JP2000272137A

JP2000272137A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000272137A
Application number: JP8515999A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】インクジェットプリンタなどの画像記録装置の
性能として、高速印字、高密度印字の要求が高まってい
る。そのためには、ノズルや吐出室を高密度に並べなけ
ればならないが、吐出室を高密度に並べると、第１の基
板のエッチングされない領域が小さくなり、吐出室、振
動板や共通インク室を形成した第１の基板は非常に強度
の低いものとなってしまい、吐出室、振動板や共通イン
ク室を形成するためのエッチングの途中で、或いは、そ
の後の工程において、破損による歩留まりの低下を招く
ことになる。この従来の問題点を解決し、ノズル及び吐
出室を高密度に効率的に作製する。【解決手段】振動板／液室基板１となるシリコン基板
２１と電極基板２を接合した後、シリコン基板２１に異
方性エッチングを施し、吐出室６となる凹部１１及び振
動板１０を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びその製造方法に関し、特に記録装置に関し吐出室をシ
リコン基板で形成するインクジェットヘッド及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置として用いるインクジェット記録装置にお
いて使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出
するノズル（ノズル孔、吐出室、オリフィス、吐出口等
とも称される。）と、このノズルが連通する吐出室（圧
力室、加圧液室、液室、インク流路等とも称される。）
と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生
するエネルギー発生手段（アクチュエータ手段）とを備
えて、エネルギー発生手段を駆動することで吐出室内イ
ンクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるもので
あり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するイン
ク・オン・デマンド方式のものが主流である。

【０００３】従来、吐出室内のインクを加圧するエネル
ギーを発生するエネルギー発生手段に２つの電極間に発
生する静電力を用いる静電型インクジェットヘッドとし
て、特開平６−７１８８２号公報に記載されているよう
に、吐出室の壁面を形成する振動板を静電気力によって
変形させることで吐出室内容積を変化させてインク滴を
吐出させるインクジェットヘッドが提案されている。

【０００４】上述した公報に記載されている従来の静電
型インクジェットヘッドについて図１８乃至図２０を参
照して説明する。図１８を参照して、このインクジェッ
トヘッドは３枚の基板１０１，１０２、１０３を重ねて
接合した積層構造をなし、第３の基板１０３に設けたノ
ズル穴１０４よりインク滴を吐出させるようにしたもの
である。

【０００５】ここで、中間の第1の基板１０１は、シリ
コン基板であり、底壁を振動板１０５とする吐出室１０
６を構成することになる凹部１１２と、凹部１1２の後
部に設けられた流体抵抗部１０７を構成することになる
インク流入ロのための細溝１１３と、各吐出室１０６に
インクを供給するための共通インク室１０８を構成する
ことになる凹部１１４を有する。

【０００６】この第1の基板1０１の下面に接合される下
側の第２の墓板１０２にはパイレックスガラス(ホウ珪
酸ガラス)を使用し、この基板２に個別電極１２１を装
着するための凹部１２５を０．５μｍエッチングするこ
とにより、第1の基板１０１と第２の基板１０２とを接
合した状態で、振動板１０５と第２の基板１０２上の個
別電極１２１とのギャップを形成する。

【０００７】この凹部２５はその内部に個別電極１２
１、リード部１２２及び端子部１２３を装着できるよう
に電極部形状に類似したやや大きめの形状にパターン形
成することで作製する。個別電極１２１は凹部１２５内
に金を０．１μｍスパッタして形成する。さらに、端子
部１２３もボンデイングのための金をスパッタしてい
る。基板１０２と基板１０１を接合することによって、
振動板１０５と個別電極１２１との間に０．４μｍの微
小ギャップが形成される。

【０００８】さらに、第１の基板１０１の上面に接合す
る第３の基板１０３には、厚さ１００μｍのＳＵＳ板を
用いて、基板１０３の面部に吐出室用の凹部１１２と連
通するようにそれぞれノズル１０４を設け、また共通イ
ンク室用の凹部１１４と連通するようにインク供給口１
３１を設ける。インク供給口１３１は、接続パイプ１３
２及びチューブ１３３を介して図示しないインクタンク
に接続される。

【０００９】ここで、基板１０１には結晶面方位（１０
０）の単結晶シリコン基板を用いている。すなわち、図
１９に示すように、そのシリコン基板を両面研磨し、厚
さ２００μｍのシリコン基板１３５を作製し、このシリ
コン基板１３５に酸素及び水蒸気雰囲気中で熱酸化処理
を施し、同図（ａ）に示すようにシリコン基板１３５の
両面に酸化膜１３６、１３７を形成する。

【００１０】次いで、上面の酸化膜１３６上に、吐出室
１０６、流体抵抗部１０７、共通インク室１０８の形状
に相当するフォトレジストパターンを形成し、フッ酸系
エッチング液にて酸化膜１３６の露出部分をエッチング
除去した後、フォトレジストパターンを除去する（同図
（ｂ）)。次に、厚さ２００μｍのシリコン基板１３５
に、深さ１７０μｍのアルカリ液による異方性エッチン
グを施し、残った酸化膜１３６及び１３７を除去し、厚
さが３０μｍの振動板１０５を形成する(同図（ｃ）)。

