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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6862630
(24)【登録日】2021年4月5日
(45)【発行日】2021年4月21日
(54)【発明の名称】インクジェットプリントヘッドの製造方法
(51)【国際特許分類】
B41J 2/16 20060101AFI20210412BHJP
B41J 2/14 20060101ALI20210412BHJP
【ＦＩ】
B41J2/16 401
B41J2/14 501
B41J2/16 101
B41J2/16 507
B41J2/16 509
B41J2/16 511
【請求項の数】28
【全頁数】29
(21)【出願番号】特願2017-544902(P2017-544902)
(86)(22)【出願日】2016年3月10日
(65)【公表番号】特表2018-513030(P2018-513030A)
(43)【公表日】2018年5月24日
(86)【国際出願番号】EP2016055126
(87)【国際公開番号】WO2016150715
(87)【国際公開日】20160929
【審査請求日】2019年2月14日
(31)【優先権主張番号】15160524.3
(32)【優先日】2015年3月24日
(33)【優先権主張国】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】311007051
【氏名又は名称】シクパ ホルディング ソシエテ アノニム
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＣＰＡ ＨＯＬＤＩＮＧ ＳＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100107456
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 成人
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100162352
【弁理士】
【氏名又は名称】酒巻 順一郎
(72)【発明者】
【氏名】ジョバノーラ， ルチア
(72)【発明者】
【氏名】バルディ， シルヴィア
(72)【発明者】
【氏名】メリアルド， アンナ
(72)【発明者】
【氏名】スキナ， パオロ
【審査官】
上田 正樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１４−１５８０３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１１／１５４３９４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−２１４８９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−２１３１１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−０２２０８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ４１Ｊ ２／１６
Ｂ４１Ｊ ２／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
能動吐出要素（１１）を含むシリコン基板（１０）を用意するステップと、
インクの流れを誘導できるように構成された液圧回路を形成するための液圧構造層（２０）を用意するステップと、
前記インクを吐出するための複数のノズル（３１）を有するシリコンオリフィスプレート（３０）を用意するステップと、
前記液圧構造層（２０）および前記シリコンオリフィスプレート（３０）を前記シリコン基板（１０）に組み付けるステップと
を含み、
前記シリコンオリフィスプレート（３０）を用意するステップは、
平坦な延長部を有するシリコンウェハ（４０）を用意する工程であって、前記平坦な延長部が、前記シリコンウェハ（４０）の両側にある第１の表面（４１）および第２の表面（４２）によって形成される、工程と、
予め設定された高さ（Ｈ）を有する中央部分（４３）を前記第２の表面（４２）から除去するように薄化する薄化工程を前記第２の表面（４２）で実施する工程であって、前記シリコンウェハ（４０）は、薄化工程後、平坦な延長部を有する基部（４４）、および、前記基部（４４）から前記基部（４４）に対して横方向に延びる周辺部（４５）によって形成される、薄化工程を実施する工程と、
前記インクの吐出のためのそれぞれのノズル（３１）を各々に形成する複数の貫通孔を前記シリコンウェハ（４０）に形成する工程と
を含む、インクジェットプリントヘッドの製造方法において、
前記シリコンウェハ（４０）がシリコンオンインシュレータウェハであり、前記シリコンオンインシュレータウェハが、前記第１の表面（４１）に隣接するシリコンデバイス層（３８）と、前記第２の表面（４２）に隣接するシリコンハンドル層（３７）と、それらの中間にある絶縁体層（３９）とを含み、
前記シリコンオンインシュレータウェハの前記絶縁体層（３９）が前記薄化工程のための停止層として働くことを特徴とし、
前記製造方法がさらに、
前記薄化工程の後に、対応する前記ノズル（３１）が形成されることになる位置で前記シリコンオンインシュレータウェハの前記絶縁体層（３９）を選択的に除去する工程をさらに含み、前記シリコンデバイス層（３８）の表面が、前記絶縁体層（３９）を選択的に除去する前記工程のための停止層として働くことを特徴とする、インクジェットプリントヘッドの製造方法。
インクの流れを誘導できるように構成された液圧回路を形成するための液圧構造層（２０）を用意するステップと、
前記インクを吐出するための複数のノズル（３１）を有するシリコンオリフィスプレート（３０）を用意するステップと、
前記液圧構造層（２０）および前記シリコンオリフィスプレート（３０）を前記シリコン基板（１０）に組み付けるステップと
を含み、
前記シリコンオリフィスプレート（３０）を用意するステップは、
平坦な延長部を有するシリコンウェハ（４０）を用意する工程であって、前記平坦な延長部が、前記シリコンウェハ（４０）の両側にある第１の表面（４１）および第２の表面（４２）によって形成される、工程と、
予め設定された高さ（Ｈ）を有する中央部分（４３）を前記第２の表面（４２）から除去するように薄化する薄化工程を前記第２の表面（４２）で実施する工程であって、前記シリコンウェハ（４０）は、薄化工程後、平坦な延長部を有する基部（４４）、および、前記基部（４４）から前記基部（４４）に対して横方向に延びる周辺部（４５）によって形成される、薄化工程を実施する工程と、
前記インクの吐出のためのそれぞれのノズル（３１）を各々に形成する複数の貫通孔を前記シリコンウェハ（４０）に形成する工程と
を含む、インクジェットプリントヘッドの製造方法において、
前記シリコンウェハ（４０）がシリコンオンインシュレータウェハであり、前記シリコンオンインシュレータウェハが、前記第１の表面（４１）に隣接するシリコンデバイス層（３８）と、前記第２の表面（４２）に隣接するシリコンハンドル層（３７）と、それらの中間にある絶縁体層（３９）とを含み、
前記シリコンオンインシュレータウェハの前記絶縁体層（３９）が前記薄化工程のための停止層として働くことを特徴とし、
前記製造方法がさらに、
前記薄化工程の後に、対応する前記ノズル（３１）が形成されることになる位置で前記シリコンオンインシュレータウェハの前記絶縁体層（３９）を選択的に除去する工程をさらに含み、前記シリコンデバイス層（３８）の表面が、前記絶縁体層（３９）を選択的に除去する前記工程のための停止層として働くことを特徴とする、インクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項2】
前記絶縁体層（３９）が、ＳｉＯおよび／もしくはＳｉＯ２を含むか、またはＳｉＯおよび／もしくはＳｉＯ２で構成されている、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項3】
前記デバイス層（３８）の厚さ（Ｄ１）は１０μｍと１００μｍとの間である、請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項4】
前記第１の表面（４１）と前記第２の表面（４２）は距離（Ｄ）だけ離れており、前記ノズル（３１）の長手方向の長さ（Ｌ）は、前記距離（Ｄ）と、前記中央部分（４３）の前記高さ（Ｈ）との間の差によって規定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項5】
前記ノズル（３１）の各々は、上部（３２）と、前記上部（３２）と軸方向に整列した底部（３３）とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項6】
前記ノズル（３１）の各々の前記上部（３２）は、実質的に円筒形の形状を有する、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項7】
