JPH1178022A - ジェットノズルとその製法 - Google Patents
ジェットノズルとその製法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】表面粗さの増加やピンホールなどの欠陥を招く
ことなしに半導体用途に用いられる高い構造の管体を容
易に製造する。 【解決手段】少なくとも１個の誘電材料層１４と少なく
とも１個の金属層もしくは金属帯とを施した基材１０上
にノズルを配置し、該誘電材料層近傍または層中に流体
移送用のチャンネルを残して金属層を少なくとも部分的
に除去し、流体の推進のために少なくとも１個の加熱要
素をチャンネルに施して流体を加熱することにより気泡
を形成し、この気泡がノズルを通って周囲の流体を少な
くとも部分的に噴射させる。
ことなしに半導体用途に用いられる高い構造の管体を容
易に製造する。 【解決手段】少なくとも１個の誘電材料層１４と少なく
とも１個の金属層もしくは金属帯とを施した基材１０上
にノズルを配置し、該誘電材料層近傍または層中に流体
移送用のチャンネルを残して金属層を少なくとも部分的
に除去し、流体の推進のために少なくとも１個の加熱要
素をチャンネルに施して流体を加熱することにより気泡
を形成し、この気泡がノズルを通って周囲の流体を少な
くとも部分的に噴射させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はジェットノズルとその
製法に関するものであり、さらに詳しくは流体の電子制
御推進用の単体熱流体ジェットノズルおよびその製法に
関するものである。
製法に関するものであり、さらに詳しくは流体の電子制
御推進用の単体熱流体ジェットノズルおよびその製法に
関するものである。
【０００２】
【従来技術】熱電気的駆動は今日市販されている小型流
体ジェットノズルの用いられる流体推進機構である。そ
のようなノズルとしては、例えばM. O’Horo, J. O’Ne
ill,E. Peeters, S. Vandebroekの「市販熱インキ書類
出力製品のためのマイクロ電子機械的システム」、Proc
eedings Eurosensors X, ４３１〜４３５頁、１９９６
年９月、およびS. Aden, J. Bohorquez, D. Collins,
D. Crook, A. Garcia,U. Hessの「第３世代ＨＰ熱イン
キジェット・プリントヘッド」Hewlett-PackardJournal
第４５巻、４１〜４５頁、１９９４年２月など、が知ら
れている。
体ジェットノズルの用いられる流体推進機構である。そ
のようなノズルとしては、例えばM. O’Horo, J. O’Ne
ill,E. Peeters, S. Vandebroekの「市販熱インキ書類
出力製品のためのマイクロ電子機械的システム」、Proc
eedings Eurosensors X, ４３１〜４３５頁、１９９６
年９月、およびS. Aden, J. Bohorquez, D. Collins,
D. Crook, A. Garcia,U. Hessの「第３世代ＨＰ熱イン
キジェット・プリントヘッド」Hewlett-PackardJournal
第４５巻、４１〜４５頁、１９９４年２月など、が知ら
れている。
【０００３】小体積の流体が急速に過熱されると気泡が
発生する。この気泡が膨張すると周囲の流体を圧迫して
ノズルから噴射させる。滴の速度と体積はノズルの構造
と加熱域と加熱特性とに左右される。上記のようなタイ
プの流体ジェットノズルはバブルジェットと呼ばれる。
発生する。この気泡が膨張すると周囲の流体を圧迫して
ノズルから噴射させる。滴の速度と体積はノズルの構造
と加熱域と加熱特性とに左右される。上記のようなタイ
プの流体ジェットノズルはバブルジェットと呼ばれる。
【０００４】バブルジェットには端部噴射型と側部噴射
型との２種類があり、例えばP. Krause, E. Obermeier,
W. Wehl, の「後部噴射―新規でスマートなマイクロ機
械加工シングル チップ インキ ジェット プリントヘッ
ド」、Transducers '９５年、Digest of Technical Pap
ers第２巻３２５〜３２８頁、１９９５年６月がある。
端部噴射型の場合には、インキ滴はチップの切断または
エッチングされた端部に対して直角にヘッドを離れる。
チャンネルは典型的にはシリコン基材中に異方的にエッ
チングされたＶ字溝の形で与えられる。異なるチャンネ
ルのためのヒーター、動力トランジスターおよびアドレ
ス論理回路を含んだ第２のウェファーが整列配置され
て、Ｖ字溝を有したウェファーの上面に貼付されて、チ
ャンネルをシールする。
型との２種類があり、例えばP. Krause, E. Obermeier,
W. Wehl, の「後部噴射―新規でスマートなマイクロ機
械加工シングル チップ インキ ジェット プリントヘッ
ド」、Transducers '９５年、Digest of Technical Pap
ers第２巻３２５〜３２８頁、１９９５年６月がある。
端部噴射型の場合には、インキ滴はチップの切断または
エッチングされた端部に対して直角にヘッドを離れる。
チャンネルは典型的にはシリコン基材中に異方的にエッ
チングされたＶ字溝の形で与えられる。異なるチャンネ
ルのためのヒーター、動力トランジスターおよびアドレ
ス論理回路を含んだ第２のウェファーが整列配置され
て、Ｖ字溝を有したウェファーの上面に貼付されて、チ
ャンネルをシールする。
【０００５】単一端部噴射型はJ. Chen, K. Wise の
「インキ・ジェット印刷用高分解能シリコン単一ノズル
列」Transducers'９５年Digest of Technical Papers第
２巻、３２１〜３２４頁、１９９５年６月に開示されて
いる。チャンネルは山形のシリコンリブをくり貫いて誘
電材料層により上部をシールすることにより形成され
る。
「インキ・ジェット印刷用高分解能シリコン単一ノズル
列」Transducers'９５年Digest of Technical Papers第
２巻、３２１〜３２４頁、１９９５年６月に開示されて
いる。チャンネルは山形のシリコンリブをくり貫いて誘
電材料層により上部をシールすることにより形成され
る。
【０００６】側部噴射型のバブルジェットはチップの上
面に直角に滴を噴射する。このノズルは通常電子成形に
より製造されるものであって、D. Lee, H-D. Lee, H-J.
