JP5050743B2 - ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置の製造方法、ノズル基板、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents
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Description
シリコン基材の表面より面の垂直方向にエッチングレートが変化していく組成の酸化膜を成膜するので、酸化膜をウエットエッチングする際、エッチングレートに差が出て、酸化膜にテーパ状の第1のノズル孔部が形成される。酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材にドライエッチングによって形成された略円筒状の第2のノズル孔部と連通して、ノズル孔を形成する。このノズル孔は、従来のように段つき形状ではなくテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させる。また、酸化膜の組成を任意に変えることができるため、テーパ形状に変化を持たせることもでき、液滴の成分に応じて、所望のテーパ形状を簡単に作り出すことができる。さらに、酸化膜を設けた反対側の面よりシリコン基材を研削して第2のノズル孔部を貫通させるので、この際の研削量によってノズル長を適切に調整することができる。
シリコン基材の表面より面の垂直方向に組成が連続的に変化する酸化膜が成膜され、シリコン基材側のエッチングレートが遅く、シリコン基材から離れるにしたがってエッチングレートが早くなるので、シリコン基材から離れるにしたがって酸化膜に形成されたノズル径が大きくなる。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
シリコン基材の表面より面の垂直方向に組成が段階的に変化する酸化膜が多層形成され、シリコン基材側に位置する層のエッチングレートが遅く、シリコン基材から離れるにつれて層のエッチングレートが早くなるので、シリコン基材から離れるにしたがって酸化膜に形成された層のノズル径が大きくなる。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
ガス比、温度、圧力、プラズマパワー、ガスを個別に変化させ、あるいは任意に組み合わせて変化させることによって、シリコン基材側からエッチングレートの遅い組成の膜を形成し、シリコン基材から離れるにしたがってエッチングレートの早い組成の膜を形成していく。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
モノシランガス、酸素、ホスフィンを反応性ガスとし、ヘリウムをキャリアガスとして流すことによって、シリコン基材側からエッチングレートの遅い組成の膜を形成し、シリコン基材から離れるにしたがってエッチングレートの早い組成の膜を形成していくことが可能になる。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
モノシランガス、酸素、ホスフィンを反応性ガスとし、ヘリウムをキャリアガスとして流し、モノシランガス、酸素、ヘリウムの流量を固定パラメータとし、ホスフィンの流量を変化パラメータとして流すことによって、シリコン基材から離れるにしたがってPH3 組成が多くエッチングレートの早い膜を形成していくことができる。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
モノシランガス、酸素、ホスフィンを反応性ガスとし、ヘリウムをキャリアガスとして流し、モノシランガス、酸素、ヘリウムの流量をそれぞれ500sccm、100sccm、1SLMとした固定パラメータとし、ホスフィンの流量を0sccm〜100sccmの間で連続的もしくは段階的に変化させて変化パラメータとして流すことによって、シリコン基材から離れるにしたがってPH3 組成が多くエッチングレートの早い膜を形成していくことができる。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
酸化膜の成膜時において、成膜温度を370℃〜300℃の範囲で連続的もしくは段階的に変化させることによって、シリコン基材側からエッチングレートの遅い組成の膜を形成し、シリコン基材から離れるにしたがってエッチングレートの早い組成の膜を形成していくことができる。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
酸化膜の成膜時において、成膜中の圧力(リアクター内の真空度)を1.0Torr〜3.0Torrの範囲で連続的もしくは段階的に変化させることによって、シリコン基材側からエッチングレートの遅い組成の膜を形成し、シリコン基材から離れるにしたがってエッチングレートの早い組成の膜を形成していくことができる。こうして酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔はテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
減圧CVD法により酸化膜をシリコン基材上に成膜するので、成膜が容易かつ確実である。
