JP2001063072A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程増加をできるだけ抑え、ワイヤーボンデ
ィング、ＦＰＣ等のリード線を容易に接続できる信頼性
の高い外部電極を確実に形成する。 【解決手段】 振動板１３と個別電極１０との間に対向
間隔を保持するために、第二基板１５に凹部を掘り込
み、振動板１３と電極１０を対向させて第一基板１４と
前記第二基板１５を陽極接合した後、振動板１３をエッ
チングにより所望の厚さに形成する。同時に複数の電極
１０の各個別電極用電圧印加端子部（個別電極用外部電
極）１１が配置されている面積に対向する第一基板１５
の、前記面積を含むそれ以上の大きさの領域（コンタク
ト部）を、振動板１３と同じ厚さにエッチングする。そ
の後、コンタクト部に残存するＳｉをドライエッチング
にて開口する。少なくとも前記コンタクト部に対向する
個別電極用外部電極上には、Ｓｉドライエッチに対して
耐性があり、電極１０に対して選択的に除去可能なエッ
チングカバー膜を形成しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、より詳細には、記録を必要とするとき
にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるイン
クジェット記録装置の主要部であるインクジェットヘッ
ドの製造方法に関し、特に、その駆動方式として静電気
力を利用するインクジェットヘッドの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要なときにの
みインク液滴を吐出する、いわゆる、インク・オン・デ
マンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要と
しないため、現在の主流となってきている。

【０００３】このインク・オン・デマンド方式のインク
ジェットヘッドには、特開平２−５１７３４号公報に示
されるように、駆動手段が圧電素子であるものや、特開
昭６１−５９９１１号公報に示されるように、インクを
加熱し気泡を発生させることによる圧力でインクを吐出
させる方式などがある。

【０００４】しかしながら、前述の従来のインクジェッ
トヘッドでは以下に述べるような課題がある。前者の圧
電素子を用いる方式においては、圧力室に圧力を生じさ
せるため、それぞれの振動板に圧電素子のチップを貼り
付ける工程が複雑で、特に、最近のインクジェット記録
装置による印字には、高速・高印字品質が求められてき
ており、これを達成するためのマルチノズル化・ノズル
の高密度化において、圧電素子を微細に加工し、各々の
振動板に接着することは極めて煩雑で多大の時間が掛か
る。又、高密度化においては、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、従来の機械
加工における寸法・形状精度では、印字品質のばらつき
が大きくなってしまうという課題がある。

【０００５】又、後者のインクを加熱する方式において
は、上記のような課題は存在しないが、駆動手段の急速
な加熱・冷却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により、抵
抗加熱体がダメージを受けるため、インクジェットヘッ
ドの寿命が短いという課題がある。

【０００６】上述のごときこれらの課題を解決するもの
として、特開平６−７１８８２号公報に示されるよう
に、駆動手段に静電気力を利用したインクジェットヘッ
ド記録装置があり、この方式は小型密度，高印字品質及
び長寿命であるという利点を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】静電気力を利用したイ
ンクジェットには以下に述べるような課題がある。 （１）振動板に静電気力による変形を生じさせるために
は、振動板及び振動板に対向して配置されている個別電
極に外部回路から電圧を印加する必要がある。振動板と
個別電極は別々の基板に形成され、接合される場合が多
いので、ワイヤーボンディング、ＦＰＣ等のリード線で
容易に外部回路と接続するためには、どちらかもしくは
両方の外部電極の作製に工夫を要する。

【０００８】（２）更に、インクジェットヘッドの高密
度化のために、振動板及び個別電極を狭ピッチ化する場
合、例えば、振動板作成用の基板としてＳｉ基板を用
い、異方性エッチなどで振動板を形成した後、電極基板
に接合しようとすると、接合不良や振動板の破損などに
よる歩留まりの低下を招く恐れがある。それを回避する
には、振動板形成のためのマスクをパターニングした
後、電極基板と接合し、その後、異方性エッチなどで振
動板の形成を行うのが良い。しかしながら、その場合、
電極基板の個別電極用外部電極はＳｉ基板により密閉さ
れているので、その領域に対応する箇所のＳｉ基板を貫
通する必要がある。

【０００９】よって、本発明の一つの目的は、工程増加
をできるだけ抑え、ワイヤーボンディング、ＦＰＣ等の
リード線を容易に接続できる信頼性の高い外部電極を確
実に形成することにある。

【００１０】静電気力を利用したインクジェットには、
さらに、以下に述べるような課題がある。 （３）電極基板としてＳｉ基板を用いていると、電極が
形成されている凹部のＳｉＯ₂膜厚や外部電極部の形成
条件などにより個別電極用外部電極周辺の酸化膜が必要
以上に薄くなったり、荒れたりして、駆動電圧を印加し
たときに電極基板に過度のリーク電流が流れてしまい電
極が壊れてしまう。

【００１１】（４）更に、インクジェットヘッドのライ
ン化を考えた場合、外部回路と接続するためのリード線
はＦＰＣよりもワイヤーボンディングを用いた方がコス
ト的に有利であるが、振動板用外部電極及び各個別電極
用外部電極にはＡｕやＡｌなどの金属を付ける必要があ
り、金属が個別電極用外部電極からはみ出して形成され
た場合、上記（３）においては、更にリーク電流が流れ
やすくなってしまう。

