マイクロエジェクター及びその製造方法
【課題】本発明はマイクロエジェクター及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明によるマイクロエジェクターは、チャンバ内の上部空間に配置される隔壁部と前記チャンバ内の下部空間に配置され前記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部とを含む流路プレートと、前記流路プレートの上部の前記チャンバに対応するように形成され、前記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータと、を含むことができる。
【解決手段】本発明によるマイクロエジェクターは、チャンバ内の上部空間に配置される隔壁部と前記チャンバ内の下部空間に配置され前記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部とを含む流路プレートと、前記流路プレートの上部の前記チャンバに対応するように形成され、前記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータと、を含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロエジェクター及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、チャンバに複数の流路を形成し、チャンバの高さまたは体積を減少させることによって、チャンバからノズルへ流体の吐出を容易にするマイクロエジェクター及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度に発達した現代の先端技術において、最近、最も注目を集めている技術分野の一つは生命工学技術（ｂｉｏ−ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）である。一般的に、生命工学では人体関連試料が多く使用されるため、必然的に流体あるいは流体媒質に溶解された状態で存在する微細流体試料の運送、制御、分析などの役割をするマイクロ流体システムが生命工学技術において必須な要素技術となっている。
【０００３】
このようなマイクロ流体システムは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いたもので、インスリンなどの薬物または生体活性物質の持続的な体内注入、単一チップ試験装置（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）、新薬開発のための化学分析、インクジェット印刷、小型冷却システム、小型燃料電池のような分野で応用されている。
【０００４】
このようなマイクロ流体システムでは、流体を移送するための必須な要素としてマイクロエジェクターが使用されており、特に、医療生体用物質を移送するためのマイクロエジェクターの場合、生体物質の特性上、粘性が高く、かつ導電性を有する流体を扱うため、主に圧電素子を用いたマイクロエジェクターが利用されている。
【０００５】
しかし、このようなマイクロエジェクターの場合、圧電素子の変位が変化するにつれてチャンバに加えられる圧力の変化（駆動エネルギー）がノズルまで送られるが、このとき、チャンバの高さまたは体積がダンピングの役割をし駆動エネルギーの損失が生じ、これにより、流体の吐出特性が低下するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、チャンバの空間を減少させ、チャンバ内の流路を分割することで、所望の速度やボリュームの液滴を吐出することができるマイクロエジェクター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるマイクロエジェクターは、チャンバ内の上部空間に配置される隔壁部と、上記チャンバ内の下部空間に配置され、上記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部とを含む流路プレートと、上記流路プレートの上部の上記チャンバに対応するように形成され、上記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータと、を含むことができる。
【０００８】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記流路プレートは、上記チャンバから上記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成されることができる。
【０００９】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記チャンバ内で上記隔壁部と上記突出部により形成された流路を通過した流体は、１つの流路に合流されて上記ノズルに供給されるように形成されることができる。
【００１０】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記ノズルは、上記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成されることができ、特に、幅が段階的に減少するように形成されることができる。
【００１１】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記隔壁部は、長さ方向の端部に、上記チャンバ内へまたは上記チャンバからの流動を案内するガイド部を含むことができる。
【００１２】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記アクチュエータは、上記隔壁部と上記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成されることができる。
【００１３】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記流路プレートは上部基板及び下部基板を含み、上記隔壁部は上記上部基板に形成され、上記突出部は上記下部基板に形成されることができる。
【００１４】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記下部基板は、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して形成され、上記突出部は、上記上部シリコン層により形成されることができる。
【００１５】
一方、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法は、内部に流体の流路が形成される流路プレートを用意するステップと、上記流路で流体をノズルに移送するチャンバ内の上部空間に隔壁部を形成し、上記チャンバ内の下部空間に上記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部を形成するステップと、上記流路プレートの上部の上記チャンバに対応する位置に、上記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータを形成するステップと、を含むことができる。
【００１６】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記流路プレートを用意するステップは、上記流路プレートを上記チャンバから上記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成することができる。
【００１７】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記隔壁部と上記突出部を形成するステップは、上記チャンバ内で上記隔壁部と上記突出部により形成された流路を通過した流体が１つの流路に合流されて上記ノズルに供給されるように形成することができる。
【００１８】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記ノズルを上記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成するステップをさらに含むことができる。
【００１９】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記ノズルを上記流体の吐出方向に行くほど幅が段階的に減少するように形成するステップをさらに含むことができる。
【００２０】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記隔壁部を形成するステップは、長さ方向の端部に、上記チャンバ内へまたは上記チャンバからの流動を案内するガイド部を形成することができる。
【００２１】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記アクチュエータを形成するステップは、上記隔壁部と上記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成することができる。
【００２２】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記流路プレートを用意するステップは、上部基板及び下部基板を用意するステップからなり、上記隔壁部を形成するステップは、上記上部基板を加工して行われ、上記突出部を形成するステップは、上記下部基板を加工して行われることができる。