Lee, J-B. Yoon, K-H. Han, J-K. Kim, C-K. Kim, C-
H. Hanらの「電気化学エッチングと２段電気メッキ技術
を用いた単一熱インキジェット・プリントヘッド」Inter
national Electron Device Meeting, Technical digest
第１０２６巻、６０１〜６０４頁、１９９５年およびR.
Askeland, W. Childers, W. Sperryらの「第２世代熱
インキ・ジェット構造」Hewlett-Packard Journal第３９
巻、２８〜３１頁、１９８８年８月に開示されている。
面に直角に滴を噴射する。このノズルは通常電子成形に
より製造されるものであって、D. Lee, H-D. Lee, H-J.
Lee, J-B. Yoon, K-H. Han, J-K. Kim, C-K. Kim, C-
H. Hanらの「電気化学エッチングと２段電気メッキ技術
を用いた単一熱インキジェット・プリントヘッド」Inter
national Electron Device Meeting, Technical digest
第１０２６巻、６０１〜６０４頁、１９９５年およびR.
Askeland, W. Childers, W. Sperryらの「第２世代熱
インキ・ジェット構造」Hewlett-Packard Journal第３９
巻、２８〜３１頁、１９８８年８月に開示されている。
【０００７】その他の製法としてはD. Westberg, O. Pa
ul, H. Baltesの「捨材アルミエッチングによる表面マ
イクロ機械加工」Journal of Micromechanics and Micr
oengineering第６巻、３７６〜３８４頁、１９９６年１
２月や、O. Paul, D. Westberg, M. Hornung, V. Zieba
rt, H. Baltesらの「CMOSマイクロ構造のための捨材ア
ルミエッチング」Proceedings MEMS'97, ５２３〜５２
８頁、１９９７年１月や、D. Westberg, O. Paul, G. A
ndersson, H. Baltes らの「流体密度測定のためのCMOS
適合装置」Proceedings, MEMS'97 、２７８〜２８３
頁、１９９７年１月に開示されたものがある。
ul, H. Baltesの「捨材アルミエッチングによる表面マ
イクロ機械加工」Journal of Micromechanics and Micr
oengineering第６巻、３７６〜３８４頁、１９９６年１
２月や、O. Paul, D. Westberg, M. Hornung, V. Zieba
rt, H. Baltesらの「CMOSマイクロ構造のための捨材ア
ルミエッチング」Proceedings MEMS'97, ５２３〜５２
８頁、１９９７年１月や、D. Westberg, O. Paul, G. A
ndersson, H. Baltes らの「流体密度測定のためのCMOS
適合装置」Proceedings, MEMS'97 、２７８〜２８３
頁、１９９７年１月に開示されたものがある。
【０００８】捨材層エッチングを用いて管体を製造する
最も簡単な方法は、平らな支持材料上に金属を付着させ
てやるもので、ここで金属は成形されて新たな層により
被覆される。最後に金属はエッチング除去され管体を形
成する。この方法は適正に作用するが、いくつかの問題
もある。
最も簡単な方法は、平らな支持材料上に金属を付着させ
てやるもので、ここで金属は成形されて新たな層により
被覆される。最後に金属はエッチング除去され管体を形
成する。この方法は適正に作用するが、いくつかの問題
もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】まず管体の高さが金属
の厚さにより決まってくる。したがって高い管体を製造
するには金属の厚い層を施さなければならない。例えば
金属の厚さが約０．５μｍになると表面が粗くなり、し
かも厚くなるほど粗くなる。金属の上に施された層は金
属と同じ形を帯びる。したがって、管の内側上面が非常
に粗くなって、用途によっては種々の問題を引き起こす
ことになる。
の厚さにより決まってくる。したがって高い管体を製造
するには金属の厚い層を施さなければならない。例えば
金属の厚さが約０．５μｍになると表面が粗くなり、し
かも厚くなるほど粗くなる。金属の上に施された層は金
属と同じ形を帯びる。したがって、管の内側上面が非常
に粗くなって、用途によっては種々の問題を引き起こす
ことになる。
【００１０】高い管体が製造される場合には、金属の端
部における段が大きくなり、つぎの層により被覆されな
ければならない。通常これはピンホールと呼ばれる欠陥
を管体の端部に生じることになる。この欠陥を除くには
不必要に厚い層を施すことになる。
部における段が大きくなり、つぎの層により被覆されな
ければならない。通常これはピンホールと呼ばれる欠陥
を管体の端部に生じることになる。この欠陥を除くには
不必要に厚い層を施すことになる。
【００１１】かかる従来技術の現状に鑑みてこの発明の
目的は、表面粗さの増加やピンホールなどの欠陥を招く
