JPS6043309B2 - マルチノズルオリフイス板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マルチノズルオリフィス板、特にインクジ
ェット装置に用いるに好適なマルチノズルオリフィス板
に関し、さらに詳細には十分短い間隔でオリフィス孔を
配設することができ、かつす。

リフイス板に強度を十分もたせる事のできるマルチノズ
ルオリフィス板に関する。 インクジェット装置におい
ては、周知のように インクの噴流は加圧されてノズル
から押し出される事によつて形成さる。

そして更にインク滴となるには、インク流に周期的な圧
力又は速度の変化を与えられる事が必要である。マルチ
ノズルインクジェットに於ては、各オリフィスから出た
インクの噴流が、等速、等方向であり、かつ同時にイン
ク滴となる事が要求される。その為には全ノズルに対し
て同じ速度又は圧力変化を与える事、そして各ノズルの
寸法、形状及び空間的分布が均一”である事が要求され
る。第２の点に関して最も適していると思われるものに
、半導体分野で従来より使われている異方性エッチング
を用いてＳｉ等半導体単結晶に複数のオリフィスを形成
したものがある。 その製造方法に関してはＳｉ単結晶
のＰ１層薄膜に小孔を作る方法（米国特許第３９２１９
１６号明細書）や、同じくＳｉ単結晶上につけた無機物
の薄膜中に小孔を作る方法（米国特許第３９５８２５５
号明細書）がある。

しカルこれらの方法では、Ｓｉ単結晶基板の一方の面か
らエッチングを行なつて他面にオリフィス孔を形成して
いるので、Ｓｉの異方性エッチングの特性から、厚さ約
２００μｍの（１００）Ｓｉ単結晶に２５μｍ四角のオ
リフィス孔を作る場合にはオリフィス孔相互の間隔を３
００μｍ以下にすることは事実上不可能である。これ以
上間隔をつめる為にはＳｉ単結晶の厚さを薄くしなけれ
ばならす、そうすると今度はオリフィス板の機械的強度
が低下し、またそりを生じ易く、平面性が悪化する欠点
を生ずる。本発明はこれらの欠点を克服するもので、こ
のために単結晶の中部にオリフィス孔を作成したもので
ある。

これによつて２００ｐｍ以下の間隔でオリフィス孔を配
設する事ができ。この配列を千鳥一模様にする事によつ
て容易に１００ｐｍ間隔で、約２５μｍ四角のオリフィ
ス列をもつ、Ｓｉ単結晶のオリフィス板を得る事が可能
となる。以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図Ａ−Ｆは本発明の第１実施例のマルチノズルオリ
フィス板の製造工程図である。両面を鏡面研磨したＳ１
単結晶（例えばｎ型）１の主面上にＢドープによつて高
不純物濃度Ｐ＋層２を作る（同図Ａ）。こ）でＰ＋層が
Ｂ濃度にして７×１０１９ｃｍ−３以上であれば、異方
性エッチングのストッパーとして働く事が知られている
（例えばＪ．ＥｌｅｃｔｒＯｃｈｅｍ．ＳＯｃ．ｌ９７
ｌ．地４０１）。