【００２３】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記下部基板を用意するステップは、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して行われ、上記突出部を形成するステップは、上記上部シリコン層において上記突出部が形成される部分以外の部分を除去して行われることができる。
【００２４】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップをさらに含み、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップは、シリコン直接接合（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ、ＳＤＢ）により行われることができる。
【００２５】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップをさらに含み、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップは、上記上部基板の底面と上記下部基板の上記絶縁層の上面とを接合して行われることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるマイクロエジェクター及びその製造方法によると、チャンバの空間を減少させ、チャンバ内に複数の流路を形成することで、マイクロエジェクターの流体吐出速度やボリュームなどの流体吐出特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの上部基板に流路を形成する方法を示した工程図である。
【図５】本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの下部基板にインク流路を形成するステップを示した工程図である。
【図６】本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターの上部基板の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、図面を参照し本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同じ思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等により退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができ、これも本願発明の思想の範囲内に含まれる。
【００２９】
また、各実施例の図面に示す同一または類似する思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一または類似する参照符号を用いて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの分解斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図である。
【００３１】
図１から図３を参照すると、本発明の一実施例によるマイクロエジェクター１００は、流路が形成される上部基板１１０及び下部基板１２０と、上部基板１１０の上面に形成される圧電アクチュエータ１３０を含む。上部基板１１０及び下部基板１２０はノズル１１５に行くほど幅が狭くなるように形成されることができる。
【００３２】
上部基板１１０には、流体が流入される流入口１１１、リストリクタ１１２の溝、チャンバ１１３の溝、及びノズル１１５の溝が形成されることができる。このとき、上部基板１１０は単結晶シリコン基板や、２つのシリコン層の間に絶縁層が形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハであることができる。上部基板１１０がＳＯＩウェハである場合、チャンバ１１３の高さは、ＳＯＩウェハの２つのシリコン層のうち下部のシリコン層の厚さと実質的に同一であるように形成してもよい。
【００３３】
ここで、マイクロエジェクターの方向を定義すると、厚さ方向は上部基板１１０から下部基板１２０に向かう方向またはその逆方向を意味し、長さ方向はマイクロエジェクターの流路方向、すなわち、チャンバ１１３からノズル１１５に向かう方向またはその逆方向を意味し、幅方向は長さ方向と垂直な方向を意味する。また、高さは厚さ方向の寸法を意味する。
【００３４】
また、上部基板１１０のチャンバ１１３が形成される溝に１つ以上の隔壁１１４が形成され、この隔壁１１４によってチャンバ１１３内に複数の流路が形成される。すなわち、リストリクタ１１２を介してチャンバ１１３に流入された流体は、隔壁１１４により分割されたチャンバ１１３内の３つの流路に移動し、チャンバ１１３のノズル１１５側の部分で１つの流路に合流されてノズル１１５へ吐出される。本実施例においては、２つの隔壁１１４が形成され、チャンバ１１３内で３つの流路が形成される構造を示しているが、本発明はこれに限定されず、要求される条件及び設計仕様に応じて変更可能である。
【００３５】
圧電アクチュエータ１３０はチャンバ１１３に対応するように上部基板１１０の上部に形成され、チャンバ１１３に流入された流体がノズル１１５へ吐出されるための駆動力を提供する。
【００３６】
本実施例において、圧電アクチュエータ１３０は隔壁１１４により分割されたチャンバ１１３内の流路に対応する位置にそれぞれ形成されることができる。すなわち、チャンバ１１３内の３つの流路それぞれに対応する位置に３つの圧電アクチュエータ１３０が形成されることができる。
【００３７】
圧電アクチュエータ１３０は共通電極の役割をする下部電極と、電圧の印加により変形される圧電膜と、駆動電極の役割をする上部電極とを含んで構成されることができる。
【００３８】
下部電極は上部基板１１０の表面全体に形成されることができ、１つの導電性金属物質からなることができるが、チタニウム（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）からなる２つの金属薄膜層で構成されることが好ましい。下部電極は共通電極の役割だけではなく、圧電膜と上部基板１１０との間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割もするようになる。
【００３９】
圧電膜は下部電極上に形成され、チャンバ１１３の上部に位置するように配置される。このような圧電膜は圧電物質、好ましくは、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料からなることができる。上部電極は圧電膜上に形成され、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＣｕなどの物質のうちいずれか１つの物質からなることができる。
【００４０】
本実施例においては、圧電アクチュエータ１３０を使用した圧電駆動方式によって流体が吐出される構成を例として説明しているが、流体吐出方式によって本発明が制限または限定されるものではなく、要求される条件によって熱駆動方式といった多様な方式で流体が吐出されるように構成できる。
【００４１】
下部基板１２０には流入口１１１に流入される流体をチャンバ１１３に移送するリザーバ１２２の溝と、チャンバ１１３の空間内に配置される突出部１２１とを含むことができる。
【００４２】
下部基板１２０は単結晶シリコン基板やＳＯＩウェハからなることができるが、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して形成されるＳＯＩウェハであることが好ましい。
【００４３】
突出部１２１は水平断面が長方形状であってもよいが、これは例示であり、それ以外の平行四辺形または長六角形などの多様な形態で形成されてもよい。突出部１２１の高さは上部シリコン層の厚さと実質的に同一であり、要求されるチャンバ１１３の高さに応じて１０〜１００μｍであることができる。このとき、他の流体流路の構成との関係でパターニングに問題がなければ突出部の高さを１００μｍ以上とすることも可能である。
【００４４】
突出部１２１は、上面がチャンバ１１３内に形成された隔壁部１１４の下面と当接するように配置され、隔壁部１１４と共にチャンバ１１３内で流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する。また、突出部１２１はチャンバ１１３内に突出して配置され、チャンバ１１３の高さを低くしつつチャンバ１１３内の流路を複数の部分に分割する。
【００４５】
以下では、図４及び図５を参照し、上記した構成を有する本発明の一実施例によるマイクロエジェクターを製造する方法について説明する。
【００４６】
図４は、本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの上部基板に流路を形成する方法を示した工程図であり、図５は、本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの下部基板にインク流路を形成するステップを示した工程図である。