前記ノズル（３１）の各々の前記底部（３３）は、円錐台形状を有する、請求項５または６に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項8】
前記シリコンウェハ（４０）に複数の貫通孔を形成する前記工程は、
前記第１の表面（４１）で前記シリコンウェハ（４０）に複数の実質的に円筒形のキャビティ（５０）が形成され、前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の各々の少なくとも一部がそれぞれのノズル（３１）の前記上部（３２）を形成し、前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の各々は、前記第１の表面（４１）にある第１の長手方向端部（５１）と、前記第１の長手方向端部（５１）とは反対側にある第２の長手方向端部（５２）とを有する、上部エッチング工程と、
前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の少なくとも一部の前記第２の長手方向端部（５２）に底部（３３）が形成され、それによって、前記ノズル（３１）が得られる、底部エッチング工程と、
を含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
前記第１の表面（４１）で前記シリコンウェハ（４０）に複数の実質的に円筒形のキャビティ（５０）が形成され、前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の各々の少なくとも一部がそれぞれのノズル（３１）の前記上部（３２）を形成し、前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の各々は、前記第１の表面（４１）にある第１の長手方向端部（５１）と、前記第１の長手方向端部（５１）とは反対側にある第２の長手方向端部（５２）とを有する、上部エッチング工程と、
前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の少なくとも一部の前記第２の長手方向端部（５２）に底部（３３）が形成され、それによって、前記ノズル（３１）が得られる、底部エッチング工程と、
を含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項9】
前記薄化工程は、前記上部エッチング工程の後で、かつ前記底部エッチング工程の前に実行される、請求項８に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項10】
前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の長手方向の長さが、前記基部（４４）の厚さに実質的に等しい、請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項11】
前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の長手方向の長さが、前記基部（４４）の厚さよりも短い、請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項12】
前記基部（４４）の厚さと実質的に等しい長さを有する１つまたは複数の基準キャビティ（６０）が前記第１の表面（４１）に形成される、形成工程をさらに含み、前記形成工程は、前記薄化工程の前に実行される、請求項８または９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項13】
前記上部エッチング工程がドライエッチングプロセスによって行われる、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項14】
前記底部エッチング工程がウェットエッチングプロセスによって実行される、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項15】
前記上部エッチング工程のマスキング工程は、前記第１の表面（４１）上の第１のマスクを用いて行われ、前記底部エッチング工程のマスキング工程は、前記第２の表面（４２）上の第２のマスクを用いて行われる、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項16】
前記底部エッチング工程と前記上部エッチング工程との位置合わせが、前記基準キャビティ（６０）を基準として使用することによって行われる、請求項１２を引用する請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項17】
前記底部エッチング工程と前記上部エッチング工程との位置合わせが、前記実質的に円筒形のキャビティ（５０）の前記第２の長手方向端部（５２）を基準として使用することによって行われる、請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項18】
前記ノズル（３１）の各々は、実質的に円錐台形状を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項19】
前記シリコンウェハ（４０）に複数の貫通孔を形成する前記工程が、
前記第１の表面（４１）において前記シリコンウェハ（４０）に複数の実質的に円錐台形のキャビティ（３３）が形成される、ノズルエッチング工程を含み、それによって、前記ノズル（３１）が得られる、請求項１８に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
前記第１の表面（４１）において前記シリコンウェハ（４０）に複数の実質的に円錐台形のキャビティ（３３）が形成される、ノズルエッチング工程を含み、それによって、前記ノズル（３１）が得られる、請求項１８に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項20】
前記ノズルエッチング工程がウェットエッチングプロセスによって実行される、請求項１９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項21】
前記薄化工程は、エッチングプロセスによって実行される、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項22】
前記薄化工程は、ウェットエッチングプロセスによって実行される、請求項２１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項23】
前記薄化工程が、反応性イオンエッチングプロセスまたはドライエッチングプロセスによって実行される、請求項２１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項24】
前記薄化工程が機械的研削によって実施される、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項25】
前記シリコンウェハ（４０）が切断され、前記オリフィスプレート（３０）を含む複数のオリフィスプレートが得られる、ダイシング工程をさらに含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項26】
前記ダイシング工程は、前記ノズル（３１）が形成された後に実行される、請求項２５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項27】
前記オリフィスプレート（３０）は、前記基部（４４）の一部として前記ダイシング工程によって得られる、請求項２５または２６に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項28】
前記ウェットエッチングプロセスが異方性ウェットエッチングプロセスである、請求項１４または２０に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インクジェットプリントヘッドの製造方法に関する。この方法は、能動吐出要素を含むシリコン基板を用意するステップと、インクの流れを誘導できるように構成された液圧回路を形成するための液圧構造層を用意するステップと、インクを吐出するための複数のノズルを有するシリコンオリフィスプレートを用意するステップと、液圧構造層およびシリコンオリフィスプレートをシリコン基板に組み付けるステップとを含む。この方法によれば、シリコンオリフィスプレートを用意するステップは、平坦な延長部を有するシリコンウェハを用意する工程であって、平坦な延長部が、シリコンウェハの両側にある第１の表面および第２の表面によって形成される、工程と、予め設定された高さを有する中央部分を第２の表面から除去するように薄化する薄化工程を第２の表面で実施する工程であって、シリコンウェハは、薄化する工程後、平坦な延長部を有する基部、および、基部から基部に対して横方向に延びる周辺部によって形成される、薄化工程を実施する工程と、インクの吐出のためのそれぞれのノズルを各々に形成する複数の貫通孔をシリコンウェハに形成する工程と、を含む。
