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JP3728906B2 - Through-hole forming method for inkjet head - Google Patents
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JP3728906B2 - Through-hole forming method for inkjet head - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドにおける貫通孔形成方法に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、シリコン単結晶基板の両面からエッチングを施して、貫通孔を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドには、インク滴を外部に吐出する複数のインクノズルと、これらのインクノズルに連通したインク供給路とが半導体基板上に作り込まれたものが提案されている。。近年、インクジェットヘッドに対しては、高精細文字を印字可能にするために、より精密でより微細な加工が要求されている。このために、様々なインクジェットヘッドの製造方法が開発されている。
【0003】
例えば、本願人による特開平5−50601号公報には、静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいて、シリコン単結晶基板にホトリソグラフィー技術および湿式結晶異方性エッチングを適用することによって、インクノズルおよびインク供給路を高精度に形成するためのインクジェットヘッドの製造方法が開示されている。
【0004】
同号公報に開示されているインクジェットヘッドは、複数個のインクノズルと、各インクノズルに連通したインクキャビティと、インクキャビティにインクを供給する共通のインクリザーバとを備えた構成となっている。外部のインク供給源からインクジェットヘッドのインクリザーバに供給されたインクは、インクリザーバから各インク供給口を経由して対応するインクキャビティに供給される。各インクキャビティの底面は振動板として機能し、当該振動板を静電気力によって振動させることにより変動するインクキャビティの容積変動を利用して、インクキャビティに連通したインクノズルからインク滴を外部に向けて吐出することが可能となっている。
【0005】
そして、このインクジェットヘッドは、インクノズルが形成されたノズルプレートと、リザーバ、キャビティ等のインク供給路、振動板が形成されたシリコン単結晶基板と、振動板を静電気力によって撓めるための電極が形成されたガラス基板をはりあわせた構造を採用している。
【0006】
このような構造を採用することにより、個々のインクジェットヘッドのパターン(ノズル、インク供給路、電極)をそれぞれの基板に形成した後、基板を接合し、接合した基板を切断し個々のインクジェットヘッドに分離するという製造方法(いわゆる多数固取り)が採用でき、インクジェットヘッドを安価に製造できる。
【0007】
これら3枚の基板のうち一番上の基板であるノズルプレートには、インクノズルの他に、個々のインクジェットヘッドに分離した例えば電極にFPCを接続するための貫通孔を例えばエッチングを用いて形成する必要がある。 製造の簡便さからは、前記貫通孔とインクノズルを同時にエッチングで形成することが望ましいが、極めて高い精度が要求される微少なインクノズル用の孔と、精度の高さはさほど要求されないが、開口面積の大きな前記貫通孔をエッチングによって同時に形成することは、エッチング速度の低下をもたらすと同時に、基板(ウェハー)面内のエッチング深さのばらつきを大きくさせるおそれがあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェットヘッドのインクノズル及び貫通孔は、上記の従来の技術に示すように、シリコン単結晶基板にエッチングを施すことにより形成していたが、プラズマ放電による異方性エッチングの際、前記貫通孔のエッチング面積とノズルのエッチング面積を合わせた総エッチング面積が非常に大きいため、エッチング速度の低下をもたらすと同時に、ウェハー面内のエッチング深さのばらつきを悪化させていた。ここで、インクノズルのエッチング深さは、安定的に吐出させるための重要なパラメータであるためエッチング深さのばらつきは極力抑える必要がある。
【0009】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、エッチング速度を低下させることなく、またウェハー面内のエッチング深さばらつきを悪化させることなくインクノズルを形成するとともに貫通孔を形成することのできるインクジェットヘッドの貫通孔形成方法を提案することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、インクジェットヘッドに使用されるシリコン単結晶基板に、貫通孔を形成する方法であって、前記シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜としての第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜をハーフエッチングし、ハーフエッチング領域を形成する第1のパターニング工程と、前記第1のパターニング工程により形成された前記ハーフエッチング領域の一部分に第1の溝を、前記ハーフエッチング領域から離れた位置に、前記貫通孔が形成される領域の外周部に位置する第2の溝を、それぞれ、フルエッチングし、前記シリコン単結晶基板表面の露出部分として形成する第2のパターニング工程と、前記シリコン単結晶基板の前記第1の溝と前記第2の溝に相当する前記露出部分に対してプラズマ放電による異方性ドライエッチングを施す第1のドライエッチング工程と、前記ハーフエッチング領域をフルエッチングし、 前記ハーフエッチング領域に相当する前記シリコン単結晶基板、及び、前記第2の溝の領域に相当する前記シリコン単結晶基板をプラズマ放電による異方性ドライエッチングすることにより、前記第1の溝を更にエッチングし、前記第1の溝が形成された位置の外側であって、前記第1の溝よりも広い幅を有する第3の溝を形成すると共に、前記第2の溝の領域に相当する前記シリコン単結晶基板を更にエッチングする第2のドライエッチング工程と、前記シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜としての第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン単結晶基板の、前記第1の溝及び前記第2の溝を形成した側の面の反対面から、前記シリコン単結晶基板の前記第1の溝及び前記第2の溝に対応する位置に、エッチングを施し、前記第1の溝と前記第3の溝を有するノズルを形成し、前記第2の溝を貫通させて、前記貫通孔を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【0013】
本発明の貫通孔形成方法によれば、第1のドライエッチング工程において、貫通孔全てをエッチングするのではなく貫通孔が形成される領域の外周部のみエッチングを施すために、異方性ドライエッチングされる総面積は、大幅に低減させることが可能となる。従って、本発明の貫通孔形成方法によれば、エッチング速度を低下させることなく、また、ウェハー面内のエッチング深さのばらつきを悪化させることなく、しかも簡単に形成することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
(本願発明が適用されるインクジェットヘッドの一例)
図1には本発明の方法を適用可能なインクジェットヘッドの概略断面を示してある。
【0015】
図1図を参照して説明すると、本例のインクジェットヘッド1は、本願人による特開平5−50601号公報に開示されているインクジェットヘッドと同様の静電駆動方式のインクジェットヘッドであり、シリコン単結晶基板からなるノズルプレート2と、同じくシリコン単結晶基板からなるキャビティプレート3と、ガラス基板4とを貼り合わせることにより構成されている。
【0016】
キャビティプレート3には、複数のインクキャビティ31と、各インクキャビティ31にインクを供給する共通のインクリザーバ32が形成されている。ノズルプレート2の側には、各インクキャビティ31に連通した複数のインクノズル21と、各インクキャビティ31を共通のインクリザーバ32に連通しているインク供給口22が形成されている。インク供給口22は一方の側に深溝部分22aが形成され、他方の側には浅溝部分22bが形成された断面形状となっている。また、ノズルプレート2には電極配線用の貫通孔23も形成されている。