【００４７】
まず、本発明の好ましい製造方法を概略的に説明すると、上部基板及び下部基板に流路を形成し、下部基板上に上部基板を積層して接合することで本実施例によるマイクロエジェクターが完成する。一方、上部基板と下部基板に流路を形成する段階は手順に関わらず行われることができる。すなわち、上部基板と下部基板のうちいずれか１つに流路を形成してもよく、上部基板と下部基板に流路が同時に形成されてもよい。但し、以下では、説明の便宜上、上部基板に流路を形成する工程について説明する。
【００４８】
図４（ａ）を参照すると、本実施例では上部基板１１０として約１００〜２００μｍの厚さを有するシリコンウェハを使用する。用意された上部基板１１０をウェット及び／またはドライ酸化させ、上部基板１１０の上面と下面に約５，０００〜１５，０００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を形成することができる。
【００４９】
上部基板１１０の下面にはリストリクタ１１２、チャンバ１１３の下部、及びノズル１１５を形成するための溝を形成し、流入口１１１を形成するための貫通孔を形成する。上部基板１１０はノズル１１５に行くほど幅が狭くなるように形成されることが好ましい。上記溝においてノズル１１５が形成される部分は、流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成されることが好ましい。本実施例では上記幅が段階的に減少するように形成されているが、幅が狭くなる様態については特に限定されない。
【００５０】
上部基板１１０に形成される上記溝及び上記貫通孔は、上部基板１１０の下面にフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を塗布し、塗布されたフォトレジストをパターニングした後、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとしてエッチングすることによって形成されることができる。このとき、フォトレジストのパターニングは露光と現像を含む周知のフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方法によって行われることができるが、後述する他のフォトレジストのパターニングの場合にも同様な方法で適用することができる。
【００５１】
また、上記上部基板１１０に流路を形成するためのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のようなドライエッチング方法や、シリコン用のエッチング液（ｅｔｃｈａｎｔ）として、例えばテトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ：Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ＡｍｍｏｎｉμｍＨｙｄｒｏｘｉｄｅ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたウェットエッチング方法によって行われることができる。このようなシリコンウェハのエッチングは、後述する他のシリコンウェハに対するエッチングの場合にも同様な方法で適用することができる。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示したように、チャンバ１１３の上部を形成するためにシリコンウェハをエッチングする。このとき、上部基板１１０が、２つのシリコン層の間に絶縁層が形成されたＳＯＩウェハである場合、絶縁層はエッチング停止層としての役割をする。
【００５３】
このとき、チャンバ１１３の内部空間に隔壁１１４が形成されるよう、隔壁１１４を形成するための部分を残してエッチングする。
【００５４】
以下では、図４を参照し本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの下部基板に流路を形成する工程について説明する。
【００５５】
図５（ａ）に示したように、下部基板１２０として約数百μｍの厚さ、好ましくは、約２１０μｍの厚さを有する下部シリコン層と、約１μｍ〜２μｍの厚さを有する絶縁層と、約１０μｍ〜１００μｍ厚さを有する上部シリコン層とからなるＳＯＩウェハを使用する。用意された下部基板１２０をウェット及び／またはドライ酸化させ、下部基板１２０の上面と下面に約５，０００〜１５，０００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を形成することができる。
【００５６】
下部基板１２０の上面、特に、上部シリコン層の上面にフォトレジストを塗布し、フォトレジストにおいて突出部１２１を形成するための部分以外の部分を除去した後、その露出された部位の上部シリコン層を、上記フォトレジストをエッチングマスクとしてエッチングする。このとき、突出部１２１を形成するための上部シリコン層のエッチングは、ＴＭＡＨまたはＫＯＨを用いるウェットエッチングや、ＩＣＰを用いるＲＩＥのようなドライエッチング方法で行われる。
【００５７】
突出部１２１の水平断面は長方形または平行四辺形などの形態からなることができ、長方形の断面を持つ突出部１２１は上部シリコン層をドライエッチングして得られ、平行四辺形の断面を持つ突出部１２１は上部シリコン層をウェットエッチングして得られる。それ以外にも、対向する２辺が長い六角形、または楕円形などの多様な形態であってもよい。
【００５８】
突出部１２１は、上部シリコン層をエッチングして形成されるため、上部シリコン層の厚さと実質的に同じ高さを有し、突出部１２１の高さは上部シリコン層の厚さを調整することによって多様に調整できる。このように調整される突出部１２１の高さに応じてチャンバ１１３の高さも調整できる。
【００５９】
このように形成された突出部１２１の上面に存在するフォトレジストはウェットエッチングやドライエッチングにより除去されることができ、化学・機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）によっても除去されることができる。このとき、突出部１２１の厚さの一部を共に除去して突出部１２１の高さを調整することができる。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示したように、突出部１２１が形成された下部基板１２０にリザーバ１２２の溝を形成する。これは、下部基板１２０の上面、すなわち絶縁層の上面と突出部１２１の上面とを覆うようにフォトレジストを塗布し、これをパターニングしてリザーバ１２２を形成するための開口部を形成した後、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして、絶縁層と下部シリコン層の一部をエッチングしてリザーバ１２２の溝を形成する。リザーバ１２２の溝の形成はドライエッチングやウェットエッチング方法で行われることができ、リザーバ１２２の側面が傾くようにエッチングされることもできる。
【００６１】
以上、下部基板１２０としてＳＯＩウェハを使用した流路の形成について図示し説明したが、下部基板１２０として単結晶シリコン基板を使用してもよい。すなわち、約１００〜２００μｍの厚さを有する単結晶シリコン基板を設けた後、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した方法と同様に、下部基板１２０に突出部１２１とリザーバ１２２の溝を形成することができる。
【００６２】
このように流路が形成された上部基板１１０及び下部基板１２０を接合し、上部基板１１０の上面のチャンバ１１３に対応する位置に圧電アクチュエータ１３０を形成すると、図１に示したように、本実施例によるマイクロエジェクターが完成する。
【００６３】
このとき、上部基板１１０と下部基板１２０の接合はシリコン直接接合により行われることが好ましい。すなわち、上部基板１１０の下面と下部基板１２０の絶縁層の上面を接合面とし、これら接合面を密着した後、熱処理して接合することができる。
【００６４】
圧電アクチュエータ１３０は上部基板１１０の上面に１つの圧電部からなることができるが、チャンバ１１３内で隔壁部１１４と突出部１２１により形成される複数の流路それぞれに対応する位置に形成された複数の圧電部からなってもよい。すなわち、本実施例では隔壁部１１４により分割されたチャンバ１１３の空間に対応するよう、３つの圧電部が形成されてもよい。
【００６５】
図６は、本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターの上部基板の底面図である。
【００６６】
図６に示した本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターは、隔壁部の長さ方向端部に、チャンバ内へまたはチャンバからの流動を案内する少なくとも一つのガイド部を含む。それ以外の構成は図１に示した本発明の一実施例によるマイクロエジェクターと同様であるため、これら構成に対する詳細な説明は省略し、以下では相違点を中心に説明する。
【００６７】
図６を参照すると、本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターはチャンバ１１３内に形成された隔壁部１１４において、マイクロエジェクターの長さ方向の端部にガイド部１１４ａ、１１４ｂが設けられている。
