JP2002240293A - 液滴噴射記録装置およびシリコン構造体の製造方法 - Google Patents

液滴噴射記録装置およびシリコン構造体の製造方法

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ink
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groove
substrate
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Michiaki Murata
道昭 村田
Yoshihisa Ueda
吉久 植田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一チップ内に異なる深さを有する液体吐出
口を備えた液滴噴射装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 インクジェット記録ヘッド１０は、積層
端面１８において、異なる深さを有する大インク吐出口
２０と小インク吐出口２２が形成されている。これは、
先ず、大インク吐出口２０に相当する部分を湿式異方性
エッチングによって断面三角形の溝を形成しておき、そ
のあと、大インク吐出口２０と小インク吐出口２２に相
当する部分に反応性イオン性エッチング（ＲＩＥ）を施
すことによって、大インク吐出口２０と小インク吐出口
２２を含む流路基板１４に形成することによって製造し
たものである。したがって、最終的にＲＩＥ加工によっ
て流路を精度良く加工されるとともに、湿式異方性エッ
チングによって効率的に異なる深さの溝を形成すること
ができ、インクジェット記録ヘッド１０の生産性も向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体流路内に保持
された液体にエネルギーを印加してノズルから噴射させ
る液滴噴射記録装置およびシリコン構造体の製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からシリコン基板をエッチングする
ことによって所望の形状に形成し、シリコン基板を積層
することによって、液滴噴射記録ヘッドを製造する方法
が提案されている。
【０００３】例えば、特開平１１−２２７２０８号公報
（以下、従来例１という）には、バブル発生領域の前後
に製造精度の良い絞り形状を有するプリントヘッドチッ
プを製造することができ、噴射エネルギー効率が高く高
解像度化に対応可能な液滴噴射記録装置を製造すること
ができることが開示されている。
【０００４】この従来例について、図１６〜図２１を用
いて説明する。
【０００５】ヘッドチップ１００は、図１６に示すよう
に、発熱素子基板１０２と流路基板１０４が積層される
ことによって形成されるものであり、図１７に示すよう
に、流路基板１０４の上部に形成されたインク供給口１
０６から供給されるインクが段差部１０７を有する共通
液室１０８を介して個別流路１１０に進入し、発熱素子
１１２によって加熱され、インク吐出口１１４からイン
ク滴として吐出される構成である。なお、個別流路１１
０には、発熱素子１１２による加熱によってエネルギ効
率良くインク滴が吐出されるように、前方絞り１１６と
後方絞り１１８および凹部１３２が形成されている。
【０００６】このヘッドチップ１００を構成する流路基
板１０４の製造方法について図１８〜図２１を参照して
説明する。
【０００７】流路基板１０４となるＳｉ基板１２０（図
１８（Ａ）参照）に対して、熱酸化法により第１の耐エ
ッチング性マスキング層としてＳｉＯ2膜１２２を形成
し（図１８（Ｂ）参照）、ＳｉＯ2膜１２２のノズルを
含む個別流路１１０となる部分および共通液室１０８と
なる部分をホトリソグラフィー法とドライエッチングと
を用いてパターニングする（図１８（Ｃ）参照）。Ｓｉ
Ｏ2膜１２２によるマスクパターンは、図１９（Ａ）に
示すように、共通液室１０８および段差部１０７となる
部分と個別流路１１０となる部分は連結していると共
に、個別流路１１０の前方絞り１１６となる前方絞り形
状１２４と後方絞り１１８となる後方絞り形状１２６を
設けている。続いて、減圧ＣＶＤ（Chemical vapor De
position）法により第２の耐エッチング性マスキング層
としてＳｉＮ膜１２８を形成する（図１８（Ｄ）参
照）。このＳｉＮ膜１２８に対して、共通液室１０８お
よび段差部１０７となる部分と、個別流路１１０中に設
ける凹部１３２となる部分をホトリソグラフイー法とド
ライエッチング法を用いてパターニングする（図１８
（Ｅ）参照）。このＳｉＮ膜１２８は、個別流路１１０
中に凹部１３２となる深さ方向の形状を形成するための
予備加工を行うためのマスクとなるものであり、凹部パ
ターン１３０の部分のＳｉＮ膜１２８を除去しておく
（図１９（Ｂ）参照）。またこの例では、凹部１３２と
ともに段差部１０７を形成するので、共通液室１０８お
よび段差部１０７となる部分のＳｉＮ膜１２８が除去さ
れている。
【０００８】続いて、減圧ＣＶＤ法により耐リン酸エッ
チング保護膜（第３の耐エッチング性マスキング層）と
なるＳｉＯ2膜１３４を形成する（図１８（Ｆ）参
照）。このＳｉＯ2膜１３４に対して、ホトリソグラフ
ィー法とドライエッチング法を用いてパターニングする
（図１８（Ｇ）参照)。このＳｉＯ2膜１３４はＳｉＮ膜
１２８を覆う程度に形成する。
【０００９】続いて、減圧ＣＶＤ法により第４の耐エッ
チング性マスキング層となる第２のＳｉＮ膜１３６を形
成する（図１８（Ｈ）参照）。このＳｉＮ膜１３６に対
して共通液室１０８となる領域をホトリソグラフィー法
とドライエッチング法を用いてパターニングする（図１