ことなしに半導体用途に用いられる高い構造の管体を容
易に製造することにある。
目的は、表面粗さの増加やピンホールなどの欠陥を招く
ことなしに半導体用途に用いられる高い構造の管体を容
易に製造することにある。
【００１２】かかるこの発明の製法は標準ＩＣ製造技術
に適合するものであり、ＣＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＰＭ
ＯＳプロセスの後に２個の余分なマスクを必要とするだ
けなのである。またこの発明は捨材層を用いてＣＭＯ
Ｓ、ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳに適合した単一熱インキ・
ジェットヘッドの製法を提供するものである。この発明
により、チャンネル間の間隔は狭くでき、ノズルと電子
部品は容易に集積することができ、例えば幅約１０μ
ｍ、厚さ０．５〜１．５μｍで長さ３００〜６００μｍ
のチャンネルを製造することができる。
に適合するものであり、ＣＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＰＭ
ＯＳプロセスの後に２個の余分なマスクを必要とするだ
けなのである。またこの発明は捨材層を用いてＣＭＯ
Ｓ、ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳに適合した単一熱インキ・
ジェットヘッドの製法を提供するものである。この発明
により、チャンネル間の間隔は狭くでき、ノズルと電子
部品は容易に集積することができ、例えば幅約１０μ
ｍ、厚さ０．５〜１．５μｍで長さ３００〜６００μｍ
のチャンネルを製造することができる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
この発明のジェットノズルの製法においては、少なくと
も１個の誘電材料層と少なくとも１個の金属層もしくは
金属帯とを施した基材上にノズルを配置し、該誘電材料
層近傍または層中に流体移送用のチャンネルを残して金
属層を少なくとも部分的に除去し、流体の推進のために
少なくとも１個の加熱要素をチャンネルに施して流体を
加熱することにより気泡を形成し、この気泡がノズルを
通って周囲の流体を少なくとも部分的に噴射させること
を要旨とする。
この発明のジェットノズルの製法においては、少なくと
も１個の誘電材料層と少なくとも１個の金属層もしくは
金属帯とを施した基材上にノズルを配置し、該誘電材料
層近傍または層中に流体移送用のチャンネルを残して金
属層を少なくとも部分的に除去し、流体の推進のために
少なくとも１個の加熱要素をチャンネルに施して流体を
加熱することにより気泡を形成し、この気泡がノズルを
通って周囲の流体を少なくとも部分的に噴射させること
を要旨とする。
【００１４】またこの発明の半導体用途における液状媒
体供給用の管体の製法においては、少なくとも１個のチ
ャンネルを基材上に設け、基材上に第１の層を施し、捨
材金属を施し、実質的にチャンネル内のみに金属が残る
ように金属を研磨し、金属上に第２の層を施して管体の
上部を形成し、捨材金属をエッチングして管体を得るこ
とを要旨とする。
体供給用の管体の製法においては、少なくとも１個のチ
ャンネルを基材上に設け、基材上に第１の層を施し、捨
材金属を施し、実質的にチャンネル内のみに金属が残る
ように金属を研磨し、金属上に第２の層を施して管体の
上部を形成し、捨材金属をエッチングして管体を得るこ
とを要旨とする。
【００１５】さらにこの発明の電子制御推進用単体熱流
体ジェットノズルは、少なくとも１個の誘電材料層と少
なくとも１個の金属層または金属帯をその上に施された
基材と、誘電材料層の近傍において上記の施された金属
層から少なくとも一部が除去されて形成された流体移送
用の少なくとも１個のチャンネル、チャンネルに設けら
れて加熱により流体中に気泡を形成してノズルを通って
流体の少なくとも一部を噴射させる流体推進用加熱要素
を含んだものである。
体ジェットノズルは、少なくとも１個の誘電材料層と少
なくとも１個の金属層または金属帯をその上に施された
基材と、誘電材料層の近傍において上記の施された金属
層から少なくとも一部が除去されて形成された流体移送
用の少なくとも１個のチャンネル、チャンネルに設けら
れて加熱により流体中に気泡を形成してノズルを通って
流体の少なくとも一部を噴射させる流体推進用加熱要素
を含んだものである。
【００１６】
【作用】第２の層（誘電材料層）を施した後、捨材金属
を完全に除去することにより、基材と第2の層との間に
空孔状の管体が形成される。
を完全に除去することにより、基材と第2の層との間に
空孔状の管体が形成される。
【００１７】
【実施例】図１〜図８に示すのはこの発明の方法の第1
の実施例における作業手順を示すものである。この方法
においてはまずシリコンなどからなる基材１０にエッチ
ングによりチャンネル１１が刻設される。このエッチン
グは等方的に行ってもよく異方的に行ってもよく、また
乾式で行ってもよいし湿式で行ってもよい。さらに基材
10上には熱酸化物または窒化物などの第1層（内層）１
２を付着または成長により形成する。
の実施例における作業手順を示すものである。この方法