【００６８】
隔壁部１１４は、リストリクタ１１２からチャンバ１１３内に移送された流体が隔壁部１１４により分割された複数の流路それぞれに移送されるように案内する第１のガイド部１１４ｂと、隔壁部１１４により分割された複数の流路それぞれからノズル１１５へ流体の移送を案内する第２のガイド部１１４ａとを含むことができる。
【００６９】
第１の及び第２のガイド部１１４ａ、１１４ｂはリストリクタ１１２及びノズル１１５に向かうよう、端部は鋭い形状で形成されることができる。これは、第１のガイド部１１４ｂによるチャンバ１１３内の分割された空間への流体の移送、及び第２のガイド部１１４ａによるノズル１１５への流体の移送を容易にするためである。
【００７０】
本実施例では隔壁部１１４の長さ方向の両端部にそれぞれ第１の及び第２のガイド部１１４ａ、１１４ｂを形成して説明したが、本発明においてガイド部はマイクロエジェクターの長さ方向の一端部のみに形成されてもよい。
【００７１】
以下の表１は本発明によるマイクロエジェクターと比較例によるマイクロエジェクターの流体吐出特性を示す。本発明によるマイクロエジェクターはチャンバ内に隔壁部及び突出部を形成してチャンバの高さを減少させる構成、比較例によるマイクロエジェクターは、チャンバ内に隔壁部及び突出部を形成しない従来のチャンバ構成とし、流体の吐出速度及び吐出液滴のボリュームをそれぞれ測定した。なお、圧電アクチュエータの変位は全て１２０ｎｍにした。
【００７２】
【表１】
【００７３】
上記表１に示すように、本発明の実施例によるマイクロエジェクターは、チャンバの高さを減少させ、チャンバの空間を複数の部分に分割することで、比較例に比べて液滴ボリュームが約１．５６倍、吐出速度が約４倍増加することが分かる。これは圧電アクチュエータの変位の変化によってノズルの出口まで送られる駆動エネルギー（圧力変化）の損失が減少するためである。すなわち、比較例ではチャンバの高さまたは体積の分だけノズルの出口まで送られる駆動エネルギーのダンピングが発生し、駆動エネルギーの損失が大きくなるためである。
【００７４】
以上、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であればこれから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることは自明である。例えば、本発明において、マイクロエジェクターの各構成要素を形成する方法は、単に例示されたものであって、多様なエッチング方法が適用可能であり、製造方法の各工程の順序も例示されたものと変わりうる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
【符号の説明】
【００７５】
１００ マイクロエジェクター
１１０ 上部基板
１１１ 流入口
１１２ リストリクタ
１１３ チャンバ
１１４ 隔壁部
１１５ ノズル
１２０ 下部基板
１２１ 突出部
１２２ リザーバ
１３０ 圧電アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロエジェクター及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、チャンバに複数の流路を形成し、チャンバの高さまたは体積を減少させることによって、チャンバからノズルへ流体の吐出を容易にするマイクロエジェクター及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度に発達した現代の先端技術において、最近、最も注目を集めている技術分野の一つは生命工学技術（ｂｉｏ−ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）である。一般的に、生命工学では人体関連試料が多く使用されるため、必然的に流体あるいは流体媒質に溶解された状態で存在する微細流体試料の運送、制御、分析などの役割をするマイクロ流体システムが生命工学技術において必須な要素技術となっている。
【０００３】
このようなマイクロ流体システムは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いたもので、インスリンなどの薬物または生体活性物質の持続的な体内注入、単一チップ試験装置（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）、新薬開発のための化学分析、インクジェット印刷、小型冷却システム、小型燃料電池のような分野で応用されている。
【０００４】
このようなマイクロ流体システムでは、流体を移送するための必須な要素としてマイクロエジェクターが使用されており、特に、医療生体用物質を移送するためのマイクロエジェクターの場合、生体物質の特性上、粘性が高く、かつ導電性を有する流体を扱うため、主に圧電素子を用いたマイクロエジェクターが利用されている。
【０００５】
しかし、このようなマイクロエジェクターの場合、圧電素子の変位が変化するにつれてチャンバに加えられる圧力の変化（駆動エネルギー）がノズルまで送られるが、このとき、チャンバの高さまたは体積がダンピングの役割をし駆動エネルギーの損失が生じ、これにより、流体の吐出特性が低下するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、チャンバの空間を減少させ、チャンバ内の流路を分割することで、所望の速度やボリュームの液滴を吐出することができるマイクロエジェクター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるマイクロエジェクターは、チャンバ内の上部空間に配置される隔壁部と、上記チャンバ内の下部空間に配置され、上記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部とを含む流路プレートと、上記流路プレートの上部の上記チャンバに対応するように形成され、上記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータと、を含むことができる。
【０００８】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記流路プレートは、上記チャンバから上記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成されることができる。
【０００９】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記チャンバ内で上記隔壁部と上記突出部により形成された流路を通過した流体は、１つの流路に合流されて上記ノズルに供給されるように形成されることができる。
【００１０】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記ノズルは、上記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成されることができ、特に、幅が段階的に減少するように形成されることができる。
【００１１】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記隔壁部は、長さ方向の端部に、上記チャンバ内へまたは上記チャンバからの流動を案内するガイド部を含むことができる。
【００１２】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記アクチュエータは、上記隔壁部と上記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成されることができる。
【００１３】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記流路プレートは上部基板及び下部基板を含み、上記隔壁部は上記上部基板に形成され、上記突出部は上記下部基板に形成されることができる。
【００１４】
また、本発明によるマイクロエジェクターにおいて、上記下部基板は、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して形成され、上記突出部は、上記上部シリコン層により形成されることができる。
【００１５】
一方、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法は、内部に流体の流路が形成される流路プレートを用意するステップと、上記流路で流体をノズルに移送するチャンバ内の上部空間に隔壁部を形成し、上記チャンバ内の下部空間に上記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部を形成するステップと、上記流路プレートの上部の上記チャンバに対応する位置に、上記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータを形成するステップと、を含むことができる。
【００１６】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記流路プレートを用意するステップは、上記流路プレートを上記チャンバから上記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成することができる。
