JP2001001530A - Manufacture for ink jet head, and ink jet head - Google Patents

Manufacture for ink jet head, and ink jet head

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JP2001001530A
JP2001001530A JP17219099A JP17219099A JP2001001530A JP 2001001530 A JP2001001530 A JP 2001001530A JP 17219099 A JP17219099 A JP 17219099A JP 17219099 A JP17219099 A JP 17219099A JP 2001001530 A JP2001001530 A JP 2001001530A
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JP
Japan
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liquid chamber
substrate
etching
diaphragm
jet head
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JP17219099A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Miki
剛 三樹
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure liquid chamber having an integrated structure of nozzles and channels and its manufacturing method, and provide a highly reliable and low-cost ink jet head by using a pressure liquid chamber having a nozzle integrated structure. SOLUTION: The ink jet head consists of a multilayer film pressure liquid chamber substrate 10, a diaphragm substrate 2 and a counter electrode substrate 30. An electrostatic attraction force is generated between a diaphragm 22 and a counter electrode 32 to shift the diaphragm 22, whereby the ink in a pressure liquid chamber 14 is pressured and discharged from a nozzle 15. In a method for forming the pressure liquid chambers 14 and nozzles 15 communicating with the pressure liquid chambers, a multilayer film including etching stop layers 12a, 12b and 12c is formed on a glass substrate 11a and etched, whereby the pressure liquid chambers 14 and nozzles 15 are formed (Figs. (I)-(P)). Thereafter, the multilayer film is anodically joined to the Si diaphragm substrate 20, and the glass substrate 11a and etching stop layer 12a are removed by etching.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドの製造方法及び該製造方法によって製造されたイン
クジェットヘッドに関し、より詳細には、マイクロマシ
ーニング技術を用いたオンデマンド式インクジェットヘ
ッドの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet head and an ink jet head manufactured by the method, and more particularly, to a method for manufacturing an on-demand ink jet head using a micromachining technique.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェットプリンタは、低価格かつ
小型のフルカラープリンタとして近年普及が著しい。こ
の理由として、専用紙の低価格化や写真画質を実現する
ための光沢紙の開発と共に、低価格機にも搭載可能な低
コストの高密度高性能インクジェットヘッドの開発があ
げられる。しかし、フルカラー印字の速度では、レーザ
プリンタのA4番での数ppmの印字速度に比較すると
劣っており、ヘッドのさらなる高密度化の需要が期待さ
れる。
2. Description of the Related Art Ink-jet printers have become very popular in recent years as low-cost and compact full-color printers. The reasons for this include the development of low-cost, high-density, high-performance inkjet heads that can be mounted on low-cost machines, as well as the development of glossy paper for lowering the price of dedicated paper and achieving photographic image quality. However, the speed of full-color printing is inferior to the printing speed of several ppm in the A4 size of a laser printer, and demand for higher density of the head is expected.

【0003】静電方式のインクジェットヘッドについて
は、ウエハプロセスでの作製が可能であることから、高
密度化が容易でかつ特性の安定した素子を大量に作製で
き、また、平面構造を基本とすることから小型化が容易
である長所をもち、例えば、特開平2−289351号
公報,特開平5−50601号公報,特開平6−718
82号公報等に見られるように多くの構造が開示されて
いる。これらの静電方式のインクジェットヘッドは、液
室の底面を構成する振動板の対向する位置に平行平板電
極が形成され、該振動板と平行平板電極との間に働く静
電引力と振動板の剛性による振動で前記液室にインクを
吸引し、かつ、吸引したインクを吐出するものである。
加圧液室およびインク流路についてはSi基板に異方性
エッチング加工後、ノズルプレートとの接着により形成
している。
[0003] Since an electrostatic ink jet head can be manufactured by a wafer process, it is possible to manufacture a large number of elements which are easy to increase the density and have stable characteristics, and are based on a planar structure. For this reason, it has an advantage that the size can be easily reduced. For example, JP-A-2-289351, JP-A-5-50601, and JP-A-6-718.
Many structures are disclosed as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Publication No. 82-82. In these electrostatic ink jet heads, parallel plate electrodes are formed at opposing positions of a diaphragm constituting a bottom surface of a liquid chamber, and an electrostatic attractive force acting between the diaphragm and the parallel plate electrode and a vibration of the diaphragm are generated. The ink is sucked into the liquid chamber by vibration due to rigidity, and the sucked ink is discharged.
The pressurized liquid chamber and the ink flow path are formed by anisotropically etching the Si substrate and then bonding to the nozzle plate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】オンデマンド式インク
ジェットプリンタでは、600dpi以上の銀塩写真に
近い高画質で、しかも、3枚/分以上の高速印刷を行う
ことが求められており、ヘッド密度が6本/mm以上が
当然必要とされ、かつ、100本を越える素子を1チッ
プ化することを求められている。しかし、高性能化と共
に低価格が同時進行しており、ヘッドの実装を含めた低
価格化が求められている。
In an on-demand type ink jet printer, it is required to perform high-speed printing of 3 sheets / min or more with high image quality close to a silver halide photograph of 600 dpi or more. 6 / mm or more is naturally required, and more than 100 elements are required to be integrated into one chip. However, the price is going on at the same time as the high performance, and the price reduction including the mounting of the head is required.

