JP2000343693A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 静電型イングジェットヘッドにおいて、個別
電極及び共通電極と外部駆動回路との実装時の工程の簡
単化によるヘッド製造におけるスループットの向上、及
び接合されたシリコン基板を各ヘッドに分割するダイジ
ング工程の際にギャップ内へのダストを含んだ水等が毛
管現象で浸入することを防止することによる歩留まりの
向上、さらに高密度化、小型化可能で長期信頼性にも優
れたインクジェトヘッド及びその製造方法の提供。 【解決手段】 振動板／液室基板１の振動板１１側に個
別電極１３を設け、共通電極基板２を共通電極とした。

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、特に静電気力を用いるインクジ
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
するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（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孔
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として、圧電素子を
用いて吐出室の壁面を形成する振動板を変形させて吐出
室内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにした
もの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発
熱抵抗体を用いて吐出室内でインクを加熱して気泡を発
生させることによる圧力でインク滴を吐出させるように
したもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）などが
知られている。

【０００４】しかしながら、上述した従来のインクジェ
ットヘツドのうち、前者の圧電素子を用いる方式におい
ては、吐出室に圧力を生じさせるために振動板に圧電素
子のチップを貼り付ける工程が複雑であり、特にインク
ジェット記録装置では高速、高印字品質が求められてき
ており、これに対応するためにはマルチノズル化、ノズ
ルの高密度化が不可欠であるが、圧電素子を微細に加工
し、多数の圧電素子を振動板に接着することは、極めて
煩雑で多くの時間がかかる。しかも、高密度化の結果、
圧電素子を幅数十〜百数十μｍで加工する必要が生じて
きているが、従前の機械加工における寸法、形状精度で
は加工品質にばらつきが発生するために印字品質のばら
つきが大きくなる。

【０００５】また、後者のインクを加熱する方式におい
ては、圧電素子を用いる場合の問題は生じないものの、
発熱抵抗体の急速な加熱、冷却の繰り返し、気泡消滅時
の衝撃によって、発熱抵抗体がダメージを受けるため
に、総じてインクジェットヘッドの寿命が短くなる。

【０００６】そこで、こうした問題を解決するものとし
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
吐出させる静電型インクジェットヘッドが提案されてお
り、この静電気力を用いる方式にあっては、小型、高密
度、高印字品質及び長寿命を達成できるという利点があ
る。

【０００７】そこで、従来の静電型インクジェットヘッ
ド及び外部駆動回路との実装方法について図１９を参照
して説明する。インクジェットヘッドは、第１の基板
（振動板／液室基板）１０１と、第１の基板１０１の下
側にギャップスペーサ部材１０３を介して接合した第２
の基板（電極基板）１０２と、第１の基板１０１の上側
に設けた蓋部材を兼ねるノズル基板１０４とを備え、第
１の基板１０１には、ノズル基板１０４に形成した複数
のノズル孔１０６が連通する吐出室１０７、各吐出室１
０７にインクを供給するための共通インク流路１０８、
各吐出室１０７と共通インク流路１０８とを連通する流
体抵抗部１０９、各吐出室１０７の底部となりその壁面
を形成する変形可能な振動板１１１と、電極基板１０２
の個別電極用外部電極に対応する部分となるコンタクト
部１１０を設けている。

【０００８】また、電極基板１０２にはギャップ形成用
の凹部を形成し、この凹部内に振動板１１１に所定のギ
ャップ１１２を置いて対向する個別電極１１３を設け、
この電極１１３の表面を酸化膜等の電極保護膜１１４で
被覆している。この電極１１３を個別電極として使用
し、振動板１１１を共通電極として使用する。また、電
極１１３を外方に延設して個別電極用外部電極１１５を
一体に形成し、外部電極１１５上に電極パッド１１６を
設けている。

【０００９】そして、このインクジェットヘッドの個別
電極用外部電極１１５の電極パッド１１６と駆動回路を
実装した回路基板１２１の電極パッド１２２との間をワ
イヤボンディングによるリード線１２３にて接続する。

【００１０】また、従来のインクジェットヘッド及び外
部駆動回路との実装方法としては、図２０に示すよう
に、図１９の第１の基板１０１のコンタクト部１１０を
形成する部分を除去してワイヤボンディングによるワイ
ヤ１２４で外部回路基板１２１と接続するもの、或いは
図２１に示すように異方性導電膜１２５を介してフレキ
シブルプリント基板（ＦＰＣ）１２６で外部回路基板１
２１と接続するものなどもある。

【００１１】また、インクジェットヘッドの製造方法と
しては、第１の基板１０１及び第２の基板１０２にシリ
コン基板を用いて、ウエハ−トゥ−ウエハで接合し、各
ヘッド毎に分割するダイシング工程を行うことで、図２
２或いは図２３に破線で示すダイシング分割線１２７で
分割する方法が知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のインクジェットヘッドにあっては、振動板の変位方
向をインク滴吐出方向とし、かつ、個別電極及び共通電
極（振動板兼用）と外部駆動回路との実装面（リード線
接続面）がいずれもインク滴噴射面側に配置されている
構造にしている。

【００１３】そのため、図１９に示すように、コンタク
ト部となる凹部を設けた場合には、ワイヤボンディング
のワイヤがノズル面よりも高くなり、ワイヤが用紙と接
触しない構造にする必要がある。また、図２０に示すよ
うに、コンタクト部の側壁部を除去した場合には、ワイ
ヤボンディングやＦＰＣでの実装が可能になるが、図２
３に示すようにウエハ−トゥ−ウエハで接合してダイシ
ング工程で分割する製造方法を用いた場合に、ダイシン
グ中に振動板１１１と個別電極１１３とのギャップ１１
２内に毛管現象によってダストが混じった水等が吸い込
まれ易くなり、歩留まりが低下する。