【００１１】ところで、高解像度の画像を高速に印字す
るためには、ノズル１０４や凹部１１２、振動板１０５
を高密度に並べる必要がある。図２０は第１の基板１０
１の他の例を示すもので、第1の基板１０１に結晶面方
位（１１０）のシリコン基板を用いており、（１１０）
面方位のシリコン基板では、周知のように（１１１）面
が（１１０）面の基板表面と<１１２>方向で直交してお
り、すなわちアリカリ液を用いた異方性エッチングによ
り基板表面に対して垂直な壁構造を形成することができ
る。このことを利用して、ノズル、吐出室などからなる
インクジェット構成単位を多数配置する場合のピッチ間
隔を狭めて、ノズルの高密度化を実現することができ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のインク
ジェットヘッドにあっては、吐出室１０６や共通インク
室１０８を形成した第1の基板１０１と、凹部１２５や
個別電極１２１などを形成した第２の基板１０２を接合
して、インクジェットヘッドを構成している。

【００１３】ところで、インクジェットプリン夕などの
画像記録装置（画像形成装置を含む意味で用いる。）の
性能として、高速印字、高密度印字が要求が高まってお
り、高速印字、高密度印字のためには、第1にノズル数
を増やすことが直截的であるが、ノズル数を増やしても
ヘッドの大きさは極力小さくしなければならない。

【００１４】そのためには、必然的にノズル１０４や吐
出室１０６を高密度に並べなければならないが、吐出室
１０６を高密度に並べると、第１の基板１０１のエッチ
ングされない領域が小さくなり、吐出室１０６、振動板
１０５や共通インク室１０８を形成した第１の基板１０
１は非常に強度の低いものとなってしまい、吐出室１０
６、振動板１０５や共通インク室１０８を形成するため
のエッチングの途中で、或いは、その後の工程におい
て、破損による歩留まりの低下を招くことになる。

【００１５】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、ノズル及び吐出室を高密度に効率的に作製でき
るインクジェットヘッド及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドの製造方法は、イ
ンク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出
室と、この吐出室の壁面の一部を構成する振動板と、こ
の振動板に対向する電極とを備えるインクジェットヘッ
ドの製造方法において、前記振動板を形成する基板と前
記電極を形成する基板とを接合した後、前記振動板を形
成する構成とした。

【００１７】請求項２のインクジェットヘッドの製造方
法は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通
する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成する振動
板と、この振動板に対向する電極とを備えるインクジェ
ットヘッドの製造方法において、複数の振動板を形成し
た基板は電極パッド上に位置する部分を前記振動板と略
同じ厚さにエッチングする構成とした。

【００１８】請求項３のインクジェットヘッドの製造方
法は、上記請求項２の製造方法において、前記複数の振
動板を形成する基板は電極パッド上に位置する部分をド
ライエッチングにより貫通する構成とした。

【００１９】請求項４のインクジェットヘッドの製造方
法は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通
する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成する振動
板と、この振動板に対向する電極とを備えるインクジェ
ットヘッドの製造方法において、複数の振動板を形成し
た基板のチップ分離線をエッチングにより形成する構成
とした。

【００２０】請求項５のインクジェットヘッドの製造方
法は、上記請求項２のインクジェットヘッドの製造方法
において、前記複数の振動板を形成する基板は電極パッ
ドの上に位置する部分を小領域に分割してエッチングし
て薄くする構成とした。

【００２１】請求項６のインクジェットヘッドの製造方
法は、上記請求項２のインクジェットヘッドの製造方法
において、前記複数の振動板を形成する基板は電極パッ
ド上に位置する部分を小領域に分割してエッチングして
薄くした後、分割線パターンによって形成された柱をエ
ッチングにより除去する構成とした。

【００２２】請求項７のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室
と、この吐出室の壁面の一部を構成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを備えるインクジェットヘッド
において、前記吐出室を形成する基板が結晶面方位（１
１０）のシリコン基板からなり、このシリコン基板の電
極パッド上に位置する部分に<−１１−２>方向と<１−
１２>方向、或いは<−１１−２>方向と<−１１０>方向
に平行な辺からなる平行四辺形開口を有する凹部をエッ
チングにより形成した後、電極パッドを開口した構成と
した。

【００２３】請求項８のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室
と、この吐出室の壁面の一部を構成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを備えるインクジェットヘッド
において、前記吐出室を形成する基板が結晶面方位（１
１０）のシリコン基板からなり、前記吐出室を<１−１
−２>方向或いは<−１１０>方向に配列した構成とし
た。

【００２４】請求項９のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室
と、この吐出室の壁面の一部を構成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを備えるインクジェットヘッド
において、前記吐出室を形成する基板が結晶面方位（１
１０）のシリコン基板からなり、前記吐出室を<１−１
２>方向或いは<−１１０>方向に配列したチップを<−１
１−２>方向に複数並べた構成とした。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明に係る製造方法
の第1実施形態を適用したインクジェットヘッドの一例
を示す模式的断面説明図、図２は図１の模式的側断面説
明図である。

