JP3533205B2 - マイクロ液滴生成装置およびその製造方法 - Google Patents
マイクロ液滴生成装置およびその製造方法Info
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- JP3533205B2 JP3533205B2 JP2002153935A JP2002153935A JP3533205B2 JP 3533205 B2 JP3533205 B2 JP 3533205B2 JP 2002153935 A JP2002153935 A JP 2002153935A JP 2002153935 A JP2002153935 A JP 2002153935A JP 3533205 B2 JP3533205 B2 JP 3533205B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ液滴生成
装置に関し、特に熱バブル型のマイクロ液滴生成装置と
その製造方法に関する。
装置に関し、特に熱バブル型のマイクロ液滴生成装置と
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ液滴（マイクロドロップレッ
ト）生成装置は、液体を複数の液滴に変形して、これら
の液滴を吐出する小型精密流体装置である。電子産業に
おける最近の技術進歩に伴って、マイクロ液滴生成装置
は、インクジェットプリンタのようなプリンタ技術およ
びカラーフィルタシートの製造技術に用いられている。
ト）生成装置は、液体を複数の液滴に変形して、これら
の液滴を吐出する小型精密流体装置である。電子産業に
おける最近の技術進歩に伴って、マイクロ液滴生成装置
は、インクジェットプリンタのようなプリンタ技術およ
びカラーフィルタシートの製造技術に用いられている。
【０００３】インクジェットプリンタの構成として使用
されるマイクロ液滴生成装置は、通常インクジェットヘ
ッドと呼ばれることが多く、インクジェットプリンタを
構成する上で最も基本的な機械構成である。このインク
ジェットヘッドでは、単位時間あたりに吐出可能な頻度
である吐出周波数が高く、かつ空間分解能が高い状態で
動作することが重要である。
されるマイクロ液滴生成装置は、通常インクジェットヘ
ッドと呼ばれることが多く、インクジェットプリンタを
構成する上で最も基本的な機械構成である。このインク
ジェットヘッドでは、単位時間あたりに吐出可能な頻度
である吐出周波数が高く、かつ空間分解能が高い状態で
動作することが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現在では、インクジェ
ットプリンタは、ピエゾ圧電型と熱バブル型とに大別さ
れる。ピエゾ圧電型インクジェットプリンタでは、イン
クを搾り出してインク液滴を生成するためのピエゾ圧電
アクチュエータが用いられている。一方の熱バブル型イ
ンクジェットプリンタは、内部に設けられたヒータを用
いており、このヒータによってインクが加熱される結
果、気泡（バブル）が生じる。この気泡は、吐出インク
チャンバからノズルの外へとインク液滴を押し出す。こ
のインク液滴が吐出インクチャンバの吐出口における液
体の柱（カラム）から離れるときに、このインク液滴の
移動方向に対して垂直でないサテライトインク液滴（sa
tellite ink drops）が生成される場合がある。これ
は、インク液滴の末尾での液体の柱の速度寄与度が一様
でないからである（具体的には、前端部での速度が大き
く、後端部での速度が小さい）。気泡が生成されると、
インク通路に対して圧力が伝達される。したがって、混
在現象（クロストーク現象）は、隣接する吐出インクチ
ャンバ間で発生する。この現象は、印刷品質の悪化を引
き起こすおそれがある。
ットプリンタは、ピエゾ圧電型と熱バブル型とに大別さ
れる。ピエゾ圧電型インクジェットプリンタでは、イン
クを搾り出してインク液滴を生成するためのピエゾ圧電
アクチュエータが用いられている。一方の熱バブル型イ
ンクジェットプリンタは、内部に設けられたヒータを用
いており、このヒータによってインクが加熱される結
果、気泡（バブル）が生じる。この気泡は、吐出インク
チャンバからノズルの外へとインク液滴を押し出す。こ
のインク液滴が吐出インクチャンバの吐出口における液
体の柱（カラム）から離れるときに、このインク液滴の
移動方向に対して垂直でないサテライトインク液滴（sa
tellite ink drops）が生成される場合がある。これ
は、インク液滴の末尾での液体の柱の速度寄与度が一様
でないからである（具体的には、前端部での速度が大き
く、後端部での速度が小さい）。気泡が生成されると、
インク通路に対して圧力が伝達される。したがって、混
在現象（クロストーク現象）は、隣接する吐出インクチ
ャンバ間で発生する。この現象は、印刷品質の悪化を引
き起こすおそれがある。
【０００５】熱バブル型インクジェットプリンタにとっ
て他の重要点は、吐出インクチャンバ側へのインクの供
給である。一般的なバブル型インクジェットヘッドは、
インクを供給する際の駆動力として、液体面を収縮させ
ようとする表面張力を用いている。しかしながら、この
方法では、非常に小さな表面張力に依存するため、この
インクを吐出インクチャンバ側へ引き込む速度が遅くな
り、インク供給時間が長くなる。これは、インクジェト
の吐出出力周波数を低下させる。以上の問題を解決する
ために、従来技術として、インクを供給する圧力を増加
するための切替ゲートを持つバックプレッシャ型インク
カートリッジが利用され、この結果、インクの引き込み
速度の加速が図られている。
て他の重要点は、吐出インクチャンバ側へのインクの供
給である。一般的なバブル型インクジェットヘッドは、
インクを供給する際の駆動力として、液体面を収縮させ
ようとする表面張力を用いている。しかしながら、この
方法では、非常に小さな表面張力に依存するため、この
インクを吐出インクチャンバ側へ引き込む速度が遅くな
り、インク供給時間が長くなる。これは、インクジェト
の吐出出力周波数を低下させる。以上の問題を解決する
ために、従来技術として、インクを供給する圧力を増加
するための切替ゲートを持つバックプレッシャ型インク
カートリッジが利用され、この結果、インクの引き込み
速度の加速が図られている。
【０００６】しかしながら、かかる従来技術では、切替
ゲートを有していることから、余剰なインクがオリフィ
スから溢れ出すことを防止することは可能となるもの
の、切替ゲートによって増加した色材粒子の蓄積によっ
て、インク詰まりを生じてしまう。これらの従来技術
は、米国特許番号６,１０２,５３０（キム等）およびリ
ー等による発明（ＩＥＥＥ ＭＥＮＳ´０１）に対応す
る。これらの発明は、基本的には一つのヒータが設けら
れている構成であり、それらは、インク供給能力を向上
させるための供給用ヒータを提供するものではない。
ゲートを有していることから、余剰なインクがオリフィ
スから溢れ出すことを防止することは可能となるもの
の、切替ゲートによって増加した色材粒子の蓄積によっ
て、インク詰まりを生じてしまう。これらの従来技術
は、米国特許番号６,１０２,５３０（キム等）およびリ
ー等による発明（ＩＥＥＥ ＭＥＮＳ´０１）に対応す
る。これらの発明は、基本的には一つのヒータが設けら
れている構成であり、それらは、インク供給能力を向上
させるための供給用ヒータを提供するものではない。
【０００７】本発明は、以上の問題を解決するためにな
されたものである。具体的には、本発明は、上述したサ
テライトインク液滴の問題を解決し、隣接する複数の吐
出液体チャンバ間および通路間における干渉を抑制する
ことができ、さらに、吐出液体チャンバ内へのインクの
供給が間に合わずに空洞化することを防止することを目
的とする。
されたものである。具体的には、本発明は、上述したサ
テライトインク液滴の問題を解決し、隣接する複数の吐
出液体チャンバ間および通路間における干渉を抑制する
ことができ、さらに、吐出液体チャンバ内へのインクの
供給が間に合わずに空洞化することを防止することを目
的とする。
【０００８】さらに、補助液体チャンバおよび供給用ヒ
ータをマイクロ液滴生成装置に加えることによって、液
体供給速度を増加させて、液体吐出周波数を高くするこ
とを目的とする。
ータをマイクロ液滴生成装置に加えることによって、液
体供給速度を増加させて、液体吐出周波数を高くするこ
とを目的とする。
【０００９】また、マイクロ液滴生成装置を構成する各
部分の寸法を高精度に制御することができるのみなら
ず、その構造の補強を図ることを目的とする。
部分の寸法を高精度に制御することができるのみなら
ず、その構造の補強を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による製造方法
は、以下の工程を有する。上面および下面を持つシリコ
ン基板を提供する。そして、第１絶縁体層をシリコン基
板の上面へ形成し、第２絶縁体層をシリコン基板の下面