酸化膜の膜厚が30μ以下であるため、酸化膜応力によってシリコン基板に反りが生じることがない。
酸化膜を形成したあと、フォトリソ技術により容易かつ正確にパターニングをおこなって、レジスト開口部を形成することができる。
上記の方法によって製造された液滴吐出ヘッドは、ノズル基板のノズル孔がテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
上記の方法によって製造された液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドのノズル基板のノズル孔がテーパ部を有するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させることができる。
酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔は、従来のように段つき形状ではなくテーパ部を有して連通するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させる。
酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともにノズル孔を形成する。このノズル孔は、従来のように段つき形状ではなくテーパ部を有して連通するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させる。
酸化膜に形成された略截頭円錐状の第1のノズル孔部は、シリコン基材に形成された略円筒状の第2のノズル孔部とともに、ノズル孔を形成する。このノズル孔は、従来のように段つき形状ではなくテーパ部を有して連通するため、液滴がスムーズに流れて液滴のよどみが生じることがなく、液滴の吐出性能を向上させる。
図1は本発明の実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)の分解斜視図、図2は図1を組み立てた状態の要部の縦断面図、図3は図2のノズル孔近傍を拡大した縦断面図である。図において、インクジェットヘッド10は、複数のノズル孔11が所定の間隔で設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2の振動板22に対峙して個別電極31が設けられた電極基板3とを貼り合わせて構成したものである。
そして、インク滴は、ノズル孔11内を、ノズル基板1がキャビティ基板2と接合する接合面1a側から、その反対側に位置する液滴吐出面1b側に吐出される。
個別電極31は、リード部31aと、フレキシブル配線基板(図示せず)に接続される端子部31bとを備えている。端子部31bは、配線のためにキャビティ基板2の末端部が開口された電極取り出し部311内に露出している。そして、ICドライバ等の駆動制御回路40を介して、各個別電極31の端子部31bとキャビティ基板2上の共通電極27とが接続されている。
(a) 図5(a)に示すように、シリコン基材(Si基材)100を製造する。
変化させるパラメータは、ガス比、温度、圧力(真空度)、プラズマパワー、ガス等であり、これらを酸化膜101の処理中に、個別に変化させまたは組み合わせて変化させることにより膜質を制御し、これにより酸化膜101の膜質、膜組成を連続的に(リニアに)変化させる。
こうすると、図5(b)に示すように、シリコン基材100の表面より面の垂直方向にPH3 組成が連続的に変化する酸化膜(この場合、シリコン基材100表面、すなわち接触面1cのPH3 の含量は0)が形成され、成膜中のPH3 の含量が高い側(図の上側、すなわち接合面1a側)でエッチングレートが早く、含量が少なくなるにつれて(図の下側に行くほど、すなわち接触面1cに近づくほど)エッチングレートが遅くなる。
例えば、成膜温度(℃)を370℃〜300℃まで連続的に変化させると、成膜中の温度が低い側(図の上側)でエッチングレートの早い酸化膜101が形成される。
例えば、PH3 の流量(sccm)、成膜温度(℃)を変化させて、成膜中圧力(Torr)を一定にすることもでき、また、PH3 の流量(sccm)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、成膜温度(℃)を一定にすることもでき、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、PH3 の流量(sccm)を一定にすることもでき、さらには、PH3 の流量(sccm)、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)のすべてを変化させることもできる。
なお、酸化膜101の膜厚はできるだけ厚いほうが望ましいが、ノズル基板1が酸化膜101の応力により反りが生じる場合があるため、最大膜厚として30μを目安に形成する。
こうして、酸化膜101に形成した略截頭円錐状の第1のノズル孔部110aと、シリコン基材100に形成した略円筒状の第2のノズル孔部110bとによって、テーパ部を備えたノズル孔11が形成される。
上記の工程を経て、シリコン基材100と酸化膜101とからノズル基板1を製造する。
