JP2003341119A - 記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】歩留まりが高く、しかも記録紙に鮮明な印画を
形成することができる記録ヘッドを得ることが可能な記
録ヘッドの製造方法を提供する。 【解決手段】長尺状を成す複数の区画に区分されている
単結晶シリコンウエハ１ａの上面に絶縁層２を形成する
工程と、前記各区間内の長辺に沿って多数の発熱抵抗体
３を直線状に取着・配列させる工程と、前記隣接する区
画間の境界部に位置する絶縁層２に溝２ａを形成し、該
溝２ａの底面にシリコンを露出させる工程と、前記単結
晶シリコンウエハ１ａを溝２ａの底面でダイシングする
ことにより各区画に分断して複数の記録ヘッドを得る工
程と、を含む記録ヘッドの製造方法によって記録ヘッド
を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリやビ
デオプリンタ等のプリンタ機構として組み込まれるサー
マルヘッドやインクジェットヘッド等の記録ヘッドの製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ファクシミリやビデオプリン
タ等のプリンタ機構として組み込まれる記録デバイスと
して、サーマルヘッドやインクジェットヘッド等の記録
ヘッドが用いられている。

【０００３】かかる従来の記録ヘッドとしては、図８に
示すようなサーマルヘッドが知られており、かかるサー
マルヘッドは、酸化珪素からなる絶縁層１２が被着され
ている長尺状を成すシリコン基板１１の上面に、その長
辺に沿って多数の発熱抵抗体１３を配列するとともに、
これら各発熱抵抗体１３に一対の電極を被着した構造を
有しており、例えばインクリボンを用いて印画を行う場
合、インクリボンと記録紙を重ね合わせた状態でプラテ
ンローラ等で発熱抵抗体１３上に搬送しながら、発熱抵
抗体１３を外部からの印画信号に基づいて個々に選択的
に発熱させるととともに、該発熱した熱を発熱抵抗体１
３上のインクリボンに伝導させてインクリボンのインク
を加熱・溶融させ、これを記録紙に押圧・転写させるこ
とによってサーマルヘッドとして機能する。

【０００４】このようなサーマルヘッドは、１枚の単結
晶シリコンウエハから複数個のサーマルヘッドを得る
“複数個取り”による手法が採用されており、かかる
“複数個取り”による製造方法は、まず、長尺状を成す
複数の区画に区分される単結晶シリコンウエハの上面に
酸化珪素からなる絶縁層を熱酸化法により形成し、次
に、前記各区画上に、その長辺に沿って多数の発熱抵抗
体を取着・配列するとともに、該発熱抵抗体に電気的に
接続される図示しない電極等を被着させ、最後に、前記
単結晶シリコンウエハをダイヤモンドブレード等を用い
てダイシングすることにより各区画に分断することによ
って複数のサーマルヘッドが同時に得られる。

【０００５】尚、上述のサーマルヘッドにおいては、シ
リコン基板の幅をできるだけ小さくするため、あるい
は、記録動作時、発熱抵抗体の熱によって溶融したイン
クリボンのインクを良好に記録紙に転写させるため、前
記発熱抵抗体１３をシリコン基板１１の長辺に対してで
きるだけ近づけて配置させるようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のサーマルヘッドを製造する際に使用される単結
晶シリコンウエハは比較的脆い性質を有していることか
ら、単結晶シリコンウエハを各区画毎に分断する際、ダ
イヤモンドブレード等によって単結晶シリコンウエハに
印加される押圧力により、得られるサーマルヘッドの角
にチッピングが生じることがある。それ故、かかるチッ
ピングがシリコン基板１１の長辺近傍に配列される発熱
抵抗体１３に到達し、発熱抵抗体１３の一部が欠けて印
画不良を起こしてしまい、サーマルヘッドの歩留まり低
下を招く欠点を有していた。

【０００７】また、上述した従来のサーマルヘッドの製
造方法に使用される単結晶シリコンウエハは、その上面
に形成された絶縁層１２を構成する酸化珪素と線膨張係
数が大きく異なることから、単結晶シリコンウエハ上面
に絶縁層１２を形成する際に印加された熱によって、単
結晶シリコンウエハ内部には大きな熱応力が蓄積された
状態にある。このため、単結晶シリコンウエハを長尺状
に分断すると、単結晶シリコンウエハ内部に蓄積された
熱応力が一度に多量に開放され、単結晶シリコンウエハ
より分断して得られるサーマルヘッドが弓状に湾曲して
しまい、かかるサーマルヘッドを用いて記録紙に形成さ
れた画像に歪みを生じる欠点を有していた。