へ形成する。第１絶縁体層および第２絶縁体層の厚さ
は、すくなくとも１００ｎｍ（１０００Å）である。こ
こで、好ましくは、各絶縁体層の材料として、酸化シリ
コン（ＳｉＯ2）および窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）から
なる群から選ばれた少なくとも１種の材料が用いられ
る。そして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用い
て、前記シリコン基板の下面での第２絶縁体層をエッチ
ング除去し、開口を形成する。そして、ＫＯＨ（水酸化
カリウム）またはＮ（ＣＨ3）4ＯＨ（水酸化テトラメチ
ルアンモニウム）を含む溶液を用いて、前記開口から前
記シリコン基板の内部へ向かって漏斗形状の液体注入口
である液体用漏斗型マニホルドを形成する。また、オフ
ショッター型ヒータおよび供給用ヒータ（材料は、Ｔａ
Ａｌ、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＴａＮ、およびＰｔからなる
群から選ばれる少なくとも１種の材料）は前記上面の第
１絶縁体層上方の一側部と他側部とにそれぞれ形成され
る。一対の導電体を付着するとともにパターン形成し
て、得られた一の導電体はオフショッター型ヒータに接
触させ、他の導電体部は供給用ヒータに接触させて、そ
れぞれ電気接続が得られる。次に第３絶縁体層（材料
は、Ｓｉ3Ｎ4およびＳｉＣからなる群から選ばれる少な
くとも１種の材料）を、前記各ヒータおよび前記第１絶
縁体層のそれぞれの上端へ付着させる。この第３絶縁体
層上に少なくとも１μｍの層厚を有する第１フォトレジ
スト層をスピンコーティングする。そして、この第１フ
ォトレジスト層において、吐出液体チャンバおよび補助
液体チャンバに対応する部分のパターンを紫外線照射に
よって規定する。このとき、当該吐出液体チャンバと補
助液体チャンバとの間で液体が流通可能とするべく当該
吐出液体チャンバと補助液体チャンバ間を連通するよう
にパターンが規定される。そして、金属シード層（材料
は、クロムおよびニッケルからなる群から選ばれる少な
くとも１種の材料）が第１フォトレジスト層上に付着さ
れ、この金属シード層をパターン形成して当該金属シー
ド層の一部に吐出オリフィスを形成する。この金属シー
ド層上に少なくとも２μｍの層厚の第２フォトレジスト
層をスピンコーティングする。そして、前記吐出オリフ
ィス頂端上の第２フォトレジスト層の部分を除く他の第
２フォトレジスト層の部分を除去する。金属シード層の
上端にニッケル層を電気メッキし、吐出オリフィス頂端
上の第２フォトレジスト層の部分を当該ニッケル層で取
り囲む。その後、ウエットエッチングを用いて、吐出オ
リフィス頂端上の第２フォトレジスト層をエッチング除
去する。反応性イオンエッチングを用いて、シリコン基
板の下面の第２絶縁体層をエッチング除去するととも
に、液体注入口と第１絶縁体層との間を液体が詰まるこ
となく流通可能なように、液体注入口から前記第１絶縁
体層を経て前記第１フォトレジスト層に至るまで連通さ
せる。最後に、ウエットエッチングを用いて、吐出液体
チャンバおよび補助チャンバとして第１フォトレジスト
層に規定された部分をエッチング除去する。以上の製造
方法によって、本発明に係るマイクロ液滴生成装置を提
供する。
は、以下の工程を有する。上面および下面を持つシリコ
ン基板を提供する。そして、第１絶縁体層をシリコン基
板の上面へ形成し、第２絶縁体層をシリコン基板の下面
へ形成する。第１絶縁体層および第２絶縁体層の厚さ
は、すくなくとも１００ｎｍ（１０００Å）である。こ
こで、好ましくは、各絶縁体層の材料として、酸化シリ
コン（ＳｉＯ2）および窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）から
なる群から選ばれた少なくとも１種の材料が用いられ
る。そして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用い
て、前記シリコン基板の下面での第２絶縁体層をエッチ
ング除去し、開口を形成する。そして、ＫＯＨ（水酸化
カリウム）またはＮ（ＣＨ3）4ＯＨ（水酸化テトラメチ
ルアンモニウム）を含む溶液を用いて、前記開口から前
記シリコン基板の内部へ向かって漏斗形状の液体注入口
である液体用漏斗型マニホルドを形成する。また、オフ
ショッター型ヒータおよび供給用ヒータ（材料は、Ｔａ
Ａｌ、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＴａＮ、およびＰｔからなる
群から選ばれる少なくとも１種の材料）は前記上面の第
１絶縁体層上方の一側部と他側部とにそれぞれ形成され
る。一対の導電体を付着するとともにパターン形成し
て、得られた一の導電体はオフショッター型ヒータに接
触させ、他の導電体部は供給用ヒータに接触させて、そ
れぞれ電気接続が得られる。次に第３絶縁体層（材料
は、Ｓｉ3Ｎ4およびＳｉＣからなる群から選ばれる少な
くとも１種の材料）を、前記各ヒータおよび前記第１絶
縁体層のそれぞれの上端へ付着させる。この第３絶縁体
層上に少なくとも１μｍの層厚を有する第１フォトレジ
スト層をスピンコーティングする。そして、この第１フ
ォトレジスト層において、吐出液体チャンバおよび補助
液体チャンバに対応する部分のパターンを紫外線照射に
よって規定する。このとき、当該吐出液体チャンバと補
助液体チャンバとの間で液体が流通可能とするべく当該
吐出液体チャンバと補助液体チャンバ間を連通するよう
にパターンが規定される。そして、金属シード層（材料
は、クロムおよびニッケルからなる群から選ばれる少な
くとも１種の材料）が第１フォトレジスト層上に付着さ
れ、この金属シード層をパターン形成して当該金属シー
ド層の一部に吐出オリフィスを形成する。この金属シー
ド層上に少なくとも２μｍの層厚の第２フォトレジスト
層をスピンコーティングする。そして、前記吐出オリフ
ィス頂端上の第２フォトレジスト層の部分を除く他の第
２フォトレジスト層の部分を除去する。金属シード層の
上端にニッケル層を電気メッキし、吐出オリフィス頂端
上の第２フォトレジスト層の部分を当該ニッケル層で取
り囲む。その後、ウエットエッチングを用いて、吐出オ
リフィス頂端上の第２フォトレジスト層をエッチング除
去する。反応性イオンエッチングを用いて、シリコン基
板の下面の第２絶縁体層をエッチング除去するととも
に、液体注入口と第１絶縁体層との間を液体が詰まるこ
となく流通可能なように、液体注入口から前記第１絶縁
体層を経て前記第１フォトレジスト層に至るまで連通さ
せる。最後に、ウエットエッチングを用いて、吐出液体
チャンバおよび補助チャンバとして第１フォトレジスト
層に規定された部分をエッチング除去する。以上の製造
方法によって、本発明に係るマイクロ液滴生成装置を提
供する。
【００１１】本発明の他の目的は、マイクロ液滴生生成
装置を提供することである。この装置は、主として、上
面および下面を持つシリコン基板と、当該上面および下
面上にそれぞれ形成され、少なくとも夫々１０００Åの
層厚を持ち、酸化シリコンおよび窒化シリコンからなる
群から選ばれた少なくとも１種の材料からなる第１およ
び第２の絶縁体層と、前記シリコン基板および第２絶縁
体層間に形成された漏斗形状の液体注入口である漏斗型
マニホルドと、前記上面の第１絶縁体層上方の一側部と
他側部に形成されており、ＴａＡｌ、ＨｆＢ2、Ｚｒ
Ｂ2、ＴａＮ、およびＰｔからなる群から選ばれた少な
くとも１種の材料からなるオフショッター型ヒータおよ
び供給用ヒータと、オフショッター型ヒータに接続され
る導電体および供給用ヒータに接続される導電体と、第
１絶縁体層、オフショッター型ヒータ、および供給用ヒ
ータのそれぞれの上端へ形成された第３絶縁体層と、前
記第３絶縁体層上に形成され、少なくとも１μｍの層厚
を有する第１フォトレジスト層と、第１フォトレジスト
層に形成され、液体が流通可能なように前記液体注入口
との間で連通されている吐出液体チャンバ（この吐出液
体チャンバには、液体注入機構を形成するために前記吐
出液体チャンバに前記オフショッター型ヒータが配置さ
れる）と、前記第１フォトレジスト層に形成されてお
り、吐出液体チャンバおよび液体注入口との間で相互に
連通しており、吐出液体チャンバおよび液体注入口との
間で相互に液体が流通するようになっている補助液体チ
ャンバ（この補助液体チャンバには、高速なインク供給
機構を形成するために前記供給用ヒータが配置される）
と、前記第１フォトレジスト層上に配置されており、ク
ロムおよびニッケルからなる群から選ばれた少なくとも
１種の材料でできた金属シード層と、前記金属シード層
に形成される吐出オリフィスと、液体を流通させるよう
に前記吐出オリフィスとの間で連通されている貫通孔を
有しており、前記金属シード層上に設けられたニッケル
層と、を有する。
装置を提供することである。この装置は、主として、上
