JP2006076097A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置、インクカートリッジ、並びにインクジェット装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液滴吐出ヘッドの加圧液室へ液体を供給する液体供給貫通孔を、ダイサー加工法等による切削加工とエッチング法等による方法を併用して加工することにより、高精度、高密度、高信頼性の液滴吐出ヘッドを良好な生産性で実現する。
【解決手段】液滴吐出ヘッドは、第1の面に液体吐出機構を有する第1の基板1と、第2の基板2、第3の基板3を有する。第1の基板1には加圧液室6にインクを供給する液体供給貫通孔が、第1の面から第2の面に貫通して形成され、第1の面から所定の深さまではダイサー加工法による切削加工により形成され、第2の面から所定の深さまではエッチング加工により加工される。また、第1の面から所定の深さまではエッチング加工により加工し、第2の面から所定の深さまではダイサー加工により加工することもできる。
【選択図】図1
【解決手段】液滴吐出ヘッドは、第1の面に液体吐出機構を有する第1の基板1と、第2の基板2、第3の基板3を有する。第1の基板1には加圧液室6にインクを供給する液体供給貫通孔が、第1の面から第2の面に貫通して形成され、第1の面から所定の深さまではダイサー加工法による切削加工により形成され、第2の面から所定の深さまではエッチング加工により加工される。また、第1の面から所定の深さまではエッチング加工により加工し、第2の面から所定の深さまではダイサー加工により加工することもできる。
【選択図】図1
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置、インクカートリッジ、並びにインクジェット装置に関し、さらに詳しくは、プリンタなどのインクジェット装置の記録ヘッドなどに用いられる生産性が高く、高信頼性を確保でき、高精度で液滴を吐出制御できる液滴吐出ヘッド、その製造方法、液滴吐出ヘッドを具備する液滴吐出装置、インクカートリッジ、インクジェット装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室(加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。)と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。
このような液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型(サーマル型)のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどがある。
近年、環境問題から鉛フリーであるバブル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え低消費電力の観点からも環境に影響が少ない静電型のものが多くの出願人から複数のタイプのものが提案されている。インクジェットプリンタなどに用いられインク滴を吐出させて記録するインクジェット記録ヘッドには、特にサーマル型(バブル型)、及び静電型等液滴吐出方法で、基板に貫通孔を有し、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドへ供給している。
これらの液吐出ヘッドの基板に形成された貫通孔は、様々な加工方法で形成されている。貫通孔を有するインクジェットヘッドとして、例えば特許文献1、特許文献2に記載されているものは異方性エッチングで形成されており、特許文献3に記載されているものはサンドブラスト加工法で貫通孔が形成されている。また、特許文献4では、サンドブラストと異方性エッチングを組合せた貫通孔形成方法が提案されている。
特開2003−136491号公報
特開2003−136492号公報
特開2000−326516号公報
特開2002−347248号公報
(発明の目的)
特にシリコン基板やガラス基板等に液滴吐出の構造体を形成しているサーマル型(バブル型)、及び静電型のインクジェットヘッドは、ヘッドサイズのコンパクト化、生産性向上の観点からインクを基板裏面から貫通孔を介して供給することが有効である。この貫通孔は、従来技術では、液滴吐出の構造体を形成するプロセスの整合を図りながらドライ(プラズマエッチング、RIEエッチング等)及びウェットエッチング法(KOH、TMAH溶液)、研磨材吹付け加工法(サンドブラスト法)、あるいはレーザー加工法等で形成されている。
しかし、ドライエッチング法、あるいはウェットエッチングのみによる貫通孔形成は、加工精度には優れるが、エッチングレート数μm/分程度と小さいため、数百μmのエッチングを必要とする貫通孔形成は加工効率が非常に悪い。
特にシリコン基板やガラス基板等に液滴吐出の構造体を形成しているサーマル型(バブル型)、及び静電型のインクジェットヘッドは、ヘッドサイズのコンパクト化、生産性向上の観点からインクを基板裏面から貫通孔を介して供給することが有効である。この貫通孔は、従来技術では、液滴吐出の構造体を形成するプロセスの整合を図りながらドライ(プラズマエッチング、RIEエッチング等)及びウェットエッチング法(KOH、TMAH溶液)、研磨材吹付け加工法(サンドブラスト法)、あるいはレーザー加工法等で形成されている。
しかし、ドライエッチング法、あるいはウェットエッチングのみによる貫通孔形成は、加工精度には優れるが、エッチングレート数μm/分程度と小さいため、数百μmのエッチングを必要とする貫通孔形成は加工効率が非常に悪い。
レーザー加工においては、エッチング法のようにマスクを必要としないため工数低減が図れるが、原理的に貫通孔一つ一つ加工するため加工効率が悪く、また原理的にドライエッチング法、ウェットエッチング法に比べ加工精度も悪い。加えて加工時に加工屑が発生し、そのままでは液滴吐出の信頼性に影響を与えるため、加工屑を除去する必要があり、工数、コスト増加に繋がる。
また、研磨材吹付け加工法では、加工効率は良好であるが、基板表面にチッピングが発生するなど加工精度が悪く、加工中に静電気が発生するため基板上に形成された液滴塗布の駆動用集積回路部やアクチュエータ部の絶縁層が帯電し、駆動用集積回路やアクチュエータそのものが破壊される可能性がある。
貫通孔を一度に形成する場合は、貫通孔形成後、貫通孔があるが故に一般的にフォトマスクで用いられるレジストの基板へ均一な形成方法であるスピンコート法が適用できず、特別な装置が必要になる。また、ドライエッチング装置では、装置のサセプターが貫通孔を通してプラズマに曝され、サセプターにダメージを与えるために裏面に保護材を貼付する等の対策が必要となり、工数、生産コストが増加する。加えて、最近の製造装置では、真空チャックを備えた自動搬送系が備えられているのが一般的であり、この真空チャックを備えた搬送系は、貫通孔があると吸着不良による搬送エラーが発生しそのままでは適用できない。
これらを回避するためには、なるべく最終工程で貫通孔を形成するようにすればよいが、液滴吐出のための構造体ができあがっているところにマスクを必要とするサンドブラスト法やエッチング法では貫通孔形成のためのマスク形成、加工後のマスク除去等の工程と既に基板上に形成されている液滴吐出の構造体との整合性をとる必要がある。例えば、前述したように基板が貫通している場合、一般にマスク材料であるレジストを塗布するスピンコート法では、貫通孔へレジストが流れ落ち均一にレジストを塗布できない、あるいは、真空チャックを適用した搬送系を有する装置でチャック不良が発生する等の不具合が生じる。従って、貫通孔形成以降は工程、装置に対する制約が大きく、生産性に影響を及ぼすことが容易に想像できる。
以上より、従来例に示される貫通孔の形成方法では、寸法精度、且つ高精度に貫通孔を安定して形成できないため、これから益々高密度化が望まれる液体供給貫通孔を備えた液滴吐出ヘッドを実現することが困難である。また、貫通孔を一度に形成する場合は、製造装置や各工程での制約が非常に大きくなり、結果的に生産性の低下、新たな装置の導入等設備費の増加、工数増加を招き、コスト増加や製品歩留まり低下原因の一因になる。
このように従来技術では、貫通孔形成の加工方法のみならず、液滴吐出装置の製造工程における貫通孔形成工程のタイミングを図る場合、制約が多く、生産効率、生産コスト低減を考慮しつつ、信頼性の高い製品を得ることは課題が多く困難である。
このように従来技術では、貫通孔形成の加工方法のみならず、液滴吐出装置の製造工程における貫通孔形成工程のタイミングを図る場合、制約が多く、生産効率、生産コスト低減を考慮しつつ、信頼性の高い製品を得ることは課題が多く困難である。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、液滴吐出ヘッドへ液体を供給する基板貫通孔形成をエッチング法、研磨材吹付け加工法、レーザー加工法によらず、基板表面(第1の面)から切削加工(ダイサー加工法等)による加工と、基板裏面(第2の面)から他の方法(エッチング法等)で加工することにより、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドを実現し、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置を提供することを目的とする。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、液滴吐出ヘッドへ液体を供給する基板貫通孔形成をエッチング法、研磨材吹付け加工法、レーザー加工法によらず、基板表面(第1の面)からエッチング法で加工し、裏面(第2の面)から切削加工(ダイサー加工法等)法で加工することにより、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドを実現し、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することを目的とする。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する製造方法を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第1の面から所定の深さまで形成された第1の径を有する孔と、前記第2の面から前記所定の深さまで形成された第2の径を有する第2の孔とからなることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第1の径を有する孔は、切削加工により形成され、前記第2の径を有する孔は、エッチング加工により形成されることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第1の径を有する孔の深さは、前記基板厚さの1/2以下であることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1乃至3いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第1の径を有する孔と前記第2の径を有する孔は、1対1で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1乃至3いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第1の径を有する孔1つに対し、前記第2の径を有する孔が複数連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1乃至5いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第1の面側表面の孔幅短辺長は、前記第2の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする。
請求項7の発明は、基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第2の面から形成する孔を前記第1の面に貫通しないように形成した後、前記第1の面から形成される孔を形成し、前記第1の面と前記第2の面を連通させ前記液体供給貫通孔を形成することを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項7に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第1の面から形成される孔はダイサーによる切削加工で加工し、前記第2の面から形成される孔は異方性エッチングによるエッチング加工で加工して連通された前記液体供給貫通孔であることを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項8に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチング加工は、異方性ウェットエッチング法により形成されていることを特徴とする。
請求項10の発明は、請求項8に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチング加工は、異方性ドライエッチング法により形成されていることを特徴とする。
請求項11の発明は、基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第1の面からエッチング加工で前記基板途中まで形成される孔と、前記第2の面から切削加工で前記基板途中まで形成される孔が連通してなることを特徴とする。
請求項12の発明は、請求項11に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第2の面から形成された孔の深さは、前記基板厚さの1/2以下であることを特徴とする。
請求項13の発明は、請求項11または12に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第1の面から形成される孔と前記第2の面から形成される孔は、1対1で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする。
請求項14の発明は、請求項11または12に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第2の面から形成される孔1つに対し、前記第1の面から形成される孔が複数連通していることを特徴とする。
請求項15の発明は、請求孔11乃至14いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第1の面側表面の孔幅短辺長は、前記第2の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする。
請求項16の発明は、基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記液体供給貫通孔貫通孔は、前記第1の面からエッチング加工で前記第2の面に貫通しないように形成した後、前記第2の面から形成される孔を切削加工で形成し、前記第1の面と前記第2の面を連通させることを特徴とする。
請求項17の発明は、請求項16に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチング加工は異方性エッチングによる加工であり、前記切削加工はダイサーによる加工であることを特徴とする。
請求項18の発明は、請求項17に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記異方性エッチングによる加工は、異方性ドライエッチング法による加工であることを特徴とする。
請求項19の発明は、請求項1乃至6、11乃至15いずれかに記載の液滴吐出ヘッドを複数具備した液滴吐出装置であることを特徴とする。
請求項20の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項1乃至6、11乃至15いずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
請求項21の発明は、インクを吐出するインク吐出ヘッドを搭載したインクジェット装置において、前記インク吐出ヘッドが1乃至6、11乃至15いずれかに記載の液滴吐出ヘッド、あるいは請求項20記載のインクカートリッジを搭載したものであることを特徴とする。
(請求項1の効果)
液滴吐出ヘッドにおいて、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドに供給する構成では、基板に貫通孔を設けることで基板サイズを小さくでき、生産効率向上、製品コスト低減が見込める。このように圧力発生機構を有する基板に裏面貫通孔を形成する工法として、貫通孔を一度に形成せず、裏面からと表面からの2度に分けて貫通孔を形成することにより、表面側の短辺幅と裏面側の短辺幅が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔を形成する場合に比べ、液体供給路形状による流体抵抗の設計自由度が向上し易くなり、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できる。
