JPS609904B2 - 複数のテ−パ付貫通孔を同時に食刻形成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘導体絶縁体のプレートに複数の円錐状の貫
通孔を同時に食刻形成する方法に関し、更に具体的には
インクジェット・プリンタ用の／ズルの複数の円錐状の
貫通孔を同時に食刻形成する方法に関する。

特別な種類のインクジェット印字方式には複数の密接に
隣接したノズルが必要とされる。

これらのノズルは、インク・タンクの一方の壁を構成す
るプレート内にある。タンク内のインクは、例えば圧電
結晶体を用いて振動させられる。多重ノズルを用いるイ
ンクジェット印字方式では、小滴は全てのノズルで同時
に噴射され、帯電電極は、イ・満が形成される領域内の
各々のノズルの前面に整列される。一定の偏向電界は、
帯電電極で帯電された小滴が紙に到達しないような状態
に偏向されることを保証する。非帯電小滴だけが紙に向
かって一直線に飛び文字を形成する。複数のノズルを備
えるこのようなインクジェット・プリンタは、例えば米
国特許第３３７３４３７号明細書に記述されている。米
国特許第３９２１９１６号明細書には、半導体チップを
食刻することによりノズルを形成する方法が開示されて
いる。

椿関昭５１一９斑２１には、ノズルが食刻形成されるプ
レートが半導体材料即ち単結晶シリコンから成ってもよ
いノズル装置が開示されている。前述のこれらのノズル
は、例えばピラミツト状のテーパ付断面を有する。食刻
の際、一方の表面は、先ずホトレジストで被覆され、次
いで露光及び現像処理される。従って、食刻液は所定の
領域だけを腐食する。あいにく、前述の材料から厚さの
全く一様なプレートを形成することが非常に困難である
。

複数のテーパ付ノズルを同時に食刻形成する場合には、
不均一な厚さは特に好ましくない。プレートの薄い領域
内のノズルと一層厚い領域内の／ズルとの両者が同時に
食刻形成されると、前者のノズルが後者のノズルよりも
一層大きなオリフィスになることが明らかである。これ
らの噴射特性を改良するために、円錐状若しくはピラミ
ット状のようなテーパ付ノズルがインクジェット。プリ
ンタ用に好ましい。１９７５年４自発刊のｍＭＴｅｃｈ
ｎｉｃａｌ ＤｉｓｃｌｏｓｍｅＢｕｌｌｅｔｉｎ、Ｖ
ｏｌ．１７、恥．１１の第３４５０乃至３４５２頁には
、シリコン・プレートに複数のノズルを同時に食刻形成
する方法が開示されている。シリコン・プレートの厚さ
の償いに係りなく、オリフィス幅の等しいテーパ付ノズ
ルを得るために、この方法は、プレートの厚さの差がホ
トレジスト層の露光中に補償されることを提案している
。これは、露光領域の寸法を変える即ち露光表面が四角
形成の場合には、シリコン・プレート〔１１０〕方向に
関して露光表面を傾けることによって達成され得る。食
刻液で腐食される表面を変えるこれらの既知の方法は、
各々のノズルに関連したホトレジストのない領域を別々
に形成し、且つノズルが食刻形成されるべき領域に於て
シリコン・プレートの厚さを測定することを必要とする
。オリフィス幅の等しいノズルを形成する別の方法は、
１９７５年６自発刊のＩＢＭ ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉ
ｓｃｌｏｓｍｅＢｕｌｌｅｔｉｎ、Ｖｏｌ．１８、Ｍ．
１の第２２５頁に開示されている。

この既知の方法では、すでに完全に貫通されたノズルを
通して食刻液を強制的に与える。ノズルの背後で、食刻
液は、電源を経てノズルに接続された電極に衝突するジ
ェット流を形成する。電気化学食刻は、電源及び食刻液
によ３り達成される。このプロセス中に、ノズルのオリ
フィスは一様な幅に広げられることになる。電気回路は
、ジェット流が太くなるに従って電流の増加を指す電流
計から成る。電流が所定の値に達すると同時に、電源が
遮断されて、食刻処理及びノ３ズルの拡大を停止する。
この制御回路は、各々の／ズルの背後で何回でも動作さ
れ得る。この回路は自動的に遮断され得る。しかしなが
ら、テーパ付の非常に小さなノズルを製造する場合には
、この方法は、測定可能な電流が流れ始める前に、食２
刻液のジェット流の太さをかなりの大きさにする必要が
あるので好ましくない。さらに、多重ノズルを製造する
場合には、各々のノズルに食刻液供給手段及びそれ自身
の制御回路を設ける必要がある。従って、本発明の目的
は、食刻法を用いて叢電体プレートに複数のテーパ付貫
通孔を同時に形成する改良された方法を提供することに
ある。