【００１７】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記隔壁部と上記突出部を形成するステップは、上記チャンバ内で上記隔壁部と上記突出部により形成された流路を通過した流体が１つの流路に合流されて上記ノズルに供給されるように形成することができる。
【００１８】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記ノズルを上記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成するステップをさらに含むことができる。
【００１９】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記ノズルを上記流体の吐出方向に行くほど幅が段階的に減少するように形成するステップをさらに含むことができる。
【００２０】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記隔壁部を形成するステップは、長さ方向の端部に、上記チャンバ内へまたは上記チャンバからの流動を案内するガイド部を形成することができる。
【００２１】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記アクチュエータを形成するステップは、上記隔壁部と上記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成することができる。
【００２２】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記流路プレートを用意するステップは、上部基板及び下部基板を用意するステップからなり、上記隔壁部を形成するステップは、上記上部基板を加工して行われ、上記突出部を形成するステップは、上記下部基板を加工して行われることができる。
【００２３】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記下部基板を用意するステップは、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して行われ、上記突出部を形成するステップは、上記上部シリコン層において上記突出部が形成される部分以外の部分を除去して行われることができる。
【００２４】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップをさらに含み、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップは、シリコン直接接合（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ、ＳＤＢ）により行われることができる。
【００２５】
また、本発明によるマイクロエジェクターの製造方法において、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップをさらに含み、上記上部基板と上記下部基板とを接合するステップは、上記上部基板の底面と上記下部基板の上記絶縁層の上面とを接合して行われることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるマイクロエジェクター及びその製造方法によると、チャンバの空間を減少させ、チャンバ内に複数の流路を形成することで、マイクロエジェクターの流体吐出速度やボリュームなどの流体吐出特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの上部基板に流路を形成する方法を示した工程図である。
【図５】本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの下部基板にインク流路を形成するステップを示した工程図である。
【図６】本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターの上部基板の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、図面を参照し本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同じ思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等により退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができ、これも本願発明の思想の範囲内に含まれる。
【００２９】
また、各実施例の図面に示す同一または類似する思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一または類似する参照符号を用いて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの分解斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ'線に沿って切断したマイクロエジェクターの垂直断面図である。
【００３１】
図１から図３を参照すると、本発明の一実施例によるマイクロエジェクター１００は、流路が形成される上部基板１１０及び下部基板１２０と、上部基板１１０の上面に形成される圧電アクチュエータ１３０を含む。上部基板１１０及び下部基板１２０はノズル１１５に行くほど幅が狭くなるように形成されることができる。
【００３２】
上部基板１１０には、流体が流入される流入口１１１、リストリクタ１１２の溝、チャンバ１１３の溝、及びノズル１１５の溝が形成されることができる。このとき、上部基板１１０は単結晶シリコン基板や、２つのシリコン層の間に絶縁層が形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハであることができる。上部基板１１０がＳＯＩウェハである場合、チャンバ１１３の高さは、ＳＯＩウェハの２つのシリコン層のうち下部のシリコン層の厚さと実質的に同一であるように形成してもよい。
【００３３】
ここで、マイクロエジェクターの方向を定義すると、厚さ方向は上部基板１１０から下部基板１２０に向かう方向またはその逆方向を意味し、長さ方向はマイクロエジェクターの流路方向、すなわち、チャンバ１１３からノズル１１５に向かう方向またはその逆方向を意味し、幅方向は長さ方向と垂直な方向を意味する。また、高さは厚さ方向の寸法を意味する。
【００３４】
また、上部基板１１０のチャンバ１１３が形成される溝に１つ以上の隔壁１１４が形成され、この隔壁１１４によってチャンバ１１３内に複数の流路が形成される。すなわち、リストリクタ１１２を介してチャンバ１１３に流入された流体は、隔壁１１４により分割されたチャンバ１１３内の３つの流路に移動し、チャンバ１１３のノズル１１５側の部分で１つの流路に合流されてノズル１１５へ吐出される。本実施例においては、２つの隔壁１１４が形成され、チャンバ１１３内で３つの流路が形成される構造を示しているが、本発明はこれに限定されず、要求される条件及び設計仕様に応じて変更可能である。
【００３５】
圧電アクチュエータ１３０はチャンバ１１３に対応するように上部基板１１０の上部に形成され、チャンバ１１３に流入された流体がノズル１１５へ吐出されるための駆動力を提供する。
【００３６】
本実施例において、圧電アクチュエータ１３０は隔壁１１４により分割されたチャンバ１１３内の流路に対応する位置にそれぞれ形成されることができる。すなわち、チャンバ１１３内の３つの流路それぞれに対応する位置に３つの圧電アクチュエータ１３０が形成されることができる。
【００３７】
圧電アクチュエータ１３０は共通電極の役割をする下部電極と、電圧の印加により変形される圧電膜と、駆動電極の役割をする上部電極とを含んで構成されることができる。
【００３８】
下部電極は上部基板１１０の表面全体に形成されることができ、１つの導電性金属物質からなることができるが、チタニウム（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）からなる２つの金属薄膜層で構成されることが好ましい。下部電極は共通電極の役割だけではなく、圧電膜と上部基板１１０との間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割もするようになる。
【００３９】
圧電膜は下部電極上に形成され、チャンバ１１３の上部に位置するように配置される。このような圧電膜は圧電物質、好ましくは、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料からなることができる。上部電極は圧電膜上に形成され、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＣｕなどの物質のうちいずれか１つの物質からなることができる。
【００４０】
本実施例においては、圧電アクチュエータ１３０を使用した圧電駆動方式によって流体が吐出される構成を例として説明しているが、流体吐出方式によって本発明が制限または限定されるものではなく、要求される条件によって熱駆動方式といった多様な方式で流体が吐出されるように構成できる。
【００４１】
下部基板１２０には流入口１１１に流入される流体をチャンバ１１３に移送するリザーバ１２２の溝と、チャンバ１１３の空間内に配置される突出部１２１とを含むことができる。
【００４２】