【００１４】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、工程上や実装上の不都合を招くことなく、高密
度化、小型化可能で、長期信頼性にも優れたインクジェ
ットヘッド及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板側に
個別電極を設け、振動板に対向する電極を共通電極とし
た構成とした。ここで、振動板を形成し個別電極を設け
た振動板基板と、共通電極を形成した共通電極基板とを
有し、これらの振動板基板と共通電極基板とを個別電極
と共通電極とのギャップを形成するギャップ形成部材を
介して接合することができる。また、振動板基板に個別
電極と前記共通電極とのギャップを形成する凹部を設
け、振動板基板と共通電極基板とを接合することもでき
る。さらに、共通電極基板に個別電極と共通電極とのギ
ャップを形成する凹部を設け、これらの振動板基板と共
通電極基板とを接合することもできる。

【００１６】また、振動板基板はＳＯＩ基板とし、この
ＳＯＩ基板の活性層部分で個別電極を形成することがで
きる。この場合、ＳＯＩ基板の活性層が１〜２０μｍの
厚みを有し、かつ、オーミック形成が可能な不純物濃度
を有していることが好ましい。

【００１７】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、振動板基板にＳＯＩ基板を用いて、このＳＯＩ
基板の活性層の一部を熱酸化処理して、振動板兼用の個
別電極及び共通電極とのギャップを形成するギャップス
ペーサ部を同一面内に同時に形成する構成としたもので
ある。

【００１８】また、本発明に係る他のインクジェットヘ
ッドの製造方法は、振動板基板にＳＯＩ基板を用いて、
このＳＯＩ基板の活性層をパターニングして振動板兼用
の個別電極及び共通電極とのギャップを形成するギャッ
プスペーサ用凸部を形成する工程と、ギャップスペーサ
用凸部のみを酸化する工程とを含み、振動板兼用の個別
電極及び前記共通電極とのギャップを形成するギャップ
スペーサ部を同一面内に同時に形成する構成としたもの
である。

【００１９】さらに、本発明に係る更に他のインクジェ
ットヘッドの製造方法は、振動板基板にシリコン基板を
用いて振動板の厚みを有する酸化膜を形成する工程と、
酸化膜のうちの個別電極を形成する領域を除去する工程
と、電極間絶縁のための酸化層を形成する工程と、酸化
膜を除去した領域にポリシリコン層を埋め込む工程とを
含む構成としたものである。

【００２０】

【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は本発明に係る静電型イ
ンクジェットヘッドの第１実施形態を示す図３のＡ−Ａ
線に沿う断面説明図、図２は図３のＢ−Ｂ線に沿う側断
面説明図、図３は図１の上面図、図４は図１の下面図で
ある。このインクジェットヘッドは、第１の基板である
振動板／液室基板１と、振動板／液室基板１の下側にギ
ャップスペーサ部材３を介して接合した第２の基板で
り、共通電極となる共通電極基板２、振動板／液室１の
上側に設けた蓋部材を兼ねるノズル基板４とを備えてい
る。ここでは、振動板／液室基板１及び共通電極基板２
にはシリコン単結晶基板を用いている。

【００２１】振動板／液室基板１には、ノズル基板４に
形成した複数のノズル孔６が連通する吐出室７を形成す
る凹部と、各吐出室７にインクを供給するための共通イ
ンク流路８を形成する凹部と、各吐出室７と共通インク
流路８とを連通する流体抵抗部９を形成する溝と、各吐
出室７の底部となりその壁面を形成する変形可能な振動
板１１とを設けている。

【００２２】また、振動板／液室基板１の振動板１１の
外面側には絶縁分離膜１２を介して個別電極１３を設
け、この個別電極１３の表面を酸化膜等の電極保護膜１
４で被覆保護している。また、個別電極１３を共通イン
ク流路８の下方側に延設して個別電極用外部電極１５を
一体に形成している。

【００２３】そして、共通電極基板２を振動板／液室基
板１に設けたギャップスペーサ部材３を介して振動板／
液室基板１の下側に接合することで、共通電極（共通電
極基板２）と個別電極１３とを所定のギャップ１６を置
いて対向させて配置している。また、共通電極基板２に
は個別電極用外部電極１５の部分を開口する開口部１７
を形成している。なお、ギャップスペーサ部材３は絶縁
分離膜１２を一体に形成したものであり、個別電極１３
を形成する凹部１８を設けている。

【００２４】このインクジェットヘッドにおいては、駆
動波形を個別電極１３に印加して共通電極基板２である
共通電極との間に充電することで電荷によるクーロン力
を発生させ、個別電極１３と共に振動板１１を共通電極
基板２側に撓ませて、吐出室７の容積を拡大する。この
状態から、個別電極１３と共通電極基板２との間の電荷
を急激に放電させることにより、振動板１１はその弾性
復元力によって復帰し、吐出室７内の容積が急激に収縮
し、このとき発生するインク圧力によってノズル孔６か
らインク滴が吐出される。

【００２５】そして、再度個別電極１３に駆動波形を印
加して振動板１１を共通電極基板２側に変位させてその
状態に保持し、インク滴吐出により吐出室７内に負圧が
生じて共通インク流路８からインク供給路（流体抵抗
部）９を通じて吐出室７内にインクが供給され、ノズル
孔６のインクメニスカスがある程度安定した状態で、次
のインク滴吐出行程へと移行する。なお、駆動波形とし
ては、極性の異なる駆動波形（パルス波形）を交互する
ことができる。