【0005】振動板と対向電極との間に静電力を発生さ
せ、振動板を変形して該振動板の復元力により液を加圧
して液を吐出する方式の静電型インクジェットヘッドに
おいては、高密度化の要求により振動板の短辺長が短く
なると、見かけの振動板剛性があがり、振動板の変形が
小さくなる傾向にある。従って、振動板により生ずる吐
出圧力を有効利用可能とする液室形状が必要となる。し
かし、コストダウンを目的としてガラスまたはSi基板
に加圧液室をノズル部分まで一体成型しようとすると、
液室の高さとノズル長は基板の厚さに依存し、また、ハ
ンドリングを考えると、基板の厚さは少なくとも400
μm以上必要とし、これらが液室および流路形状の設計
自由度を狭めている。そこで、基板上にエッチングスト
ップ層を含む多層膜を製膜し、エッチングにより加圧液
室およびノズルを形成した後に、振動板基板と接合し、
基板部分をエッチング除去することにより、ハンドリン
グの問題を解決しながら、同時に、最適形状の加圧液室
および流路を得ることができた。
In an electrostatic ink jet head of a system in which an electrostatic force is generated between a diaphragm and a counter electrode to deform the diaphragm and pressurize the liquid by the restoring force of the diaphragm to discharge the liquid, When the short side length of the diaphragm is shortened due to the demand for higher density, apparent diaphragm rigidity increases, and the deformation of the diaphragm tends to decrease. Therefore, a liquid chamber shape that enables effective use of the discharge pressure generated by the diaphragm is required. However, when trying to integrally mold the pressurized liquid chamber up to the nozzle part on a glass or Si substrate for the purpose of cost reduction,
The height of the liquid chamber and the nozzle length depend on the thickness of the substrate, and the thickness of the substrate is at least 400 in consideration of handling.
μm or more, which reduces the degree of freedom in designing the shape of the liquid chamber and the flow path. Therefore, a multilayer film including an etching stop layer is formed on the substrate, and after forming a pressurized liquid chamber and a nozzle by etching, it is joined to the diaphragm substrate,
By removing the substrate portion by etching, it was possible to solve the problem of handling, and at the same time, obtain a pressurized liquid chamber and a flow path having optimal shapes.

【0006】本発明の目的は、ウエハプロセス対応の自
由設計が可能なノズル,流路を一体構造とした加圧液室
およびその製造方法を提供すると共に、ノズル一体型構
造の加圧液室を用いることにより高信頼性かつ低コスト
のインクジェットヘッドを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pressurized liquid chamber having a nozzle and a flow path integrally structured and a method of manufacturing the same which can be freely designed for a wafer process, and to provide a pressurized liquid chamber having a nozzle integrated structure. An object of the present invention is to provide a highly reliable and low-cost inkjet head by using the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、振動板と対向
電極との間に静電引力を発生させ、前記振動板を変位さ
せることにより該振動板の復元力により加圧液室内のイ
ンクを加圧し、該加圧室内のインクを吐出する方式の静
電型インクジェットヘッドの製造方法における、前記加
圧液室及び該加圧液室に連通するインク流路の製造方法
において、基板上にエッチングストップ層を含む多層膜
を形成し、該多層膜をエッチング加工することにより前
記加圧液室およびインク流路を形成し、その後、振動板
基板に陽極接合し、次いで、前記基板をエッチングによ
り除去することを特徴としたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided a method for generating an electrostatic attraction between a diaphragm and a counter electrode, and displacing the diaphragm to restore ink in a pressurized liquid chamber by restoring force of the diaphragm. In the method of manufacturing an electrostatic ink jet head of a method of discharging the ink in the pressurized chamber, the method of manufacturing the pressurized liquid chamber and the ink flow path communicating with the pressurized liquid chamber includes the steps of: Forming a multilayer film including an etching stop layer, forming the pressurized liquid chamber and the ink flow path by etching the multilayer film, and then anodically bonding to the diaphragm substrate, and then etching the substrate by etching. It is characterized by being removed.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による製造手法に
よって製造された静電型インクジェットヘッドの一例を
説明するための要部断面構成図で、該静電型インクジェ
ットヘッドは、図1に示すように、エッチングストップ
層を含む多層膜加圧液室基板10、単結晶Si振動板基
板20および対向電極基板30より構成される。多層膜
加圧液室基板10は、パイレックスガラス層(ノズル
部)11,エッチングストップ層12,パイレックスガ
ラス層(加圧液室部)13,加圧液室14,ノズル15
等から成り、加圧液室14およびノズル15は、エッチ
ングストップ層12を含む多層膜をエッチングすること
により形成される。多層膜を形成する際に、順次エッチ
ングストップ層にパターニングを施すことにより、エッ
チング工程の削減が可能となる。振動板20は、エッチ
ングストップ層としてのSiO2層21と振動板基板と
してのSi層22とから成り、Si振動板基板を、KO
H水溶液,TMAH,EPWヒドラジン等によりエッチ
ングすることにより形成される。振動板の厚さの制御
は、エッチング終点の制御により決まり、エッチング終
点の制御には、ボロンの高濃度拡散層によるエッチスト
ップやリン拡散層の陽極酸化による電気化学エッチスト
ップ,SiO2とSiのエッチング速度の違いを利用
し、SOI基板中のSiO2層でエッチストップさせる
などの方法が利用可能である。対向基板電極30は、パ
イレックスガラス基板31と対向電極32,絶縁膜(表
面保護層)33等から成り、パイレックスガラス基板3
1上にドライエッチ若しくはバッファードフッ酸による
ウエットエッチによりギャップを形成し、該ギャップ内
にスパッタ等により対向電極32および絶縁膜(表面保
護膜)33を成膜,パターニングにより作成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view showing a main part of an example of an electrostatic ink jet head manufactured by a manufacturing method according to the present invention. As shown, it is composed of a multi-layer pressurized liquid chamber substrate 10 including an etching stop layer, a single crystal Si diaphragm substrate 20, and a counter electrode substrate 30. The multilayer film pressurized liquid chamber substrate 10 includes a Pyrex glass layer (nozzle section) 11, an etching stop layer 12, a Pyrex glass layer (pressurized liquid chamber section) 13, a pressurized liquid chamber 14, and a nozzle 15.
The pressurized liquid chamber 14 and the nozzle 15 are formed by etching a multilayer film including the etching stop layer 12. By sequentially patterning the etching stop layer when forming the multilayer film, the number of etching steps can be reduced. The diaphragm 20 is composed of a SiO 2 layer 21 as an etching stop layer and a Si layer 22 as a diaphragm substrate.
It is formed by etching with H aqueous solution, TMAH, EPW hydrazine or the like. The control of the thickness of the diaphragm is determined by the control of the etching end point. The control of the etching end point includes an etch stop by a boron high concentration diffusion layer, an electrochemical etch stop by anodic oxidation of a phosphorus diffusion layer, and a SiO 2 and Si Utilizing the difference in the etching rate, a method of stopping the etching at the SiO 2 layer in the SOI substrate can be used. The counter substrate electrode 30 includes a Pyrex glass substrate 31, a counter electrode 32, an insulating film (surface protective layer) 33, and the like.
A gap is formed on the substrate 1 by dry etching or wet etching with buffered hydrofluoric acid, and a counter electrode 32 and an insulating film (surface protective film) 33 are formed in the gap by sputtering or the like and formed by patterning.