面および下面を持つシリコン基板と、当該上面および下
面上にそれぞれ形成され、少なくとも夫々１０００Åの
層厚を持ち、酸化シリコンおよび窒化シリコンからなる
群から選ばれた少なくとも１種の材料からなる第１およ
び第２の絶縁体層と、前記シリコン基板および第２絶縁
体層間に形成された漏斗形状の液体注入口である漏斗型
マニホルドと、前記上面の第１絶縁体層上方の一側部と
他側部に形成されており、ＴａＡｌ、ＨｆＢ2、Ｚｒ
Ｂ2、ＴａＮ、およびＰｔからなる群から選ばれた少な
くとも１種の材料からなるオフショッター型ヒータおよ
び供給用ヒータと、オフショッター型ヒータに接続され
る導電体および供給用ヒータに接続される導電体と、第
１絶縁体層、オフショッター型ヒータ、および供給用ヒ
ータのそれぞれの上端へ形成された第３絶縁体層と、前
記第３絶縁体層上に形成され、少なくとも１μｍの層厚
を有する第１フォトレジスト層と、第１フォトレジスト
層に形成され、液体が流通可能なように前記液体注入口
との間で連通されている吐出液体チャンバ（この吐出液
体チャンバには、液体注入機構を形成するために前記吐
出液体チャンバに前記オフショッター型ヒータが配置さ
れる）と、前記第１フォトレジスト層に形成されてお
り、吐出液体チャンバおよび液体注入口との間で相互に
連通しており、吐出液体チャンバおよび液体注入口との
間で相互に液体が流通するようになっている補助液体チ
ャンバ（この補助液体チャンバには、高速なインク供給
機構を形成するために前記供給用ヒータが配置される）
と、前記第１フォトレジスト層上に配置されており、ク
ロムおよびニッケルからなる群から選ばれた少なくとも
１種の材料でできた金属シード層と、前記金属シード層
に形成される吐出オリフィスと、液体を流通させるよう
に前記吐出オリフィスとの間で連通されている貫通孔を
有しており、前記金属シード層上に設けられたニッケル
層と、を有する。
【００１２】したがって、本発明の目的は、主として二
重層のフォトレジストとニッケル電気メッキ技術を併用
して製造された、オフショッター型ヒータ、供給用ヒー
タ、注入口、および吐出オリフィス面などの種々の構造
を有するマイクロ液滴生成装置を提供することである。
このことは、液滴生成装置のサイズを正確に規定するこ
とを可能とするのみならず、印刷品質を向上し、熱バブ
ル型インクジェットプリンタヘッドの構造を改良するこ
とを可能とする。
重層のフォトレジストとニッケル電気メッキ技術を併用
して製造された、オフショッター型ヒータ、供給用ヒー
タ、注入口、および吐出オリフィス面などの種々の構造
を有するマイクロ液滴生成装置を提供することである。
このことは、液滴生成装置のサイズを正確に規定するこ
とを可能とするのみならず、印刷品質を向上し、熱バブ
ル型インクジェットプリンタヘッドの構造を改良するこ
とを可能とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明について説明する。
本発明の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な好ま
しい説明によって明らかであるが、これらの実施例は本
発明を限定するものではない。説明は、以下の図面を用
いてなされる。図１〜図２は、本発明における装置の概
略的な断面図である。図３〜図１６は、本発明による各
製造工程での装置の概略的な断面図である。図１７〜図
２２は、本発明による動作状態での装置の概略的な断面
図である。図２３は、本発明による第２の実施の形態の
概略的な断面図である。図２４は、本発明による第３の
実施の形態の概略的な断面図である。
本発明の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な好ま
しい説明によって明らかであるが、これらの実施例は本
発明を限定するものではない。説明は、以下の図面を用
いてなされる。図１〜図２は、本発明における装置の概
略的な断面図である。図３〜図１６は、本発明による各
製造工程での装置の概略的な断面図である。図１７〜図
２２は、本発明による動作状態での装置の概略的な断面
図である。図２３は、本発明による第２の実施の形態の
概略的な断面図である。図２４は、本発明による第３の
実施の形態の概略的な断面図である。
【００１４】本発明で用いられる製造方法は、（スピン
コーティング法で形成される）二重層のフォトレジスト
と、ニッケル電気メッキ技術と、半導体プロセス等のマ
イクロシステム製造技術を加え合わせることによって、
マイクロ液滴生成装置を製造するものである。第１に、
吐出液体チャンバおよび補助液体チャンバを同時に形成
するために、第２フォトレジストのスピンコーティング
法を用いる。次に、吐出オリフィスを形成するためにモ
ールド層を設計すべく、第２フォトレジストのスピンコ
ーティング法を用いる。最後に、これらの処理を経て形
成された装置（吐出ヘッド）の上端に電気メッキ技術を
用いてニッケル層を形成する。さらに、第２フォトレジ
スト層を除去した後に、必須の吐出オリフィスを形成す
ることによって、当該吐出オリフィスから液滴を吐出で
きる状態にする。このマイクロ液滴生成装置の本発明に
よる製造方法は、マイクロマシン製造技術（ＭＥＭＳ）
を用いており、マイクロ液滴生成装置は、一体的に形成
される。
コーティング法で形成される）二重層のフォトレジスト
と、ニッケル電気メッキ技術と、半導体プロセス等のマ
イクロシステム製造技術を加え合わせることによって、
マイクロ液滴生成装置を製造するものである。第１に、
吐出液体チャンバおよび補助液体チャンバを同時に形成
するために、第２フォトレジストのスピンコーティング
法を用いる。次に、吐出オリフィスを形成するためにモ
ールド層を設計すべく、第２フォトレジストのスピンコ
ーティング法を用いる。最後に、これらの処理を経て形
成された装置（吐出ヘッド）の上端に電気メッキ技術を
用いてニッケル層を形成する。さらに、第２フォトレジ
スト層を除去した後に、必須の吐出オリフィスを形成す
ることによって、当該吐出オリフィスから液滴を吐出で
きる状態にする。このマイクロ液滴生成装置の本発明に
よる製造方法は、マイクロマシン製造技術（ＭＥＭＳ）
を用いており、マイクロ液滴生成装置は、一体的に形成
される。
【００１５】本発明によるマイクロ液滴生成装置におい
て使用されている主要材料は、単結晶シリコン基板であ
る。オフショッター型ヒータは、このシリコン基板の上
方の一側部に形成される。オフショッター型ヒータは、
リング形状をしており、対象性を有するものであり、こ
の結果、高品質の液滴が生成される。さらに、このオフ
ショッター型ヒータである電極は、高い方向垂直性を有
している。このために、隣接する吐出液体チャンバ間お
よび隣接する通路間での干渉を防止することができ、吐
出液体チャンバにおける調整（キャリブレーション）が
容易になる。
て使用されている主要材料は、単結晶シリコン基板であ
る。オフショッター型ヒータは、このシリコン基板の上
方の一側部に形成される。オフショッター型ヒータは、
リング形状をしており、対象性を有するものであり、こ
の結果、高品質の液滴が生成される。さらに、このオフ
ショッター型ヒータである電極は、高い方向垂直性を有
している。このために、隣接する吐出液体チャンバ間お
よび隣接する通路間での干渉を防止することができ、吐
出液体チャンバにおける調整（キャリブレーション）が
容易になる。
【００１６】さらに、吐出液体チャンバにおけるオフシ
ョッター型ヒータである電極は、液滴を押し、吐出させ
るための気泡を生み出す。そして、吐出液体チャンバか
ら上流側（吐出オリフィスからみて遠い側）に設けられ
た供給用ヒータである電極は、液体の吐出液体チャンバ
への供給を加速するために他の気泡を生み出す。これ
は、液体の供給時間を短縮化するのみならず、液滴の吐
出周波数を増加することを可能とする。
ョッター型ヒータである電極は、液滴を押し、吐出させ
るための気泡を生み出す。そして、吐出液体チャンバか
ら上流側（吐出オリフィスからみて遠い側）に設けられ
た供給用ヒータである電極は、液体の吐出液体チャンバ
への供給を加速するために他の気泡を生み出す。これ
は、液体の供給時間を短縮化するのみならず、液滴の吐
出周波数を増加することを可能とする。
【００１７】図１および図２に示されるとおり、本発明
において、シリコン基板上のヒータの位置配置は、オフ
ショッター型およびバックショット型という二つの種類
に分割される。しかしながら、実際には、本発明の適用
は、これらの二つの種類に限られるものではない。さら
に、トップショット型およびサイドショット型などのい
ずれの液滴装置も本発明の供給ヒータ機能を利用するこ
とができ、この結果、液体供給速度が高まる。オフショ
ッター型ヒータは、ノズル５６ａに対応する標準位置か
ら外れた位置に注入ヒータの位置を配置するものであ
る。すなわち、オフショッター型ヒータは、垂直方向に
沿ってノズル５６ａからオフセットをもって配置される
