JPS5842031B2 - インクジエツトプリンタ用ノズルアレイ製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はウェーハ基板にアレイ状の一様な貫通孔を同時
に化学的に食刻する方法に関し、更にはインクジェット
プリンタ用のノズルを製造する方法に関する。

従来例のインクジェット印刷システムがアレイ状の近接
配置したノズルを必要とする事は良く知られている。

このシステムに於るインクジェット印刷中、滴は全ノズ
ルで同時に射出され、各ノズルの前の滴が形成される領
域に帯電電極が配列される。

インク流からの全ての帯電筒を偏向させるよう一定の偏
向電界が動作し、これによって非常型温のみが用紙へ向
かって移動し続は印刷文字を形づくる。

アレイ状の複数個のノズルを含むインクジェットプリン
タは米国特許第３３７３４３７号明細書に示されている
。

従来技法でも、インクジェット印刷に使用できるノズル
アレイが半導体チップを食刻して製造され得る事は良く
知られている。

そのようなインクジェットノズルの１例は本出願人によ
る米国特許第４００７４６４号明細書に開示されている
。

この方法では半導体チップの一表面が最初にフォトレジ
ストで被覆さへそれから露光、現像されその結果、食刻
剤が所定の領域のみを食刻してノズルを形成する。

これらのノズルはピラミッド（角錐）状のテーパの付い
た断面を有する。

しかし残念な事に半導体物質から全体にわたって一様な
厚さの基板をつくるのは大変難しい。

そして幾つかのテーパ付きのノズルを同時に食刻しよう
とする場合一様でない厚さというのは特に良くない影響
を及ぼす。

この場合、両ノズルが同時に食刻されるならば、基板の
薄い領域は厚い領域よりも大きなオリフィスをつくり上
げる事になる。

改良特性を与える点で上記米国特許で説明したような円
錐状の又はピラミッド（角錐）状のノズルのテーパがイ
ンクジェットプリンタでは望ましい。

ＩＢＭテクニカルディスクロージャブレティン第１７巻
第１１号（１９７５年４月）の第３４５０−３４５２頁
には、シリコン板の厚さに差があっても一様な巾のオリ
フィスを製造できるというシリコン板に幾つかのノズル
を同時に食刻する方法が開示されている。

板厚の差は、露光領域の寸法を変えるか又は露光表面が
矩形の場合はシリコン板の方向に対しそれらを傾けるか
してフォトレジスト層の露光中に補償される。

食刻剤により食刻される表面を変えるこれらの周知の方
法は各ノズルに関係するフォトレジストのない領域を別
個に生成する必要があり、ノズルを食刻しようという領
域でシリコン板の厚さを測る必要がある。

これらの要素はこの方法をインクジェットノズルを製造
するのに使用する技法として不適当にしている。

半導体基板の不均一な厚さを補償する別の方法としては
本出願人による米国特許出願第７８１６１６号明細書に
示したものがある。

この場合の孔は、最初の孔が基板をまさに貫通せんとす
る直前まで先ず予備的に化学的に食刻さへその後金ての
孔が基板を貫通してしまうまでスパッタ食刻技法が使用
される。

この方法はその方法の繁雑さに加えて２つの別個の食刻
段階を必要とする。

インクジェットノズルの製造中、不均一な半導体基板が
生じるという問題を解決せんとする別の方法が本出願人
による米国特許出願第８０５６７５号明細書に開示され
ている。

この出願では開口がウェーハの薄い領域を貫通してしま
うまで基板はウェーハの一方の側から異方的に食刻され
る。

そしてウェーハの他の側のマスク材料の中へ且つノズル
が必要となる箇所に開口が作られる。

そこで基板は再度、異方的に食刻され、その結果、アレ
イ状のノズルが基板の他の側においている開口の大きさ
に形成される。

この方法はまた２つの食刻段階を必要とし、この理由か
らもインクジェットプリンタ用のノズルアレイを作るの
に完全に満足の行くものではない事が判った。

従って、本発明の主目的は基板の中を化学的に食刻する
事によって複数個のテーパの付いた貫通孔を同時に作れ
るようにしこれによって基板の厚さの差に拘らず孔が同
一のオリフィス幅を有するようになる改良方法を提供す
る事にある。