８（Ｉ）参照）。このＳｉＮ膜１３６は、図１９（Ｃ）
に示すように、共通液室１０８となる部分のみが除去さ
れ、共通液室パターン１３８が形成される。
【００１０】ここで、このＳｉＮ膜１３６をエッチング
マスクとしてＳｉ基板１２０に対してＫＯＨ水溶液によ
るエッチングを実施する（図１８（Ｊ）参照）。このエ
ッチングは、Ｓｉ基板１２０を貫通するまで行い、この
貫通孔がインク供給口１０６となる。この加工は従来と
同様の湿式異方性エッチングの特性から側壁は所定の角
度を有した斜面として形成される。なお、Ｓｉ基板１２
０の結晶方位は＜１００＞面である。ここではＳｉ基板
１２０の一方の面から加工を行っているので、インク供
給口１０６へ向かって断面積が小さくなる貫通孔が形成
される。
【００１１】続いて、ＳｉＮ膜１３６をリン酸水溶液に
より選択的にエッチング除去する（図１８（Ｋ）参
照）。この時、耐リン酸エッチング保護膜となるＳｉＯ
2膜１３４があるため、その下のＳｉＮ膜１２８は浸食
されない。
【００１２】次に、ＨＦ溶液でＳｉＯ2膜１３４を選択
的にエッチング除去する（図１８（Ｌ）参照）。続い
て、ＳｉＮ膜１２８をエッチングマスクとしてＳｉ基板
１２０に対してＫＯＨ水溶液による湿式異方性エッチン
グを実施する（図１８（Ｍ）参照）。この湿式異方はエ
ッチングでは、貫通させずに所望の深さだけの加工を行
う。図１９（Ｂ）に示したように、ＳｉＮ膜１２８は、
共通液室１０８および段差部１０７となる部分が除去さ
れているので、共通液室１０８の側壁部分に所定の深さ
の段差部を形成することができる。また、ＳｉＮ膜１２
８の個別流路１１０中の凹部１３２となる部分が除去さ
れているので、凹部１３２となる部分もエッチングされ
る。図１９（Ｂ）に示したように、凹部パターン１３０
は長方形状のパターンとして形成しておくことができ
る。このようなパターンが形成されたＳｉＮ膜１２８を
エッチングマスクとして湿式異方性エッチングを行うこ
とにより、図２０に示すような立体形状の凹部１３２が
形成される。
【００１３】続いてＳｉＮ膜１２８をリン酸溶液により
選択的にエッチング除去する（図１８（Ｎ）参照）。続
いて、ＳｉＯ2膜１２２をエッチングマスクとしてＳｉ
基板１２０のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工を実
施する（図１８（Ｏ）参照）。このＲＩＥ加工では、上
述のようにＳｉの結晶方位に依存せず、マスクされてい
る部分以外を均等に厚き方向にエッチングすることがで
きる。すなわち図１９（Ａ）に示したマスクパターン形
状に従って個別流路１１０となる断面が略矩形状の溝を
形成するとともに、それまでの工程で形成されている形
状もそのまま加工深さだけエッチングされる。このた
め、図１８（Ｍ）の工程で個別流路１１０中となる位置
に形成した凹部はほぼそのまま個別流路１１０となる溝
の底部に凹部１３２の形状をほぼ維持して形成される。
【００１４】最後に、ＳｉＯ2膜１２２をフッ酸溶液に
より選択的にエッチング除去して流路基板１０４となる
Ｓｉ基板１２０の加工を完了する（図１８（Ｐ）参
照)。図２１は本方法によって製造された流路基板とな
るＳｉ基板１２０の一例を示す平面図である。なお、ダ
イシングラインに沿ってＳｉ基板１２０をダイシングす
ることによって、個別流路１１０の端部が開口してイン
ク吐出口１１４となる。
【００１５】このように、本製造方法の特徴は、湿式異
方性エッチングと異なりＲＩＥ法を用いることによっ
て、図２１に示すように前方絞り１１６、後方絞り１１
８等を含む平面的に複雑な形状の個別流路１１０を精度
良く加工でき、特にＲＩＥ加工により形成された溝はチ
ップ全面にわたって同じ深さになる。したがって、イン
ク吐出口１１４は同じ深さの矩形形状となり（図１６参
照）、所望の噴射特性を確保することができる。
【００１６】このように、従来例１の同一形状（同一断
面積）を有するヘッドチップを製造する方法は確立され
たものである。
【００１７】しかしながら、近年、同一プリントヘッド
から体積の異なるインク滴を噴射する機能が、プリンタ
ーに対して求められている。これは、例えば、「白黒文
字印字するときは大インク滴を噴射することで濃度の濃
い文字を印字し、カラー印字する時は小インク滴を噴射
することで高画質印字をする」といった使い方や「高速
ドラフト印字したいときには大インク滴による間引き印
字をし、高画質印字をする時は小インク滴を用いる」と
いった使い方をするためである。
【００１８】これらの要望を達成するためには、それぞ
れのインク滴体積に応じて形成されたヘッドチップを組
み合わせてプリントヘッドを形成すれば良いが、プリン
トヘッドが大きくなり、コストも高くなってしまう。
【００１９】また、サーマルタイプのインクジェット方
式ではバブルを発生させる発熱抵抗体の設計寸法やノズ
ルの幅を調整することで若干のインク滴体積差をつけら
れるが、十分大きな差をつけることはできない。
【００２０】これに対して、特開平１０−１３８４８３
号公報には、発熱抵抗体に印加する駆動電圧とパルス幅
を変化させることによリインク温度上昇スピードを変
え、発泡に寄与するインク量を変化させてインクの吐出
量を変える構成が開示されている。この方法の場合、発
熱抵抗体に複数の駆動電圧を印加するため、コストが高
くなると共に、インク滴体積の変動幅も小さい。
【００２１】また、特開平１１−９９６３７号公報に
は、同一流路内に複数の発熱抵抗体を設け、インク滴体
積を制御するための発熱抵抗体の駆動方式が提案されて
いる。さらに、特開平１０−１６２２１号公報には、同
一流路内に複数の発熱抵抗体を設け、大容量ドロップの
場合は２つの発熱抵抗体を、小容量ドロップの場合はど