(a) まず、図8(a)に示すように、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基材300を、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用して、フッ酸によってエッチングすることにより、凹部310を形成する。なお、この凹部310は電極31の形状より少し大きい溝状のものであって、複数形成する。そして、凹部310の内部に、スパッタによってITO(Indium Tin Oxide)からなる電極31を形成する。その後、サンドブラスト加工等によってインク供給孔25となる孔部25aを貫通形成する。
(c) 次に、図8(c)に示すように、図8(b)に示すシリコン基材200と、図8(a)に示すガラス基材300を例えば360℃に加熱し、シリコン基材200に陽極、ガラス基材300に陰極を接続して、800V程度の電圧を印加して陽極接合を行う。
(d) シリコン基材200とガラス基材300を陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で図8(c)の工程で得られた接合基板をエッチングすることにより、図8(d)に示すように、シリコン基材200の全体を薄板化する。
(g) 次に、シリコン基材200の吐出室21となる凹部210等が形成された面に、図9(g)に示すように、CVDによってTEOS等からなる液滴保護膜202を形成する。
(h) 次に、図9(h)に示すように、RIE(Reactive Ion Etching)等によって電極取出し部41を開放する。また、シリコン基材200に機械加工又はレーザー加工を行って、インク供給孔25をリザーバ24となる凹部240において貫通させる。これによって、キャビティ基板2と電極基板3が接合された接合基板が完成する。
なお、電極取出し部41に、振動板22と電極31の間の空間を封止するための封止剤(図示せず)を塗布するようにしてもよい。
図10に示すように、ノズル基板1の接合面1aに接着剤層を形成し、電極基板3が接合されたキャビティ基板2と、ノズル基板1とを接合する。
以上の製造工程を経ることにより、ノズル基板1、キャビティ基板2及び電極基板3の接合体が完成する。
最後に、ノズル基板1、キャビティ基板2、電極基板3が接合された接合基板をダイシング(切断)により分離して、インクジェットヘッド10が完成する。
図11は本発明の実施の形態2に係る液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)の縦断面図である。また、図12〜図14はノズル基板1の製造工程を示す断面図である。
実施の形態2におけるノズル孔11は実施の形態1で示したノズル孔11と同様に、シリコン基材100と酸化膜101aとから作製されたノズル基板1に形成されており、小径側の円筒状をなす第2のノズル孔部110bはシリコン基材100に形成されており、大径側の略截頭円錐状をなす第1のノズル孔部110aは酸化膜101aに形成されて、連続した2段形状を構成している。また、実施の形態1と同様に、酸化膜101aのシリコン基材100側に位置する層の膜質はエッチングレートが遅い性質を有し、表面側すなわちシリコン基材100と反対側に位置する層の膜質はエッチングレートが早い性質を有している。
しかしながら、実施の形態1で示した酸化膜101は組成をリニアに変化させて形成していくのに対して、実施の形態2で示す酸化膜101aは組成ごとにレイヤーを分けて多層形成していく。
その他のインクジェットヘッド10の構成は、図1、図2で示した場合と同様なので、説明を省略する。
(a) 図12(a)に示すように、シリコン基材(Si基材)100を製造する。
こうすると、図12(b)に示すように、シリコン基材100の表面より面の垂直方向にPH3 組成が段階的に変化する(段階的に増加する)酸化膜101aが形成され、成膜中のPH3 の含量が高い側(図の上側)の層でエッチングレートが早くなり、含量が少なくなる側(図の下側)の層ほどエッチングレートが遅くなる。
例えば、PH3 の流量(sccm)、成膜温度(℃)を変化させて、成膜中圧力(Torr)を一定にすることもでき、また、PH3 の流量(sccm)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、成膜温度(℃)を一定にすることもでき、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、PH3 の流量(sccm)を一定にすることもでき、さらには、PH3 の流量(sccm)、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)のすべてを変化させることもできる。
なお、酸化膜101aの膜厚はできるだけ厚いほうが望ましいが、ノズル基板1が酸化膜101aの応力によって反りが生じる場合があるため、反りが生じない程度の膜厚として、多層膜の総膜厚は、最大30μとした。
こうして、酸化膜101aに形成した截頭円錐状の第1のノズル孔部110aと、シリコン基材100に形成した略円筒状の第2のノズル孔部110bとによって、テーパ部を備えたノズル孔11が形成される。
上記の工程を経て、シリコン基材100からノズル基板1を製造する。
また、キャビティ基板2と電極基板3との接合基板にノズル基板1を接合してインクジェットヘッド10を製造する製造工程は、図10に示した場合と同様なので、説明を省略する。