【0017】
キャビティプレート3の裏面に貼り付けたガラス基板4において、キャビティ31の底面を規定している振動板33に対峙する部分には、凹部41が形成され、当該凹部の底面には、振動板33に対峙した個別電極42が形成されている。また、インクリザーバ32の底面にはインク供給孔34が形成され、このインク供給孔34は、ガラス基板4に形成したインク供給路43に連通している。このインク供給路43およびインク供給孔34を介して、外部のインク供給源からインクがインクリザーバ32に供給可能となっている。
【0018】
キャビティプレート3に形成した各キャビティ31の底面を規定している振動板33は共通電極として機能し、このキャビティプレート3と、各振動板33に対峙している個別電極42との間に電圧を印加すると、電圧が印加された個別電極42に対峙している振動板33が静電気力によって振動し、これに伴ってキャビティ31の容積変化が起こり、インクノズル21からインク滴の吐出が行われる。
【0019】
ここで、インクノズル21は段状断面をしたインクノズルである。すなわち、インク滴吐出方向の前側には円形の小断面ノズル部分21a(小断面側の部分)が形成され、後側には円形の大断面ノズル部分21b(大断面側の部分)が形成されており、これらの境界部分は環状の段面21cとなっている。従って、インクノズル21の軸線方向に沿って切断した断面形状は先端側に向けて断面が階段状に小さくなっている。また、インクノズル21の先端開口21dは、ノズルプレート2の反対側の面に形成した凹部24の底面に開口している。
【0020】
(比較例)
図2〜図5にはノズルプレート2の製造工程の比較例を示してある。これらの図を参照してノズルプレート2の製造手順を説明する。
【0021】
(Step1:第1の熱酸化膜形成工程)
先ず、図2(A)に示すように、厚さが180ミクロンのシリコンウエハ200を用意し、当該シリコンウエハ200を熱酸化させて、その表面にレジスト膜としての厚さが1.2ミクロン以上のSiO2 膜210を形成する。
【0022】
(Step2:SiO2 膜の第1のパターニング工程)
次に、図2(B)に示すように、シリコンウエハ200の表面200aを覆っているSiO2 膜210の部分にハーフエッチングを施すことにより、インクノズル21の大断面ノズル部分21bおよびインク供給口22の浅溝部分22bを形成するためのパターン201bおよび202bを形成する。エッチング液としては、フッ化アンモニウム(HF:NH4F=880ml:5610ml)を使用することができる。また、エッチング深さは、例えば、0.5ミクロンに設定することができる。
【0023】
(Step3:SiO2 膜の第2のパターニング工程)
この後は、図2(C)に示すように、インクノズル21の小断面ノズル部分21aおよびインク供給口22の深溝部分22aを形成するためのパターン201aおよび202aを、SiO2 膜210のハーフエッチング領域であるパターン201b、202bの部分に形成する。すなわち、これらのハーフエッチング領域を完全にエッチングして、シリコンウエハ表面を露出させたパターン201a、202aを形成する。これらのパターンと共に、電極用の貫通孔23を形成するためのパターン203も、SiO2 膜210をフルエッチングすることにより形成する。この場合に使用するエッチング液も上記と同様なフッ化アンモニウムを使用できる。
【0024】
(Step4:第1のドライエッチング工程)
このようにして、SiO2 膜210に2回のパターニングを施した後は、図3(A)に示すように、プラズマ放電による異方性ドライエッチングをシリコンウエハ200に施す。これにより、上記のStep3で形成されたパターン201b、202bおよび203に対応した形状で、シリコンウエハ200の表面が垂直にエッチングされて、それぞれ、同一の深さの溝221、222、223が形成される。この場合のエッチングガスとしては、例えば、CF系ガス、SF6を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、CF系ガスは形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、SF6はシリコンウエハの垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
【0025】
このようにして、例えば、エッチング深さが35ミクロンの溝221、222、223を形成した後は、SiO2 膜210をフッ酸水溶液によって0.7ミクロンの厚さでエッチ除去する。この結果、図3(B)に示すように、Step2で形成したパターン201b、202bの部分が完全に除去されて、シリコンウエハ200の表面が露出した状態になる。
【0026】
(Step5:第2のドライエッチング工程)
次に、図3(C)に示すように、再度、プラズマ放電による異方性ドライエッチングを行なう。この結果、パターン201b、202bおよび203から露出しているシリコンウエハの表面部分は、その断面形状を保った状態で厚さ方向に向けて垂直にエッチングが進行する。この場合のエッチングガスも上記のStep4と同一であり、エッチング深さを例えば55ミクロンとする。この結果、段状のインクノズル21に対応する断面形状のノズル溝231、インク供給口22に対応する断面形状の溝232が形成される。また、電極配置用の貫通孔23の半分の深さの溝233も形成される。
【0027】
この後は、SiO2 膜210をフッ酸水溶液(例えば、HF:H2 O=1:5vol,25℃)で全て剥離する。図3(D)にはこの状態を示してある。
【0028】
(Step6:第2の熱酸化膜形成工程)
この後は、再び、シリコンウェハ200の表面を熱酸化して、レジスト膜としてのSiO2 膜240を形成する。この場合においても、SiO2 膜240の厚みは1.2ミクロンにすればよい。
【0029】
(Step7:SiO2 膜の第3のパターニング工程)
次に、図4(B)に示すように、シリコンウエハ200の反対側の表面200bを覆っているSiO2 膜240の部分をエッチングして、インクノズル21が開口している凹部24に対応したパターン204、および貫通孔23に対応したターン203Aを形成する。この場合のエッチング液は上記のStep2で使用したものを使用できる。
【0030】
(Step8:ウエットエッチング工程)
次に、図4(C)に示すように、シリコンウエハ200をエッチング液に漬けてシリコンウエハ200の露出部分に対して異方性湿式エッチングを施し、凹部24に対応した溝244を形成してノズル21を貫通させる。また、貫通孔23に対応した溝233Aを形成して、貫通孔23を貫通させる。この場合に使用するエッチング液は、水酸化カリウム水溶液であり、その濃度は2wtパーセントで液温80℃のものを使用できる。また、エッチング深さは例えば110ミクロンとする。エッチング終了後は、図4(D)に示すように、SiO2 膜240をフッ酸水溶液で全て剥離する。
【0031】
(Step9:最終熱酸化工程)
最後に、図5に示すように、シリコンウエハの耐インク性とノズル面の撥水処理の密着性を確保するために、再度シリコンウエハを熱酸化して、SiO2 膜を形成する。以上により、ノズルプレート2が得られる。
【0032】
上記方法にてノズル及び貫通孔を形成した場合、Step4及びStep5のドライエッチング工程において、貫通孔23のエッチング面積が非常に大きくなる場合、エッチング速度の低下をもたらすと同時に、ウェハー面内のエッチング深さのばらつきが大きくなることがあった。
【0033】
(本願発明の実施の形態の一例)
図6〜図9にはノズルプレート2の製造工程を示してある。これらの図を参照してノズルプレート2の製造手順を説明する。
【0034】
(Step1:第1の熱酸化膜形成工程)
先ず、図6(A)に示すように、厚さが180ミクロンのシリコンウエハ300を用意し、当該シリコンウエハ300を熱酸化させて、その表面にレジスト膜としての厚さが1.2ミクロン以上のSiO2 膜310を形成する。
【0035】
(Step2:SiO2 膜の第1のパターニング工程)
次に、図6(B)に示すように、シリコンウエハ300の表面300aを覆っているSiO2 膜310の部分にハーフエッチングを施すことにより、インクノズル21の大断面ノズル部分21bおよびインク供給口22の浅溝部分22bを形成するためのパターン301bおよび302bを形成する。エッチング液としては、フッ化アンモニウム(HF:NH4F=880ml:5610ml)を使用することができる。また、エッチング深さは、例えば、0.5ミクロンに設定することができる。
【0036】
(Step3:SiO2 膜の第2のパターニング工程)