【００１２】よって、本発明のもう一つの目的は、電極
基板としてＳｉ基板を用いたときに、個別電極用外部電
極から電極基板へのリーク電流が発生するのを防ぎ、信
頼性の高い外部電極を備えた、高密度化したインクジェ
ットヘッドを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、イン
ク液滴を吐出する単一又は複数のノズル孔と、該ノズル
孔の各々に連結する吐出室と、該吐出室の少なくとも一
方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせ
る駆動手段とを備え、該駆動手段が前記振動板を静電気
力により変形させる電極からなるインクジェットヘッド
の製造方法であって、前記振動板を形成する第一の基板
が単結晶Ｓｉ基板であり、前記電極を形成する第二の基
板がガラス基板であり、前記振動板と前記電極との間に
対向間隔を保持するための手段として、前記第一の基板
にＳｉＯ₂膜のギャップスペーサを形成するかもしくは
前記第二の基板に凹部を掘りこんで、前記振動板と前記
電極を対向させて前記第一の基板と前記第二の基板を陽
極接合した後、前記振動板をエッチングにより所望の厚
さに形成する際に、同時に複数の前記電極の各個別電極
用電圧印加端子部（個別電極用外部電極）が配置されて
いる面積に対向する前記第一の基板中の前記面積を含む
それ以上の大きさの領域（コンタクト部）を、前記振動
板と同じ厚さにエッチングする工程を施した後、コンタ
クト部に残存するＳｉをドライエッチングにて開口する
工程を有するインクジェットヘッドの製造方法におい
て、少なくとも前記コンタクト部に対向する前記個別電
極用外部電極上には、Ｓｉドライエッチに対して耐性が
あり、前記電極に対して選択的に除去可能なエッチング
カバー膜を形成しておくことを特徴としたものである。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記エッチングカバー膜に要求される特性に加え、
高い絶縁膜性を併せもつエッチングカバー膜を各個別電
極用外部電極上全面に形成した前記第二の基板を用いる
ことを特徴としたものである。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記電極を形成する第二の基板が単結晶Ｓｉ基板で
あり、前記振動板と前記電極とに対向間隔を保持するた
めの手段として、前記第一の基板にＳｉＯ₂膜のギャッ
プスペーサを形成するかもしくは前記第二の基板にあら
かじめ形成したＳｉＯ₂膜に凹部を掘りこんで、前記振
動板と前記電極を対向させて前記第一の基板と前記第二
の基板を直接接合し、かつ、少なくとも前記コンタクト
部に対向する各個別電極用外部電極上には、Ｓｉドライ
エッチに対して耐性があり、ＳｉＯ₂膜と同程度以上の
エッチングレートで前記電極に対して選択的に除去可能
なエッチングカバー膜を形成しておくことを特徴とした
ものである。

【００１６】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、前記エッチングカバー膜に要求される特性に加え、
高い絶縁性を併せもつエッチングカバー膜を各個別電極
上全面に形成した前記第二の基板を用いることを特徴と
したものである。

【００１７】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記各個別電極が形成されている前記第二の基板の
ＳｉＯ₂膜の凹部の膜厚をａ、前記振動板に対向する前
記各個別電極上に形成するエッチングカバー膜の厚さを
ｂ、前記コンタクト部に対向する前記各個別電極用外部
電極上に形成するエッチングカバー膜の厚さをｃとする
と、少なくともｂ＞ａの関係がある場合は、ｃ＜ｂの関
係を満たすように前記各個別電極上のエッチングカバー
膜の膜厚に分布をもたせた前記第二の基板を用いること
を特徴としたものである。

【００１８】請求項６の発明は、請求項３又は４又は５
の発明において、ドライエッチングにより前記コンタク
ト部を開口後、該開口部から露出している前記各個別電
極用外部電極上の残存するエッチングカバー膜を除去し
た後、前記各個別電極用外部電極上でかつその面積内
に、引き続き金属膜の成膜を行うことを特徴としたもの
である。

【００１９】請求項７の発明は、請求項３又は４又は５
の発明において、前記振動板をエッチングにより所望の
厚さに形成する際に、コンタクト部中の前記個別電極用
外部電極に対向する位置（凹部）は前記振動板と同じ厚
さに、それ以外の領域（凸部）は前記振動板よりも厚く
なるように形成し、その後、前記コンタクト部中の前記
個別電極用外部電極に対向する位置（凹部）にはシリコ
ンを残さず、それ以外の領域（凸部）にはシリコンが残
るようにドライエッチングする工程を施した際、前記凸
部に残ったシリコンの長さをｄ、シリコン間の距離を
ｅ、前記コンタクト部に対向する前記各個別電極用外部
電極の最小幅をｆ、長さをｇとしたとき、ｅ＜ｆ、ｄ＜
ｇの関係を満たすような形状にすることを特徴としたも
のである。

