JP2002046284A

JP2002046284A - 固体マスク成膜法、該成膜法により製造されたインクジェットへッド及び該インクジェットへッドを用いた画像形成装置

Info

Publication number: JP2002046284A
Application number: JP2000236282A
Authority: JP
Inventors: Junichi Azumi; 純一安住
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2002-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】マスク材と基板とのアライメント性を確保し
つつアライメントに要する作業時間を短くする固体マス
ク成膜法を提供する。【解決手段】固体マスクに対し、予め所望のパターン
を形成するとともに、該固体マスクと基板を密着させ、
その固体マスクを介して成膜することで基板に所望のパ
ターンを得る固体マスク成膜法において、前記固体マス
クに突起を設け、該突起に前記成膜またはエッチングさ
れる基板を嵌合せしめた後に、前記基板に設けた位置合
わせ用溝により位置調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体マスクを用い
た成膜及びエッチングによるパターン形成及び加工に関
するもので、特に、固体マスクと被加工物である基体と
のアライメントに関し、更には斯かる成膜法を応用する
ことにより製造されるインクジェットヘッド及び該イン
クジェットヘッドを用いた画像形成装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】基板上へ所望の膜を真空蒸着法、スパッ
タ成膜法などにより成膜し、所望のパターンを形成する
技術としては、従来、エッチング法、リフトオフ法、マ
スク成膜法等の方法が存在している。エッチング法は、
基板全面へ特定の膜を成膜し、その成膜面へフォトレジ
ストなどで残したいパターン形状をマスキングし、マス
キングされていない領域のその膜をエッチングし除去し
た後、マスキング材を除去することにより所望のパター
ンを得る方法である。また、リフトオフ法は、膜を付け
たくない領域にレジスト等の犠牲層を形成し、その後、
所望の膜を真空蒸着法、スパッタ成膜法などにより全面
に成膜し、予め形成しておいたレジスト等の犠牲層を除
去することで所望のパターンを得る方法である。更に、
マスク成膜法は、ＳＵＳ、Ｎｉ等金属などからなるマス
ク材に対し、予め所望のパターン形状をくりぬいてお
き、そのマスク材と基板を密着させ、そのマスク材を通
して真空蒸着法、スパッタ成膜法などで成膜することで
所望のパターンを得る方法である。