液滴吐出ヘッドにおいて、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドに供給する構成では、基板に貫通孔を設けることで基板サイズを小さくでき、生産効率向上、製品コスト低減が見込める。このように圧力発生機構を有する基板に裏面貫通孔を形成する工法として、貫通孔を一度に形成せず、裏面からと表面からの2度に分けて貫通孔を形成することにより、表面側の短辺幅と裏面側の短辺幅が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔を形成する場合に比べ、液体供給路形状による流体抵抗の設計自由度が向上し易くなり、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できる。
(請求項2の効果)
基板上に圧力発生機構が形成された後の表面からの貫通孔加工に切削加工を用いることにより、マスク形成加工工程を必要とせず、プロセス整合が得られ易いため、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが得られる。
基板上に圧力発生機構が形成された後の表面からの貫通孔加工に切削加工を用いることにより、マスク形成加工工程を必要とせず、プロセス整合が得られ易いため、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが得られる。
(請求項3の効果)
シリコン基板表面からの加工深さをシリコン基板厚さの1/2以上とするとシリコン基板表面からの加工孔に沿ってシリコン基板の割れる可能性が急激に高くなるが、1/2以下であると十分強度が確保できるため、シリコン基板が割れることはない。したがって、シリコン基板からの加工深さをシリコン基板厚の1/2以下にすることにより、液滴吐出ヘッドの機械的強度を十分確保でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、製造工程においては、プロセスマージンの確保、歩留まり向上により、安定した製造工程を構築できる。
シリコン基板表面からの加工深さをシリコン基板厚さの1/2以上とするとシリコン基板表面からの加工孔に沿ってシリコン基板の割れる可能性が急激に高くなるが、1/2以下であると十分強度が確保できるため、シリコン基板が割れることはない。したがって、シリコン基板からの加工深さをシリコン基板厚の1/2以下にすることにより、液滴吐出ヘッドの機械的強度を十分確保でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、製造工程においては、プロセスマージンの確保、歩留まり向上により、安定した製造工程を構築できる。
(請求項4の効果)
裏面と表面からの貫通孔を1対1で連通させることにより、貫通孔を分割形成した場合に比べて貫通口からのインク供給に対する流体抵抗制御の自由度が向上する。したがって、環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となり、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
裏面と表面からの貫通孔を1対1で連通させることにより、貫通孔を分割形成した場合に比べて貫通口からのインク供給に対する流体抵抗制御の自由度が向上する。したがって、環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となり、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
(請求項5の効果)
裏面からの複数の加工孔に対し、表面からの加工孔1つに連通させることにより、裏面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になる、また、基板強度増加により製品の信頼性向上が期待できる。
裏面からの複数の加工孔に対し、表面からの加工孔1つに連通させることにより、裏面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になる、また、基板強度増加により製品の信頼性向上が期待できる。
(請求項6の効果)
アクチュエータが形成されているシリコン基板表面の液体供給孔短辺幅は、表面の構成でその開口面積に制約がある。つまり、チップサイズを小さくするためには、シリコン表面側の裏面貫通インク供給孔開口面積を大きくできない。シリコン基板を貫通するインク供給孔がこの制約を受けて、シリコン基板深さ方向で同じ開口面積であれば、この部位の流体抵抗が大きくなる可能性があり、液体供給という面では、場合によっては供給不足による液滴吐出特性のバラツキが生じる。しかし、本発明による貫通孔形成では、シリコン表面の液体供給孔開口面積とシリコン基板裏面の液体供給開口面積を独立で制御できるため、シリコン表面の孔幅短辺長<シリコン基板裏面の孔幅短辺長にすることにより、シリコン裏面からの流体抵抗を低減できるばかりでなく、最適な形状、大きさに加工できる利点がある。環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
アクチュエータが形成されているシリコン基板表面の液体供給孔短辺幅は、表面の構成でその開口面積に制約がある。つまり、チップサイズを小さくするためには、シリコン表面側の裏面貫通インク供給孔開口面積を大きくできない。シリコン基板を貫通するインク供給孔がこの制約を受けて、シリコン基板深さ方向で同じ開口面積であれば、この部位の流体抵抗が大きくなる可能性があり、液体供給という面では、場合によっては供給不足による液滴吐出特性のバラツキが生じる。しかし、本発明による貫通孔形成では、シリコン表面の液体供給孔開口面積とシリコン基板裏面の液体供給開口面積を独立で制御できるため、シリコン表面の孔幅短辺長<シリコン基板裏面の孔幅短辺長にすることにより、シリコン裏面からの流体抵抗を低減できるばかりでなく、最適な形状、大きさに加工できる利点がある。環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
(請求項7の効果)
シリコン基板裏面からの孔形成をシリコン基板の表面が露出、連通するように加工すると次工程以降の適用製造装置における制約が大きくなる。つまり、写真工程で一般的に用いられるスピンコート法によるレジスト塗布装置、搬送系に真空チャックを装備した装置、特に静電チャック機構を備えたエッチャーや成膜真空処理装置は適用できなくなる。そこで、本発明のようにシリコン基板裏面からの孔加工でシリコン基板表面を露出、連通させないことにより、従来一般的に適用されてきた製造装置をそのまま適用できるため、設備投資がほとんど必要無く製造コストをアップさせることなく、高精度、高信頼性を備えた液滴吐出ヘッドを適用できる。
シリコン基板裏面からの孔形成をシリコン基板の表面が露出、連通するように加工すると次工程以降の適用製造装置における制約が大きくなる。つまり、写真工程で一般的に用いられるスピンコート法によるレジスト塗布装置、搬送系に真空チャックを装備した装置、特に静電チャック機構を備えたエッチャーや成膜真空処理装置は適用できなくなる。そこで、本発明のようにシリコン基板裏面からの孔加工でシリコン基板表面を露出、連通させないことにより、従来一般的に適用されてきた製造装置をそのまま適用できるため、設備投資がほとんど必要無く製造コストをアップさせることなく、高精度、高信頼性を備えた液滴吐出ヘッドを適用できる。
(請求項8の効果)
裏面からの加工を異方性エッチング、表面からの加工をダイサーでおこなうことにより、寸法精度を数μmオーダーで制御できるため、液滴吐出ヘッドの高密度化に対応でき、且つ製品ばらつきを低減できるため、バラツキが少なく高精度な液滴吐出ヘッドが実現できる。また、比較的エッチングレートの小さい異方性エッチングと加工速度に優れたダイサーを適用することにより、工期低減効果が期待でき、低コスト化を図ることができる。
裏面からの加工を異方性エッチング、表面からの加工をダイサーでおこなうことにより、寸法精度を数μmオーダーで制御できるため、液滴吐出ヘッドの高密度化に対応でき、且つ製品ばらつきを低減できるため、バラツキが少なく高精度な液滴吐出ヘッドが実現できる。また、比較的エッチングレートの小さい異方性エッチングと加工速度に優れたダイサーを適用することにより、工期低減効果が期待でき、低コスト化を図ることができる。
(請求項9の効果)
裏面からの加工を異方性ウェットエッチング法で行なうことにより、マスク材、下地との選択比が十分確保できる、また、比較的安価製造装置で一度の大量の処理(バッジ式)が可能なため、十分なプロセスマージン確保、製造コスト低減が可能となる。
裏面からの加工を異方性ウェットエッチング法で行なうことにより、マスク材、下地との選択比が十分確保できる、また、比較的安価製造装置で一度の大量の処理(バッジ式)が可能なため、十分なプロセスマージン確保、製造コスト低減が可能となる。
(請求項10の効果)
異方性ドライエッチング法は、加工形状制御性、微細加工性、及び加工精度に優れているため、益々寸法精度が要求される高密度化に対応でき、信頼性が高く、バラツキの小さい高品位な液滴吐出ヘッドが得られる。
異方性ドライエッチング法は、加工形状制御性、微細加工性、及び加工精度に優れているため、益々寸法精度が要求される高密度化に対応でき、信頼性が高く、バラツキの小さい高品位な液滴吐出ヘッドが得られる。
(請求項11の効果)
液滴吐出ヘッドにおいて、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドに供給する構成では、基板に貫通孔を設けることで基板サイズを小さくでき、生産効率向上、製品コスト低減が見込める。このように圧力発生機構を有する基板に裏面貫通孔を形成する工法として、貫通孔を一度に形成せず、裏面からと表面からの2度に分けて貫通孔を形成する、特に、基板上に圧力発生機構が形成された表面からの貫通孔加工に寸法制御性の高い異方性ドライエッチングを適用することにより、従来基板面上に設けていた流体抵抗部を基板深さ方向に形成でき、高精度で高密度、そしてコンパクトな液滴吐出ヘッドを実現でき、製造コストの低減が期待できる。また、表面側の短辺幅と裏面側の短辺幅が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔を形成する場合に比べ、液体供給路形状による流体抵抗の設計自由度が向上し、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できる。製造面からも異方性ドライエッチングで一度に裏面貫通孔を形成する場合は、ドライエッチング装置の基板電極部の保護手段を講じる必要があるなど製造装置や工程での制約が非常に大きくなり結果的に生産性の低下、新たな装置の導入等設備費の増加、工数増加を招き、コスト増加や製品歩留まり低下原因の一因となるが、本発明のように裏面と表面からの2度に分けての貫通孔形成方法では、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持つ液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドが得られる。
液滴吐出ヘッドにおいて、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドに供給する構成では、基板に貫通孔を設けることで基板サイズを小さくでき、生産効率向上、製品コスト低減が見込める。このように圧力発生機構を有する基板に裏面貫通孔を形成する工法として、貫通孔を一度に形成せず、裏面からと表面からの2度に分けて貫通孔を形成する、特に、基板上に圧力発生機構が形成された表面からの貫通孔加工に寸法制御性の高い異方性ドライエッチングを適用することにより、従来基板面上に設けていた流体抵抗部を基板深さ方向に形成でき、高精度で高密度、そしてコンパクトな液滴吐出ヘッドを実現でき、製造コストの低減が期待できる。また、表面側の短辺幅と裏面側の短辺幅が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔を形成する場合に比べ、液体供給路形状による流体抵抗の設計自由度が向上し、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できる。製造面からも異方性ドライエッチングで一度に裏面貫通孔を形成する場合は、ドライエッチング装置の基板電極部の保護手段を講じる必要があるなど製造装置や工程での制約が非常に大きくなり結果的に生産性の低下、新たな装置の導入等設備費の増加、工数増加を招き、コスト増加や製品歩留まり低下原因の一因となるが、本発明のように裏面と表面からの2度に分けての貫通孔形成方法では、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持つ液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドが得られる。
(請求項12の効果)
シリコン基板裏面からの加工深さをシリコン基板厚さの1/2以上とするとシリコン基板表面からの加工孔に沿ってシリコン基板の割れる可能性が急激に高くなるが、1/2以下であると十分強度が確保できるため、シリコン基板が割れることはない。したがって、シリコン基板からの加工深さをシリコン基板厚の1/2以下にすることにより、液滴吐出ヘッドの機械的強度を十分確保でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、製造工程においては、プロセスマージンの確保、歩留まり向上により、安定した製造工程を構築できる。
シリコン基板裏面からの加工深さをシリコン基板厚さの1/2以上とするとシリコン基板表面からの加工孔に沿ってシリコン基板の割れる可能性が急激に高くなるが、1/2以下であると十分強度が確保できるため、シリコン基板が割れることはない。したがって、シリコン基板からの加工深さをシリコン基板厚の1/2以下にすることにより、液滴吐出ヘッドの機械的強度を十分確保でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、製造工程においては、プロセスマージンの確保、歩留まり向上により、安定した製造工程を構築できる。
(請求項13の効果)
裏面と表面からの貫通孔を1対1で連通させることにより、貫通孔を分割形成した場合に比べて貫通口からのインク供給に対する流体抵抗制御の自由度が向上する。したがって、環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
裏面と表面からの貫通孔を1対1で連通させることにより、貫通孔を分割形成した場合に比べて貫通口からのインク供給に対する流体抵抗制御の自由度が向上する。したがって、環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
(請求項14の効果)
基板表面からの複数の加工孔に対し、基板裏面からの加工孔1つに連通させることにより、表面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になるとともに製品の信頼性向上も期待できる。また、アクチュエータ毎に貫通孔を備えることも可能であり、従来基板表面部に具備していた流体抵抗部を基板深さ方向に備えることが可能となり、液滴吐出ヘッドをコンパクト化できる。
基板表面からの複数の加工孔に対し、基板裏面からの加工孔1つに連通させることにより、表面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になるとともに製品の信頼性向上も期待できる。また、アクチュエータ毎に貫通孔を備えることも可能であり、従来基板表面部に具備していた流体抵抗部を基板深さ方向に備えることが可能となり、液滴吐出ヘッドをコンパクト化できる。
(請求項15の効果)
アクチュエータが形成されている基板表面の液体供給孔短辺幅は、表面の構成でその開口面積に制約がある。つまり、チップサイズを小さくするためには、表面側の裏面貫通インク供給孔開口面積を大きくできない。基板を貫通するインク供給孔がこの制約を受けて、基板深さ方向で同じ開口面積であれば、この部位の流体抵抗が大きくなる可能性があり、液体供給という面では、場合によっては供給不足による液滴吐出特性のバラツキを生じる。しかし、本発明による貫通孔形成では、基板表面の液体供給孔開口面積とシリコン基板裏面の液体供給開口面積を独立に制御できるため、基板表面の孔幅短辺長<基板裏面の孔幅短辺長にすることにより、シリコン裏面からの流体抵抗を低減できるばかりでなく、最適な形状、大きさに加工できる利点がある。環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