この後は、図6(C)に示すように、インクノズル21の小断面ノズル部分21aおよびインク供給口22の深溝部分22aを形成するためのパターン301aおよび302aを、SiO2 膜310のハーフエッチング領域であるパターン301b、302bの部分に形成する。すなわち、これらのハーフエッチング領域を完全にエッチングして、シリコンウエハ表面を露出させたパターン301a、302aを形成する。これらのパターンと共に、電極用の貫通孔23を形成するためのパターン303も、SiO2 膜310をフルエッチングすることにより形成する。この場合に使用するエッチング液も上記と同様なフッ化アンモニウムを使用できる。
【0037】
(Step4:第1のドライエッチング工程)
このようにして、SiO2 膜310に2回のパターニングを施した後は、図7(A)に示すように、プラズマ放電、例えばICP放電による異方性ドライエッチングをシリコンウエハ300に施す。これにより、上記のStep3で形成されたパターン301b、302bおよび303に対応した形状で、シリコンウエハ300の表面が垂直にエッチングされて、それぞれ、同一の深さの溝321、322、323が形成される。この際、溝323は貫通孔を形成するための外周溝のみであるためエッチング面積を大幅に低減することができ、エッチング速度を向上させるとともにウェハー面内のエッチング深さばらつきを向上させることが可能となる。ここで、図10にエッチング速度と開口率の関係の例を示す。ここでいう開口率とは、ウェハーの面積に対するエッチング箇所の面積の比率である。図10に示すように、例えば、開口率が30%の場合、エッチング速度は1分間当たり1.4μmであり、開口率が7%の場合、エッチング速度は1分間当たり1.9μmである。つまり、開口率を30%から7%に減少させた場合、約36%エッチング速度は上昇する。また、ウェハ面内のエッチング深さばらつきは、開口率が30%の場合、ウェハ面内の均一性は6%であったのに対して開口率が7%の場合、ウェハ面内の均一性は4%で均一性は大幅に向上する。この場合のエッチングガスとしては、例えば、CF系ガス、SF6を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、CF系ガスは形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、SF6はシリコンウエハの垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。ここで、その他の異方性ドライエッチング方式として、ECR(電子サイクロトロン共鳴)放電、HWP(ヘリコン波プラズマ)放電、RIE(リアクティブイオンエッチング)などを用いても良い。このようにして、例えば、エッチング深さが35ミクロンの溝321、322、323を形成した後は、SiO2 膜310をフッ酸水溶液によって0.7ミクロンの厚さでエッチ除去する。この結果、図7(B)に示すように、Step2で形成したパターン301b、302bの部分が完全に除去されて、シリコンウエハ300の表面が露出した状態になる。
【0038】
(Step5:第2のドライエッチング工程)
次に、図7(C)に示すように、再度、プラズマ放電、例えばICP放電による異方性ドライエッチングを行なう。この結果、パターン301b、302bおよび303から露出しているシリコンウエハの表面部分は、その断面形状を保った状態で厚さ方向に向けて垂直にエッチングが進行する。この場合においても上記のStep4と同様貫通孔を形成するための外周溝のみであるためエッチング面積を大幅に低減することができ、エッチング速度を向上させるとともにウェハー面内のエッチング深さばらつきを向上させることが可能となる。この場合のエッチングガスも上記のStep4と同一であり、エッチング深さを例えば55ミクロンとする。ここで、その他の異方性ドライエッチング方式として、上記のStep4と同様にECR(電子サイクロトロン共鳴)放電、HWP(ヘリコン波プラズマ)放電、RIE(リアクティブイオンエッチング)などを用いても良い。この結果、段状のインクノズル21に対応する断面形状のノズル溝331、インク供給口22に対応する断面形状の溝332が形成される。また、電極配置用の貫通孔23の半分の深さの溝333も形成される。
【0039】
この後は、SiO2 膜310をフッ酸水溶液(例えば、HF:H2 O=1:5vol,25℃)で全て剥離する。図7(D)にはこの状態を示してある。
【0040】
(Step6:第2の熱酸化膜形成工程)
この後は、再び、シリコンウェハ200の表面を熱酸化して、レジスト膜としてのSiO2 膜340を形成する。この場合においても、SiO2 膜340の厚みは1.2ミクロンにすればよい。
【0041】
(Step7:SiO2 膜の第3のパターニング工程)
次に、図8(B)に示すように、シリコンウエハ300の反対側の表面300bを覆っているSiO2 膜340の部分をエッチングして、インクノズル21が開口している凹部24に対応したパターン304、および貫通孔23に対応したパターン303Aを形成する。この場合のエッチング液は上記のStep2で使用したものを使用できる。
【0042】
(Step8:ウエットエッチング工程)
次に、図8(C)に示すように、シリコンウエハ300をエッチング液に漬けてシリコンウエハ300の露出部分に対して異方性湿式エッチングを施し、凹部24に対応した溝344を形成してノズル21を貫通させる。また、貫通孔23に対応した溝333Aを形成して、貫通孔23を貫通させる。この場合に使用するエッチング液は、水酸化カリウム水溶液であり、その濃度は2wtパーセントで液温80℃のものを使用できる。また、エッチング深さは例えば110ミクロンとする。エッチング終了後は、図8(D)に示すように、SiO2 膜340をフッ酸水溶液で全て剥離する。
【0043】
(Step9:最終熱酸化工程)
最後に、図9に示すように、シリコンウエハの耐インク性とノズル面の撥水処理の密着性を確保するために、再度シリコンウエハを熱酸化して、SiO2 膜を形成する。以上により、ノズルプレート2が得られる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるインクジェットヘッドの貫通孔形成方法においては、プラズマ放電による異方性ドライエッチングを用いてノズル及び貫通孔を形成する際に、貫通孔全面をエッチングすることなく貫通孔外周溝のみエッチングすることでウェハー面内のエッチング総面積を大幅に減少させ、エッチング速度の向上及びウェハー面内のエッチング深さばらつきの向上を実現することができる。よって、本発明の方法は、ノズルのエッチング深さばらつきを低減することによる吐出特性の安定化と共に、処理速度の向上も可能であるため、量産に適しているという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用可能な静電駆動方式のインクジェットヘッドの概略断面図である。
【図2】(A)は図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの製造工程における比較例の第1の熱酸化膜形成工程を示す説明図、(B)は同製造工程におけるSiO2 膜の第1のパターニング工程を示す説明図、(C)は同製造工程におけるSiO2 膜の第2のパターニング工程を示す説明図である。
【図3】(A)は図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの製造工程における比較例のシリコンウエハに対する第1のドライエッチング工程を示す説明図、(B)は同製造工程におけるハーフエッチング部分を除去した後の状態を示す説明図、(C)は同製造工程におけるシリコンウエハに対する第2のドライエッチング工程を示す説明図、(D)は同製造工程におけるSiO2 膜を除去した後の状態を示す説明図である。
【図4】(A)は 図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの製造工程における比較例の第2の熱酸化膜形成工程を示す説明図、(B)は同製造工程におけるSiO2 膜の第3のパターニング工程を示す説明図、(C)は同製造工程におけるシリコンウエハに対するウエットエッチング工程を示す説明図、(D)は同製造工程におけるSiO2 膜を除去した後の状態を示す説明図である。
【図5】図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの製造工程における比較例の最終の熱酸化膜形成工程を示す説明図である。
【図6】(A)は図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの本発明での製造工程における第1の熱酸化膜形成工程を示す説明図、(B)は同製造工程におけるSiO2 膜の第1のパターニング工程を示す説明図、(C)は同製造工程におけるSiO2 膜の第2のパターニング工程を示す説明図である。