【０００３】ところで、近年インクジェットヘッド技術
においては、カラー化の趨勢に伴い、ヘッドの高精度、
高密度化が要求されている。これに適するヘッドとして
静電ヘッドが知られている。一般に静電ヘッドは、半導
体の製造と似たプロセスで製造されるわけであるが、こ
のような静電ヘッドに代表される立体構造を有する構造
体にレジストを均一にコーティングすることは非常に困
難であるという問題がある。特に、静電インクジェット
の加圧液室等は、表面に対して垂直な壁からなっている
のが一般的であるため、垂直な壁にレジストをコーティ
ングすることは極めて困難である。このような特殊な構
造体に、レジストを用いるプロセスからなるエッチング
法やリフトオフ法を用いて構造体に成膜するのでは、制
御良くかつ歩留りの良い成膜を行うことは困難である。
一方、マスク成膜法はレジストを用いることなしに構造
体を形成できるので、インクジェトヘッドのような立体
構造体への成膜には特に適している。ところで、上述の
マスク成膜法において管理すべき第１の事項として、マ
スク材と基板とのアライメント性、及びマスク材と基板
との密着性がある。マスク材と基板とのアライメント性
に関してはマスク材と基板とをそれぞれ真空チャックす
ることで仮固定し、光学顕微鏡をもって位置合わせし、
位置があった所でマスク材側の真空チャックを開放する
ことでアライメントする方法と、基板を位置出しされた
所定の治具に突き当てて固定し、その治具に設けられた
ガイドをもってマスク材を固定する方法等がある。次
に、マスク成膜法において管理すべき第２の事項とし
て、マスク材と基板との密着性が挙げられる。真空蒸着
法、スパッタ成膜法等は蒸着源（ターゲット）から方向
性をもって成膜されるため、マスク材が厚いと陰になる
領域が大きくなる。それを避けるため及びパターン精度
の高いマスク材を得るために、マスク材としては一般的
に薄いものを用いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のマスク成膜法によれば、以下のような問題があ
った。（１）マスク成膜法において管理すべき第１の事項で述
べたように、マスク材と基板とをそれぞれ真空チャック
することで仮固定し、光学顕微鏡をもって位置合わせ
し、位置があった所でマスク材側の真空チャックを開放
することでアライメントする方法によれば、高精度での
アライメントが可能であるが、アライメントを行うため
の特殊装置が必要であり、後者と比べるとアライメント
に要する時間は多くかかる。その反対に、基板を位置出
しされた所定の治具に突き当てて固定し、その治具に設
けられたガイドをもってマスク材を固定する方法によれ
ば、アライメント精度が落ちるが、アライメント時間は
短くすることができる。特に、本発明の応用技術である
静電インクジェットヘッドの製作にあたっては、Ｓｉを
用いた半導体プロセスを用いており、微細加工を施して
いる構造体であるため、精度の良いアライメントが要求
される。（２）マスク成膜法において管理すべき第２の事項で述
べたように、マスク材として薄いものを用いる場合、一
度使用するとマスク材の表面に成膜された膜により、マ
スク材のそりが生じてしまう。また、使用頻度が増すこ
とでマスク材の歪みもでてきてしまうという問題があ
る。このため、マスク材のそりや歪みを押さえるために
マスク材パターンより大な開口パターンが加工されてい
る厚手の板材を重石として使用することもできるが、更
に重石を固定するための方法に問題が残る。即ち、重石
を固定するための方法としてはビス止め、クランピング
などがあるが、これらの方法で重石を均一に固定するの
は容易でないため、重石と凹凸のある基板表面との間に
ある薄いマスク材を均一に張ることはさらに困難となる
という問題が新たに発生してしまう。従って、本発明の
第１の目的は、上記問題を解決することに主眼を置き、
インクジェットヘッドに拘らず、レジストを使えないよ
うな立体構造部分を持つ構造体において、マスク材と基
板とのアライメント性を確保しつつアライメントに要す
る作業時間を短くするマスク成膜法を提供することにあ
る。また、本発明の第２の目的は、マスク材と基板との
密着性を確保し、高いマスクパターン精度を得ること
で、そりや歪みが発生しにくいマスク材を提供すること
にある。更に、本発明の第３の目的は、前記１及び２の
技術を応用することで、具体的に静電インクジェットヘ
ッドを製造するのに適した技術を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１の発明では、固体マスクに対
し、予め所望のパターンを形成するとともに、該固体マ
スクと基板を密着させ、その固体マスクを介して成膜す
ることで所望のパターンを得る固体マスク成膜法におい
て、前記固体マスクに突起を設け、該突起に前記成膜ま
たはエッチングされる基板とを嵌合せしめた後に、前記
基板に設けた位置合わせ用溝により位置合わせを行うこ
とを特徴とする固体マスク成膜法を提供するものであ
る。請求項２の発明では、請求項１に記載の固体マスク
成膜法において、複数の機能素子が形成される基板の主
表面が面方位（１、０、０）または（１、１、０）から
なる単結晶シリコンウエハが用いられていることを特徴
とする固体マスク成膜法を提供するものである。請求項
３の発明では、請求項２に記載の固体マスク成膜法にお
いて、前記単結晶シリコンウエハの基板は主表面が面方
位（１、０、０）または（１、１、０）からなる単結晶
シリコンウエハを２枚張り合わせてなることを特徴とす
る固体マスク成膜法を提供するものである。請求項４の
発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体
マスク成膜法において、前記単結晶シリコンウエハの基
板に形成した位置合わせ用溝は異方性ウエットエッチン
グを用いて形成したことを特徴とする固体マスク成膜法
を提供するものである。

【０００６】請求項５の発明では、請求項１乃至４のい
ずれか１項に記載の固体マスク成膜法において、前記固
体マスクとしては単結晶シリコンウエハが用いられてい
ることを特徴とする固体マスク成膜法を提供するもので
ある。請求項６の発明では、請求項１乃至４のいずれか
１項に記載の固体マスク成膜法において、前記固体マス
クとしては酸化珪素を２枚の単結晶シリコンウエハで挟
み込んだ基板が用いられていることを特徴とする固体マ
スク成膜法を提供するものである。請求項７の発明で
は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体マスク
成膜法において、前記単結晶シリコンウエハの基板に形
成した固体マスクの開口パターン及び突起は異方性ウエ
ットエッチングを用いて形成したことを特徴とする固体
マスク成膜法を提供するものである。請求項８の発明で
は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体マスク
成膜法を用いて製造されたことを特徴とするインクジェ
ットヘッドを提供するものである。請求項９の発明で
は、請求項８に記載のインクジェットヘッドを用いたこ
とを特徴とする画像形成装置を提供するものである。