アクチュエータが形成されている基板表面の液体供給孔短辺幅は、表面の構成でその開口面積に制約がある。つまり、チップサイズを小さくするためには、表面側の裏面貫通インク供給孔開口面積を大きくできない。基板を貫通するインク供給孔がこの制約を受けて、基板深さ方向で同じ開口面積であれば、この部位の流体抵抗が大きくなる可能性があり、液体供給という面では、場合によっては供給不足による液滴吐出特性のバラツキを生じる。しかし、本発明による貫通孔形成では、基板表面の液体供給孔開口面積とシリコン基板裏面の液体供給開口面積を独立に制御できるため、基板表面の孔幅短辺長<基板裏面の孔幅短辺長にすることにより、シリコン裏面からの流体抵抗を低減できるばかりでなく、最適な形状、大きさに加工できる利点がある。環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
(請求項16の効果)
基板表面からの加工孔形成を基板の裏面が露出、連通するように加工するとドライエッチング装置のサセプターが破損する等の適用製造装置における制約が大きくなる。また、次工程以降の装置で搬送系に真空チャックを装備した装置、特に静電チャック機構を備えたエッチャーや成膜真空処理装置は適用できなくなる。そこで、本発明のように基板表面からの孔加工で基板裏面を露出、連通させないことにより、従来一般的に適用されてきた製造装置をそのまま適用できるため、設備投資がほとんど必要無く製造コストをアップさせることなく、高精度、高信頼性を備えた液滴吐出ヘッドを適用できる。
基板表面からの加工孔形成を基板の裏面が露出、連通するように加工するとドライエッチング装置のサセプターが破損する等の適用製造装置における制約が大きくなる。また、次工程以降の装置で搬送系に真空チャックを装備した装置、特に静電チャック機構を備えたエッチャーや成膜真空処理装置は適用できなくなる。そこで、本発明のように基板表面からの孔加工で基板裏面を露出、連通させないことにより、従来一般的に適用されてきた製造装置をそのまま適用できるため、設備投資がほとんど必要無く製造コストをアップさせることなく、高精度、高信頼性を備えた液滴吐出ヘッドを適用できる。
(請求項17の効果)
表面からの加工を異方性エッチング、裏面からの加工をダイサーでおこなうことにより、寸法精度を数μmオーダーで制御できるため、液滴吐出ヘッドの高密度化に対応でき、且つ製品ばらつきを低減できるため、バラツキが少なく高精度な液滴吐出ヘッドが実現できる。また、比較的エッチングレートの小さい異方性エッチングと加工速度に優れたダイサーを適用することにより、工期低減効果が期待でき、低コスト化を図ることができる。
表面からの加工を異方性エッチング、裏面からの加工をダイサーでおこなうことにより、寸法精度を数μmオーダーで制御できるため、液滴吐出ヘッドの高密度化に対応でき、且つ製品ばらつきを低減できるため、バラツキが少なく高精度な液滴吐出ヘッドが実現できる。また、比較的エッチングレートの小さい異方性エッチングと加工速度に優れたダイサーを適用することにより、工期低減効果が期待でき、低コスト化を図ることができる。
(請求項18の効果)
異方性ドライエッチング法は、加工形状制御性、微細加工性、及び加工精度に優れているため、益々寸法精度が要求される高密度化に対応でき、信頼性が高く、バラツキの小さい高品位な液滴吐出ヘッドが得られる。
異方性ドライエッチング法は、加工形状制御性、微細加工性、及び加工精度に優れているため、益々寸法精度が要求される高密度化に対応でき、信頼性が高く、バラツキの小さい高品位な液滴吐出ヘッドが得られる。
(請求項19の効果)
請求項1〜10、11〜18の液滴吐出ヘッドを複数具備した液滴吐出ヘッドは、低コストで歩留まりの高い液滴吐出ヘッドを製造でき、且つ高品位で特性ばらつきの小さい液滴吐出装置を提供できる。
請求項1〜10、11〜18の液滴吐出ヘッドを複数具備した液滴吐出ヘッドは、低コストで歩留まりの高い液滴吐出ヘッドを製造でき、且つ高品位で特性ばらつきの小さい液滴吐出装置を提供できる。
(請求項20の効果)
本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドである液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドである液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
(請求項21の効果)
本発明に係るインクジェット装置によれば、本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドである液滴吐出ヘッドを搭載したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
本発明に係るインクジェット装置によれば、本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドである液滴吐出ヘッドを搭載したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
次に、本発明の第1の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図2は、図1に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図、図3は、図2に示すS1,S2面で破断して示す断面図である。
本実施形態は、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものであり、以下に詳記する構造を有する第1の基板1,第2の基板2,第3の基板3を重ねた3枚の積層構造となっている。
図1は、本発明の第1の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図2は、図1に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図、図3は、図2に示すS1,S2面で破断して示す断面図である。
本実施形態は、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものであり、以下に詳記する構造を有する第1の基板1,第2の基板2,第3の基板3を重ねた3枚の積層構造となっている。
第1の基板1は、<110>シリコン基板上に積層膜により個別電極4と、空隙7を介して振動板5が形成されている。振動板5の下面には空隙7を介して個別電極4が形成されている。空隙7は後に除去することを前提とした犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に犠牲層除去孔14から空隙部となる犠牲層を除去することで形成し、液滴吐出ヘッドへ外部からインクを供給する貫通孔12を設ける。また、第1の基板1の上面に接合される第2の基板2には、<100>シリコン基板の振動板5上に振動板を底壁とする加圧液室6と、各々の加圧液室6にインクを供給するための液室10と、液室10と加圧液室6を連通させる流体抵抗部9と、加圧液室6からインクを押し出す連通管11とを設ける。続けて第2の基板の上面に接合される第3の基板3には、厚さ50ミクロンのニッケル基板を用い、基板2に、ノズル孔8と連通するように連通管11をそれぞれ設ける。
以上のように構成された液滴吐出ヘッドの動作を説明する。
加圧液室6内がインクにより満たされた状態で、個別電極4に発振回路により40Vのパルス電位を印加する。電圧印加により個別電極4の表面がプラスに帯電すると、振動板5との間に静電気の吸引作用が働き振動板5が下方へ撓み、液室10より流体抵抗部9を通じて加圧液室6へインクが流入する。その後個別電極4へのパルス電圧を0Vにすると静電気力により下方へ撓んだ振動板5が自身の剛性により元に戻る。その結果、加圧液室6内の圧力が急激に上昇し、連通管11を介してノズル孔8よりインク液滴を記録紙に向けて吐出する。これを繰り返すことにより、インクを連続的に吐出することができる。
加圧液室6内がインクにより満たされた状態で、個別電極4に発振回路により40Vのパルス電位を印加する。電圧印加により個別電極4の表面がプラスに帯電すると、振動板5との間に静電気の吸引作用が働き振動板5が下方へ撓み、液室10より流体抵抗部9を通じて加圧液室6へインクが流入する。その後個別電極4へのパルス電圧を0Vにすると静電気力により下方へ撓んだ振動板5が自身の剛性により元に戻る。その結果、加圧液室6内の圧力が急激に上昇し、連通管11を介してノズル孔8よりインク液滴を記録紙に向けて吐出する。これを繰り返すことにより、インクを連続的に吐出することができる。
電極間に働く力Fは、式1に示すように電極間距離dの2乗に反比例して小さくなる。したがって、低電圧で駆動するためには個別電極4と振動板5の空隙間隔を狭く形成することが重要となる。
F:電極間に働く力
ε:誘電率
S:電極の対抗する面の面積
d:電極間距離
V:印加電圧
本発明の液滴吐出ヘッドでは、個別電極4と振動板5間の微小な空隙間隔を精度良く、且つ安定して製造することが可能であり、静電気力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
次に、液滴吐出ヘッドの作製方法、構成などを実施例に基づいて詳細に説明する。
ε:誘電率
S:電極の対抗する面の面積
d:電極間距離
V:印加電圧
本発明の液滴吐出ヘッドでは、個別電極4と振動板5間の微小な空隙間隔を精度良く、且つ安定して製造することが可能であり、静電気力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
次に、液滴吐出ヘッドの作製方法、構成などを実施例に基づいて詳細に説明する。
図4は、本発明の実施例1における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図4(A)は平面図、図4(B),(C)は、図4(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。また、図5は、実施例1の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図6は、図5から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図4〜6では便宜上1つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図4の記載から明らかなように、実施例1の液滴吐出ヘッドは、振動板領域120が分離溝130で隔壁部115から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜105a、上部電極105b、膜撓み防止膜105c、膜剛性調整膜105d、及び樹脂膜105eから構成された積層膜105で形成されている。
図4の記載から明らかなように、実施例1の液滴吐出ヘッドは、振動板領域120が分離溝130で隔壁部115から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜105a、上部電極105b、膜撓み防止膜105c、膜剛性調整膜105d、及び樹脂膜105eから構成された積層膜105で形成されている。
分離溝130は、隔壁部115と振動板領域120で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域120の短辺長、長辺長は、例えば短辺長a:60μm、長辺長b:1000μmであり、振動板領域120を静電気力で変位させるために、電圧を印加できるようになっており下部電極104がシリコン基板100上に絶縁膜101を介して所望のパターニングが施されている。また、下部電極104上には、上部電極105bと電気的ショートを防止するため、絶縁膜106が形成されている。
振動板領域120を変位させるための空隙107を形成するために分離溝130に囲まれた振動板領域120と隔壁部115が、例えば0.30μm厚で形成されている。
空隙107形成には、犠牲層プロセスを適用し、積層膜105に犠牲層除去孔114が形成されている。犠牲層除去孔114は、振動板領域120の長辺方向に等間隔に振動板領域120の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔114が形成されている。このように犠牲層除去孔114を複数配置することにより、空隙107を効率良く形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部115を挟んで隣のアクチュエータが並んでいるのが一般的である。
空隙107形成には、犠牲層プロセスを適用し、積層膜105に犠牲層除去孔114が形成されている。犠牲層除去孔114は、振動板領域120の長辺方向に等間隔に振動板領域120の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔114が形成されている。このように犠牲層除去孔114を複数配置することにより、空隙107を効率良く形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部115を挟んで隣のアクチュエータが並んでいるのが一般的である。
犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域120中央に犠牲層除去孔114が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高い。しかし、振動板の変位領域に犠牲層除去孔114があるとアクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔114は振動板領域外に配置することが好ましい。
その後、犠牲層除去孔114を膜剛性調整膜105dで完全封止する。
その後、図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔112、及び蒸着重合法などで液滴の接液膜として樹脂膜105eを形成する。
その後、犠牲層除去孔114を膜剛性調整膜105dで完全封止する。
その後、図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔112、及び蒸着重合法などで液滴の接液膜として樹脂膜105eを形成する。
ここで、裏面貫通インク供給孔112形成を基板表面と裏面から加工することにより、基板表面側の短辺幅150と裏面側の短辺幅151が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔112を形成する場合に比べ、液体供給路の流体抵抗を制御し易くなり、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できるため、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置に提供することができる。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する寸法制御に優れた高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッド製造に適用できる製造方法が提供できる。
次に、実施例1の液滴吐出ヘッドの製造工程を図5,図6に基づいて説明する。
(A)厚さ400μmSi基板200上に絶縁膜(熱酸化膜)201を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極204a、隔壁部の一部204bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所212aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極204aと隔壁の一部204bの絶縁膜(CVD酸化膜)206を0.2μm堆積させる。この絶縁膜206は犠牲層プロセスでの下部電極204aを保護するマスク材、且つ下部電極204aと上部電極205bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(A)厚さ400μmSi基板200上に絶縁膜(熱酸化膜)201を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極204a、隔壁部の一部204bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所212aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極204aと隔壁の一部204bの絶縁膜(CVD酸化膜)206を0.2μm堆積させる。この絶縁膜206は犠牲層プロセスでの下部電極204aを保護するマスク材、且つ下部電極204aと上部電極205bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(B)次に、犠牲層(ノンドープポリシリコン)を空隙間隔となる0.3μmをCVD法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域207aと隔壁の一部207bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所212aのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極204aを保護するマスク材、且つ下部電極204aと上部電極205bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜205a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極204aを保護するマスク材、且つ下部電極204aと上部電極205bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜205a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