ヒータである。以下には、説明のための一つの実施形態
としてオフショッター型の構造を例にとって説明する。
なお、バックショット型および他の型の液滴装置は、そ
の製造方法がオフショッター型の場合とほとんど同様で
あるので、詳しい説明を省略する。
において、シリコン基板上のヒータの位置配置は、オフ
ショッター型およびバックショット型という二つの種類
に分割される。しかしながら、実際には、本発明の適用
は、これらの二つの種類に限られるものではない。さら
に、トップショット型およびサイドショット型などのい
ずれの液滴装置も本発明の供給ヒータ機能を利用するこ
とができ、この結果、液体供給速度が高まる。オフショ
ッター型ヒータは、ノズル５６ａに対応する標準位置か
ら外れた位置に注入ヒータの位置を配置するものであ
る。すなわち、オフショッター型ヒータは、垂直方向に
沿ってノズル５６ａからオフセットをもって配置される
ヒータである。以下には、説明のための一つの実施形態
としてオフショッター型の構造を例にとって説明する。
なお、バックショット型および他の型の液滴装置は、そ
の製造方法がオフショッター型の場合とほとんど同様で
あるので、詳しい説明を省略する。
【００１８】参照する図３には、マイクロ液滴生成装置
を製造するための第１工程が示されている。低圧化学気
層成長法（ＬＰＣＶＤ）が本発明において使用され、第
１絶縁体層１６がシリコン基板１０の上面１２に形成さ
れ、第２絶縁体層１８がシリコン基板１０の下面１４に
形成される。第１絶縁体層１６および第２絶縁体層１８
は、ＳｉＯ2（酸化シリコン）またはＳｉ3Ｎ4（窒化シ
リコン）の何れか一方によって形成されており、その層
厚は、好適には、１０００〜２０００Å（１００〜２０
０ｎｍ）、またはそれ以上である。
を製造するための第１工程が示されている。低圧化学気
層成長法（ＬＰＣＶＤ）が本発明において使用され、第
１絶縁体層１６がシリコン基板１０の上面１２に形成さ
れ、第２絶縁体層１８がシリコン基板１０の下面１４に
形成される。第１絶縁体層１６および第２絶縁体層１８
は、ＳｉＯ2（酸化シリコン）またはＳｉ3Ｎ4（窒化シ
リコン）の何れか一方によって形成されており、その層
厚は、好適には、１０００〜２０００Å（１００〜２０
０ｎｍ）、またはそれ以上である。
【００１９】本実施例で用いられたシリコン基板１０
は、ｐ型シリコンウエハであり、直径が１０１ｍｍであ
り、面方位が（１００）である。上記の第１絶縁体層１
６および第２絶縁体層１８の処理工程前に、シリコンウ
エアの表面は、ＲＣＡ洗浄によって清浄される。その
後、シリコンウエアは、加熱炉に投入され、ウエット酸
素を用いて厚さ１μｍ以上の厚さのＳｉＯ2（図示して
いない）が形成される。
は、ｐ型シリコンウエハであり、直径が１０１ｍｍであ
り、面方位が（１００）である。上記の第１絶縁体層１
６および第２絶縁体層１８の処理工程前に、シリコンウ
エアの表面は、ＲＣＡ洗浄によって清浄される。その
後、シリコンウエアは、加熱炉に投入され、ウエット酸
素を用いて厚さ１μｍ以上の厚さのＳｉＯ2（図示して
いない）が形成される。
【００２０】次に、図４に示されるとおり、フォトリソ
グラフィーが用いられて、シリコン基板の一の面上に液
体注入口２０が形成される。第１フォトマスクが用いら
れ、液体注入口２０の対応位置が区画される。この液体
注入口２０を形成するための第１のステップでは、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチングが用
いられ、第２絶縁体層１８および上記のウエット酸化層
について、一部分がエッチング除去される。すなわち、
シリコン基板１０の下面１４での第２絶縁体層１８の一
部を除去して開口が形成される。その後、水酸化カリウ
ム（ＫＯＨ）または水酸化テトラメチルアンモニウム
（Ｎ（ＣＨ3）4ＯＨ）がシリコン基板の一部をエッチン
グするために用いられる。すなわち、これらのウエット
エッチングにより、前記開口から前記シリコン基板１０
の内部へ向かって漏斗形状の液体注入口２０が形成され
る。エッチングが終了した後のシリコンウエアのリンス
には、脱イオン水が用いられる。
グラフィーが用いられて、シリコン基板の一の面上に液
体注入口２０が形成される。第１フォトマスクが用いら
れ、液体注入口２０の対応位置が区画される。この液体
注入口２０を形成するための第１のステップでは、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチングが用
いられ、第２絶縁体層１８および上記のウエット酸化層
について、一部分がエッチング除去される。すなわち、
シリコン基板１０の下面１４での第２絶縁体層１８の一
部を除去して開口が形成される。その後、水酸化カリウ
ム（ＫＯＨ）または水酸化テトラメチルアンモニウム
（Ｎ（ＣＨ3）4ＯＨ）がシリコン基板の一部をエッチン
グするために用いられる。すなわち、これらのウエット
エッチングにより、前記開口から前記シリコン基板１０
の内部へ向かって漏斗形状の液体注入口２０が形成され
る。エッチングが終了した後のシリコンウエアのリンス
には、脱イオン水が用いられる。
【００２１】さらに、物理的気層成長（ＰＶＤ）および
フォトリソグラフィーが導電体３４を形成するために用
いられる。図５に示されるとおり、第２フォトマスクが
シリコンウエハ上に適用されて、一対の導電体部３４ａ
および３４ｂの夫々の位置が区画される。アルミニウム
（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの高い導電体物質が、導
電体部３４ａおよび３４ｂの材料として選択される。選
択された材料は、第１の絶縁体層上の両側部に付着さ
れ、導電体３４ａおよび導電体３４ｂへとパターン形成
される。その後、脱イオン水を再び用いて、このシリコ
ンウエハがリンスされる。
フォトリソグラフィーが導電体３４を形成するために用
いられる。図５に示されるとおり、第２フォトマスクが
シリコンウエハ上に適用されて、一対の導電体部３４ａ
および３４ｂの夫々の位置が区画される。アルミニウム
（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの高い導電体物質が、導
電体部３４ａおよび３４ｂの材料として選択される。選
択された材料は、第１の絶縁体層上の両側部に付着さ
れ、導電体３４ａおよび導電体３４ｂへとパターン形成
される。その後、脱イオン水を再び用いて、このシリコ
ンウエハがリンスされる。
【００２２】図６および図７は、オフショッター型ヒー
タ２８である電極および供給用ヒータ３０である電極の
製造工程を示す。ＴａＡｌ合金（タンタルアルミ合金）
層がシリコン基板１０上の前記導電体部３４ａおよび３
４ｂのそれぞれの頂端に積層され、（図示していない）
第３フォトマスクがこの金属層をパターン形成するため
に用いられる。この結果、オフショッター型ヒータ２８
および供給用ヒータ３０が形成される。
タ２８である電極および供給用ヒータ３０である電極の
製造工程を示す。ＴａＡｌ合金（タンタルアルミ合金）
層がシリコン基板１０上の前記導電体部３４ａおよび３
４ｂのそれぞれの頂端に積層され、（図示していない）
第３フォトマスクがこの金属層をパターン形成するため
に用いられる。この結果、オフショッター型ヒータ２８
および供給用ヒータ３０が形成される。
【００２３】すなわち、図５〜７の処理によれば、オフ
ショッター型ヒータ２８は、第１絶縁体層１６上方の一
側部に形成される。一方、供給用ヒータ３０は、オフシ
ョッター型ヒータ２８が第１絶縁体層１６上方に形成さ
れるのと同時に、液体注入口２０を基準として前記オフ
ショッター型ヒータ２８の位置の逆側に形成される。ま
た、導電体を付着するとともにパターン形成して得られ
た導電体３４ａと前記オフショッター型ヒータ２８とを
接触させて電気接続を得る。一方、同様にパターン形成
して得られた導電体３４ｂと前記供給用ヒータ３０とを
接触させて電気接続を得る。
ショッター型ヒータ２８は、第１絶縁体層１６上方の一
側部に形成される。一方、供給用ヒータ３０は、オフシ
ョッター型ヒータ２８が第１絶縁体層１６上方に形成さ
れるのと同時に、液体注入口２０を基準として前記オフ
ショッター型ヒータ２８の位置の逆側に形成される。ま
た、導電体を付着するとともにパターン形成して得られ
た導電体３４ａと前記オフショッター型ヒータ２８とを
接触させて電気接続を得る。一方、同様にパターン形成
して得られた導電体３４ｂと前記供給用ヒータ３０とを
接触させて電気接続を得る。
【００２４】そして、次に、第３絶縁体層すなわち保護
層３６がシリコン基板１０の頂端上に付着される。より
具体的には、第３絶縁層である保護層３６は、前記オフ
ショッター型ヒータ２８、供給用ヒータ３０、および第
１絶縁体層１６のそれぞれの上端へ付着される。その結
果、オフショッター型ヒータ２８、供給用ヒータ３０、
導電体部３４ａ,３４ｂ、および他の構造が良好なパッ
シベーション効果を備えることを可能となる。第３絶縁