【００２６】ここで、このインクジェットヘッドは、電
極との実装面がヘッド裏面側（インク噴射面と反対の面
側）に集約されているので、個別電極１３及び共通電極
となる共通電極基板２への外部駆動回路の実装は、図５
に示すように、駆動回路を実装した回路基板２０にそれ
ぞれ個別電極用電極パッド２１、共通電極用電極パッド
２２を設けて、各電極パッド２１、２２に設けたバンフ
２３、２４を個別電極用外部電極１５及び共通電極基板
２に接続するバンフ実装で行うことができる。

【００２７】このバンフ実装方法は最も安価で容易な実
装方法であり、バンフ実装の場合にはダイボンドを兼ね
ることができるので実装時のアライメント回数を減らす
ことができて、工程が簡単になる。特に、共通電極基板
２が共通電極自体を兼ねるようにすることで、一層裏面
実装が容易となる。しかも、共通電極基板にパターニン
グがない場合には、振動板基板との接合時にアライメン
トの必要がなくなるので、接合専用のアライメント装置
が不要になり、ヘッド製造におけるスループットが向上
する。

【００２８】また、図６に示すように振動板／液室基板
１及び共通電極基板２にシリコン基板を用いてウエハ−
トゥ−ウエハで製作、接合するようにした場合、ダイシ
ング分割線２６でここのヘッドに分割するときにも、ギ
ャップ１６内へのダストを含む水等が毛管現象で浸入す
ることを防止でき、信頼性が向上し、歩留まりも向上す
る。

【００２９】次に、図７は本発明に係るインクジェット
ヘッドの第２実施形態を示す側断面説明図である。この
インクジェットヘッドは、振動板／液室基板３１にシリ
コン基板３２を用いて個別電極１３を形成すると共に共
通電極基板２とのギャップ１６を規定する凹部３３を形
成し、絶縁膜である酸化層３４を介して共通電極基板２
と接合したものである。この酸化層３３は振動板１１と
個別電極１３とを分離する絶縁分離膜１２を兼ねてい
る。ここで、振動板／液室基板３１及び共通電極基板２
はいずれもシリコン基板であり、振動板／液室基板３１
の凹部３３はＬＯＣＯＳ法により形成することができ
る。

【００３０】そこで、このインクジェットヘッドの製造
方法の一例について図８を参照して説明する。同図
（ａ）に示すように表面３２ａが鏡面研磨されたシリコ
ン基板３２を用いて、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン基板３２の研磨面３２ａを保護するためのバッファ酸
化膜（マスク層）３５と、異方性エッチングで、吐出室
７用の凹部を形成し、ＬＯＣＯＳ法で個別電極用凹部３
３を形成するためのマスク層３６となる窒化膜を順次成
膜する。

【００３１】次に、同図（ｃ）に示すように、ギャップ
１６を規定する凹部３３を形成する領域のマスク層３６
及びバッファ酸化膜３５をパターニングして除去した
後、凹部３３を形成するために熱酸化処理行って酸化膜
３７を形成する。その後、同図（ｄ）に示すように酸化
膜３７並びに残存しているマスク層３５、３６を除去す
る。

【００３２】次いで、同図（ｅ）に示すように、シリコ
ン基板３２に電極絶縁用に酸化処理を施して酸化層３４
を形成した後、個別電極１３及びその保護膜１４をデポ
し、パターニングして形成する。その後、シリコン基板
３２と共通電極基板２とを接合する。共通電極基板２と
なるシリコン基板の表面には予め熱酸化処理で保護膜を
形成しておくこともできる。

【００３３】ここでは、振動板／液室基板３１となるシ
リコン基板３２と共通電極基板２との接合方法には接着
剤等を含めて種々の接合方法を用いることができるが、
最もギャップ制御性のよいＳi−to−Ｓiの直接接合法で
接合している。

【００３４】この直接接合法は、両方のシリコン基板
（基体）を過水処理（洗浄）して、接触させ８００〜１
１００℃程度でアニールすることによって行われる。処
理雰囲気はＮ₂やＯ₂等である。その後、異方性エッチン
グにより吐出室７となる凹部等を形成して振動板／液室
基板３１とし、ノズル基板４を接合してインクジェット
ヘッドとする。

【００３５】なお、振動板／液室基板３１として結晶面
方位（１１０）のシリコン基板を用いているが、これに
限るものではない。また、電極の配置も選択する基板の
方位によって表面の吐出室７と共にある定められた結晶
方位にあわせて形成する必要があるが、吐出室７等の異
方性エッチングに関してはその説明を省略する。この場
合、吐出室７等を形成する異方性エッチング用のマスク
層３５、３６のパターンニングは、振動板／液室基板３
１と共通電極基板２との接合の前後のいずれでもよい
が、接合前、詳しくは酸化膜３７の除去後に行うことが
好ましい。また、異方性エッチングの工程も接合の前後
のいずれでもよいが、ノズル配列密度（吐出室の配列密
度でもある。）が高い場合には、吐出室間の隔壁の破損
のおそれがあるので接合後の方が好ましい。

【００３６】このようにすることで、極めて精度の高い
ギャップ１６を得ることができる。このギャップの精度
は噴射液滴の大きさ、体積Ｍｊ、液滴速度Ｖｊに直接影
響を与えるので、ギャップ精度が高くなることで印字品
質が向上し、また、ギャップのバラツキが低減すること
で低電圧化を図ることもできる。