(C)次に、Pドープドポリシリコンを0.1μm堆積させ、リソエッチング法で上部電極205bと隔壁の一部205bbを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所212aのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層207aと同じ材質の上部電極205bがエッチングされないように保護孔214aを後に形成する犠牲層除去孔214より大きく開口する。
次に、振動板205撓み防止層として窒化膜205cをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
次に、振動板205撓み防止層として窒化膜205cをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
(D)次に、裏面貫通インク供給孔となるシリコン基板200裏面からの加工孔212bを形成する。ここで、シリコン基板200裏面のリソエッチングを行なうに際して、シリコン基板200表面に形成した構造体を裏面処理時の搬送系等のダメージから保護するためにシリコン基板200表面にプラズマCVD法で膜厚1μmのTEOS膜220を形成する。シリコン基板200裏面の絶縁膜201、絶縁膜206、絶縁膜205a、及び窒化膜205dをリソエッチング法により加工孔212bとなる箇所212bを開口し、シリコン基板200裏面を露出させる。
(E)その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば90℃、20wt%KOH溶液でシリコン基板200をシリコン基板200の表面が露出しないように50μm程度残すようにエッチングし、加工孔212bを形成する。ここで、加工孔212bは、異方性ドライエッチング、例えばICPエッチャーで形成してもよい。ここでは、シリコン基板200をシリコン基板200の表面が露出しないようにシリコン基板200表面から50μm程度残すようにエッチングしたが、シリコン基板200でエッチングレートバラツキの影響で表面が露出せず、且つ次工程以降の装置で、この部位がダメージを受けない範囲の基板残し量としても良い。
(F)次に、シリコン基板200表面を保護していたTEOS膜220をHF水溶液で完全に除去し、リソエッチング法で開口径0.8μmの犠牲層除去孔214と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔212bを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域207aのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙207を形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域207aのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙207を形成する。
(G)次に、犠牲層除去孔214の封止と振動板205の剛性調整として膜剛性調整膜205dを犠牲層除去孔214が封止される膜厚、例えば0.6μm厚をCVD法でシリコン基板200表面に形成する。この工程により、空隙207は、外気と完全に遮断され封止される。
(H)次に、裏面貫通インク供給孔212を貫通させるために、シリコン基板200表面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサー等により異方性ウェットエッチングで残した基板分(50μm)のみを切削加工し加工孔212dを形成する。ダイサーによる加工時、振動板205へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後で除去可能な保護膜、例えばレジストを5μm程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔212dの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔212dの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔212領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜205eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図6に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図1あるいは図2に示す第2の基板2、第3の基板3を組み合わせ、液滴吐出ヘッドが完成する。
次に、接液膜として樹脂膜205eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図6に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図1あるいは図2に示す第2の基板2、第3の基板3を組み合わせ、液滴吐出ヘッドが完成する。
ここで、シリコン基板200表面からのダイサーによる加工深さを50μmとしたが、この加工深さがシリコン基板200厚さの1/2以上であれば、シリコン基板200はダイサーによる加工部に沿って割れる可能性が急激に高くなるため、ダイサーによる加工深さは、シリコン基板200の1/2以下にすることが望ましい。
また、裏面からの加工孔212bの短辺幅は、例えば1〜5mm、表面からの加工孔212dの短辺幅は、30μm〜2mmの範囲で、且つ裏面からの加工孔212bの短辺幅>表面からの加工孔212dの短辺幅となる各々の加工幅であればよい。
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔212の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った圧力発生機構を備えた基板が実現できる。
また、裏面からの加工孔212bの短辺幅は、例えば1〜5mm、表面からの加工孔212dの短辺幅は、30μm〜2mmの範囲で、且つ裏面からの加工孔212bの短辺幅>表面からの加工孔212dの短辺幅となる各々の加工幅であればよい。
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔212の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った圧力発生機構を備えた基板が実現できる。
実施例2の液滴吐出ヘッドにおける圧力発生機構を設けた基板構成は、実施例1と同様であるが、その製造方法として、シリコン基板裏面からの加工孔312d形成と空隙307形成の犠牲層エッチングを一度に行なうことを特徴とする。したがって、実施例1の液滴吐出ヘッドに比べ、製造工数が低減でき、生産効率が向上するため、低コストで製品間のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが実現できる。
次に、実施例2の液滴吐出ヘッドの製造工程を図7、図8に基づいて説明する。
図7は、実施例2の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図8は、図7から引き続く製造工程を示す断面図である。
(A)厚さ400μmのSi基板300上に絶縁膜(熱酸化膜)301を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極304a、隔壁部の一部304bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所312aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極304aと隔壁の一部304bの絶縁膜(CVD酸化膜)306を0.2μm堆積させる。この絶縁膜306は犠牲層プロセスでの下部電極304aを保護するマスク材、且つ下部電極304aと上部電極305bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
図7は、実施例2の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図8は、図7から引き続く製造工程を示す断面図である。
(A)厚さ400μmのSi基板300上に絶縁膜(熱酸化膜)301を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極304a、隔壁部の一部304bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所312aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極304aと隔壁の一部304bの絶縁膜(CVD酸化膜)306を0.2μm堆積させる。この絶縁膜306は犠牲層プロセスでの下部電極304aを保護するマスク材、且つ下部電極304aと上部電極305bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(B)次に、犠牲層(ノンドープポリシリコン)を空隙間隔となる0.3μmをCVD法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域307aと隔壁の一部307bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所312aのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極304aを保護するマスク材、且つ下部電極304aと上部電極305bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜305a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極304aを保護するマスク材、且つ下部電極304aと上部電極305bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜305a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
(C)次に、Pドープドポリシリコンを0.1μm堆積させ、リソエッチング法で上部電極305bと隔壁の一部305bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所312aのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層307aと同じ材質の上部電極305bがエッチングされないように保護孔314aを後に形成する犠牲層除去孔314より大きく開口する。
次に、振動板305撓み防止層として窒化膜305dをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
次に、振動板305撓み防止層として窒化膜305dをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
(D)次に、裏面貫通インク供給孔となるシリコン基板300裏面からの加工孔開口部312bを形成する。ここで、シリコン基板300裏面のリソエッチングを行なうに際して、シリコン基板300表面に形成した構造体を裏面処理時の搬送系等のダメージから保護するためにシリコン基板300表面にプラズマCVD法でTEOS膜320を1μm形成する。シリコン基板300裏面の絶縁膜301、絶縁膜306、絶縁膜305a、及び窒化膜305dをリソエッチング法により加工孔開口部312bとなる箇所を開口し、シリコン基板300裏面を露出させる。
(E)次に、シリコン基板300表面を保護していたTEOS膜320をHF水溶液で完全に除去し、リソエッチング法で開口径0.8μmの犠牲層除去孔314と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔312cを形成する。
その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば90℃、22wt%TMAH溶液でシリコン基板300をシリコン基板300の表面が露出しないように100μm程度残すようにエッチングし、加工孔312dを形成する。同時に空隙となる領域307aのポリシリコン膜も完全に除去され、空隙307が形成される。この時、酸化膜との選択性が非常に大きいため、空隙307内の絶縁膜306、及び305aはほとんどエッチングされず、犠牲層と同材質である下層の下部電極304a、及び上部電極305bはエッチングされることはない。
その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば90℃、22wt%TMAH溶液でシリコン基板300をシリコン基板300の表面が露出しないように100μm程度残すようにエッチングし、加工孔312dを形成する。同時に空隙となる領域307aのポリシリコン膜も完全に除去され、空隙307が形成される。この時、酸化膜との選択性が非常に大きいため、空隙307内の絶縁膜306、及び305aはほとんどエッチングされず、犠牲層と同材質である下層の下部電極304a、及び上部電極305bはエッチングされることはない。
(F)次に、犠牲層除去孔314の封止と振動板305の剛性調整として膜剛性調整膜305dを犠牲層除去孔314が封止される膜厚、例えば0.6μm厚をCVD法でシリコン基板300表面に形成する。この工程により、空隙307は、外気と完全に遮断され封止される。
(G)次に、裏面貫通インク供給孔312を貫通させるために、シリコン基板300表面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサーにより異方性ウェットエッチングで残した基板分(100μm)のみを切削加工し加工孔312dを形成する。ダイサーによる加工時、振動板305へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後に除去できる保護膜、例えばレジストを5μm程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔312dの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔312dの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔312領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜305eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図8に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性があり、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図1あるいは図2に示す第2の基板2、第3の基板3を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
次に、接液膜として樹脂膜305eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図8に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性があり、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図1あるいは図2に示す第2の基板2、第3の基板3を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔312の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度に対応でき、且つ高い信頼性を持った基板が形成できる。また、シリコン基板裏面からの加工孔312dと空隙307を同時に形成することにより、工数削減による工期短縮、製造コスト低減効果が得られる製造方法が提供できる。