【０００８】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもの
であり、その目的は、歩留まりが高く、しかも記録紙に
鮮明な印画を形成することができる記録ヘッドを得るこ
とが可能な記録ヘッドの製造方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の記録ヘッドの製
造方法は、長尺状を成す複数の区画に区分されている単
結晶シリコンウエハの上面に絶縁層を形成する工程と、
前記各区間内の長辺に沿って多数の発熱抵抗体を直線状
に取着・配列させる工程と、前記隣接する区画間の境界
部に位置する絶縁層に溝を形成し、該溝の底面にシリコ
ンを露出させる工程と、前記単結晶シリコンウエハを溝
の底面でダイシングすることにより各区画に分断して複
数の記録ヘッドを得る工程と、を含むことを特徴とする
ものである。

【００１０】また、本発明の記録ヘッドの製造方法は、
前記長尺状を成す複数の区画は、その長辺が単結晶シリ
コンウエハの＜１１０＞方向に対して略平行に配されて
いることを特徴とするものである。

【００１１】更に、本発明の記録ヘッドの製造方法は、
前記絶縁層が単結晶シリコンウエハの上面を熱酸化法に
より酸化して形成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１２】本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、
長尺状を成す複数の区画に区分されている単結晶シリコ
ンウエハの上面に絶縁層を形成するとともに、隣接する
区画間の境界部に位置する絶縁層に溝を形成し、該溝の
底面にシリコンを露出させるようにしたことから、単結
晶シリコンウエハの内部に蓄積されている熱応力の一部
が前記境界部より適度に開放されることとなり、分断時
に一度に開放される単結晶シリコンウエハ内の熱応力の
量を減少させることができる。従って、単結晶シリコン
ウエハをダイシングして得られる記録ヘッドの湾曲度合
いを低減して、発熱抵抗体の配列の直線性を良好に保持
することができ、記録紙に対して歪みの少ない良好な画
像を記録する記録ヘッドを得ることが可能となる。

【００１３】しかもこの場合、熱応力の蓄積量が小さい
溝の底面で単結晶シリコンウエハをダイシングするよう
にしたことから、得られる記録ヘッドの角にチッピング
が生じ、発熱抵抗体が欠けてしまうといった不具合が有
効に防止され、記録ヘッドの歩留まりを向上させること
ができる。

【００１４】また、本発明の記録ヘッドの製造方法によ
れば、隣接する区画間の境界部に溝を形成したことか
ら、溝の底面と該溝近傍の絶縁層の上面との間に段差が
存在することとなり、単結晶シリコンウエハをダイシン
グする際に、過度に大きな押圧力が単結晶シリコンウエ
ハに印加される等して、万一、記録ヘッドにチッピング
が発生したとしても、かかるチッピングが絶縁層の上面
まで到達して発熱抵抗体に欠けが生じることはほとんど
なく、記録ヘッドの歩留まりを更に高めることができ
る。

【００１５】更に、本発明の記録ヘッドの製造方法によ
れば、単結晶シリコンウエハ上面に形成される長尺状を
成す複数の区画の長辺を、単結晶シリコンウエハの機械
的強度が高い＜１１０＞方向に対して略平行となるよう
に配することにより、単結晶シリコンウエハより得られ
る記録ヘッドにチッピングが生じる頻度が更に少なくな
り、記録ヘッドの歩留まりが飛躍的に向上する上に、記
録ヘッドに生じる反りの量が更に低減され、記録紙に形
成される画像をより鮮明にすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の記録ヘッドの製造方
法を用いて製作されたサーマルヘッドの平面図、図２は
図１のサーマルヘッドの断面図であり、かかるサーマル
ヘッドは、シリコン基板１上に形成された絶縁層２の上
面に、多数の発熱抵抗体３を配列させた構造を有してい
る。

【００１７】前記シリコン基板１は、単結晶シリコンに
より形成された後述の単結晶シリコンウエハ１ａを分断
して長尺状に形成されており、その上面の面方位が（１
００）面に、長辺が＜１１０＞方向に合致させてあり、
上面に絶縁層２や多数の発熱抵抗体３、図示しない一対
の電極等が形成され、これらを支持するための支持母材
として機能する。

【００１８】また、前記シリコン基板１上に設けられる
絶縁層２は、シリコン基板１を形成する単結晶シリコン
と発熱抵抗体３等とを電気的に絶縁するとともに、その
内部で発熱抵抗体３の発する熱の一部を蓄積して発熱抵
抗体３の熱応答性を高めるためのものであり、酸化珪素
を主成分とする無機質材料により１．０μｍ〜２０．０
μｍの厚みに形成されている。