【００３７】次に、図９は本発明に係るインクジェット
ヘッドの第３実施形態を示す側断面説明図である。この
インクジェットヘッドは、ＳＯＩ基板からなる振動板／
液室基板４１に活性層を酸化処理した振動板１１兼用の
個別電極１３を形成し、共通電極基板２とのギャップ１
６を規定するギャップスペーサ部材４２を介して共通電
極基板２と接合したものである。

【００３８】また、図１０は本発明に係るインクジェッ
トヘッドの第４実施形態を示す側断面説明図である。こ
のインクジェットヘッドは、ＳＯＩ基板からなる振動板
／液室基板４１に活性層を酸化処理した振動板１１兼用
の個別電極１３を形成し、共通電極基板２に個別電極１
３と共通電極基板２とのギャップ１６を規定する凹部４
３を形成して、振動板／液室基板４１と共通電極基板２
と接合したものである。なお、凹部４３はＬＯＣＯＳ法
などで形成できる。

【００３９】そこで、これらの第３、第４実施形態のイ
ンクジェットヘッドにおける振動板／液室基板４１の製
造方法の一例について図１１を参照して説明する。先
ず、同図（ａ）に示すようにベースウエハ５１上にイン
タ酸化膜５２を介して活性層５３を形成したＳＯI膜５
０を用意する。ここで、活性層５３の厚さは所望の振動
板の厚さ程度が必要であり、且つ、電極として使用する
ので金属とのオーミックコンタクトが可能な程度の不純
物濃度が必要である。

【００４０】シリコン振動板の厚さを決定する要因とし
ては、振動板の幅及び長さ、ギャップ長１６、駆動電圧
（個別電極と共通電極間の電圧)、振動板の変位量、加
圧室（吐出室）の体積等があり、一義的に定めるのは難
しいが、１００Ｖ以下の駆動電圧で、１００dpi程度以
上のピッチの静電ヘッドを形成するには、1〜２０μｍ
程度の振動板厚さが必要である。また、活性層の不純物
濃度は、オーミックコンタクトをとるために、例えばＮ
型ウエハの場合、３Ｅ１８〜５Ｅ１９／ｃｍ³程度のＰ
（リン）の注入を行っている。不純物濃度が低すぎる
と、オーミックコンタクトができなくなり、不純物濃度
が高すぎると、接合面となる酸化膜表面が荒れてしまい
Ｓi−to−Ｓi直接接合ができなくなる。

【００４１】そこで、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩ
基板５０の研磨面を保護するためのバッファ酸化膜（マ
スク層）３５を形成し、次に、異方性エッチングで吐出
室用の凹部を形成するためのマスク層３６としての窒化
膜を成膜する。

【００４２】次に、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基
板５０の個別電極形成面（活性層５３の面:裏面であ
る）のマスク層３５、３６を除去し、リソグラフィ技
術、ドライエッチング技術等により、活性層５３を加工
して振動板１１を兼ねた個別電極１３を形成する。ここ
で、インタ酸化膜５２はウェットエッチングにより除去
するとよい。これは、後工程で接合面５４となるベース
ウエハ５１表面に不用意なダメージ、表面荒れを発生さ
せないためである。

【００４３】そして、同図（ｄ）に示すように、酸化処
理をして振動板１１兼用の個別電極１３（個別電極１３
を兼ねた振動板１１、以下同じ）に保護膜１４を形成す
る。なお、このとき、共通電極基板２或いはギャップス
ペーサ部材４２との接合面５４にも適度な膜厚の酸化膜
が形成される。

【００４４】このようにして得られた振動板／液室基板
４１となるＳＯＩ基板５０をギャップスペーサ部材４２
を介して（図９）或いはそのまま（図１０）共通電極基
板２と接合する。なお、共通電極基板２となるシリコン
基板の表面には予め熱酸化処理で保護膜を形成しておく
こともできる。

【００４５】ここでは、振動板／液室基板４１となるＳ
ＯＩ基板５０と共通電極基板２との接合方法には接着剤
等を含めて種々の接合方法を用いることができるが、最
もギャップ制御性のよいＳi−to−Ｓiの直接接合法で接
合している。

【００４６】この直接接合法は、両方のシリコン基板
（基体）を過水処理（洗浄）して、接触させ８００〜１
１００℃程度でアニールすることによって行われる。処
理雰囲気はＮ₂やＯ₂等である。その後、異方性エッチン
グにより吐出室７となる凹部等を形成して振動板／液室
基板４１とし、ノズル基板４を接合してインクジェット
ヘッドとする。

【００４７】なお、振動板／液室基板４１となるＳＯＩ
基板５０のベースウエハに結晶面方位（１１０）のシリ
コン基板を用いているが、これに限るものではない。ま
た、電極の配置も選択する基板の方位によって表面の吐
出室７と共にある定められた結晶方位にあわせて形成す
る必要があるが、吐出室７等の異方性エッチングに関し
てはその説明を省略する。この場合、吐出室７等を形成
する異方性エッチング用のマスク層３５、３６のパター
ンニングは、振動板／液室基板４１と共通電極基板２と
を接合する前後のいずれでもよいが、接合前、詳しくは
活性層５３のパターニングの前に行うことが好ましい。
また、異方性エッチングの工程も接合の前後のいずれで
もよいが、ノズル配列密度（吐出室の配列密度でもあ
る。）が高い場合には、吐出室間の隔壁の破損のおそれ
があるので接合後の方が好ましい。