【０００７】

【作用】請求項１の発明によれば、固体マスクに対し、
予め所望のパターンを形成するとともに、該固体マスク
と基板を密着させ、その固体マスクを介して成膜するこ
とで所望のパターンを得る固体マスク成膜法において、
前記固体マスクに突起を設け、該突起に前記成膜または
エッチングされる基板とを嵌合せしめた後に、前記基板
に設けた位置合わせ用溝により位置合わせを行うことと
する請求項２の発明は、請求項１に記載の固体マスク成
膜法において、複数の機能素子が形成される基板の主表
面が面方位（１、０、０）または（１、１、０）からな
る単結晶シリコンウエハが用いられていることとする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の固体マスク成膜法
において、前記単結晶シリコンウエハの基板は主表面が
面方位（１、０、０）または（１、１、０）からなる単
結晶シリコンウエハを２枚を張り合わせることとする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記
載の固体マスク成膜法において、前記単結晶シリコンウ
エハの基板に形成した位置合わせ用溝は異方性ウエット
エッチングを用いて形成することとする。請求項５の発
明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体マス
ク成膜法において、前記固体マスクとしては単結晶シリ
コンウエハが用いられていることとする。請求項６の発
明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体マス
ク成膜法において、前記固体マスクとしては酸化珪素を
２枚の単結晶シリコンウエハで挟み込んだ基板が用いら
れていることとする。請求項７の発明は、請求項１乃至
６のいずれか１項に記載の固体マスク成膜法において、
前記単結晶シリコンウエハの基板に形成した固体マスク
の開口パターン及び突起は異方性ウエットエッチングを
用いて形成することとする。請求項８の発明は、請求項
１乃至７のいずれか１項に記載の固体マスク成膜法を用
いて製造されたインクジェットヘッドを特徴とする。請
求項９の発明は、請求項８に記載のインクジェットヘッ
ドを用いた画像形成装置を特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１（ａ）は本発明の成膜法により形
成されたインクジェットヘッドの平面図であり、図１
（ｂ）、（ｃ）は、各々図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図、
Ｂ−Ｂ’断面図である。本インクジェットヘッドは、シ
リコン振動板１１０とその振動板の変位を受けてインク
が圧力を受ける加圧液室１０７が形成されている加圧液
室基板１０８と、電極基板１０１の２つの部分から構成
されており、それら２枚の基板は、シリコンの直接接合
法などの接合方法で張り合わされている。加圧液室基板
１０８を構成する単結晶シリコン基板には、異方性ウエ
ットエッチング等の手法で形成した個々のインクノズル
に対応して、静電引力によって駆動するシリコン振動板
１１０を備えた、やはり異方性エッチング等の手法で形
成される加圧液室１０７と、そこへインクを供給するた
めの共通液室１１１が形成されている。両者は異方性ウ
エットエッチング等の手法で形成した流路１０６によっ
て連通されている。前記のように個々のインクノズルに
対応した加圧液室１０７を構成しているシリコン振動板
１１０は更に、電極基板１０１の個別電極１０２に対向
して配置されている。

【０００９】次に、電極基板１０１について順を追って
説明する。図１中、１０１はｎ型またはｐ型の不純物原
子が１Ｅ１４/ｃｍ³〜５Ｅ１７/ｃｍ³含まれる単結晶シ
リコン基板である。通常は、面配向（１、０、０）の単
結晶シリコン基板を用いるが、プロセスに応じて（１、
１、０）、または（１、１、１）の単結晶シリコン基板
を用いても何ら問題はない。更に、単結晶シリコン基板
以外にパイレックス（登録商標）ガラス等基板材料とし
ては特に限定されるものではない。１０２はシリコン振
動板１１０を静電引力で引っ張るための個別電極であ
る。個別電極１０２としてはＡｌ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ等
を用いることができる。また、図示しないが、単結晶シ
リコン基板の導電型と異なる導電性不純物層を形成し、
拡散電極としてもよい。１０４は熱酸化法、ＣＶＤ法、
スパッタ法により成膜した絶縁膜である。この絶縁膜１
０４を、フォトリソグラフィ、エッチングにより加工、
形成して、シリコン振動板１１０と個別電極１０２が形
成された単結晶シリコン基板に対してギャップ（空隙）
を形成する。このギャップを介して個別電極１０２と対
向しているシリコン振動板１１０に電圧を印加すること
で静電引力を発生させる。絶縁膜１０４の膜厚はインク
ジェットヘッド駆動電圧等の動作特性を左右する設計パ
ラメータであるので、インクジェットヘッドの動作仕様
に応じて適切に選択される。１０３は電極基板に形成し
たパッドに外部から電圧を印加するＦＰＣやワイヤーボ
ンディング等の実装を行うために加圧液室基板１０８に
開口した電極取り出し領域である。

