JP2003311972A - シリコン基板を利用したノズル形成方法及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板の表面に形成されたノズル部の
保護方法の確立。及びシリコン基板の裏面に対する複数
回のパターニング形成を可能にすること。及びウェット
エッチング時間の長時間化。 【解決手段】 ノズル開口部１６が形成されたノズル基
板３の表面３ａに、所定厚さのSOG膜１７及び酸化膜１
４又は窒化膜１４ａを形成することで、ノズル基板３の
裏面３ｂに対するウェットエッチング加工における保護
膜とし、次に、ノズル基板３の裏面３ｂに対するウェッ
トエッチング加工により所定深さのインクノズル２を形
成するため、従来におけるレジスト膜１５、特に、ネガ
レジストを用いることなく、ノズル基板３の裏面３ｂに
対するウェットエッチングの長時間化及び複数回のパタ
ーニングが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル形成用のパ
ターニングが形成されたシリコン基板の表面に、ウェッ
トエッチング加工により所定深さのノズルを形成するた
めにウェットエッチングに耐え得る膜を形成する方法に
関するものである。また、ガラス基板表面に形成した溝
の底面に個別電極が形成されている静電駆動式のインク
ジェットヘッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、シリコン基板の表面にノ
ズル部分を形成するために、当該シリコン基板表面に酸
化膜を成膜し、これに対してノズル部形成用のパターニ
ングを行い、これらの表面にレジスト膜を塗布すること
により、下地の酸化膜を保護しつつ、シリコン基板裏面
側へのパターニングを行う。その後、ウエットエッチン
グによりノズルを形成する方法が採用されている。

【０００３】シリコン基板のノズル形成加工は、例え
ば、図１に示す構成の静電駆動式のインクジェットヘッ
ドにおいて必要とされている。この図１のインクジェッ
トヘッドを矢印方向６から見た断面図の図２で見た場
合、インク圧力室８の底面が共通電極としての振動板９
となっており、この振動板９に対して、ガラス基板５の
表面に形成した溝の底面に形成されたＩＴＯ個別電極１
１が一定の間隔をあけて対峙した構成となっている。

【０００４】振動板９と個別電極１１の間に電圧を印加
することにより振動板９を変位させると、インク圧力室
８の容積が変動して、インクノズル２からインク液滴１
３が吐出するようになっている。

【０００５】図３（ａ）〜（ｄ）には、材質がシリコン
であるノズル基板３に図１及び図２に示すインクノズル
２を形成する工程を示してある。この図３を参照して説
明すると、まず、図３（ａ）に示すように、ノズル基板
３の表面３ａに、酸化膜１４を成膜することにより酸化
膜１４を形成し、次に、図３（ｂ）に示すように、この
酸化膜１４をフォトリソによるパターニングを行い、そ
の後、図３（ｃ）に示すように、ドライエッチング法に
より所定の深さまで掘り込んで、酸化膜１４を剥離し、
ノズル開口部１６を形成する。

【０００６】次に、図３（ｄ）に示すように、ノズル基
板３の表面３ａ及び裏面３ｂに酸化膜１４を成膜後、ノ
ズル開口部１６にレジスト膜１５を塗布することで、ノ
ズル開口部１６の酸化膜１４を保護し、ノズル基板３の
裏面３ｂにフォトリソによるパターニングを行う。

【０００７】次に、図３（ｅ）に示すように、ノズル開
口部１６を貫通させるために、ウェットエッチングによ
りノズル基板３の裏面３ｂをエッチングする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来におけ
るシリコン基板へのノズル形成方法において、段差が大
きい部分に成膜された酸化膜を、酸化膜パターニングに
使用されるフッ酸水溶液等に対して保護する場合は、一
般的にポジレジストによる複数塗り又はネガレジスト塗
布による方法が用いられている。しかし、この方法だ
と、アスペクト比が高い部分に対しては塗布特性が悪
く、フッ酸水溶液に対して十分な保護性を得ることがで
きない。

【０００９】そのため、保護不足となった部分の酸化膜
はフッ酸水溶液中でエッチングされ、以降のウェットエ
ッチングで十分耐え得るだけの膜厚を確保することが難
しい。当然ながら、フッ酸水溶液に接触する時間がより
長くなる複数回のパターニングにおいては、さらに膜厚
の確保が困難となる。

【００１０】また、ネガレジストについてはポジレジス
トに比べ、段差の大きな部分に対しては有効であるもの
の、キシレン等の溶剤を使用するため、環境的に好まし
くない等の課題がある。また、ドライエッチングによっ
て形成されたノズル開口部への熱酸化膜の被覆性はシリ
コン基板の表面部より劣るため、その後のシリコン基板
の裏面に対するウェットエッチング時間が制約され、所
望のノズル形状を得るに必要十分なエッチング時間が得
られないといった解決すべき課題がある。