【００４８】このようにＳＯＩ基板の活性層をそのまま
振動板に用いて、個別電極を兼ねた振動板を形成するの
で、インタ酸化膜をエンドポイントにすることにより、
異方性エッチングによる液室等の形成が容易になる。ま
た、振動板を個別電極としてそのまま使用しているの
で、振動板の板厚／剛性制御が容易になり、バラツキを
小さくすることができる。

【００４９】次に、図１２は本発明に係るインクジェッ
トヘッドの第５実施形態を示す側断面説明図である。こ
のインクジェットヘッドは、ＳＯＩ基板からなる振動板
／液室基板６１に活性層を酸化処理した振動板１１兼用
の個別電極１３を形成すると共に、共通電極基板２との
ギャップ１６を規定する活性層を酸化処理したギャップ
スペーサ部６３を形成して、振動板／液室基板６１と共
通電極基板２と接合したものである。

【００５０】そこで、このインクジェットヘッドにおけ
る振動板／液室基板６１の製造方法の一例について図１
３を参照して説明する。先ず、前述した図１１で用いた
のと同様に、図１３（ａ）に示すようにベースウエハ５
１上にインタ酸化膜５２を介して活性層５３を形成した
ＳＯI膜５０を用意する。なお、ここでも、活性層５３
の厚さは所望の振動板の厚さ程度が必要であり、且つ、
電極として使用するので金属とのオーミックコンタクト
が可能な程度の不純物濃度が必要であることは前同様で
ある。

【００５１】そこで、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩ
基板５０の研磨面を保護するためのバッファ酸化膜（マ
スク層）３５を形成し、次に、異方性エッチングで吐出
室用の凹部を形成するためのマスク層３６としての窒化
膜を成膜する。

【００５２】次に、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基
板５０の個別電極形成面（活性層５３の面:裏面であ
る）のマスク層３５、３６のうち、個別電極となる部分
を残してパターニング除去する。そして、同図（ｄ）に
示すように、マスク層３５，層３６のない部分の活性層
５３を熱酸化処理してギャップスペーサ部６３を形成す
ると共に、振動板１１を兼ねた個別電極１３を形成す
る。

【００５３】その後、同図（ｅ）に示すように、マスク
層３５、３６を除去して、再度酸化処理をして振動板１
１兼用の個別電極１３に保護膜１４を形成する。なお、
ここで、後工程で接合面となるギャップスペーサ部６３
表面に不用意なダメージ、表面の荒れを発生させないた
め、マスク層３５、３６の除去を行わずに、マスク層３
５、３６を電極保護膜１４として用いることもできる。

【００５４】このようにして得られた振動板／液室基板
６１となるＳＯＩ基板５０を共通電極基板２と接合す
る。なお、共通電極基板２となるシリコン基板の表面に
は予め熱酸化処理で保護膜を形成しておくこともでき
る。

【００５５】ここでは、振動板／液室基板６１と共通電
極基板２との接合方法には接着剤等を含めて種々の接合
方法を用いることができるが、最もギャップ制御性のよ
いＳi−to−Ｓiの直接接合法で接合している。その後、
異方性エッチングにより吐出室７となる凹部等を形成し
て振動板／液室基板６１とし、ノズル基板４を接合して
インクジェットヘッドとする。

【００５６】なお、振動板／液室基板６１となるＳＯＩ
基板としてベースウエハに結晶面方位（１１０）のシリ
コン基板を用いているが、これに限るものではない。ま
た、電極の配置も選択する基板の方位によって表面の吐
出室７と共にある定められた結晶方位にあわせて形成す
る必要があるが、吐出室７等の異方性エッチングに関し
てはその説明を省略する。この場合、吐出室７等を形成
する異方性エッチング用のマスク層３５、３６のパター
ンニングは、振動板／液室基板６１なるＳＯＩ基板５０
と共通電極基板２とを接合する前後のいずれでもよい
が、接合前、詳しくは活性層５３のパターニングの前に
行うことが好ましい。また、異方性エッチングの工程も
接合の前後のいずれでもよいが、ノズル配列密度（吐出
室の配列密度でもある。）が高い場合には、吐出室間の
隔壁の破損のおそれがあるので接合後の方が好ましい。

【００５７】このようにＳＯＩ基板の活性層をそのまま
振動板に用いているので、インタ酸化膜をエンドポイン
トにすることにより、異方性エッチングによる液室等の
形成が容易になる。また、振動板を個別電極としてその
まま使用しているので、振動板の板厚／剛性制御が容易
になり、バラツキを小さくすることができる。

【００５８】また、ＳＯI基板の活性層の一部を酸化処
理することにより、振動板兼用の個別電極を形成すると
共にギヤップスペーサ部を同一面内に同時に形成するこ
とができ、工程が容易且つ簡略化する。

【００５９】次に、図１４は本発明に係るインクジェッ
トヘッドの第６実施形態を示す側断面説明図である。こ
のインクジェットヘッドは、ＳＯＩ基板からなる振動板
／液室基板７１に活性層からなる個別電極１３を形成す
ると共に、共通電極基板２とのギャップ１６を規定する
活性層を酸化処理したギャップスペーサ部７３を形成し
て、振動板／液室基板７１と共通電極基板２と接合した
ものである。

【００６０】そこで、このインクジェットヘッドにおけ
る振動板／液室基板７１の製造方法の一例について図１
５を参照して説明する。先ず、前述した図１１で用いた
のと同様に、図１５（ａ）に示すようにベースウエハ５
１上にインタ酸化膜５２を介して活性層５３を形成した
ＳＯI膜５０を用意する。なお、ここでも、活性層５３
の厚さは所望の振動板の厚さ程度が必要であり、且つ、
電極として使用するので金属とのオーミックコンタクト
が可能な程度の不純物濃度が必要であることは前同様で
ある。