においてはまずシリコンなどからなる基材１０にエッチ
ングによりチャンネル１１が刻設される。このエッチン
グは等方的に行ってもよく異方的に行ってもよく、また
乾式で行ってもよいし湿式で行ってもよい。さらに基材
10上には熱酸化物または窒化物などの第1層（内層）１
２を付着または成長により形成する。
【００１８】ついでスパタリング、蒸着またはメッキな
どによりチャンネル１１を完全に覆う量の捨材金属層１
３を付着させる。好ましくは図５に示すようにチャンネ
ル中にのみ金属が残るように金属層を研磨する。この際
には第1層に達する直前に研磨を中止して、図6に示すよ
うに残りの金属は研磨除去するのが望ましい。ついで第
1層と同じ材料または窒化シリコンなどの誘電材料から
なる第２層（外層）１４を金属層１３上に付着させる。
最後に金属層１３をエッチングして筒状チャンネル１５
を形成する。このチャンネルの上縁は第1層１２の残部
と実質的に面一にする。
どによりチャンネル１１を完全に覆う量の捨材金属層１
３を付着させる。好ましくは図５に示すようにチャンネ
ル中にのみ金属が残るように金属層を研磨する。この際
には第1層に達する直前に研磨を中止して、図6に示すよ
うに残りの金属は研磨除去するのが望ましい。ついで第
1層と同じ材料または窒化シリコンなどの誘電材料から
なる第２層（外層）１４を金属層１３上に付着させる。
最後に金属層１３をエッチングして筒状チャンネル１５
を形成する。このチャンネルの上縁は第1層１２の残部
と実質的に面一にする。
【００１９】加熱要素をチャンネル内に設ける必要のあ
るインクジェットに用いる場合には、基材中に分散抵抗
として設けてもよく、誘電層の下側または内部に付着抵
抗として設けてもよく、あるいは誘電層中に設けてもよ
い。この方法は公知のＩＣ技術によって行うことがで
き、対応する電子部品や管体などを集積することができ
る。
るインクジェットに用いる場合には、基材中に分散抵抗
として設けてもよく、誘電層の下側または内部に付着抵
抗として設けてもよく、あるいは誘電層中に設けてもよ
い。この方法は公知のＩＣ技術によって行うことがで
き、対応する電子部品や管体などを集積することができ
る。
【００２０】図９〜図１６に示す作業手順は図１〜図８
に示すものであって、同じ参照番号が用いられている
が、この場合には捨材金属１６が基材上に付着した第１
層１７中に円錐状に入っている。管体を製造する方法は
他の用途でも例えば流体などを供給するチャンネルを製
造するのに用いることができる。
に示すものであって、同じ参照番号が用いられている
が、この場合には捨材金属１６が基材上に付着した第１
層１７中に円錐状に入っている。管体を製造する方法は
他の用途でも例えば流体などを供給するチャンネルを製
造するのに用いることができる。
【００２１】ＪＭは、半導体を製造する標準的な方法
（例えばＣＭＯＳ，ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳ）を捨材金
属のエッチングと組み合わせることにより、製造され
る。したがって標準半導体または半導体間連材料、例え
ばシリコン、ＩＩＩ−Ｖ材料、ガラス、水晶またはこれ
らの組合せを基材に用いることができる。
（例えばＣＭＯＳ，ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳ）を捨材金
属のエッチングと組み合わせることにより、製造され
る。したがって標準半導体または半導体間連材料、例え
ばシリコン、ＩＩＩ−Ｖ材料、ガラス、水晶またはこれ
らの組合せを基材に用いることができる。
【００２２】誘電材料層は標準セラミックスタイプであ
って、例えば熱または付着酸化シリコン（一酸化シリコ
ン、二酸化シリコン）、窒化物または酸化窒化物などが
用いられる。ここで制御および駆動に用いられる電子部
品と同じチップ上に同じ方法で製造するのが好ましく、
これにより小型化し作業効率も向上する。
って、例えば熱または付着酸化シリコン（一酸化シリコ
ン、二酸化シリコン）、窒化物または酸化窒化物などが
用いられる。ここで制御および駆動に用いられる電子部
品と同じチップ上に同じ方法で製造するのが好ましく、
これにより小型化し作業効率も向上する。
【００２３】基材から出発して誘電材料層が添加され
る。ヒーターを形成すべくポリシリコンまたは金属が付
着される。金属ワイヤー（例えばアルミニウム、タング
ステン、ニッケル、銅またはこれらの組合せ）を添加し
て、チャンネルの配置を決定する。他の誘電材料層が付
着される。エッチング窓が形成されて、金属ワイヤーが
露出する。チャンネルは捨材金属エッチングにより形成
され、これにより金属ワイヤーを除去する。局部的に基
材を除去するにはマスキングとドライエッチングが用い
られる。これによりＪＭの横方向（すなわち図１７中の
Ｘ−Ｙ面）の形状が形成される。ノズルチップを基材か
ら解放するには異方性バルク機械加工（例えばＥＤＰ、
ＴＭＡＨまたはＫＯＨ）が用いられる。
る。ヒーターを形成すべくポリシリコンまたは金属が付
着される。金属ワイヤー（例えばアルミニウム、タング
ステン、ニッケル、銅またはこれらの組合せ）を添加し
て、チャンネルの配置を決定する。他の誘電材料層が付
