JPH1128820A - 噴射装置のノズル形成方法 - Google Patents
噴射装置のノズル形成方法Info
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Abstract
能な噴射装置のノズル形成方法を提案すること。 【解決手段】 ノズルプレート2を形成するためのシリ
コンウエハ200にエッチングを施して、インク滴吐出
方向の前側部分に形成された小断面ノズル部分21aと
後側に形成された大断面ノズル部分21bとを備えた段
状断面のノズル21を形成するに当たり、シリコンウエ
ハ200表面200aにレジスト膜210を形成し、こ
のレジスト膜210に対して、ハーフエッチングによる
パターニングおよびフルエッチングによるパターニング
を施し、次に、ICP放電による異方性ドライエッチン
グを施して、フルエッチングされた部分に溝を形成し、
次に、ハーフエッチング部分のレジスト膜をエッチ除去
して、当該部分に再度ICP放電による異方性ドライエ
ッチングを施こす。この結果、段状断面のノズル21を
形成できる。段状断面のノズルをエッチング加工するた
めに繰り返しマスクパターンを形成する必要がないので
ノズルを効率良く形成できる。
Description
射、噴霧する噴射装置におけるノズル形成方法に関する
ものである。例えば、インク滴を吐出するインクジェッ
トヘッドに好適なノズルの形成方法に関する。さらに詳
しくは、本発明は、シリコン単結晶基板にエッチングを
施して、先端側に向けて階段状に断面が小さくなったノ
ズルを形成するノズル形成方法に関するものである。
クジェットヘッドは、一般に、インク滴を外部に吐出す
る複数のノズルと、これらのノズルに連通したインク供
給路とからなる。
高精細文字を印字可能にするために、より精密でより微
細な加工が要求されている。このために、シリコン基板
に異方性エッチングを施すことにより微細なノズルを形
成する方法が数多く提案されている。
吐出特性を改善するためには、ノズルとして、先端側に
細いノズル孔部分が形成され、その後側に円錐状あるい
は角錐状に広がったノズル孔部分が形成された断面形状
のものを使用することが望ましい。例えば、特開昭56
−135075号公報に開示されているように、ノズル
形状を、先端側を円筒形状とし、後ろ側の部分の内周面
を四角錐台形状とすると、円筒状のノズルを使用する場
合に比べて、インクキャビティの側からノズルに加わる
インク圧力の方向をノズル軸線方向に揃えることがで
き、安定したインク吐出特性を得ることができる。すな
わち、インク滴の飛翔方向のばらつきを無くし、インク
滴の飛び散りを無くし、インク滴の量のばらつきを抑制
することができる。
56−135075号公報に開示されているようにノズ
ルの後ろ側の部分の四角錐台形状の内周面は、シリコン
基板を湿式の異方性エッチングを用いて形成されるた
め、シリコンの結晶方位に沿った形状となる。このた
め、更に、インクキャビティの側からノズルに加わるイ
ンク圧力の方向をノズル軸線方向に揃える作用を得るた
めに、ノズルの後ろ側の部分の傾斜角度を小さくする、
即ち、ノズルの後端側の断面積を小さくすることは、困
難である。
ものであり、その解決しようとする課題は、従来のもの
と比較して、キャビティの側からノズルに加わる圧力の
方向をノズル軸線方向に揃える作用が大きいノズルを、
精度良く単結晶シリコン基板に形成することのできる噴
射装置のノズル形成方法を提案することにある。
めに、本発明は、シリコン単結晶基板にエッチングを施
して、先端側に向けて階段状に断面が小さくなったノズ
ルを形成するために、異方性ドライエッチング方法であ
るICP(誘導結合プラズマ)放電によるドライエッチ
ング方法を採用している。
まず、シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜として、
例えばシリコン酸化膜が形成される。次に、前記ノズル
の後端側に対応する部分の前記レジスト膜を取り除くこ