【００６１】そこで、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩ
基板５０の研磨面を保護するためのバッファ酸化膜（マ
スク層）３５を形成し、次に、異方性エッチングで吐出
室用凹部を形成するためのマスク層３６としての窒化膜
を成膜する。

【００６２】次に、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基
板５０の個別電極形成面（活性層５３の面:裏面であ
る）のマスク層３５、３６と活性層５３のうち、個別電
極となる部分及びギャップスペーサ部となる部分を残し
てパターニング除去する。

【００６３】そして、同図（ｄ）に示すように、ギャッ
プスペーサ部となる部分のマスク層３５、３６を除去す
る。ここでの酸化膜３５の除去はウエットエッチングで
行うことが好ましい。これは後工程で接合面となる部分
に不用意なダメージ、表面荒れを発生させないためであ
る。次に、所望のギャップが得られるまでその部分を熱
酸化処理して、ギャップスペーサ部７３を形成する。

【００６４】次に、同図（ｅ）に示すように、マスク層
３５、３６を除去して、再度酸化処理をし、振動板１１
兼用の個別電極１３を形成して保護膜１４を形成する。
なお、ここで、後工程で接合面となるギャップスペーサ
部７３表面に不用意なダメージ、表面の荒れを発生させ
ないため、マスク層３５、３６の除去を行わずに、マス
ク層３５、３６を電極保護膜１４として用いることもで
きる。

【００６５】このようにして得られた振動板／液室基板
７１となるＳＯＩ基板５０を共通電極基板２と接合す
る。なお、共通電極基板２となるシリコン基板の表面に
は予め熱酸化処理で保護膜を形成しておくこともでき
る。

【００６６】ここでは、振動板／液室基板７１と共通電
極基板２との接合方法には接着剤等を含めて種々の接合
方法を用いることができるが、最もギャップ制御性のよ
いＳi−to−Ｓiの直接接合法で接合している。その後、
異方性エッチングにより吐出室７となる凹部等を形成し
て振動板／液室基板７１とし、ノズル基板４を接合して
インクジェットヘッドとする。

【００６７】なお、振動板／液室基板７１となるＳＯＩ
基板としてベースウエハに結晶面方位（１１０）のシリ
コン基板を用いているが、これに限るものではない。ま
た、電極の配置も選択する基板の方位によって表面の吐
出室７と共にある定められた結晶方位にあわせて形成す
る必要があるが、吐出室７等の異方性エッチングに関し
てはその説明を省略する。この場合、吐出室７等を形成
する異方性エッチング用のマスク層３５、３６のパター
ンニングは、振動板／液室基板６１なるＳＯＩ基板５０
と共通電極基板２とを接合する前後のいずれでもよい
が、接合前、詳しくは活性層５３のパターニングの前に
行うことが好ましい。また、異方性エッチングの工程も
接合の前後のいずれでもよいが、ノズル配列密度（吐出
室の配列密度でもある。）が高い場合には、吐出室間の
隔壁の破損のおそれがあるので接合後の方が好ましい。

【００６８】このようにＳＯＩ基板の活性層をそのまま
振動板に用いているので、インタ酸化膜をエンドポイン
トにすることにより、異方性エッチングによる液室等の
形成が容易になる。また、振動板を個別電極としてその
まま使用しているので、振動板の板厚／剛性制御が容易
になり、バラツキを小さくすることができる。

【００６９】また、ＳＯI基板の活性層の一部を酸化処
理することにより、振動板兼用の個別電極を形成すると
共にギヤップスペーサ部を同一面内に同時に形成するこ
とができ、工程が容易且つ簡略化する。しかも、活性層
の一部でギャップスペーサ部も形成するので、ギャップ
スペーサの高さと振動板の厚さを自由に設定することが
できる。

【００７０】次に、図１６は本発明に係るインクジェッ
トヘッドの第７実施形態を示す側断面説明図である。こ
のインクジェットヘッドは、ＳＯＩ基板からなる振動板
／液室基板８１に酸化膜層８２を形成して振動板兼用の
個別電極であるポリシリコン層８３を埋め込み形成し、
共通電極基板２とのギャップ１６を規定するギャップス
ペーサ部材８４を介して共通電極基板２と接合したもの
である。

【００７１】また、図１７は本発明に係るインクジェッ
トヘッドの第８実施形態を示す側断面説明図である。こ
のインクジェットヘッドは、ＳＯＩ基板からなる振動板
／液室基板８１に酸化膜層８２を形成して振動板兼用の
個別電極であるポリシリコン層８３を埋め込み形成し、
共通電極基板２に個別電極１３（ポリシリコン層８３）
と共通電極基板２とのギャップ１６を規定する凹部８５
を形成して、振動板／液室基板８１と共通電極基板２と
接合したものである。なお、凹部８５はＬＯＣＯＳ法な
どで形成できる。

【００７２】そこで、これらの第７、第８実施形態のイ
ンクジェットヘッドにおける振動板／液室基板８１の製
造方法の一例について図１８を参照して説明する。先
ず、前述した図１１で用いたのと同様に、図１８（ａ）
に示すように鏡面研磨したＳＯI膜５０を用意し、同図
（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板５０の研磨面を保護す
るためのバッファ酸化膜（マスク層）３５を形成し、次
に、異方性エッチングで吐出室用の凹部を形成するため
のマスク層３６としての窒化膜を成膜する。