図9は、本発明の実施例3における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図9(A)は平面図、図9(B),(C)は、図9(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。また、図10は、実施例3の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図11は、図10から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図9〜11では便宜上1つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図9の記載から明らかなように、振動板領域420は、分離溝430で隔壁部415から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜405a、上部電極405b、膜撓み防止膜405c、膜剛性調整膜405d、及び樹脂膜405eから構成された振動板積層膜405で形成されている。
図9の記載から明らかなように、振動板領域420は、分離溝430で隔壁部415から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜405a、上部電極405b、膜撓み防止膜405c、膜剛性調整膜405d、及び樹脂膜405eから構成された振動板積層膜405で形成されている。
分離溝430は、隔壁部415と振動板領域420で段差が生じないように設計されている。また、振動板420の短辺長、長辺長は、例えば短辺長a:60μm、長辺長b:1000μmであり、振動板領域420を静電気力で変位させるために、電圧を印加できるようになっており下部電極404がシリコン基板400上に絶縁膜401を介して所望のパターニングが施されている。また、下部電極404上には、上部電極405bと電気的ショートを防止するため絶縁膜406が形成されている。
振動板領域420を変位させるための空隙407を形成するために、分離溝430に囲まれた振動板領域420と隔壁部415が、例えば0.30μm厚で形成されている。
空隙404の形成には、犠牲層プロセスを適用し、振動板積層膜405に犠牲層除去孔414が形成されている。犠牲層除去孔414は、長辺方向に等間隔に振動板領域420に振動板領域420の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔414が形成されている。このように犠牲層除去孔414を複数配置することにより、効率良く犠牲層をエッチングすることができ、空隙407を形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部415を挟んで隣のアクチュエータが 並んでいるのが一般的である。
空隙404の形成には、犠牲層プロセスを適用し、振動板積層膜405に犠牲層除去孔414が形成されている。犠牲層除去孔414は、長辺方向に等間隔に振動板領域420に振動板領域420の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔414が形成されている。このように犠牲層除去孔414を複数配置することにより、効率良く犠牲層をエッチングすることができ、空隙407を形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部415を挟んで隣のアクチュエータが 並んでいるのが一般的である。
空隙407形成後、犠牲層除去孔414を封止膜410で完全封止し、振動板領域420に封止膜410が残らないようにし、膜剛性調整膜405dを所望膜厚成膜する。その後図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔412、及び蒸着重合法で液滴の接液膜として樹脂膜405eを形成する。
ここで、裏面貫通インク供給孔412形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドの製造方法、並びにこの液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。
次に、実施例3の液滴吐出ヘッドの製造工程について、図10、図11に基づいて説明する。
(A)厚さ400μmのSi基板500上に絶縁膜(熱酸化膜)501を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極504a、隔壁部の一部504bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所512aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極504aと隔壁の一部504bの絶縁膜(CVD酸化膜)506を0.2μm堆積させる。この絶縁膜506は犠牲層プロセスでの下部電極504aを保護するマスク材、且つ下部電極504aと上部電極505bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(A)厚さ400μmのSi基板500上に絶縁膜(熱酸化膜)501を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極504a、隔壁部の一部504bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所512aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極504aと隔壁の一部504bの絶縁膜(CVD酸化膜)506を0.2μm堆積させる。この絶縁膜506は犠牲層プロセスでの下部電極504aを保護するマスク材、且つ下部電極504aと上部電極505bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(B)次に、犠牲層(ノンドープポリシリコン)を空隙間隔となる0.3μmをCVD法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域507aと隔壁の一部507bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所512aのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極504aを保護するマスク材、且つ下部電極504aと上部電極505bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜505a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極504aを保護するマスク材、且つ下部電極504aと上部電極505bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜505a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
(C)次に、Pドープドポリシリコンを0.1μm堆積させ、リソエッチング法で上部電極505bと隔壁の一部505bbを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所512aのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層507aと同じ材質の上部電極505bがエッチングされないように保護孔514aを後に形成する犠牲層除去孔514より大きく開口する。
次に、振動板505撓み防止層として窒化膜505dをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
次に、振動板505撓み防止層として窒化膜505dをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
(D)次に、裏面貫通インク供給孔となるシリコン基板500裏面からの加工孔512bを形成する。ここで、シリコン基板500裏面のリソエッチングを行なうに際して、シリコン基板500表面に形成した構造体を裏面処理時の搬送系等のダメージから保護するためにシリコン基板500表面にプラズマCVD法でTEOS膜520を1μm形成する。ここでの保護膜は、後に除去できる膜であれば良く、樹脂材、例えばレジストなどでもよい。シリコン基板500裏面の絶縁膜501、絶縁膜506、絶縁膜505a、及び窒化膜505dをリソエッチング法により加工孔512bとなる箇所を開口し、シリコン基板500裏面を露出させる。
その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば90℃、20wt%KOH溶液でシリコン基板500をシリコン基板500の表面が露出しないように100μm程度残すようにエッチングし、加工孔512bを形成する。ここで、加工孔512bは、異方性ドライエッチング、例えばICPエッチャーで形成してもよい。
その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば90℃、20wt%KOH溶液でシリコン基板500をシリコン基板500の表面が露出しないように100μm程度残すようにエッチングし、加工孔512bを形成する。ここで、加工孔512bは、異方性ドライエッチング、例えばICPエッチャーで形成してもよい。
(E)次に、シリコン基板500表面を保護していたTEOS膜520をHF水溶液で完全に除去し、リソエッチング法で開口径0.8μmの犠牲層除去孔514と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔512cを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域507aのポリシリコンを完全に除去し、空隙507を形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域507aのポリシリコンを完全に除去し、空隙507を形成する。
(F)次に、犠牲層除去孔514の封止を行なうため、封止膜510としてCVD法、スパッタ法、例えば常圧CVD法によりTEOS膜を0.6μm成膜する。
次に、リソエッチング法により、振動板505上の封止膜510を除去する。そして、振動板505の剛性調整として膜剛性調整膜505dを、例えば0.2μm厚をCVD法でシリコン基板500表面に形成する。
次に、リソエッチング法により、振動板505上の封止膜510を除去する。そして、振動板505の剛性調整として膜剛性調整膜505dを、例えば0.2μm厚をCVD法でシリコン基板500表面に形成する。
(G)次に、裏面貫通インク供給孔512を貫通させるために、シリコン基板500表面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサーにより異方性ウェットエッチングで残した基板分(100μm)のみを切削加工し加工孔512dを形成する。ダイサーによる加工時、振動板505へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後に除去可能な保護膜、例えばレジストを5μm程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔512dの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔512dの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔512領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜505eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。その後電極配線取り出しパッド部(図11に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図1あるいは図2に記載した第2の基板2、第3の基板3を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
次に、接液膜として樹脂膜505eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。その後電極配線取り出しパッド部(図11に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図1あるいは図2に記載した第2の基板2、第3の基板3を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
このように液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔512の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った基板が形成できる。
また、犠牲層除去孔514の封止膜510と振動板505の膜剛性調整膜505dを別成膜とすることで、機能別に成膜膜厚を設定できる為、プロセス面と設計面からの要求を独立に制御でき、プロセス歩留まりの向上、機能面での信頼性の向上が期待できる。
また、犠牲層除去孔514の封止膜510と振動板505の膜剛性調整膜505dを別成膜とすることで、機能別に成膜膜厚を設定できる為、プロセス面と設計面からの要求を独立に制御でき、プロセス歩留まりの向上、機能面での信頼性の向上が期待できる。
図12は、本発明の実施例4における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図12(A)は平面図、図12(B),(C)は、図12(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。
また、図13は、実施例1〜3の液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図13(A)は平面図、図13(B),(C)は、図13(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。
図13に示す実施例1〜3の液滴吐出ヘッドでは、アクチュエータ720が複数並んだ基板700表面からの加工孔712d一つに対し、基板700裏面からの加工孔712bが1対1で連通している。
また、図13は、実施例1〜3の液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図13(A)は平面図、図13(B),(C)は、図13(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。
図13に示す実施例1〜3の液滴吐出ヘッドでは、アクチュエータ720が複数並んだ基板700表面からの加工孔712d一つに対し、基板700裏面からの加工孔712bが1対1で連通している。
実施例4の液滴吐出ヘッドでは、製造工程は実施例1、3の製造工程と同様であるが、加工孔912bを異方性ドライエッチングで加工する。実施例4では、図12に示すように各アクチュエータ部620へインクを供給する裏面貫通インク供給孔612が基板600表面からの加工孔612dに一つに対し、基板600裏面からの加工孔612bが複数孔連通されている。
したがって、裏面貫通インク供給孔612が加工孔612b間のブリッジ部650が形成でき、基板600の機械的強度が増し、次工程以降の取扱が容易になる、加えて基板600の強度増加により製品の信頼性向上が期待できるアクチュエータ基板600が実現できる。
実施例1〜4の液滴吐出ヘッドは、静電型圧力発生機構を備えた基板についてであるが、シリコン基板上にサーマル型(バブル型)の圧力発生機構を備えた基板にも適用することができる。
したがって、裏面貫通インク供給孔612が加工孔612b間のブリッジ部650が形成でき、基板600の機械的強度が増し、次工程以降の取扱が容易になる、加えて基板600の強度増加により製品の信頼性向上が期待できるアクチュエータ基板600が実現できる。
実施例1〜4の液滴吐出ヘッドは、静電型圧力発生機構を備えた基板についてであるが、シリコン基板上にサーマル型(バブル型)の圧力発生機構を備えた基板にも適用することができる。
次に、本発明の実施形態2の液滴吐出ヘッドについて添付図面を参照して説明する。
図14は、本発明の第2の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図15は、図14に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図、図16は、図15示すS1,S2面で破断して示す断面図である。
