK1072036B
Application number: HK05105290.1A
Authority: HK
Inventors: Manabu Nishimura; Takahiko Kuroda; Shuya Abe; Makoto Tanaka; Mitsugu Irinoda; Kenichiroh Hashimoto
Original assignee: Ricoh Company, Ltd.
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2009-08-07

Claims

Actionneur électrostatique (10) comportant :
un substrat (1) ;

une électrode (12a) formée sur ledit substrat (1); une pluralité de parties de séparation (50a) formées sur ladite électrode (12a) ;

une plaque de vibration (19) formée sur lesdites parties de séparation (50a), ladite plaque de vibration (19) étant déformable par une force électrostatique générée par une tension appliquée à ladite électrode (12a) ; et

un intervalle d'air (14a) formé entre ladite pluralité de parties de séparation (50a) en gravant une partie d'une couche sacrificielle (14) formée entre ladite électrode (12a) et ladite plaque de vibration (19),
dans lequel lesdites parties de séparation (50a) comprennent d'autres parties de ladite couche sacrificielle (14) après ladite gravure, caractérisé en ce que :
ladite couche sacrificielle (14) est constituée d'un matériau conducteur, et lesdites autres parties (14b) de ladite couche sacrificielle (14) sont reliées électriquement à l'un dudit substrat (1), de ladite électrode (12a) et de ladite plaque de vibration (19) de sorte que lesdites parties restantes (14b) se trouvent au même potentiel que l'un dudit substrat (1), de ladite électrode (12a) et de ladite plaque de vibration (19) ; et

un trou traversant (60) est formé dans ladite plaque de vibration (19) pour supprimer par gravure les parties de ladite couche sacrificielle (14) formées entre ladite électrode (12a) et ladite plaque de vibration (19) par l'intermédiaire dudit trou traversant (60) de manière à former ledit intervalle d'air (14a).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit substrat (1) est un substrat de silicium.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, comportant en outre des électrodes fictives (12b) en des positions correspondant auxdites parties de séparation (50a), lesdites électrodes fictives (12b) étant électriquement séparées de ladite électrode (12a) par des rainures de séparation (82).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite couche sacrificielle (14) est constituée d'un matériau sélectionné parmi un groupe constitué de silicium polycristallin, de silicium amorphe, d'oxyde de silicium, d'aluminium, de nitrure de titane et de polymère.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite électrode (12a) est constituée d'un matériau sélectionné parmi un groupe constitué de silicium polycristallin, d'aluminium, de titane, de nitrure de titane, de siliciure de titane, de tungstène, de siliciure de tungstène, de molybdène, de siliciure de molybdène et d'ITO.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 3, dans lequel une couche isolante (13) est formée sur ladite électrode (12a), et lesdites rainures de séparation (82) sont remplies par la couche isolante (13).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 6, dans lequel une épaisseur de ladite couche isolante (13) est égale à ou supérieure à une moitié d'une largeur de chacune desdites rainures de séparation (82).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite couche sacrificielle (14) est divisée par des rainures de séparation (82), et une couche isolante (13) est formée sur ladite couche sacrificielle (14) de sorte que lesdites rainures de séparation (82) sont remplies par ladite couche isolante (13).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 8, dans lequel une épaisseur de ladite couche isolante (13) est égale à ou supérieure à une moitié d'une largeur de chacune desdites rainures de séparation (82).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 3, dans lequel au moins une desdites autres parties (14b) de ladite de couche sacrificielle (14) et lesdites électrodes fictives (12b) sont utilisées comme parties de câblage électrique.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, comportant en outre des couches isolantes (13, 15) sur ladite électrode (12a) et une surface de ladite plaque de vibration (19) en vis-à-vis de ladite électrode (12a), dans lequel ladite couche sacrificielle (14) est constituée par l'un du silicium polycristallin et du silicium amorphe, et ladite couche isolante sont constituées d'oxyde de silicium.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite couche sacrificielle (14) est constituée d'oxyde de silicium et ladite électrode (12a) est constituée de silicium polycristallin.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit trou traversant (60) est situé près desdites parties de séparation (50a).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite plaque de vibration (19) présente sensiblement une forme rectangulaire, et un côté plus court de ladite plaque de vibration (19) est égal à ou inférieur à 150 µm.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel une distance dudit intervalle d'air (14a) mesuré dans une direction perpendiculaire à une surface de ladite électrode (12a) en vis-à-vis de ladite plaque de vibration (19) est sensiblement 0,2 µm à 2,0 µm.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel une pluralité desdits trous traversants (60) sont agencés le long d'un côté plus long de ladite plaque de vibration (19) à un intervalle égal à ou inférieur à une longueur du côté plus court de ladite plaque de vibration (19).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, comportant en outre :
un film de résine (18) formé sur une surface opposée à une surface en vis-à-vis de ladite électrode (12a),
dans lequel ledit trou traversant (60) est scellé par ledit film de résine (18).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 17, dans lequel une zone en coupe transversale dudit trou traversant (60) est sensiblement égale à ou supérieure à 0,19 µm² et égale à ou inférieure à 10 µm².
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 17, dans lequel une épaisseur d'une couche isolante (15, 17) dans une périphérie d'une ouverture dudit trou traversant (60) est sensiblement égale à ou supérieure à 0,1 µm.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 17, dans lequel ledit film de résine (18) possède une résistance à la corrosion concernant une substance à amener en contact de ladite plaque de vibration (19).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 17, dans lequel ledit film de résine (18) est constitué de l'un d'un film de polybenzaoxazole et d'un film de polyimide.
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, comportant en outre un élément (41) relié à une surface supérieure de ladite plaque de vibration (19), dans lequel ledit trou traversant (60) est scellé par une surface de liaison dudit élément (41).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, comportant en outre une couche isolante (15) formée sur une surface de ladite plaque de vibration (19) en vis-à-vis de ladite électrode (12a), dans lequel une épaisseur de ladite couche isolante (15) près d'un centre entre lesdites parties de séparation (50a) adjacentes les unes aux autres est plus grande qu'une épaisseur de ladite couche isolante (15) près desdites parties de séparation (50a).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, comportant en outre une couche isolante (13) formée sur ladite électrode (12a), dans lequel une épaisseur de ladite couche isolante (13) près d'un centre entre lesdites parties de séparation (50a) adjacentes les unes aux autres est plus grande qu'une épaisseur de ladite couche isolante (13) près desdites parties de séparation (50a).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 1, dans lequel une cavité (45) est formée entre ladite électrode (12a) et ledit substrat (1), et ladite électrode (12a) possède un trou traversant de connexion (46) reliant ladite cavité audit intervalle d'air (14a).
Actionneur électrostatique (10) selon la revendication 25, comportant en outre des couches isolantes (11, 13) sur les deux côtés de ladite électrode (12a), dans lequel une épaisseur totale de ladite électrode (12a) et lesdites couches isolantes dépasse l'épaisseur de ladite couche de vibration (19).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) comportant les étapes consistant à :
former une électrode (12a) sur un substrat (1) ;