下部基板１２０は単結晶シリコン基板やＳＯＩウェハからなることができるが、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して形成されるＳＯＩウェハであることが好ましい。
【００４３】
突出部１２１は水平断面が長方形状であってもよいが、これは例示であり、それ以外の平行四辺形または長六角形などの多様な形態で形成されてもよい。突出部１２１の高さは上部シリコン層の厚さと実質的に同一であり、要求されるチャンバ１１３の高さに応じて１０〜１００μｍであることができる。このとき、他の流体流路の構成との関係でパターニングに問題がなければ突出部の高さを１００μｍ以上とすることも可能である。
【００４４】
突出部１２１は、上面がチャンバ１１３内に形成された隔壁部１１４の下面と当接するように配置され、隔壁部１１４と共にチャンバ１１３内で流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する。また、突出部１２１はチャンバ１１３内に突出して配置され、チャンバ１１３の高さを低くしつつチャンバ１１３内の流路を複数の部分に分割する。
【００４５】
以下では、図４及び図５を参照し、上記した構成を有する本発明の一実施例によるマイクロエジェクターを製造する方法について説明する。
【００４６】
図４は、本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの上部基板に流路を形成する方法を示した工程図であり、図５は、本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの下部基板にインク流路を形成するステップを示した工程図である。
【００４７】
まず、本発明の好ましい製造方法を概略的に説明すると、上部基板及び下部基板に流路を形成し、下部基板上に上部基板を積層して接合することで本実施例によるマイクロエジェクターが完成する。一方、上部基板と下部基板に流路を形成する段階は手順に関わらず行われることができる。すなわち、上部基板と下部基板のうちいずれか１つに流路を形成してもよく、上部基板と下部基板に流路が同時に形成されてもよい。但し、以下では、説明の便宜上、上部基板に流路を形成する工程について説明する。
【００４８】
図４（ａ）を参照すると、本実施例では上部基板１１０として約１００〜２００μｍの厚さを有するシリコンウェハを使用する。用意された上部基板１１０をウェット及び／またはドライ酸化させ、上部基板１１０の上面と下面に約５，０００〜１５，０００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を形成することができる。
【００４９】
上部基板１１０の下面にはリストリクタ１１２、チャンバ１１３の下部、及びノズル１１５を形成するための溝を形成し、流入口１１１を形成するための貫通孔を形成する。上部基板１１０はノズル１１５に行くほど幅が狭くなるように形成されることが好ましい。上記溝においてノズル１１５が形成される部分は、流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成されることが好ましい。本実施例では上記幅が段階的に減少するように形成されているが、幅が狭くなる様態については特に限定されない。
【００５０】
上部基板１１０に形成される上記溝及び上記貫通孔は、上部基板１１０の下面にフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を塗布し、塗布されたフォトレジストをパターニングした後、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとしてエッチングすることによって形成されることができる。このとき、フォトレジストのパターニングは露光と現像を含む周知のフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方法によって行われることができるが、後述する他のフォトレジストのパターニングの場合にも同様な方法で適用することができる。
【００５１】
また、上記上部基板１１０に流路を形成するためのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のようなドライエッチング方法や、シリコン用のエッチング液（ｅｔｃｈａｎｔ）として、例えばテトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ：Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ＡｍｍｏｎｉμｍＨｙｄｒｏｘｉｄｅ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたウェットエッチング方法によって行われることができる。このようなシリコンウェハのエッチングは、後述する他のシリコンウェハに対するエッチングの場合にも同様な方法で適用することができる。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示したように、チャンバ１１３の上部を形成するためにシリコンウェハをエッチングする。このとき、上部基板１１０が、２つのシリコン層の間に絶縁層が形成されたＳＯＩウェハである場合、絶縁層はエッチング停止層としての役割をする。
【００５３】
このとき、チャンバ１１３の内部空間に隔壁１１４が形成されるよう、隔壁１１４を形成するための部分を残してエッチングする。
【００５４】
以下では、図４を参照し本発明の一実施例によるマイクロエジェクターの下部基板に流路を形成する工程について説明する。
【００５５】
図５（ａ）に示したように、下部基板１２０として約数百μｍの厚さ、好ましくは、約２１０μｍの厚さを有する下部シリコン層と、約１μｍ〜２μｍの厚さを有する絶縁層と、約１０μｍ〜１００μｍ厚さを有する上部シリコン層とからなるＳＯＩウェハを使用する。用意された下部基板１２０をウェット及び／またはドライ酸化させ、下部基板１２０の上面と下面に約５，０００〜１５，０００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を形成することができる。
【００５６】
下部基板１２０の上面、特に、上部シリコン層の上面にフォトレジストを塗布し、フォトレジストにおいて突出部１２１を形成するための部分以外の部分を除去した後、その露出された部位の上部シリコン層を、上記フォトレジストをエッチングマスクとしてエッチングする。このとき、突出部１２１を形成するための上部シリコン層のエッチングは、ＴＭＡＨまたはＫＯＨを用いるウェットエッチングや、ＩＣＰを用いるＲＩＥのようなドライエッチング方法で行われる。
【００５７】
突出部１２１の水平断面は長方形または平行四辺形などの形態からなることができ、長方形の断面を持つ突出部１２１は上部シリコン層をドライエッチングして得られ、平行四辺形の断面を持つ突出部１２１は上部シリコン層をウェットエッチングして得られる。それ以外にも、対向する２辺が長い六角形、または楕円形などの多様な形態であってもよい。
【００５８】
突出部１２１は、上部シリコン層をエッチングして形成されるため、上部シリコン層の厚さと実質的に同じ高さを有し、突出部１２１の高さは上部シリコン層の厚さを調整することによって多様に調整できる。このように調整される突出部１２１の高さに応じてチャンバ１１３の高さも調整できる。
【００５９】
このように形成された突出部１２１の上面に存在するフォトレジストはウェットエッチングやドライエッチングにより除去されることができ、化学・機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）によっても除去されることができる。このとき、突出部１２１の厚さの一部を共に除去して突出部１２１の高さを調整することができる。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示したように、突出部１２１が形成された下部基板１２０にリザーバ１２２の溝を形成する。これは、下部基板１２０の上面、すなわち絶縁層の上面と突出部１２１の上面とを覆うようにフォトレジストを塗布し、これをパターニングしてリザーバ１２２を形成するための開口部を形成した後、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして、絶縁層と下部シリコン層の一部をエッチングしてリザーバ１２２の溝を形成する。リザーバ１２２の溝の形成はドライエッチングやウェットエッチング方法で行われることができ、リザーバ１２２の側面が傾くようにエッチングされることもできる。
【００６１】
以上、下部基板１２０としてＳＯＩウェハを使用した流路の形成について図示し説明したが、下部基板１２０として単結晶シリコン基板を使用してもよい。すなわち、約１００〜２００μｍの厚さを有する単結晶シリコン基板を設けた後、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した方法と同様に、下部基板１２０に突出部１２１とリザーバ１２２の溝を形成することができる。
【００６２】
このように流路が形成された上部基板１１０及び下部基板１２０を接合し、上部基板１１０の上面のチャンバ１１３に対応する位置に圧電アクチュエータ１３０を形成すると、図１に示したように、本実施例によるマイクロエジェクターが完成する。