【００２６】このインクジェットヘッドは、振動板／液
室基板１と、この振動板／液室基板１の下側に設けた電
極基板２と、ノズル／共通液室ユニット３とを備え、複
数のノズル４、ノズル４とノズル連通路５を介して連通
する吐出室６、各吐出室６に流体抵抗部７を介して連通
する共通液室８などを形成している。ここで、ノズル４
及び吐出室６等は共通液室８に対してそれぞれ対にして
２列配置している。

【００２７】振動板／液室基板１には、吐出室６及びこ
の吐出室６の底部をなす振動板１０を形成する凹部１１
を形成している。また、電極基板２には凹部１２を形成
して、この凹部１２底面に振動板１０に所定のギャップ
（傾斜させたときは０を含む。）をおいて対向する電極
１３を設けている。これらの振動板１０と電極１３によ
って吐出室６内のインクを加圧するエネルギーを発生す
るアクチュエータ部を構成している。なお、電極１３の
端部は振動板／液室基板１より外側に引き出して外部駆
動回路と接続するための電極接続部（電極パッド）１４
としている。

【００２８】ノズル／共通液室ユニット３は例えばＳＵ
Ｓ板の積層体からなり、複数のノズル４と、ノズル４と
吐出室６を連通するノズル連通路５と、共通液室８と、
吐出室６と共通液室８とを連通する流体抵抗部７などを
形成し、共通液室８には外部からインクを供給するため
のインク供給口１５を形成してインクチューブ１６を接
続している。

【００２９】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板１０と電極１２との間に駆動電圧を印加することに
より、振動板１０と電極１２の間に生じる静電力によっ
て振動板１０を変形させることで、吐出室６の内容積が
変化してノズル４からインク滴が吐出される。

【００３０】そこで、このインクジェットヘッドの製造
方法について図３をも参照して説明する。先ず、同図
（ａ）に示すように、結晶両方位（１１０）のシリコン
基板を両面研磨して、厚さ２００μｍの振動板／液室基
板１となるシリコン基板２１を作製し、このシリコン基
板２１を酸素及び水蒸気雰囲気中で熱酸化処理を施し、
シリコン基板２１の両面に厚さ１．５μｍ程度の酸化膜
２２、２３を成膜する。

【００３１】次いで、同図（ｂ）に示すように、酸化膜
２２上に、吐出室６に対応するフォトレジストパターン
を形成し、フッ素系エッチング液によって酸化膜２２の
露出部分を除去する。このとき、シリコン基板２１の裏
面はフォトレジストでカバーされていないので酸化膜２
３はすべて除去される。その後、フォトレジストパター
ンを除去する。

【００３２】その後、同図（ｃ）に示すように、凹部１
２及び個別電極１３を形成したガラス基板からなる電極
基板２をシリコン基板２１の裏面に陽極接合する。次
に、同図（ｄ）に示すように、酸化膜２２の開口部に水
酸化カリウム水溶液などのアルカリ液により深さ１９５
μｍまで異方性エッチングを施し、吐出室６となる凹部
１１及び厚さ５μｍの振動板１０を形成する。

【００３３】なお、厚さ２００μｍのシリコン基板２１
に深さ１９５μｍの異方性エッチングを施し、厚さ５μ
ｍの振動板１０の厚さに制御するためには、所望の位置
で自発的にエッチングが停止するエッチングストップ技
術を用いる。エッチングストップ技術としては、たとえ
ばＰ型シリコン基板にＮ型層を固体拡散、インプラ或い
はエピタキシャル膜などで作製した基板を用いて、電気
化学エッチングを行いＰＮジャンクションエッチングを
停止させる方法、シリコン基板に固体拡散、インプラ或
いはエピタキシャル膜などで高濃度ボロンを形成した基
板を用いて、高濃度ボロン層でエッチングを停止させる
方法、あるいはＳＯＩを用いて酸化膜でエッチングを停
止させる方法などがある。また、シリコンの異方性エッ
チングには、水酸化カリウム水溶液以外にも、ＥＤＰ、
ＴＭＡＨ、ヒドラジンなども有効である。

【００３４】そして、最後に、同図（ｅ）に示すよう
に、酸化膜２２をエッチング方法により除去し、振動板
／液室基板１と電極基板２とを接合したユニットを作製
し、ノズル／共通液室ユニット３と接合してインクジェ
ットヘッドを完成する。

【００３５】このように、振動板／液室基板１となるシ
リコン基板２１と電極基板２を接合した後、シリコン基
板２１に異方性エッチングを施し、吐出室６となる凹部
１１及び振動板１０を作製するので、異方性エッチング
中やその後の工程において破損する可能性が著しく小さ
くなり、歩留まりが向上して、高密度のインクジェット
ヘッドを効率的に作製することができる。

【００３６】次に、図４は本発明に係る製造方法の第２
実施形態を適用したインクジェットヘッドの一例を示す
模式的断面説明図である。このインクジェットヘッドに
おいては、ノズル／液室ユニット３１と電極基板２とを
備え、ノズル／液室ユニット３１は、ノズル４、ノズル
連通路５、吐出室６、流体抵抗部７及び共通液室８を形
成する部材の底部に振動板１０を接合している。