着される。エッチング窓が形成されて、金属ワイヤーが
露出する。チャンネルは捨材金属エッチングにより形成
され、これにより金属ワイヤーを除去する。局部的に基
材を除去するにはマスキングとドライエッチングが用い
られる。これによりＪＭの横方向（すなわち図１７中の
Ｘ−Ｙ面）の形状が形成される。ノズルチップを基材か
ら解放するには異方性バルク機械加工（例えばＥＤＰ、
ＴＭＡＨまたはＫＯＨ）が用いられる。
【００２４】管体と連通するヒーターの典型的なものを
図２３に示す。ヒーター上方の体積は約５０μｍ３であ
る。気泡を生じるための動力は大きなものであり（約２
５ｍＷ／ヒーター）、大型の駆動トランジスターを必要
とする。図２４に示すような内部製造構造のヒーターは
新しい形状であって、これにより管体は過熱領域内にあ
って異方的にくり貫かれる。これにより必要な過熱動力
とチャンネルの混線が低減される。
図２３に示す。ヒーター上方の体積は約５０μｍ３であ
る。気泡を生じるための動力は大きなものであり（約２
５ｍＷ／ヒーター）、大型の駆動トランジスターを必要
とする。図２４に示すような内部製造構造のヒーターは
新しい形状であって、これにより管体は過熱領域内にあ
って異方的にくり貫かれる。これにより必要な過熱動力
とチャンネルの混線が低減される。
【００２５】製造例としては種々異なる方法を用いるこ
とができる。第１の方法は爾後タイプＩと呼ばれるもの
で、図１７に示すその製品はＣＭＯＳプロセスに基づい
たものである。この例ではＡＵＳＴＲＩＡ ＭＩＫＲＯ
Ｓ誘電材料層ＴＥＭ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ（Ａ
ＭＳ）のほぼ０．８μｍＣＭＯＳプロセスが用いられ
た。第２方法は爾後タイプＩＩと呼ばれるもので、図２
４に示すその製品はＣＭＯＳ適合ウェファー・スケール
プロセスで製造されたものである。
とができる。第１の方法は爾後タイプＩと呼ばれるもの
で、図１７に示すその製品はＣＭＯＳプロセスに基づい
たものである。この例ではＡＵＳＴＲＩＡ ＭＩＫＲＯ
Ｓ誘電材料層ＴＥＭ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ（Ａ
ＭＳ）のほぼ０．８μｍＣＭＯＳプロセスが用いられ
た。第２方法は爾後タイプＩＩと呼ばれるもので、図２
４に示すその製品はＣＭＯＳ適合ウェファー・スケール
プロセスで製造されたものである。
【００２６】タイプＩポスト・プロセスされたＣＭＯＳ
チップはマルチ・プロジェクト・ウェファーリングにより
得られたものである。金属ワイヤーを適正に配置するこ
とにより、チャンネルの内部寸法が画定される。この例
ではアルミニウムが用いられた。
チップはマルチ・プロジェクト・ウェファーリングにより
得られたものである。金属ワイヤーを適正に配置するこ
とにより、チャンネルの内部寸法が画定される。この例
ではアルミニウムが用いられた。
【００２７】エッチング材料は使用する金属により適合
しなければならない。第１層のみを用いた場合には高さ
約０．５μｍの構造が得られる。上下に集積された２個
の金属層を用いると、１．５μｍの金属厚さが得られ
る。チャンネルのノズル端において、金属ラインはパッ
ド状の構造をしており、これが図２３に示すように捨材
エッチング用のエッチング窓として作用する。
しなければならない。第１層のみを用いた場合には高さ
約０．５μｍの構造が得られる。上下に集積された２個
の金属層を用いると、１．５μｍの金属厚さが得られ
る。チャンネルのノズル端において、金属ラインはパッ
ド状の構造をしており、これが図２３に示すように捨材
エッチング用のエッチング窓として作用する。
【００２８】エッチング窓は例えばウェファーを研磨ま
たは切削することによっても形成することができ、これ
により金属が露出する。ゲート・ポリシリコンが成形さ
れてヒーターとして用いられる。ヒーターと流体との間
の熱伝導を増すために、ＨＴにおいては金属―ポリ接触
が作られる。ＣＭＭＭＯＳプロセスにおいて分散バリア
ーとして用いられる窒化チタンの薄い層によりポリは攻
撃性のインクから保護される。
たは切削することによっても形成することができ、これ
により金属が露出する。ゲート・ポリシリコンが成形さ
れてヒーターとして用いられる。ヒーターと流体との間
の熱伝導を増すために、ＨＴにおいては金属―ポリ接触
が作られる。ＣＭＭＭＯＳプロセスにおいて分散バリア
ーとして用いられる窒化チタンの薄い層によりポリは攻
撃性のインクから保護される。
【００２９】ポスト・プロセスの第１の作業手順はノズ
ルの外部を画定することである。これには誘電材料層を
異方的にドライ・エッチングする。エッチングされるべ
き全厚さはほぼ３．５μｍである。したがってマスク材
料としてはクロムが用いられる。クロムは蒸発され図２
４に示すように成形される。ノズルの端部はエッチング
窓から数μｍ引っ込んでおり、これによりチャンネルの
先端が曲がらないようにする。ドライ・エッチングの前
に、下側の酸化物を除くために目に見える金属を除かな
ければならない。エッチング窓中の金属を除きチャンネ
ル中に数μｍを残すには、市販のアルミニウムで５０