【００１１】発明の課題は、このような点に鑑みて、ウ
ェットエッチング時間を従来より長く設定でき、品質の
良い、しかも環境にやさしいプロセス加工によってシリ
コン基板のノズル形成方法を提案することにある。ま
た、本発明の課題は、シリコン基板の裏面に複数回のパ
ターニングを行うことのできるシリコン基板のノズル形
成方法を提案することにある。さらに、本発明の課題
は、新規なノズル形成方法を利用して静電駆動式インク
ジェットヘッドを製造する方法を提案することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のシリコン基板のノズル形成方法では、ノ
ズル形成用のパターニングが形成されたシリコン基板の
表面に、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ On Glass）膜及び酸化膜又
は窒化膜を用いたエッチングマスクを形成し、シリコン
基板の裏面に対するウェットエッチング加工により所定
深さのノズルを形成するためにウェットエッチングに耐
え得る膜を形成する方法に関するものである。

【００１３】すなわち、本発明は、シリコン基板の表面
にノズルを形成するノズル形成方法において、シリコン
基板の表面に所定厚さのSOG膜及び酸化膜又は窒化膜を
形成する形成工程と、シリコン基板の裏面に対するウェ
ットエッチング加工により所定深さの溝を形成するため
の工程とを含むことを特徴としている。

【００１４】ここで、前記ＳＯＧ膜形成工程としては、
塗布による形成が望ましい。また、酸化膜又は窒化膜の
形成工程としては、プラズマＣＶＤによる形成が望まし
い。

【００１５】次に、本発明は、ガラス基板の表面に形成
した溝と、この溝底面に形成された個別電極と、この個
別電極に一定の間隔をあけて対峙している共通電極とし
ての振動板と、インクノズルとを有し、前記個別電極と
前記振動板の間に電圧を印加することにより発生する静
電気力を利用して前記インクノズルからインク液滴を吐
出させる静電駆動式のインクジェットヘッドの製造方法
において、前記シリコン基板の表面にノズルを形成する
ノズル形成方法において、シリコン基板の表面に所定厚
さのSOG膜及び酸化膜又は窒化膜を形成し、そのＳＯＧ
膜は、外周部分を取り除いて酸化膜又は窒化膜を積層す
る形成工程と、シリコン基板の裏面に対するウェットエ
ッチング加工により所定深さのノズルを形成するための
工程とを含むことを特徴としている。

【００１６】この場合においても、前記ＳＯＧ膜形成工
程では塗布により形成することが望ましい。また、酸化
膜又は窒化膜の形成工程としては、プラズマＣＶＤによ
る形成が望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、静電駆
動式インクジェットヘッドにおけるシリコン基板のノズ
ル形成のために本発明を適用した例を説明する。まず、
インクジェットヘッド１の構成は、図１に示すものと同
一であり、ノズル基 板３と、キャビティ基板４と、ガ
ラス基板５の三層構造となっており、ノズル基板３とキ
ャビティ基板４の間には、外部からインク液が供給され
る共通インク室１２、インクオリフィス７を介して共通
インク室１２に連通しているインク圧力室８およびこの
インク圧力室８に連通しているインクノズル２が形成さ
れている。インク圧力室の底面は面外方向に変位可能な
振動板９となっており、この振動板９は共通電極として
機能する。キャビティ基板４の裏面に接合されているガ
ラス基板５の表面５ａには、振動板９に対峙する部分に
一定の深さ（例えば、０．３μｍ）の細長い溝１０が形
成されている。この溝１０の底面にはＩＴＯ膜からなる
個別電極１１が形成されている。

【００１８】振動板９と個別電極１１の間に電圧を印加
すると、これらの間に発生する静電気力により振動板９
が変位し、インク圧力室８に容積変動が起こり、インク
ノズル２からインク液滴１３を吐出させることができ
る。このようなインクジェットヘッドの構造およびイン
ク吐出駆動原理は公知であるので、これ以上の説明は省
略する。

【００１９】次に、図４（ａ）〜図４（ｆ）を参照し
て、この構成のインクジェットヘッド１において、シリ
コン基板の表面にノズルを形成する方法を説明する。

【００２０】まず、図４（ａ）に示すように、材質がシ
リコンであるノズル基板３を用意し、酸化膜１４を形成
する。この場合の酸化膜１４は熱酸化法やＣＶＤ法によ
るものでよい。 次に、図４（ｂ）に示すように、こ
のノズル基板３の表面３ａに、フォトリソによりノズル
開口部１６をパターニングする。

【００２１】次に、図４（ｃ）に示すように、ドライエ
ッチングにより、所定の深さまで垂直にノズル開口部１
６を掘り込む。

【００２２】次に、図４（ｄ）に示すように、ノズル基
板３の裏面３ｂに酸化膜１４を形成し、図４（ｅ）に示
すようにノズル基板３の裏面３ｂをフォトリソによりパ
ターニングを行う。