【００１９】このような絶縁層２の上面には、シリコン
基板１の外縁に沿った領域に溝２ａが環状に形成されて
おり、その溝２ａの底面にはシリコン基板１が露出した
形となっている。

【００２０】更に、前記絶縁層２の上面に設けられる多
数の発熱抵抗体３は、前記シリコン基板１の長辺に沿っ
て、例えば３００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で直線
状に被着・配列されており、各々がＴａＳｉＯ系、Ｔｉ
ＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料により形成
されているため、両端に接続される一対の電極を介して
所定の電力が印加されるとジュール発熱を起こし、記録
紙に印画を形成するのに適した所定の温度に発熱する。

【００２１】かくして上述したサーマルヘッドは、イン
クリボン及び記録紙を重ね合わせた状態で、これらをプ
ラテンローラ等で発熱抵抗体３上に搬送しながら、発熱
抵抗体３に図示しない一対の電極を介して所定の電力を
印加し、発熱抵抗体３を外部からの印画信号に基づいて
個々に選択的に発熱させるととともに、該発熱した熱を
発熱抵抗体３上のインクリボンに伝導させてインクリボ
ンのインクを加熱・溶融させ、これを記録紙に押圧・転
写させることによってサーマルヘッドとして機能する。

【００２２】次に本発明の一実施形態にかかる記録ヘッ
ドの製造方法を図３及び図４を用いて詳述する。まず、
図３（ａ）に示す如く、単結晶シリコンウエハ１ａの上
面に絶縁層２を形成する。

【００２３】前記単結晶シリコンウエハ１ａは、まず従
来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）を採用する
ことにより、単結晶シリコンからなるインゴット（塊）
を得、これを所定厚みにスライスした上、表面を研磨す
ることにより製作される。

【００２４】かかる単結晶シリコンウエハ１ａは、その
上面が後述する溝２ａによって長尺状を成す複数の区画
に区分され、更にこれら各区画の長辺は単結晶シリコン
ウエハ１ａの＜１１０＞方向と略平行に配されており、
これら各区画内に多数の発熱抵抗体３や図示しない電極
等がそれぞれ形成される。

【００２５】また、前記絶縁層２は、従来周知の熱酸化
法や薄膜形成技術等を採用することにより、単結晶シリ
コンウエハ１ａの上面を酸化することにより例えば１．
０μｍ〜２０．０μｍの厚みに形成される。このとき、
単結晶シリコンウエハ１ａの内部には、絶縁層２を形成
する酸化珪素との線膨張係数の違いに起因した熱応力が
多量に印加された状態となる。次に、図３（ｂ）及び図
４に示す如く、前記絶縁層２を従来周知のフォトリソグ
ラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより
所定パターンに加工する。

【００２６】前記絶縁層２は、隣接する区画間の境界部
を帯状にエッチング除去することによって該境界部に沿
って溝２ａが形成され、該溝２ａの底面にはシリコンが
露出されることとなり、かかる溝２ａより単結晶シリコ
ンウエハ１ａの内部に蓄積された熱応力の一部が適度に
開放される。

【００２７】尚、前記絶縁層２に形成される溝２ａは、
断面四角形状を成しており、その幅が５０μｍ〜２００
μｍに、深さが２．０μｍ〜５０μｍにそれぞれ設定さ
れる。次に、図３（ｃ）に示す如く、前記絶縁層２の上
面に、発熱抵抗体３や図示しない一対の電極を被着させ
る。

【００２８】前記発熱抵抗体３は、各区画の長辺に沿っ
て直線状に被着・配列されており、このような発熱抵抗
体３や図示しない一対の電極は、従来周知の薄膜形成技
術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィ
ー及びエッチング等によって各区画に所定パターンに形
成される。（４）最後に、図３（ｄ）に示す如く、単結
晶シリコンウエハ１ａを前記溝２ａの底面でダイシング
する。

【００２９】このダイシングは、例えば、回転可能に支
持されたダイヤモンドブレードを具備するカッティング
装置等が好適に用いられ、これにより単結晶シリコンウ
エハ１ａが区画毎に分断され、複数のサーマルヘッドが
得られる。