【0009】(実施例1)図2((A)〜(H))及び
図3((I)〜(Q))は、請求項1のインクジェット
ヘッドの作成方法を説明するための工程図で、以下の
(a)〜(q)の工程より成る。 (a)まず、パイレックスガラス基板31を用意し(図
2(A))、 (b)パイレックスガラス基板31に振動板と対向電極
とのギャップを形成するためネガレジスト34を用いパ
ターニングを施す(図2(B))。 (c)ドライエッチングによりギャップ35を形成し
(図2(C))、 (d)パイレックス基板31のエッチング面にPt膜3
2,SiO2膜33をスパッタにより成膜する(図2
(D))。 (e)ネガレジスト36によるリソグラフィー後(図2
(E))、 (f)SiO2絶縁膜33をバッファードフッ酸でエッ
チングし、Pt膜32をスパッタによりエッチバック
し、対向電極32を形成する(図2(F))。 (g)SOI基板20′をドライエッチング後のパイレ
ックスガラス基板30に陽極接合する(図2(G))。 (h)接合後のSOI基板20′のSi基板23をKO
Hによりエッチングし、SOI基板20′のSiO2
21でエッチストップさせ、静電型アクチュエータ部分
が完成した(図2(H))。
(Embodiment 1) FIGS. 2 (A) to 2 (H) and 3 (I) to 3 (Q) are process diagrams for explaining a method of manufacturing an ink jet head according to the first aspect. And the following steps (a) to (q). (A) First, a Pyrex glass substrate 31 is prepared (FIG. 2A), and (b) patterning is performed on the Pyrex glass substrate 31 using a negative resist 34 in order to form a gap between a diaphragm and a counter electrode (FIG. 2A). 2 (B)). (C) A gap 35 is formed by dry etching (FIG. 2C), and (d) a Pt film 3 is formed on the etching surface of the Pyrex substrate 31.
2. An SiO 2 film 33 is formed by sputtering (FIG. 2)
(D)). (E) After lithography using the negative resist 36 (FIG. 2)
(E)), (f) The SiO 2 insulating film 33 is etched with buffered hydrofluoric acid, and the Pt film 32 is etched back by sputtering to form the counter electrode 32 (FIG. 2 (F)). (G) The SOI substrate 20 'is anodically bonded to the Pyrex glass substrate 30 after the dry etching (FIG. 2 (G)). (H) The Si substrate 23 of the SOI substrate 20 'after the bonding is
Then, etching was performed with H, and the etching was stopped at the SiO 2 layer 21 of the SOI substrate 20 ′, thereby completing the electrostatic actuator portion (FIG. 2 (H)).