本実施形態は、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものであり、以下に詳記する構造を有する第1の基板21,第2の基板22,第3の基板23を重ねた3枚の積層構造となっている。
図14は、本発明の第2の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図15は、図14に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図、図16は、図15示すS1,S2面で破断して示す断面図である。
本実施形態は、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものであり、以下に詳記する構造を有する第1の基板21,第2の基板22,第3の基板23を重ねた3枚の積層構造となっている。
第1の基板21は、<110>シリコン基板上に積層膜により個別電極24と空隙27を介して振動板25が形成されている。空隙27は後に除去することを前提とした犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に犠牲層除去孔34から空隙部となる犠牲層を除去することで形成する。また、後述の液滴吐出ヘッドへ外部からインクを供給する貫通孔32を設ける。
また、第1の基板21の上面に接合される第2の基板22には、<100>シリコン基板の振動板25上に振動板を底壁とする加圧液室26と、各々の加圧液室26にインクを供給するための液室30と、液室30と加圧液室26を連通させる流体抵抗部29と、加圧液室26からインクを押し出す連通管31を設ける。
さらに、第2の基板22の上面に接合される第3の基板23には、厚さ50μmのニッケル基板を用い、基板の面部に連通管31と連通するようにそれぞれノズル孔28を設ける。
また、第1の基板21の上面に接合される第2の基板22には、<100>シリコン基板の振動板25上に振動板を底壁とする加圧液室26と、各々の加圧液室26にインクを供給するための液室30と、液室30と加圧液室26を連通させる流体抵抗部29と、加圧液室26からインクを押し出す連通管31を設ける。
さらに、第2の基板22の上面に接合される第3の基板23には、厚さ50μmのニッケル基板を用い、基板の面部に連通管31と連通するようにそれぞれノズル孔28を設ける。
上記のように構成された液滴吐出ヘッドの動作は、第1の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの動作と同様である。
本発明の第2の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドでは、個別電極24と振動板25間の微小な空隙間隔を精度良く、且つ安定して製造することが可能であり、静電力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
次に、液滴吐出ヘッドの作製方法、構成などを実施例に基づいて詳細に説明する。
本発明の第2の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドでは、個別電極24と振動板25間の微小な空隙間隔を精度良く、且つ安定して製造することが可能であり、静電力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
次に、液滴吐出ヘッドの作製方法、構成などを実施例に基づいて詳細に説明する。
実施例5の液滴吐出ヘッドにおいて、圧力発生機構を設けた基板の実施例について説明する。
図17は、本発明の実施例1における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図17(A)は平面図、図17(B),(C)は、図17(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。また、図18は、実施例5の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図19は、図18から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図17〜19では便宜上1つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図17の記載から明らかなように、振動板領域820は、分離溝830で隔壁部815から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜805a、上部電極805b、膜撓み防止膜805c、膜剛性調整膜805d、及び樹脂膜805eから構成された積層膜805で形成されている。
図17は、本発明の実施例1における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図17(A)は平面図、図17(B),(C)は、図17(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。また、図18は、実施例5の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図19は、図18から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図17〜19では便宜上1つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図17の記載から明らかなように、振動板領域820は、分離溝830で隔壁部815から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜805a、上部電極805b、膜撓み防止膜805c、膜剛性調整膜805d、及び樹脂膜805eから構成された積層膜805で形成されている。
分離溝830は、隔壁部815と振動板領域820で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域820の短辺長、長辺長は、例えば短辺長a:60μm、長辺長b:1000μmであり、振動板領域820を静電気力で変位させるために電圧を印加できるようになっており、下部電極804がシリコン基板800上に絶縁膜801を介して所望のパターニングが施されている。
また、下部電極804上には、上部電極805bと電気的ショートを防止するため、絶縁膜806が、例えば0.30μm厚で形成されている。
また、下部電極804上には、上部電極805bと電気的ショートを防止するため、絶縁膜806が、例えば0.30μm厚で形成されている。
空隙807の形成には、犠牲層プロセスを適用し、積層膜805に犠牲層除去孔814が形成されている。犠牲層除去孔814は、振動板領域820の長辺方向に等間隔に振動板領域820の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔814が形成されている。このように犠牲層除去孔814を複数配置することにより、空隙807を効率良く形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部815を挟んで隣接するアクチュエータが並んでいるのが一般的である。犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域820中央に犠牲層除去孔814が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高い。しかし、振動板の変位領域に犠牲層除去孔814があると、アクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔814は振動板領域外に配置することが好ましい。
その後、犠牲層除去孔814を膜剛性調整膜805dで完全封止する。その後、図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔812、及び蒸着重合法などで液滴の接液膜として樹脂膜805eを形成する。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部815を挟んで隣接するアクチュエータが並んでいるのが一般的である。犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域820中央に犠牲層除去孔814が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高い。しかし、振動板の変位領域に犠牲層除去孔814があると、アクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔814は振動板領域外に配置することが好ましい。
その後、犠牲層除去孔814を膜剛性調整膜805dで完全封止する。その後、図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔812、及び蒸着重合法などで液滴の接液膜として樹脂膜805eを形成する。
ここで、裏面貫通インク供給孔812の形成を基板表面と裏面から加工することにより、基板表面側の短辺幅850と裏面側の短辺幅851が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔812を形成する場合に比べ、液体供給路の流体抵抗を制御し易くなり、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できるため、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する寸法制御に優れた高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッド製造に適用できる製造方法が提供できる。
次に、実施例1の液滴吐出ヘッドの製造工程を図18,図19に基づいて説明する。
(A)厚さ400μmのSi基板900上に絶縁膜(熱酸化膜)901を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極904a、隔壁部の一部904bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所912aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極904aと隔壁の一部904bの絶縁膜(CVD酸化膜)906を0.2μm堆積させる。この絶縁膜906は犠牲層プロセスでの下部電極904aを保護するマスク材、且つ下部電極904aと上部電極905bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(A)厚さ400μmのSi基板900上に絶縁膜(熱酸化膜)901を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極904a、隔壁部の一部904bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所912aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極904aと隔壁の一部904bの絶縁膜(CVD酸化膜)906を0.2μm堆積させる。この絶縁膜906は犠牲層プロセスでの下部電極904aを保護するマスク材、且つ下部電極904aと上部電極905bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(B)次に、犠牲層(ノンドープポリシリコン)を空隙間隔となる0.3μmをCVD法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域907aと隔壁の一部907bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所912aのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極904aを保護するマスク材、且つ下部電極904aと上部電極905bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜905a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極904aを保護するマスク材、且つ下部電極904aと上部電極905bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜905a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
(C)次に、Pドープドポリシリコンを0.1μm堆積させ、リソエッチング法で上部電極905bと隔壁の一部905bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所912aのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層907aと同じ材質の上部電極905bがエッチングされないように保護孔914aを後に形成する犠牲層除去孔914より大きく開口する。
次に、振動板905撓み防止層として窒化膜905cをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
次に、振動板905撓み防止層として窒化膜905cをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
(D)次に、リソエッチング法で開口径0.8μmの犠牲層除去孔914と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔912bを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域907aのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙907を形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域907aのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙907を形成する。
(E)次に、犠牲層除去孔914の封止と振動板905の剛性調整として膜剛性調整膜905dを犠牲層除去孔914が封止される膜厚、例えば0.6μm厚をCVD法でシリコン基板900表面に形成する。この工程により、空隙907は、外気と完全に遮断され封止される。
(F)次に、リソエッチング法で裏面貫通インク供給孔となる箇所の膜剛性調整膜905dと絶縁膜901を除去し、異方性エッチング、例えばICPエッチャーでシリコン基板900表面から400μm深さエッチングし、加工孔912cを形成する。
ここで、異方性エッチング法として、TMAH、KOH等を使った異方性ウェットエッチング法、SF6,CF4ガスを用いたICPエッチャー等を使った異方性ドライエッチング法を適用することができる。加工形状制御性、微細加工性、加工精度の面から異方性ドライエッチング法がより好ましく、高密度化の面でも効果が大きい。
ここで、異方性エッチング法として、TMAH、KOH等を使った異方性ウェットエッチング法、SF6,CF4ガスを用いたICPエッチャー等を使った異方性ドライエッチング法を適用することができる。加工形状制御性、微細加工性、加工精度の面から異方性ドライエッチング法がより好ましく、高密度化の面でも効果が大きい。
(G)次に、裏面貫通インク供給孔512を貫通させるために、シリコン基板900裏面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサー等により異方性シリコンドライエッチングで残した基板分+α(約120μm)のみを切削加工し加工孔912dを形成する。ダイサーによる加工時、振動板905へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後で除去可能な保護膜、例えばレジストを5μm程度塗布し、ダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔912dの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔912dの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔912領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜905eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図19に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えばPBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