℃、約２０分で充分である。チップは事後露出した領域
で誘電材料層がすべて除かれるまでドライ・エッチング
され、下側のシリコンが見えるようになる。
ルの外部を画定することである。これには誘電材料層を
異方的にドライ・エッチングする。エッチングされるべ
き全厚さはほぼ３．５μｍである。したがってマスク材
料としてはクロムが用いられる。クロムは蒸発され図２
４に示すように成形される。ノズルの端部はエッチング
窓から数μｍ引っ込んでおり、これによりチャンネルの
先端が曲がらないようにする。ドライ・エッチングの前
に、下側の酸化物を除くために目に見える金属を除かな
ければならない。エッチング窓中の金属を除きチャンネ
ル中に数μｍを残すには、市販のアルミニウムで５０
℃、約２０分で充分である。チップは事後露出した領域
で誘電材料層がすべて除かれるまでドライ・エッチング
され、下側のシリコンが見えるようになる。
【００３０】以下の手順は例えばＥＤＰやＴＭＡＨなど
を用いたバルク・マイクロ機械加工によりＪＭの最外層
を解放するものである。結果として得られる構造を図２
３に示す。ドライエッチングにマスクとして用いられた
クロムはＥＤＰエッチングのパッドの保護としえ機能す
るものである。しかし必要なエッチング時間が３０〜６
０分と短いならば、保護なしにアルミパッドが残存する
のに充分である。
を用いたバルク・マイクロ機械加工によりＪＭの最外層
を解放するものである。結果として得られる構造を図２
３に示す。ドライエッチングにマスクとして用いられた
クロムはＥＤＰエッチングのパッドの保護としえ機能す
るものである。しかし必要なエッチング時間が３０〜６
０分と短いならば、保護なしにアルミパッドが残存する
のに充分である。
【００３１】次の手順では延在捨材アルミのエッチング
によりチャンネルを形成する。４体積部のＨＣｌ（３７
％）と２体積部のＨ２Ｏと１体積部のＨ２Ｏ２（３０
％）とからなる溶液を３０℃で用いて、約３００μｍの
長さのチャンネル中の金属の全てが３０分以内に除かれ
る。ワイヤーがアルミのみを含むものならば、市販のア
ルミエッチング材料でも充分作用する。しかしこれにひ
ゃ非常に長い処理時間が必要となる。このエッチングは
分散が限定されており、必要なエッチング時間はチャン
ネル長さの二乗として増加する。最後に洗浄とダイスを
行うことにより製造が完了する。ダイアモンド鋸の水ジ
ェットでＪＭを破壊しない様に、注意を要する。フォト
レジストが用いられた場合には、レジストのベーキング
は最小として、それが後程簡単に除去できて、チャンネ
ルを詰まらせないようにする。
によりチャンネルを形成する。４体積部のＨＣｌ（３７
％）と２体積部のＨ２Ｏと１体積部のＨ２Ｏ２（３０
％）とからなる溶液を３０℃で用いて、約３００μｍの
長さのチャンネル中の金属の全てが３０分以内に除かれ
る。ワイヤーがアルミのみを含むものならば、市販のア
ルミエッチング材料でも充分作用する。しかしこれにひ
ゃ非常に長い処理時間が必要となる。このエッチングは
分散が限定されており、必要なエッチング時間はチャン
ネル長さの二乗として増加する。最後に洗浄とダイスを
行うことにより製造が完了する。ダイアモンド鋸の水ジ
ェットでＪＭを破壊しない様に、注意を要する。フォト
レジストが用いられた場合には、レジストのベーキング
は最小として、それが後程簡単に除去できて、チャンネ
ルを詰まらせないようにする。
【００３２】タイプＩＩの構造は清浄な室内において３
インチのウェファー上に製造された。プロセスは完全に
ＣＭＯＳに適合したものであった。まずウェファーは熱
的に酸化されて約５０００Åの厚さにされた。ついでポ
リシリコンが付着され、ヒーターおよびパッドに成形さ
れた。アルミの暑い層（約１．０〜１．５μｍ）が蒸発
される前に、薄い酸化物が付着され、パッドへの接触孔
が形成された。チャンネルの形状を画定しながらアルミ
が成形され、付着された厚い（約１〜１．５μｍ）酸化
物により覆われた。残りのプロセスはタイプＩとほとん
ど同じである。図２３に得られたノズルを示す。
インチのウェファー上に製造された。プロセスは完全に
ＣＭＯＳに適合したものであった。まずウェファーは熱
的に酸化されて約５０００Åの厚さにされた。ついでポ
リシリコンが付着され、ヒーターおよびパッドに成形さ
れた。アルミの暑い層（約１．０〜１．５μｍ）が蒸発
される前に、薄い酸化物が付着され、パッドへの接触孔
が形成された。チャンネルの形状を画定しながらアルミ
が成形され、付着された厚い（約１〜１．５μｍ）酸化
物により覆われた。残りのプロセスはタイプＩとほとん
ど同じである。図２３に得られたノズルを示す。
【００３３】
【発明の効果】プロセスがＣＭＯＳ適合であるので、Ｊ
Ｍを制御するために電子要素が必要である。例えば駆動
トランジスターやアドレス論理回路などが同じ基材上に
設けられる。
Ｍを制御するために電子要素が必要である。例えば駆動
トランジスターやアドレス論理回路などが同じ基材上に
設けられる。