【背景技術】
【0002】
国際公開第２０１１／１５４３９４号パンフレットには、上記技術分野のインクジェットプリントヘッドの製造方法が開示されている。本出願人は、シリコンオリフィスプレートの使用が、国際公開第２０１１／１５４３９４号パンフレットの前に一般的であったニッケル製のオリフィスプレートよりも多くの利点を有することを立証した。
【0003】
しかしながら、オリフィスプレートを作成するためにシリコンを使用することは、いくつかのさらなる問題を提起する。実際、１５．２４ｃｍ（６インチ）以上のウェハ直径の市販されているものより薄いシリコンウェハは、通常約２００μｍの厚さを有する。しかし、この厚さは、既知の技術によってオリフィスプレートを得るためにウェハが使用されるには大きすぎる。
【0004】
ウェハの所望の厚さは、１０μｍと１００μｍとの間（例えば、約５０μｍ）である。しかしながら、そのように薄いシリコンウェハは、通常、製造が非常に困難であり、したがって非常に高価である。さらに、このような薄いシリコンウェハは、脆弱性の観点から、手作業と自動システムによるとの両方で取り扱うことが非常に困難である。国際公開第２０１１／１５４３９４号パンフレットでは、著者は、このようなシリコンオリフィスプレートを実現するためのいくつかの方法を提案した。
【0005】
国際公開第２０１１／１５４３９４号パンフレットによれば、インクジェットプリントヘッドの製造方法は、市販のシリコンウェハ（例えば、厚さ２００μｍ〜２５０μｍ）の中央部分を除去することによって開始し、それによって、残りの構造は、平坦な延長部を有する基部と、上記基部から上記基部に対して横方向に延びる周辺部とを有する。ノズルは、中央部分が除去される前および／または後に基部に形成される。周辺部は、シリコンウェハを、自動化された製造ラインで自動ロボットによって容易に取り扱うことを可能にする。
【0006】
最後に、シリコンウェハが切断されて、複数のオリフィスプレートが得られ、その各々は、インクジェットプリントヘッドを得るために、それぞれのシリコン基板および液圧構造層と組み付けることができる。
【0007】
代替的に、オリフィスプレートを有するシリコンウェハは、ウェハボンディングプロセスによってプリントヘッドウェハに直接接合することができる。このウェハボンディングは、直接ボンディングまたは接着層による間接ボンディングとすることができる。
【0008】
オリフィスプレートの厚さは、吐出チャンバの液滴質量およびインク再充填段階に強く影響し、一方で、オリフィスプレート形状およびオリフィスプレートの表面品質は、液滴吐出挙動に影響する。したがって、プレート全体にわたって良好な厚さ均一性を得ることが強く望まれている。
【0009】
国際公開第２０１１／１５４３９４号パンフレットに示された方法は、ウェハ制御手順に非常に問題のある厚さを導入し、その結果、プロセス時間が長くなり、非常に脆弱なウェハを取り扱うことが困難になる。例えば、中央部領域のエッチングを、固定プロセス時間で、プロセス終端近く、すなわち、ほぼエッチング端部から５０マイクロメートル未満の距離で停止させ、エッチングされた部分の厚さを検証することが必要となる。検証は、所望のオリフィスプレートの厚さで完全な様態でエッチングを完了するために最終的に必要とされるプロセス時間を正確に示す。これにより、オリフィスプレートの製造に非常に時間がかかる。
【0010】
さらに、第２の表面を薄化する工程は、例えばウェットエッチング溶液組成物および浴温度があまり良好に制御されていない場合、またはウェハ表面全体にわたって均一に保たれていない場合に、最終的なシリコン表面上に表面欠陥を導入する可能性がある。これは、例えば、ダイシングまたは熱圧着のような次の製造方法ステップの多くの間に問題を引き起こす可能性がある。薄化した表面は、外部ノズル表面に対応することがあり、欠陥が多すぎると、印刷品質に著しい影響を及ぼす可能性がある。
【0011】
上記によれば、国際公開第２０１１／１５４３９４号パンフレットから知られている方法は、プリントヘッドの製造時間、および、薄化工程から得られる表面の表面品質に改善の余地を残す。
【発明の概要】
【0012】
本発明の目的は、より高速に行うことができる上記技術分野のインクジェットプリントヘッドの製造方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、シリコンオリフィスプレート、液圧構造層およびシリコン基板を有するインクジェットプリントヘッドをより確実にかつ／またはより効率的に提供することができるような方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、プリントヘッドから得られる印刷品質に影響を及ぼす可能性があるシリコンオリフィスプレートの表面欠陥を回避するような方法を提供することである。
【0013】
この目的は、請求項１の方法によって解決される。本発明の有利なさらなる特徴および実施形態は、従属請求項に従う。
【0014】
本発明によれば、インクジェットプリントヘッドの製造方法であって、能動吐出要素を含むシリコン基板を用意するステップと、インクの流れを誘導できるように構成された液圧回路を形成するための液圧構造層を用意するステップと、インクを吐出するための複数のノズルを有するシリコンオリフィスプレートを用意するステップと、液圧構造層およびシリコンオリフィスプレートをシリコン基板に組み付けるステップとを含み、シリコンオリフィスプレートを用意するステップは、平坦な延長部を有するシリコンウェハを用意する工程であって、平坦な延長部が、シリコンウェハの両側にある第１の表面および第２の表面によって形成される、工程と、予め設定された高さを有する中央部分を第２の表面から除去するように薄化する薄化工程を第２の表面で実施する工程であって、シリコンウェハは、薄化工程後、平坦な延長部を有する基部、および、基部から基部に対して横方向に延びる周辺部によって形成される、薄化工程を実施する工程と、インクの吐出のためのそれぞれのノズルを各々に形成する複数の貫通孔をシリコンウェハに形成する工程と、を含む、方法は、シリコンウェハがシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハであり、ＳＯＩウェハが、第１の表面に隣接するシリコンデバイス層と、第２の表面に隣接するシリコンハンドル層と、それらの中間にある絶縁体層とを含むことを特徴とする。
【0015】
言い換えれば、オリフィスプレートは、国際公開第２０１１／１５４３９４号パンフレットに記載されているが、市販のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハから出発して実現される。
【0016】
本発明者らは、ＳＯＩウェハのいわゆる「デバイス層」の厚さをオンデマンドで選択することができ、また製造業者によって非常に良好に制御されることを見出した。結果として得られる最終的なシリコンオリフィスプレートの厚さは、非常に均一で欠陥のないことが判明した。
【0017】
ハンドル層の厚さは、１００μｍと１０００μｍとの間であることが好ましい。好ましくは、より薄いシリコンの「デバイス層」は、約１μｍと所望の厚さ３００μｍまでの間、さらに好ましくは１０μｍと１００μｍとの間、さらに好ましくは約５０μｍの厚さを有することができる。「埋め込み層」、「埋め込み酸化物層」、「埋め込み絶縁体層」または「埋め込み絶縁層」とも呼ばれる絶縁体層は、好ましくは厚さが数ミクロンまで、好ましくは厚さが１μｍ〜５μｍであり、酸化ケイ素（ＳｉＯ）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなることが好ましい。
【0018】
提案された方法を適用することによって、デバイス層の厚さが、得られるオリフィスプレートの最終厚さを直接決定することができ、それによって従来技術で通常必要とされるような任意の長時間の厚さチェック手順が回避される。実際、ＳＯＩウェハの埋め込み酸化物は、酸化ケイ素材料に対するエッチング選択性のために、薄化プロセスに対する停止層として働く。
【0019】
さらに、絶縁体層を選択的に除去する好ましい工程の後に、特に、絶縁体層が酸化ケイ素または二酸化ケイ素を含む層である場合、絶縁体層を少なくとも部分的に除去するための酸化物エッチングプロセスが、シリコンに対して選択的であり、それによって、シリコンデバイス層は絶縁体層を選択的に除去するステップの影響を受けないために、結果もたらされるシリコン表面には欠陥がない。一方、第２の表面から中央部分を除去する薄化工程は、絶縁体層に対して選択的であり、それによって、絶縁体層はＳＯＩウェハを薄化する工程の影響を受けない。
【0020】
このプロセスによって製造されるシリコンオリフィスプレートは、厚さが非常に均一であり、表面欠陥がなく、従来技術の上記の問題を解決する。
【0021】
好ましくは、シリコンウェハはダイシング工程を経て切断され、上述のオリフィスプレートを含む複数のオリフィスプレートが得られる。