【００６３】
このとき、上部基板１１０と下部基板１２０の接合はシリコン直接接合により行われることが好ましい。すなわち、上部基板１１０の下面と下部基板１２０の絶縁層の上面を接合面とし、これら接合面を密着した後、熱処理して接合することができる。
【００６４】
圧電アクチュエータ１３０は上部基板１１０の上面に１つの圧電部からなることができるが、チャンバ１１３内で隔壁部１１４と突出部１２１により形成される複数の流路それぞれに対応する位置に形成された複数の圧電部からなってもよい。すなわち、本実施例では隔壁部１１４により分割されたチャンバ１１３の空間に対応するよう、３つの圧電部が形成されてもよい。
【００６５】
図６は、本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターの上部基板の底面図である。
【００６６】
図６に示した本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターは、隔壁部の長さ方向端部に、チャンバ内へまたはチャンバからの流動を案内する少なくとも一つのガイド部を含む。それ以外の構成は図１に示した本発明の一実施例によるマイクロエジェクターと同様であるため、これら構成に対する詳細な説明は省略し、以下では相違点を中心に説明する。
【００６７】
図６を参照すると、本発明の他の実施例によるマイクロエジェクターはチャンバ１１３内に形成された隔壁部１１４において、マイクロエジェクターの長さ方向の端部にガイド部１１４ａ、１１４ｂが設けられている。
【００６８】
隔壁部１１４は、リストリクタ１１２からチャンバ１１３内に移送された流体が隔壁部１１４により分割された複数の流路それぞれに移送されるように案内する第１のガイド部１１４ｂと、隔壁部１１４により分割された複数の流路それぞれからノズル１１５へ流体の移送を案内する第２のガイド部１１４ａとを含むことができる。
【００６９】
第１の及び第２のガイド部１１４ａ、１１４ｂはリストリクタ１１２及びノズル１１５に向かうよう、端部は鋭い形状で形成されることができる。これは、第１のガイド部１１４ｂによるチャンバ１１３内の分割された空間への流体の移送、及び第２のガイド部１１４ａによるノズル１１５への流体の移送を容易にするためである。
【００７０】
本実施例では隔壁部１１４の長さ方向の両端部にそれぞれ第１の及び第２のガイド部１１４ａ、１１４ｂを形成して説明したが、本発明においてガイド部はマイクロエジェクターの長さ方向の一端部のみに形成されてもよい。
【００７１】
以下の表１は本発明によるマイクロエジェクターと比較例によるマイクロエジェクターの流体吐出特性を示す。本発明によるマイクロエジェクターはチャンバ内に隔壁部及び突出部を形成してチャンバの高さを減少させる構成、比較例によるマイクロエジェクターは、チャンバ内に隔壁部及び突出部を形成しない従来のチャンバ構成とし、流体の吐出速度及び吐出液滴のボリュームをそれぞれ測定した。なお、圧電アクチュエータの変位は全て１２０ｎｍにした。
【００７２】
【表１】
【００７３】
上記表１に示すように、本発明の実施例によるマイクロエジェクターは、チャンバの高さを減少させ、チャンバの空間を複数の部分に分割することで、比較例に比べて液滴ボリュームが約１．５６倍、吐出速度が約４倍増加することが分かる。これは圧電アクチュエータの変位の変化によってノズルの出口まで送られる駆動エネルギー（圧力変化）の損失が減少するためである。すなわち、比較例ではチャンバの高さまたは体積の分だけノズルの出口まで送られる駆動エネルギーのダンピングが発生し、駆動エネルギーの損失が大きくなるためである。
【００７４】
以上、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であればこれから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることは自明である。例えば、本発明において、マイクロエジェクターの各構成要素を形成する方法は、単に例示されたものであって、多様なエッチング方法が適用可能であり、製造方法の各工程の順序も例示されたものと変わりうる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
【符号の説明】
【００７５】
１００ マイクロエジェクター
１１０ 上部基板
１１１ 流入口
１１２ リストリクタ
１１３ チャンバ
１１４ 隔壁部
１１５ ノズル
１２０ 下部基板
１２１ 突出部
１２２ リザーバ
１３０ 圧電アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内の上部空間に配置される隔壁部と、前記チャンバ内の下部空間に配置され、前記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部とを含む流路プレートと、
前記流路プレートの上部の前記チャンバに対応するように形成され、前記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータと
を含むマイクロエジェクター。
【請求項２】
前記流路プレートは、前記チャンバから前記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロエジェクター。
【請求項３】
前記チャンバ内で前記隔壁部と前記突出部により形成された流路を通過した流体は、１つの流路に合流されて前記ノズルに供給されることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロエジェクター。
【請求項４】
前記ノズルは、前記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項５】
前記ノズルは、前記流体の吐出方向に行くほど幅が段階的に減少することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項６】
前記隔壁部は、長さ方向の端部に、前記チャンバ内へまたは前記チャンバからの流動を案内するガイド部を含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記隔壁部と前記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成されることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項８】
前記流路プレートは上部基板及び下部基板を含み、
前記隔壁部は前記上部基板に形成され、
前記突出部は前記下部基板に形成されることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項９】
前記下部基板は、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して形成され、
前記突出部は、前記上部シリコン層により形成されることを特徴とする請求項８に記載のマイクロエジェクター。
【請求項１０】
内部に流体の流路が形成される流路プレートを用意するステップと、
前記流路で流体をノズルに移送するチャンバ内の上部空間に隔壁部を形成し、前記チャンバ内の下部空間に前記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部を形成するステップと、
前記流路プレートの上部の前記チャンバに対応する位置に、前記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータを形成するステップと
を含むマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１１】
前記流路プレートを用意するステップは、前記流路プレートを前記チャンバから前記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成することを特徴とする請求項１０に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１２】
前記隔壁部と前記突出部を形成するステップは、前記チャンバ内で前記隔壁部と前記突出部により形成された流路を通過した流体が１つの流路に合流されて前記ノズルに供給されるように形成することを特徴とする請求項１０または１１に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１３】
前記ノズルを前記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０から１２の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１４】
前記ノズルを前記流体の吐出方向に行くほど幅が段階的に減少するように形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０から１３の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１５】
前記隔壁部を形成するステップは、長さ方向の端部に、前記チャンバ内へまたは前記チャンバからの流動を案内するガイド部を形成することを特徴とする請求項１０から１４の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１６】