ちらか片方を駆動させる方法が提案されている。これら
の方法もインク体積差をつけることは可能であるが、変
動幅が小さい。
【００２２】また、従来例１では、複雑な形状の個別流
路（インク吐出口）をＲＩＥによって精度良く所定の深
さの断面形状とすることができるが、一定の深さに形成
することしかできず、同一チップから吐出されるインク
滴体積を変動させることができない。
【００２３】今から説明する従来例２はこのような問題
点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは
ＲＩＥによる微細加工の利点（噴射エネルギー効率が高
く高解像度化に対応可能）を有したまま、同一チップ内
に深さの異なるノズルを形成することである。具体的に
は２ステップのＲＩＥ加工を用いることで同一チップ内
に深さの異なるノズルを形成する。これにより同一チッ
プ内に深さの異なるノズルを形成できる結果、大きく体
積の異なるインク滴を噴射できるようになり、高速印字
と高画質印字を安価に両立できる液体噴射記録装置を提
供するものである。
【００２４】以下、本従来例２を具体的に説明する。な
お、従来例１と同様の構成要素には、同一の参照符号を
付し、その詳細な説明を省略する。従来例２におけるプ
リントヘッドチップの斜視図を図２２に示す。
【００２５】プリントヘッドチップ１００Ａは、比較的
小さなインク滴を吐出する小インク吐出口１１４Ａが配
列された小インク吐出口領域１４０と大きなインク滴を
吐出する大インク吐出口１１４Ｂが配列された大インク
吐出口領域１４２に分かれており、体積が大きいインク
滴を噴射するときは大インク吐出口領域１４２の大イン
ク吐出口１１４Ｂで印字し、体積が小さいインク滴を噴
射するときは小インク吐出口領域１４０の小インク吐出
口１１４Ａで印字する。例えば大インク吐出口領域１４
２に黒インクを使用することで濃度の濃い黒文字印字が
でき、小インク吐出口領域１４０にカラーインクを使用
することで高画質カラー印字が可能となる。
【００２６】また、従来例２における他の例に係るプリ
ントヘッドチップ１００Ｂの斜視図を図２３に示す。こ
こでは小インク吐出口１１４Ａと大インク吐出口１１４
Ｂが交互に配列されている。この場合、高速ドラフト印
字をするときには大インク吐出口１１４Ｂに相当するア
ドレスの信号を選択することにより、体積が大きいイン
ク滴による印字をすれば良い。インク滴の体積が大きい
ため、重ねうちしなくても十分な印字濃度を達成でき
る。また高画質印字をするときは小インク吐出口１１４
Ａに相当するアドレスの信号を選択することにより、体
積が小さいインク滴による印字をすれば良い。
【００２７】次にこれらチップの製造方法を大インク吐
出口と小インク吐出口が交互に配列された図２３の従来
例２をもとに説明する。
【００２８】具体的には図２４（Ｐ）に示すような深さ
ｄ３の大インク吐出口と深さｄ２の小インク吐出口が交
互に並んでいるＳｉ基板の製造する工程について説明す
る。製造工程としては、図１８（従来例１の製造方法）
の（Ｃ）工程と（Ｏ）工程を変更することになる。本従
来例２の製造工程を図２４に示す。図２４（Ａ）に示す
液体流路基板１０４となるＳｉ基板１２０に対して、図
２４（Ｂ）において熱酸化法により耐エッチング性マス
キング層としてＳｉＯ2膜１２２を膜厚ｔ１だけ形成す
る。図２４（Ｃ’）においてＳｉＯ2膜１２２の大イン
ク吐出口となる部分をホトリソグラフィー法とドライエ
ッチング法を用いてパターニングする。用いるＳｉ基板
１２０の結晶方位は＜１００＞面である。続いて図２４
（Ｃ”）においてＳｉＯ2膜１２２の小インク吐出口と
なる部分をホトリソグラフィー法とドライエッチング法
を用いてパターニングする。ただしこの時ＳｉＯ2膜１
２２はすべてエッチング除去するのではなく膜厚ｔ２だ
け残す。図２４の（Ｄ）工程から（Ｎ）工程の間は図１
８の（Ｄ）工程から（Ｎ）工程と同じである。次に図２
４（Ｏ’）において大インク吐出口になる部分のＳｉ基
板１２０をＲＩＥ法により深さｄ１だけエッチングす
る。この時小インク吐出口になる部分のＳｉ基板はＳｉ
Ｏ2膜１２２により覆われているため、エッチングされ
ない。ただし、この時ＳｉＯ2膜１２２も若干エッチン
グされるため膜厚が減少し、濃厚ｔ１のところがｔ１’
になり、膜厚ｔ２のところがｔ２’になる。続いて図２
４（Ｏ”）において、ＳｉＯ2膜１２２をＲＩＥ法によ
りエッチングし小インク吐出口になる部分のＳｉＯ2膜
１２２を完全に除去する。ただしその他の部分（膜厚ｔ
１’の部分）については膜厚ｔ１”だけ残るようにす
る。またこの時大インク吐出口となる部分のＳｉ基板は
ほとんどエッチングされないような条件に設定するた
め、この部分の深さはｄ１のままとしている。続いて、
ＲＩＥ法によりＳｉ基板１２０を深さｄ２だけエッチン
グする。この時点で小インク吐出口になる部分の深さは
ｄ２となり、大インク吐出口となる部分の深さはｄ３＝
ｄ１＋ｄ２となる。最後に図２４（Ｐ）において、Ｓｉ
Ｏ2膜１２２をフッ酸溶液により選択的にエッチング除
去して液体流路基板１となるＳｉ基板１２０の加工を完
了する。本製造方法の利点としては、Ｓｉ基板の耐エ
ッチングマスクとなる材料（ＳｉＯ 2膜１２２）の形成
が一度だけでよい、大インク吐出口部のＳｉ基板は深
くするために２度エッチングされているが耐エッチング
マスクは同じであるためアライメントずれによる形状不
良が発生しない、などがあげられる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例２は、
従来例１に比べ工程数が増えるため、製造コストが増大
するという問題がある。
【００３０】また、断面矩形状の溝の深さを深くしてい