体層の材料は、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2）、および炭化シリコン（ＳｉＣ）からな
る群から選ばれた少なくとも１種以上の材料である。こ
れらの材料が、プラズマエンハンスト化学気層成長法
（ＰＥＣＶＤ）により積層されて、上記の保護層３６が
形成される。
層３６がシリコン基板１０の頂端上に付着される。より
具体的には、第３絶縁層である保護層３６は、前記オフ
ショッター型ヒータ２８、供給用ヒータ３０、および第
１絶縁体層１６のそれぞれの上端へ付着される。その結
果、オフショッター型ヒータ２８、供給用ヒータ３０、
導電体部３４ａ,３４ｂ、および他の構造が良好なパッ
シベーション効果を備えることを可能となる。第３絶縁
体層の材料は、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2）、および炭化シリコン（ＳｉＣ）からな
る群から選ばれた少なくとも１種以上の材料である。こ
れらの材料が、プラズマエンハンスト化学気層成長法
（ＰＥＣＶＤ）により積層されて、上記の保護層３６が
形成される。
【００２５】次に、図８に示されるとおり、厚型の第１
フォトレジスト層３８ａが、スピンコーティング法とベ
ーキング法により第３絶縁体層である保護層３６上に形
成される。すなわち、第１フォトレジスト層３８ａが、
第３絶縁体層上にスピンコーティングされる。第１フォ
トレジスト層３８ａの層厚は、少なくとも１μｍである
が、最適な層厚は、２５μｍ〜３０μｍである。次に、
図９に示されるとおり、紫外線放射を用いて、露光工程
が実行される。第４のフォトマスクが厚型の第１フォト
レジスト層３８ａ上に適用され、吐出液体チャンバ４０
および補助液体チャンバ４２のそれぞれの位置および大
きさが区画される。すなわち、第１フォトレジスト層３
８ａにおいて光照射によって吐出液体チャンバ４０の形
状にパターンを規定する。また、第１フォトレジスト層
３８ａにおいて吐出液体チャンバ４０の形状にパターン
を規定するのと同時に、第１フォトレジスト層３８ａ層
において補助液体チャンバ４２の形状にパターンを規定
する。なお、このとき、将来的に吐出液体チャンバ４０
と補助液体チャンバ４２との間を液体が流れるように当
該吐出液体チャンバ４０と補助液体チャンバ４２とが連
通したパターンを規定する。第１フォトレジスト層は、
ポジ型のフォトレジストであっても、ネガ型のフォトレ
ジストであってもよく、設計要求によって定められる。
露光または非露光の第１フォトレジスト層部分３８ａお
よび３８ｂは、シリコン基板１０上に残る。その後、精
密な位置および形状の吐出液体チャンバ４０および補助
液体チャンバ４２が、形成される。この工程は、本発明
の重要点の一つである。
フォトレジスト層３８ａが、スピンコーティング法とベ
ーキング法により第３絶縁体層である保護層３６上に形
成される。すなわち、第１フォトレジスト層３８ａが、
第３絶縁体層上にスピンコーティングされる。第１フォ
トレジスト層３８ａの層厚は、少なくとも１μｍである
が、最適な層厚は、２５μｍ〜３０μｍである。次に、
図９に示されるとおり、紫外線放射を用いて、露光工程
が実行される。第４のフォトマスクが厚型の第１フォト
レジスト層３８ａ上に適用され、吐出液体チャンバ４０
および補助液体チャンバ４２のそれぞれの位置および大
きさが区画される。すなわち、第１フォトレジスト層３
８ａにおいて光照射によって吐出液体チャンバ４０の形
状にパターンを規定する。また、第１フォトレジスト層
３８ａにおいて吐出液体チャンバ４０の形状にパターン
を規定するのと同時に、第１フォトレジスト層３８ａ層
において補助液体チャンバ４２の形状にパターンを規定
する。なお、このとき、将来的に吐出液体チャンバ４０
と補助液体チャンバ４２との間を液体が流れるように当
該吐出液体チャンバ４０と補助液体チャンバ４２とが連
通したパターンを規定する。第１フォトレジスト層は、
ポジ型のフォトレジストであっても、ネガ型のフォトレ
ジストであってもよく、設計要求によって定められる。
露光または非露光の第１フォトレジスト層部分３８ａお
よび３８ｂは、シリコン基板１０上に残る。その後、精
密な位置および形状の吐出液体チャンバ４０および補助
液体チャンバ４２が、形成される。この工程は、本発明
の重要点の一つである。
【００２６】次に、図１０に示されるとおり、金属シー
ド層４６を、第１フォトレジスト層の露光された部分３
８ａおよび露光されていない部分３８ｂのそれぞれの上
に付着するとともに、この金属シード層４６をパターン
形成して当該金属シード層の一部に吐出オリフィス４８
を形成する。具体的には、以下の処理が実行される。金
属シード層４６を、第１フォトレジスト層上に付着させ
る。望ましくは、金属シード層４６の材料は、クロム
（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）合金であるが、金属シ
ード層４６の表面上のみにクロム（Ｃｒ）またはニッケ
ル（Ｎｉ）合金の金属層をスパッタリングまたは蒸着し
て付着させてもよい。そして、第５フォトマスクがフォ
トリソグラフィー処理のために使用され、この結果、吐
出オリフィス４８の大きさと位置とが区画される。最後
に、フォトリソグラフィーを実行した後に、吐出オリフ
ィス４８を形成すべく、ウエットエッチングが用いら
れ、フォトレジスト層がエッチング除去される。
ド層４６を、第１フォトレジスト層の露光された部分３
８ａおよび露光されていない部分３８ｂのそれぞれの上
に付着するとともに、この金属シード層４６をパターン
形成して当該金属シード層の一部に吐出オリフィス４８
を形成する。具体的には、以下の処理が実行される。金
属シード層４６を、第１フォトレジスト層上に付着させ
る。望ましくは、金属シード層４６の材料は、クロム
（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）合金であるが、金属シ
ード層４６の表面上のみにクロム（Ｃｒ）またはニッケ
ル（Ｎｉ）合金の金属層をスパッタリングまたは蒸着し
て付着させてもよい。そして、第５フォトマスクがフォ
トリソグラフィー処理のために使用され、この結果、吐
出オリフィス４８の大きさと位置とが区画される。最後
に、フォトリソグラフィーを実行した後に、吐出オリフ
ィス４８を形成すべく、ウエットエッチングが用いら
れ、フォトレジスト層がエッチング除去される。
【００２７】次に、厚型の第２フォトレジスト層５０ａ
を金属シード層４６上にスピンコーティングし、当該第
２フォトレジスト層５０ａの頂端に合わせてパターンを
規定する。この状態を図１１に示す。上記のスピンコー
ティング処理が完了すると、吐出オリフィス４８の頂端
上の第２フォトレジスト層の部分５０ｂを除く、第２フ
ォトレジスト層の他の部分５０ａが除去される。そし
て、図１２に示されるとおり、オリフィス通路５２の形
状をした第２のフォトレジスト層５０ｂが吐出オリフィ
ス４８の頂端上に残される。
を金属シード層４６上にスピンコーティングし、当該第
２フォトレジスト層５０ａの頂端に合わせてパターンを
規定する。この状態を図１１に示す。上記のスピンコー
ティング処理が完了すると、吐出オリフィス４８の頂端
上の第２フォトレジスト層の部分５０ｂを除く、第２フ
ォトレジスト層の他の部分５０ａが除去される。そし
て、図１２に示されるとおり、オリフィス通路５２の形
状をした第２のフォトレジスト層５０ｂが吐出オリフィ
ス４８の頂端上に残される。
【００２８】次に、図１３に示されるとおり、ニッケル
電気メッキ技術が使用され、吐出オリフィスメッキ層５
４が形成される。すなわち、前記金属シード層４６の上
端にニッケル層５４を電気メッキし、前記吐出オリフィ
ス４８の頂端上の第２フォトレジスト層の部分５０ｂを
当該ニッケル層５４で取り囲む。その後、吐出オリフィ
ス頂端上の第２フォトレジスト層の部分５０ｂが、ウエ
ットエッチングによりエッチング除去され、図１４に示
されるとおり、吐出液体チャンバ４０に対応する部分と
連通するオリフィス通路５２が形成される。
電気メッキ技術が使用され、吐出オリフィスメッキ層５
４が形成される。すなわち、前記金属シード層４６の上
端にニッケル層５４を電気メッキし、前記吐出オリフィ
ス４８の頂端上の第２フォトレジスト層の部分５０ｂを
当該ニッケル層５４で取り囲む。その後、吐出オリフィ
ス頂端上の第２フォトレジスト層の部分５０ｂが、ウエ
ットエッチングによりエッチング除去され、図１４に示
されるとおり、吐出液体チャンバ４０に対応する部分と
連通するオリフィス通路５２が形成される。
【００２９】そして、シリコン基板１０の下面上をエッ
チング処理するために反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）が用いられて、前記シリコン基板１０の第２絶縁体
層１８がエッチング除去されるとともに、図１５に示さ
れるとおり、前記液体注入口２０から前記第１絶縁体層