【００１０】次に、加圧液室基板１０８について順を追
って説明する。インク液室を構成する単結晶シリコン基
板には、異方性ウエットエッチング等の手法で形成した
個々のインクノズル１１４に対応して、静電引力によっ
て駆動するシリコン振動板１１０を備えた加圧液室１０
７と、そこへインクを供給するための共通液室１１１と
が形成されている。両者は異方性ウエットエッチング等
の手法で形成した流路１０６によって連通されている。
前記の様に個々のインクノズルに対応してインク液室を
構成しているシリコン振動板１１０は更に電極基板１０
１の個別電極１０２に対向して配置される。加圧液室基
板１０８としてはシリコンウエハの表面へ１〜１０μｍ
程度の高濃度層を形成し、その高濃度層を異方性エッチ
ングで形成する加圧液室のストップ層として利用し、残
った高濃度層を振動板として使う高濃度ドープ層振動板
基板を用いてもよいし、シリコン薄膜振動板１１０と加
圧液室を形成する基板とがそれぞれ一般に０.２〜２μ
ｍの酸化珪素を挟んだ構造をしているＳＯＩ（SiliconO
n Insulator）基板を用いても構わない。図１（ｃ）に
示されている通り、１０５はシリコン振動板１１０から
個別電極１０２と同一方向に延びた振動板電極引出しパ
ッド部１２０に形成した振動板電極パッドであり、外部
から電圧を印加するＦＰＣや、ワイヤーボンディング等
の実装を行うために形成されている。振動板電極パッド
１０５としては、成膜後熱処理（以後シンタリングと称
する）を施すことなく、シリコンとオーミックが得られ
るＡu、材料費が比較的安価なＡlもしくはＡlに１％程
度のシリコンを加えたようなＡlを主成分とする材料Ｍ
ｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ等の高融点を示す耐熱性材料Ｎｉ、
Ｚｒ、ＴｉＮ等耐アルカリ性を示し、加圧液室の親水化
（接液）処理材料として有効な金属等を用いることがで
きる。振動板電極パッド１０５は、個別電極１０２と加
圧液室基板１０８との間の高さに位置した所にせり出し
た振動板電極引出しパッド部１２０上から加圧液室基板
１０８にかけて覆うように形成されている。振動板電極
引出しパッド部１２０は実用上個別電極１０２から１〜
３０μｍの間に設定される。例えば、振動板電極引出し
パッド部１２０厚さ３μｍ、振動板電極パッド１０５厚
さ１μｍ、振動板１１０と個別電極１０２間の空隙（ス
ペース）を０.３μｍとすると、個別電極１０２表面か
ら振動板電極引出しパッド部１２０表面までの距離は約
４.３μｍと設定できる。

【００１１】振動板電極パッド１０５の形成方法とし
て、フォトレジストプロセスを用いるには、加圧液室基
板１０８表面と振動板電極パッド１０５と１００μｍ程
度以上の段差があり、フォトレジストを、凹凸のある加
圧液室基板１０８表面を全て覆うように塗るのは困難で
ある。このような構成の基板に対しては、成膜材料の回
り込みを見越した固体マスクでの成膜が実用的である。
固体マスクとしては、数十ミクロン厚さのＮｉ板をエッ
チングや、レーザーでパターン加工したものや、ＳＵＳ
材を機械加工で加工したものを用いることができる。ま
た、それ以外に単結晶シリコンウエハを異方性エッチン
グなどの方法を用いて製作したものも用いることができ
る。尚、このマスクに関しては後で詳細に述べることと
する。個別電極１０２と振動板電極パッド１０５とでは
１〜３０μｍの段差しかないため、電極の引出しを、Ｆ
ＰＣやワイヤーボンディング等で同時に実行することが
できる。ＦＰＣの場合は、１枚のＦＰＣで異方性導電膜
を介し実行することができ、ワイヤボンディングの場合
は、個別電極１０２と振動板電極パッド１０５とで高さ
調整をすることなく連続でボンディングすることができ
る。振動板電極引出しパッド部１２０は、シリコン振動
板１１０厚さと同じ厚さにした。同じ厚さに設定するこ
とで、シリコン振動板１１０を形成するのと同様の加工
ができ、工程の簡略化につながる。また、シリコン振動
板電極引出しパッド部１２０は、シリコン振動板１１０
の一部を利用することによって、同一材質（材料、導電
型、比抵抗など）に設定することができる。１１２は加
圧液室基板１０８に形成した加圧液室１０７及び共通液
室１１１各々の蓋となるインク吐出用ノズル１１４を含
む液室蓋部材である。液室蓋部材１１２には、共通液室
１１１へインクを供給するためのインク供給口１１３
と、静電引力により駆動することで生じるシリコン振動
板１１０変位で加圧された加圧液室内インクが排出され
るためのインク吐出用ノズル１１４が設けられている。
この液室蓋部材１１２の材料としては、ステンレス、ニ
ッケルなどの金属、ＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）
等の樹脂、シリコンウエハ等及びそれらの組み合わせか
らなるものを用いることができる。インクは、図１
（ｂ）に示すように、インクノズル１１４を通って電極
基板１０１の法線方向である図上１０９方向に吐出され
る。ここで、本発明の要旨である単結晶シリコンウエハ
を用いた固体マスクの実施例を図面に基づいて説明す
る。図２は一枚の単結晶シリコンウエハ２０１を異方性
エッチングを用いて加工した固体マスクでの例である。