くと、断面積の増大に伴って矩形状の溝のコーナー
（角）に応力集中を生じ、基板にクラックが入るおそれ
が増大するという不都合もあった。
【００３１】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、ＲＩＥによる微細加工の利点（噴射エネル
ギー効率が高く高解像度化に対応可能）を有したまま、
工程数を増加させずに同一チップ内に深さの異なるイン
ク吐出口を形成した液滴噴射記録装置およびシリコン構
造体の製造方法を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数のシリコン基板を積層してなり、液体供給口から供
給された液体が複数の個別流路に到達し、各個別流路の
先端に形成された液体吐出口から液滴として噴射される
液滴噴射記録装置であって、前記液体吐出口は第１のシ
リコン基板の表面に形成された断面隅取り形状である溝
と、前記第１シリコン基板に当接される第２のシリコン
基板から構成されることを特徴とする。
【００３３】請求項１記載の発明の作用について説明す
る。
【００３４】液滴噴射記録装置に形成される液体吐出口
は、断面隈取り形状の溝が形成された第１の基板と、第
１基板上に当接（積層）される第２基板とから構成され
るが、第１基板に形成される溝の断面が角を形成しない
隈取り形状とされているため、コーナーの角に応力集中
して基板にクラックが入ることを抑制することができ
る。
【００３５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記溝は、シリコン基板に対する湿式異方
性エッチングと、これに続く反応性イオンエッチングで
形成されたことを特徴とする。
【００３６】請求項２記載の発明の作用について説明す
る。
【００３７】先ず、シリコン基板に対して湿式異方性エ
ッチングによって断面三角形の溝を形成しておき、当該
溝が形成された部分に対して反応性イオンエッチングを
施すことによって、基板表面に対して略平行な２つの垂
直面と一対の垂直面の底部側を接続する円弧面から形成
された角のない、すなわち隈取り形状の溝が形成され
る。
【００３８】したがって、反応性イオンエッチングによ
って微細加工できる利点を確保しつつ、応力集中による
クラック発生を防止できる溝を形成することができる。
【００３９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記積層端面には、断面形状が矩形である
液体吐出口も備えることを特徴とする。
【００４０】請求項３記載の発明の作用について説明す
る。
【００４１】液滴噴射記録装置には、積層されたシリコ
ン基板の積層端面に断面が隈取り形状と矩形形状の少な
くとも２種類の形状（断面積）の液体吐出口を有する。
したがって、液体にインクを使用して画像形成する場合
には、液体吐出口を選択してインク滴を吐出することに
よって、画像形成を画質優先あるいは速度優先に切り換
えることができる。すなわち、断面積の小さい液体吐出
口からインク滴を吐出させることによって高画質な画像
形成を行なうことができ、断面積の大きい液体吐出口か
らインク滴を吐出させることによって、迅速に画像形成
をすることができる。
【００４２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、断面が矩形である前記液体吐出口は、反応
性イオンエッチングで溝が形成されたシリコン基板上に
他のシリコン基板を当接することによって形成されたこ
とを特徴とする。
【００４３】請求項４記載の発明の作用について説明す
る。
【００４４】シリコン基板に対して反応性イオンエッチ
ングを施することによって、断面矩形状の溝を形成する
ことができ、この溝が形成された基板上に他の基板を当
接させることによって、断面矩形状の液体吐出口を形成
することができる。
【００４５】請求項５記載の発明は、請求項３または４
記載の発明において、断面形状の異なる液体吐出口が積
層端面に交互に配列されたことを特徴とする。
【００４６】請求項５記載の発明の作用について説明す
る。
【００４７】このように構成することによって断面積の
小さい第１形状の液体吐出口から相対的に体積の小さい
液滴が吐出され、断面積の大きい第２形状の液体吐出口
から相対的に体積の大きい液滴が吐出される。
【００４８】液体にインクを使用する場合には、第２形
状の液体吐出口から吐出されるインク滴の体積が大きい
ため、重ね打ちしなくても十分な印字濃度を達成でき
る。また、第１形状の液体吐出口から相対的に体積が小
さいインク滴による印字をすれば高画質な印字を達成す
ることができる。
【００４９】請求項６記載の発明は、請求項３または４
記載の発明において、断面形状の異なる液体吐出口を備
え、同じ断面形状の液体吐出口毎に連続して配列された
ことを特徴とする。
【００５０】請求項６記載の発明の作用について説明す
る。
【００５１】このように構成することによって断面積の
小さい第１形状の液体吐出口から相対的に体積の小さい
液滴が吐出され、断面積の大きい第２形状の液体吐出口
から相対的に体積の大きい液滴が吐出される。そこで、
液体にインクを使用する場合には、連続的に配置された
第２形状の液体吐出口から相対的に体積の大きなインク
滴を吐出することによって、濃度の濃い黒文字印字がで
きる。一方、連続的に配置された第１形状の液体吐出口
にカラーインクを使用して相対的に体積の小さなインク
滴を吐出することによって、高画質なカラー印字が可能
となる。
【００５２】請求項７記載の発明は、請求項３〜６のい
ずれか１項記載の発明において、断面が前記隅取り形状
である溝を含む液体吐出口の開口面積が、前記断面矩形
の液体吐出口の開口面積よりも大きいことを特徴とす