【００２０】請求項８の発明は、請求項７の発明におい
て、ドライエッチングにより前記コンタクト部を開口
後、該開口部から露出している前記各個別電極用外部電
極上の残存するエッチングカバー膜を除去した後、引き
続き金属膜の成膜を行うことを特徴としたものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるアクチュエ
ータ部にノズル及び液室部を接着させたインクジェット
ヘッドの一例を示す図で、同図はサイドシュータータイ
プのヘッドを例にしているが、本発明はエッジシュータ
ータイプのヘッドにも応用できることはいうまでもな
い。以下、本発明のアクチュエータ部の構成を実施例を
挙げて説明する。なお、以下の各実施例は簡略のため１
セル分のみを表記することとするが、ウエハサイズの基
板を用いて、一度に複数個のセル作製が可能なことは言
うまでもない。

【００２２】図１は、本発明によって製造されたインク
ジェットヘッドの一実施例を説明するための要部断面図
で、図中、１はノズル及び液室部、２はアクチュエータ
部、３は加圧液室、４はノズル、５はインク供給口、６
は共通液室、７は流体抵抗、８は外部回路、９は振動板
用外部電極、１０は個別電極、１１は個別電極用外部電
極、１２は電極保護膜、１３は振動板、１４は振動板基
板（第一の基板）、１５は電極基板（第二の基板）で、
本発明は、前記振動板１３と前記個別電極１０を対向さ
せて前記第一の基板１４と前記第二の基板１５を陽極接
合した後、前記振動板１３をエッチングにより所望の厚
さに形成する際に、同時に、複数の前記個別電極用電圧
印加端子部（個別電極用外部電極）が配置されている面
積に対向する前記第一の基板１４中の、前記面積を含む
それ以上の大きさの領域（コンタクト部）を、前記振動
板１３と同じ厚さにエッチングする工程を施した後、コ
ンタクト部に残存するＳｉをドライエッチングにて開口
する工程を有するインクジェットヘッドの製造方法にお
いて、少なくとも前記コンタクト部に対向する前記個別
電極用外部電極上には、Ｓｉドライエッチングに対して
耐性があり、前記電極に対して選択的に除去可能なエッ
チングカバー膜を形成しておくようにしたものである。 （実施例１）図２乃至図５は、前記振動板基板１４と電
極基板１５で構成されているインクジェットヘッドのア
クチュエータ部２の一連の製造工程の一実施例を示す図
で、図２乃至図５では、振動板を形成する基板２１とし
て、ＫＯＨによる異方性エッチングで自発的なエッチス
トップが可能な高濃度ボロン層が形成された面方位（１
１０）のＳｉ基板を、電極基板３１として汎用品であり
安価な面方位（１００）のＳｉ基板を用いた場合につい
て説明するが、本発明は、これに限定されるものではな
いことは言うまでもない。例えば、振動板基板として
は、ＳＯＩ基板を用いても良いし、振動板形成のための
エッチングはドライエッチングで行っても良い。又、電
極基板としてはガラス基板を用いても良い。

【００２３】図２は、電極基板との接合前までの振動板
基板の製造工程を示す図で、図２（Ａ）は、振動板基板
の最終工程後の上面図、図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）は、図
２（Ａ）のI−I線で切られる断面図を示す。まず、所望
の厚さ、例えば、３μｍの振動板を形成する場合、面方
位（１１０）のＳｉ基板２１に３μｍの高濃度ボロン層
２２を注入工程や不純物拡散工程などを経て形成し、そ
の後、エッチングマスク２３として例えばＬＰＣＶＤ−
ＳｉＮ膜を１００ｎｍ成膜する（図２（Ｂ））。エッチ
ングマスク２３としては、ＳｉＯ₂膜でも良いし、Ｓｉ
Ｏ₂膜とＳｉＮ膜の積層膜を用いても良い。次に、図２
（Ａ）に示す。振動板２４とコンタクト部２５がＳｉエ
ッチされるように、フォトレジスト２６をパターニング
する（図２（Ｃ））。その後、パターニング面上のＳｉ
Ｎ膜及び裏面のＳｉＮ膜全面をエッチングする（図２
（Ｄ））。