【００３７】このインクジェットヘッドの製造方法につ
いて図５を参照して説明する。先ず、同図（ａ）に示す
ように、個別電極１３（電極パッド１４を含む。）など
を形成した電極基板２とシリコン基板３５とを接合す
る。シリコン基板３５としては、結晶面方位（１００）
のものを用いて、エッチングストップ層として高濃度ボ
ロン層３６を形成している。

【００３８】次に、同図（ｂ）に示すように、アルカリ
液によって、シリコン基板３５をエッチングする。アル
カリ液は水酸化カリウム水溶液１０ｗｔ％、８０℃を用
いた。エッチングが高濃度ボロン層３６に達すると、エ
ッチレートは急激に低下し、エッチングが自発的に停止
して、振動板１０が形成される。

【００３９】その後、同図（ｃ）に示すように、電極パ
ッド１４以外の領域をメタルマスクあるいはフォトリソ
によってパターニングしたレジスト３７で被覆し、電極
パッド１４上のシリコン（高濃度ボロン層３６）をドラ
イエッチにより除去する。

【００４０】次に、レジスト３７を除去して、吐出室
６、流体抵抗部７、共通液室８、ノズル４、インク供給
口１５などを形成したノズル／液室ユニット３１を振動
板１０上に接合し、インクジェットヘッドを完成する。

【００４１】次に、本発明に係る製造方法の第３実施形
態について図６及び図７を参照して説明する。図６
（ａ）はシリコンウエハの模式的平面説明図、同図
（ｂ）はその要部拡大断面説明図、図７はチップ分割工
程の説明図である。本形態は、シリコンウエハサイズ
（基板サイズ）で振動板を形成するシリコン基板と電極
基板とを接合し、振動板形成後に各チップに分割（分
離）する例である。

【００４２】すなわち、図６に示すように、シリコン基
板４１にチップ４２を多数形成するときに、シリコン基
板４１の電極基板２の電極パッド１４上に対応する部分
は異方性エッチングマスクである酸化膜に開口を設け
て、異方性エッチングによって吐出室６となる凹部１１
を形成すると同時に凹部４３を形成する。この凹部４３
の底部４４は振動板１０とほぼ同じ厚さ５μｍとなる。

【００４３】その後、凹部４３の底部４４を除去する。
この底部４４は非常に薄いものであるので、種々の方法
により除去することが可能である。例えば、バキューム
で吸い取って除去する、あるいは、粘着物に粘着させ除
去することができる。あるいはまた、ドライエッチング
により除去することもできる。

【００４４】ここでは、ドライエッチングによる方法を
用いた例について図７を参照して説明する。まず、同図
（ａ）に示すように、凹部４３以外の部分はメタルマス
ク４５で被覆して振動板１０がエッチングされないよう
にする。そして、同図（ｂ）に示すように、ＣＦ₄、Ｓ
Ｆ₆、ＮＦ₃、ＳiＦ₄、ＢＦ₃、ＣＢrＦ₃、ＸeＦ₂などの
ようなＦ系ガス、ＣＣlＦ₃、ＣＣl₂Ｆ₂、ＣＣl₃Ｆ、Ｃ₂
ＣlＦ₅、Ｃ₂Ｃl₂Ｆ₄などのようなＣl-Ｆ系ガス、ＣＣ
l₄、ＳiＣl₄、ＰＣl₃、ＢＣl₃、Ｃl₂、ＨＣlなどのよう
なＣl系ガスを用いて凹部４３の底部４４をエッチング
で除去する。これにより、同図（ｂ）に示すように、電
極パッド１４が開放され電気的接続が可能となる。

【００４５】その後、同図に一点鎖線で示すチップ境界
Ｐでチップ単位に分離切断する。このとき、チップの切
断にはダイシングソーを用いるのが一般的であるが、ダ
イシングソーは水を使うので、振動板１０と個別電極１
３との間のギャップに水が浸入するおそれがある。その
ような場合には、凹部４３の底部４４を除去する前に、
ダイシングすれば、ギャップは密閉されているので水が
侵入することはない。そして、ダイシングの後、凹部４
３の底部４４を除去すればよい。

【００４６】このように、振動板を形成する第１の基板
と電極を形成する第２の基板を接合する場合に、チップ
サイズに切断して個々のチップで接合せずに、切断する
前に基板サイズで接合した後各チップに分割（分離）す
るので、製造効率が向上する。また、吐出室６や振動板
１０を作製するための異方性エッチングにおいても、チ
ップサイズで行うよりも、基板サイズで行った方が効率
が良くなる。

【００４７】この場合、前述したように、電極パッド１
４を取り出すため、振動板／液室基板１は電極基板２よ
りも小さく形成しなければならないが、基板サイズで接
合を行うと、この電極パッド１４の上にも振動板／液室
基板１があり、電気接続ができなくなる。

【００４８】そこで、上述したように振動板を形成する
基板の電極パッド上に位置する部分を振動板と略同じ厚
さにエッチングにより薄くすることによって、容易に電
極パッドを作製することができ、この薄くした部分をエ
ッチングにより貫通することで安定して歩留まり良く電
極パッドに対応する部分を開口することができる。