本発明の実施の形態3に係るインクジェットヘッド20は、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10と基本的な構成及び動作は同様であるが、ノズル基板1の構成が異なっている。すなわち、インクジェットヘッド20は、ノズル基板1がシリコン基材100と酸化膜101とで構成されているのではなく、ノズル基板1がシリコン基材100と窒化膜201とで構成されているのである。なお、実施の形態3では実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
(a) 図5(a)に示すように、シリコン基材(Si基材)100を製造する。
変化させるパラメータは、ガス比、温度、圧力(真空度)、プラズマパワー、ガス等であり、これらを窒化膜201の一部を形成しながら個別に変化させ、または組み合わせて変化させることにより膜の組成を制御し、これにより窒化膜201の組成を連続的に(リニアに)変化させる。
こうすると、図5(b)に示すように、シリコン基材100の表面に、当該面の垂直方向にSiH4 の組成が連続的に変化する窒化膜201(この場合、シリコン基材100表面、すなわち接触面1cのSiH4 の含量は40)が形成され、成膜中のSiH4 の含量が低い側(図の上側、すなわち接合面1a側)でエッチングレートが早く、含量が高くなるにつれて(図の下側に行くほど、すなわち接触面1cに近づくほど)エッチングレートが遅くなる。
例えば、成膜温度(℃)を270℃〜330℃まで連続的に変化させると、成膜中の温度が低い側(図の上側)でエッチングレートの早い窒化膜201が形成される。
例えば、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)を変化させて、成膜中圧力(Pa)、プラズマパワー(W)を一定にすることもでき、また、SiH4 の流量(sccm)、成膜中圧力(Pa)を変化させて、成膜温度(℃)、プラズマパワー(W)を一定にすることもでき、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Pa)、プラズマパワー(W)を変化させて、SiH4 の流量(sccm)を一定にすることもでき、さらには、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Pa)、プラズマパワー(W)のすべてを変化させることもできる。
なお、窒化膜201の膜厚はできるだけ厚いほうが望ましいが、ノズル基板1が窒化膜201の応力により反りが生じる場合があるため、最大膜厚として20μを目安に形成する。
こうして、窒化膜201に形成した略截頭錐体形状の第1のノズル孔部110aと、シリコン基材100に形成した略円筒状の第2のノズル孔部110bとによって、テーパ部を備えたノズル孔11が形成される。
上記の工程を経て、シリコン基材100と窒化膜201とからノズル基板1を製造する。
実施の形態4におけるノズル孔11は、実施の形態3で示したノズル孔11と同様に、シリコン基材100と窒化膜201aとから作製されたノズル基板1に形成されており、小径側の略円筒状をなす第2のノズル孔部110bはシリコン基材100に形成されており、大径側の略截頭錐体形状をなす第1のノズル孔部110aは窒化膜201aに形成されて、連続した2段形状を構成している。また、実施の形態3と同様に、窒化膜201aのシリコン基材100側に位置する層の膜はエッチングレートが遅い性質を有し、表面側すなわちシリコン基材100と反対側に位置する層の膜はエッチングレートが早い性質を有している。
しかしながら、実施の形態3で示した窒化膜201は組成をリニアに変化させて形成していくのに対して、実施の形態4で示す窒化膜201aは組成ごとにレイヤーを分けて多層形成していく。
その他のインクジェットヘッド20の構成は、実施の形態3で示した場合と同様なので、説明を省略する。なお、実施の形態4に係る窒化膜201aについては、実施の形態1の説明で使用した図11〜図14にかっこ書きで示してある。
(a) 図12(a)に示すように、シリコン基材(Si基材)100を製造する。
こうすると、図12(b)に示すように、シリコン基材100の表面に、当該表面の垂直方向にSiH4 の組成が段階的に変化する(段階的に減少する)窒化膜201aが形成され、成膜中のSiH4 の含量が低い側(図の上側)の層でエッチングレートが早くなり、含量が多くなる側(図の下側)の層ほどエッチングレートが遅くなる。
例えば、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)を変化させて、成膜中圧力(Pa)、プラズマパワー(W)を一定にすることもでき、また、SiH4 の流量(sccm)、成膜中圧力(Pa)を変化させて、成膜温度(℃)、プラズマパワー(W)を一定にすることもでき、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Pa)、プラズマパワー(W)を変化させて、SiH4 の流量(sccm)を一定にすることもでき、さらには、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Pa)、プラズマパワー(W)のすべてを変化させることもできる。