とにより第1の開口パターンが形成され、前記ノズルの
先端側に対応する部分の前記レジスト膜を取り除くこと
により、前記第1の開口パターンより小さな第2の開口
パターンを形成される。次に、前記第1、第2の開口パ
ターンによって露出された前記シリコン単結晶基板表面
の露出部分に対してプラズマ放電によるドライエッチン
グが施される。このとき、シリコン基板が置かれた処理
槽内に、プラズマ放電によりプラズマ化してシリコンを
腐食するガスと、プラズマ化してシリコンの腐食を抑制
するガスが交互に注入される。これにより、ドライエッ
チングにより、各開口パターンの形状に一致した断面を
有し、後端側から先端側に向けて階段状に断面が小さく
なったノズルが形成される。
すれば、シリコン基板の一方の側からのみドライエッチ
ングを行うのみで、後端側から先端側に向けて階段状に
断面が小さくなったノズルを形成することができ、製造
工程をより簡略化できる。
ジスト膜を形成した後、前記レジスト膜をハーフエッチ
ングして、当該レジスト膜に対して前記ノズルの後端側
の部分に対応した開口パターンを形成する(第1のパタ
ーニング工程)。次に、前記開口パターンが形成された
前記レジスト膜のハーフエッチング領域の一部分をフル
エッチングして、前記ノズルの先端側の部分に対応した
開口パターンを前記シリコン単結晶基板表面の露出部分
として形成する(第2のパターニング工程)。その後、
前記シリコン単結晶基板の前記露出部分に対してプラズ
マ放電によるドライエッチングを施して、所定の深さの
第1の溝を形成する(第1のドライエッチング工程)。
そして、前記レジスト膜のハーフエッチング領域をフル
エッチングして、前記シリコン単結晶基板表面を露出さ
せた後に、当該シリコン単結晶基板に対してプラズマ放
電によるドライエッチングを施して、底面に前記第1の
溝が残った状態のままで第2の溝を所定の深さとなるよ
うに形成する(第2のドライエッチング工程)。
ラズマ放電による異方性ドライエッチングが開始する
と、フルエッチングされて表面が露出しているシリコン
単結晶基板の表面部分のみが垂直にエッチ除去され、所
定の深さの第1の溝が形成される。第2のドライエッチ
ング工程においては、最初にエッチ除去された第1の溝
がそのまま残った状態でシリコン単結晶基板表面のエッ
チングが進行して第2の溝が形成される。エッチング条
件を適切に設定することにより、第1の溝の部分の深さ
寸法をノズルの先端側の小断面側の部分に一致した寸法
にでき、第2の溝の部分の深さ寸法をノズルの後側の大
断面側の部分に一致した寸法にできる。
面にマスクパターンを繰り返し形成する必要が無い。ま
た、凹部が形成された後の段付き状態のシリコン単結晶
基板表面に沿ってマスクパターンを形成する必要もな
い。従って、本発明のノズル形成方法によれば、段状断
面のノズルを効率良く、しかも簡単に形成することが可
能になる。
インクジェットヘッドのノズル形成方法について説明す
る。
ジェットヘッドの概略断面を示してある。なお、本発明
の方法は、図1に示すインクジェットヘッド以外のイン
クジェットヘッド、及びインクジェットヘッド以外の噴
射装置に段状断面のノズルを形成する場合にも適用でき
ることは勿論である。
ジェットヘッド1は、本願人による特開平5−5060
1号公報に開示されているインクジェットヘッドと同様
の静電駆動方式のインクジェットヘッドであり、シリコ
ン単結晶基板からなるノズルプレート2と、同じくシリ
コン単結晶基板からなるキャビティプレート3と、ガラ
ス基板4とを貼り合わせることにより構成されている。
キャビティ31と、各インクキャビティ31にインクを
供給する共通のインクリザーバ32が形成されている。
ノズルプレート2の側には、各インクキャビティ31に
連通した複数のノズル21と、各インクキャビティ31
を共通のインクリザーバ32に連通しているインク供給
口22が形成されている。インク供給口22は一方の側
に深溝部分22aが形成され、他方の側には浅溝部分2
2bが形成された断面形状となっている。また、ノズル