【００４９】次に、本発明に係る製造方法の第4実施形
態について図８を参照して説明する。上記第３実施形態
においては、縦の切断線はシリコン基板４１はほとんど
エッチングされてしまっているので、切断するのは個別
電極１３の形成された基板２だけでよいが、横の切断線
は、シリコン基板４５と基板２の両方を切らなければな
らず、基板の厚さが厚くなるとダイシングが困難にな
る。

【００５０】そこで、本形態においては、シリコン基板
４１のチップ境界に各チップに分割するためのチップ分
離線４６を入れている。チップ分離線４６はフォトリソ
により酸化膜にパターニングすることによって形成す
る。吐出室６や凹部４３を形成するための異方性エッチ
ングによって、チップ分離線４６のパターンもエッチン
グされ、異方性エッチングが終了すると個々のチップは
分離される。

【００５１】このようにすることで、横方向の切断にお
いても、切断するのは基板２だけでよくなり、ダイシン
グを容易に行うことができる。

【００５２】次に、本発明に係る製造方法の第５実施形
態について図９乃至図１１を参照して説明する。なお、
図９は異方性エッチングと基板の側壁面形状の説明に供
する説明図、図１０は異方性エッチングと吐出室形状の
説明に供する説明図、図１１は本実施形態の説明に供す
る説明図である。

【００５３】シリコン基板４１に結晶面方位（１００）
の基板を用いて振動板長手方向を<１１０>方向にアライ
メントして異方性エッチングした場合には、図９に示す
ように吐出室６の４つの側壁は振動板１０と５４．７°
の角度をなす（１１１）面からなるテーパとなる。また
凹部４３やチップ分離線４６の側壁も同様にテーパとな
り、更にチップ４２の四隅は高次面４７が現れた形状と
なる。

【００５４】そこで、シリコン基板４１に結晶両方位
（１１０）の基板を用いることによって、周知のように
（１１１）面で垂直壁を形成することが可能になり、吐
出室６の並び方向の側壁を垂直壁にすることによって吐
出室６を高密度に配列することができる。これは、結晶
面方位（１１０基板の結晶軸<１１２>方向に振動板１０
あるいは吐出室６の長手方向を一致させることによって
実現することができる。

【００５５】このとき、マスク形状によって、図１０に
示すように吐出室として３つのエッチング形状を選択す
ることができる。同図（ａ）は７０．５°の角度をもつ
平行四辺形、（ｂ）は六角形、（ｃ）は５４．７°の角
度を平行四辺形であり、３つとも吐出室の両端に（１１
１）面のテーパ４８が現出する。

【００５６】ここで、振動板１０の面積を同一にする場
合、図１０（ａ）の形状が一番エッチング領域が小さく
なり、この上にノズルプレートなどを接合する場合、接
合面積が最も大きくなるので、吐出室形状としては好ま
しい。しかしながら、結晶面方位（１１０）の基板で
は、結晶面方位（１００）の基板のように、振動板長手
方向に垂直な方向には（１１１）面は出現せず、凹部４
３を形成しようとした場合、サイドにもエッチングが進
行し、マスク形状よりも大きな凹部が形成されてしまう
ことになる。

【００５７】このような場合には、サイドエッチ量分だ
けマスク寸法を小さくするとよいが、サイドのエッチン
グ面は高次面の集まりにより構成され、不定形となって
しまい、また、サイドエッチ量を正確に予測することは
難しい。チップサイズを小さくしようとしてパターン間
隔を狭めていくと、このような不規則なサイドエッチに
よる影響が問題となる。

【００５８】そこで、本実施形態においては、凹部４３
のエッチングを複数の小領域に分割してエッチングする
方法を用いている。これを図１２を参照して説明する
と、同図の斜線を施して示す部分は酸化膜マスクがある
部分、白抜き部はフォトリソにより酸化膜を除去した部
分でり、パターン５１は吐出室６を形成するためのパタ
ーン、５２はチップ分離線３６のためのパターンであ
る。凹部４３のためのマスク開口は、小開口５３毎に細
線５４によって区切っている。

【００５９】このパターンを水酸化カリウム水溶液など
のアルカリ液でエッチングすると、（１１０）面と（１
１１）面との選択比が有限なため、（１１１）面も若干
エッチングが進行し、結果として横方向にもエッチング
が進む（サイドエッチが生じる）。

【００６０】具体的に、細線５４の幅を４μｍとし、水
酸化カリウム水溶液２５ｗｔ％、８０℃で深さ１９５μ
ｍのエッチングを施し、５μｍの振動板を作製した結
果、サイドエッチが２μｍ進み、細線５４によって形成
される（１１１）面の垂直柱がなくなり、小開口５３が
つながった凹部４３が得られた。

【００６１】このように異方性エッチングのサイドエッ
チにより垂直柱が残らないようにした場合、極薄くなっ
た垂直柱がエッチング中に破壊されることがある。この
ように、エッチング中に垂直柱が破壊された場合、その
部分は吐出室６方向にサイドエッチが進んでしまうこと
になる。