本発明の方法によると、例えばプレ−ト構造体内の不均
一性によって生じられる食刻速度の偉いまたはプレート
の厚さの偉いに係りなく、オリフィス幅の等しい複数の
テーパ付貫通孔が同時に形成される。本発明による方法
は「制御回路を必要とすることなく、且つ適用が非常に
簡単である。

本発明によると、最初の孔５がほぼ貫通しかけるように
なる迄、全ての孔５，６を化学的に予じめ食刻形成し、
次いで孔６″が貫通される迄、譲霞体プレート４が負の
バイアスを誘起するような静電容量を与えながら高周波
スパッタ・エッチングを行うことにより、プレート４の
厚さの偉いまたは食刻速度の偉いに係りなくオリフィス
幅Ｄの等しい孔５″，６川を形成する方法が提供される
。

以下、図面を参照して本発明の良好なる実施例を説明す
る。

第１図は、プレート１の不均一な厚さが、プレート１に
食刻形成されたテーパ付貫通孔２及び３のオリフイス幅
ｄ及びｄ′にどのように影響するかを示す。テーパ付孔
２及び３は、例えばインクジェット・プリンタに関連し
て好適である。円錐状の型は、所謂食刻液の影響を受け
てアンダーカットすることにより形成される。第１図に
示すように、この方法では、プレートの一層薄い領域の
孔がプレートの一層厚い領域の孔よりも一層早くプレー
トーの裏面に達するので、前者の孔のオリフィスの直径
が後者の孔のそれよりも大きくなる欠点がある。ノズル
のオリフィス幅に影響するプレートーの厚さの程度の差
は、円錐形孔の壁の傾斜面に依存する。

第１図に示す煩斜壁の場合では、ノズルの直径の差は、
ほぼプレートーの厚さの差が大きい程大きい。例えば、
孔２と孔３に於けるプレート１の厚さの差が約１仏のの
場合では、その直径ｄとがとは約１〆のもの差になる。
例えば５山肌の直径の普通のオリフイスでは、１山肌の
差がすでに２０％にもなる。７ーパ付貫通孔のオリフィ
スの幅は、プレート１の他の不均一性によって影響され
得る。

プレート１が結晶質の材料から成る場合には、このよう
な不均一性は、特にこのような結晶の周辺に遭遇される
結晶構造体内の欠陥であるかもしれない。最終的には、
貫通孔のオリフィス幅の違いは、食刻液が全ての孔を一
様に腐食しないことにより生じられることもあり、その
理由は、エッチング・マスクの閉口の寸法が異なるか、
又は食刻液の流量の違いによって食刻液がいくつかの領
域に於て他の領域よりも一層早く腐食するからである。
欠陥の全ての潜在的な原因は、第２Ａ図及至第２Ｄ図を
参照して以下に説明するように、オリフィス幅の等しい
貫通孔を一定不変に形成する本発明の法により回避され
る。先ず、第２Ａ図を参照するに、参照番号４は、貫通
孔が形成されるプレートを示す。

このプレート４には、孔５及び６がすでに食刻液で食刻
形成されている。ノズル・プレートがインクジェット・
プリンタ用に使用される場合には、勿論所要のノズルの
数、例えば２の固以上の孔を持つ。平易にするために、
図面には、本発明の原理を説明するのに十分である２つ
のノズルだけを示す。ウェット・エッチング中に遭遇さ
れるアンダーカットの結果、これらの孔は略円錐形状に
なる。このウェット・エッチング・プロセスは、これら
の孔の中の最初の孔がプレート４の裏面に到達される前
に中断される。エッチング・マスク７は、孔が形成され
るべき領域内に閥孔を有するホトレジストから成り、プ
レート４の上面に塗布される。これらの開孔は、ホトレ
ジストを露光し、次いで現像することにより形成される
。このフオトリソグラ３フィ法は、半導体技術で知られ
ているので、本明細書では詳細に説明しない。本発明の
工程の前の化学的食刻処理のために必要であったエッチ
ング・マスク７は、本発明の後続の工程に於ては必ずし
も必要ではない。しかしながら、ホトレジス３ト・マス
クは、本発明による方法を妨げることなく、それらの工
程の間もプレート４にそのまま残る。プレート４に孔５
及び６が形成された後（この段階では完全にプレートの
厚さを貫通してし、な４い）金属電極８がプレート４の
裏面に付けられる。