【００７３】次に、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基
板５０の個別電極形成面の酸化膜３５及びマスク層３６
を除去する。ここでの酸化膜３５の除去はウエットエッ
チングで行うことが好ましい。これは接合面５４となる
部分に不用意なダメージ、表面荒れを発生させないため
である。そして、振動板と同程度の厚さまで基板表面を
酸化処理して酸化膜層８２を形成し、この酸化膜層８２
のうちの個別電極を形成する領域のみをパターニング除
去して凹部８２ａを形成する。このとき、凹部８２ａ底
部となる部分に絶縁分離膜となる酸化層膜８２を残すよ
うにする。

【００７４】その後、同図（ｄ）に示すように、酸化膜
層８２上に振動板兼用の個別電極を形成するためのポリ
シリコン層８３を成膜し、十分な低抵抗化処理を施す。
そして、同図（ｅ）に示すように吐出室形成面側のポリ
シリコン層８３をドライエッチング等で除去するととも
に、個別電極形成面側のポリシリコン層８３をＣＭＰ法
（Ｃhemical‐Ｍechanical‐Polishing）等で研磨す
る。そして、同図（ｆ）に示すように酸化処理を施して
電極保護膜１４を成膜する。

【００７５】このようにして得られた振動板／液室基板
８１となるＳＯＩ基板５０を共通電極基板２と接合す
る。なお、共通電極基板２となるシリコン基板の表面に
は予め熱酸化処理で保護膜を形成しておくこともでき
る。

【００７６】ここでは、振動板／液室基板８１と共通電
極基板２との接合方法には接着剤等を含めて種々の接合
方法を用いることができるが、最もギャップ制御性のよ
いＳi−to−Ｓiの直接接合法で接合している。その後、
異方性エッチングにより吐出室７となる凹部等を形成し
て振動板／液室基板８１とし、ノズル基板４を接合して
インクジェットヘッドとする。

【００７７】なお、振動板／液室基板８１となるＳＯＩ
基板としてベースウエハに結晶面方位（１１０）のシリ
コン基板を用いているが、これに限るものではない。ま
た、電極の配置も選択する基板の方位によって表面の吐
出室７と共にある定められた結晶方位にあわせて形成す
る必要があるが、吐出室７等の異方性エッチングに関し
てはその説明を省略する。この場合、吐出室７等を形成
する異方性エッチング用のマスク層３５、３６のパター
ンニングは、振動板／液室基板８１なるＳＯＩ基板５０
と共通電極基板２とを接合する前後のいずれでもよい
が、接合前、詳しくはポリシリコン層の研磨の前に行う
ことが好ましい。また、異方性エッチングの工程も接合
の前後のいずれでもよいが、ノズル配列密度（吐出室の
配列密度でもある。）が高い場合には、吐出室間の隔壁
の破損のおそれがあるので接合後の方が好ましい。

【００７８】このようにポリシリコン層で振動板兼用の
個別電極を形成した場合には、上述したようにＳＯＩ基
板の活性層をそのまま振動板兼用個別電極に用いた場合
に比べて、振動板の降伏応力が劣る（１／５〜１／６）
ものの、コストは安価になる。

【００７９】なお、上記実施形態では振動板基板が振動
板と液室用凹部を形成する振動板／液室基板の例で説明
したが、振動板基板とは別個に液室用凹部を形成する液
室基板を接合することもできる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、振動板側に個別電極を設
け、振動板に対向する電極を共通電極とした構成とした
ので、個別電極と共通電極の外部回路との接続部をヘッ
ド裏面側に集約することが可能になり、工程上や実装上
の不都合を招くことなく、高密度化、小型化可能で、長
期信頼性にも優れたインクジェットヘッドが得られる。

【００８１】ここで、振動板を形成し個別電極を設けた
振動板基板と、共通電極を形成した共通電極基板とを有
し、これらの振動板基板と共通電極基板とを個別電極と
共通電極とのギャップを形成するギャップ形成部材を介
して接合することで、容易にギャップを形成することが
できる。また、振動板基板に個別電極と前記共通電極と
のギャップを形成する凹部を設け、振動板基板と共通電
極基板とを接合することで、電極基板側のパターニング
が不要になり、接合時のアライメントが不要になってス
ループットが向上すると共に、高精度のギャップを容易
に形成できる。さらに、共通電極基板に個別電極と共通
電極とのギャップを形成する凹部を設け、これらの振動
板基板と共通電極基板とを接合することもで、容易にギ
ャップを形成することができる。

【００８２】また、振動板基板はＳＯＩ基板とし、この
ＳＯＩ基板の活性層部分で個別電極を形成することで、
個別電極を兼ねた振動板を容易に形成することができ、
振動板の厚さ／剛性の制御が容易でバラツキも低減す
る。この場合、ＳＯＩ基板の活性層が１〜２０μｍの厚
みを有し、かつ、オーミック形成が可能な不純物濃度を
有していることで、個別電極を兼ねた振動板を容易に得
ることができる。

【００８３】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、振動板基板にＳＯＩ基板を用いて、このＳＯＩ
基板の活性層の一部を熱酸化処理して、振動板兼用の個
別電極及び共通電極とのギャップを形成するギャップス
ペーサ部を同一面内に同時に形成する構成としたので、
工程が簡略化する。

【００８４】また、本発明に係る他のインクジェットヘ
ッドの製造方法は、振動板基板にＳＯＩ基板を用いて、
このＳＯＩ基板の活性層をパターニングして振動板兼用
の個別電極及び共通電極とのギャップを形成するギャッ
プスペーサ用凸部を形成する工程と、ギャップスペーサ
用凸部のみを酸化する工程とを含み、振動板兼用の個別
電極及び共通電極とのギャップを形成するギャップスペ
ーサ部を同一面内に同時に形成する構成としたので、工
程が簡略化する。