を経て前記第１フォトレジスト層に至るまで連通させ
る。
チング処理するために反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）が用いられて、前記シリコン基板１０の第２絶縁体
層１８がエッチング除去されるとともに、図１５に示さ
れるとおり、前記液体注入口２０から前記第１絶縁体層
を経て前記第１フォトレジスト層に至るまで連通させ
る。
【００３０】図１６を参照すれば、図１６は、本発明に
よる製造方法の最終工程を示している。現像液が用いら
れ、吐出液体チャンバ４０および補助液体チャンバ４２
として第１フォトレジスト層に規定された部分３８ａを
除去する。この結果、液体注入口２０、吐出液体チャン
バ４０、補助液体チャンバ４２、およびオリフィス通路
５２の間を連通させ、液体がそれらの各部の間を流通す
ることを可能とする。この図は、本発明におけるマイク
ロ液滴生成装置の最終製品を示している。
よる製造方法の最終工程を示している。現像液が用いら
れ、吐出液体チャンバ４０および補助液体チャンバ４２
として第１フォトレジスト層に規定された部分３８ａを
除去する。この結果、液体注入口２０、吐出液体チャン
バ４０、補助液体チャンバ４２、およびオリフィス通路
５２の間を連通させ、液体がそれらの各部の間を流通す
ることを可能とする。この図は、本発明におけるマイク
ロ液滴生成装置の最終製品を示している。
【００３１】図１７〜図２２を参照すれば、これらの図
は、本発明によるマイクロ液滴生成装置の動作原理を示
している。液体は、漏斗形状をした液体注入口２０と、
マイクロ液滴生成装置内の吐出液体チャンバ４０と、補
助液滴チャンバ４２とに充填される。オフショッター型
ヒータ２８の電極が加熱されることによって、リング型
の気泡７０ａが生成される。次に、瞬間的に液体の柱
（カラム）が吐出オリフィス４８を通過してオリフィス
通路５２から押し出される。補助液体チャンバ４２に配
置された供給用ヒータ３０は、この工程では未だ加熱さ
れていない。そして、オフショッター型ヒータ２８の電
極は、吐出液体チャンバ４０内の液体を加熱しつづけ、
この結果、気泡７０ａは、連続的に成長し、液体の柱７
４は、図１８および図１９に示されるとおり、オリフィ
ス通路５２を介してさらに押し出される。
は、本発明によるマイクロ液滴生成装置の動作原理を示
している。液体は、漏斗形状をした液体注入口２０と、
マイクロ液滴生成装置内の吐出液体チャンバ４０と、補
助液滴チャンバ４２とに充填される。オフショッター型
ヒータ２８の電極が加熱されることによって、リング型
の気泡７０ａが生成される。次に、瞬間的に液体の柱
（カラム）が吐出オリフィス４８を通過してオリフィス
通路５２から押し出される。補助液体チャンバ４２に配
置された供給用ヒータ３０は、この工程では未だ加熱さ
れていない。そして、オフショッター型ヒータ２８の電
極は、吐出液体チャンバ４０内の液体を加熱しつづけ、
この結果、気泡７０ａは、連続的に成長し、液体の柱７
４は、図１８および図１９に示されるとおり、オリフィ
ス通路５２を介してさらに押し出される。
【００３２】そして、図１９および図２０に示されると
おり、気泡７０ａは、連続的に成長および結合し、この
間、液体の柱７４を押し出し、切断する。液体の柱は、
オリフィス通路５２から切り離され、液滴を形成すると
ともに、対象物へ向かって吐出される。この時、気泡７
０ａは破壊されて、メニスカス形状で下方へ収縮する
（図２０参照）。
おり、気泡７０ａは、連続的に成長および結合し、この
間、液体の柱７４を押し出し、切断する。液体の柱は、
オリフィス通路５２から切り離され、液滴を形成すると
ともに、対象物へ向かって吐出される。この時、気泡７
０ａは破壊されて、メニスカス形状で下方へ収縮する
（図２０参照）。
【００３３】一方、シリコン基板１０の他端部上の供給
用ヒータ３０が加熱される結果、他の気泡７０ｂを生じ
させる。この供給用ヒータ３０である電極が、補助液体
チャンバ４２内の液体を加熱しつづけると、図２１に示
されるとおり、気泡７０ｂは、補助液体チャンバ４２か
ら吐出液体チャンバ４０方向へと成長し、液体を供給の
ために吐出液体チャンバへと押し出す。そして、液体に
よって吐出液体チャンバが満たされると、次の液体注入
が行なわれ、オフショッター型ヒータが再び加熱され
て、新たな気泡が生じる。液体注入過程は、図２２に示
される。液体は、液体注入口３０から補助液体チャンバ
４２へと補充され、液体注入サイクルが完了する。この
ように、図２３には、第２の好適な実施の形態が示され
ている。第２の実施の形態に用いられる製造工程は、第
１の実施の形態での製造工程と同様であるので、詳しい
説明は省略する。同様な複数のヒータおよび複数のノズ
ルがシリコン基板１０の頂端の二箇所に作成されてい
る。この結果、注入液体密度が増加する。図２４には、
第３の好適な実施の形態が示されている。この第３の好
適な実施の形態では、一つのヒータがシリコン基板１０
上に製造されており、このヒータは、垂直方向に沿って
ノズル５６ａに相対的なオフセットを持つように配置さ
れている。すなわち、供給用ヒータが省略された実施の
形態である。液滴がマイクロ液滴生成装置から吐出され
た後、収縮時のメニスカスが、吐出オリフィス４８から
下方へ形成される。この表面張力は、液体注入口２０で
の液体を引き付け、この結果、吐出液体チャンバ４０に
液体を再び供給される。こうして、液体供給機構が形成
される。他の製造工程および装置機能は、上述した他の
実施の形態と同様であるので、ここでは繰り返しの説明
は省略する。
用ヒータ３０が加熱される結果、他の気泡７０ｂを生じ
させる。この供給用ヒータ３０である電極が、補助液体
チャンバ４２内の液体を加熱しつづけると、図２１に示
されるとおり、気泡７０ｂは、補助液体チャンバ４２か
ら吐出液体チャンバ４０方向へと成長し、液体を供給の
ために吐出液体チャンバへと押し出す。そして、液体に
よって吐出液体チャンバが満たされると、次の液体注入
が行なわれ、オフショッター型ヒータが再び加熱され
て、新たな気泡が生じる。液体注入過程は、図２２に示
される。液体は、液体注入口３０から補助液体チャンバ
４２へと補充され、液体注入サイクルが完了する。この
ように、図２３には、第２の好適な実施の形態が示され
ている。第２の実施の形態に用いられる製造工程は、第
１の実施の形態での製造工程と同様であるので、詳しい
説明は省略する。同様な複数のヒータおよび複数のノズ
ルがシリコン基板１０の頂端の二箇所に作成されてい
る。この結果、注入液体密度が増加する。図２４には、
第３の好適な実施の形態が示されている。この第３の好
適な実施の形態では、一つのヒータがシリコン基板１０
上に製造されており、このヒータは、垂直方向に沿って
ノズル５６ａに相対的なオフセットを持つように配置さ
れている。すなわち、供給用ヒータが省略された実施の
形態である。液滴がマイクロ液滴生成装置から吐出され
た後、収縮時のメニスカスが、吐出オリフィス４８から
下方へ形成される。この表面張力は、液体注入口２０で
の液体を引き付け、この結果、吐出液体チャンバ４０に
液体を再び供給される。こうして、液体供給機構が形成
される。他の製造工程および装置機能は、上述した他の
実施の形態と同様であるので、ここでは繰り返しの説明
は省略する。
【００３４】本発明によるマイクロ液体生成装置および
その製造方法は、従来のマイクロ液滴生成装置（インク
ジェットプリンタ）における、インクの供給速度が低
く、インクジェット周波数が高くない、および構造の強
度が弱く統合性が低い、といった短所を解決することが
できる。
その製造方法は、従来のマイクロ液滴生成装置（インク
ジェットプリンタ）における、インクの供給速度が低
く、インクジェット周波数が高くない、および構造の強
度が弱く統合性が低い、といった短所を解決することが
できる。
【００３５】以上のとおり、本発明の好適な実施例を説
明したが、上記の説明は、本発明を理解するためのもの
であり、本発明は、上記の実施例に限定されるべきでは
なく、特許請求の範囲に示される本発明の思想の範囲内
で、当業者によって種々の変形および改変が可能である
ことは明らかである。
明したが、上記の説明は、本発明を理解するためのもの
であり、本発明は、上記の実施例に限定されるべきでは
なく、特許請求の範囲に示される本発明の思想の範囲内
で、当業者によって種々の変形および改変が可能である
ことは明らかである。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を有する。
本発明におけるオフショッター型のリング形状ヒータ
は、高い垂直方向性を有するので、上述したサテライト
インク液滴の問題を解決し、隣接する複数の吐出液体チ
ャンバ間および通路間における干渉を抑制することがで
き、また、吐出液体チャンバ内へのインクの供給が遅
れ、吐出液体チャンバ内にインクが足りない状態（空洞
化）を防止することができる。