【図7】(A)は図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの本発明での製造工程におけるシリコンウエハに対する第1のドライエッチング工程を示す説明図、(B)は同製造工程におけるハーフエッチング部分を除去した後の状態を示す説明図、(C)は同製造工程におけるシリコンウエハに対する第2のドライエッチング工程を示す説明図、(D)は同製造工程におけるSiO2 膜を除去した後の状態を示す説明図である。
【図8】(A)は 図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの本発明での製造工程における第2の熱酸化膜形成工程を示す説明図、(B)は同製造工程におけるSiO2 膜の第3のパターニング工程を示す説明図、(C)は同製造工程におけるシリコンウエハに対するウエットエッチング工程を示す説明図、(D)は同製造工程におけるSiO2 膜を除去した後の状態を示す説明図である。
【図9】図1のインクジェットヘッドのノズルプレートの本発明での製造工程における最終の熱酸化膜形成工程を示す説明図である。
【図10】シリコンウエハのドライエッチング工程において、シリコンウェハの開口率とエッチング速度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 インクジェットヘッド
2 ノズルプレート
3 キャビティプレート
4 ガラス基板
21 インクノズル
21a 前側ノズル部分
21b 後側ノズル部分
21c 環状の段面
22 インク供給口
22a 深溝部分
22b 浅溝部分
23 貫通孔
24 ノズル面溝
31 キャビティ
32 インクリザーバ
33 振動板
34 インク供給口
41 ガラス溝
42 個別電極
43 インク供給路
200 シリコンウェハ
201b ハーフエッチングによる開口パターン
202b ハーフエッチングによる開口パターン
201a フルエッチングによる開口パターン
202a フルエッチングによる開口パターン
203 フルエッチングによる開口パターン
204 フルエッチングによる開口パターン
210 SiO2膜
221 第1の溝
222 第1の溝
223 第1の貫通孔外周溝
231 第2の溝
232 第2の溝
233 第2の貫通孔外周溝
240 SiO2膜
244 ノズル面溝
300 シリコンウェハ
301b ハーフエッチングによる開口パターン
302b ハーフエッチングによる開口パターン
301a フルエッチングによる開口パターン
302a フルエッチングによる開口パターン
303 フルエッチングによる開口パターン
304 フルエッチングによる開口パターン
310 SiO2膜
321 第1の溝
322 第1の溝
323 第1の貫通孔外周溝
331 第2の溝
332 第2の溝
333 第2の貫通孔外周溝
340 SiO2膜
344 ノズル面溝
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a through hole in an inkjet head of an inkjet printer. More specifically, the present invention relates to a method for forming a through hole by etching from both sides of a silicon single crystal substrate.
[0002]
[Prior art]
An ink jet head used in an ink jet printer has been proposed in which a plurality of ink nozzles that eject ink droplets to the outside and an ink supply path that communicates with these ink nozzles are formed on a semiconductor substrate. . In recent years, more precise and finer processing is required for inkjet heads in order to be able to print high-definition characters. For this reason, various methods for manufacturing an inkjet head have been developed.
[0003]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-50601 by the present applicant, an ink nozzle and an ink supply are provided by applying a photolithographic technique and wet crystal anisotropic etching to a silicon single crystal substrate in an electrostatic drive type inkjet head. An ink jet head manufacturing method for forming a path with high accuracy is disclosed.
[0004]
The ink jet head disclosed in the publication includes a plurality of ink nozzles, ink cavities communicating with the ink nozzles, and a common ink reservoir that supplies ink to the ink cavities. The ink supplied from the external ink supply source to the ink reservoir of the inkjet head is supplied from the ink reservoir to the corresponding ink cavity via each ink supply port. The bottom surface of each ink cavity functions as a diaphragm, and ink droplets are directed outward from the ink nozzles communicating with the ink cavity by utilizing the volume variation of the ink cavity that fluctuates when the diaphragm is vibrated by electrostatic force. It is possible to discharge.
[0005]
The inkjet head includes a nozzle plate on which ink nozzles are formed, an ink supply path such as a reservoir and a cavity, a silicon single crystal substrate on which a vibration plate is formed, and an electrode for deflecting the vibration plate by electrostatic force. Adopted a structure in which glass substrates formed with are bonded together.
[0006]
By adopting such a structure, each ink jet head pattern (nozzle, ink supply path, electrode) is formed on each substrate, then the substrate is joined, and the joined substrate is cut to form each ink jet head. A manufacturing method of separating (so-called multi-blocking) can be adopted, and an inkjet head can be manufactured at low cost.