【００１２】図２（ａ）に示すように、一枚の単結晶シ
リコンウエハ２０１の表面にエッチングのマスク材２０
２として、酸化珪素膜または窒化珪素膜を形成する。酸
化珪素膜は熱酸化、プラズマＣＶＤ法等の手法で形成す
ることができる。熱酸化で形成した膜は、単結晶シリコ
ンウエハ表面を酸化したものであり、密着性の面でもっ
とも良好な膜である。窒化珪素膜はＬＰ−ＣＶＤ、プラ
ズマＣＶＤ法等の手法で形成することができる。窒化珪
素膜は、酸化珪素膜に比較しシリコンをウエットエッチ
ングするためのアルカリ、酸各エッチャントのほとんど
でエッチングレートは低いのでエッチングマスクとして
はより有効である。図２（ｂ）には、開口部を設けるた
めのエッチング窓２０３を開口した後の状態が示されて
いる。マスク材のエッチング窓２０３形成は、フォトレ
ジストを用いたフォトリソとマスク材のウエットエッチ
ングを行うことで行われる。マスク材として酸化珪素膜
を用いる場合は、緩衝弗化水溶液を用いてエッチングす
ることができる。図２（ｃ）は、図２（ｂ）で形成した
マスク材２０２パターンを利用し、単結晶シリコンウエ
ハ２０１を、アルカリ性溶液ＫＯＨ、ＮａＯＨやＴＭＡ
Ｈ（テトラメチルアンモニアヒドロキシド）を用いたウ
エットエッチングにて単結晶シリコンウエハ２０１のＳ
Ｂ面（図２（ｄ）参照）まで貫通するように形成する。
このようなアルカリ性溶液を用いて単結晶シリコンをエ
ッチングした場合、各結晶面のエッチングレートは
（１、１、１）面が、（１、０、０）面、（１、１、
０）面と比較し非常に遅いことが判っており、（１、
１、１）面は、ウエットエッチングする上でのストップ
面としての役割を果たす。従って、エッチングで形成さ
れる側面は主に（１、１、１）面からなる。これを利用
してマスク材を形成する。例えば、必要なマスク開口幅
をＹ、単結晶シリコンウエハ２０１厚さをｔ、単結晶シ
リコンウエハ２０１をエッチングするためのマスク材２
０２の幅をＸとした場合、単結晶シリコンウエハ２０１
の主要面の結晶面が（１、０、０）面を有したウエハを
用いると、ｔ＝（Ｘ−Ｙ）/２・tａｎ５４.７°の関係
を持って製作することができる。また、単結晶シリコン
ウエハ２０１の主要面の結晶面が（１、１、０）面を有
したウエハを用いると、ｔ＝（Ｘ−Ｙ）/２・９０°
と、ｔ＝（Ｘ−Ｙ）/２・tａｎ３５.３°との関係を持
つ面を含むエッチング面からなる加工をすることができ
る。図２（ｄ）に示すように、最期に単結晶シリコンウ
エハ２０１のウエットエッチングで用いた表面のマスク
材２０２を除去して固体マスクが形成される。

【００１３】図３には、酸化珪素膜３０３を、２枚の単
結晶シリコンウエハ３０１、３０２で挟み込んだ基板を
異方性エッチングを用いて加工した固体マスクでの例が
示されている。図３（ａ）に示されているように、酸化
珪素膜３０３を２枚の単結晶シリコンウエハ３０１、３
０２で挟み込んだ基板表面に、エッチングマスク材３０
４として酸化珪素膜または窒化珪素膜を形成する。基板
表面へ形成した酸化珪素膜は、熱酸化、プラズマＣＶＤ
法等の手法で形成することができる。熱酸化で形成した
膜は、単結晶シリコンウエハ３０１、３０２表面を酸化
したものであり、密着性の点ではもっとも良好な膜であ
る。窒化珪素膜はＬＰ−ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の
手法で形成することができる。窒化珪素膜は、酸化珪素
膜に比較しシリコンをウエットエッチングするためのア
ルカリ、酸各エッチャントのほとんどでエッチングレー
トは低いのでエッチングマスクとしてはより有効であ
る。図３（ｂ）には、開口部を設けるためのエッチング
窓３０５を開口した後の状態が示されている。マスク材
３０４のエッチング窓３０５形成は、フォトレジストを
用いたフォトリソとマスク材３０４のウエットエッチン
グを行うことで形成する。マスク材３０４として酸化珪
素膜を用いる場合は、緩衝弗化水溶液を用いてエッチン
グすることができる。図３（ｃ）は、図３（ｂ）で形成
したマスク材３０４パターンを利用し、単結晶シリコン
ウエハ３０１、３０２をアルカリ性溶液ＫＯＨ、ＮａＯ
ＨやＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニアヒドロキシド）
を用いたウエットエッチングにて単結晶シリコンウエハ
３０１、３０２のＳＡ１面、ＳＡ２面からＳＢ１面、Ｓ
Ｂ２面（図３（ａ）参照）まで貫通するように形成す
る。このようなアルカリ性溶液を用いて単結晶シリコン
をエッチングした場合、各結晶面のエッチングレートは
（１、１、１）面が、（１、０、０）面、（１、１、
０）面と比較し非常に遅いことが判っており、（１、
１、１）面はウエットエッチングする上でのストップ層
の役割を果たす。従って、エッチングで形成される側面
は主に（１、１、１）面からなる。これを利用してマス
ク材を形成することができる。図３（ｄ）に示すよう
に、最期に単結晶シリコンウエハ３０１、３０２のウエ
ットエッチングで用いた表面のマスク材３０４を除去し
て固体マスクが形成される。