【0010】(i)もう一枚のパイレックスガラス基板
11aに、エッチングストップ層としてのCr膜12a
と、ノズル層としてのパイレックスガラス膜11bと、
エッチングストップ層としてのCr層12bと液室層と
してのパイレックスガラス膜11cをスパッタ成膜し、
表面はバッファードフッ酸によるウエットエッチングの
マスクとして使用するためのCr膜12cで終了する
(図3(I))。 (j)最表面のCrマスク12cをパターニングし、ウ
エットエッチングのマスクを形成する(図3(J))。 (k)バッファードフッ酸によりパイレックスガラス層
11cをエッチングし、加圧液室14を形成する。この
とき、下層にあるCr膜12bにより、エッチングは自
発的に停止する(図3(K))。 (l)エッチングストップ層に用いたCr膜12bにフ
ォトリソを施し、ノズルのパターン15′を開口する
(図3(L))。 (m)Cr膜12bをエッチング15″する(図3
(M))。 (n)Cr膜12bをエッチング後、バッファードフッ
酸によりノズル層のパイレックスガラス11bをエッチ
ング15する(図3(N))。 (o)作成した多層膜液室を、工程(h)で作成した静
電型アクチュエータの振動板基板20側に陽極接合する
(図3(O))。 (p)多層膜液室を支えていたパイレックスガラス基板
11aをバッファードフッ酸によりエッチング,除去す
る(図3(P))。 (q)多層膜上に残ったCrエッチングストップ層12
aを塩酸によりエッチング除去する(図3(Q))。
(I) A Cr film 12a as an etching stop layer is formed on another Pyrex glass substrate 11a.
And a Pyrex glass film 11b as a nozzle layer,
A Cr layer 12b as an etching stop layer and a Pyrex glass film 11c as a liquid chamber layer are formed by sputtering.
The surface ends with a Cr film 12c to be used as a mask for wet etching with buffered hydrofluoric acid (FIG. 3 (I)). (J) The outermost Cr mask 12c is patterned to form a wet etching mask (FIG. 3 (J)). (K) The Pyrex glass layer 11c is etched with buffered hydrofluoric acid to form the pressurized liquid chamber 14. At this time, the etching is spontaneously stopped by the lower Cr film 12b (FIG. 3K). (L) Photolithography is performed on the Cr film 12b used as the etching stop layer to open a nozzle pattern 15 '(FIG. 3 (L)). (M) Etch 15 ″ the Cr film 12b (FIG. 3
(M)). (N) After etching the Cr film 12b, the nozzle layer Pyrex glass 11b is etched 15 with buffered hydrofluoric acid (FIG. 3 (N)). (O) The created multilayer liquid chamber is anodically bonded to the diaphragm 20 side of the electrostatic actuator created in step (h) (FIG. 3 (O)). (P) The Pyrex glass substrate 11a supporting the multilayer liquid chamber is etched and removed with buffered hydrofluoric acid (FIG. 3 (P)). (Q) Cr etching stop layer 12 remaining on multilayer film
a is removed by etching with hydrochloric acid (FIG. 3 (Q)).

【0011】以上により、図1に示した多層膜を用いた
ノズル,流路を一体形成した静電型インクジェットヘッ
ドが完成した(ただし、図1に示したパイレックスガラ
ス11は11bに、エッチングストップ層12はCr層
12bに、パイレックスガラス13は11cに対応して
いる)。
As described above, the electrostatic ink jet head integrally formed with the nozzle and the flow path using the multilayer film shown in FIG. 1 was completed (however, the Pyrex glass 11 shown in FIG. 12 corresponds to the Cr layer 12b, and Pyrex glass 13 corresponds to 11c).

【0012】(実施例2)図4,図5は、請求項2のイ
ンクジェットヘッドの作成方法の実施例2を説明するた
めの図で、(a)〜(h)までの工程は、本説明による
インクジェットヘッドの静電型アクチュエータ部分の製
造工程を示す図であるが、実施例1の図2(A)〜図2
(H)と同じであるので、図(図4(A)〜図4
(H))のみを示し、その説明は省略し、以下、図5
(I)〜図5(S)の工程について説明する。
(Embodiment 2) FIGS. 4 and 5 are views for explaining an embodiment 2 of a method for producing an ink jet head according to claim 2, wherein steps (a) to (h) are described in this embodiment. FIGS. 2A to 2C show a manufacturing process of an electrostatic actuator portion of an inkjet head according to the first embodiment.
4 (A) to FIG.
(H)) only, and the description thereof is omitted.
Steps (I) to FIG. 5 (S) will be described.

【0013】(i)パイレックス基板11aにエッチン
グストップ層としてのCr膜12aをスパッタ成膜する
(図5(I))。 (j)出発原料としてシリコンテトラエトキシドを主成
分とする表1に一例を示す配合によりアルコキシドを、
メタノールに溶解する。これに攪拌しながら水分を加え
加水分解してできたシリカを主成分とするゲルをスピン
コートにより、若しくは、より高粘性に調整した後ドク
タブレードにて、該パイレックス基板上に所望の厚さに
塗布し、110℃にて乾燥後、700℃にて3時間、8
50℃にて3時間の熱処理を行い、徐冷徐歪の工程を経
て、ノズル部分に相当するパイレックスガラス層11b
を形成した(図5(J))。
(I) A Cr film 12a as an etching stop layer is formed on the Pyrex substrate 11a by sputtering (FIG. 5I). (J) An alkoxide having a composition shown as an example in Table 1 containing silicon tetraethoxide as a main component as a starting material,
Dissolve in methanol. A gel containing silica as a main component obtained by adding water and hydrolyzing with stirring is spin-coated or, after being adjusted to a higher viscosity, a doctor blade is applied to the Pyrex substrate to a desired thickness. Apply and dry at 110 ° C, then at 700 ° C for 3 hours, 8
A heat treatment is performed at 50 ° C. for 3 hours, and a Pyrex glass layer 11b corresponding to a nozzle portion is passed through a step of slow cooling and slow strain.
Was formed (FIG. 5 (J)).