この金属電極は蒸着法により付着されてもよい。また、
この金属電極は、プレート４の裏面に対して密接に適合
する可榛性の金属プレートから形成してもよい。電極８
を備えるプレート４は、菱１０で真空密閉される容器９
内に配置される。容器９にはスタツド１１がある。容器
９及び蓋１０から成る室は、スタツド１１を通してポン
プで夕数気され、次いで、ガス（その重要性を後で詳細
に説明する）がスタッド１１を通して充填される。蓋１
０には、電気ダクト１２が組み込まれる。

板状電極１３は、該ダクト１２に取り付けられ０る。電
極１３は、容器９のダクト１４を通って、以下に説明す
るような回路に接続される電極８に対する他方の電極を
構成する。電極１３及び８は、例えば互いに５乃至１０
弧の間隙を隔てて整列される。プレート４の厚さは、例
えば０．２側であ夕る。回路は、例えば１３ＭＨｚの周
波数で且つ１０００Ｖの高周波を発生する高周波発生器
１５から成る並列に接続されたコンデンサ１６とィンダ
クタンス１７は、高周波発生器１５に直列に接続される
。高周波発生器１５に接続された電気回路を共振変化さ
せるために、これらの回路素子の中の少なくとも一方の
素子は可変にする必要がある。この実施例では両方の素
子とも可変にした。この共振変化は、電極１３と１８相
互間に電圧が最適に調整され得る利点がある。コンデン
サ１６とインダクタンス１７との並列接続体は、ダクト
１４に接続される。ダクト１２は、アース及び高周波発
生器１５にそれぞれ接続される。これまで説明して釆た
装置は、化学的に食刻されたプレート４をさらに処理す
るのに役立つ。スパッタ・エッチングがイオンの運動エ
ネルギーによって達成されるように、ガスがスタツド１
１を通して容器９及び蓋１０で形成された室内に充填
されなければならない。このガスとしては、アルゴンが
好ましい、その理由は、アルゴンは化学的に反応しなく
且つ比重が大きいからである。これは、アルゴン・イオ
ンが同様に比重が大きく、且つ高運動ェネルギの結果と
して高周波スパッタ・エッチングを敏速に可能にするこ
とを意味する。室内のアルゴンの圧力は、約１乃至１５
×１０‐３Ｔｏｎである。アルゴンの代りに、例えば類
似の特性を有するクリプトンが用いられ得る。しかしな
がら、クリプトンはアルゴンより一層高価である。高周
波スパッタ・エッチングは、静電容量が処理されるべき
電極に与えられる時のみ可能である。

本発明によると、静電容量はプレート４が誘電性である
ことにより形成され、このようにして静電容量を与える
。プレート４の適当な材料は、例えばシリコン（Ｓｉ）
、石英（Ｓｉ０２）、酸化アルミニウム（ＡＩ２０３）
若しくは窒化棚素（ＢＮ）である。電極１３と電極８と
の間の高周波電界の結果として、正のアルゴン・イオン
１８と電子１９とのプラズマが発生する。