【００６２】そこで、このような場合には細線５４の幅
を広くする。具体的には、細線５４の幅を６μｍにし、
異方性エッチングの条件を前記同様水酸化カリウム水溶
液２５ｗｔ％、８０℃としてエッチングした結果、幅２
μｍの垂直柱が残り、サイドエッチが吐出室６側に進行
することがなかった。続いて、前述した図７（ａ）と同
様にメタルマスク４５によって吐出室６及び振動板１０
をカバーし、ＳＦ₆／Ｏ₂ガスによりドライエッチを行っ
た。ドライエッチのサイドエッチ効果により垂直柱は完
全に除去できた。さらにドライエッチを続けると、凹部
４３の底部４４が貫通し、電極パッド１４から電気接続
できる状態となった。

【００６３】このとき、ドライエッチはＳＦ₆以外で
も、上述したようにＣＦ₄、ＮＦ₃、ＳiＦ₄、ＢＦ₃、Ｃ
ＢrＦ₃、ＸeＦ₂などのようなＦ系ガス、ＣＣlＦ₃、ＣＣ
l₂Ｆ₂、ＣＣl₃Ｆ、Ｃ₂ＣlＦ₅、Ｃ₂Ｃl₂Ｆ₄などのような
Ｃl-Ｆ系ガス、ＣＣl₄、ＳiＣl₄、ＰＣl₃、ＢＣl₃、Ｃl
₂、ＨＣlなどのようなＣl系ガスでも可能である。

【００６４】このようにすれば、異方性エッチング中の
垂直柱の破損が少なく、フォトリソにおけるパターン通
りのエッチングパターンが得られ、凹部４３の吐出室６
側へのサイドエッチ量が小さいので、チップ面積を有効
に利用できるようになる。

【００６５】また、アルカリ液による異方性エッチング
では、エッチング過程において水素が発生し、その気泡
がエッチング表面に付着する。特に低濃度の水酸化カリ
ウム水溶液では、気泡の付着が顕著であり、その付着し
た気泡のためにエッチング液がエッチング表面に触れ
ず、エッチレートが低下する。気泡の付着は、エッチン
グ面積の大きなパターンで顕著に現れ、細いパターンあ
るいは小さなパターンにおいては、気泡の付着は低減さ
れる。

【００６６】そこで、図１２に示すように、凹部４３と
なる大きなパターン５３を形成し、吐出室６のパターン
５１と凹部４３となるパターン５３との間で、補償パタ
ーン５５を設けることによっても、凹部４３の吐出室６
方向へのサイドエッチを防ぐことができる。エッチング
が進むに連れて補償パターン５５は小さくなり、エッチ
ング終了時にはほとんどなくなる。

【００６７】このパターンの場合、エッチング開口部分
が広いので、エッチング時に気泡が付着しエッチレート
の低下を招くおそれがあるが、水酸化カリウムの濃度を
高くするか、或いは、ＴＭＡＨを用いるなど、エッチン
グ条件を最適化することによって、エッチレートの低下
を抑えることができる。なお、付着する気泡の大きさ
は、水酸化カリウム水溶液の濃度が高くなると小さくな
り、水酸化カリウム水溶液よりもＴＭＡＨの方が気泡の
付着によるエッチレートの低下が少ない。

【００６８】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の第１実施形態について図１３を参照して説明する。な
お、同図はシリコン基板を異方性エッチングした結果の
平面説明図である。

【００６９】本形態では、振動板を形成するシリコン基
板は結晶面方位（１１０）の基板を用いている。ここで
は、凹部４３は<-１１-２>と<１-１-２>方向に平行な辺
からなる平行四辺形からなっている。それに伴い、吐出
室６はシリコン基板４１の結晶軸<１-１-２>方向に配列
されている。

【００７０】前記の例では、凹部４３の側壁は鋸波状の
構造が得られるが、本例では、凹部４３の側壁は直線と
なり、しかも凹部４３の平行四辺形の鋭角の部分に（１
１１）のテーパ面５６が現れるが、その他の側壁は垂直
壁に囲まれる。したがって、吐出室６と凹部４３との距
離を短くすることができ、チップ面積を有効に利用する
ことができる。

【００７１】なお、凹部４３のパターン開口が大きいの
で、エッチング時に気泡の付着によるエッチレートの低
下を招くことがあるが、そのような場合には、前述した
ように凹部４３を小領域に分離したパターンでエッチン
グすることによって、エッチレートの低下を防ぐことが
できる。

【００７２】この例では、吐出室６は結晶軸<１-１-２>
方向に配列されている。この上に図１のようなノズル／
共通液室ユニット３を接合してインク供給チューブ１６
を接続してインクジェットヘッドを完成した場合、その
ノズル方向から見た上面図は図１４に示すようになる。

【００７３】すなわち、吐出室６がシリコン基板４１の
結晶軸<１-１-２>方向に配列されているので、ノズル４
も吐出室６の配列と平行に配列されることになる。この
インクジェツトヘッドを吐出室６の長手方向がキャリツ
ジの移動方向（図１４の矢印方向）となるようにキャリ
ッジに搭載する。

【００７４】このヘッドを用いて用紙に印字した場合、
用紙上のインク滴のピッチｂと吐出室のピッチａとの関
係は、<１-１-２>と<-１１-２>のなす角が７０．５°で
あるので、ｂ=ａ／tan７０．５°＝０．３５ａで表さ
れ、吐出室６のピッチａよりも用紙上のインク滴ピッチ
を小さくでき、高解像度の画像が得られる。