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】(k)再度Cr膜12bをスパッタ成膜し
た後、(j)と同様の工程により液室層のパイレックス
ガラス11cを形成し、エッチングマスク用のCr膜1
2cをスパッタ成膜し、ノズル,流路および液室用の多
層膜を形成した(図5(K))。 (l)最表面のCrマスク12cをパターニングし、ウ
エットエッチングのマスクを形成する(図5(L))。 (m)バッファードフッ酸によりパイレックスガラス層
11cをエッチングし、加圧液室14を形成する。この
とき、下層にあるCr膜12bにより、エッチングは自
発的に停止する。 (n)エッチングストップ層として用いたCr膜12b
にフォトリソを施し、ノズルのパターン15′を開口す
る(図5(N))。 (o)Cr膜12bをエッチングする(図5(O))。 (p)Cr膜12bエッチング後、バッファードフッ酸
によりノズル層のパイレックスガラス11bをエッチン
グし、ノズル15を開口する(図5(P))。 (q)作成した多層膜液室部10′を、(h)の工程
(図4(H))で作成した静電型アクチュエータの振動
板基板側に陽極接合する(図5(Q))。 (r)多層膜液室を支えていたパイレックス基板11a
をバッファードフッ酸によりエッチング,除去する(図
5(R))。 (s)多層膜上に残ったCrエッチングストップ層12
aを塩酸によりエッチング除去する(図5(S))。
(K) After the Cr film 12b is again formed by sputtering, the Pyrex glass 11c of the liquid chamber layer is formed by the same process as (j), and the Cr film 1 for the etching mask is formed.
2c was formed by sputtering to form a multilayer film for a nozzle, a flow path, and a liquid chamber (FIG. 5 (K)). (L) The Cr mask 12c on the outermost surface is patterned to form a wet etching mask (FIG. 5 (L)). (M) The Pyrex glass layer 11c is etched with buffered hydrofluoric acid to form the pressurized liquid chamber 14. At this time, the etching is spontaneously stopped by the lower Cr film 12b. (N) Cr film 12b used as an etching stop layer
Is subjected to photolithography to open a nozzle pattern 15 '(FIG. 5 (N)). (O) The Cr film 12b is etched (FIG. 5 (O)). (P) After etching the Cr film 12b, the nozzle layer Pyrex glass 11b is etched with buffered hydrofluoric acid to open the nozzle 15 (FIG. 5 (P)). (Q) The prepared multilayer liquid chamber 10 'is anodically bonded to the diaphragm substrate side of the electrostatic actuator prepared in the step (h) (FIG. 4 (H)) (FIG. 5 (Q)). (R) Pyrex substrate 11a supporting multilayer liquid chamber
Is etched and removed with buffered hydrofluoric acid (FIG. 5 (R)). (S) Cr etching stop layer 12 remaining on multilayer film
a is removed by etching with hydrochloric acid (FIG. 5 (S)).

【0016】以上により、多層膜を用いたノズル,流路
を一体形成した静電型インクジェットヘッドが完成した
(ただし、図1に示した11は11bに、12は12b
に、13は11cに対応している)。
As described above, an electrostatic ink jet head in which a nozzle and a flow path using a multilayer film are integrally formed is completed (however, 11 shown in FIG. 1 is 11b and 12 is 12b).
And 13 corresponds to 11c).

【0017】(実施例3)図6,図7は、請求項3のイ
ンクジェットヘッドの作成方法の実施例を説明するため
の製作工程図で、(a)〜(h)までの工程は、本発明
によるインクジェットヘッドの静電型アクチュエータ部
分の製造工程を示す図であるが、実施例1の図2(A)
〜図2(H)と同じであるので、図(図6(A)〜図6
(H))のみを示し、その説明は省略し、以下、図7
(I)〜図7(S)の工程について説明する。
(Embodiment 3) FIGS. 6 and 7 are manufacturing process diagrams for explaining an embodiment of a method for manufacturing an ink-jet head according to claim 3, in which the steps (a) to (h) are performed in accordance with the present invention. FIG. 2A is a view showing a manufacturing process of an electrostatic actuator portion of an ink jet head according to the present invention.
2 (H) to FIG. 2 (H).
(H)) only, and the description thereof is omitted.
Steps (I) to FIG. 7 (S) will be described.