なお、窒化膜201aの膜厚はできるだけ厚いほうが望ましいが、ノズル基板1が窒化膜201aの応力によって反りが生じる場合があるため、反りが生じない程度の膜厚として、多層膜の総膜厚は、最大20μとした。
こうして、窒化膜201aに形成した略截頭錐体形状の第1のノズル孔部110aと、シリコン基材100に形成した略円筒状の第2のノズル孔部110bとによって、テーパ部を備えたノズル孔11が形成される。
上記の工程を経て、シリコン基材100からノズル基板1を製造する。
また、キャビティ基板2と電極基板3との接合基板にノズル基板1を接合してインクジェットヘッド20を製造する製造工程は、図10に示した場合と同様なので、説明を省略する。
本発明の実施の形態5に係るインクジェットヘッド30は、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10及び実施の形態3に係るインクジェットヘッド20と基本的な構成及び動作は同様であるが、ノズル基板1の構成が異なっている。すなわち、インクジェットヘッド30は、ノズル基板1がシリコン基材100と酸化膜101とで、あるいはノズル基板1がシリコン基材100と窒化膜201とで構成されているのではなく、ノズル基板1がシリコン基材100とポリシリコン膜301とで構成されているのである。なお、実施の形態5では実施の形態1及び実施の形態3との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1及び実施の形態3と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
(a) 図5(a)に示すように、シリコン基材(Si基材)100を製造する。
変化させるパラメータは、ガス比、温度、圧力(真空度)、プラズマパワー、ガス等であり、これらをポリシリコン膜301の一部を形成しながら個別に変化させ、または組み合わせて変化させることにより膜の組成を制御し、これによりポリシリコン膜301の組成を連続的に(リニアに)変化させる。
こうすると、図5(b)に示すように、シリコン基材100の表面に、当該表面の垂直方向にSiH4 の組成が連続的に変化するポリシリコン膜301(この場合、シリコン基材100表面、すなわち接触面1cのSiH4 の含量は500)が形成され、成膜中のSiH4 の含量が低い側(図の上側、すなわち接合面1a側)でエッチングレートが早く、含量が高くなるにつれて(図の下側に行くほど、すなわち接触面1cに近づくほど)エッチングレートが遅くなる。
例えば、成膜温度(℃)を550℃〜650℃まで連続的に変化させると、成膜中の温度が低い側(図の上側)でエッチングレートの早いポリシリコン膜301が形成される。
例えば、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)を変化させて、成膜中圧力(Torr)を一定にすることもでき、また、SiH4 の流量(sccm)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、成膜温度(℃)を一定にすることもでき、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、SiH4 の流量(sccm)を一定にすることもでき、さらには、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)のすべてを変化させることもできる。
なお、ポリシリコン膜301の膜厚はできるだけ厚いほうが望ましいが、ノズル基板1がポリシリコン膜301の応力により反りが生じる場合があるため、最大膜厚として20μを目安に形成する。
こうして、ポリシリコン膜301に形成した略截頭錐体形状の第1のノズル孔部110aと、シリコン基材100に形成した略円筒状の第2のノズル孔部110bとによって、テーパ部を備えたノズル孔11が形成される。
上記の工程を経て、シリコン基材100とポリシリコン膜301とからノズル基板1を製造する。
実施の形態6におけるノズル孔11は、実施の形態5で示したノズル孔11と同様に、シリコン基材100とポリシリコン膜301aとから作製されたノズル基板1に形成されており、小径側の略円筒状をなす第2のノズル孔部110bはシリコン基材100に形成されており、大径側の略截頭錐体形状をなす第1のノズル孔部110aはポリシリコン膜301aに形成されて、連続した2段形状を構成している。また、実施の形態5と同様に、ポリシリコン膜301aのシリコン基材100側に位置する層の膜はエッチングレートが遅い性質を有し、表面側すなわちシリコン基材100と反対側に位置する層の膜はエッチングレートが早い性質を有している。
しかしながら、実施の形態5で示したポリシリコン膜301は組成をリニアに変化させて形成していくのに対して、実施の形態6で示すポリシリコン膜301aは組成ごとにレイヤーを分けて多層形成していく。
その他のインクジェットヘッド30の構成は、実施の形態5で示した場合と同様なので、説明を省略する。なお、実施の形態6に係るポリシリコン膜301aについては、実施の形態1の説明で使用した図11〜図14にかっこ書きで示してある。
(a) 図12(a)に示すように、シリコン基材(Si基材)100を製造する。