【００１４】図４には、単結晶シリコンウエハ４０１上
に溝を形成するためのプロセスが示されている。これら
溝形成部以外には用途に応じた各デバイスが形成されて
いることは言うまでもなく、それらデバイス製作プロセ
スの説明については、ここでは説明を省略するが、例え
ば、前文で紹介したインクジェットヘッドに用いること
ができる。図４（ａ）に示すように、一枚の単結晶シリ
コンウエハ４０１表面に、エッチングのマスク材４０２
として酸化珪素膜または窒化珪素膜を形成する。酸化珪
素膜は、熱酸化、プラズマＣＶＤ法等の手法で形成する
ことができる。熱酸化で形成した膜は単結晶シリコンウ
エハ４０１表面を酸化したものであり、密着性の点でも
っとも良好な膜といえる。窒化珪素膜はＬＰ−ＣＶＤ、
プラズマＣＶＤ法等の手法で形成することができる。窒
化珪素膜は酸化珪素膜に比較しシリコンをウエットエッ
チングするためのアルカリ、酸各エッチャントのほとん
どでエッチングレートは低いのでエッチングマスクとし
てはより有効である。図４（ｂ）には、開口部を設ける
ためのエッチング窓４０３を開口した後の状態が示され
ている。マスク材のエッチング窓形成はフォトレジスト
を用いたフォトリソとマスク材のウエットエッチングを
行うことで形成する。マスク材４０２として酸化珪素膜
を用いる場合は緩衝弗化水溶液を用いてエッチングする
ことができる。

【００１５】図４（ｃ）に示すように、図４（ｂ）で形
成したマスク材４０２パターンを利用し、単結晶シリコ
ン基板をアルカリ性溶液ＫＯＨ、ＮａＯＨやＴＭＡＨ
（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）を用いたウ
エットエッチングにて単結晶シリコンウエハ４０１のＳ
Ｂ面（図４（ａ）参照）まで貫通するように形成する。
このようなアルカリ性溶液を用いて単結晶シリコンウエ
ハ４０１をエッチングした場合、各結晶面のエッチング
レートは（１、１、１）面が、（１、０、０）面、
（１、１、０）面と比較し非常に遅いことが判ってお
り、（１、１、１）面はウエットエッチングする上での
ストップ層の役割を果たす。従って、エッチングで形成
される側面は主に（１、１、１）面からなる。これを利
用してマスク材４０２を形成する。例えば、必要なマス
ク開口幅をＹ、単結晶シリコンウエハ厚さをｔ、単結晶
シリコンウエハをエッチングするためのマスク材幅をＸ
とした場合、既に、図２で説明したように、単結晶シリ
コンウエハ４０１の主要面の結晶面が（１、０、０）面
を有したウエハを用いると、ｔ＝（Ｘ−Ｙ）/２・tａｎ
５４.７°の関係を持って製作することができる。ま
た、単結晶シリコンウエハの主要面の結晶面が（１、
１、０）面を有したウエハを用いると、ｔ＝（Ｘ−Ｙ）
/２・tａｎ９０°と、ｔ＝（Ｘ−Ｙ）/２・tａｎ３５.
３°との関係を持つ面を含むエッチング面からなる加工
をすることができる。図４（ｄ）に示すように、最期に
単結晶シリコンウエハ４０１のウエットエッチングで用
いた表面のマスク材４０２を除去して嵌め合わせ溝が形
成される。

【００１６】図５には、図４の嵌め合わせ溝４０４を貫
通させない場合が示されている。貫通させないことで、
被加工物の基板強度を貫通させた場合よりも大きくする
ことができる。製作方法としては図４と同じである。同
じ厚さの被加工物に対して貫通させるか否かは、異方性
エッチングのためのマスク材４０２の開口幅を変える
か、エッチング時間を制御することでできる。また、図
１に示したインクジェットヘッドは、酸化珪素膜を２枚
の単結晶シリコンウエハで挟み込んだ基板を用いてお
り、加圧液室基板１０８と電極基板１０１から構成され
ている。加圧液室基板１０８を構成する単結晶シリコン
基板には、異方性ウエットエッチング等の手法で形成し
た個々のインクノズルに対応して、静電引力によって駆
動するシリコン振動板１１０を備えた異方性エッチング
等の手法で形成される加圧液室１０７と、そこへインク
を供給するための共通液室１１１が形成されている。加
圧液室１０７はインクノズル列に整合した位置に高密度
で配列していることから単結晶シリコンウエハの異方性
エッチングで単結晶表面に対して垂直な壁を作れる面方
位（１、１、０）を主表面とする単結晶シリコンウエハ
を主に用いる。一方、電極基板１０１は用途に応じて面
方位（１、０、０）または（１、１、０）を主表面とす
る単結晶シリコンウエハを用いることができる。これら
２枚の単結晶シリコンを張り合わせたデバイスは、マイ
クロマシーン分野では良く見られ、２枚の単結晶シリコ
ンウエハを表裏整合させながら貫通させることで、固体
マスクの突起を嵌め合わせる際より深く突起を嵌め込め
るので、固体マスクの固定がより安定して行うことがで
きる。