【００７５】本形態では、インクジェットヘッドを吐出
室６の長手方向がキャリッジの移動方向と垂直となるよ
うにキャリッジに搭載したが、必ずしも垂直である必要
はなく、角度を変えることによって上式のｂを変えるこ
とができ、角度によってインク滴ピッチを調整すること
ができる。

【００７６】また、電極パッド１４はワイヤーボンディ
ングあるいはＦＰＣ等によって駆動回路（駆動ＩＣ）に
接続するが、高密度化のためにノズルピッチを小さくす
ると、電極パッド１４のピッチも小さくなり、ワイヤー
ボンディングやＦＰＣなどの実装が困難になってくる。

【００７７】この場合、図１５に示すように電極パッド
１４を基板２のエッジに垂直に引き出すことにより、電
極パッド１４のピッチが大きくなり、実装が容易にな
る。

【００７８】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の第２実施形態について図１６を参照して説明する。本
形態では、凹部４３を<-１１-２>方向と<-１１０>方向
に平行な辺からなる平行四辺形で形成し、吐出室６を<-
１１０>方向に配列している。このようにすれば、吐出
室６の長手方向に垂直な方向のチップの長さＡを小さく
することができる。

【００７９】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の第３実施形態について図１７を参照して説明する。本
形態は、吐出室６を<１-１２>方向に配列したチップ６
１を<-１１-２>方向に複数並べてインクジェットヘツド
を構成したものである。なお、吐出室６を<-１１０>方
向に配列したチップを<-１１-２>方向に複数並べてイン
クジェットヘツドを構成することもできる。

【００８０】この図１７に示すインクジェットヘッドを
チップ６１の配列と垂直方向(同図中矢印方向）に用紙
と相対的に移動させることにより、ノズル４から吐出さ
れたインク滴は高密度に用紙上に印字される。チップ６
１を用紙の幅に配列することにより、一度の走査で1ペ
ージの印字が可能なラインヘッドを容易に作製すること
ができ、高速印字が可能になる。

【００８１】なお、上記実施形態においては、水酸化カ
リウム水溶液による異方性エッチングに対するマスク材
として酸化膜を用いたが、シリコン基板が厚いときや水
酸化カリウム水溶液の濃度を高くしたとき或いは温度を
高くしたときには、マスク材として酸化膜がもたないこ
とがある。この場合には、酸化膜に代えて窒化膜を用い
ればよい。窒化膜は水酸化カリウム水溶液に対して非常
に高い耐久性をもっている。また、窒化膜はストレスが
大きいので、シリコン基板と窒化膜の間にバッファ酸化
膜を入れても良い。

【００８２】また、上記実施形態においては、電極基板
にガラス基板を用いて振動板を形成するシリコン基板と
陽極接合する例で説明したが、電極基板にもシリコン基
板を用いてシリコン−シリコンの直接接合により接合し
ても良い。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドの製造方法によれば、振動板を形成する
基板と電極を形成する基板とを接合した後、振動板を形
成する構成としたので、吐出室のエッチング工程中やそ
の後の工程において基板の破損が少なくなり歩留まりが
向上して効率的にインクジェットヘッドを作製すること
ができる。

【００８４】請求項２のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、複数の振動板を形成した基板は電極パッド
上に位置する部分を振動板と略同じ厚さにエッチングす
る構成としたので、ウエハ単位でヘッドを作製する場合
でも容易に電極パッドを開口することができ、効率的に
インクジェットヘッドを作製することができる。

【００８５】請求項３のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、上記請求項２の製造方法において、複数の
振動板を形成する基板は電極パッド上に位置する部分を
ドライエッチングにより貫通する構成としたので、安定
して歩留まり良く電極パッドを開口することができる。

【００８６】請求項４のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、複数の振動板を形成した基板のチップ分離
線をエッチングにより形成する構成としたので、振動板
を形成した基板の切断が不要となり、インクジェットヘ
ッドを効率的に作製することができ、コストダウンを図
れる。

【００８７】請求項５のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、上記請求項２のインクジェットヘッドの製
造方法において、複数の振動板を形成する基板は電極パ
ッドの上に位置する部分を小領域に分割してエッチング
して薄くする構成としたので、エッチレート差が低減
し、サイドエッチが防止されて、安定して効率的にイン
クジェットヘッドを作製できる。

【００８８】請求項６のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、上記請求項２のインクジェットヘッドの製
造方法において、複数の振動板を形成する基板は電極パ
ッド上に位置する部分を小領域に分割してエッチングし
て薄くした後、分割線パターンによって形成された柱を
エッチングにより除去する構成としたので、柱の破損に
よるサイドエッチの進行がなく、歩留まりが向上する。

【００８９】請求項７のインクジェットヘッドによれ
ば、吐出室を形成する基板が結晶面方位（１１０）のシ
リコン基板からなり、このシリコン基板の電極パッド上
に位置する部分に<−１１−２>方向と<１−１２>方向、
或いは<−１１−２>方向と<−１１０>方向に平行な辺か
らなる平行四辺形開口を有する凹部をエッチングにより
形成した後、電極パッドを開口した構成としたので、吐
出室と電極パッドとの距離が短くて良く、チップ面積を
有効に使用できる。