簡単に云うと、本発明により、基板は先ずその一方の面
に食刻マスク材料で以って被覆される。

そこでウェーハは基部と接触するよう装着され、更に基
部から所定の距離隔てた位置に基部と平行に適当な支持
部材によって支持された態様でマスクが装着される。

それからウェーハに対し所定の角度で配設された適当な
光源によってウェーハがマスクを介し露光さへその露光
と同時に該光源はウェーハに直角な軸のまわりに回転さ
れる。

露光されたウェーハは異方的に食刻さへその結果不均一
な厚さのものを含むどのようなウェーハからも均一なオ
リフィスを作れる。

原則として、本発明はある１つの領域がその周りの領域
の食刻速度に比べて著しく異なる食刻速度をもつか又は
もたせられるような基板からインクジェットノズルアレ
イを製造する場合に適用される。

異なる食刻速度をもつ基板の例としては例えばシリコン
及びサファイヤのような単一結晶物質が挙げら札これら
は適当な異方性食刻液を与えられると露光された領域と
露光されない領域との間に著しく異なる食刻速度を有す
る。

著しく異なる食刻速度をもたせられ得る基板の材料例と
しては、選択的に結晶化できる感光性ガラスがありこれ
は露光され且つ熱処理された領域の食刻速度が露光され
なかった領域の食刻速度に比べて著しく大きい。

本発明をその出願の要件の見地から基板がシリコンであ
る特定実施例につき以下で説明するが、本発明がそれに
限定されるものでない事が理解されよう。

本発明による方法で形成される型のノズル板の一部の斜
視図を第１図に示す。

シリコン等の物質から成るウェーハ１０を食刻し即ち厚
さを薄くする方向に処理して開口部１２及び１４を形成
する。

これらの開口はインクジェットに応用した場合はノズル
として働らく。

インクジェットのノズルでは全てのノズルのオリフィス
が厳密な許容誤差の範囲内の厳密に同じ寸法を有する。

第１図のノズル板の一部の断面を第２図に示す。

例えばウェーハの厚さｂは約０．１８Ｍ（７ミル）であ
り、所望のオリフィスの寸法Ｓは０．０２ｍ（８００マ
イクロインチ）であり、またノズルの巾ｄは約０．２８
ｗ／１（１１ミル）である。

ノズルアレイに於て一様な大きさのオリフィスを得るに
は、フォトレジスト中の開口の大きさが一様であり且つ
ウェーハの厚さも一様である事が必要である。

フォトレジスト中の一様な開口を得るという要求は従来
の写真平版半導体技法を用いて容易に達成され得るが、
ウェーハの厚さを一様にするという要求に応えるのは大
変難しい問題である。

例数ならばノズルの寸法を与えるのに必要な許容誤差は
従来のウェーハ技法をはるかに超えるものだからである
。

厚さが一様でないと、薄くしようとする材料の処理に於
る他の寸法も一様でなくなるが、本発明による処理方法
を用いれば本発明の説明からも理解されるように厚さの
変動は実質的に無関係になる。

一様な大きさのノズルのアレイを形成するための本発明
による方法の各工程に於けるウェーハの状態を第３図に
示す。

第３図ａに示すようにシリコン酸化物１６．１８の層が
ウェーハの両面に熱酸化によって形成される。

ウェーハの面２２（シリコンの１００結晶面）には適当
なフォトレジスト層２０が与えられ、これが将来ピラミ
ッド状の孔の底面を構成する事になる。

次にフォトレジストが適当なマスクを介して露光される
が、この露光は第４図に示す露光ステーションで行なわ
れる事が望ましい。

そしてフォトレジストが現像され非露光領域が取除かれ
非露光領域の下方にあるシリコン酸化物が第３図すに示
すような開口２６を形成するよう食刻される。

そしてフォトレジストの残りがウェーハ１０から取除か
へその後ウェーハは異方性食刻液により、第３図Ｃに（
唯一の開口のみを）示すようにウェーハ中の１１０結晶
面２８に沿ってアレイ状の開口群を形成する。