【００２４】図３は、図２に示した振動板基板との接合
前までの電極基板の製造工程を示す図で、図３（Ａ）
は、電極基板の最終工程後の上面図、図３（Ｂ），図３
（Ｃ）は、図３（Ａ）のII−II線で切られる断面図を示
す。まず、面方位（１００）のＳｉ基板３１に、例え
ば、熱酸化膜３２を１.７μｍ形成する（図中、裏面酸
化膜は省略）。次に、対向して配置される振動板との対
向間隔を得るために、熱酸化膜３２にギャップをパター
ニングし、例えば、フッ酸で１.３μｍのエッチングを
する（図３（Ｂ））。次に、電極形成であるが、ここで
は、電極基板にＳｉ基板を用い、後で、８００℃以上の
直接接合を行うので、電極材料は、耐熱性のある高融点
金属材料や不純物ドープされたポリＳｉ等に制限され
る。しかし、電極基板にガラス基板を用いて、陽極接合
を行う場合は、この限りではない。ここでは、ＴｉＮ膜
３３を例に挙げて説明する。まず、ＴｉＮ膜３３をスパ
ッタリング法により、例えば、０.１５μｍ形成する。
ここで用いているＴｉＮ膜３３や不純物ドープされたポ
リＳｉは後でコンタクト部２５をＳｉドライエッチで開
口するときに十分なエッチング選択比が得られないため
に、エッチングカバー膜３４が必要である。このエッチ
ングカバー膜３４には、Ｓｉドライエッチングに対して
十分に耐性があり、ＳｉＯ₂膜と同程度以上のエッチン
グレートでＴｉＮ膜３３に対して選択的に除去可能であ
ることが要求される。ここでは、上記特性に加え、高い
絶縁性をもつＳｉＯ₂膜のエッチングカバー膜を例に挙
げて説明する。高い絶縁性をもつ材料を選択することに
より、エッチングカバー膜３４に電極保護の役目を兼ね
備えることができるからである。ＴｉＮ膜３３を成膜後
に、例えば、Ｐ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜３４を、例
えば、０.１５μｍ成膜する。次に、フォトリソグラフ
ィ技術を用いてレジストパターンを形成した後、例え
ば、フッ酸でＳｉＯ₂膜３４をパターニングする。その
後、レジストを除去した後、ＳｉＯ₂膜３４をマスクと
してアンモニア過水を用いて、ＴｉＮ膜３３をパターニ
ングすることにより所望の電極基板構造を得ることがで
きる（図３（Ｃ））。電極３３とエッチングカバー膜３
４を個別にフォトリソグラフィ技術を用いてパターニン
グするのに比べて、この方法によるとフォトリソ工程を
１工程減らすことができる。

【００２５】図４は、前記振動板基板と電極基板の接合
から振動板形成のためのＳｉエッチングまでの製造工程
を示す図で、図４（Ａ）は、最終工程後の上面図、図４
（Ｂ），図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のIII−III線で切ら
れる断面図を示す。まず、図２及び図３に示されている
振動板基板と電極基板を直接接合法で、例えば、８００
℃、１時間の条件で接合する（図４（Ｂ））。次に、Ｋ
ＯＨ液でＬＰＣＶＤ−ＳｉＮ膜２３をマスクとして、振
動板２４部とコンタクト部２５を異方性エッチすると、
高濃度ボロン層２２で急激にエッチングレートが低下す
るので、３μｍの厚さの振動板２４及びコンタクト部２
５が精度良く形成できる。最後に、エッチングマスクの
ＬＰＣＶＤ−ＳｉＮ膜２３を除去し、振動板の形成が終
了する（図４（Ｃ））。

【００２６】図５は、外部電極部形成の製造工程を説明
するための図で、図５（Ａ）は、最終工程後の上面図、
図５（Ｂ）〜図５（Ｅ）は、図５（Ａ）のIV−IV線で切
られる断面図を示す。まず、振動板用外部電極２７を形
成するために、デポ用メタルマスク４１を用い、振動板
用外部電極２７のみに金属膜を成膜する。その後の、コ
ンタクト部２５を開口するためのＳｉエッチングは、ウ
エットエッチングだとエッチング液がギャップに侵入す
るので、ドライエッチングが望ましく、金属膜として
は、このドライエッチングに対してエッチング耐性があ
り、更に、高濃度ボロン層２２とオーミック接触が得ら
れるものを選ぶ必要がある。ここでは、金属膜（振動板
用外部電極）２７として、例えば、金を０.５μｍ成膜
する（図５（Ｂ））。その際、金を成膜するできるだけ
直前にＨＦ系のエッチング液で洗浄することが望まし
い。振動板用外部電極部の高濃度ボロン層２２と金２７
との間に自然酸化膜等の絶縁膜が介在する確率を低くす
ることができ、より良いオーミック接触を得ることがで
きるからである。

【００２７】次に、Ｓｉエッチング時にコンタクト部２
５だけがＳｉエッチされるようにパターンが切られたエ
ッチング用メタルマスク４２をセットする。次に、例え
ば、ＳＦ₆を主体とするガスを用いてＳｉドライエッチ
する（図５（Ｃ））。このとき、ＳｉとＳｉＯ₂のエッ
チング選択比は最低４０はあるので、ＴｉＮ膜３３上の
ＳｉＯ₂膜３４は全て除去されないために、ＴｉＮ膜３
３のエッチングカバー膜の役目を果たす。引き続きＴｉ
Ｎ膜３３上のＳｉＯ₂膜３４を除去するために、例え
ば、ＣＨＦ₃を主体とするガスを用いてＳｉＯ₂ドライエ
ッチングを行い、ＴｉＮ膜３３を露出させる（図５
（Ｄ））。ここで、ＳｉＯ₂とＴｉＮ膜のエッチング選
択比は６以上であるので、ＴｉＮ膜３３上のＳｉＯ₂膜
３４を選択的に除去可能である。最後に、個別電極用外
部電極の低抵抗化及びリード線実装をワイヤーボンディ
ングで行う場合に必要な金属膜３５をＴｉＮ膜３３上に
形成する。その金属はコンタクト部２５中に露出したＴ
ｉＮ膜３５上に、その面積内にのみ成膜されるようにパ
ターンが切られたデポ用メタルマスク４３をセットした
後、例えば、金を０.５μｍ成膜する（図５（Ｅ））。
以上で、所望のアクチュエータ構造を得ることができ
る。