【００２３】次に、図４（ｆ）に示すように、ドライエ
ッチングにより掘り込んだノズル基板３の表面３ａに、
ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜１７を塗布す
る。この場合、外周部にＳＯＧ膜１７を残さないように
するため、塗布の際は、ノズル基板３の外周部の塗布膜
を除去するためにエッジリンスを用いるのが良い。これ
は、ＳＯＧ膜１７をこの後に成膜する酸化膜１４又は窒
化膜１４ａで隙間なく覆い、耐エッチング性を強めるた
めである。また、ＳＯＧ膜１７の成分は無機又は有機の
どちらでもよい。塗布後は、溶剤をできるだけ含有させ
ないために４００℃以上の焼成を行うのが望ましい。

【００２４】しかる後に、図４（ｇ）に示すように、Ｓ
ＯＧ膜１７の上に酸化膜１４又は窒化膜１４ａを成膜し
てノズル基板３の表面３ａを被覆する。成膜は片面のみ
であるため、枚葉式で成膜するのが望ましい。

【００２５】最後に、図４（ｈ）に示すように、ウェッ
トエッチングによりノズル基板３の裏面３ｂ側を所定の
深さまでエッチングしてノズル開口部１６まで貫通させ
る。この場合のエッチング液はＫＯＨ水溶液が良い。ま
た、エッチング面の表面粗さ、酸化膜１４又は窒化膜１
４ａとシリコンとのエッチング速さに対する選択比を考
えた場合、ＫＯＨ水溶液の濃度は３〜３５ｗｔ％が望ま
しい。

【００２６】本例のノズル形成方法では、ノズル部の段
差部分を保護するものとして、レジスト膜の代わりに、
ＳＯＧ膜及び酸化膜又は窒化膜を利用している。従っ
て、シリコン基板の裏面へのパターニングが容易にな
り、シリコン基板の裏面に対するウェットエッチング時
間を従来より長く設定できるだけでなく、複数回のパタ
ーニングも可能となる。

【００２７】（その他の実施の形態）上記の説明は本発
明の方法を静電駆動式のインクジェットヘッドにおける
シリコン基板のノズル形成のために適用した例である。
これ以外のシリコン基板の表面に溝やノズルを形成する
場合にも本発明を同様に適用できる。なお、形成すべき
酸化膜や窒化膜の特性、例えば、膜厚、エッチングレー
ト等は、シリコン基板の裏面に対するエッチング深さ等
に応じて最適なものを選択すればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるシリ
コン基板のノズル形成方法では、ノズル形成用のパター
ニングが形成されたシリコン基板の表面に、ＳＯＧ膜及
び酸化膜又は窒化膜を用いるようにしている。加えて、
外周部分のSOG膜を取り除き、その上から酸化膜又は窒
化膜を形成している。従って、従来におけるレジスト膜
を用いる方法に比べてシリコン基板の裏面に対するウェ
ットエッチングの長時間化及び複数回のパターニングも
可能になる。これは、インクジェットヘッドの製造のみ
ならずシリコン基板を利用したあらゆる分野での応用が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を適用可能な静電駆動式インクジ
ェットヘッドを示す概略構成図である。

【図２】図１に示すインクジェットヘッドを方向６から
見た断面図である。

【図３】図１に示すノズル基板表面に、従来技術でノズ
ルを形成する工程を示す説明図である。

【図４】図１に示すノズル基板表面に、本発明による方
法でノズルを形成する工程を示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・静電駆動式のインクジェットヘッド ２・・・インクノズル ３・・・ノズル基板 ４・・・キャビティ基板 ５・・・ガラス基板 ５ａ・・・ガラス基板表面 ５ｂ・・・露出表面部分 ７・・・インクオリフィス ８・・・インク圧力室 ９・・・振動板（共通電極） １０・・・ガラス基板に形成した溝 １１・・・個別電極 １２・・・共通インク室 １３・・・インク液滴 １４・・・酸化膜 １４ａ・・・窒化膜 １５・・・レジスト膜 １６・・・ノズル開口部 １７・・・ＳＯＧ膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板の表面にノズル形成用のパ
   ターニングが施された部分に、ＳＯＧ膜及び酸化膜又は
   窒化膜で構成された積層膜をエッチングマスクとして用
   いて、シリコン基板の裏面をウェットエッチング加工す
   ることによりノズルを形成することを特徴とするノズル
   形成方法及びインクジェットヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 シリコン基板の表面にノズル形成用のパ
   ターニングが施された部分に、エッチングマスクを形成
   する方法において、外周部分のSOG膜を取り除き、その
   上から酸化膜又は窒化膜を形成する形成方法を特徴とす
   るノズル形成方法及びインクジェットヘッドの製造方
   法。
3. 【請求項３】 ガラス基板の表面の溝底面に形成された
   個別電極と、一定の間隔をあけて前記個別電極に対峙し
   ている共通電極としての振動板と、インクノズルとを有
   し、前記個別電極と前記振動板の間に電圧を印加するこ
   とにより発生する静電気力を利用して前記インクノズル
   からインク液滴を吐出させる静電駆動式のインクジェッ
   トヘッドの製造方法において、前記ノズル形成用のパタ
   ーニングが形成されたシリコン基板の表面に、SOG膜を
   形成する形成工程と、酸化膜又は窒化膜を形成する形成
   方法とウェットエッチング加工することによりノズルを
   形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造
   方法。