【００１７】図６は、被加工物６０２に真空蒸着やスパ
ッタ成膜をもってパターン化された膜を形成するための
プロセスであって、単結晶シリコンウエハに加工した固
体マスク６０１とを嵌め合わせて行っている。図６
（ａ）は嵌め合わせ構造を形成した固体マスク６０１と
被加工物６０２である。固体マスク６０１としては図２
で製作した単結晶シリコンウエハに加工したもので、被
加工物６０２としては図４で製作した単結晶シリコンウ
エハに形成したものである。図６（ｂ）は被加工物６０
２に固体マスク６０１を嵌め合いにて密着させ、パター
ン整合を取っている。図６（ｃ）は真空蒸着やスパッタ
成膜をもって薄膜６０３を成膜している。図６（ｄ）で
は固体マスク６０１をはずし、パターン形成ができる。
図７は、被加工物７０２にＲＩＥ等のドライエッチング
をもってパターン化するためのプロセスであって、単結
晶シリコンウエハに加工した固体マスク７０１とを嵌め
合わせて行っている。図７（ａ）は嵌め合わせ構造を形
成した固体マスク７０１と被加工物７０２である。固体
マスク７０１としては図２で製作した単結晶シリコンウ
エハに加工したものに熱酸化膜を形成したもので、被加
工物７０２としては図４で製作した単結晶シリコンウエ
ハに形成したものである。図７（ｂ）は被加工物７０２
に固体マスク７０１を嵌め合いにて密着させ、パターン
整合を取っている。図７（ｃ）はＲＩＥ等のドライエッ
チングをもって単結晶シリコン基板を加工するエッチン
グガスとして、例えば、ＳＦ₆とＨ₂との混合ガスを用い
れば酸化珪素膜のエッチングレートが小さいため、単結
晶シリコンウエハで製作した固体マスク７０１はこのド
ライエッチングでは損傷しにくい。単結晶シリコンウエ
ハで製作した固体マスク７０１は、シリコンのドライエ
ッチングマスクとして用いることができる。図７（ｄ）
では固体マスク７０１をはずし、パターン形成が完了す
る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の固体マス
ク成膜法、該成膜法により製造されたインクジェットへ
ッド及び該インクジェットへッドを用いた画像形成装置
によれば、以下のような効果を得ることができる。即
ち、請求項１の発明によれば、固体マスクに対し、予め
所望のパターンを形成するとともに、該固体マスクと基
板を密着させ、その固体マスクを介して成膜することで
所望のパターンを得る固体マスク成膜法において、前記
固体マスクに突起を設け、該突起に前記成膜またはエッ
チングされる基板とを嵌合せしめた後に、前記基板に設
けた位置合わせ用溝により位置合わせを行うこととした
ので、アライメントに要する時間を短縮でき、生産能力
を向上させることができる固体マスク成膜法を提供する
ことができる。請求項２の発明によれば、請求項１に記
載の固体マスク成膜法において、複数の機能素子が形成
される基板の主表面が面方位（１、０、０）または
（１、１、０）からなる単結晶シリコンウエハが用いら
れていることとしたので、シリコン半導体プロセスが流
用でき、機械加工では実現できない高精度な溝加工をす
ることができる固体マスク成膜法を提供することができ
る。請求項３の発明によれば、請求項２に記載の固体マ
スク成膜法において、前記単結晶シリコンウエハの基板
は主表面が面方位（１、０、０）または（１、１、０）
からなる単結晶シリコンウエハを２枚張り合わせること
としたので、溝深さを大きく取れ、マスクとの嵌め合わ
せが安定して確保できる固体マスク成膜法を提供するこ
とができる。請求項４の発明によれば、請求項１乃至３
のいずれか１項に記載の固体マスク成膜法において、前
記単結晶シリコンウエハの基板に形成した位置合わせ用
溝は異方性ウエットエッチングを用いて形成することと
したので、溝開口面積によることなく深い溝加工が容易
にできる固体マスク成膜法を提供することができる。