[0007]
In the nozzle plate which is the uppermost substrate among these three substrates, in addition to ink nozzles, through holes for connecting FPCs to, for example, electrodes separated into individual inkjet heads are formed by using, for example, etching. There is a need to. For ease of manufacturing, it is desirable to form the through hole and the ink nozzle by etching at the same time, but a minute hole for an ink nozzle that requires extremely high accuracy and high accuracy are not required so much. Simultaneously forming the through-holes having a large opening area by etching may cause a decrease in etching speed and a large variation in etching depth in the substrate (wafer) plane.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The ink nozzle and the through hole of the ink jet head are formed by etching a silicon single crystal substrate as shown in the above prior art. However, during the anisotropic etching by plasma discharge, Since the total etching area including the etching area and the etching area of the nozzle is very large, the etching rate is lowered, and at the same time, the variation of the etching depth in the wafer surface is deteriorated. Here, since the etching depth of the ink nozzle is an important parameter for stable ejection, it is necessary to suppress variations in the etching depth as much as possible.
[0009]
In view of these points, the present invention is capable of forming ink nozzles and forming through-holes without decreasing the etching rate and without deteriorating the variation in etching depth in the wafer surface. The present invention proposes a method for forming a through hole of an ink jet head.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for forming a through hole in a silicon single crystal substrate used in an inkjet head, wherein a first resist film is formed on the surface of the silicon single crystal substrate. A step of forming a silicon oxide film; a first patterning step of half-etching the silicon oxide film to form a half-etched region; and a first portion of the half-etched region formed by the first patterning step. The second groove located in the outer peripheral portion of the region where the through hole is formed is fully etched at a position away from the half-etched region, and an exposed portion of the surface of the silicon single crystal substrate, respectively. A second patterning step to be formed; and the exposed portion corresponding to the first groove and the second groove of the silicon single crystal substrate. A first dry etching step of performing anisotropic dry etching by plasma discharge, a full etching of the half etching region, the silicon single crystal substrate corresponding to the half etching region, and the second groove The silicon single crystal substrate corresponding to the region is subjected to anisotropic dry etching by plasma discharge to further etch the first groove, outside the position where the first groove is formed, A second dry etching step of forming a third groove having a width wider than one groove and further etching the silicon single crystal substrate corresponding to the region of the second groove; and the silicon single crystal substrate Forming a second silicon oxide film as a resist film on the surface of the silicon single crystal substrate, the first groove and the silicon monocrystal substrate Etching is performed on a position corresponding to the first groove and the second groove of the silicon single crystal substrate from the surface opposite to the surface on which the second groove is formed, and the first groove and the third groove are etched. Forming a nozzle having a plurality of grooves, and penetrating through the second groove to form the through hole.
[0013]
According to the through hole forming method of the present invention, not all the through holes are etched in the first dry etching step. The outer periphery of the area where the through hole is formed Since only etching is performed, the total area subjected to anisotropic dry etching can be greatly reduced. Therefore, according to the through hole forming method of the present invention, it is possible to easily form without reducing the etching rate and without deteriorating the variation of the etching depth in the wafer surface.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(An example of an inkjet head to which the present invention is applied)
FIG. 1 shows a schematic cross section of an inkjet head to which the method of the present invention can be applied.
[0015]
Referring to FIG. 1, the ink jet head 1 of this example is an electrostatic drive type ink jet head similar to the ink jet head disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-50601 by the present applicant. A nozzle plate 2 made of a crystal substrate, a cavity plate 3 made of a silicon single crystal substrate, and a glass substrate 4 are bonded together.
[0016]
The cavity plate 3 is formed with a plurality of ink cavities 31 and a common ink reservoir 32 that supplies ink to each ink cavity 31. On the nozzle plate 2 side, a plurality of ink nozzles 21 communicating with each ink cavity 31 and an ink supply port 22 communicating each ink cavity 31 with a common ink reservoir 32 are formed. The ink supply port 22 has a cross-sectional shape in which a deep groove portion 22a is formed on one side and a shallow groove portion 22b is formed on the other side. The nozzle plate 2 is also formed with a through hole 23 for electrode wiring.
[0017]
In the glass substrate 4 attached to the back surface of the cavity plate 3, a concave portion 41 is formed in a portion facing the vibration plate 33 defining the bottom surface of the cavity 31, and the vibration plate 33 is formed on the bottom surface of the concave portion. Opposing individual electrodes 42 are formed. An ink supply hole 34 is formed in the bottom surface of the ink reservoir 32, and the ink supply hole 34 communicates with an ink supply path 43 formed in the glass substrate 4. Ink can be supplied to the ink reservoir 32 from an external ink supply source via the ink supply path 43 and the ink supply hole 34.
[0018]
The diaphragm 33 that defines the bottom surface of each cavity 31 formed on the cavity plate 3 functions as a common electrode, and a voltage is applied between the cavity plate 3 and the individual electrode 42 facing each diaphragm 33. When applied, the diaphragm 33 facing the individual electrode 42 to which a voltage is applied vibrates due to electrostatic force, and accordingly, the volume of the cavity 31 changes, and ink droplets are ejected from the ink nozzles 21.
[0019]
Here, the ink nozzle 21 is an ink nozzle having a stepped cross section. That is, a circular small cross-section nozzle portion 21a (small cross-section side portion) is formed on the front side in the ink droplet ejection direction, and a circular large cross-section nozzle portion 21b (large cross-section side portion) is formed on the rear side. These boundary portions are annular step surfaces 21c. Therefore, the cross-sectional shape cut along the axial direction of the ink nozzle 21 is reduced stepwise toward the tip side. The tip opening 21 d of the ink nozzle 21 opens at the bottom surface of the recess 24 formed on the opposite surface of the nozzle plate 2.
[0020]
(Comparative example)
2 to 5 show comparative examples of the manufacturing process of the nozzle plate 2. The manufacturing procedure of the nozzle plate 2 will be described with reference to these drawings.
[0021]
(Step 1: first thermal oxide film forming step)
First, as shown in FIG. 2A, a silicon wafer 200 having a thickness of 180 microns is prepared, the silicon wafer 200 is thermally oxidized, and a thickness of a resist film on its surface is 1.2 microns or more. The SiO2 film 210 is formed.
[0022]
(Step 2: First patterning step of SiO2 film)
Next, as shown in FIG. 2B, half-etching is performed on the portion of the SiO2 film 210 covering the surface 200a of the silicon wafer 200, so that the large cross-section nozzle portion 21b of the ink nozzle 21 and the ink supply port 22 are formed. Patterns 201b and 202b for forming the shallow groove portion 22b are formed. As an etchant, ammonium fluoride (HF: NH4F = 880 ml: 5610 ml) can be used. The etching depth can be set to 0.5 microns, for example.
[0023]
(Step 3: Second patterning step of SiO2 film)
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the patterns 201a and 202a for forming the small section nozzle portion 21a of the ink nozzle 21 and the deep groove portion 22a of the ink supply port 22 are formed in the half-etched region of the SiO2 film 210. Are formed in the portions of the patterns 201b and 202b. That is, these half-etched regions are completely etched to form patterns 201a and 202a that expose the silicon wafer surface. Along with these patterns, a pattern 203 for forming the electrode through holes 23 is also formed by full etching of the SiO2 film 210. The etching liquid used in this case can also use the same ammonium fluoride as described above.