former une couche sacrificielle (14) sur ladite électrode (12a) ;

former une plaque de vibration (19) sur ladite couche sacrificielle (14), la plaque de vibration (19) étant déformable par une force électrostatique générée par une tension appliquée à ladite électrode (12a) ; et

former un intervalle d'air (14a) entre ladite électrode (12a) et ladite plaque de vibration (19) en supprimant des parties de ladite couche sacrificielle (14) par gravure de sorte que les parties restantes de ladite couche sacrificielle (14) après gravure forment des parties de séparation (50a) qui définissent l'intervalle d'air (14a);
caractérisé en ce que le procédé comporte en outre l'étape consistant à :
former un trou traversant (60) dans ladite plaque de vibration (19) pour supprimer la partie de ladite couche sacrificielle (14) formée entre ladite électrode (12a) et ladite plaque de vibration (19) ; et

ladite étape de formation de couche sacrificielle implique la formation de ladite couche sacrificielle (14) en un matériau conducteur, dans lequel lesdites parties restantes (14b) de ladite couche sacrificielle (14) sont électriquement reliées à l'un dudit substrat (1), de ladite électrode (12a) et de ladite plaque de vibration (19) de sorte que lesdites parties restantes (14a) se trouvent au même potentiel que l'un dudit substrat (1), de ladite électrode (12a) et de ladite de plaque de vibration (19).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite étape de formation d'intervalle d'air comprend la gravure de la partie de ladite couche sacrificielle (14) après formation de ladite électrode (12a) et de ladite de plaque de vibration (19).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 27, comportant en outre une étape de formation d'une couche isolante (13) sur ladite électrode (12a) avant formation de ladite couche sacrificielle (14), dans lequel ladite étape de formation d'intervalle d'air comprend la gravure de ladite couche isolante (13) de sorte qu'une épaisseur de ladite couche isolante (13) près d'un centre entre lesdites parties de séparation (50a) adjacentes les unes aux autres est plus grande qu'une épaisseur de ladite couche isolante (13) près desdites parties de séparation (50a).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 27, comportant en outre une étape de formation d'une couche isolante (15) sur une surface de ladite plaque de vibration (19) en vis-à-vis de ladite électrode (12a) après formation de ladite couche sacrificielle (14), dans lequel ladite étape de formation d'intervalle d'air comprend la gravure de ladite couche isolante (15) de sorte qu'une épaisseur de ladite couche isolante (15) près d'un centre entre lesdites parties de séparation (50a) adjacentes les unes aux autres est plus grande qu'une épaisseur de ladite couche isolante (15) près desdites parties de séparation (50a).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 28, comportant en outre :
une étape de formation d'une couche isolante (13) sur ladite électrode (12a) ; et