【００３０】以上のような製造方法によれば、長尺状を
成す複数の区画に区分されている単結晶シリコンウエハ
１ａの上面に絶縁層２を形成するとともに、隣接する区
画間の境界部に位置する絶縁層２に溝２ａを形成し、該
溝２ａの底面にシリコンを露出させるようにしたことか
ら、単結晶シリコンウエハの内部に蓄積されている熱応
力の一部が前記境界部より適度に開放され、単結晶シリ
コンウエハ１ａの分断時に一度に開放される単結晶シリ
コンウエハ内部の熱応力の量を減少させることができ
る。従って、単結晶シリコンウエハ１ａをダイシングし
て得られるサーマルヘッドの湾曲度合いを低減して、発
熱抵抗体３の配列の直線性を良好に保持することがで
き、記録紙に対して歪みの少ない良好な画像を記録する
サーマルヘッドを得ることが可能となる。

【００３１】しかもこの場合、熱応力の蓄積量が小さい
溝２ａの底面で単結晶シリコンウエハ１ａをダイシング
するようにしたことから、得られるサーマルヘッドの角
にチッピングが生じ、発熱抵抗体３が欠けてしまうとい
った不具合が有効に防止され、サーマルヘッドの歩留ま
りを向上させることができる。

【００３２】また、上述したサーマルヘッドの製造方法
によれば、隣接する区画間の境界部に溝２ａを形成した
ことから、溝２ａの底面と該溝近傍の絶縁層２の上面と
の間に段差が存在することとなり、単結晶シリコンウエ
ハ１ａをダイシングする際に、過度に大きな押圧力が単
結晶シリコンウエハ１ａに印加される等して、万一、サ
ーマルヘッドにチッピングが発生したとしても、かかる
チッピングが絶縁層２の上面まで到達して発熱抵抗体３
に欠けが生じることはほとんどなく、サーマルヘッドの
歩留まりを更に高めることができる。

【００３３】更に、上述したサーマルヘッドの製造方法
によれば、単結晶シリコンウエハ上面に形成される長尺
状を成す複数の区画の長辺を、機械的強度が比較的高い
＜１１０＞方向に対して略平行となるように配したこと
から、単結晶シリコンウエハ１ａより得られるサーマル
ヘッドにチッピングが生じる頻度が更に少なくなり、サ
ーマルヘッドの歩留まりが飛躍的に向上する上に、サー
マルヘッドに生じる反り量が更に低減され、記録紙に形
成される画像をより鮮明にすることができる。

【００３４】尚、本発明は上述の実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の変更・改良が可能である。

【００３５】例えば、上述の形態においては、前記溝２
ａを、前記各区画内に発熱抵抗体３や図示しない一対の
電極等を被着させる前に設けるようにしたが、これに代
えて、図５に示す如く、前記溝２ａを、各区画内に発熱
抵抗体３や図示しない一対の電極等を被着させた後に設
けるようにしても構わない。

【００３６】また、上述の形態においては、本発明の記
録ヘッドの製造方法をサーマルヘッドに適用した場合に
ついて説明したが、これに代えて、本発明の製造方法を
インクジェットヘッドに適用しても良く、この場合も同
様の効果が得られる。尚、インクジェットヘッドを製造
する場合は、上述した製造方法によりヘッド基板を得た
後、該ヘッド基板上に、発熱抵抗体３に対応する多数の
インク吐出孔を有したノズル部材を間に所定の間隙を形
成するように配設するとともに、該間隙にインクを充填
すれば良い。

【００３７】更に、上述の形態において、前記絶縁層２
に形成される溝２ａの底面と側面との間に形成される角
部を曲面状に成すとともに、その曲率半径を５．０μｍ
〜５０．０μｍに設定しておけば、溝の内面が角の無い
滑らかな曲面状となり、それ故、溝の内面に存在する角
部を起点として単結晶シリコンウエハにひび割れが発生
することはほとんどなく、これによってもサーマルヘッ
ド等をはじめとする記録ヘッドの品質を高めることがで
きる。

【００３８】また更に、上述の実施形態において、前記
発熱抵抗体３や図示しない一対の電極を窒化珪素や酸化
珪素等からなる保護膜で被覆するようにしても良い。こ
のとき、隣接する区画間の境界部に位置する保護膜に凹
部を設けるようにしても良く、この場合、保護膜を構成
する窒化珪素等と単結晶シリコンウエハ１ａとの間の線
膨張係数の違いに起因した熱応力の一部が保護膜に形成
された凹部からも適度に開放されることとなり、サーマ
ルヘッドのチッピングや反りをより効果的に防止でき
る。更に、図６（ｃ）に示す如く、前記凹部５ａを溝２
ａよりも幅広に形成しておけば、単結晶シリコンウエハ
１ａをダイシングする時に、ダイヤモンドブレードが凹
部５ａの側面に当たって保護膜５が剥がれるといった不
具合を有効に防止することができるという利点もある。
従って、前記凹部５ａを溝２ａよりも幅広に形成してお
くことが好ましい。尚、前記保護膜５は、従来周知のＣ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリン
グ等の薄膜形成技術を採用することにより形成され、ま
た前記凹部５ａは、図６または図７に示す如く、保護膜
５を形成した後、かかる保護膜５を従来周知のフォトリ
ソグラフィー技術及びエッチング技術により所定パター
ンに加工することにより形成される。