[0024]
(Step 4: first dry etching step)
In this way, after patterning the SiO2 film 210 twice, anisotropic dry etching by plasma discharge is performed on the silicon wafer 200 as shown in FIG. As a result, the surface of the silicon wafer 200 is vertically etched in a shape corresponding to the patterns 201b, 202b and 203 formed in Step 3, and grooves 221, 222 and 223 having the same depth are formed, respectively. The As an etching gas in this case, for example, a CF-based gas and SF6 are used, and these etching gases may be used alternately. Here, the CF-based gas is used to protect the groove side face so that the etching does not proceed to the side face of the groove to be formed, and SF6 is used to promote the etching of the silicon wafer in the vertical direction.
[0025]
Thus, for example, after the grooves 221, 222, and 223 having an etching depth of 35 microns are formed, the SiO2 film 210 is removed by etching with a hydrofluoric acid solution to a thickness of 0.7 microns. As a result, as shown in FIG. 3B, the portions of the patterns 201b and 202b formed in Step 2 are completely removed, and the surface of the silicon wafer 200 is exposed.
[0026]
(Step 5: second dry etching step)
Next, as shown in FIG. 3C, anisotropic dry etching by plasma discharge is performed again. As a result, the surface portion of the silicon wafer exposed from the patterns 201b, 202b, and 203 proceeds vertically in the thickness direction while maintaining its cross-sectional shape. The etching gas in this case is also the same as Step 4 described above, and the etching depth is set to 55 microns, for example. As a result, a nozzle groove 231 having a cross-sectional shape corresponding to the stepped ink nozzle 21 and a groove 232 having a cross-sectional shape corresponding to the ink supply port 22 are formed. Further, a groove 233 having a depth half that of the through hole 23 for electrode arrangement is also formed.
[0027]
Thereafter, the SiO2 film 210 is completely peeled off with a hydrofluoric acid aqueous solution (for example, HF: H2 O = 1: 5 vol, 25 ° C.). FIG. 3D shows this state.
[0028]
(Step 6: second thermal oxide film forming step)
Thereafter, the surface of the silicon wafer 200 is again thermally oxidized to form a SiO2 film 240 as a resist film. Even in this case, the thickness of the SiO2 film 240 may be 1.2 microns.
[0029]
(Step 7: Third patterning step of SiO2 film)
Next, as shown in FIG. 4B, a portion of the SiO2 film 240 that covers the surface 200b on the opposite side of the silicon wafer 200 is etched to form a pattern corresponding to the recess 24 in which the ink nozzles 21 are open. 204 and a turn 203A corresponding to the through hole 23 is formed. In this case, the etching solution used in Step 2 can be used.
[0030]
(Step 8: Wet etching process)
Next, as shown in FIG. 4C, the silicon wafer 200 is immersed in an etching solution and anisotropic wet etching is performed on the exposed portion of the silicon wafer 200 to form a groove 244 corresponding to the recess 24. The nozzle 21 is penetrated. In addition, a groove 233 </ b> A corresponding to the through hole 23 is formed to penetrate the through hole 23. The etching solution used in this case is an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 2 wt% and a solution temperature of 80 ° C. The etching depth is, for example, 110 microns. After the etching is completed, as shown in FIG. 4D, the SiO2 film 240 is completely removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.
[0031]
(Step 9: Final thermal oxidation process)
Finally, as shown in FIG. 5, in order to ensure the ink resistance of the silicon wafer and the adhesion of the water repellent treatment of the nozzle surface, the silicon wafer is again thermally oxidized to form a SiO2 film. Thus, the nozzle plate 2 is obtained.
[0032]
In the case where the nozzle and the through hole are formed by the above method, when the etching area of the through hole 23 becomes very large in the dry etching process of Step 4 and Step 5, the etching rate is lowered and at the same time the etching depth in the wafer surface is reduced. There was a case where the variation of the thickness became large.
[0033]
(Example of embodiment of the present invention)
6 to 9 show the manufacturing process of the nozzle plate 2. The manufacturing procedure of the nozzle plate 2 will be described with reference to these drawings.
[0034]
(Step 1: first thermal oxide film forming step)
First, as shown in FIG. 6A, a silicon wafer 300 having a thickness of 180 microns is prepared, the silicon wafer 300 is thermally oxidized, and the thickness of the resist film on the surface is 1.2 microns or more. The SiO2 film 310 is formed.
[0035]
(Step 2: First patterning step of SiO2 film)
Next, as shown in FIG. 6B, half-etching is performed on the portion of the SiO2 film 310 covering the surface 300a of the silicon wafer 300, so that the large-section nozzle portion 21b of the ink nozzle 21 and the ink supply port 22 are formed. Patterns 301b and 302b for forming the shallow trench portion 22b are formed. As an etchant, ammonium fluoride (HF: NH4F = 880 ml: 5610 ml) can be used. The etching depth can be set to 0.5 microns, for example.
[0036]
(Step 3: Second patterning step of SiO2 film)
Thereafter, as shown in FIG. 6C, patterns 301a and 302a for forming the small section nozzle portion 21a of the ink nozzle 21 and the deep groove portion 22a of the ink supply port 22 are formed in the half-etched region of the SiO2 film 310. Are formed in the portions of the patterns 301b and 302b. That is, these half-etched regions are completely etched to form patterns 301a and 302a that expose the silicon wafer surface. Along with these patterns, a pattern 303 for forming the through hole 23 for the electrode is also formed by fully etching the SiO2 film 310. The etching liquid used in this case can also use the same ammonium fluoride as described above.
[0037]
(Step 4: first dry etching step)
After the patterning of the SiO2 film 310 is performed twice in this way, anisotropic dry etching by plasma discharge, for example, ICP discharge is performed on the silicon wafer 300 as shown in FIG. As a result, the surface of the silicon wafer 300 is vertically etched in a shape corresponding to the patterns 301b, 302b and 303 formed in Step 3, and grooves 321, 322 and 323 having the same depth are formed, respectively. The At this time, since the groove 323 is only the outer peripheral groove for forming the through hole, the etching area can be greatly reduced, and the etching rate can be improved and the variation in the etching depth in the wafer surface can be improved. It becomes. Here, FIG. 10 shows an example of the relationship between the etching rate and the aperture ratio. The aperture ratio here is the ratio of the area of the etched portion to the area of the wafer. As shown in FIG. 10, for example, when the aperture ratio is 30%, the etching rate is 1.4 μm per minute, and when the aperture ratio is 7%, the etching rate is 1.9 μm per minute. That is, when the aperture ratio is decreased from 30% to 7%, the etching rate increases by about 36%. Further, the etching depth variation within the wafer surface is uniform within the wafer surface when the aperture ratio is 30%, whereas the uniformity within the wafer surface is 6% when the aperture ratio is 7%. The uniformity is significantly improved at 4%. As an etching gas in this case, for example, a CF-based gas and SF6 are used, and these etching gases may be used alternately. Here, the CF-based gas is used to protect the groove side face so that the etching does not proceed to the side face of the groove to be formed, and SF6 is used to promote the etching of the silicon wafer in the vertical direction. Here, as other anisotropic dry etching methods, ECR (electron cyclotron resonance) discharge, HWP (helicon wave plasma) discharge, RIE (reactive ion etching), or the like may be used. Thus, for example, after the grooves 321, 322, and 323 having an etching depth of 35 μm are formed, the SiO 2 film 310 is etched away to a thickness of 0.7 μm with a hydrofluoric acid aqueous solution. As a result, as shown in FIG. 7B, the portions of the patterns 301b and 302b formed in Step 2 are completely removed, and the surface of the silicon wafer 300 is exposed.