次にエピタキシャル成長によつて最初の基板１とほぼ同
じ厚さにＳｉ単結晶層３を作る（同図Ｂ）。次にメカノ
ケミカル研磨で鏡面を出し、かつ厚さを全体で基板１の
ほＳ゛２倍となる様にする（同図Ｃ）。次にフォトリソ
グラフィによつてＳｉ単結晶板両主面上のオリフィス孔
となるべき表面個所以外にエッチング保護層４を形成し
、両面から異方性エッチングを行なう。この場合のエッ
チング保護層４としてはＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などが好
適である。またエッチング液としては（１）エチレンジ
アミン、ピロカテコールおよび水の混合液（Ｊ．Ｅｌｅ
ｃｔｒＯｃｈｅｍ．ＳＯｃ．川９６５，１９６７；Ｒ．
Ｍ．Ｆｌｎｎｅ＆Ｄ．Ｌ．Ｋｌｅｉｎ参照人（２）ヒド
ラジン（Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓｉｃｓ股４５６９，１
９６９：Ｄ．Ｂ．Ｌｅｅ参照）、（３）ＫＯＨなどが適
している。前述のように、Ｓｊ単結晶板の厚み方向のほ
ぼ中央に配置されたＰ＋層がエツ・チングのストッパと
して働らくので、Ｐ＋層を頂点とする錐状のエッチング
孔７が両主面に形成される（同図Ｄ）。次に残つたＰ＋
層をエッチングで取除くと複数のオリフィス孔１１が、
Ｓｉ単結晶板の厚み方向のほぼ中央に形成される（同図
Ｅ）。最後に、インクとの相互作用を防止するための保
護膜５として、例えばＳｌＯ２を適当な厚さに形成する
と本発明のマルチノズルオリフィス板１０が完成する（
同図Ｆ）。なお、最後の工程において、保護膜５を形成
する前に、エッチング保護膜４を除去すると、保護膜５
の形成が均一に行なえる利点がある。以上におけるエッ
チングのストッパとしてはＰ＋層に限らず、ｎ＋層も利
用可能である。第２図Ａ−Ｄは本発明の他の実施例の製
造工程図であり、片面からのエッチングを２回行なうも
のである。Ｓｉ（１００）単結晶板６の一主面にフォト
リソグラフィ等によりエッチング保護層（ＳｉＯ２また
はＳｉ３Ｎ４）４Ａを設けて異方性エッチングを行ない
、錐状エッチング孔７Ａを形成する。

その際単結晶板６の厚みの半分より僅かに深くエッチン
グされるようにマスクの窓寸法を選んでおく（同図Ａ）
。いまエッチングした面にエッチング保護層４Ｂを形成
し、その面をワックス・ピセイン等８で被覆保護する。
保護層４Ｂは工程（４）で設けられた保護層４Ａの上に
形成してもよいが、工程（４）の異方性エッチング時に
前記層４Ａの、特に端縁部が侵されて境界面荒れがちで
あるので、保護層４Ａを一旦除去した後改めて新しい保
護層４Ｂを形成するのが望ましい。一方、単結晶板６の
他の主面には前述と同様のエッチング保護層４Ｃを形成
し、マスク窓を前記一主面側のマスク窓と中心が一致す
るような関係位置にフォトリソグラフィ等によつて穿設
する（同図Ｂ）。ピセイン等の保護膜８は、前記マスク
窓を形成する際に保護膜４Ｂが侵されるのを防止するの
に役立つ。続いて保護層４Ｃの側から異方性エッチング
を行なうと、エッチング保護層４Ｂがストッパとして作
用するので、全ての錐状のエッチング孔７Ｂは同じ深さ
（位置）および大きさで互いに対応するエッチング孔７
Ａと交わる（同図Ｃ）。その後エツノチング保護層４Ｂ
の少なくともオリフィス孔相当部分を除去すると、前記
２つの錐状エッチング孔７Ａ，７Ｂの交さ部分にオリフ
ィス孔１１が形成される。明らかなように、単結晶板６
の両主面に設けるエッチング用マスクの窓の位置を正確
に対ノ応させ、かつその大きさを等しくしておけば、単
結晶板６の厚さ方向のほぼ中央部にオリフィス孔１１が
形成される。最後に第１図の場合と同様に、インクとの
相互作用を防止するための保護膜（ＳｉＯ２など）５を
適当な厚さに形成して、本発明フのマルチノズルオリフ
ィス板が完成する（同図Ｄ）。この実施例では、片面ず
つ異方性エッチングを行なうので錐状エッチング孔の大
きさや深さをマスクの窓の大きさによつて精密に規定す
ることができ、両面同時エッチングを行なう際に生じが
ちな錐状エッチング孔の大きさや深さのばらつき−した
がつてオリフィス孔の位置や寸法のばらつきをほとんど
無くすることができる。

第３図は単結晶板の両主面に形成されるエッチング保護
層のマスク窓の位置合せを確実にするための１例を説明
する断面図、第４図はその平面図であり、第２図と同一
の符号は同等部分をあられす。