プレート2には電極配線用の貫通孔23も形成されてい
る。
ガラス基板4において、キャビティ31の底面を規定し
ている振動板33に対峙する部分には、凹部41が形成
され、当該凹部の底面には、振動板33に対峙した個別
電極42が形成されている。また、インクリザーバ32
の底面にはインク供給孔34が形成され、このインク供
給孔34は、ガラス基板4に形成したインク供給路43
に連通している。このインク供給路43およびインク供
給孔34を介して、外部のインク供給源からインクがイ
ンクリザーバ32に供給可能となっている。
ティ31の底面を規定している振動板33は共通電極と
して機能し、このキャビティプレート3と、各振動板3
3に対峙している個別電極42との間に電圧を印加する
と、電圧が印加された個別電極42に対峙している振動
板33が静電気力によって振動し、これに伴ってキャビ
ティ31の容積変化が起こり、ノズル21からインク滴
の吐出が行われる。
ルである。すなわち、インク滴吐出方向の前側には円形
の小断面ノズル部分21a(小断面側の部分)が形成さ
れ、後側には円形の大断面ノズル部分21b(大断面側
の部分)が形成されており、これらの境界部分は環状の
段面21cとなっている。従って、ノズル21の軸線方
向に沿って切断した断面形状は先端側に向けて断面が階
段状に小さくなっている。また、ノズル21の先端開口
21dは、ノズルプレート2の反対側の面に形成した凹
部24の底面に開口している。
程を示してある。これらの図を参照してノズルプレート
2の製造手順を説明する。
先ず、図2(A)に示すように、厚さが180ミクロン
のシリコンウエハ200を用意し、当該シリコンウエハ
200を熱酸化させて、その表面にレジスト膜としての
厚さが1.2ミクロン以上のSiO2 膜210を形成す
る。
ニング工程)次に、図2(B)に示すように、シリコン
ウエハ200の表面200aを覆っているSiO2 膜2
10の部分にハーフエッチングを施すことにより、ノズ
ル21の大断面ノズル部分21bおよびインク供給口2
2の浅溝部分22bを形成するためのパターン201b
および202bを形成する。エッチング液としては、フ
ッ化アンモニウム(HF:NH4F=880ml:56
10ml)を使用することができる。また、エッチング
深さは、例えば、0.5ミクロンに設定することができ
る。
ニング工程)この後は、図2(C)に示すように、ノズ
ル21の小断面ノズル部分21aおよびインク供給口2
2の深溝部分22aを形成するためのパターン201a
および202aを、SiO2 膜210のハーフエッチン
グ領域であるパターン201b、202bの部分に形成
する。すなわち、これらのハーフエッチング領域を完全
にエッチングして、シリコンウエハ表面を露出させたパ
ターン201a、202aを形成する。これらのパター
ンと共に、電極用の貫通孔23を形成するためのパター
ン203も、SiO2 膜210をフルエッチングするこ
とにより形成する。この場合に使用するエッチング液も
上記と同様なフッ化アンモニウムを使用できる。
するためのレジスト膜には感光性の樹脂レジスト膜が用
いられる。樹脂レジスト膜の塗布後は、露光現像後し、
その後、前述したようにSiO2 膜をエッチングし、シ
リコンエッチング用のレジスト膜を形成する。
程)このようにして、SiO2 膜210に2回のパター
ニングを施した後は、図3(A)に示すように、ICP
放電による異方性ドライエッチングをシリコンウエハ2
00に施す。これにより、上記のStep3で形成され
たパターン201b、202bおよび203に対応した
形状で、シリコンウエハ200の表面が垂直にエッチン
グされて、それぞれ、同一の深さの溝221、222、
223が形成される。この場合のエッチングガスとして
は、例えば、フッ化炭素(CF、CF4)、6フッ化硫
黄(SF6)を使用し、これらのエッチングガスを交互
に使用すればよい。ここで、CFは形成される溝の側面
にエッチングが進行しないように溝側面を保護するため