[0038]
(Step 5: second dry etching step)
Next, as shown in FIG. 7C, anisotropic dry etching by plasma discharge, for example, ICP discharge is performed again. As a result, the surface portions of the silicon wafer exposed from the patterns 301b, 302b, and 303 are etched vertically in the thickness direction while maintaining the cross-sectional shape. In this case as well, since only the outer peripheral grooves for forming the through holes are formed as in Step 4 described above, the etching area can be greatly reduced, and the etching rate is improved and the etching depth variation in the wafer surface is improved. It becomes possible. The etching gas in this case is also the same as Step 4 described above, and the etching depth is set to 55 microns, for example. Here, as other anisotropic dry etching methods, ECR (electron cyclotron resonance) discharge, HWP (helicon wave plasma) discharge, RIE (reactive ion etching) or the like may be used as in Step 4 described above. As a result, a nozzle groove 331 having a cross-sectional shape corresponding to the stepped ink nozzle 21 and a groove 332 having a cross-sectional shape corresponding to the ink supply port 22 are formed. Further, a groove 333 having a half depth of the through hole 23 for electrode arrangement is also formed.
[0039]
Thereafter, the SiO2 film 310 is completely peeled off with a hydrofluoric acid aqueous solution (for example, HF: H2 O = 1: 5 vol, 25.degree. C.). FIG. 7D shows this state.
[0040]
(Step 6: second thermal oxide film forming step)
Thereafter, the surface of the silicon wafer 200 is again thermally oxidized to form a SiO2 film 340 as a resist film. Even in this case, the thickness of the SiO2 film 340 may be 1.2 microns.
[0041]
(Step 7: Third patterning step of SiO2 film)
Next, as shown in FIG. 8B, the portion of the SiO2 film 340 covering the surface 300b on the opposite side of the silicon wafer 300 is etched, and a pattern corresponding to the recess 24 where the ink nozzles 21 are opened. 304 and a pattern 303A corresponding to the through hole 23 are formed. In this case, the etching solution used in Step 2 can be used.
[0042]
(Step 8: Wet etching process)
Next, as shown in FIG. 8C, the silicon wafer 300 is immersed in an etchant and anisotropic wet etching is performed on the exposed portion of the silicon wafer 300 to form a groove 344 corresponding to the recess 24. The nozzle 21 is penetrated. Further, a groove 333 </ b> A corresponding to the through hole 23 is formed to penetrate the through hole 23. The etching solution used in this case is an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 2 wt% and a solution temperature of 80 ° C. The etching depth is, for example, 110 microns. After the etching is completed, as shown in FIG. 8D, the SiO2 film 340 is completely removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.
[0043]
(Step 9: Final thermal oxidation process)
Finally, as shown in FIG. 9, in order to ensure the ink resistance of the silicon wafer and the adhesion of the water repellent treatment of the nozzle surface, the silicon wafer is thermally oxidized again to form a SiO2 film. Thus, the nozzle plate 2 is obtained.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, in the method for forming a through hole of an ink jet head according to the present invention, when forming the nozzle and the through hole using anisotropic dry etching by plasma discharge, the through hole is not etched. By etching only the outer peripheral groove, the total etching area in the wafer surface can be greatly reduced, and the etching rate and the etching depth variation in the wafer surface can be improved. Therefore, the method of the present invention has the effect of being suitable for mass production because it can stabilize the ejection characteristics by reducing the variation in the etching depth of the nozzle and improve the processing speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electrostatic drive type inkjet head to which the present invention is applicable.
2A is an explanatory view showing a first thermal oxide film forming process of a comparative example in the manufacturing process of the nozzle plate of the ink jet head of FIG. 1, and FIG. 2B is a first diagram of a SiO 2 film in the manufacturing process. An explanatory view showing a patterning step, (C) is an explanatory view showing a second patterning step of the SiO2 film in the manufacturing step.
3A is an explanatory view showing a first dry etching process for a silicon wafer of a comparative example in the manufacturing process of the nozzle plate of the ink jet head of FIG. 1, and FIG. 3B is a half-etching portion removed in the manufacturing process; (C) is an explanatory view showing a second dry etching process for the silicon wafer in the manufacturing process, and (D) is an explanatory view showing a state after removing the SiO2 film in the manufacturing process. FIG.
4A is an explanatory view showing a second thermal oxide film forming process of a comparative example in the manufacturing process of the nozzle plate of the inkjet head of FIG. 1, and FIG. 4B is a third diagram of a SiO 2 film in the manufacturing process. An explanatory view showing a patterning step, (C) is an explanatory view showing a wet etching step for a silicon wafer in the manufacturing step, and (D) is an explanatory view showing a state after removing the SiO2 film in the manufacturing step.
5 is an explanatory view showing a final thermal oxide film forming step of a comparative example in the manufacturing process of the nozzle plate of the ink jet head of FIG. 1. FIG.
6A is an explanatory view showing a first thermal oxide film forming step in the manufacturing process of the nozzle plate of the ink jet head of FIG. 1 according to the present invention, and FIG. 6B is a first view of a SiO2 film in the manufacturing step. (C) is an explanatory view showing a second patterning step of the SiO2 film in the manufacturing step.
7A is an explanatory view showing a first dry etching process for a silicon wafer in the manufacturing process of the nozzle plate of the inkjet head of FIG. 1 according to the present invention, and FIG. 7B is a half-etched portion in the manufacturing process; An explanatory view showing a state after removal, (C) is an explanatory view showing a second dry etching process for a silicon wafer in the same manufacturing process, and (D) is a state after removing the SiO2 film in the same manufacturing process. It is explanatory drawing.
8A is an explanatory view showing a second thermal oxide film forming step in the manufacturing process of the nozzle plate of the ink jet head of FIG. 1 according to the present invention, and FIG. 8B is a third diagram of a SiO2 film in the manufacturing step. (C) is an explanatory view showing a wet etching process for a silicon wafer in the manufacturing process, and (D) is an explanatory view showing a state after removing the SiO2 film in the manufacturing process.