【００２８】ここで、図６を参照して、金属膜（金）３
５をＴｉＮ膜３３の面積内にのみ成膜する理由について
説明する。図６において、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、
図５に示されている個別電極の１つを抜き出して示して
おり、図６（Ａ）は、Ｓｉドライエッチ後、図６（Ｂ）
は、ＳｉＯ₂ドライエッチ後、図６（Ｃ）は金デポ後を
表している。図６（Ａ）においては、Ｓｉドライエッチ
におけるオーバーエッチングに対してＳｉＯ₂膜３４は
全体的に僅かに膜減りしている。図６（Ｂ）において
は、ＳｉＯ₂ドライエッチング後にはＴｉＮ膜３３がな
いところはＳｉＯ₂膜３４の膜厚にオーバーエッチング
量を加えた膜厚がエッチングされている。このとき、電
極基板上の凹部酸化膜３２ａの膜厚やＳｉＯ₂膜３４の
構成、及び、エッチング条件の組み合わせによっては凹
部酸化膜３２ａの膜厚はかなり薄くなり、最悪の場合、
なくなってしまう。又、ＴｉＮ膜３３との選択比がとれ
るＳｉＯ₂ドライエッチの条件はデポ性の高いエッチン
グ条件であることが多いので、図６（Ｂ）に示されるよ
うに、マイクロマスクによるＳｉＯ₂柱３６が形成さ
れ、膜質が弱くなる場合もある。そういった場合、図６
（Ｂ）中に示されるように、ＴｉＮ膜３３の周辺で絶縁
性が弱くなり、電極基板へのリーク箇所３７が発生して
しまう。図６（Ｂ）の状態で電圧印加したときにリーク
箇所３７が発生しない場合においても、図６（Ｃ）に示
されるように、金３５を成膜した場合は、膜厚が薄く、
膜質が弱くなった箇所に金属膜３５が形成されてしまう
ので、その後、電圧印加したときに新たにリーク箇所が
発生するという恐れが大きい。よって、個別電極の信頼
性を高めるために、金３５をＴｉＮ膜３３の面積内にの
み成膜するのが良い。

【００２９】（実施例２）次に、図７を参照して、図６
で説明したリーク箇所３７の発生を防止するための、他
の電極基板構造の一例を説明する。図７（Ａ）は、振動
板基板と電極基板を直接接合で貼り合わせた後、ＫＯＨ
液で振動板２４とコンタクト部２５を異方性エッチで形
成したときの上面図を、また、図７（Ｂ），図７（Ｃ）
は、図７（Ａ）のV−V線で切られる断面を示している。
図７（Ｂ）は、実施例１で説明した電極基板を示してい
るが、図７（Ｂ）の電極基板の構造の場合、凹部酸化膜
３２ａの膜厚に比べ、ＳｉＯ₂膜３４の膜厚がかなり薄
い場合は問題ないが、同程度になってくると、図６で説
明したリーク箇所３７が発生してしまう。ＳｉＯ₂膜３
４はエッチングカバー膜としての役割の他に個別電極の
保護膜の役割も果たしているので、保護膜の役割として
厚い膜厚が要求されると、それに応じて凹部酸化膜３２
ａの膜厚を厚くしなければならない。しかし、電極基板
に最初に形成する熱酸化膜３２を２μｍ以上にする場
合、熱酸化膜３２の形成時間が長く掛かるのと、厚さ精
度が落ちるという問題がある。又、ＳｉＯ₂膜３２の膜
厚が厚くなるとＳｉＯ₂ドライエッチの時間が長くなっ
てしまい、図６で説明したようなマイクロマスクによる
ＳｉＯ₂柱３６が形成されやすくなり好ましくない。そ
こで、図７（Ｃ）に示されるように、凹部酸化膜３２ａ
の膜厚をａ、振動板２４に対向するＳｉＯ₂膜３４の膜
厚をｂ、コンタクト部２５に対向するＳｉＯ₂膜３４の
膜厚をｃとすると、少なくともｂ＞ａの関係がある場合
は、ｃ＜ｂの関係を満たすように、ＴｉＮ膜３３上のＳ
ｉＯ₂膜３４の膜厚に分布をもたせた電極基板構成にす
ることが効果的である。