第１図に破線で表した円２４からも判るように、露光、
現像後ウェーハ上に残ったフォトレジストは、異方性食
刻工程の後で生じるピラミッド状の孔の底面の各辺に上
記の開口の円が接するような円形の開口を有する。

そこでシリコン酸化物の層１６゜１８がウェーハから取
除かれその結果アレイ状のインクジェットノズルが形成
される。

第４図に示す露光ステーションは、真空孔３２を含み且
つその上にフォトレジスト被覆ウェーハ３４を物理的に
接触させて保持し得るような平担なプラテン３０を設け
る。

真空孔１２に与えられる真空は比較的薄いウェーハをそ
の全表面にわたつて物理的に接触させるよう引きつけ得
る程度の真空である。

このプラテン３０は光学的平板（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌ
ａｔ真の平面に対する表面の粗さが光の波長に比べて小
さくなるように光学的に平らな平面を磨いてラップ仕上
げした表面、一般にはガラス製）から適宜製造できる。

この場合は、物理的に接触しているか否かが容易に判断
できるよう光学的平板を介してウェーハを見ることがで
きる。

マスク基板３８が例えば２５．４Ｘ１０−７屡といった
ような非常に僅かな許容誤差範囲内でプラテンと平行に
且つマスクとプラテンとの間隔が最大の厚さのウェーハ
よりも大きくなるような間隔で支持され得るよう適当な
マスク支持部材３６が平担なプラテン上に設けられる。

このマスクパターンは該マスク基板３８の表面に所望の
ノズルアレイパターンとしである複数個の不透明な円形
領域４０を付着させたものから成る。

不透明円形領域４０の直径ｄは図のＳから決定される。

ｄ ＝ ｓ＋りｍ− しｍα 但し、ｂニブラテンとマスクとの間隔 ｄ：不透明な円形マスクの直径 Ｓ；矩形のオリフィスの一辺の長さ α：結晶面１００と１１１との間の角度 （シリコンの場合 約５３７°） フォトレジストが与えられ、上述のようにプラテン３０
上にウェーハ１０が位置付けられた後、ウェーハは適当
な光源４４で露光される。

光源４４はフォトレジストが感応するような波長の放射
を生じる任意の適当な光源を含んでいても良い。

大抵のフォトレジスト物質にとって水銀やキセノンの光
源が適当である。

これらの光源には必要に応じ適当なフィルタや光をコリ
メートするためのレンズ系を付随的に設けても良い。

光源４４はウェーハの全領域を覆う柱状のビームであっ
て、シリコンの場合約５３．７°の角度でウェーハ上に
差し向けられる。

この柱状の光ビームはウェーハ１０と直角な軸４２のま
わりで回転可能である。

この相対的運動は光源４４を固定し、ウェーハを軸４２
のまわりに回転させても生じる。

この相対的運動は連続的な回転として行なわれても良く
、この場合はオリフィスの為の非露光領域が円形となる
（第１図に破線２４で示す）。

代替例として、この相対的運動を複数個の増分移動で、
好ましくは等しい間隔の増分移動で行っても良く、例え
ば４個の増分にすると各増分は夫々９００になる。

この場合、非露光領域は第７図に示すように４個の楕内
部分を含む事になる。

第５図はウェーハアレイを拡大して示す部分図であるが
、柱状ビームの３６０°一杯の回転後、フォトレジスト
上の非露光領域は円形領域となり、その直径は異方的食
刻後所望のオリフィスの寸法を生じる筈のものと正確に
等しくなり、これはウェーハの厚さとは無関係になる。