【0018】(i)パイレックス基板11aにエッチン
グストップ層としてのCr膜12aをスパッタ成膜する
(図7(I))。 (j)スパッタ若しくはゾル−ゲル法によりノズル部分
に相当するパイレックスガラス層11bを形成する(図
7(J))。 (k)エッチングストップ層としてCr膜12bをスパ
ッタ成膜する(図7(K))。 (l)Cr膜12bに、ノズル部分のパターンをネガレ
ジスト16によりパターニングし、ウエットエッチング
により開口15′する(図7(L))。 (m)スパッタ法若しくはゾル−ゲル法により液室部分
に相当するパイレックスガラス層11cを形成する(図
7(M))。 (n)エッチングマスクとしてのCr膜12cをスパッ
タ成膜する(図7(N))。 (o)液室および流路のパターンをCr膜12cに、フ
ォトリソ17を施し、ウエットエッチングにより形成す
る(図7(O))。 (p)形成した多層膜を、バッファードフッ酸によりエ
ッチングする。Cr膜12cにより形成したマスクによ
り流路および液室部分14がエッチングにより形成され
ると共に、液室部分を形成するパイレックスガラス層1
1cとノズル部分を形成するパイレックスガラス層11
bとの間のエッチングストップ層12bに形成した前記
開口パターン15′よりエッチングが進み、ノズル15
とが開口され、液室部分とノズル部分が一体形成される
(図7(P))。 (q)作成した多層膜液室10′を、(h)の工程(図
6(H))で作成した静電型アクチュエータのSi振動
板基板側に陽極接合する(図7(Q))。 (r)多層膜液室を支えていたパイレックス基板11a
をバッファードフッ酸によりエッチング,除去する(図
7(R))。 (s)多層膜上に残ったCrエッチングストップ層12
aを塩酸によりエッチング除去する(図7(S))。 以上により、多層膜を用いたノズル,流路を一体形成し
た静電型インクジェットヘッドが完成した。
(I) A Cr film 12a as an etching stop layer is formed on the Pyrex substrate 11a by sputtering (FIG. 7I). (J) A Pyrex glass layer 11b corresponding to a nozzle portion is formed by sputtering or a sol-gel method (FIG. 7 (J)). (K) A Cr film 12b is formed as an etching stop layer by sputtering (FIG. 7K). (L) The pattern of the nozzle portion is patterned on the Cr film 12b by the negative resist 16, and an opening 15 'is formed by wet etching (FIG. 7 (L)). (M) A Pyrex glass layer 11c corresponding to the liquid chamber portion is formed by a sputtering method or a sol-gel method (FIG. 7 (M)). (N) A Cr film 12c as an etching mask is formed by sputtering (FIG. 7 (N)). (O) The pattern of the liquid chamber and the flow path is formed by applying photolithography 17 to the Cr film 12c and performing wet etching (FIG. 7 (O)). (P) The formed multilayer film is etched with buffered hydrofluoric acid. The channel and the liquid chamber portion 14 are formed by etching using the mask formed by the Cr film 12c, and the Pyrex glass layer 1 forming the liquid chamber portion is formed.
Pyrex glass layer 11 forming nozzle portion with 1c
b, the etching proceeds from the opening pattern 15 ′ formed in the etching stop layer 12 b between the nozzle 15 b and the nozzle 15.
Is opened, and the liquid chamber portion and the nozzle portion are integrally formed (FIG. 7 (P)). (Q) The prepared multilayer liquid chamber 10 'is anodically bonded to the Si diaphragm substrate side of the electrostatic actuator prepared in the step (h) (FIG. 6 (H)) (FIG. 7 (Q)). (R) Pyrex substrate 11a supporting multilayer liquid chamber
Is etched and removed with buffered hydrofluoric acid (FIG. 7 (R)). (S) Cr etching stop layer 12 remaining on multilayer film
a is removed by etching with hydrochloric acid (FIG. 7 (S)). As described above, an electrostatic inkjet head in which a nozzle and a flow path using a multilayer film are integrally formed is completed.

【0019】(実施例4)図8,図9は、請求項4のイ
ンクジェットヘッドの作成方法の実施例を説明するため
の製作工程図で、(a)〜(h)までの工程は、本発明
によるインクジェットヘッドの静電型アクチュエータ部
分の製造工程を示す図であるが、実施例1の図2(A)
から図2(H)と同じであるので、図(図8(A)〜図
8(H))のみを示し、その説明を省略し、以下、図9
(I)〜図9(S)の工程について説明する。
(Embodiment 4) FIGS. 8 and 9 are manufacturing process diagrams for explaining an embodiment of a method of manufacturing an ink-jet head according to claim 4, wherein steps (a) to (h) are described in the present embodiment. FIG. 2A is a view showing a manufacturing process of an electrostatic actuator portion of an ink jet head according to the present invention.
2 (H) to FIG. 2 (H), only the figures (FIGS. 8 (A) to 8 (H)) are shown, and the description thereof is omitted.
Steps (I) to FIG. 9 (S) will be described.

【0020】(i)パイレックス基板11aにエッチン
グストップ層としてのCr膜12aをスパッタ成膜する
(図9(I))。 (j)スパッタ若しくはゾル−ゲル法によりノズル部分
に相当するパイレックスガラス層11bを形成する(図
9(J))。 (k)エッチングストップ層としてCr膜12bをスパ
ッタ成膜する(図9(K))。 (l)Cr膜12bに、ノズル部分および液室・流路の
側壁部分のパターンをネガレジスト18によりパターニ
ングし、ウエットエッチングによりパターンを形成する
(図9(L))。 (m)Cr膜12bの表面を酸化12b′する(図9
(M))。 (n)実施例2の工程(j)で示した方法で、液室部分
に相当するパイレックスガラス層11cを形成し、Cr
膜12cのエッチングマスクを形成した(図9
(N))。 (o)形成した多層膜を、バッファードフッ酸によりエ
ッチングする(図9(O))。 (p)Cr膜12cにより形成したマスクにより流路お
よび液室部分14がエッチングにより形成されると共
に、液室部分を形成するパイレックスガラス11cとノ
ズル部分を形成するパイレックスガラス11bとの間の
エッチングストップ層12bに形成した開口パターンに
よりエッチングが進み、ノズル15が開口され、液室部
分とノズル部分は一体形成される(図9(O))。 (q)作成した多層膜液室を、(h)の工程(図8
(H))で作成した静電型アクチュエータのSi振動板
基板側に陽極接合する(図9(Q))。 (r)多層膜液室を支えていたパイレックス基板11a
をバッファードフッ酸によりエッチング,除去する(図
9(R))。 (s)多層膜上に残ったCrエッチングストップ層12
aを塩酸によりエッチング除去する(図9(S))。
(I) A Cr film 12a as an etching stop layer is formed on the Pyrex substrate 11a by sputtering (FIG. 9 (I)). (J) A Pyrex glass layer 11b corresponding to a nozzle portion is formed by sputtering or a sol-gel method (FIG. 9 (J)). (K) A Cr film 12b is formed by sputtering as an etching stop layer (FIG. 9K). (L) On the Cr film 12b, the pattern of the nozzle portion and the side wall portion of the liquid chamber / flow path is patterned by the negative resist 18, and the pattern is formed by wet etching (FIG. 9 (L)). (M) The surface of the Cr film 12b is oxidized 12b '(FIG. 9)
(M)). (N) The Pyrex glass layer 11c corresponding to the liquid chamber portion is formed by the method shown in the step (j) of the second embodiment.
An etching mask for the film 12c was formed (FIG. 9).
(N)). (O) The formed multilayer film is etched with buffered hydrofluoric acid (FIG. 9 (O)). (P) The flow path and the liquid chamber portion 14 are formed by etching using the mask formed by the Cr film 12c, and etching is stopped between the Pyrex glass 11c forming the liquid chamber portion and the Pyrex glass 11b forming the nozzle portion. The etching proceeds according to the opening pattern formed in the layer 12b, the nozzle 15 is opened, and the liquid chamber portion and the nozzle portion are integrally formed (FIG. 9 (O)). (Q) The prepared multilayer liquid chamber is transferred to the step (h) (FIG. 8).
Anodically bonding the electrostatic actuator prepared in (H)) to the Si diaphragm substrate side (FIG. 9 (Q)). (R) Pyrex substrate 11a supporting multilayer liquid chamber
Is etched and removed with buffered hydrofluoric acid (FIG. 9 (R)). (S) Cr etching stop layer 12 remaining on multilayer film
"a" is removed by etching with hydrochloric acid (FIG. 9 (S)).