る。
【００５３】請求項７記載の発明の作用について説明す
る。
【００５４】溝の断面積が大きくなるに従って、基板に
クラックが入り易くなる。特に、溝の断面を矩形等、角
のある形状とした場合、当該角から基板にクラックが入
る危険性が増加する。ところが、本発明では、断面積の
大きな溝を断面形状に角のない隈取り形状としたため、
基板にクラックが入る可能性を抑制することができる。
【００５５】また、例えば、同一のシリコン基板に対し
て耐エッチングマスク形状を工夫することによって、湿
式異方性エッチングによって隈取り形状の溝となる部分
のみをエッチングした後、反応性イオンエッチングによ
って隈取り形状の溝となる部分と矩形状の溝となる部分
の双方をエッチングすることによって、隈取り形状の溝
を矩形状の溝よりも断面積を大きくすることができる。
このように、隈取り形状の溝の断面積を大きくすること
によって、異なる断面積の液体吐出口を液滴噴射記録装
置に形成する製造工程が簡略化される。
【００５６】請求項８記載の発明は、湿式異方性エッチ
ングと、それに続く反応性イオンエッチングをシリコン
基板に施すことによって、断面が隅取り形状である溝を
前記シリコン基板に形成することを特徴とする。
【００５７】請求項８記載の発明の作用について説明す
る。
【００５８】シリコン基板に対して湿式異方性エッチン
グと、これに続いて反応性イオンエッチングを施すこと
によって、溝の断面形状が角のない隈取り形状となる。
したがって、溝の内部に角がなくなったため、応力集中
を防ぐことができ、シリコン基板に対するクラック発生
を防止することができる。
【００５９】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態に係るイン
クジェット記録ヘッド（液滴噴射装置）を図１〜図３を
参照して説明する。図１はインクジェット記録ヘッドの
斜視図であり、図２および図３はそれぞれ図１のＡ−Ａ
線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。
【００６０】図１に示すように、インクジェット記録ヘ
ッド１０は、発熱素子基板１２と流路基板１４が保護膜
１６を介して積層され、積層端面１８に、対面する二つ
の垂直面と前記垂直面を結ぶ円弧状面で規定される大イ
ンク吐出口２０と、矩形状で大インク吐出口２０よりも
積層方向深さが浅い（開口面積が小さい）小インク吐出
口２２が交互に形成されている。
【００６１】流路基板１４の上面にはインク供給口２４
が形成されており、内部に形成された段差部２６を有す
る共通液室２８に連通している（図２、図３参照）。共
通液室２８は、大インク吐出口２０に連通する個別流路
３０および小インク吐出口２２に連通する個別流路３１
と連通している。個別流路３０、３１には、それぞれ発
熱素子３２が配置されると共に凹部３４が形成された幅
広の圧力発生領域３５と、圧力発生領域３５に対して幅
が減少するインク吐出口２０、２２側の前方絞り３６と
共通液室２８側の後方絞り３８とを備える（図１３参
照）。
【００６２】したがって、インク供給口２４からインク
ジェット記録ヘッド１０の内部に供給されたインクは、
共通液室２８を介して個別流路３０、３１に流入し、発
熱素子３２の加熱によって圧力発生領域３５においてバ
ブルを発生させて大インク吐出口２０あるいは小インク
吐出口２２から体積の異なるインク滴を吐出する構成で
ある。
【００６３】このように、インクジェット記録ヘッド１
０は、小インク吐出口２２と大インク吐出口２０が交互
に配列されているため、高速ドラフト印字をするときに
は個別流路３０の発熱素子３２に相当するアドレスの信
号を選択することにより、大インク吐出口２０から体積
の大きいインク滴を吐出させて印字すれば良い。インク
滴の体積が大きいため、重ね打ちしなくても十分な印字
濃度を達成できるためである。一方、個別流路３１の発
熱素子３２に相当するアドレスの信号を選択することに
より、小インク吐出口２２から体積が小さいインク滴を
吐出させて印字すれば高画質な印字を行なうことができ
る。
【００６４】次に、インクジェット記録ヘッド１０の製
造方法について図４〜図１３を参照して説明する。図４
は流路基板１４の製造工程について積層端面１８（ダイ
シング）位置断面を見たものであり、図５〜図７は流路
基板１４の製造工程についてＡ−Ａ線（大インク吐出
口）断面を見たものである。なお、図４〜図７および図
１１、図１２に付されている（Ａ）〜（Ｓ）が同一のも
のは同一製造工程を示すものである。
【００６５】具体的には図４（Ｏ）に示すような深さｄ
４の大溝６２と深さｄ５の小溝６４が交互に並んでいる
Ｓｉ基板（流路基板１４）を製造する工程について説明
する。なお、Ｓｉ基板４０の結晶方位は＜１００＞面で
ある。
【００６６】先ず、流路基板１４となるＳｉ基板４０
（図５（Ａ）参照）に対して、熱酸化法により第１の耐
エッチング性マスキング層としてＳｉＯ2膜４２を形成
する（図５（Ｂ）参照）。
【００６７】次に、ＳｉＯ2膜４２の個別流路３０、３
１と共通液室２８となる部分をホトリツグラフィー法と
ドライエッチング法を用いてパターニングする（図５
（Ｃ）参照）。このパターニングによって形成されたマ
スク形状を図８（Ａ）に示す。すなわち、共通液室２８
と個別流路３０、３１に対応する部分のＳｉ基板４０が
露出する。
【００６８】なお、図８（Ａ）に示すように、ＳｉＯ2
膜４２によるマスクパターンは、共通液室２８となる部
分と個別流路３０、３１となる部分は連結しており個別
流路３０、３１の共通液室２８側接続部に後方絞り形状
４６を、インク吐出口となる部分の手前付近に前方絞り
形状４４を設け、インク吐出口となる位置の個別流路３