【００３０】（実施例３）図８乃至図１２は、本発明の
他の実施例の一例を説明するための図で、図８は、電極
基板との接合前までの振動板基板の上面図を示してい
る。なお、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）において、左側の図
は図８のVI−VI（振動板２４側）線相当断面図，右側の
図はVII−VII（コンタクト部２５側）線相当断面図であ
る。まず、所望の厚さ、例えば、３μｍの振動板を形成
する場合、面方位（１１０）のＳｉ基板２１に３μｍの
高濃度ボロン層２２を注入工程や不純物拡散工程などを
経て形成し、その後、エッチングマスクとして、例え
ば、熱酸化膜２８を１００ｎｍ、及び、例えば、ＬＰＣ
ＶＤ−ＳｉＮ膜２３を１５０ｎｍに順次成膜する（図９
（Ａ））。次に、振動板２４とコンタクト部２５がＳｉ
エッチングされるように、ＬＰＣＶＤ−ＳｉＮ膜２３を
パターニングする。その後、パターニング面上のＬＰＣ
ＶＤ−ＳｉＮ膜２３及び裏面のＬＰＣＶＤ−ＳｉＮ膜２
３全面をエッチングする（図９（Ｂ））。その後、コン
タクト部２５の中で電極基板の凸部酸化膜に接合する箇
所に、凸部酸化膜よりも大きな面積の熱酸化膜２８が残
るようにフォトレジスト２６をパターニングする（図９
（Ｃ））。最後に、例えば、フッ酸を用いて熱酸化膜２
８のエッチングを行った後、フォトレジスト２６を除去
して振動板基板を完成する（図９（Ｄ））。なお、電極
基板の製造工程は図３と同様なので省略する。

【００３１】図１０は、振動板基板と電極基板を接合し
たときの基板の上面図、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）
は、その要部断面図で、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に
おいて、左側の図は図１０のVIII−VIII（振動板２４
側）線断面図、右側の図はIX−IX（コンタクト部２５
側）線断面図で、接合から振動板２４の形成までの工程
を説明するための図である。まず、振動板基板と電極基
板を直接接合法で、例えば、８００℃、１時間の条件で
接合する（図１１（Ａ））。次に、ＫＯＨ液でＬＰＣＶ
Ｄ−ＳｉＮ膜２３及び熱酸化膜２８をマスクとして、振
動板２４とコンタクト部２５を異方性エッチする。この
とき、熱酸化膜２８はＳｉに比べレートは遅いがＫＯＨ
液でエッチングされる（Ｓｉに対する選択比は約２０
０）ために、ここでは、Ｓｉが約２０μｍエッチングさ
れた時点で、熱酸化膜２８はエッチングされ、無くなる
（図１１（Ｂ））。更に、ＫＯＨ液によるエッチングを
続けると、高濃度ボロン層２２で急激にエッチングレー
トが低下するので、３μｍの厚さの振動板２４（高濃度
ボロン層２２）及びコンタクト部２５（電極基板の凹部
酸化膜３２ａに対向している箇所）が精度良く形成でき
る。このとき、コンタクト部２５中の電極基板の凸部酸
化膜３２ｂに対向している箇所には約２３μｍのシリコ
ンが残る（図１１（Ｃ））。

【００３２】図１２は、コンタクト部２５へのＳｉエッ
チングによる、個別電極用外部電極部の露出から外部電
極部（振動板用と個別電極用の両者）形成までの製造工
程を示している。ここでのＳｉエッチングはウエットだ
とエッチング液がギャップに侵入するので、ドライエッ
チングが望ましく、ドライエッチングを前提に説明す
る。ここでのドライエッチングは、サンプルの構成によ
っては振動板２４の高濃度ボロン層２２をエッチングせ
ずに、コンタクト部２５の高濃度ボロン層２２のみをマ
スクレスでエッチングが可能な場合もある。又、実施例
１で説明したようにエッチング用メタルマスク４２を用
いても良い。

【００３３】ここでは、マスクレスドライエッチが可能
な構成として説明する。例えば、ＳＦ₆を主体とするガ
スを用いてマスクレスでＳｉドライエッチすると、コン
タクト部２５中の露出している高濃度ボロン層２２がエ
ッチングされ、個別電極用外部電極部が露出する（図１
２（Ａ））。引き続いて、ＫＯＨエッチ時のマスクであ
った、ＬＰＣＶＤ−ＳｉＮ膜２３及び熱酸化膜２８をＣ
ＨＦ₃を主体とするガスを用いて順次ドライエッチで除
去する。このとき、個別電極用外部電極部上のＳｉＯ₂
膜３４も同時に除去される（図１２（Ｂ））。そこで、
凸部酸化膜３２ｂに残ったシリコンの長さをｄ、シリコ
ン間の距離をｅ、コンタクト部２５に対向する各個別電
極の最小幅をｆ、長さをｇとしたとき、ｅ＜ｆ、ｄ＜ｇ
の関係を満たすような形状にする。つまり、コンタクト
部２５の開口箇所を上面から見た場合、ＴｉＮ膜３３し
か露出していない構成にしておく。そうすることによ
り、ＳｉＯ₂ドライエッチを行った場合に、凹部酸化膜
３２ａがエッチングされることはほとんどなくなり、図
６で説明したリークの発生を抑えることができる。