【0021】以上により、多層膜を用いたノズル,流路
を一体形成した静電型インクジェットヘッドが完成し
た。ノズル部分と液室部分のエッチングストップ層に用
いるCr膜の表面を酸化することで、Cr23層を得
る。塗布したシリカを主成分とするゲルが緻密化する際
の体積収縮によりひび割れなどが生ずることがしばしば
認められるが、ガラスモールドレンズの型に用いられる
Cr23はガラスとの濡れ性が悪く、収縮による応力は
Cr23との接触面で選択的に緩和されるために、体積
収縮によるひび割れ等を抑制することが確認された。
As described above, an electrostatic ink jet head in which a nozzle and a flow path using a multilayer film are integrally formed is completed. A Cr 2 O 3 layer is obtained by oxidizing the surface of the Cr film used for the etching stop layer in the nozzle portion and the liquid chamber portion. Cracks and the like are often observed due to volume shrinkage when the applied silica-based gel is densified, but Cr 2 O 3 used for the mold of a glass mold lens has poor wettability with glass, Since the stress due to shrinkage is selectively relieved at the contact surface with Cr 2 O 3 , it was confirmed that cracks and the like due to volume shrinkage were suppressed.

【0022】[0022]

【発明の効果】(請求項1の発明の効果)静電型インク
ジェットヘッドにおいては、高密度化の要求により振動
板の短辺長が短くなると、見かけの振動板剛性があがり
振動板の変形が小さくなる傾向にある。従って、振動板
により生ずる吐出圧力を有効利用可能な液室形状が必要
となる。基板上にエッチングストップ層を含む多層膜を
成膜し、エッチングにより加圧液室およびノズルを形成
した後に、振動板基板と接合し、基板部分をエッチング
除去することにより、最適形状の加圧液室および流路を
得ることができ、また、数十μm程度の厚さのガラス隔
壁をハンドリングすることも可能となると共に、ダイシ
ングまでをウエハプロセスとすることにより、一層のコ
ストダウンが可能となる。
According to the first aspect of the present invention, when the short side length of the diaphragm is shortened due to a demand for higher density, the apparent rigidity of the diaphragm increases, and the deformation of the diaphragm is increased. It tends to be smaller. Therefore, a liquid chamber shape that can effectively use the discharge pressure generated by the diaphragm is required. After forming a multi-layer film including an etching stop layer on the substrate, forming a pressurized liquid chamber and a nozzle by etching, bonding to the diaphragm substrate and etching away the substrate part, the pressurized liquid in the optimal shape is formed. A chamber and a flow path can be obtained, and a glass partition having a thickness of about several tens of μm can be handled. Further, by performing a wafer process up to dicing, further cost reduction can be achieved. .

【0023】(請求項2の発明の効果)エッチングスト
ップ層を含む多層膜によるノズル一体加圧液室の利点
は、インクジェットヘッドの微細化に対応可能な最適液
室形状を作成可能であると共に、ローコストなプロセス
である。ゾル−ゲル法を採用することにより、さらにロ
ーコストなプロセスとなる点である。
(Advantage of the second aspect of the invention) The advantage of the nozzle-integrated pressurized liquid chamber using a multilayer film including an etching stop layer is that an optimum liquid chamber shape capable of responding to miniaturization of an ink jet head can be created, and It is a low cost process. The adoption of the sol-gel method results in a lower cost process.

【0024】(請求項3の発明の効果)エッチングスト
ップ層に予めパターニングを施すことにより、垂直方向
のエッチング終点の制御が可能であり、エッチング工程
の簡略化および平坦な状態でリソグラフィー工程を行う
ことができるため、最終的な寸法精度の向上が可能であ
る。
(Effect of Claim 3) By patterning the etching stop layer in advance, it is possible to control the etching end point in the vertical direction, simplify the etching process, and perform the lithography process in a flat state. Therefore, the final dimensional accuracy can be improved.