本発明におけるオフショッター型のリング形状ヒータ
は、高い垂直方向性を有するので、上述したサテライト
インク液滴の問題を解決し、隣接する複数の吐出液体チ
ャンバ間および通路間における干渉を抑制することがで
き、また、吐出液体チャンバ内へのインクの供給が遅
れ、吐出液体チャンバ内にインクが足りない状態（空洞
化）を防止することができる。
【００３７】補助液体チャンバおよび供給用ヒータをマ
イクロ液滴生成装置に加えることによって、液体供給速
度が増加し、この結果、液体吐出周波数が高くなる。
イクロ液滴生成装置に加えることによって、液体供給速
度が増加し、この結果、液体吐出周波数が高くなる。
【００３８】マイクロ液滴生成装置は、二重層のフォト
レジストおよびニッケル電気メッキ技術を用いて製造す
るので、各部分の寸法を精度よく制御することができる
のみならず、構造を補強することができる。
レジストおよびニッケル電気メッキ技術を用いて製造す
るので、各部分の寸法を精度よく制御することができる
のみならず、構造を補強することができる。
【図１】 本発明の第１実施形態におけるマイクロ液滴
生成装置の概略的な断面図である。
生成装置の概略的な断面図である。
【図２】 他のタイプのマイクロ液滴生成装置の概略的
な断面図である。
な断面図である。
【図３】 本発明によるマイクロ液滴生成装置の製造工
程での概略的な断面図である。
程での概略的な断面図である。
【図４】 図３に後続する製造工程での概略的な断面図
である。
である。
【図５】 図４に後続する製造工程での概略的な断面図
である。
である。
【図６】 図５に後続する製造工程での概略的な断面図
である。
である。
【図７】 図６に後続する製造工程での概略的な断面図
である。
である。
【図８】 図７に後続する製造工程での概略的な断面図
である。
である。
【図９】 図８に後続する製造工程での概略的な断面図
である。
である。
【図１０】 図９に後続する製造工程での概略的な断面
図である。
図である。
【図１１】 図１０に後続する製造工程での概略的な断
面図である。
面図である。
【図１２】 図１１に後続する製造工程での概略的な断
面図である。
面図である。
【図１３】 図１２に後続する製造工程での概略的な断
面図である。
面図である。
【図１４】 図１３に後続する製造工程での概略的な断
面図である。
面図である。
【図１５】 図１４に後続する製造工程での概略的な断
面図である。
面図である。
【図１６】 図１５に後続する製造工程での概略的な断
面図である。
面図である。
【図１７】 図１に示される本発明のマイクロ液滴生成
装置の動作状態での概略的な断面図である。
装置の動作状態での概略的な断面図である。
【図１８】 図１７に後続する動作状態での概略的な断
面図である。
面図である。
【図１９】 図１８に後続する動作状態での概略的な断
面図である。
面図である。
【図２０】 図１９に後続する動作状態での概略的な断
面図である。
面図である。
【図２１】 図２０に後続する動作状態での概略的な断
面図である。
面図である。
【図２２】 図２１に後続する動作状態での概略的な断
面図である。
面図である。
【図２３】 本発明の第２実施形態におけるマイクロ液
滴生成装置の概略的な断面図である。
滴生成装置の概略的な断面図である。
【図２４】 本発明の第３実施形態におけるマイクロ液
滴生成装置の概略的な断面図である。
滴生成装置の概略的な断面図である。
１０…シリコン基板、
１６…第１絶縁体層、
１８…第２絶縁体層、
２０…液体注入口、
２８…オフショッター型ヒータ
３０…供給用ヒータ、
３４ａ、３４ｂ…導電体、
３６…保護層(第３絶縁体層）、
３８ａ、３８ｂ…第１フォトレジスト層、
４０…吐出液体チャンバ、
４２…補助液体チャンバ、
４６…金属シード層、
４８…吐出オリフィス、
５０ａ、５０ｂ…第２フォトレジスト層、
５２…オリフィス通路、
５４…吐出オリフィスメッキ層（ニッケル層）。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B41J 2/16
B41J 2/05
Claims (31)
- 【請求項１】ノズルから液滴を吐出するマイクロ液滴生
成装置を製造する製造方法であって、シ リコン基板を供給する工程と、 第１絶縁体層を前記シリコン基板の上面に形成するとと
もに、第２絶縁体層を前記シリコン基板の下面に形成す
る工程と、 前記下面に形成された第２絶縁体層の一部を除去して、
前記シリコン基板を露出する開口を形成する工程と、 前記開口から前記シリコン基板の内部へ向かって漏斗形
状の液体注入口を形成する工程と、 垂直方向に沿って前記ノズルに対してオフセットをもっ
て配置されるオフショッター型ヒータを前記第１絶縁体
層上方の一側部に形成する工程と、 導電体を付着するとともにパターン形成して、当該導電
体と前記オフショッター型ヒータとを接触させて電気接
続を得る工程と、前記オフショッター型ヒータを覆うように 前記第１絶縁
体層上に第３絶縁体層を付着する工程と、 第１フォトレジスト層を前記第３絶縁体層上にスピンコ
ーティングする工程と、前記 第１フォトレジスト層の一部を露光して、吐出液体
室の形状にパターンを規定する工程と、露出された部分および露光されていない部分を残したま
まで、前記第１フォトレジスト層上に金属シード層を 付
着するとともに、当該金属シード層をパターン形成して
当該金属シード層の一部に吐出オリフィスを形成する工
程と、吐出オリフィスを形成した 前記金属シード層上に第２フ
ォトレジスト層をスピンコーティングする工程と、 前記第２フォトレジスト層の一部分を露光して、 前記吐
出オリフィスの頂端に合わせてパターンを規定する工程
と、 パターンが規定された前記吐出オリフィス頂端上の部分
以外の第２フォトレジスト層の他の部分を除去し、前記
金属シード層を露出させる工程と、露出させた 前記金属シード層上にニッケル層を電気メッ
キし、前記吐出オリフィス頂端上の第２フォトレジスト
層の部分を当該ニッケル層で取り囲む工程と、前記ニッケル層の電気メッキが完了した後に、 前記吐出
オリフィス頂端上の第２フォトレジスト層の部分を除去
して、前記ノズルを構成する貫通孔を前記ニッケル層に
形成する工程と、 前記シリコン基板の前記下面の前記第２絶縁体層を除去
するとともに、前記液体注入口から前記第１絶縁体層を
経て前記第１フォトレジスト層に至るまで連通させる工
程と、現像液を用いて、前記 吐出液体室として前記第１フォト
レジスト層に規定された部分を除去して、前記貫通孔に
連通した吐出液体室を形成する工程と、 を有することを特徴とする製造方法。 - 【請求項２】 前記第１絶縁体層および前記第２絶縁体
層の材料は、酸化シリコンおよび炭化シリコンよりなる
群から選ばれた少なくとも１種の材料であることを特徴
とする請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１絶縁体層および前記第２絶縁体
層の厚さは、少なくとも１００ｎｍであることを特徴と
する請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記第２絶縁体層を除去する工程は、反
応性イオンエッチングによりなされることを特徴とする
請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項５】 前記液体注入口は、水酸化カリウムを含
む溶液を用いて前記シリコン基板をウエットエッチング
することにより形成されることを特徴とする請求項１に
記載の製造方法。 - 【請求項６】 前記液体注入口は、水酸化テトラメチル
アンモニウムを含む溶液を用いて前記シリコン基板をウ
エットエッチングすることにより形成されることを特徴
とする請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項７】 供給用ヒータは、前記オフショッター型
ヒータが前記第１絶縁体層上に形成されるのと同時に、
前記液体注入口を基準として前記オフショッター型ヒー
タの位置の逆側に形成され、当該供給用ヒータを導電体
部と接触させて電気接続を得ることを特徴とする請求項
１に記載の製造方法。 - 【請求項８】 前記オフショッター型ヒータおよび前記
供給用ヒータの材料は、ＴａＡｌ、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、
ＴａＮ、およびＰｔよりなる群から選ばれた少なくとも
１種の材料であることを特徴とする請求項７に記載の製
造方法。 - 【請求項９】 第３絶縁体層の材料は、窒化シリコンお
よび炭化シリコンよりなる群から選ばれた少なくとも１
種の材料であることを特徴とする請求項１に記載の製造
方法。 - 【請求項１０】 前記第１フォトレジスト層の厚さは、
少なくとも１μｍであることを特徴とする請求項１に記
載の製造方法。 - 【請求項１１】 前記吐出液体室に対応するパターンを
前記第１フォトレジスト層に規定するのと同時に補助液