【００３４】最後に、外部回路に接続するためのリード
線接続をＦＰＣ、ワイヤーボンディング等（特にワイヤ
ーボンディング）で行う場合に必要な金属膜、例えば、
金３５を、例えば、スパッタ法にて、例えば、０.５μ
ｍ全面に成膜することによって、所望のアクチュエータ
構造を得ることができる（図１２（Ｃ））。このとき、
金３５はＴｉＮ膜３３上にのみ成膜されるので、図６で
説明したリークの発生を抑えることができる。又、個々
の個別電極用外部電極部間、及び個別電極用外部電極部
と振動板用外部電極部は電気的に絶縁されている。コン
タクト部２５中のシリコンはそのエッチング断面で高濃
度ボロン層２２と金３５が接続されているので、振動板
用外部電極部はどこでリード線接続をしても良い。よっ
て、このような構造を用いた場合、金３５の成膜工程の
みで、各個別電極用外部電極部と振動板用外部電極部
（一例）が同時に形成され、又、リーク発生を防止する
構造にもなっているので、コスト低下や工程短縮，アラ
イメントズレによる歩留まり低下の抑制，信頼性向上な
どの効果が期待できる。

【００３５】更に、振動板基板上に形成する液室材料と
して高剛性材料である金属系材料を用いる場合、上記金
属膜として、共晶接合，圧着接合，はんだ接合，ろう付
けなどにも用いられる材料を選択すれば、振動板−液室
接合プロセスの簡略化や接合が容易などの効果もある。
上記条件に合う金属材料としては、金，銀，銅，ニッケ
ル等がある。更に、化学的に安定な金属でインクに接す
る部分が覆われているので、インクに浸食されることが
なく、接液性が良いという効果もある。

【００３６】

【発明の効果】（請求項１の発明に対応する作用効果）
個別電極面にＳｉエッチに対するエッチングカバー膜を
形成しておくことで、エッチングマージンが増加して、
外部電極の膜減りや、最悪、外部電極の膜がなくなるの
を防ぐことができる。

【００３７】（請求項２の発明に対応する作用効果）エ
ッチングカバー膜に絶縁性の高い材料を選び、個別電極
全面に形成することで、工程の増加なく振動板と個別電
極間のショート防止が可能になる。又、電極材料の組み
合わせによっては、電極マスクのパターニングマスクに
もなり得て、工程短縮が可能である。

【００３８】（請求項３の発明に対応する作用効果）電
極基板としてＳｉ基板を用いることで、半導体微細化技
術を応用でき、狭ギャップの対向間隔を精度良く、高歩
留まりで製作できる。

【００３９】（請求項４の発明に対応する作用効果）エ
ッチングカバー膜に絶縁性の高い材料を選び、個別電極
全面に形成することで、工程の増加なく振動板と個別電
極間のショート防止が可能になる。又、電極材料の組み
合わせによっては電極マスクのパターニングマスクにも
なり得て、工程短縮が可能である。

【００４０】（請求項５の発明に対応する作用効果）個
別電極用外部電極上のエッチングカバー膜として、必要
な範囲で最も薄くすることで、膜減りした凹部酸化膜に
起因するリーク電流を防止できる。

【００４１】（請求項６の発明に対応する作用効果）膜
減りした凹部酸化膜にかからないように外部電極用の金
属を成膜することで、膜減りした凹部酸化膜に起因する
リーク電流の発生防止になる。

【００４２】（請求項７の発明に対応する作用効果）コ
ンタクト部中の電極基板の凸部酸化膜上にＳｉ柱を残
し、エッチングカバー膜の除去時に凹部酸化膜が露出し
ない構造にしているので、凹部酸化膜の膜減りがほとん
ど発生しないので、リーク電流発生防止の効果が大き
い。

【００４３】（請求項８の発明に対応する作用効果）コ
ンタクト部の開口箇所には個別電極用外部電極しか露出
していない構造にしているので、デポのみで、リード線
実装用の金属膜が形成できる。又、基板へのリークの心
配もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるインクジェットヘッドの一例を
示す図である。