【0022】
代替的に、オリフィスプレートを有するシリコンウェハは、ウェハボンディングプロセスによってプリントヘッドウェハ、特に液圧構造層に直接接合することができる。このウェハボンディングは、直接ボンディングまたは接着層による間接ボンディングとすることができる。
【0023】
さらに代替的に、オリフィスプレートを有するシリコンオンインシュレータウェハのシリコンデバイス層は、デバイス層をさらなるハンドル基板、例えばウェハ、テープまたは他のさらなる基板に仮接合した後にウェハを薄化することによって、ハンドル層から分離することができる。シリコンオンインシュレータウェハとハンドル基板との間の仮接合は、例えば、熱放出型または溶剤放出型のものである仮接合用接着剤から得られ得る。
【0024】
最終的な薄化工程は、シリコンウェットエッチングとシリコンドライエッチングの両方によって、または最終的にはドライエッチングもしくはウェットエッチングによって完了させることができる研削によって実現することができる。埋め込み層は最終的なノズルプレートの厚さを保証する。
【0025】
本発明のさらなる特徴および利点は、限定ではなく、本発明によるインクジェットプリントヘッドを製造する方法の好ましい実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【0026】
本発明の説明は、非限定的な例として与えられる添付の図面を参照して以下に提示される。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の技術分野のプリントヘッドの概略断面図である。
【図3a】インクジェットプリントヘッドの製造方法の第１の実施形態において実行される例示的なステップの１つを概略的に示す図である。
【図4a】インクジェットプリントヘッドの製造方法の第２の実施形態において実行される例示的なステップの１つを概略的に示す図である。
【図5a】インクジェットプリントヘッドの製造方法の第３の実施形態において実行される例示的なステップの１つを概略的に示す図である。
【図5b】インクジェットプリントヘッドの製造方法の第３の実施形態において実行される例示的なステップの１つを概略的に示す図である。
【図6a】インクジェットプリントヘッドの製造方法の第４の実施形態において実行される例示的なステップの１つを概略的に示す図である。
【図7a】インクジェットプリントヘッドの製造方法の第５の実施形態において実行される例示的なステップの１つを概略的に示す図である。
【図8a】インクジェットプリントヘッドの製造方法の第６の実施形態において実行される例示的なステップの１つを概略的に示す図である。
【図9】インクジェットプリントヘッドの製造方法の実施形態によって実施される薄化工程後のシリコンウェハ、および、単一のノズルプレートの拡大図を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
図面を参照して、本発明の方法によって製造されたプリントヘッドが、一般的にプリントヘッド１として示されている。
【0029】
本発明による方法は、能動吐出要素１１を含むシリコン基板１０を用意するステップを含む。好ましくは、能動吐出要素１１は、加熱要素であり、インク滴を発生させ、ノズル３１を通してインク滴を吐出するためにインクを加熱する。この場合、プリントヘッド１はサーマルインクジェットプリントヘッドである。代替的な実施形態では、能動吐出要素１１は、膜を変位させ、結果としてノズル３１からインクを押し出し、これを吐出されるようにするために電気的に作動される圧電要素である。そのような実施形態では、プリントヘッド１は圧電インクジェットプリントヘッドである。
【0030】
シリコン基板１０はまた、能動吐出要素１１に、予め設定されたパターンによって、印刷されるべく決定された媒体上にインクが吐出されるように、適切かつ選択的に指令するように構成された電気回路（図示せず）を含んでもよい。しかし、電気回路は他の場所に配置することもできる。
【0031】
本発明による方法は、インクが流れる液圧回路を形成するための液圧構造層２０を設けるステップをさらに含み、これは、当該層がインクの流れを誘導できるように構成されていることを意味する。
【0032】
好ましくは、液圧構造層２０は、その厚さが１０μｍと２００μｍとの間に含まれ得るポリマーフィルムである。
【0033】
さらに好ましくは、液圧構造層２０は、インクが能動吐出要素１１の作用を受ける吐出チャンバと、吐出チャンバにインクを誘導する供給チャネルとを形成する。好ましくは、インクはリザーバに貯蔵され、インク供給スロット（図示せず）を介して供給チャネルに到達する。
【0034】
本発明による方法は、インク液滴の吐出のための複数のノズル３１を有するシリコンオリフィスプレート３０を用意するステップをさらに含む。
【0035】
好ましくは、複数のシリコンオリフィスプレート３０が１つのシリコンウェハ４０から得られる（図９参照）。ノズル形成後、オリフィスプレート３０は、好ましくはダイシング工程によって互いに分離される。続いて、各オリフィスプレート３０は、それぞれのシリコン基板１０と位置合わせされ、それぞれのシリコン基板１０上に取り付けられる。
【0036】
本明細書の文脈では、オリフィスプレート３０は、好ましくは、上に簡単に示されているように得られる。図１に示すように、シリコン基板１０と、液圧構造層２０と、ノズル３１を備えるオリフィスプレート３０とが組み立てられて、プリントヘッド１が形成される。好ましくは、組み立て工程は、液圧構造層２０がシリコン基板１０とシリコンオリフィスプレート３０との間に位置するように実行される。
【0037】
好ましくは、組み立て工程は、シリコン基板１０、液圧構造層２０およびオリフィスプレート３０が圧縮され（例えば圧力は１バールと１０バールとの間を含む）、同時に加熱される（例えば、温度は１５０℃と２００℃との間を含む）熱圧縮部分工程を含む。熱圧縮部分工程の持続時間は、数分から数時間まで変化し得る。より詳細には、以下のようにしてオリフィスプレート３０を得ることができる。
【0038】
ウェハ４０の両側において第１の表面４１および第２の表面４２によって形成される実質的に平坦な延長部を有するシリコンオンインシュレータウェハ４０が用意される。実質的に平坦な延長部は、本出願の文脈において、ウェハの厚さ方向において、その最大横方向寸法の５％を超える程度まで数学的平面から外れていない延長部である。好ましくは、第１の表面４１および第２の表面４２は、１００ｎｍと数ミクロンまでの間の厚さの酸化ケイ素を含むか、または好ましくはそれから構成されるが、第１の表面４１および第２の表面４２を形成するために、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのような材料、または適切なフォトレジスト材料のような他の材料も適宜使用されてもよい。好ましくは、第１の表面４１と第２の表面４２とは互いに実質的に平行であり、これは、第１の表面４１と第２の表面４２との間の角度が５°以下、好ましくは１°以下であることを意味する。
【0039】
第１の表面４１および第２の表面４２は、距離Ｄだけ離れている。シリコンオンインシュレータウェハ４０は、例えば、１００μｍをわずかに上回り、３８０μｍまでの厚さを有することができる。好ましくは、シリコンオンインシュレータウェハ４０は２００μｍの厚さとすることができる。
【0040】
一般に、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハは、３つの異なる層、すわなち、その厚さＨが通常１００μｍ〜１０００μｍに及ぶ、シリコンからなるハンドル層３７と、ハンドル層３７よりもはるかに薄く、１μｍまたはそれよりわずかに小さい厚さを有することができる、シリコンからなるデバイス層３８とを備える。さらに、ＳＯＩは、その間に、通常数ミクロンまでの厚さの埋め込み絶縁層３９を備える。絶縁体層３９は、通常、酸化ケイ素からなることができるが、窒化ケイ素または炭化ケイ素のような他の絶縁材料も絶縁体層３９として選択することができる。
【0041】
本発明によれば、シリコンウェハ４０の第２の表面４２で薄化工程が実行される。このようにして、予め設定された高さＨを有する中央部分４３が除去される。予め設定された高さＨは、ＳＯＩウェハ４０のハンドル層３７の厚さまたは高さに等しい。好ましくは、高さＨは１００μｍと３６０μｍとの間に含まれ得る。特に好ましくは、高さＨは１２０μｍと１６０μｍとの間に含まれ得る。
【0042】
延長部を有する基部４４と、基部４４から同基部４４に対して横方向に延びる周辺部４５とによって形成される。この段階でのシリコンウェハ４０の形状が図９に概略的に示されている。周辺部４５の外面は、基部４４から、基部４４に対して垂直に延びることが好ましい。
【0043】