体室に対応するパターンも前記第１フォトレジスト層に
規定され、前記吐出液体室と前記補助液体室との間を液
体が流れるように当該吐出液体室と当該補助液体室とが
連通するパターンが規定されることを特徴とする請求項
１に記載の製造方法。 - 【請求項１２】 前記供給用ヒータは、前記補助液体室
の近傍に設置されて、液体を前記吐出液体室側へ供給す
る機構を形成することを特徴とする請求項７または請求
項１１に記載の製造方法。 - 【請求項１３】 第１フォトレジスト層および第２フォ
トレジスト層を除去する工程は、ウエットエッチングに
よりなされることを特徴とする請求項１に記載の製造方
法。 - 【請求項１４】 第２フォトレジスト層の厚さは、少な
くとも２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の
製造方法。 - 【請求項１５】 前記金属シード層の材料は、クロムお
よびニッケルよりなる群から選ばれた少なくとも１種の
材料であることを特徴とする請求項１に記載の製造方
法。 - 【請求項１６】 前記吐出オリフィスは、前記金属シー
ド層に形成され、前記オフショッター型ヒータは、その
近傍に形成されることを特徴とする請求項１に記載の製
造方法。 - 【請求項１７】ノズルから液滴を吐出するマイクロ液滴
生成装置であって、シ リコン基板と、前記シリコン基板の下面からシリコン基板の内部へ向か
って形成された漏斗形状の液体注入口と、 前記シリコン基板の上面に形成された第１絶縁体層と、 前記第１絶縁体層上方の一側部に形成されており、垂直
方向に沿って前記ノズルに対してオフセットをもって配
置されたオフショッター型ヒータと、 前記オフショッター型ヒータに接触して電気接続を得る
導電体と、前記オフショッター型ヒータを覆うように 前記第１絶縁
体層上に形成された第３絶縁体層と、 前記第３絶縁体層上に形成された第１フォトレジスト層
と、前記第１フォトレジスト層上に配置された金属シード層
と、 前記金属シード層に形成された吐出オリフィスと、 前記吐出オリフィスとの間で連通してノズルを構成する
貫通孔を有しており、前記金属シード層上に電気メッキ
されたニッケル層と、前記第１フォトレジスト層に形成され、液体が流通可能
なように前記液体注入口および前記貫通孔に連通されて
おり、液体を吐出するために前記オフショッター型ヒー
タが設けられている吐出液体室と、 を有することを特徴
とするマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項１８】 前記マイクロ液滴生成装置は、一体的
に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の
マイクロ液滴生成装置。 - 【請求項１９】 前記第１絶縁体層および前記第２絶縁
体層の厚さは、少なくとも１００ｎｍであることを特徴
とする請求項１７に記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２０】 前記第１絶縁体層および前記第２絶縁
体層の材料は、酸化シリコンおよび炭化シリコンよりな
る群から選ばれた少なくとも１種の材料であることを特
徴とする請求項１７に記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２１】 前記液体注入口は、水酸化カリウムを
含む溶液を用いて前記シリコン基板をウエットエッチン
グすることによって形成されていることを特徴とする請
求項１７に記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２２】 前記液体注入口は、水酸化テトラメチ
ルアンモニウムを含む溶液を用いて前記シリコン基板を
ウエットエッチングすることによって形成されているこ
とを特徴とする請求項１７に記載のマイクロ液滴生成装
置。 - 【請求項２３】 前記オフショッター型ヒータの前記第
１絶縁体層上への形成と同時に、供給用ヒータが、前記
液体注入口を基準として前記オフショッター型ヒータの
位置の逆側に形成されており、当該供給用ヒータは導電
体と接触して電気接続が得られていることを特徴とする
請求項１７に記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２４】 前記オフショッター型ヒータおよび前
記供給用ヒータの材料は、ＴａＡｌ、ＨｆＢ2、Ｚｒ
Ｂ2、ＴａＮ、およびＰｔよりなる群から選ばれた少な
くとも１種の材料であることを特徴とする請求項２３に
記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２５】 前記オフショッター型ヒータが複数個
にわたって前記吐出オリフィスに対して平行に配置され
ていることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロ液
滴生成装置。 - 【請求項２６】 前記第１フォトレジスト層の厚さは、
少なくとも１μｍであることを特徴とする請求項１７に
記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２７】 補助液体室が前記第１フォトレジスト
層に形成されており、当該補助液体室、前記吐出液体
室、および前記液体注入口とが相互に連通しており、当
該補助液体室、前記吐出液体室、および前記液体注入口
の相互間で液体が流通することを特徴とする請求項１７
に記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２８】 補助液体室が前記第１フォトレジスト
層に形成されており、当該補助液体室、前記吐出液体
室、および前記液体注入口とが相互に連通しており、当
該補助液体室、前記吐出液体室、および前記液体注入口
の相互間で液体が流通可能であり、前記供給用ヒータが
前記補助液体室の近傍に設定されることにより液滴を前
記吐出液体室側へ供給する機構を形成していることを特
徴とする請求項２３に記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項２９】 前記金属シード層の材料は、クロムお
よびニッケルよりなる群から選ばれた少なくとも１種の
材料であることを特徴とする請求項１７に記載のマイク
ロ液滴生成装置。 - 【請求項３０】 前記吐出オリフィスは、前記オフショ
ッター型ヒータに近接していることを特徴とする請求項
１７に記載のマイクロ液滴生成装置。 - 【請求項３１】 前記吐出オリフィスは、前記吐出液体
室に形成されており、前記オフショッター型ヒータと背
中合わせに形成されていることを特徴とする請求項１７
に記載のマイクロ液滴生成装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002153935A JP3533205B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | マイクロ液滴生成装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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| JP3533205B2 true JP3533205B2 (ja) | 2004-05-31 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2002153935A Expired - Fee Related JP3533205B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | マイクロ液滴生成装置およびその製造方法 |
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| JP4208794B2 (ja) | 2004-08-16 | 2009-01-14 | キヤノン株式会社 | インクジェットヘッド用基板、該基板の製造方法および前記基板を用いるインクジェットヘッド |
| KR100654802B1 (ko) | 2004-12-03 | 2006-12-08 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 |
| JP5197724B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2013-05-15 | キヤノン株式会社 | 液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
-
2002
- 2002-05-28 JP JP2002153935A patent/JP3533205B2/ja not_active Expired - Fee Related
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