9 is an explanatory view showing a final thermal oxide film forming step in the manufacturing process of the nozzle plate of the ink jet head of FIG. 1 according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the opening ratio of the silicon wafer and the etching rate in the dry etching process of the silicon wafer.
[Explanation of symbols]
1 Inkjet head
2 Nozzle plate
3 Cavity plate
4 Glass substrate
21 Ink nozzle
21a Front nozzle part
21b Rear nozzle part
21c An annular step surface
22 Ink supply port
22a Deep groove part
22b Shallow groove
23 Through hole
24 Nozzle groove
31 cavities
32 Ink reservoir
33 Diaphragm
34 Ink supply port
41 Glass groove
42 Individual electrodes
43 Ink supply path
200 Silicon wafer
201b Opening pattern by half-etching
202b Opening pattern by half etching
201a Open pattern by full etching
202a Open pattern by full etching
203 Opening pattern by full etching
204 Opening pattern by full etching
210 SiO2 film
221 first groove
222 First groove
223 first through hole outer peripheral groove
231 Second groove
232 second groove
233 Second through hole outer peripheral groove
240 SiO2 film
244 Nozzle groove
300 silicon wafer
301b Opening pattern by half-etching
302b Opening pattern by half etching
301a Open pattern by full etching
302a Open pattern by full etching
303 Opening pattern by full etching
304 Opening pattern by full etching
310 SiO2 film
321 first groove
322 first groove
323 1st through-hole outer periphery groove | channel
331 Second groove
332 second groove
333 second through hole outer peripheral groove
340 SiO2 film
344 Nozzle surface groove

Claims (5)

インクジェットヘッドに使用されるシリコン単結晶基板に、貫通孔を形成する方法であって、
前記シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜としての第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜をハーフエッチングし、ハーフエッチング領域を形成する第1のパターニング工程と、
前記第1のパターニング工程により形成された前記ハーフエッチング領域の一部分に第1の溝を、前記ハーフエッチング領域から離れた位置に、前記貫通孔が形成される領域の外周部に位置する第2の溝を、それぞれ、フルエッチングし、前記シリコン単結晶基板表面の露出部分として形成する第2のパターニング工程と、
前記シリコン単結晶基板の前記第1の溝と前記第2の溝に相当する前記露出部分に対してプラズマ放電による異方性ドライエッチングを施す第1のドライエッチング工程と、
前記ハーフエッチング領域をフルエッチングし、 前記ハーフエッチング領域に相当する前記シリコン単結晶基板、及び、前記第2の溝の領域に相当する前記シリコン単結晶基板をプラズマ放電による異方性ドライエッチングすることにより、前記第1の溝を更にエッチングし、前記第1の溝が形成された位置の外側であって、前記第1の溝よりも広い幅を有する第3の溝を形成すると共に、前記第2の溝の領域に相当する前記シリコン単結晶基板を更にエッチングする第2のドライエッチング工程と、
前記シリコン単結晶基板の表面にレジスト膜としての第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン単結晶基板の、前記第1の溝及び前記第2の溝を形成した側の面の反対面から、前記シリコン単結晶基板の前記第1の溝及び前記第2の溝に対応する位置に、エッチングを施し、前記第1の溝と前記第3の溝を有するノズルを形成し、前記第2の溝を貫通させて、前記貫通孔を形成する工程と、
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの貫通孔形成方法。
A method of forming a through hole in a silicon single crystal substrate used for an inkjet head,
Forming a first silicon oxide film as a resist film on the surface of the silicon single crystal substrate;
A first patterning step of half-etching the silicon oxide film to form a half-etched region;
A first groove is formed in a part of the half-etched region formed by the first patterning step, and a second groove located at a position away from the half-etched region and at an outer peripheral portion of the region where the through hole is formed. A second patterning step in which each of the grooves is fully etched to form an exposed portion of the surface of the silicon single crystal substrate;
A first dry etching step of performing anisotropic dry etching by plasma discharge on the exposed portions corresponding to the first groove and the second groove of the silicon single crystal substrate;
Full etching of the half etching region, and anisotropic dry etching of the silicon single crystal substrate corresponding to the half etching region and the silicon single crystal substrate corresponding to the region of the second groove by plasma discharge. To further etch the first groove to form a third groove outside the position where the first groove is formed and having a width wider than the first groove. A second dry etching step of further etching the silicon single crystal substrate corresponding to the groove region;
Forming a second silicon oxide film as a resist film on the surface of the silicon single crystal substrate;
Positions corresponding to the first groove and the second groove of the silicon single crystal substrate from the surface opposite to the surface on which the first groove and the second groove are formed of the silicon single crystal substrate. Etching, forming a nozzle having the first groove and the third groove, penetrating the second groove, and forming the through hole;
A method for forming a through hole of an ink jet head, comprising:
前記第1のドライエッチング工程、または前記第2のドライエッチング工程において、前記シリコン単結晶基板の前記露出部分に対してICP(誘導結合プラズマ)放電によって異方性ドライエッチングを施すことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの貫通孔形成方法。 The first dry etching step or in the second dry etching process, characterized by anisotropically dry etched by ICP (inductively coupled plasma) discharge to the exposed portion of the silicon single crystal substrate The method for forming a through hole in an ink jet head according to claim 1 . 前記第1のドライエッチング工程、または前記第2のドライエッチング工程において、前記シリコン単結晶基板の前記露出部分に対してECR(電子サイクロトロン共鳴プラズマ)放電によって異方性ドライエッチングを施すことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの貫通孔形成方法。 The first dry etching step or in the second dry etching step, and wherein the anisotropically dry etched by ECR (electron cyclotron resonance plasma) discharge to the exposed portion of the silicon single crystal substrate The method for forming a through hole in an ink jet head according to claim 1 . 前記第1のドライエッチング工程、または前記第2のドライエッチング工程において、前記シリコン単結晶基板の前記露出部分に対してHWP(ヘリコン波プラズマ)放電によって異方性ドライエッチングを施すことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの貫通孔形成方法。 The first dry etching step or in the second dry etching process, characterized by anisotropically dry etching the HWP (helicon wave plasma) discharge to the exposed portion of the silicon single crystal substrate The method for forming a through hole in an ink jet head according to claim 1 . 前記第1のドライエッチング工程、または前記第2のドライエッチング工程において、前記シリコン単結晶基板の前記露出部分に対してRIE(リアクティブイオンエッチング)によって異方性ドライエッチングを施すことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの貫通孔形成方法。 The first dry etching step or in the second dry etching process, characterized by anisotropically dry etched by RIE (reactive ion etching) to said exposed portion of said silicon single-crystal substrate The method for forming a through hole in an ink jet head according to claim 1 .
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