０を狭めたパターンとしている。
【００６９】続いて、減圧ＣＶＤ（Chemical vapor Dep
osition）法により第２の耐エッチング性マスキング層
としてＳｉＮ膜４８を形成する（図５（Ｄ）参照）。こ
のとき形成するＳｉＮ膜４８の厚さは、例えば３００ｍ
ｍ程度とすることができる。
【００７０】このＳｉＮ膜４８に対して、共通液室２８
および段差部２６となる部分と、個別流路３０において
凹部３４の一部とインク吐出口２０となる部分と、個別
流路３１において凹部３４となる部分をホトリソグラフ
イー法とドライエッチング法を用いてパターニングする
（図５（Ｅ）参照）。ＳｉＮ膜４８のパターンの一例を
図８（Ｂ）に示す。このＳｉＮ膜４８に形成された凹部
パターン５０Ａ、５０Ｂは、それぞれ個別流路３０の凹
部３４および大インク吐出口２０と、個別流路３１の凹
部３４となる深さ方向の形状を形成するための予備加工
を行うためのマスクとなるものである。
【００７１】すなわち、凹部パターン５０Ａは、図９に
示すように、ＳｉＯ2膜４２の個別流路３０に相当する
マスクパターン（図９中、破線部）に対して大インク吐
出口２０に相当する部分にまで延在する幅一定の長方形
形状のパターンとされている。一方、凹部パターン５０
Ｂは、図１０に示すように、ＳｉＯ2膜４２の個別流路
３１に相当するマスクパターン（図１０中、破線部）に
対して凹部３４のみに相当する幅広の長方形形状のパタ
ーンとされている。
【００７２】また、この例のＳｉＮ膜４８のパターンで
は、凹部パターン５０Ａ、５０Ｂと共に共通液室パター
ン５１を形成するので、共通液室２８および段差部２６
となる部分が除去されている。
【００７３】続いて、減圧ＣＶＤ法により耐リン酸エッ
チング保護膜（第３の耐エッチング性マスキング層）と
なるＳｉＯ2膜５２を形成する（図５（Ｆ）参照）。こ
の時形成するＳｉＯ2膜５２の厚さは、例えば５００ｎ
ｍ程度とすることができる。
【００７４】このＳｉＯ2膜５２に対してホトリソグラ
フィー法とドライエッチング法を用いてパターニングす
る。このＳｉＯ2膜５２はＳｉＮ膜４８を覆う程度に形
成する（図５（Ｇ）参照）。
【００７５】続いて、減圧ＣＶＤ法により第４の耐エッ
チング性マスキング層となる第２のＳｉＮ膜５４を形成
する。このとき形成するＳｉＮ膜５４の厚さは、例えば
３００ｎｍ程度とすることができる（図６（Ｈ）参
照）。
【００７６】このＳｉＮ膜５４に対して、共通液室２８
となる領域をホトリソグラフィー法とドライエッチング
法を用いてパターニングする（図６（Ｉ）参照）。Ｓｉ
Ｎ膜５４のパターンの一例を図８（Ｃ）に示す。このＳ
ｉＮ膜５４は、共通液室２８となる部分のみが除去され
た共通液室パターン５６が形成されている。この時、Ｓ
ｉＮ膜５４を除去する領域は、実際の共通液室２８の寸
法よりも所定量だけ小さく設定しておくとよい。
【００７７】続いて、このＳｉＮ膜５４をエッチングマ
スクとしてＳｉ基板４０に対してＫＯＨ水溶液によるエ
ッチングを実施する（図６（Ｊ）参照）。このエッチン
グはＳｉ基板４０を貫通するまで行い、貫通孔がインク
供給口２４となる。この加工は湿式異方性エッチングの
特性から側壁は所定の角度を有した斜面として形成され
る。ここではＳｉ基板４０の一方の面から加工を行って
いるので、インク供給口２４へ向かって断面積が小さく
なる貫通孔が形成される。ここで用いる湿式異方性エッ
チングは、ＲＩＥ（Reactive lon Etching）に比べて加
工速度が速く、Ｓｉ基板４０を貫通させるような加工深
さの深い加工には適している。
【００７８】続いて、ＳｉＮ膜５４をリン酸水溶液によ
り選択的にエッチング除去する（図６（Ｋ）参照）。こ
の時、耐リン酸エッチング保護膜となるＳｉＯ2膜５２
があるため、その下のＳｉＮ膜４８は浸食されない。
【００７９】次に、ＨＦ溶液でＳｉＯ2膜５２を選択的
にエッチング除去する（図６（Ｌ）参照）。
【００８０】続いて、ＳｉＮ膜４８（図８（Ｂ）参照）
をエッチングマスクとしてＳｉ基板４０に対してＫＯＨ
水溶液による湿式異方性エッチングを実施する（図６、
図９各（Ｍ）参照）。この湿式異方性エッチングでは、
貫通させずに所望の深さだけの加工を行う。加工深さは
例えば２００μｍ程度とすることができる。ただし、仕
上り深さよりは浅く設定しておく。図８（Ｂ）に示した
ように、ＳｉＮ膜４８は共通液室２８および段差部２６
となる部分が除去された共通液室パターン５１を有する
ため、共通液室２８の側壁部分に所定の深さの段差部を
形成することができる。
【００８１】また、ＳｉＮ膜４８の個別流路３０中の凹
部３４の一部および大インク吐出口２０となる部分が除
去された凹部パターン５０Ａ、および個別流路３１中の
凹部３４となる部分が除去された凹部パターン５０Ｂが
形成されているので、個別流路３０の凹部３４および大
インク吐出口２０となる部分、および個別流路３１の凹
部３４となる部分もエッチングされて、個別流路３０の
深さ方向の形状が形成される。
【００８２】ダイシングされて積層端面１８とされる積
層端面位置（図９、図１０、Ｃ−Ｃ線断面位置）では、
ＳｉＮ膜４８の凹部パターン５０Ａによって大インク吐
出口２０となる部分のＳｉ基板４０のみが露出され、湿
式異方性エッチングによって断面三角形の溝６２Ａが形
成される（図４（Ｌ）→（Ｍ）参照）。
【００８３】一方、凹部形成位置（図９、図１０、Ｄ−
Ｄ線断面位置）では、凹部パターン５０Ａによって、積
層端面１８と同じ幅のＳｉ基板４０がＳｉＮ膜４８から
露出しており、当該部分にも溝６２Ａと同様の断面三角
形の溝６３Ａが形成される（図１１（Ｌ）→（Ｍ）参
照）。一方、凹部パターン５０Ｂが形成された位置で
は、凹部３４に該当する幅のＳｉ基板４０がＳｉＮ膜４