実際には、薄化工程の後、シリコンオンインシュレータウェハ４０は、例えば図３ｆおよび図９に示されるようなリング構造を有する。言い換えれば、薄化工程によって、シリコンオンインシュレータウェハ４０の厚さは、厚さがシリコンオンインシュレータウェハ４０の初期厚さに対して実質的に変化しないままである周辺部４５とは別に、低減する。このように成形されたシリコンオンインシュレータウェハ４０は、比較的厚い周辺部４５に起因して、手動でかつ／または自動製造ラインの自動システムによって容易に取り扱うことができ、同時に、十分に薄いオリフィスプレート３０をウェハ４０の内側部分から得るために使用することができる。これにより、周辺部４５を「ハンドリング部分」として用いることができる。
【0044】
ウェハ４０には、インクを吐出するノズル３１を各々が形成する複数の貫通孔が形成されている。
【0045】
上述したように、オリフィスプレート３０は、ノズル３１を形成した後にシリコンオンインシュレータウェハ４０を切断して複数のオリフィスプレートを得るダイシング工程によって得られることが好ましい。図９は、シリコンオンインシュレータウェハ４０が複数のオリフィスプレート３０をどのように含むかを概略的に示している。代替的に、オリフィスプレート３０を有するウェハ４０は、ウェハボンディングプロセスによって液圧構造層およびシリコン基板に直接接合することができる。このウェハボンディングは、直接ボンディングまたは接着層による間接ボンディングとすることができる。
【0046】
代替的に、オリフィスプレートを得るためのシリコンオンインシュレータウェハ４０のシリコンデバイス層３８は、デバイス層３８を、ウェハ、テープまたは同様の手段のようなさらなるハンドル基板に仮接合した後にウェハを薄化することによって、ハンドル層３７から分離することができる。シリコンオンインシュレータウェハ４０とハンドル基板との間の仮接合は、熱放出型または溶剤放出型のものである仮接合用接着剤によって得られ得る。最終的な薄化工程は、シリコンウェットエッチングとシリコンドライエッチングの両方によって、または最終的にはシリコンドライもしくはウェットエッチングによって完了させることができる研削もしくは化学機械研磨によっても実現することができる。絶縁体層３９は最終的なノズルプレートの厚さを保証する。
【0047】
特に、基部４４の一部としてオリフィスプレート３０が得られる。ダイシング工程によって、オリフィスプレート３０は、同じシリコンオンインシュレータウェハ４０上に形成された他の可能なオリフィスプレートから分離され、周辺部すなわちハンドリング部４５から分離されることが好ましい。
【0048】
シリコンオンインシュレータウェハ４０のデバイス層から開始する、提案されたプロセスフローを適用すると、デバイス層の厚さＤ１が、得られるオリフィス板の最終的な厚さを直接的に決定することができる。より詳細には、上記距離Ｄ、すなわち第１の表面４１と第２の表面４２との間の距離と中央部分４３の高さＨとの差に相当するデバイス層の厚さＤ１、すなわち、薄化工程によって除去される部分が、オリフィスプレート３０のノズル３１の長手方向の長さＬを規定する。
【0049】
換言すれば、ノズル３１の長手方向の長さＬは、ＳＯＩウェハ４０のデバイス層の厚さＤ１に等しい、基部４４の厚さと実質的に等しい。シリコンオンインシュレータウェハを使用しない場合には、これは、薄化工程の後で、シリコンウェハ４０の残りの基部４４がノズル３１の長手方向の長さＬを規定する厚さを有するように、中央部分４３の高さＨが決定されるべきであることを意味する。提案された方法を適用している間、シリコンオンインシュレータウェハ４０のデバイス層の厚さＤ１が、得られるオリフィスプレートの最終厚さを直接決定することができ、したがって従来技術の長時間の厚さチェック手順が回避される。実際、ＳＯＩウェハ４０の絶縁体層３９は、絶縁体材料、特に酸化ケイ素または二酸化ケイ素に対するエッチング選択性のために、薄化プロセスに対する停止層として働く。
【0050】
さらに、絶縁体層３９を除去する好ましい後続の工程の後に、結果として得られるシリコン表面は、酸化物エッチングプロセスがシリコンに対して選択的であり、それによって、シリコンデバイス層の表面が絶縁体を除去する機構に対する停止層として働くので、欠陥がない。
【0051】
薄化工程はエッチングによって行うことができることが有効である。薄化エッチング工程はウェットエッチング工程であることが好ましい。代替的に、反応性イオンエッチングプロセスまたはドライエッチングプロセスを薄化工程に適用してもよい。両方の場合において、酸化ケイ素材料に対するエッチング選択性により、絶縁体層プロセス。
【0052】
薄化工程は、以下の部分工程を含むことが好ましい：少なくとも第２の表面４２のマスキング材料の堆積。マスキングは、シリコンオンインシュレータウェハ４０全体に対して実行される酸化プロセスによって実行されることが好ましい。したがって、少なくとも第２の表面４２、好ましくはシリコンウェハ４０全体に、酸化物の層が形成される；得られるべき周辺部４５に対応する第２の表面４２に対する、特に周辺ゾーンに対する外部リングの保護；この保護は、フォトリソグラフィマスキングプロセス、保護テープ、またはウェハホルダを使用することによって得ることができる。ウェハホルダは、マスキング材量のエッチング中に、言及した外部リングだけでなく、ウェハ裏面も保護することができることに留意されたい。したがって、このようなエッチングは、必ずしも乾式である必要はないが、これらの状況下では、湿式であってもよい；保護によって覆われていないマスキング材料の部分の除去；
中央部分４３、すなわちマスキング層によって覆われていないシリコンウェハの部分の、好ましくはウェットエッチング作用による除去；
マスキング材料層の少なくとも部分的な除去；
埋め込み酸化物、すなわち、絶縁体層３９の少なくとも部分的な除去。
【0053】
代替的に、薄化工程は、反応性イオンエッチング、ドライエッチング、機械研削または化学機械研磨によって行うことができる。研削の場合、研削機械によって操作される砥石が、いかなる保護および／または酸化物層をも必要とせずに中央部分４３を除去することを可能にする。研磨工程は、通常、研削工程の後に行われ、研削工程中に生成された研削痕および表面下クラックを除去する。
【0054】
好ましい方法は、シリコンオンインシュレータウェハ４０のデバイス層３８に複数の貫通孔を形成する工程をさらに含み、各貫通孔はインクの吐出のためのそれぞれのノズル３１を形成する。貫通孔は基部４４に形成されることが好ましい。
【0055】
記載された好ましい実施形態では、薄化工程の前に各ノズル３１が形成されることに留意されたい。ノズルの幾何形状は、インクの流れに対する抵抗を低減するとともに、微小電気機械デバイスにわたるノズルの均一性を改善するために選択されるべきである。
【0056】
ノズルの幾何形状によって、空気のトラッピングを低減または除去することもできる。各ノズル３１は、上部３２と底部３３とを備えることが好ましく、後者は上部３２と軸方向に整列している。本明細書において、「上」および「底」は、ノズルプレートが取り付けられるプリントヘッドウェハに対するノズルの部分の位置を指し、「底」部は液圧構造層２０により近く、直に面しており、一方で「上」部は液圧構造層２０からより遠い。
【0057】
上部３２の上部断面は、正方形、円形または異なる形状とすることができる。
【0058】
底部３３は、長方形または円形の上部断面を有することができる。各ノズル３１の上部３２は、実質的に円筒形の形状を有することが好ましい。各ノズル３１の底部３３は、実質的に円錐台の形状を有することが好ましい。
【0059】
ノズル３１の長手方向の長さＬは、上部３２の長手方向の長さに底部３３の高さを加えた寸法によって規定される。オリフィスプレート３０のノズル３１の上部３２は、上部エッチング工程と呼ばれるエッチング工程によって得られることが好ましい。上部エッチング工程はドライエッチング工程であることが好ましい。
【0060】
記載された好ましい実施形態では、シリコンオンインシュレータウェハ４０のデバイス層３８内に、その第１の表面４１において、複数の実質的に円筒形のキャビティ５０が形成される、上部エッチング工程、好ましくはドライエッチング工程が実行される。実質的に円筒形のキャビティ５０の各々の少なくとも一部は、それぞれのノズル３１の上部３２を形成する。実質的に円筒形のキャビティ５０の各々は、シリコンオンインシュレータウェハ４０の第１の表面４１に第１の長手方向端部５１を有し、第１の長手方向端部５１とは反対側にある第２の長手方向端部５２を有する。
【0061】
オリフィスプレート３０のノズル３１の底部３３は、底部エッチング工程と呼ばれるエッチング工程によって得られることが好ましい。
【0062】
底部エッチング工程は異方性ウェットエッチング工程であることが好ましい。
【0063】
図３，図４，および図５の実施形態では、好ましくは円錐台形状を有する複数の底部３３が、図２に示すように、実質的に円筒状のキャビティ５０の各々の第２の端部５２において形成され、それによって、オリフィスプレート３０のノズル３１が得られる、底部エッチング工程、好ましくは異方性ウェットエッチング工程が実行される。
【0064】