次に、接液膜として樹脂膜905eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図19に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えばPBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図14,図15に示す第2の基板2、第3の基板3を組み合わせ、液滴吐出ヘッドが完成する。
ここで、シリコン基板900の裏面からのダイサーによる加工深さを約120μmとしたが、この加工深さがシリコン基板900厚さの1/2以上であれば、シリコン基板900はダイサーによる加工部に沿って割れる可能性が急激に高くなるため、ダイサーによる加工深さは、シリコン基板900の1/2以下にすることが望ましい。
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔912の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を有する圧力発生機構を備えた基板が実現できる。
ここで、シリコン基板900の裏面からのダイサーによる加工深さを約120μmとしたが、この加工深さがシリコン基板900厚さの1/2以上であれば、シリコン基板900はダイサーによる加工部に沿って割れる可能性が急激に高くなるため、ダイサーによる加工深さは、シリコン基板900の1/2以下にすることが望ましい。
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔912の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を有する圧力発生機構を備えた基板が実現できる。
図20は、本発明の実施例6における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図20(A)は平面図、図20(B),(C)は、図20(A)のY1−Y1,Y2−Y2に沿った断面図である。また、図21は、実施例2の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図22は、図21から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図19〜21では便宜上1つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図20の記載から明らかなように、振動板領域1020は、分離溝1030で隔壁部1015から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜1005a、上部電極1005b、膜撓み防止膜1005c、膜剛性調整膜1005d、及び樹脂膜1005eから構成された振動板積層膜1005で形成されている。
図20の記載から明らかなように、振動板領域1020は、分離溝1030で隔壁部1015から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜1005a、上部電極1005b、膜撓み防止膜1005c、膜剛性調整膜1005d、及び樹脂膜1005eから構成された振動板積層膜1005で形成されている。
分離溝1030は、隔壁部1015と振動板領域1020で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域1020の短辺長、長辺長は、例えば短辺長a:60μm、長辺長b:1000μmであり、振動板領域1020を静電気力で変位させるために、電圧を印加できるようになっており、下部電極1004がシリコン基板1000上に絶縁膜1001を介して所望のパターニングが施されている。また、下部電極1004上には、上部電極1005bと電気的ショートを防止するため、絶縁膜1006が例えば0.30μm厚形成されている。
空隙1007の形成には、犠牲層プロセスを適用し、振動板積層膜1005に犠牲層除去孔1014が形成されている。犠牲層除去孔1014は、長辺方向に等間隔に振動板領域1020に振動板領域1020の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔1014が形成されている。このように犠牲層除去孔1014を複数配置することにより。効率良く犠牲層をエッチングすることができ、空隙1007を形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部1015を挟んで隣のアクチュエータが 並んでいるのが一般的である。
空隙1007形成後、犠牲層除去孔1014を封止膜1010で完全封止し、振動板領域1020に封止膜1010が残らないようにし、膜剛性調整膜1005dを所望膜厚成膜する。その後図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔1012、及び蒸着重合法で液滴の接液膜として樹脂膜1005eを形成する。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部1015を挟んで隣のアクチュエータが 並んでいるのが一般的である。
空隙1007形成後、犠牲層除去孔1014を封止膜1010で完全封止し、振動板領域1020に封止膜1010が残らないようにし、膜剛性調整膜1005dを所望膜厚成膜する。その後図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔1012、及び蒸着重合法で液滴の接液膜として樹脂膜1005eを形成する。
本実施例では、各アクチュエータ部へインクを供給する裏面貫通インク供給孔1012が基板1000の裏面からの加工孔1012dの1つに対し基板表面からの加工孔1012cが複数孔連通されている。基板表面からの複数の加工孔に対し、基板裏面からの加工孔1つに連通させることにより、アクチュエータ毎に貫通孔を備えることも可能であり、従来基板表面部に具備していた流体抵抗部を基板深さ方向に備えることが可能となり、液滴吐出ヘッドをコンパクト化できる。加えて、実施例1の液滴吐出ヘッドと同様に、裏面貫通インク供給孔1012形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドの製造方法が可能となり、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。
次に、実施例2の液滴吐出ヘッドの製造工程を図21,図22に基づいて説明する。
(A)厚さ400μmのSi基板1100上に絶縁膜(熱酸化膜)1101を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極1104a、隔壁部の一部1104bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所1112aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極1104aと隔壁の一部1104bの絶縁膜(CVD酸化膜)1106を0.2μm堆積させる。この絶縁膜1106は犠牲層プロセスでの下部電極1104aを保護するマスク材、且つ下部電極1104aと上部電極1105bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(A)厚さ400μmのSi基板1100上に絶縁膜(熱酸化膜)1101を1.6μm形成する。
次に、下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極1104a、隔壁部の一部1104bとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所1112aのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極1104aと隔壁の一部1104bの絶縁膜(CVD酸化膜)1106を0.2μm堆積させる。この絶縁膜1106は犠牲層プロセスでの下部電極1104aを保護するマスク材、且つ下部電極1104aと上部電極1105bとの短絡を防止する保護膜として作用する。
(B)次に、犠牲層(ノンドープポリシリコン)を空隙間隔となる0.3μmをCVD法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域1107aと隔壁の一部1107bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所1112aのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極1104aを保護するマスク材、且つ下部電極1104aと上部電極1105bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜1105a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極1104aを保護するマスク材、且つ下部電極1104aと上部電極1105bとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜1105a(CVD酸化膜)を0.15μm堆積させる。
(C)次に、Pドープドポリシリコンを0.1μm堆積させ、リソエッチング法で上部電極1105bと隔壁の一部1105bを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所1112aのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層1107aと同じ材質の上部電極1105bがエッチングされないように保護孔1114aを後に形成する犠牲層除去孔1114より大きく開口する。
次に、振動板1105撓み防止層として窒化膜1105dをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
次に、振動板1105撓み防止層として窒化膜1105dをLP−CVD法で0.15μm堆積させる。
(D)次に、リソエッチング法で開口径0.8μmの犠牲層除去孔1114と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔1112cを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域1107aのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙1107を形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばSF6プラズマ処理やXeF2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域1107aのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙1107を形成する。
(E)次に、犠牲層除去孔1114の封止膜1110として、例えば0.6μm厚をCVD法でシリコン基板1100表面に形成する。この工程により、空隙1107は、外気と完全に遮断され封止される。
そして次に、リソエッチング法で振動板領域1120の封止膜1110を除去する。ここで、振動板領域1120の封止膜をエッチングするには、下層の撓み防止層の窒化膜1105dの膜減り量を極力抑えるために、ウェットエッチング法、例えば50:1HF水溶液で処理を行うことが望ましい。
次に、振動板1105の膜剛性調整膜1105dを例えば0.2μm厚をCVD法でシリコン基板1100表面に形成する。
そして次に、リソエッチング法で振動板領域1120の封止膜1110を除去する。ここで、振動板領域1120の封止膜をエッチングするには、下層の撓み防止層の窒化膜1105dの膜減り量を極力抑えるために、ウェットエッチング法、例えば50:1HF水溶液で処理を行うことが望ましい。
次に、振動板1105の膜剛性調整膜1105dを例えば0.2μm厚をCVD法でシリコン基板1100表面に形成する。
(F)次に、リソエッチング法で裏面貫通インク供給孔となる箇所の封止膜1105、膜剛性調整膜1105dと絶縁膜1101を除去し、異方性シリコンドライエッチング、例えばICPエッチャーでシリコン基板1100表面から300μm深さエッチングし、加工孔1112cを形成する。
ここで、異方性エッチング法として、TMAH、KOH等を使った異方性ウェットエッチング法、SF6、CF4ガスを用いたICPエッチャー等を使った異方性ドライエッチング法を適用することができる。加工形状制御性、微細加工性、加工精度の面から異方性ドライエッチング法がより好ましく高密度化の面でも効果が大きい。
ここで、異方性エッチング法として、TMAH、KOH等を使った異方性ウェットエッチング法、SF6、CF4ガスを用いたICPエッチャー等を使った異方性ドライエッチング法を適用することができる。加工形状制御性、微細加工性、加工精度の面から異方性ドライエッチング法がより好ましく高密度化の面でも効果が大きい。
(G)次に、裏面貫通インク供給孔712を貫通させるために、シリコン基板1100裏面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサー等により異方性シリコンドライエッチングで残した基板分(約120μm)のみを切削加工し加工孔1112dを形成する。ダイサーによる加工時、振動板1105へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後で除去可能な保護膜、例えばレジストを5μm程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔1112dの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔1112dの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔1112領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜1105eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図22に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図14,図15に示すような第2の基板22、第3の基板23を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
次に、接液膜として樹脂膜1105eを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に1μm厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部(図22に図示していない)のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。これに図14,図15に示すような第2の基板22、第3の基板23を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
このように基板表面からの複数の加工孔に対し、基板裏面からの加工孔1つに連通させることにより、表面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になるとともに製品の信頼性向上も期待できる。また、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔1112の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った基板が形成できる。加えて、犠牲層除去孔1114の封止膜1110と振動板の1105膜剛性調整膜1105dを別成膜とすることで、機能別に成膜膜厚を設定できるため、プロセス面と設計面からの要求を独立に制御でき、プロセス歩留まりの向上、機能面での信頼性の向上が期待できる。
実施例5、6の液滴吐出ヘッドは、静電型圧力発生機構を備えた基板についてであるが、シリコン基板上にサーマル型の圧力発生機構を備えた基板などにも適用することができる。
実施例5、6の液滴吐出ヘッドは、静電型圧力発生機構を備えた基板についてであるが、シリコン基板上にサーマル型の圧力発生機構を備えた基板などにも適用することができる。
次に、本発明の実施例7のインクカートリッジについて説明する。
図23は、実施例7のインクカートリッジを示す斜視図である。