【００９０】請求項８のインクジェットヘッドによれ
ば、吐出室を形成する基板が結晶面方位（１１０）のシ
リコン基板からなり、吐出室を<１−１−２>方向或いは
<−１１０>方向に配列した構成としたので、吐出室を高
密度に配置することができて高密度印字を行うことがで
きる。

【００９１】請求項９のインクジェットヘッドによれ
ば、吐出室を形成する基板が結晶面方位（１１０）のシ
リコン基板からなり、吐出室を<１−１２>方向或いは<
−１１０>方向に配列したチップを<−１１−２>方向に
複数並べた構成としたので、ラインヘッドを容易に作製
でき、高速記録が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法の第１実施形態を適用し
たインクジェットヘッドの一例を示す模式的断面説明図

【図２】図１の模式的側断面説明図

【図３】同実施形態の製造工程を説明する説明図

【図４】本発明に係る製造方法の第２実施形態を適用し
たインクジェットヘッドの一例を示す模式的断面説明図

【図５】同実施形態の製造工程を説明する説明図

【図６】本発明に係る製造方法の第３実施形態の説明に
供するシリコンウエハの模式的説明図

【図７】同実施形態におけるチップ分割工程の説明図

【図８】本発明に係る製造方法の第４実施形態の説明に
供する説明図

【図９】本発明に係る製造方法の第５実施形態の説明に
供する説明図

【図１０】同実施形態の説明に供する説明図

【図１１】同実施形態の説明に供する説明図

【図１２】同実施形態の他の例の説明に供する説明図

【図１３】本発明に係るインクジェットヘッドの第１実
施形態の説明に供する説明図

【図１４】同実施形態のヘッドの平面説明図

【図１５】同実施形態のヘッドの他の例を示す平面説明
図

【図１６】本発明に係るインクジェットヘッドの第２実
施形態の説明に供する説明図

【図１７】本発明に係るインクジェットヘッドの第３実
施形態の説明に供する説明図

【図１８】従来のインクジェットヘッドの一例を示す分
解斜視図

【図１９】同ヘッドの製造方法の説明に供する説明図

【図２０】従来のインクジェットヘッドの他の例の説明
に供する斜視説明図

【符号の説明】

１…振動板／液室基板、２…電極基板、３…ノズル／共
通液室ユニット、４…ノズル、６…吐出室、７…流体抵
抗部、８…共通液室、１０…振動板、１１…凹部、１２
…凹部、１３…電極、１４…電極パッド、２１、３５…
シリコン基板、４１…シリコン基板（シリコンウエ
ハ）、４２…チップ、４３…凹部、４４…底部、４６…
チップ分離線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成
する振動板と、この振動板に対向する電極とを備えるイ
ンクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板を
形成する基板と前記電極を形成する基板とを接合した
後、前記振動板を形成することを特徴とするインクジェ
ットヘッドの製造方法。
【請求項２】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成
する振動板と、この振動板に対向する電極とを備えるイ
ンクジェットヘッドの製造方法において、複数の振動板
を形成した基板は電極パッド上に位置する部分を前記振
動板と略同じ厚さにエッチングすることを特徴とするイ
ンクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】請求項２に記載のインクジェットヘッド
の製造方法において、前記複数の振動板を形成する基板
は電極パッド上に位置する部分をドライエッチングによ
り貫通することを特徴とするインクジェットヘッドの製
造方法。
【請求項４】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成
する振動板と、この振動板に対向する電極とを備えるイ
ンクジェットヘッドの製造方法において、複数の振動板
を形成した基板を複数のチップに分離するためのチップ
分離線をエッチングにより形成することを特徴とするイ
ンクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】請求項２に記載のインクジェットヘッド
の製造方法において、前記複数の振動板を形成する基板
は電極パッド上に位置する部分を小領域に分割してエッ
チングして薄くすることを特徴とするインクジェットヘ
ッドの製造方法。
【請求項６】請求項２に記載のインクジェットヘッド
の製造方法において、前記複数の振動板を形成する基板
は電極パッドの上に位置する部分を小領域に分割してエ
ッチングして薄くした後、分割線パターンによって形成
された柱をエッチングにより除去することを特徴とする
インクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成
する振動板と、この振動板に対向する電極とを備えるイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記吐出室を形成する基
板が結晶面方位（１１０）のシリコン基板からなり、こ
のシリコン基板の電極パッド上に位置する部分に<−１
１−２>方向と<１−１２>方向、或いは<−１１−２>方
向と<−１１０>方向に平行な辺からなる平行四辺形開口
を有する凹部をエッチングにより形成した後、電極パッ
ドを開口したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成
する振動板と、この振動板に対向する電極とを備えるイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記吐出室を形成する基
板が結晶面方位（１１０）のシリコン基板からなり、前
記吐出室を<１−１−２>方向或いは<−１１０>方向に配
列したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を構成
する振動板と、この振動板に対向する電極とを備えるイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記吐出室を形成する基
板が結晶面方位（１１０）のシリコン基板からなり、前
記吐出室を<１−１２>方向或いは<−１１０>方向に配列
したチップを<−１１−２>方向に複数並べたことを特徴
とするインクジェットヘッド。