【図１】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図２】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図３】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図４】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図５】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図６】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図７】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図８】この発明による製法の一実施例の手順を示す断
面側面図である。
面側面図である。
【図９】この発明による製法の他の一実施例の手順を示
す断面側面図である。
す断面側面図である。
【図１０】この発明による製法の他の一実施例の手順を
示す断面側面図である。
示す断面側面図である。
【図１１】この発明による製法の他の一実施例の手順を
示す断面側面図である。
示す断面側面図である。
【図１２】この発明による製法の他の一実施例の手順を
示す断面側面図である。
示す断面側面図である。
【図１３】この発明による製法の他の一実施例の手順を
示す断面側面図である。
示す断面側面図である。
【図１４】この発明による製法の他の一実施例の手順を
示す断面側面図である。
示す断面側面図である。
【図１５】この発明による製法の他の一実施例の手順を
示す断面側面図である。
示す断面側面図である。
【図１６】この発明による製法の他の一実施例の手順を
示す断面側面図である。
示す断面側面図である。
【図１７】この発明により製造されたノズルの第1の実
施例を示す顕微鏡写真である。
施例を示す顕微鏡写真である。
【図１８】この発明により製造されたノズルの第２の実
施例を示す顕微鏡写真である。
施例を示す顕微鏡写真である。
【図１９】製法中におけるノズルへの切込みを示す斜視
図である。
図である。
【図２０】マスク層をを示す拡大図である。
【図２１】チャンネルの他の実施例を示す顕微鏡写真で
ある。
ある。
【図２２】ノズルの接近を示す顕微鏡写真である。
【図２３】ノズルのヒーター部分を示す顕微鏡写真であ
る。
る。
【図２４】ノズルのヒーター部分の他の例を示す顕微鏡
写である。
写である。
１０―――基材 １１―――チャンネル １２―――第１層 １３―――捨材金属層 １４―――第２層（誘電材料） １５――管体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガート アンダーソン スウェーデン国 437 93 リンドム ぺ ーエル 2022 ストッケンス ベーク
Claims (29)
- 【請求項１】少なくとも１個の誘電材料層と少なくとも
１個の金属層もしくは金属帯とを施した基材上にノズル
を配置し、該誘電材料層近傍または層中に流体移送用の
チャンネルを残して金属層を少なくとも部分的に除去
し、流体の推進のために少なくとも１個の加熱要素をチ
ャンネルに施して流体を加熱することにより気泡を形成
し、この気泡がノズルを通って周囲の流体を少なくとも
部分的に噴射させることを特徴とするジェットノズルの
製法。 - 【請求項２】金属層が成形もしくは印刷されていること
を特徴とする請求項１に記載の製法。 - 【請求項３】金属層がアルミ、タングステン、銅または
それらの組合わせから形成されていることを特徴とする
請求項１、２のいずれかひとつに記載の製法。 - 【請求項４】基材がシリコン、ＩＩＩ−Ｖ材料、水晶ま
たはそれらの組合わせから形成されていることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかひとつに記載の製法。 - 【請求項５】誘電材料層が熱シリコン酸化物（一酸化シ
リコン、二酸化シリコン）、付着シリコン酸化物、付着
シリコン窒化物、付着シリコン酸化窒化物、プラスチッ
ク、ポリマーまたはそれらの組合わせから形成されてい
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかひとつに記
載の製法。 - 【請求項６】チャンネルの配置を金属帯またはＣＭＯ
Ｓ、ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳ処理ウェファーに適合する
ＣＭＯＳ，ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳワイヤーで画定する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかひとつに記載
の製法。 - 【請求項７】パッドー状の構造を形成するかまたは切削
するかまたは研磨することにより金属帯またはワイヤー
を露出させて、エッチング窓の形勢を準備することを特
徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の製法。 - 【請求項８】チャンネルの極めて近傍に少なくとも１個
のアクチブな加熱要素を施して、チャンネルに局部的に
熱を供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか
ひとつに記載の製法。 - 【請求項９】加熱要素がＣＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＰＭ
ＯＳゲートポリシリコンから形成されていることを特徴
とする請求項８に記載の製法。 - 【請求項１０】捨材金属エッチングにより金属を除去す
ることを特徴とする請求項１に記載の製法。 - 【請求項１１】チャンネル部分の下側で加熱要素を含ん
だ基材を除去して基材への熱損失を低減することを特徴
とする請求項１〜９のいずれかひとつに記載の製法。 - 【請求項１２】異方性エッチングにより基材を除去する
ことを特徴とする請求項１１に記載の製法。 - 【請求項１３】少なくとも１個のポリシリコン加熱要素
が、ＣＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳ処理における金
属対シリコン接触において分散バリアーとして用いられ
る同じ材料の層により、チャンネル内を移送される攻撃
的な流体から保護されていることを特徴とする請求項１
〜１２のいずれかひとつに記載の製法。 - 【請求項１４】ノズルの側方形状がドライエッチングに
より画定されることを特徴とする請求項１〜１３に記載
の製法。 - 【請求項１５】バルクマイクロ機械加工（ＥＤＰ：エチ
レンジアミン、ピロカテコール、ピラジンおよび水溶
液）によってノズルの最外層が基材から解放されること
を特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の製法。 - 【請求項１６】ＴＭＡＨ（テトラメチル・アンモニウム
ハイドロオキサイドおよび水溶液）によってノズルの最
外層が基材から解放されることを特徴とする請求項１〜
１４のいずれかに記載の製法。 - 【請求項１７】ＫＯＨ（ポタジウム・ハイドロオキサイ
ド）によってノズルの最外層が基材から解放されること
を特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の製法。 - 【請求項１８】ノズルと同じチップ上に電子回路（動力
ドライバーおよびアドレス論理回路）が集積されている
ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかひとつに記
載の製法。 - 【請求項１９】ノズル列が１個のチップ上にあることを
特徴とする請求項１〜１７のいずれかひとつに記載の製
法。 - 【請求項２０】ノズル列が多元ノズル列を構成している
ことを特徴とする請求項１９に記載の製法。 - 【請求項２１】少なくとも１個のチャンネル（１１）を
基材（１０）上に設け、基材（１０）上に第１の層（１
２，１７）を施し、捨材金属（１３，１６）を施し、実
質的にチャンネル内のみに金属が残るように金属（１
３、１６）を研磨し、金属（１３，１６）上に第２の層
（１４）を施して管体の上部を形成し、捨材金属（１
３，１６）をエッチングして管体（１５）を得ることを
特徴とする半導体用途における液状媒体供給用の管体の
製法。 - 【請求項２２】チャンネル（１１）基材（１０）にエッ
チングされることを特徴とする請求項２１に記載の製
法。 - 【請求項２３】チャンネル（１１）が基材（１０）上の
付着材料（１７）中に埋没していることを特徴とする請
求項２１に記載の製法。 - 【請求項２４】基材（１０）と、支持層（１２，１７）
と、基材中にエッチングされるかまたは付着層（１２、
１７）中に埋没しているチャンネル（１１）と、支持層
とともに管体（１５）を構成する被覆層（１４）とを含
む半導体用途における液状媒体供給用の管体。 - 【請求項２５】基材がシリコンであることを特徴とする
請求項２４に記載の管体。 - 【請求項２６】支持層が熱酸化物、付着酸化物または窒
化物であることを特徴とする請求項２４に記載の管体。 - 【請求項２７】さらに加熱要素が、基材中に分散レジス
タとして、または下側誘電材料層下側または中に付着レ
ジスタとして、または誘電材料層上または中に設けられ
ていることを特徴とする請求項２４〜２６のいずれかひ
とつに記載の管体。 - 【請求項２８】請求項１〜２３のいずれかひとつの製法
により製造された流体の電子制御推進用単体熱流体ジェ
ットノズル。 - 【請求項２９】少なくとも１個の誘電材料層と少なくと
も１個の金属層または金属帯をその上に施された基材
と、誘電材料層の近傍において上記の施された金属層か
ら少なくとも一部が除去されて形成された流体移送用の
少なくとも１個のチャンネル、チャンネルに設けられて
加熱により流体中に気泡を形成してノズルを通って流体
の少なくとも一部を噴射させる流体推進用加熱要素を含
んだ電子制御推進用単体熱流体ジェットノズル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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- 1998-06-08 JP JP10159041A patent/JPH1178022A/ja active Pending
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