【００３９】

【発明の効果】本発明の記録ヘッドの製造方法によれ
ば、長尺状を成す複数の区画に区分されている単結晶シ
リコンウエハの上面に絶縁層を形成するとともに、隣接
する区画間の境界部に位置する絶縁層に溝を形成し、該
溝の底面にシリコンを露出させるようにしたことから、
単結晶シリコンウエハの内部に蓄積されている熱応力の
一部が前記境界部より適度に開放されることとなり、分
断時に一度に開放される単結晶シリコンウエハ内の熱応
力の量を減少させることができる。従って、単結晶シリ
コンウエハをダイシングして得られる記録ヘッドの湾曲
度合いを低減して、発熱抵抗体の配列の直線性を良好に
保持することができ、記録紙に対して歪みの少ない良好
な画像を記録する記録ヘッドを得ることが可能となる。

【００４０】しかもこの場合、熱応力の蓄積量が小さい
溝の底面で単結晶シリコンウエハをダイシングするよう
にしたことから、得られる記録ヘッドの角にチッピング
が生じ、発熱抵抗体が欠けてしまうといった不具合が有
効に防止され、記録ヘッドの歩留まりを向上させること
ができる。

【００４１】また、本発明の記録ヘッドの製造方法によ
れば、隣接する区画間の境界部に溝を形成したことか
ら、溝の底面と該溝近傍の絶縁層の上面との間に段差が
存在することとなり、単結晶シリコンウエハをダイシン
グする際に、過度に大きな押圧力が単結晶シリコンウエ
ハに印加される等して、万一、記録ヘッドにチッピング
が発生したとしても、かかるチッピングが絶縁層の上面
まで到達して発熱抵抗体に欠けが生じることはほとんど
なく、記録ヘッドの歩留まりを更に高めることができ
る。

【００４２】更に、本発明の記録ヘッドの製造方法によ
れば、単結晶シリコンウエハ上面に形成される長尺状を
成す複数の区画の長辺を、単結晶シリコンウエハの機械
的強度が高い＜１１０＞方向に対して略平行となるよう
に配することにより、単結晶シリコンウエハより得られ
る記録ヘッドにチッピングが生じる頻度が更に少なくな
り、記録ヘッドの歩留まりが飛躍的に向上する上に、記
録ヘッドに生じる反りの量が更に低減され、記録紙に形
成される画像をより鮮明にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録ヘッドの製造方法を用いて製作さ
れたサーマルヘッドの断面図である。

【図２】図１の製造方法によって製作されたサーマルヘ
ッドの断面図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる記録ヘッドの製造
方法を説明するための各工程毎の断面図である。

【図４】図３の記録ヘッドの製造方法に用いられるシリ
コンウエハの平面図である。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は記録ヘッドの製造方法を説明
するための各工程毎の断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は保護膜及び凹部の形成方法を
説明するための各工程毎の断面図である。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は保護膜及び凹部の他の形成
方法を説明するための各工程毎の断面図である。

【図８】従来の製造方法によって製作されたサーマルヘ
ッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・シリコン基板 １ａ・・・単結晶シリコンウエハ ２・・・絶縁層 ２ａ・・・溝 ３・・・発熱抵抗体 ５・・・保護膜 ５ａ・・・凹部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長尺状を成す複数の区画に区分されている
   単結晶シリコンウエハの上面に絶縁層を形成する工程
   と、 前記各区間内の長辺に沿って多数の発熱抵抗体を直線状
   に取着・配列させる工程と、 前記隣接する区画間の境界部に位置する絶縁層に溝を形
   成し、該溝の底面にシリコンを露出させる工程と、 前記単結晶シリコンウエハを溝の底面でダイシングする
   ことにより各区画に分断して複数の記録ヘッドを得る工
   程と、を含むことを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】前記長尺状を成す複数の区画は、その長辺
   が単結晶シリコンウエハの＜１１０＞方向に対して略平
   行に配されていることを特徴とする請求項１に記載の記
   録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】前記絶縁層が単結晶シリコンウエハの上面
   を熱酸化法により酸化して形成されていることを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の記録ヘッドの製造
   方法。