８から露出しており、当該部分に断面三角形の溝６５Ａ
が形成される（図１２（Ｌ）→（Ｍ）参照）。
【００８４】続いて、ＳｉＮ膜４８をリン酸溶液により
選択的にエッチング除去する（図４、図７、図１１、図
１２各（Ｎ）参照）。この結果、流路形状に沿った部分
のＳｉ基板４０がＳｉＯ2膜４２から露出する。すなわ
ち、積層端面位置では、大インク吐出口２０が形成され
る位置のみならず、小インク吐出口２２が形成される部
分のＳｉ基板４０もＳｉＯ2膜４２から露出する（図４
（Ｎ）参照）。また、凹部形成位置では、個別流路３０
が形成される位置でも、凹部３４相当幅がＳｉ基板４０
もＳｉＯ2膜４２から露出する（図１１（Ｎ）参照）。
【００８５】次に、個別流路３０、３１になる部分およ
び共通液室２８となる部分のＳｉ基板４０をＳｉＯ2膜
４２をエッチングマスクとしてＲＩＥ法によりエッチン
グする（図４、図７、図１１、１２各（Ｏ）参照）。加
工深さは、例えば２０μｍ程度とすることができる。こ
のＲＩＥ加工ではＳｉの結晶方位に依存せず、マスクさ
れている部分以外を均等に厚き方向にエッチングするこ
とができる。したがって、図８（Ａ）に示したマスクパ
ターン形状（実線部）に沿って精度良く流路を形成する
ことができる。
【００８６】この結果、小インク吐出口２２形成位置で
は、ＲＩＥ加工によって深さｄ５の断面矩形状の小溝６
４が形成される（図４（Ｎ）→（Ｏ）参照）。
【００８７】一方、大インク吐出口２０形成位置では、
湿式異方性エッチング直後は三角形状の溝６２Ａが形成
されているが、その後ＲＩＥ加工をすることにより三角
形の頂点部は丸くなって大溝６４となる（図４（Ｎ）→
（Ｏ）参照）。これは頂点部にはエッチング時にポリマ
ーが厚く堆積するために、この部分でエッチング初期に
おけるエッチングガスの供給が阻害されることによるも
のである。また、大溝６２の深さｄ４は、三角溝６２Ａ
をエッチングした分、ＲＩＥ加工のみによる場合（小溝
６２の深さｄ５）に比べて深くなっている。
【００８８】このようにして、Ｓｉ基板４０に深さの異
なる大溝６２と小溝６４が形成される。
【００８９】最後に、ＳｉＯ2膜４２をフッ酸溶液によ
り選択的にエッチング除去して流路基板１４となるＳｉ
基板４０の加工を完了する（図７（Ｐ）参照）。
【００９０】このようにして大溝６２と小溝６４が形成
されたＳｉ基板４０を、図７、図１２に示すダイシング
ラインに沿ってダイシングすることによって、深さの異
なる大溝６２と小溝６４が端面に開口し、流路基板１４
が形成される。
【００９１】この流路基板１４と発熱素子基板１２を保
護層１６を介して積層することによって、大溝６２、小
溝６４がそれぞれ個別流路３０、３１になり、積層端面
１８における開口部がインク吐出口２０、２２となる。
【００９２】このように、本実施形態では、共通液室２
８の段差部２６形成用のマスクにおいて、凹部３４相当
部分から大インク吐出口２０に相当する部分まで凹部パ
ターン５０Ａが形成されているため、段差部２６形成時
の湿式異方性エッチングにおいてＳｉ基板４０の大イン
ク吐出口２０形成部分に三角溝６２Ａが形成され、続い
て、流路形成用のマスクによってＲＩＥによってエッチ
ングされることによって、三角溝６２Ａがさらに深い隈
取り形状の大溝６２となる。一方、小インク吐出口２２
の部分は、ＲＩＥのみでエッチングされるため、大溝６
２と比較して浅い断面矩形状の小溝６４が形成される。
【００９３】このように、本実施形態では、従来のエッ
チング工程を増加させることなく、マスク形状を工夫す
ることによって、Ｓｉ基板４０に深さの異なる大溝６２
と小溝６４を形成することができる。
【００９４】したがって、断面積の異なるインク吐出口
を有するインクジェット記録ヘッド１０の流路基板１４
をＲＩＥ加工を用いて精度良く加工しつつ、深いインク
吐出口（大溝６２）を湿式異方性エッチングも用いて短
時間で形成することができる。したがって、インクジェ
ット記録ヘッド１０の生産性を向上させることができ
る。
【００９５】また、溝７０の断面が矩形状であると、図
１４に示すように、断面積が増加することによって応力
集中によってコーナーの角からシリコン基板４０にクラ
ック７２が入るおそれがあった。
【００９６】しかしながら、大溝６２は、溝内部の断面
形状を対向する垂直面とこの底部を結ぶ円弧面からなる
角のない形状としたため、応力集中によって角からクラ
ックが入ることを防止できる。なお、このクラック防止
効果は、例えば、溝の形状を三角溝の頂部を丸めて円弧
状とした形状など、角のない隈取り形状であれば、達成
できるものであり、本実施形態の形状に限定されるもの
ではない。 （第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態に係るイ
ンクジェット記録ヘッドについて図１５を参照して説明
する。第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符
号を付し、その詳細な説明を省略する。第１実施形態と
異なる点が流路基板１４の個別流路の配置のみなので該
当部分のみ説明する。
【００９７】図１５に示すように、インクジェット記録
ヘッド６０では、積層端面１８において、小インク吐出
口２２が配列された第１領域Ａ１と、大インク吐出口２
０が配列された第２領域Ａ２に分かれている。
【００９８】したがって、体積が大きいインク滴を噴射
するときは第２領域Ａ２のみを用いて印字し、体積が小
さいインク滴を噴射するときは第１領域Ａ１を用いて印
字する。
【００９９】例えば、第１領域Ａ１の大インク吐出口２
０から黒インクを吐出することで濃度の濃い黒文字印字
ができ、第２領域Ａ２にカラーインクを使用することで
高画質カラー印字が可能となる。