【００１９】請求項５の発明によれば、請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の固体マスク成膜法において、前
記固体マスクとしては単結晶シリコンウエハが用いられ
ていることとしたので、シリコン半導体プロセスが流用
でき、機械加工では実現できない高精度なマスク開口パ
ターンの加工ができる固体マスク成膜法を提供すること
ができる。請求項６の発明によれば、請求項１乃至４の
いずれか１項に記載の固体マスク成膜法において、前記
固体マスクとしては酸化珪素を２枚の単結晶シリコンウ
エハで挟み込んだ基板が用いられていることとしたの
で、真空蒸着、スパッタ成膜及びＲＩＥで用いる前記固
体マスクとしては酸化珪素を２枚の単結晶シリコンウエ
ハで挟み込んだ基板を用いることで、２枚の単結晶シリ
コンウエハのうち１枚を固体マスク開口パターン形成用
とし、もう一枚を嵌め合わせの突起形成用とすることが
できるとともに、酸化珪素面を被加工物と接する面にで
きるため、被加工物と接する固体マスク面は平面性が高
くでき、被加工物に損傷を与えることを皆無にできる固
体マスク成膜法を提供することができる。請求項７の発
明によれば、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固
体マスク成膜法において、前記単結晶シリコンウエハの
基板に形成した固体マスクの開口パターン及び突起は異
方性ウエットエッチングを用いて形成することとしたの
で、固体マスク開口パターン及び突起の開口面積による
ことなく深く精度の良い加工が容易にできる固体マスク
成膜法を提供することができる。請求項８の発明によれ
ば、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体マスク
成膜法を用いて製造されたインクジェットヘッドを特徴
としたので、固体マスクアライメントに要する時間を短
縮できるので、生産能力を向上させることができるイン
クジェットヘッドを提供することができる。請求項９の
発明によれば、請求項８に記載のインクジェットヘッド
を用いた画像形成装置を特徴としたので、固体マスクア
ライメントに要する時間を短縮できるので、生産能力を
向上させることができる画像形成装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の成膜法により形成されたイン
クジェットヘッドの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図であ
る。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の成膜法において、一
枚の単結晶シリコンウエハを異方性エッチングを用いて
加工した固体マスクの例を説明する説明図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の成膜法において、酸
化珪素膜を、２枚の単結晶シリコンウエハで挟み込んだ
基板を異方性エッチングを用いて加工した固体マスクで
の例を説明する説明図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の成膜法において、単
結晶シリコンウエハ上に溝を形成するためのプロセスを
示す工程図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の成膜法において、図
４の嵌め合わせ溝を貫通させない実施態様を説明する説
明図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の成膜法において、被
加工物に真空蒸着やスパッタ成膜をもってパターン化さ
れた膜を形成するためのプロセスを示す工程図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の成膜法において、被
加工物にＲＩＥ等のドライエッチングをもってパターン
化するためのプロセスを示す工程図である。

【符号の説明】

１０１電極基板、１０２個別電極、１０３電極取
り出し領域、１０４絶縁膜、１０５振動板電極パッ
ド、１０６流路、１０７加圧液室１０８加圧液室
基板、１０９インク吐出方向、１１０シリコン振動
板、１１１共通液室、１１２液室蓋部材、１１３
インク供給口、１１４インク吐出用ノズル、１２０
振動板電極引出しパッド部、２０１単結晶シリコンウ
エハ、２０２マスク材、２０３エッチング窓、３０
１単結晶シリコンウエハ、３０２単結晶シリコンウエ
ハ、３０３酸化珪素膜、３０４エッチングマスク
材、３０５エッチング窓、４０１単結晶シリコンウ
エハ、４０２マスク材、４０３エッチング窓、４０
４嵌め合わせ溝、６０１固体マスク、６０２被加
工物、６０３薄膜、７０１固体マスク、７０２被
加工物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体マスクに対し、予め所望のパターン
を形成するとともに、該固体マスクと基板を密着させ、
その固体マスクを介して成膜することで基板に所望のパ
ターンを得る固体マスク成膜法において、前記固体マス
クに突起を設け、該突起に前記成膜またはエッチングさ
れる基板を嵌合せしめた後に、前記基板に設けた位置合
わせ用溝により位置調整を行うことを特徴とする固体マ
スク成膜法。
【請求項２】請求項１に記載の固体マスク成膜法にお
いて、複数の機能素子が形成される基板として、主表面
が面方位（１、０、０）または（１、１、０）からなる
単結晶シリコンウエハが用いられていることを特徴とす
る固体マスク成膜法。
【請求項３】請求項２に記載の固体マスク成膜法にお
いて、前記単結晶シリコンウエハの基板は主表面が面方
位（１、０、０）または（１、１、０）からなる単結晶
シリコンウエハを複数枚張り合わせてなることを特徴と
する固体マスク成膜法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
固体マスク成膜法において、前記単結晶シリコンウエハ
の基板に形成した位置合わせ用溝は異方性ウエットエッ
チングを用いて形成されていることを特徴とする固体マ
スク成膜法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
固体マスク成膜法において、前記固体マスクとしては単
結晶シリコンウエハが用いられていることを特徴とする
固体マスク成膜法。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
固体マスク成膜法において、前記固体マスクとしては酸
化珪素を複数枚の単結晶シリコンウエハで挟み込んだ基
板が用いられていることを特徴とする固体マスク成膜
法。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
固体マスク成膜法において、前記単結晶シリコンウエハ
の基板に形成した固体マスクの開口パターン及び突起は
異方性ウエットエッチングを用いて形成したことを特徴
とする固体マスク成膜法。
【請求項８】請求項１乃至８のいずれか１項に記載の
固体マスク成膜法を用いて製造されたことを特徴とする
インクジェットヘッド。
【請求項９】請求項８に記載のインクジェットヘッド
を用いたことを特徴とする画像形成装置。