図６および図７の実施形態では、好ましくは円錐台形状を有する複数の底部３３が、例えば、図２および図７ｈに示すように、実質的に円筒状のキャビティ５０の各々の第１の端部５１において形成され、それによって、オリフィスプレート３０のノズル３１が得られる、底部エッチング工程、好ましくは異方性ウェットエッチング工程が実行される。代替的に、図８の実施形態で説明するように、ノズル３１は、単一の部分３４のみを含むにすぎない。そのような場合、ノズル３１は、底部エッチング工程に関して上述したような円錐台形状を有することが好ましい。ノズルエッチング工程は異方性ウェットエッチング工程であることが好ましい。
【0065】
上部エッチング工程、底部エッチング工程およびノズルエッチング工程はいずれも、酸化、マスキング、特にフォトレジスト膜の堆積、フォトレジスト膜によって覆われていない酸化物の除去、酸化物によって覆われていないシリコンの除去、ならびに、残留するフォトレジスト膜および酸化物の除去、の部分工程を含むことが好ましい。この方法はまた、第１のマスクを用いた上部エッチング工程のマスキング工程と、第２のマスクを用いた底部エッチング工程のマスキング工程とをも含むことができ、第１のマスキング工程と第２のマスキング工程は両方とも、第１の表面上で実行される。上部エッチング工程と底部エッチング工程との位置合わせが、第１の表面上の単一のマスクを用いて行われることも可能である。
【0066】
これらの種類のプロセスは、当技術分野で公知であり、したがって、さらに詳細には開示されない。
【0069】
より詳細には、図３に示す第１の実施形態では、実質的に円筒形のキャビティ５０の長手方向の長さは、それぞれのノズル３１の上部３２の長さと実質的に等しい。したがって、実質的に円筒形のキャビティ５０の長手方向の長さは、基部４４の厚さよりも短く、言い換えれば、デバイス層３８の厚さよりも短い。
【0070】
図４、図６および図７にそれぞれ示される第２の実施形態、第４の実施形態および第５の実施形態では、実質的に円筒形のキャビティ５０の長手方向の長さは、基部４４の厚さに等しく、換言すれば、デバイス層３８の厚さに等しい。特に、第２の実施形態では、上部エッチング工程がＳＯＩウェハ４０の第１の表面４１で行われ、底部エッチング工程がＳＯＩウェハの第２の表面４２で行われるので、この特徴は有利である。このように、薄化工程の後に第２の表面４２から絶縁体層を介して見える実質的に円筒形のキャビティ５０の第２の端部５２は、底部エッチング工程のマスキング工程のための位置基準として使用することができ、それによって、それぞれの上部３２との適切な整列に従って底部３３を形成することができる。
【0071】
図６に示す第４の実施形態では、この特徴は、底部エッチング工程で使用されるマスクが同じ第１の表面４１上に存在する特徴を用いて位置合わせされるので有利である。したがって、実質的に円筒形のキャビティ５０は、実際の貫通孔を得るために、基部４４の厚さに等しいように、言い換えれば、デバイス層３８の厚さに等しいように、十分に長くなければならない。
【0072】
図７に示す第５の実施形態では、このような実施形態は、同じ第１の表面４１上に上部および底部を形成するために１つのマスクのみを使用するというさらなる利点を有するので、同様に有利である。したがって、実質的に円筒形のキャビティ５０は十分に長くなければならない。その長さは、実際の貫通孔を得るために、基部４４の厚さに等しい、言い換えれば、デバイス層３８の厚さに等しい。
【0073】
好ましくは、図５に概略的に示されているように、第３の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造方法は、基部４４の厚さに等しい、言い換えれば、デバイス層３８の厚さに等しい長さを有する１つまたは複数の基準キャビティ６０が、第１の表面４１に形成される形成工程（図５ｂ）を含む。特に、形成工程は、薄化工程の前に行われる。同様に、実質的に円筒形のキャビティ５０の長手方向の長さは、ノズル３１の上部３２の長さに実質的に等しくすることができる。底部エッチング工程に含まれるマスキング工程の位置基準は、薄化工程が実行された後で、かつ底部エッチング工程が実行される前に、ＳＯＩウェハ４０の第２の表面４２から酸化ケイ素層を介して見える基準キャビティ６０によって提供される。
【0074】
ノズル３１が形成され、薄化工程が実行された後、シリコンウェハ４０は、各々がそれぞれのオリフィスプレートを形成する別々の部分で切断されることが好ましい。プリントヘッド１のオリフィスプレート３０は、シリコンオンインシュレータウェハ４０から得られるオリフィスプレートの１つである。
【0075】
代替的に、ノズルプレートを有するシリコンウェハは、ウェハボンディングプロセスによってプリントヘッドウェハに直接接合することができる。このウェハボンディングは、直接ボンディングまたは接着層による間接ボンディングとすることができる。
【0076】
多くの図において、ノズル３１とシリコンウェハ４０の半径方向外側部分４５との間の距離が図示されたものよりもはるかに大きくなり得ることを示すために、２つの中断記号７０が存在することに留意されたい。実際には、シリコンウェハ４０には多数のノズル３１が形成されており、明確にするために、それらのうちの２つだけが図面に示されている。
【0077】
第１の実施形態図３ａ〜図３ｇは、好ましいプロセス選択による第１の実施形態の基本的な方法ステップを概略的に示す。第１の実施形態では、酸化ケイ素が、ＳＯＩウェハ４０の両面４１，４２上のマスキング層として使用される。図３ａの方法ステップにおいて、シリコンオンインシュレータウェハ４０が用意され、酸化ケイ素層４６が、好ましくは熱酸化によって、シリコンオンインシュレータウェハ４０の外面上に形成される。
【0078】
図３ａのある領域の拡大図を示す図３ｂの方法ステップでは、第１のリソグラフィプロセスおよびその後のエッチング、好ましくはドライエッチングによって、酸化ケイ素の複数の部分が第１の表面４１から除去される。酸化物が除去される各領域は、それぞれのノズルに対応する。
【0079】
図３ｃの方法ステップでは、実質的に円筒状のキャビティ５０が形成されるように、上記で「上部エッチング工程」と呼ばれているシリコンドライエッチングプロセスが実行される。
【0080】
この実施形態では、実質的に円筒形のキャビティ５０の長手方向の長さは、ノズル３１の、実質的に円筒形の形状を有することが好ましい上部３２の長手方向の長さと実質的に等しい。次に、実質的に円筒状のキャビティ５０の表面も酸化ケイ素の層で覆うように、別の酸化プロセスが実行される。図３ｄの方法ステップでは、第２の表面４２から酸化物の中央部分を除去するために酸化物エッチングが行われる。フォトリソグラフィマスキングプロセス、保護テープ、またはウェハホルダを使用することによって、外部リングの保護を得ることができる。この酸化物エッチングプロセスは、ウェットエッチングによって行われることが好ましい。
【0081】
図３ｅの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０の中央部分４３が、第２の表面４２に作用して、シリコンウェットエッチングによって、代替的に研削またはドライエッチングによって除去される「薄化工程」が実施される。結果として、シリコンオンインシュレータウェハ４０は、この時点で、基部４４および周辺部４５によって形成される。
【0082】
周辺部４５の傾斜面７１が酸化ケイ素の層で覆われるように、別の酸化プロセスが実行される。図３ｆの方法ステップでは、リソグラフィプロセスと酸化物ドライエッチングとの組み合わせによって、ノズル３１が形成されることになっているところで、すなわち、すでに形成されている実質的に円筒形のキャビティ５０に対応する位置において、ＳＯＩの絶縁体層３９が除去される。
【0083】
図３ｇの方法ステップにおいて、シリコン異方性ウェットエッチングプロセス、すなわち、上述の「底部エッチング工程」が、ノズル３１の、好ましくは円錐台形状を有する底部３３を形成するように、酸化物、すなわち絶縁体層３９が除去されている、シリコンの円錐台部分を除去する。その後、実質的に円筒形のキャビティ５０の各々を、好ましくは円錐台形状を有するそれぞれの底部３３と分離する酸化物層を除去するために、酸化物ウェットエッチングが実施され、ノズル３１の形成を完了する。最後に、必要に応じて、酸化物の層で構造全体を覆うために、別の酸化工程を行うことができる。
【0085】
図４ａの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０が用意される。酸化ケイ素層４６が、好ましくは熱酸化によって、シリコンオンインシュレータウェハ４０の外面上に形成される。
【0086】
図４ａのある部分の拡大図を示す図４ｂの方法ステップでは、第１のリソグラフィプロセスおよびその後のエッチング、好ましくはドライエッチングによって、酸化ケイ素の複数の部分が第１の表面４１から除去される。酸化物が除去される各領域は、それぞれのノズルに対応する。
【0087】
図４ｃの方法ステップでは、実質的に円筒状のキャビティ５０が形成されるように、上記で「上部エッチング工程」と呼ばれているシリコンドライエッチングプロセスが実行される。この実施形態では、円筒形キャビティ５０の長手方向の長さは、基部４４の厚さに実質的に等しく、言い換えれば、デバイス層３８の厚さに等しい。次に、実質的に円筒状のキャビティ５０の表面も酸化ケイ素の層４９で覆うように、別の酸化方法が実行される。