【０１００】
【発明の効果】同一チップ内に深さのことなるインク吐
出口を工程数を増加させることなく形成することで、大
きく体積の異なるインク滴を噴射できるようになり、高
速印字と高画質印字を両立できる安価な液滴噴射記録装
置を提供できる。
【０１０１】また、大ドロップに黒インクを、小ドロッ
プにカラーインクを割り付けることにより、単一ヘッド
で高速・高画質印字が可能なフルカラー液体噴射記録装
置を提供できる。
【０１０２】さらに、すべてのインク吐出口に本発明
（湿式異方性エッチングと反応性イオンエッチングによ
る加工）を適用することで、短時間で深い溝の加工がで
きるようになり、インクジェット記録ヘッドの生産性が
向上する。
【０１０３】さらに、インク吐出口を構成する基板の溝
の角を丸めることができるため、シリコン基板のクラッ
ク耐性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るインクジェット
記録ヘッドの斜視図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】 シリコン基板の積層端面位置における製造工
程図である。
【図５】 図１におけるＡ−Ａ線断面位置における流路
基板の製造工程図である。
【図６】 図１におけるＡ−Ａ線断面位置における流路
基板の製造工程図である。
【図７】 図１におけるＡ−Ａ線断面位置における流路
基板の製造工程図である。
【図８】 （Ａ）はＳｉＯ2膜４２のマスクパターン、
（Ｂ）はＳｉＮ膜４８のマスクパターン、（Ｃ）はＳｉ
Ｎ膜５４のマスクパターンである。
【図９】 個別流路３０相当部分のマスクパターン同士
の位置関係を示す平明図である。
【図１０】 個別流路３１相当部分のマスクパターン同
士の位置関係を示す平明図である。
【図１１】 図９におけるＤ−Ｄ線断面における流路基
板の製造工程図である。
【図１２】 図１０におけるＤ−Ｄ線断面における流路
銀の製造工程図である。
【図１３】 大溝と小溝の形成された流路基板の平面図
である。
【図１４】 断面矩形状の溝に入ったクラックを示す説
明図である。
【図１５】 本発明の第２実施形態に係るインクジェッ
ト記録ヘッドの斜視図である。
【図１６】 従来例１に係るインクジェット記録ヘッド
の斜視図である。
【図１７】 図１６におけるＨ−Ｈ線断面図である。
【図１８】 図１６におけるＨ−Ｈ線断面位置における
流路基板の製造工程図である。
【図１９】 （Ａ）はＳｉＯ2膜１２２のマスクパター
ン、（Ｂ）はＳｉＮ膜１２８のマスクパターン、（Ｃ）
はＳｉＮ膜１３６のマスクパターンである。
【図２０】 ２回目の湿式異方性エッチングを実施した
ときのＳｉ基板における個別流路１１０となる部分付近
の破断斜視図である。
【図２１】 従来例１に係るインクジェット記録ヘッド
を構成する流路基板の平面図である。
【図２２】 従来例２に係るインクジェット記録ヘッド
の斜視図である。
【図２３】 従来例２に係るインクジェット記録ヘッド
の斜視図である。
【図２４】 従来例２における流路基板の製造工程図で
ある。
【符号の説明】
１０…インクジェット記録ヘッド（液滴噴射装置） １２…発熱素子基板（シリコン基板） １４…流路基板（シリコン基板） ２０…大インク吐出口 ２２…小インク吐出口 ２４…インク供給口（液体供給口） ２８…共通液室 ３０、３１…個別流路 ４０…Ｓｉ基板（シリコン基板）

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のシリコン基板を積層してなり、液
    体供給口から供給された液体が複数の個別流路に到達
    し、各個別流路の先端に形成された液体吐出口から液滴
    として噴射される液滴噴射記録装置であって、 前記液体吐出口は第１のシリコン基板の表面に形成され
    た断面隅取り形状である溝と、前記第１シリコン基板に
    当接される第２のシリコン基板から構成されることを特
    徴とする液滴噴射記録装置。
  2. 【請求項２】 前記溝は、第１シリコン基板に対する湿
    式異方性エッチングと、これに続く反応性イオンエッチ
    ングで形成されたことを特徴とする請求項１記載の液滴
    噴射記録装置。
  3. 【請求項３】 前記積層端面には、断面形状が矩形であ
    る液体吐出口も備えることを特徴とする請求項１記載の
    液滴噴射記録装置。
  4. 【請求項４】 断面が矩形である前記液体吐出口は、反
    応性イオンエッチングで溝が形成されたシリコン基板上
    に他のシリコン基板を当接することによって形成された
    ことを特徴とする請求項３記載の液滴噴射記録装置。
  5. 【請求項５】 断面形状の異なる液体吐出口が積層端面
    に交互に配列されたことを特徴とする請求項３または４
    記載の液滴噴射記録装置。
  6. 【請求項６】 断面形状の異なる液体吐出口を備え、同
    じ断面形状の液体吐出口毎に連続して配列されたことを
    特徴とする請求項３または４記載の液滴噴射記録装置。
  7. 【請求項７】 断面が前記隅取り形状である溝を含む液
    体吐出口の開口面積が、前記断面矩形の液体吐出口の開
    口面積よりも大きいことを特徴とする請求項３〜６のい
    ずれか１項記載の液滴噴射記録装置。
  8. 【請求項８】 湿式異方性エッチングと、それに続く反
    応性イオンエッチングをシリコン基板に施すことによっ
    て、断面が隅取り形状である溝を前記シリコン基板に形
    成することを特徴とするシリコン構造体の製造方法。
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