【図２】 実施例１における振動板基板の製造工程図で
ある。

【図３】 実施例１における電極基板の製造工程図であ
る。

【図４】 実施例１における接合から振動板形成までの
製造工程図である。

【図５】 実施例１における外部電極部形成の製造工程
図である。

【図６】 外部電極部形成時に発生するリーク不良を示
す図である。

【図７】 実施例２における電極基板構成の一例を示す
図である。

【図８】 実施例３における振動板基板の上面図であ
る。

【図９】 実施例３における振動板基板の製造工程図で
ある。

【図１０】 実施例３における接合後の基板の上面図で
ある。

【図１１】 実施例３における接合から振動板形成まで
の製造工程図である。

【図１２】 実施例３における外部電極部形成の製造工
程図である。

【符号の説明】

１…ノズル及び液室部、２…アクチュエータ部、３…加
圧液室、４…ノズル、５…インク供給口、６…共通液
室、７…流体抵抗、８…外部回路、９，２７…振動板用
外部電極、１０，３３…個別電極、１１，３５…個別電
極用外部電極、１２…電極保護膜、１３…振動板、１４
…第１の基板、１５…第２の基板、２１…（１１０）Ｓ
ｉ基板、２２…高濃度ボロン層、２３…ＳｉＮ膜、２４
…振動板、２５…コンタクト部、２６…フォトレジス
ト、３１…（１００）Ｓｉ基板、３２…熱酸化膜、３２
ａ…凹部酸化膜、３２ｂ…凸部酸化膜、３４…ＳｉＯ₂
膜、３５…金、４１，４３…デポ用メタルマスク、４２
…エッチング用メタルマスク。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液滴を吐出する単一又は複数のノ
   ズル孔と、該ノズル孔の各々に連結する吐出室と、該吐
   出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動
   板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、該駆動手段が
   前記振動板を静電気力により変形させる個別電極からな
   るインクジェットヘッドの製造方法であって、前記振動
   板を形成する第一の基板が単結晶Ｓｉ基板であり、前記
   個別電極を形成する第二の基板がガラス基板であり、前
   記振動板と前記個別電極との間に対向間隔を保持するた
   めの手段として、前記第一の基板にＳｉＯ₂膜のギャッ
   プスペーサを形成するかもしくは前記第二の基板に凹部
   を掘りこんで、前記振動板と前記個別電極を対向させて
   前記第一の基板と前記第二の基板を陽極接合した後、前
   記振動板をエッチングにより所望の厚さに形成する際
   に、同時に複数の個別前記電極の各個別電極用電圧印加
   端子部（以下、個別電極用外部電極）が配置されている
   面積に対向する前記第一の基板中の、前記面積を含むそ
   れ以上の大きさの領域（以下、コンタクト部）を、前記
   振動板と同じ厚さにエッチングする工程を施した後、該
   コンタクト部に残存するＳｉをドライエッチングにて開
   口する工程を有するインクジェットヘッドの製造方法に
   おいて、少なくとも前記コンタクト部に対向する前記個
   別電極用外部電極上には、Ｓｉドライエッチに対して耐
   性があり、前記電極に対して選択的に除去可能なエッチ
   ングカバー膜を形成しておくことを特徴とするインクジ
   ェットヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記エッチングカバ
   ー膜に要求される特性に加え、高い絶縁膜性を併せもつ
   エッチングカバー膜を各個別電極用外部電極上全面に形
   成した前記第二の基板を用い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. 【請求項３】 請求項１において、前記個別電極を形成
   する第二基板が単結晶Ｓｉ基板であり、前記振動板と前
   記個別電極とに対向間隔を保持するための手段として、
   前記第一の基板にＳｉＯ₂膜のギャップスペーサを形成
   するかもしくは前記第二の基板にあらかじめ形成したＳ
   ｉＯ₂膜に凹部を掘りこんで、前記振動板と前記個別電
   極を対向させて前記第一の基板と前記第二の基板を直接
   接合し、かつ、少なくとも前記コンタクト部に対向する
   各個別電極用外部電極上には、Ｓｉドライエッチに対し
   て耐性があり、ＳｉＯ₂膜と同程度以上のエッチングレ
   ートで前記電極に対して選択的に除去可能なエッチング
   カバー膜を形成しておくことを特徴とするインクジェッ
   トヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記エッチングカバ
   ー膜に要求される特性に加え、高い絶縁性を併せもつエ
   ッチングカバー膜を各個別電極上全面に形成した前記第
   二の基板を用いることを特徴とするインクジェットヘッ
   ドの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記各個別電極が形
   成されている前記第二の基板のＳｉＯ₂膜の凹部の膜厚
   をａ、前記振動板に対向する前記各個別電極上に形成す
   るエッチングカバー膜の厚さをｂ、前記コンタクト部に
   対向する前記各個別電極用外部電極上に形成するエッチ
   ングカバー膜の厚さをｃとすると、少なくともｂ＞ａの
   関係がある場合は、ｃ＜ｂの関係を満たすように前記各
   個別電極上のエッチングカバー膜の膜厚に分布をもたせ
   た前記第二の基板を用いることを特徴とするインクジェ
   ットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項３又は４又は５において、ドライ
   エッチングにより前記コンタクト部を開口後、該開口部
   から露出している前記各個別電極用外部電極上に残存す
   るエッチングカバー膜を除去した後、前記各個別電極用
   外部電極上でかつその面積内に、引き続き金属膜の成膜
   を行うことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
   法。
7. 【請求項７】 請求項３又は４又は５において、前記振
   動板をエッチングにより所望の厚さに形成する際に、コ
   ンタクト部中の前記個別電極用外部電極に対向する位置
   （凹部）は前記振動板と同じ厚さに、それ以外の領域
   （凸部）は前記振動板よりも厚くなるように形成し、そ
   の後、前記コンタクト部中の前記個別電極用外部電極に
   対向する位置（凹部）にはＳｉを残さず、それ以外の領
   域（凸部）にはＳｉが残るようにドライエッチングする
   工程を施した際、前記凸部に残ったＳｉの長さをｄ、Ｓ
   ｉ間の距離をｅ、前記コンタクト部に対向する前記各個
   別電極用外部電極の最小幅をｆ、長さをｇとしたとき、
   ｅ＜ｆ、ｄ＜ｇの関係を満たすような形状にすることを
   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７において、ドライエッチングに
   より前記コンタクト部を開口後、該開口部から露出して
   いる前記各個別電極用外部電極上の残存するエッチング
   カバー膜を除去した後、引き続き金属膜の成膜を行うこ
   とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。