【0025】(請求項4の発明の効果)ゾル−ゲル法を
用いる利点は融点より低い温度でガラス体を得ることが
できる点である。エッチングストップ層にガラスとの濡
れ性の悪い材料を用いることで、応力の緩和が起こる場
所を制御することができ、ひびなどの欠陥の発生率を低
下させると共に、応力の緩和時間も短くすることができ
る。
(Effect of Claim 4) The advantage of using the sol-gel method is that a glass body can be obtained at a temperature lower than the melting point. By using a material with poor wettability with glass for the etching stop layer, it is possible to control where stress relaxation occurs, reduce the incidence of defects such as cracks, and shorten the stress relaxation time. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によって製造されたインクジェットヘ
ッドの一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an inkjet head manufactured according to the present invention.

【図2】 請求項1の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(振動板基板部及び電極基板部)である。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram (diaphragm substrate portion and electrode substrate portion) of the inkjet head according to the first aspect of the present invention.

【図3】 請求項1の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(液室ノズル基板部)である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram (liquid chamber nozzle substrate portion) of the ink jet head according to the invention of claim 1;

【図4】 請求項2の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(振動板基板部及び電極基板部)である。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram (diaphragm substrate portion and electrode substrate portion) of the inkjet head according to the invention of claim 2;

【図5】 請求項2の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(液室ノズル部)である。
FIG. 5 is a manufacturing process diagram (liquid chamber nozzle portion) of the ink jet head according to the invention of claim 2;

【図6】 請求項3の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(振動板基板部及び電極基板部)である。
FIG. 6 is a manufacturing process diagram (diaphragm substrate portion and electrode substrate portion) of the inkjet head according to the invention of claim 3;

【図7】 請求項3の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(液室ノズル部)である。
FIG. 7 is a manufacturing process diagram (liquid chamber nozzle portion) of the inkjet head according to the invention of claim 3;

【図8】 請求項4の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(振動板基板部及び電極基板部)である。
FIG. 8 is a manufacturing process diagram (diaphragm substrate portion and electrode substrate portion) of the inkjet head according to the invention of claim 4;

【図9】 請求項4の発明によるインクジェットヘッド
の製造工程図(液室ノズル部)である。
FIG. 9 is a manufacturing process diagram (liquid chamber nozzle portion) of the inkjet head according to the invention of claim 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…多層膜加圧液室基板、11…パイレックスガラス
層(ノズル部)、12…エッチングストップ層、13…
パイレックスガラス層(加圧液室部)、14…加圧液
室、15…ノズル、20…振動板基板、21…SiO2
層、22…Si層、30…対向電極基板、31…パイレ
ックスガラス基板、32…対向電極、33…絶縁膜(表
面保護層)。
10: Multilayer pressurized liquid chamber substrate, 11: Pyrex glass layer (nozzle part), 12: etching stop layer, 13 ...
Pyrex glass layer (pressurized liquid chamber), 14: pressurized liquid chamber, 15: nozzle, 20: diaphragm substrate, 21: SiO 2
Layer, 22: Si layer, 30: counter electrode substrate, 31: Pyrex glass substrate, 32: counter electrode, 33: insulating film (surface protective layer).

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動板と対向電極との間に静電引力を発
生させ、前記振動板を変位させることにより該振動板の
復元力により加圧液室内のインクを加圧し、該加圧室内
のインクを吐出する静電型インクジェットヘッドにおけ
る、前記加圧液室及び該加圧液室に連通するインク流路
の製造方法において、基板上にエッチングストップ層を
含む多層膜を形成し、該多層膜をエッチング加工するこ
とにより前記加圧液室およびインク流路を形成し、その
後、振動板基板を陽極接合し、前記基板をエッチングに
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。
1. A method for generating electrostatic attraction between a diaphragm and a counter electrode, displacing the diaphragm to pressurize ink in a pressurized liquid chamber by a restoring force of the diaphragm, In the method for manufacturing the pressurized liquid chamber and the ink flow path communicating with the pressurized liquid chamber in the electrostatic ink jet head that discharges the ink of the type, a multilayer film including an etching stop layer is formed on a substrate, Forming a pressurized liquid chamber and an ink flow path by etching a film, thereafter anodically bonding a diaphragm substrate, and removing the substrate by etching;
【請求項2】 請求項1記載のインクジェットヘッドの
製造方法において、前記基板上の多層膜の少なくとも一
層をゾル−ゲル法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。
2. The method according to claim 1, wherein at least one of the multilayer films on the substrate is formed by a sol-gel method.
【請求項3】 請求項1又は2記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法において、前記エッチングストップ層の
一部を多層膜形成の段階でパターニ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。
3. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein a part of the etching stop layer is patterned at a stage of forming a multilayer film.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドの製造方法において、前記エッチング
ストップ層の少なくとも一層にCrを用い、かつ、その
表面の一部を酸化して、多層膜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。
4. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein Cr is used for at least one layer of the etching stop layer, and a part of the surface is oxidized to form a multilayer film. A method for manufacturing an ink jet head, comprising:
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかの方法によっ
て製造されたインクジェットヘッド。
5. An ink jet head manufactured by the method according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007050636A (en) * 2005-08-19 2007-03-01 Fujifilm Corp Liquid discharge head, image recording device and method for manufacturing liquid discharge head

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