印加された電圧の発振に従って、アルゴン。イオン１８
及び電子１９がプレＺート４の上面に衝突する。質量が
異なるために、即ちアルゴン・イオン亀８の質量は、電
子１９の質量の約８００００倍であり、且つ電子亀９の
移動度が遠いために〜電極８‘こ於ける正の半波形の間
にプレート４の表面に達する電子１９の数が「後続Ｚの
負の半波形の間に遭遇されるアルゴンＧイオン亀８の数
よりかなり多くなる。プレート４の表面に達する電子１
９が誘電体のプレート４を通って放電され得ないので「
これらの電子１９は、プレート４の表面の空間を負に
充電する。この時点に於て、衝突するアルゴン。イオン
１８が中和され得る。この目的のために使用された電子
はグロ山放電で換えられる。プレート４に現われる平衡
状態の負の空間電荷は「高周波電界により重畳された放
電路に関連してこのプレートに負のバイアスを構成する
。プレート４の表面並びに孔５及び６の壁に於ける電子
亀９はアルゴン。イオン１８を引き付ける空間電荷群を
形成し、アルゴン８イオン１８はプレート４の表面から
粒子をたたき出し、このようにして孔５及び６を広げる
。孔が第２Ｂ図に示すように電極８まで広げられると同
時に、この孔の領域の高周波スパッタ。

エッチング処理が停止される。即ち、この段階に於て、
この孔の領域内の空間電荷群の電子１９が電極８に流れ
得るようになりその結果、バイアスがなくなるために、
さらにアルゴン・イオン１８がこの領域に到達すること
ができないからである。イオン打ち込みの強度の差は、
電極８の正のバイアスにより増大され得る。第２Ｂ図に
示すように、完全にプレートの厚さを最初に貫通される
ことになる孔は孔５であり、この段階に於て孔５は孔５
′の広げられた寸法を有する。孔６は孔５′と同様に孔
６′の寸法にスパッタ食刻されるが、プレート４の孔６
の領域内が一層厚いために、孔６′は完全にプレート厚
さをまだ貫通しない。高周波スパッタ・エッチングは、
最後の孔（第２Ｃ図では、これは孔６である）が電極８
に延びるような状態に孔６″に広げられるまで継続され
る。この段階に於て、孔６″内の空間電荷群の電子が電
極８に放電され「その結果、この場合にも０負のバイア
スがなくなるために、高周波スパッタ。エッチング処理
が最早無能になる。孔５′はト第２Ｂ図の状態から第２
Ｃ図の状態に於て広がらないか、またはその上部領域の
幅が極めて僅かに広がるだけである。第２Ｃ図に示す状
態に蓬５した後「高周波スパッタ‘エッチング処理が停
止され「プレート４が室内から取り出される。いまらく
の間スパッタ。エッチング処理を継続しても有害な影響
が生じられない、従って、このエッチング処理が停止さ
れる時点は厳密ではない。次い０で「蒸着により付着さ
れた電極８が、例えば化学的食刻法により除去され得る
。孔５′及び６″のノズル関孔があまり小さすぎる場合
には、これらの孔は後続の化学的食刻処理で広げられ得
る。食刻液を用いるこのプロセスに於て、２つの孔は一
様夕に広げられる。この処理の後、化学的食刻処理のた
めに必要であったホトレジスト‘マストは、例えば既知
のアシユイング。プロセスで除去される。このようにし
て〜第２Ｄ図に示すように円錐状貫通孔５″及び６′′
′を有するプレートが出来上０がる。２つの貫通孔５″
及び６′′′のオリフィスの直径は等しいｏ

【図面の簡単な説明】

第１図は、正確な寸法でなければノズル・オリフィスの
幅がプレートの厚さの関数になることを３タ示す断面図
、第２Ａ図乃至第２Ｄ図は、本発明による方法の工程を
示す断面図である。 ４……プレート、５，６……孔、７……マスク〜 ８，
１３……電極、９…・・・容器、１０…・・・蓋、翼１
……スタツド、１２，１４……ダクト、雛 亀５・・・
・・・高周波発生器、１６・・・・・・コンデンサ、１
７””けインダクタンス。 ＦＩＧ．Ｉ ＦＩＧ．２Ａ ＦＩＧ‐２６ ＦＩＧ．２Ｃ ＦＩＧ．２０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誘電体プレートの表面から裏面に向けてテーパ付貫
   通孔を複数個同時に食刻形成する方法において、当初化
   学的食刻によって上記表面から裏面に向って凹みを形成
   し、最初の孔が貫通する直前になる迄深く形成し、次い
   で上記表面に静電容量によって負のバイアス電位が発生
   する状態の下で高周波スパツタ・エツチングによって孔
   を貫通させることを特徴とする複数のテーパ付貫通孔を
   同時に食刻形成する方法。