une étape de formation d'une couche isolante (15) sur une surface de ladite plaque de vibration (19) en vis-à-vis de ladite électrode (12a),
dans lequel la gravure de ladite couche sacrificielle (14) est effectuée par l'un d'un procédé de gravure par plasma en utilisant de l'hexafluorure de soufre (SF₆) ou du difluorure de xénon (XeF₂) et d'un procédé de gravure humide en utilisant de l'hydroxyde de tétra-methyl-ammonium (TMAH).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 27, comportant en outre l'étape consistant à :
former un film de résine (18) sur ladite plaque de vibration (19) de manière à sceller ledit trou traversant (60).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite étape de formation de la plaque de vibration comprend une étape de formation de ladite plaque de vibration (19) sous forme rectangulaire possédant un côté plus court égal à ou inférieur à 150 µm.
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite étape de formation de la plaque de vibration comprend une étape de formation d'un film empêchant la courbure (17) qui empêche ladite plaque de vibration (19) d'être courbée.
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 32, dans lequel ladite étape de formation du film de résine comprend une étape de changement de condition de surface de ladite plaque de vibration (19) en exposant une surface de ladite plaque de vibration (19), sur laquelle ledit film de résine (18) doit être formé, à un composé gazeux fluoré comprenant l'hexafluorure de soufre (SF₆) et le difluorure de xénon (XeF₂).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 32, dans lequel ladite étapc de formation de film de résine comprend une étape de changement de condition de surface de ladite plaque de vibration (19) en exposant au plasma une surface de ladite plaque de vibration (19) sur laquelle ledit film de résine (18) doit être formé.
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 32, dans lequel ladite étape de formation de film de résine comprend la formation du film de résine (18) par un matériau possédant une résistance à la corrosion concernant un liquide devant être amené en contact avec ladite plaque de vibration (19).
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 32, dans lequel ladite étape de formation de film de résine comprend la formation du film de résine (18) par un procédé d'enduction.
Procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique (10) selon la revendication 27, comportant en outre l'étape consistant à :
relier un élément d'étanchéité (41) à la surface de ladite plaque de vibration (19) de manière à sceller le trou traversant (60).
Tête de décharge de gouttelettes comportant :
une buse (101) pour décharger une gouttelette d'un liquide ;

une chambre de pressurisation de liquide (21) reliée à ladite buse (101) et stockant le liquide ; et

l'actionneur électrostatique (10), selon la revendication 1, pour pressuriser le liquide stocké dans ladite chambre de pressurisation de liquide (21).
Tête de décharge de gouttelettes selon la revendication 40, dans lequel une pluralité de trous traversants (60) sont formés dans ladite plaque de vibration (19) pour supprimer par gravure les parties de ladite couche sacrificielle (14) par l'intermédiaire desdits trous traversants (60) de manière à former ledit intervalle d'air (14a), et un élément formant un passage d'écoulement (20) formant ladite chambre de pressurisation de liquide (21) scelle les trous traversants (60) de ladite plaque de vibration (19).
Tête de décharge de gouttelettes selon la revendication 40, dans laquelle lesdits trous traversants (60) sont formés près desdites parties de séparation (50a).
Cartouche d'alimentation en liquide (125) comportant :
la tête de décharge de gouttelettes, selon la revendication 40, pour décharger des gouttelettes d'un liquide ; et

un réservoir de liquide (103) associé à ladite tête de décharge de gouttelettes pour délivrer le liquide à ladite tête de décharge de gouttelettes.
Appareil d'enregistrement à jet d'encre comportant :
une tête à jet d'encre pour décharger des gouttelettes d'encre ; et

un réservoir d'encre (103) associé à ladite tête à jet d'encre pour délivrer l'encre à ladite tête à jet d'encre,
dans lequel ladite tête à jet d'encre comporte :
une buse (101) pour décharger des gouttelettes d'encre ; une chambre de pressurisation de liquide (21) reliée à ladite buse (101) et stockant l'encre ; et

l'actionneur électrostatique (10), selon la revendication 1, pour pressuriser l'encre stockée dans ladite chambre de pressurisation de liquide (21).
Appareil à jet de liquide comportant :
la tête de décharge de gouttelettes, selon la revendication 40, pour décharger des gouttelettes d'un liquide ; et

un réservoir de liquide (103) associé à ladite tête de décharge de gouttelettes pour délivrer le liquide à ladite tête de décharge de gouttelettes.
Micro pompe comportant :
un passage d'écoulement (20) par l'intermédiaire duquel découle un liquide ; et

l'actionneur électrostatique (10), selon la revendication 1, pour déformer ledit passage d'écoulement (20) de sorte que le liquide s'écoule dans ledit passage d'écoulement (20).
Dispositif optique comportant :
un miroir (301) réfléchissant la lumière ; et

l'actionneur électrostatique (10), selon la revendication 1, pour déformer ledit miroir (301),
dans lequel ledit miroir (301) est formé sur ladite plaque de vibration (19) de sorte que ledit miroir (301) est déformable par déformation de ladite plaque de vibration (19).