実施例7のインクカートリッジは、ノズル40等を有する前記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド41と、このインクジェットヘッド41に対してインクを供給するインクタンク42とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。
図23は、実施例7のインクカートリッジを示す斜視図である。
実施例7のインクカートリッジは、ノズル40等を有する前記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド41と、このインクジェットヘッド41に対してインクを供給するインクタンク42とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。
次に、本発明のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット装置の一例について説明する。
図24は、実施例8のインクジェット装置の斜視説明図、図25は、同記録装置の機構部を示す側面説明図である。
実施例8のインクジェット装置は、記録装置本体51の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ63、キャリッジ63に搭載した本発明の液滴吐出ヘッドを実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド64、記録ヘッド64へインクを供給するインクカートリッジ65等で構成される印字機構部52等を収納し、装置本体51の下方部には前方側から多数枚の用紙53を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)54を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙53を手差しで給紙するための手差しトレイ55を開倒することができ、給紙カセット54或いは手差しトレイ55から給送される用紙53を取り込み、印字機構部52によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ56に排紙する。
図24は、実施例8のインクジェット装置の斜視説明図、図25は、同記録装置の機構部を示す側面説明図である。
実施例8のインクジェット装置は、記録装置本体51の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ63、キャリッジ63に搭載した本発明の液滴吐出ヘッドを実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド64、記録ヘッド64へインクを供給するインクカートリッジ65等で構成される印字機構部52等を収納し、装置本体51の下方部には前方側から多数枚の用紙53を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)54を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙53を手差しで給紙するための手差しトレイ55を開倒することができ、給紙カセット54或いは手差しトレイ55から給送される用紙53を取り込み、印字機構部52によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ56に排紙する。
印字機構部52は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド61と従ガイドロッド62とでキャリッジ63を主走査方向(図25で紙面垂直方向)に摺動自在に保持し、このキャリッジ63にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド64を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ63には記録ヘッド64に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ65を交換可能に装着している。
インクカートリッジ65は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド64へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド64へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッド64としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ63は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド61に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド62に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ63を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ67で回転駆動される駆動プーリ68と従動プーリ69との間にタイミングベルト70を張装し、このタイミングベルト70をキャリッジ63に固定しており、主走査モータ67の正逆回転によりキャリッジ63が往復駆動される。
一方、給紙カセット54にセットした用紙53を記録ヘッド64の下方側に搬送するために、給紙カセット54から用紙53を分離給装する給紙ローラ71及びフリクションパッド72と、用紙53を案内するガイド部材73と、給紙された用紙53を反転させて搬送する搬送ローラ74と、この搬送ローラ74の周面に押し付けられる搬送コロ75及び搬送ローラ74からの用紙53の送り出し角度を規定する先端コロ76とを設けている。搬送ローラ74は副走査モータ77によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ63の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ74から送り出された用紙53を記録ヘッド64の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材79を設けている。この印写受け部材79の用紙搬送方向下流側には、用紙53を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ81、拍車82を設け、さらに用紙53を排紙トレイ56に送り出す排紙ローラ83及び拍車84と、排紙経路を形成するガイド部材85,86とを配設している。
記録時には、キャリッジ63を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド64を駆動することにより、停止している用紙53にインクを吐出して1行分を記録し、用紙53を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙53の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙53を排紙する。
また、キャリッジ63の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド64の吐出不良を回復するための回復装置87を配置している。回復装置87はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ63は印字待機中にはこの回復装置87側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド64をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド64の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
このように、このインクジェット装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。また低電圧で駆動できるヘッドを搭載するので、インクジェット装置全体の消費電力も低減できる。
なお、上記実施例においては、本発明をインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することできる。
なお、上記実施例においては、本発明をインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することできる。
1,21…第1の基板、2,22…第2の基板、3,23…第3の基板、4,24…個別電極、5,25…振動板、6,26…加圧液室、7,27…空隙、8,28…ノズル孔、9,29…流体抵抗部、10,30…液室、11,31…連通管、12,32…貫通孔、40…ノズル、41…インクジェットヘッド、42…インクタンク、51…記録装置本体、52…印字機構部、53…用紙、54…給紙カセット、56…排紙トレイ、61…主ガイドロッド、62…従ガイドロッド、63…キャリッジ、64…記録ヘッド、65…インクカートリッジ、67…主走査モータ、70…タイミングベルト、71…給紙ローラ、74…搬送ローラ、75…搬送コロ、79…印写受け部材、83…排紙ローラ、100,400,800,1000…シリコン基板、101,401,801,1001…絶縁膜、104,404,804,1004…下部電極、105,405,805,1005…積層膜、105a,405a,805a,1005a…絶縁膜、105b,405b,805b,1005b…上部電極、105c,405c,805c,1005c…膜撓み防止膜、105d,405d,805d,1005d…膜剛性調整膜、105e,405e,805e,1005e…樹脂膜、107,407,807,1007…空隙、112,412,812,1012…インク供給孔、114,414,814,1014…犠牲層除去孔、115,415,815,1015…隔壁部、120,420,820,1020…振動板領域、130,430,830,1030…分離溝、150,450,850,1050…表面側の短辺幅、151,451,851,1051…裏面側の短辺幅。
Claims (21)
- 基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第1の面から所定の深さまで形成された第1の径を有する孔と、前記第2の面から前記所定の深さまで形成された第2の径を有する第2の孔とからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 前記第1の径を有する孔は、切削加工により形成され、前記第2の径を有する孔は、エッチング加工により形成されることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記第1の径を有する孔の深さは、前記基板厚さの1/2以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記第1の径を有する孔と前記第2の径を有する孔は、1対1で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記第1の径を有する孔1つに対し、前記第2の径を有する孔が複数連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記第1の面側表面の孔幅短辺長は、前記第2の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記第2の面から形成する孔を前記第1の面に貫通しないように形成した後、前記第1の面から形成される孔を形成し、前記第1の面と前記第2の面を連通させ前記液体供給貫通孔を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第1の面から形成される孔はダイサーによる切削加工で加工し、前記第2の面から形成される孔は異方性エッチングによるエッチング加工で加工して連通された前記液体供給貫通孔であることを特徴とする請求項7に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記エッチング加工は、異方性ウェットエッチング法により形成されていることを特徴とする請求項8に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記エッチング加工は、異方性ドライエッチング法により形成されていることを特徴とする請求項8に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第1の面からエッチング加工で前記基板途中まで形成される孔と、前記第2の面から切削加工で前記基板途中まで形成される孔が連通してなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 前記第2の面から形成された孔の深さは、前記基板厚さの1/2以下であることを特徴とする請求項11に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記第1の面から形成される孔と前記第2の面から形成される孔は、1対1で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする請求項11または12に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記第2の面から形成される孔1つに対し、前記第1の面から形成される孔が複数連通していることを特徴とする請求項11または12に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記第1の面側表面の孔幅短辺長は、前記第2の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする請求孔11乃至14いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第1の面と該第1の面と対向する第2の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記液体供給貫通孔貫通孔は、前記第1の面からエッチング加工で前記第2の面に貫通しないように形成した後、前記第2の面から形成される孔を切削加工で形成し、前記第1の面と前記第2の面を連通させることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記エッチング加工は異方性エッチングによる加工であり、前記切削加工はダイサーによる加工であることを特徴とする請求項16に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記異方性エッチングによる加工は、異方性ドライエッチング法による加工であることを特徴とする請求項17に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項1乃至6、11乃至15いずれかに記載の液滴吐出ヘッドを複数具備したことを特徴とする液滴吐出装置。
- 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項1乃至6、11乃至15いずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
- インクを吐出するインク吐出ヘッドを搭載したインクジェット装置において、前記インク吐出ヘッドが1乃至6、11乃至15いずれかに記載の液滴吐出ヘッド、あるいは請求項20記載のインクカートリッジを搭載したものであることを特徴とするインクジェット装置。
Priority Applications (1)
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JP2004261878A JP2006076097A (ja) | 2004-09-09 | 2004-09-09 | 液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置、インクカートリッジ、並びにインクジェット装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019072882A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | キヤノン株式会社 | 貫通基板の加工方法および液体吐出ヘッドの製造方法 |
JP2021006410A (ja) * | 2014-10-08 | 2021-01-21 | ローム株式会社 | インクジェット装置およびインクジェット装置の製造方法 |
-
2004
- 2004-09-09 JP JP2004261878A patent/JP2006076097A/ja active Pending
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