【００８５】さらに、本発明に係る更に他のインクジェ
ットヘッドの製造方法は、振動板基板にシリコン基板を
用いて振動板の厚みを有する酸化膜を形成する工程と、
酸化膜のうちの個別電極を形成する領域を除去する工程
と、電極間絶縁のための酸化層を形成する工程と、酸化
膜を除去した領域にポリシリコン層を埋め込む工程とを
含む構成としたので、コストが低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電型インクジェットヘッドの第
１実施形態を示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図

【図２】図３のＢ−Ｂ線に沿う側断面説明図

【図３】図１の上面図

【図４】図１の下面図

【図５】同実施形態のヘッドの外部回路実装構造に一例
を説明する説明図

【図６】同実施形態のヘッドのダイシング工程を説明す
る説明図

【図７】本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施
形態を示す断面説明図

【図８】同実施形態のヘッドの振動板／液室基板の製造
工程の一例を説明する説明図

【図９】本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施
形態を示す断面説明図

【図１０】本発明に係るインクジェットヘッドの第４実
施形態を示す断面説明図

【図１１】同実施形態のヘッドの振動板／液室基板の製
造工程の一例を説明する説明図

【図１２】本発明に係るインクジェットヘッドの第５実
施形態を示す断面説明図

【図１３】同実施形態のヘッドの振動板／液室基板の製
造工程の一例を説明する説明図

【図１４】本発明に係るインクジェットヘッドの第６実
施形態を示す断面説明図

【図１５】同実施形態のヘッドの振動板／液室基板の製
造工程の一例を説明する説明図

【図１６】本発明に係るインクジェットヘッドの第７実
施形態を示す断面説明図

【図１７】本発明に係るインクジェットヘッドの第８実
施形態を示す断面説明図

【図１８】同実施形態のヘッドの振動板／液室基板の製
造工程の一例を説明する説明図

【図１９】従来のインクジェットヘッドと外部回路との
実装構造の一例を示す説明図

【図２０】従来の他のインクジェットヘッドと外部回路
との実装構造の他の一例を示す説明図

【図２１】従来の他のインクジェットヘッドと外部回路
との実装構造の更に他の一例を示す説明図

【図２２】従来のインクジェットヘッドとダイシング工
程を説明する説明図

【図２３】従来の他のインクジェットヘッドとダイシン
グ工程を説明する説明図

【符号の説明】

１、３１、４１、６１、７１、８１…振動板／液室基
板、２…共通電極基板、３…ギャップスペーサ部材、４
…ノズル基板、６…ノズル孔、７…吐出室、９…共通イ
ンク流路、１１…振動板、１３…個別電極、３２…シリ
コン基板、５０…ＳＯＩ基板、８３…ポリシリコン層。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出するノズルと、このノズ
   ルが連通する液室と、この液室の隔壁の一部を構成する
   振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記振
   動板と電極との間に発生させる静電気力で前記振動板を
   変形させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッド
   において、前記振動板側を個別電極とし、前記電極を共
   通電極としたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、前記振動板を兼ねる個別電極を設けた振動板
   基板と、前記共通電極となる共通電極基板とを有し、こ
   れらの振動板基板と共通電極基板とを前記個別電極と前
   記共通電極とのギャップを形成するギャップ形成部材を
   介して接合したことを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、前記振動板を兼ねる個別電極を設けた振動板
   基板と、前記共通電極となる共通電極基板とを有し、前
   記振動板基板に前記個別電極と前記共通電極とのギャッ
   プを形成するギャップスペーサ部を設け、これらの振動
   板基板と共通電極基板とを接合したことを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、前記振動板を兼ねる個別電極を設けた振動板
   基板と、前記共通電極となる共通電極基板とを有し、前
   記共通電極基板に前記個別電極と前記共通電極とのギャ
   ップを形成するギャップスペーサ部を設け、これらの振
   動板基板と共通電極基板とを接合したことを特徴とする
   インクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記振動板基板がＳＯＩ基
   板であり、このＳＯＩ基板の活性層部分で前記個別電極
   を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のインクジェットヘッド
   において、前記ＳＯＩ基板の活性層が１〜２０μｍの厚
   みを有し、かつ、オーミック形成が可能な不純物濃度を
   有していることを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載のインクジェット
   ヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法にお
   いて、前記ＳＯＩ基板の活性層の一部を熱酸化処理し
   て、前記振動板兼用の個別電極及び前記共通電極とのギ
   ャップを形成するギャップスペーサ部を同一面内に同時
   に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。
8. 【請求項８】 請求項５又は６に記載のインクジェット
   ヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法にお
   いて、前記ＳＯＩ基板の活性層をパターニングして前記
   振動板兼用の個別電極及び前記共通電極とのギャップを
   形成するギャップスペーサ用凸部を形成する工程と、前
   記ギャップスペーサ用凸部のみを酸化する工程とを含
   み、前記振動板兼用の個別電極及び前記共通電極とのギ
   ャップを形成するギャップスペーサ部を同一面内に同時
   に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。
9. 【請求項９】 請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製
   造方法において、前記振動板基板にシリコン基板を用い
   て前記振動板の厚みを有する酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜のうちの個別電極を形成する領域を除去する
   工程と、電極間絶縁のための酸化層を形成する工程と、
   前記酸化膜を除去した領域にポリシリコン層を埋め込む
   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
   製造方法。