に使用し、SF6はシリコンウエハの垂直方向のエッチ
ングを促進させるために使用する。
が35ミクロンの溝221、222、223を形成した
後は、SiO2 膜210をフッ酸水溶液によって0.7
ミクロンの厚さでエッチ除去する。この結果、図3
(B)に示すように、Step2で形成したパターン2
01b、202bの部分が完全に除去されて、シリコン
ウエハ200の表面が露出した状態になる。
程)次に、図3(C)に示すように、再度、ICP放電
による異方性ドライエッチングを行なう。この結果、パ
ターン201b、202bおよび203から露出してい
るシリコンウエハの表面部分は、その断面形状を保った
状態で厚さ方向に向けて垂直にエッチングが進行する。
この場合のエッチングガスも上記のStep4と同一で
あり、エッチング深さを例えば55ミクロンとする。こ
の結果、段状のノズル21に対応する断面形状のノズル
溝231、インク供給口22に対応する断面形状の溝2
32が形成される。また、電極配置用の貫通孔23の半
分の深さの溝233も形成される。
液(例えば、HF:H2 O=1:5vol,25℃)で
全て剥離する。図3(D)にはこの状態を示してある。
この後は、再び、SiO2 膜210の表面を熱酸化し
て、レジスト膜としてのSiO2 膜240を形成する。
この場合においても、SiO2 膜240の厚みは1.2
ミクロン以上にすればよい。
ニング工程)次に、図4(B)に示すように、シリコン
ウエハ200の反対側の表面200bを覆っているSi
O2 膜240の部分をエッチングして、ノズル21が開
口している凹部24に対応したパターン204、および
貫通孔23に対応したターン203Aを形成する。この
場合のエッチング液は上記のStep2で使用したもの
を使用できる。
次に、図4(C)に示すように、シリコンウエハ200
をエッチング液に漬けてシリコンウエハ200の露出部
分に対して異方性湿式エッチングを施し、凹部24に対
応した溝244を形成してノズル21を貫通させる。ま
た、貫通孔23に対応した溝233Aを形成して、貫通
孔23を貫通させる。この場合に使用するエッチング液
は、水酸化カリウム水溶液であり、その濃度は2wtパ
ーセントで液温80℃のものを使用できる。また、エッ
チング深さは例えば110ミクロンとする。エッチング
終了後は、図4(D)に示すように、SiO2 膜240
をフッ酸水溶液で全て剥離する。
図5に示すように、シリコンウエハの耐インク性とノズ
ル面の撥水処理の密着性を確保するために、再度シリコ
ンウエハを熱酸化して、SiO2 膜を形成する。以上に
より、ノズルプレート2が得られる。
エッチング方式として、ECR(電子サイクロトロン共
鳴)放電、HWP(ヘリコン波プラズマ)放電、RIE
(リアクティブイオンエッチング)などを用いても良
い。
プリンタに用いられるインクジェットヘッドについて説
明したが、これに限らず、液体、気体を噴射・噴霧する
ためのノズルを備えた噴射装置のノズルについて、本発
明のノズルの形成方法を適用することは効果的である。
例えば、エンジンの燃料噴射装置のノズルを形成するた
めに本発明を適用しても良い。
成方法においては、プラズマ放電による異方性ドライエ
ッチングを用いてシリコン単結晶基板をエッチング加工
するようにしている。従って、従来のものと比較して、
キャビティの側からノズルに加わる圧力の方向をノズル
軸線方向に揃える作用が大きいノズルを、精度良く単結
晶シリコン基板に形成することが可能である。
ト膜に対してハーフエッチングおよびフルエッチングに
よるパターニングを行なうと共に、プラズマ放電による
異方性ドライエッチングを用いてシリコン単結晶基板を
エッチング加工するより、段状断面のノズルをエッチン
グ加工するためにシリコン単結晶基板表面に対してマス
クパターンを繰り返し形成する必要が無く、また、凹部
が形成された後の段付き状態のシリコン単結晶基板表面
にマスクパターンを形成する必要もない。よって、本発
明の方法は、段状断面のノズルを効率良く、簡単に形成
できるので、量産に適しているという効果を奏する。