こうすると、図12(b)に示すように、シリコン基材100の表面に、当該表面の垂直方向にSiH4 の組成が段階的に変化する(段階的に減少する)ポリシリコン膜301aが形成され、成膜中のSiH4 の含量が低い側(図の上側)の層でエッチングレートが早くなり、含量が多くなる側(図の下側)の層ほどエッチングレートが遅くなる。
例えば、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)を変化させて、成膜中圧力(Torr)を一定にすることもでき、また、SiH4 の流量(sccm)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、成膜温度(℃)を一定にすることもでき、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)を変化させて、SiH4 の流量(sccm)を一定にすることもでき、さらには、SiH4 の流量(sccm)、成膜温度(℃)、成膜中圧力(Torr)のすべてを変化させることもできる。
なお、ポリシリコン膜301aの膜厚はできるだけ厚いほうが望ましいが、ノズル基板1がポリシリコン膜301aの応力によって反りが生じる場合があるため、反りが生じない程度の膜厚として、多層膜の総膜厚は、最大20μとした。
こうして、ポリシリコン膜301aに形成した略截頭錐体形状の第1のノズル孔部110aと、シリコン基材100に形成した略円筒状の第2のノズル孔部110bとによって、テーパ部を備えたノズル孔11が形成される。
上記の工程を経て、シリコン基材100からノズル基板1を製造する。
また、キャビティ基板2と電極基板3との接合基板にノズル基板1を接合してインクジェットヘッド30を製造する製造工程は、図10に示した場合と同様なので、説明を省略する。
図15は、本発明の実施の形態7に係る液滴吐出装置(インクジェットプリンタ)の斜視図である。実施形態1〜6で得られたインクジェットヘッド10、20及び30はノズル孔11を有するノズル基板1を用いて製造することができ、かかるインクジェットヘッド10、20及び30を用いて、図15に示すようなインクジェットプリンタ400を得ることができる。
なお、実施の形態1〜6に係るインクジェットヘッド10、20及び30は液滴吐出ヘッドの一例であって、液滴吐出ヘッドはインクジェットヘッド10、20及び30に限定されるものではなく、液滴を種々変更することによって、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。
また、実施の形態1〜6に係る液滴吐出ヘッドは、圧電駆動方式の液滴吐出装置や、バブルジェット(登録商標)方式の液滴吐出装置にも使用することができる。
Claims (17)
- シリコン基材の表面に、酸化膜を形成し、前記酸化膜をエッチングして、ノズル孔を形成するノズル基板の製造方法であって、
前記シリコン基材側に向かってエッチングレートが遅くなる組成の酸化膜を成膜する工程と、
前記酸化膜上に、第1のノズル孔部に相当する部位を除いた部分にレジストを塗布し、前記レジストが塗布されていなかった部位より前記酸化膜をウエットエッチングして前記シリコン基材側に縮径していくほぼ截頭円錐状の第1のノズル孔部を形成する工程と、
前記シリコン基材を前記酸化膜に設けた第1のノズル孔部の縮径側よりドライエッチングしてほぼ円筒状の第2のノズル孔部を形成する工程と、
前記酸化膜を設けた反対側の面より前記シリコン基材を研削して前記第2のノズル孔部を貫通させる工程と、
前記酸化膜に形成した第1のノズル孔部と前記シリコン基材に形成した前記第2のノズル孔部とによってノズル孔を形成する工程とを含むことを特徴とするノズル基板の製造方法。 - 前記酸化膜は、単層の酸化膜であり、前記シリコン基材側に向かって連続的にエッチングレートが遅くなるような組成配分となるように組成配分を変化させて構成したことを特徴とする請求項1記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜は、複数の組成の異なる酸化膜が多層に形成された構成からなる酸化膜であり、前記酸化膜の各層のエッチングレートが前記シリコン基材側に向かって段階的に遅くなるように構成したことを特徴とする請求項1記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜の成膜時において、ガス比、温度、圧力、プラズマパワー及びガスを少なくとも1つ変化させて、前記酸化膜の膜質、膜組成を変化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜の成膜時において、前記ガスはモノシランガス、酸素、ホスフィン、ヘリウムからなり、モノシランガス、酸素、ホスフィンを反応性ガスとし、ヘリウムをキャリアガスとして、前記酸化膜の膜質、膜組成を変化させることを特徴とする請求項4記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜の成膜時において、前記モノシランガス、酸素、ヘリウムの流量を固定パラメーターとし、前記ホスフィンの流量を変化パラメーターとして、前記酸化膜の膜質、膜組成を変化させることを特徴とする請求項5記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜の成膜時において、前記モノシランガス、酸素、ヘリウムの流量をそれぞれ500sccm、100sccm、1SLMとして固定パラメーターとし、前記ホスフィンの流量を0sccm〜100sccmの間で連続的もしくは段階的に変化させて変化パラメーターとしたことを特徴とする請求項6記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜の成膜時において、成膜温度を370℃〜300℃の範囲で連続的もしくは段階的に変化させることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜の成膜時において、成膜中の圧力を1.0Torr〜3.0Torrの範囲で連続的もしくは段階的に変化させることを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜を減圧CVD法によって前記シリコン基材上に成膜することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜の膜厚が30μ以下であることを特徴とする請求項10記載のノズル基板の製造方法。
- 前記酸化膜上にフォトリソ技術によってレジストを塗布し、該レジストに開口部を設けることを特徴とする請求項1〜11記載のノズル基板の製造方法。
- シリコン基材の表面に、酸化膜を形成し、前記酸化膜をエッチングして、ノズル孔を形成するノズル基板の製造方法を用いた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記シリコン基材側に向かってエッチングレートが遅くなる組成の酸化膜を成膜する工程と、
前記酸化膜上に、第1のノズル孔部に相当する部位を除いた部分にレジストを塗布し、前記レジストが塗布されていなかった部位より前記酸化膜をウエットエッチングして前記シリコン基材側に縮径していくほぼ截頭円錐状の第1のノズル孔部を形成する工程と、
前記シリコン基材を前記酸化膜に設けた第1のノズル孔部の縮径側よりドライエッチングしてほぼ円筒状の第2のノズル孔部を形成する工程と、
前記酸化膜を設けた反対側の面より前記シリコン基材を研削して前記第2のノズル孔部を貫通させる工程と、
前記酸化膜に形成した第1のノズル孔部と前記シリコン基材に形成した前記第2のノズル孔部とによってノズル孔を形成する工程とを含んでノズル基板を製造する方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - シリコン基材の表面に、酸化膜を形成し、前記酸化膜をエッチングして、ノズル孔を形成してノズル基板を製造し液滴吐出ヘッドを製造することにより液滴吐出装置を製造する液滴吐出装置の製造方法であって、
前記シリコン基材側に向かってエッチングレートが遅くなる組成の酸化膜を成膜する工程と、
前記酸化膜上に、第1のノズル孔部に相当する部位を除いた部分にレジストを塗布し、前記レジストが塗布されていなかった部位より前記酸化膜をウエットエッチングして前記シリコン基材側に縮径していくほぼ截頭円錐状の第1のノズル孔部を形成する工程と、
前記シリコン基材を前記酸化膜に設けた第1のノズル孔部の縮径側よりドライエッチングしてほぼ円筒状の第2のノズル孔部を形成する工程と、
前記酸化膜を設けた反対側の面より前記シリコン基材を研削して前記第2のノズル孔部を貫通させる工程と、
前記酸化膜に形成した第1のノズル孔部と前記シリコン基材に形成した前記第2のノズル孔部とによってノズル孔を形成する工程とを含んでノズル基板を製造し液滴吐出ヘッドを製造することにより液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。 - 大径側がほぼ截頭円錐状の第1のノズル孔部と、小径側がほぼ円筒状の第2のノズル孔部とからなり、前記第1のノズル孔部の縮径側端部が前記第2のノズル孔部の端部と連通してなるノズル孔を備え、酸化膜とシリコン基材により2層に構成されたノズル基板であって、
前記第1のノズル孔部が前記酸化膜に形成され、前記第2のノズル孔部が前記シリコン基材に形成されたことを特徴とするノズル基板。 - 大径側がほぼ截頭円錐状の第1のノズル孔部と、小径側がほぼ円筒状の第2のノズル孔部とからなり、前記第1のノズル孔部の縮径側端部が前記第2のノズル孔部の端部と連通してなるノズル孔を備え、酸化膜とシリコン基材により2層に構成されたノズル基板であって、
前記第1のノズル孔部が前記酸化膜に形成され、前記第2のノズル孔部が前記シリコン基材に形成されたノズル基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 大径側がほぼ截頭円筒状の第1のノズル孔部と、小径側がほぼ円筒状の第2のノズル孔部とからなり、前記第1のノズル孔部の縮径側端部が前記第2のノズル孔部の端部と連通してなるノズル孔を備え、酸化膜とシリコン基材により2層に構成されたノズル基板であって、
前記第1のノズル孔部が前記酸化膜に形成され、前記第2のノズル孔部が前記シリコン基材に形成されたノズル基板を有する液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
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