フォトレジスト露光後、非露光領域は、フォトレジスト
の非露光部分を溶解するであろう適当な溶剤で取除かへ
それから化学的な食刻工程によってウェーハが処理され
る。

この化学的な食刻工程はＢａ５ｓｏｕｓ氏ほかによる上
述の米国特許第４００７４６４号明細書に開示した工程
に従って実施される。

この食刻はウェーハ中にテーパの付いた孔を形成するよ
う１１０℃−１２０℃の温度のエチレンジアミンピロカ
テコール及び水を含む溶剤にシリコンウェーハをさらす
ことにより実施される。

ウェーハの下側にオリフィスが現われるとき食刻が停止
される。

食刻時間は、一般に約０、１８ｍ（７ミル）のオーダー
の厚さの基板の場合３乃至４時間位である。

そこで酸化物の層がウェーハの両側から取除かれる。

この露光工程の別の実施例を第６図に示す。

この例ではウェーハ１０を露光するのに４本の別個の光
ビーム５６゜５８．６０及び６２が同時に使用される。

この場合は、光源を回転させる必要がない、（尚、この
例で４個の光源を回転させれば１個の光源を連続回転さ
せたものとほぼ同様の結果が得られ露光領域は円形にな
り、光源の回転角を小さく出来たり露光時間を短かくで
きる。

）第７図に示すように、４個の光源を静止させて使用す
ると露光領域は円形ではなく、４つの楕内部分４Ｂ、５
０，５２及び５４を含む。

しかしこれを単結晶物質を異方的に食刻する技法ととも
に使用すればこの形状でも上述の実施例で生じた円形領
域と同じオリフィスの寸法及び形状を生じる事が出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数個のインクジェットノズルを形成するよう
異方的に食刻されるシリコンウェーハの斜視図である。 第２図は第１図の線２−２に沿ってとった断面図である
。 第３図ａ乃至ｄは第１図のインクジェットノズルを形成
するため処理されるときのシリコンウェーハの各工程に
於る状態を順序を追って示す断面図である。 第４図は本発明による露光工程を与えるための装置を示
す図式図である。 第５図は不均一な厚さのウェーハに本発明による露光工
程を示す図式図である。 第６図は本発明による露光工程を行なう為の代替実施例
の装置を示す図式図である。 第７図は第６図に示す装置を用いて露光するときのフォ
トレジストの非露光領域を拡大して示す図式図である。 １０ 、１０’・・・ウェーハ、１２．１４・・・開口
部（オリフィス）、２４，４８，５０，５２，５４・・
・フォトレジスト層の境界、３０・・・基部、３４・・
・（放射感応性）ウェーハ、３８・・・マスク（構造物
）、４４．５６，５８，６０，６２・・・光源、４０・
・・不透明な円形領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光等の放射線に感応するレジストが一面に被覆さへ
   食刻速度について異方性を有し、且つ厚さが必ずしも一
   様でないウェーハの他面を基部上に物理的に接触するよ
   うに装着する工程と、所定のオリフィスパターンのマス
   クの面を有するマスク構造物を上記基部と平行に且つ上
   記マスクと上記基部との間隔が上記ウェーハの最大の厚
   さよりも大きくなるような間隔で上記ウェーハの上記−
   面の側に位置付ける工程と、 食刻速度について異方性を有するために形成される筈の
   ウェーハの食刻面に大よそ沿うよう上記ウェーハの周囲
   の複数の鋭角的な方向から上記光等の放射線で上記マス
   クを介して上記レジスト被覆ウェーハを露光する工程と
   、 上記ウェーハの非露光領域が異方的な食刻を受けられる
   よう上記ウェーハのレジストを処理する工程と、 上記ウェーハから上記所定のパターンに対応する一様な
   オリフィスを上記食刻面とともに形成するよう上記ウェ
   ーハを異方的に食刻する工程とより成るインクジェット
   プリンタ用ノズルアレイ製造力法。