ットヘッドの概略断面図である。
プレートの製造工程における第1の熱酸化膜形成工程を
示す説明図、(B)はSiO2 膜の第1のパターニング
工程を示す説明図、(C)はSiO2 膜の第2のパター
ニング工程を示す説明図である。
プレートの製造工程におけるシリコンウエハに対する第
1のドライエッチング工程を示す説明図、(B)はハー
フエッチング部分を除去した後の状態を示す説明図、
(C)はシリコンウエハに対する第2のドライエッチン
グ工程を示す説明図、(D)はSiO2 膜を除去した後
の状態を示す説明図である。
ルプレートの製造工程における第2の熱酸化膜形成工程
を示す説明図、(B)はSiO2 膜の第3のパターニン
グ工程を示す説明図、(C)はシリコンウエハに対する
ウエットエッチング工程を示す説明図、(D)はSiO
2 膜を除去した後の状態を示す説明図である。
の製造工程における最終の熱酸化膜形成工程を示す説明
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】シリコン単結晶基板にエッチングを施し
て、ノズルを形成する噴射装置のノズル形成方法におい
て、 前記シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜を形成し、 前記ノズルの後端側に対応する部分の前記レジスト膜を
取り除くことにより第1の開口パターンを形成し、 前記ノズルの先端側に対応する部分の前記レジスト膜を
取り除くことにより、前記第1の開口パターンより小さ
な第2の開口パターンを形成し、 前記第1、第2の開口パターンによって露出された前記
シリコン単結晶基板表面の露出部分に対して異方性ドラ
イエッチングを施して、後端側から先端側に向けて階段
状に断面が小さくなったノズルを形成することを特徴と
する噴射装置のノズル形成方法。 - 【請求項2】シリコン単結晶基板にエッチングを施し
て、先端側に向けて階段状に断面が小さくなったノズル
を形成する噴射装置のノズル形成方法において、 前記シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜を形成する
レジスト膜形成工程と、 前記レジスト膜をハーフエッチングして、当該レジスト
膜に対して前記ノズルの後端側の部分に対応した開口パ
ターンを形成する第1のパターニング工程と、 前記開口パターンが形成された前記レジスト膜のハーフ
エッチング領域の一部分をフルエッチングして、前記ノ
ズルの先端側の部分に対応した開口パターンを前記シリ
コン単結晶基板表面の露出部分として形成する第2のパ
ターニング工程と、 前記シリコン単結晶基板の前記露出部分に対して異方性
ドライエッチングを施して、所定の深さの第1の溝を形
成する第1のドライエッチング工程と、 前記レジスト膜のハーフエッチング領域をフルエッチン
グして、前記シリコン単結晶基板表面を露出させた後
に、当該シリコン単結晶基板に対して異方性ドライエッ
チングを施して、底面に前記第1の溝が残った状態のま
まで第2の溝を所定の深さとなるように形成する第2の
ドライエッチング工程と、 を含むことを特徴とする噴射装置のノズル形成方法。 - 【請求項3】請求項1もしくは2において、前記レジス
ト膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする噴射装置
のノズル形成方法。 - 【請求項4】請求項1もしくは2において、 プラズマ
放電によりプラズマ化してシリコンを腐食するガスと、
プラズマ化してシリコンの腐食を抑制するガスを交互に
用いてドライエッチングを行うことを特徴とする噴射装
置のノズル形成方法。 - 【請求項5】請求項4において、プラズマ化してシリコ
ンを腐食するガスがフッ化硫黄であり、プラズマ化して
シリコンの腐食を抑制するガスがフッ化炭素であること
を特徴とする噴射装置のノズル形成方法。
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