【0088】
図４ｄの方法ステップでは、第２の表面４２から酸化物の中央部分を除去するために酸化物エッチングが行われる。フォトリソグラフィマスキング方法によって、保護テープによって、またはウェハホルダを使用することによって、外部リングの保護を代替的に得ることができる。この酸化物エッチングプロセスは、ウェットエッチングによって行われることが好ましい。
【0089】
図４ｅの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０の中央部分４３が、第２の表面４２に作用して、シリコンウェットエッチングによって、代替的に研削またはドライエッチングによって除去される「薄化工程」が実施される。結果として、シリコンオンインシュレータウェハ４０は、この時点で、基部４４および周辺部４５によって形成される。さらに、周辺部４５の傾斜面７１が酸化ケイ素の層で覆われるように、別の酸化プロセスが実行される。
【0090】
実質的に円筒形のキャビティは、この時点で、絶縁体層３９の埋め込み酸化物を介して第２の表面４２からも見える貫通孔であることに留意されたい。この特徴は、裏側から、すなわち第２の表面４２の側から始まるノズルの円錐台部分の形成のための明瞭、正確で信頼できる視覚的基準を提供するので有利である。
【0091】
図４ｆの方法ステップでは、リソグラフィプロセスと酸化物ドライエッチングとの組み合わせによって、ノズル３１が形成されることになっているところで、すなわち、すでに形成されている実質的に円筒形のキャビティ５０に対応する位置において、酸化物の一部、すなわち絶縁体層３９の酸化物が除去される。さらに、シリコン異方性ウェットエッチングプロセス、すなわち、上述の「底部エッチング工程」が、好ましくは円錐台形状を有する、ノズル３１の底部３３を形成するように、酸化物、すなわち絶縁体層３９の酸化物が除去されている、シリコンの円錐台部分を除去する。
【0092】
図４ｇの方法ステップでは、例えばノズル３１に残っている酸化物のような不要な酸化物を除去するために、酸化物ウェットエッチングが行われる。最後に、所望に応じて、酸化物の層で構造全体を覆うために、さらなる酸化工程を行うことができる。
【0093】
第３の実施形態図５ａ〜図５ｇは、第３の実施形態の基本的な方法ステップを概略的に示す。 第３の実施形態では、酸化ケイ素が、ＳＯＩウェハの両面上のマスキング層として使用される。図５ａの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０が用意される。酸化ケイ素層４６が、好ましくは熱酸化によって、シリコンオンインシュレータウェハ４０の外面上に形成される。
【0094】
図５ｂの方法ステップでは、第１のリソグラフィプロセスおよびその後の酸化物エッチング、好ましくはドライエッチングを通じて、および、第１の表面４１上で実施されるシリコンエッチング法によって、複数の基準キャビティ６０が形成される。
【0095】
その後、酸化プロセスが実行される。基準キャビティ６０は、それぞれのノズルの一部にならず、ノズル３１の形成のための位置基準として使用される。
【0096】
図５ｂのある部分の拡大図を示す図５ｃの方法ステップでは、第１のリソグラフィプロセスと位置合わせされる第２のリソグラフィプロセスおよびその後のエッチング、好ましくはドライエッチングによって、酸化ケイ素の複数の部分４７が第１の表面４１上の酸化ケイ素層から除去される。酸化物が除去される各領域は、それぞれのノズルに対応する。
【0097】
図５ｄの方法ステップでは、シリコンドライエッチングプロセス、すなわち上述の「上部エッチング工程」が実行され、それによって、第１の表面４１に、それぞれのノズル３１の、好ましくは実質的に円筒形の形状を有する、それぞれの上部３２を形成する実質的に円筒形のキャビティ５０が形成される。この実施形態では、実質的に円筒形のキャビティ５０の長手方向の長さは、ノズル３１の、実質的に円筒形の形状を有することが好ましい上部３２の長手方向の長さと実質的に等しい。次に、実質的に円筒状のキャビティ５０の表面も酸化ケイ素の層４９で覆うように、別の酸化プロセスが実行される。
【0098】
図５ｅの方法ステップでは、第２の表面４２から酸化物の中央部分を除去するために酸化物エッチングが行われる。フォトリソグラフィマスキングプロセス、保護テープ、またはウェハホルダを使用することによって、外部リングの保護を得ることができる。この酸化物エッチングプロセスは、ウェットエッチングによって行われることが好ましい。
【0099】
図５ｆの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０の中央部分４３が、第２の表面４２に作用して、シリコンウェットエッチングプロセスによって、代替的に研削またはドライエッチングによって除去される「薄化工程」が実施される。結果として、シリコンオンインシュレータウェハ４０は、この時点で、基部４４および周辺部４５によって形成される。
【0100】
図５ｇの方法ステップにおいて、周辺部４５の傾斜面が酸化ケイ素の層で覆われるように、別の酸化プロセスが実行される。前の工程の酸化物ウェットエッチングの後、基準キャビティ６０は、この時点で、第１の表面４１および第２の表面４２の両方から見える貫通孔であることに留意されたい。したがって、基準キャビティ６０は、ノズル３１の形成のために実行される残りのステップのための位置基準として使用することができる。
【0101】
第２の実施形態について説明したように、リソグラフィプロセスと酸化物ドライエッチングとの組み合わせによって、ノズル３１が形成されることになっているところで、すなわち、すでに形成されている実質的に円筒形のキャビティ５０に対応する位置において、酸化物の一部、すなわち絶縁体層３９の酸化物が除去される。その後、第１の表面４１とは反対側の基部４４の下面４４ａにおいて、一連のリソグラフィプロセス、酸化膜ドライエッチングおよびシリコン異方性ウェットエッチングが実施される。
【0102】
同様に、好ましくは円錐台形状のノズル３１の底部３３が形成され、それらの各々はそれぞれの実質的に円筒形のキャビティ５０に対応する。
【0103】
最後に、酸化物ウェットエッチングプロセスが、例えばノズル３１に残っている酸化物などの不要な酸化物を除去し、必要に応じて、酸化物の層で構造全体を覆うために別の酸化工程を行うことができる。
【0104】
第４の実施形態図６ａ〜図６ｉは、第４の実施形態の基本的な方法ステップを概略的に示す。第４の実施形態では、酸化ケイ素が、ＳＯＩウェハの両面上のマスキング層として使用される。図６ａの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０が用意される。酸化ケイ素層４６が、好ましくは熱酸化によって、シリコンオンインシュレータウェハ４０の外面上に形成される。
【0105】
図６ａに対する拡大領域を示す図６ｂの方法ステップでは、第１のリソグラフィプロセスおよびその後のエッチング、好ましくはドライエッチングによって、酸化ケイ素の複数の部分が第１の表面４１から除去される。酸化物が除去される各領域は、それぞれのノズルに対応する。
【0106】
図６ｃの方法ステップでは、実質的に円筒状のキャビティ５０が形成されるように、上記で「上部エッチング工程」と呼ばれているシリコンドライエッチングプロセスが実行される。この実施形態では、円筒形キャビティ５０の長手方向の長さは、基部４４の厚さに実質的に等しく、言い換えれば、デバイス層３８の厚さに等しい。
【0107】
次に、実質的に円筒状のキャビティ５０の表面も酸化ケイ素の層４９で覆うように、酸化プロセスが実行される。
【0108】
図６ｄの方法ステップでは、一連のリソグラフィプロセスおよび酸化物ドライエッチングによって、実質的に円筒形のキャビティ５０の周りの酸化物の部分が除去される。円筒形キャビティ５０は、本明細書において上述したリソグラフィプロセス中に被着されたレジストマスク４８によって、この酸化ケイ素ドライエッチングプロセス中に保護される。
【0109】
図６ｅの方法ステップにおいて、レジスト除去の後、異方性シリコンウェットエッチングプロセス、すなわち、上述の「底部エッチング工程」が、第１の表面４１上に、好ましくは円錐台形状を有する底部３３を形成し、ここで、前のステップにおいて、酸化物が除去されている。
【0110】
図６ｆの方法ステップにおいて、酸化物ウェットエッチングプロセスが、例えばノズル３１に残っている酸化物などの不要な酸化物を除去し、新たな酸化物の層９１で構造全体を覆うために別の酸化工程が行われる。
【0111】
図６ｇの方法ステップでは、第２の表面４２から酸化物の中央部分を除去するために酸化物エッチングが行われる。フォトリソグラフィマスキングプロセス、保護テープ、またはウェハホルダを使用することによって、外部リングの保護を得ることができる。この酸化物エッチングプロセスは、ウェットエッチングによって行われることが好ましい。
【0112】