前記アクチュエータを形成するステップは、前記隔壁部と前記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成することを特徴とする請求項１０から１５の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１７】
前記流路プレートを用意するステップは、上部基板及び下部基板を用意するステップからなり、
前記隔壁部を形成するステップは、前記上部基板を加工して行われ、
前記突出部を形成するステップは、前記下部基板を加工して行われることを特徴とする請求項１０から１６の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１８】
前記下部基板を用意するステップは、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して行われ、
前記突出部を形成するステップは、前記上部シリコン層において前記突出部が形成される部分以外の部分を除去して行われることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１９】
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップをさらに含み、
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップはシリコン直接接合により行われることを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項２０】
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップをさらに含み、
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップは、前記上部基板の底面と前記下部基板の前記絶縁層の上面とを接合して行われることを特徴とする請求項１８に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１】
チャンバ内の上部空間に配置される隔壁部と、前記チャンバ内の下部空間に配置され、前記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部とを含む流路プレートと、
前記流路プレートの上部の前記チャンバに対応するように形成され、前記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータと
を含むマイクロエジェクター。
【請求項２】
前記流路プレートは、前記チャンバから前記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロエジェクター。
【請求項３】
前記チャンバ内で前記隔壁部と前記突出部により形成された流路を通過した流体は、１つの流路に合流されて前記ノズルに供給されることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロエジェクター。
【請求項４】
前記ノズルは、前記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項５】
前記ノズルは、前記流体の吐出方向に行くほど幅が段階的に減少することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項６】
前記隔壁部は、長さ方向の端部に、前記チャンバ内へまたは前記チャンバからの流動を案内するガイド部を含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記隔壁部と前記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成されることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項８】
前記流路プレートは上部基板及び下部基板を含み、
前記隔壁部は前記上部基板に形成され、
前記突出部は前記下部基板に形成されることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のマイクロエジェクター。
【請求項９】
前記下部基板は、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して形成され、
前記突出部は、前記上部シリコン層により形成されることを特徴とする請求項８に記載のマイクロエジェクター。
【請求項１０】
内部に流体の流路が形成される流路プレートを用意するステップと、
前記流路で流体をノズルに移送するチャンバ内の上部空間に隔壁部を形成し、前記チャンバ内の下部空間に前記隔壁部と共に流体の吐出方向と同一方向に流路を形成する突出部を形成するステップと、
前記流路プレートの上部の前記チャンバに対応する位置に、前記チャンバからノズルへ流体吐出の駆動力を提供するアクチュエータを形成するステップと
を含むマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１１】
前記流路プレートを用意するステップは、前記流路プレートを前記チャンバから前記ノズルに行くほど幅が狭くなるように形成することを特徴とする請求項１０に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１２】
前記隔壁部と前記突出部を形成するステップは、前記チャンバ内で前記隔壁部と前記突出部により形成された流路を通過した流体が１つの流路に合流されて前記ノズルに供給されるように形成することを特徴とする請求項１０または１１に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１３】
前記ノズルを前記流体の吐出方向に行くほど幅が狭くなるように形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０から１２の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１４】
前記ノズルを前記流体の吐出方向に行くほど幅が段階的に減少するように形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０から１３の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１５】
前記隔壁部を形成するステップは、長さ方向の端部に、前記チャンバ内へまたは前記チャンバからの流動を案内するガイド部を形成することを特徴とする請求項１０から１４の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１６】
前記アクチュエータを形成するステップは、前記隔壁部と前記突出部により形成される流路それぞれに対応するように形成することを特徴とする請求項１０から１５の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１７】
前記流路プレートを用意するステップは、上部基板及び下部基板を用意するステップからなり、
前記隔壁部を形成するステップは、前記上部基板を加工して行われ、
前記突出部を形成するステップは、前記下部基板を加工して行われることを特徴とする請求項１０から１６の何れか１項に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１８】
前記下部基板を用意するステップは、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層の順に積層して行われ、
前記突出部を形成するステップは、前記上部シリコン層において前記突出部が形成される部分以外の部分を除去して行われることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項１９】
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップをさらに含み、
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップはシリコン直接接合により行われることを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【請求項２０】
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップをさらに含み、
前記上部基板と前記下部基板とを接合するステップは、前記上部基板の底面と前記下部基板の前記絶縁層の上面とを接合して行われることを特徴とする請求項１８に記載のマイクロエジェクターの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４５８４５（Ｐ２０１１−２４５８４５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７７７５（Ｐ２０１１−２７７７５）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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