１４は位置決め用の錐状エッチング孔であり、規定量の
エッチングを行なつてエッチング孔７Ａの頂部が単結晶
板６の厚みの半分を僅かに過ぎる位置に達したとき、エ
ッチング孔１４の頂部が異方性エッチング６の反対側主
面に達するように、それぞれ該当部分のマスク窓の寸法
を定めておく。

これによつて位置決め用孔１４を単結晶板６の反対側主
面に形成できるので、これを基準として１主面上のマス
ク窓に正確に対応したマスク窓を前記反対主面上に形成
することができる。第５図はオリフィス孔１１を千鳥状
に配列して、オリフィス孔の配列密度をさらに大とした
例一であり、これによれば直線状に配列した楊合のほぼ
２倍の密度にすることができる。前に述べたように、マ
ルチノズルインクジェット用のオリフィス板としては位
置、方向、壁面、および寸法などの精度が液滴形成の際
の重要因子；となり、この意味においてはＩＣ関係で常
用される異方性エッチングを用いてオリフィスを作成す
る方法は十分応えられるものである。

しかしながら、Ｓｊ（１００）単結晶板を用いた場合は
、テーパ角が５４．７０と固定されるので、単結晶板の
厚みにこよつてマスクパターンの寸法、ひいてはオリフ
ィス孔のピッチが決まつてくる。すなわち、従来のマル
チノズルオリフィス板では、オリフィス孔の寸法を２５
μｍ角とした場合、そのピッチを２００μｍとすれば約
１２５μｍ厚の単結晶板を、また１００μｍピッチなら
ば約５５μｍ厚の単結晶板を使用しなければならない。
ところで単結晶板の厚みが１２５μｍならまだしも、５
５ｐｍともなると、加工性、強度の面で実用化が極めて
困難となる。それ故、オリフィス孔のピッチは使用でき
る単結晶板の厚みの点からその最小値が制約されてしま
う。ところが本発明のオリフィス板では以上の説明から
明かなように、位置、精度、両面マスク等技術上の・問
題は増加するが（それでも現行の半導体技術からすると
それ程困難ではない）、同じオリフィス孔の配列密度を
得るのであれば使用する単結晶板の厚みを２倍にするこ
とができ、反対に従来と同じ厚みの単結晶板を使用する
とすれば、オリフィス孔の配列密度を２倍にすることが
できる。本発明によれば、１００μｍあるいはそれ以下
のピッチのオリフィス孔を実現することも可能である。
なお、以上においてはオリフィス孔が単結晶板の厚み方
向のほ＼中央に形成される場合について説明したが、そ
の位置がずれても、それなりに本発明の効果が達成でき
ることは明らかである。ただ、オリフィス孔が中央に位
置した場合、本発明の効果は最も著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｆおよび第２図Ａ−Ｄはそれぞれ本発明の実
施例の製造工程図、第３図は本発明のさらに他の実施例
の半製品の断面図、第４図はその平面図、第５図はオリ
フィス孔を千鳥状に配列した場合の平面図である。 １・・・（１００）Ｓｉ単結晶、２・・・高不純物濃度
層、３・・・エピタキシャル成長層、４・・・エッチン
グ保護層、４・・・錐状エッチング孔、１０・・・オリ
フィス板、１１・・・オリフィス孔、１４・・・位置決
め用孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向する２つの主面を有する単結晶板と、前記２つ
   の主面からそれぞれ内部に向つて異方性エッチングによ
   つて形成された錐状エッチング孔と、２つの主面を相対
   向する位置に形成された前記錐状エッチング孔の交わり
   によつて形成されたオリフィス孔とを具備したことを特
   徴とするマルチノズルオリフィス板。 ２ 単結晶板内部のオリフィス孔が形成された平面の部
   分に高不純物層よりなるエッチングストッパが介在され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマルチ
   ノズルオリフィス板。 ３ 単結晶板の１つの主面からの異方性エッチング時に
   得られる少なくとも２つの錐状エッチング孔の頂部が、
   単結晶板の反対側主面に達していることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のマルチノズルオリフィス板。 ４ 単結晶板がＳｉ（１００）単結晶であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１ないし３項のいずれかに記載
   のマルチノズルオリフィス板。