図６ｈの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０の中央部分４３が、第２の表面４２に作用して、シリコンウェットエッチングによって、代替的に研削またはドライエッチングによって除去される「薄化工程」が実施される。結果として、シリコンオンインシュレータウェハ４０は、この時点で、基部４４および周辺部４５によって形成される。
【0113】
図６ｉの方法ステップにおいて、酸化物ウェットエッチングプロセスが、例えばノズル３１に残っている酸化物などの不要な酸化物を除去し、必要に応じて、新たな酸化物の層９２で構造全体を覆うために別の酸化工程を行うことができる。
【0115】
図７ａの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０が用意される。１，４００ｎｍの厚さを有することが好ましい酸化ケイ素層４６が、好ましくは熱酸化によって、シリコンオンインシュレータウェハ４０の外面上に形成される。
【0116】
図７ａのある部分の拡大図を示す図７ｂの方法ステップでは、第１のリソグラフィプロセスおよびその後のエッチングによって、酸化ケイ素の複数の部分４７が第１の表面４１から除去される。単一のマスクが利用されて、ノズルの底部および上部の縁部が規定される。酸化物が除去される各領域は、それぞれのノズルに対応する。酸化ケイ素層の厚さの約半分、例えば、この方法のステップでは約７００ｎｍが除去される。図７ｂの方法ステップにおける酸化物エッチングは、ドライエッチングによって行われることが好ましい。
【0117】
図７ｃの方法ステップでは、第２のリソグラフィプロセスによって、酸化ケイ素層がポジティブフォトレジスト４８で覆われ、これは次に露光され、現像され、ノズル９０の上部に対応する酸化物の被覆されていない部分が露出される。
【0118】
図７ｄの方法ステップでは、ステップ７ｃの後に露出した酸化ケイ素部分のエッチングが行われ、ノズルに対応する領域の酸化ケイ素が完全に除去され、その周囲の領域において、厚さが例えば、約７００ｎｍに低減される。ステップ７ｄにおける酸化物エッチングは、ドライエッチングによって行われることが好ましい。
【0119】
図７ｅの方法ステップでは、実質的に円筒状のキャビティ５０が形成されるように、上記で「上部エッチング工程」と呼ばれているシリコンドライエッチングプロセスが実行される。使用中のシリコンオンインシュレータウェハ４０の絶縁体層３９の酸化物は、円筒形キャビティドライエッチング工程の間にエッチング停止層として作用する。
【0120】
実質的に円筒形のキャビティ５０の長手方向の長さは、将来の基部４４の厚さに実質的に等しく、言い換えれば、デバイス層３８の厚さに等しい。その後、１４０ｎｍの厚さを有することが好ましい酸化ケイ素層４９が、好ましくは熱酸化によって、実質的に円筒形のキャビティ５０の壁上に形成される。
【0121】
図７ｆの方法ステップでは、第３のリソグラフィプロセスによって、酸化ケイ素層がネガティブフォトレジスト５３で覆われ、これは、実質的に円筒形のキャビティ５０に対応する部分を被覆し、酸化ケイ素層の残りの部分を被覆されていないままにするために、次に露光され、現像される。コーティングは、ネガティブフォトレジストドライフィルムの蒸着によって、または液体ネガティブフォトレジストのスプレーコーティングによって提供することができる。
【0122】
図７ｇの方法ステップでは、前のステップにおいて露出した酸化ケイ素部分のエッチングが行われ、ノズル底部３３の縁部に対応する領域５４の酸化ケイ素が完全に除去され、その周囲の領域において、厚さが例えば、約７００ｎｍに低減される。ステップ７ｇにおいて説明されている酸化物エッチングは、ドライエッチングによって行われることが好ましい。その後、フォトレジストが除去される。
【0123】
図７ｈの方法ステップにおいて、異方性シリコンウェットエッチングプロセス、すなわち、上述の「底部エッチング工程」が、好ましくは円錐台形状を有する底部３３を形成し、ここで、前のステップにおいて、酸化物が除去されている。
【0124】
元のウェハ領域にズームアウトされている図７ｉの方法ステップでは、酸化ケイ素のエッチングが実行され、ノズル３１の内部に残っている酸化物も含めて、ウェハの前後の酸化ケイ素層が完全に除去される。この酸化物エッチング方法は、ウェットエッチングによって行われることが好ましい。その後、１４０ｎｍの厚さを有することが好ましい新たな酸化ケイ素層９１が、好ましくは熱酸化によって、表面全体に形成される。
【0125】
図７ｊの方法ステップでは、第２の表面４２から酸化物の中央部分を除去するために酸化物エッチングが行われる。フォトリソグラフィマスキングプロセス、保護テープ、またはウェハホルダを使用することによって、外部リングの保護を得ることができる。この酸化物エッチングプロセスは、ウェットエッチングによって行われることが好ましい。
【0126】
図７ｋの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０の中央部分４３が、第２の表面４２に作用して、シリコンウェットエッチングによって（代替的に研削またはドライエッチングによって）除去される「薄化工程」が実施される。結果として、シリコンオンインシュレータウェハ４０は、この時点で、基部４４および周辺部４５によって形成される。
【0127】
図７ｌの方法ステップにおいて、酸化物湿式エッチングプロセスが、シリコンオンインシュレータウェハ４０上の全ての酸化物層を完全に除去する。特に、これは絶縁体層３９の酸化物も除去し、したがって、ノズル上部に開口部を形成する。最後に、必要に応じて、新たな酸化物層９２を提供するために最終的な酸化プロセスを行うことができる。
【0129】
図８ａの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０が用意される。酸化ケイ素層４６が、好ましくは熱酸化によって、シリコンオンインシュレータウェハ４０の外面上に形成される。
【0130】
図８ａのある部分の拡大図を示す図８ｂの方法ステップでは、リソグラフィプロセスおよびその後のエッチング、好ましくはドライエッチングによって、酸化ケイ素の複数の部分４７が第１の表面４１から除去される。酸化物が除去される各領域は、それぞれのノズルに対応する。
【0131】
図８ｃの方法ステップにおいて、異方性シリコンウェットエッチングプロセスが、好ましくは実質的に円錐台形状を有する単一の部分３４を形成し、ここで、前のステップにおいて、酸化物が除去されている。このステップでは、ピラミッド基部幅は、ピラミッドまたは切頭ピラミッドの最終高さがシリコンデバイスの厚さ３８に等しくなるように選択される。
【0132】
図８ｄの方法ステップ（元のウェハ領域にズームアウトされている）において、第１の表面４１および第２の表面４２の両方から酸化ケイ素を除去するために、酸化物ウェットエッチングが実行される。その後、１４０ｎｍの厚さを有することが好ましい新たな酸化ケイ素層９１が、好ましくは熱酸化によって、表面全体に形成される。
【0133】
図８ｅの方法ステップでは、第２の表面４２から酸化物の中央部分を除去するために酸化物エッチングが行われる。フォトリソグラフィマスキングプロセス、保護テープ、またはウェハホルダを使用することによって、外部リングの保護を得ることができる。この酸化物エッチングプロセスは、ウェットエッチングによって行われることが好ましい。
【0134】
図８ｆの方法ステップでは、シリコンオンインシュレータウェハ４０の中央部分４３が、第２の表面４２に作用して、シリコンウェットエッチングによって、代替的に研削またはドライエッチングによって除去される「薄化工程」が実施される。結果として、シリコンオンインシュレータウェハ４０は、この時点で、基部４４および周辺部４５によって形成される。
【0135】
図８ｇの方法ステップでは、酸化物ウェットエッチングプロセスが不要な酸化物を除去し、最後に、所望に応じて、さらなる酸化工程を実行して新たな酸化物層９２を提供することができる。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図3e】
【図3f】
【図3g】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図4f】
【図4g】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図5d】
【図5e】
【図5f】
【図5g】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図6d】
【図6e】
【図6f】
【図6g】
【図6h】
【図6i】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図7d】
【図7e】
【図7f】
【図7g】
【図7h】
【図7i】
【図7j】
【図7k】
【図7l】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図8d】
【図8e】
【図8f】
【図8g】
【図9】