JP2008246789A - Method of manufacturing liquid discharge head, image forming device, and method of manufacturing piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法、画像形成装置、及び圧電素子の製造方法に係り、特に、圧電素子の変位を利用してインク吐出を行う液体吐出ヘッドの製造技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head, an image forming apparatus, and a method for manufacturing a piezoelectric element, and more particularly to a technique for manufacturing a liquid discharge head that discharges ink by using displacement of a piezoelectric element.
インクジェット記録装置は、インクジェットヘッドに形成される複数のノズルからそれぞれインク滴を吐出することにより記録を行うものであり、記録動作時の騒音が低く、ランニングコストが安く、多種多様の記録媒体に対して高品質な画像を記録することが可能であることなどから幅広く利用されている。インク吐出方式としては、圧電素子の変位を利用した圧電方式や、発熱素子で生じる熱エネルギーを利用したサーマル方式がある。 An ink jet recording apparatus performs recording by ejecting ink droplets from a plurality of nozzles formed on an ink jet head. The noise during the recording operation is low, the running cost is low, and a wide variety of recording media are used. It is widely used because it can record high-quality images. As an ink discharge method, there are a piezoelectric method using displacement of a piezoelectric element and a thermal method using thermal energy generated by a heating element.
一般に、圧電方式のインクジェットヘッドは、複数のノズルと、各ノズルにそれぞれ連通する圧力室と、各圧力室の壁面を構成する振動板と、各圧力室に対応する圧電素子とを備え、圧電素子の変位に応じて振動板を変形させることにより、圧力室内のインクを加圧して、ノズルからインク滴を吐出する。 In general, a piezoelectric inkjet head includes a plurality of nozzles, a pressure chamber communicating with each nozzle, a diaphragm constituting a wall surface of each pressure chamber, and a piezoelectric element corresponding to each pressure chamber. By deforming the diaphragm according to the displacement of the ink, the ink in the pressure chamber is pressurized and ink droplets are ejected from the nozzles.
従来より、インクジェットヘッドの製造方法として、振動板上に圧電素子を直接形成する方法が知られている。例えば、特許文献1では、圧力室(液室)に相当する開口部が形成された基板上に振動板を接合し、振動板上に下部電極層、圧電体層、上部電極層を順次積層してから、上部電極層、圧電体層を順次パターニングすることにより、各開口部に対応する位置に圧電素子を形成している。 Conventionally, a method of directly forming a piezoelectric element on a vibration plate is known as a method for manufacturing an inkjet head. For example, in Patent Document 1, a diaphragm is bonded to a substrate having an opening corresponding to a pressure chamber (liquid chamber), and a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer are sequentially stacked on the diaphragm. Thereafter, the upper electrode layer and the piezoelectric layer are sequentially patterned to form piezoelectric elements at positions corresponding to the openings.
FeRAM等の半導体デバイスにおいて、強誘電体や高誘電体、白金などの電極材料は、難エッチング材料と呼ばれ、加工が困難な材料である。一般的に難エッチング材料の加工には、ドライエッチングが多く用いられている。しかしながら、難エッチング材料のドライエッチングでは、例えば、図14(a)に示すように、基板900上の白金層902の表面にレジスト904を形成し、そのレジスト904をマスクとしてドライエッチングにより白金層902をパターニングしようとすると、エッチング時に生じる白金やレジストの成分がレジスト904又は白金層902の側壁に再付着してしまう影響などにより、図14(b)に示すようなレジスト904の形状に対応した異方性形状(エッチング面に対して垂直な側壁面をもつ形状)にパターニングすることはできず、図14(c)に示すようなテーパ状にパターニングされてしまい、寸法精度の低下を招きやすいという問題がある(例えば、非特許文献1参照)。
特許文献1に記載される製造方法では、上部電極層をドライエッチングにより、圧電体層をウェットエッチングにより、それぞれ各開口部に対応する位置にパターニングしている。しかしながら、ウェットエッチングでは、パターニングによって個別化された圧電体の側面は異方性形状とならずにテーパ状で、しかもその表面は平坦とならずにガタガタとなってしまう問題がある。 In the manufacturing method described in Patent Document 1, the upper electrode layer is patterned by dry etching and the piezoelectric layer is patterned by wet etching at positions corresponding to the respective openings. However, in the wet etching, there is a problem that the side surface of the piezoelectric body that is individualized by patterning is not anisotropic but tapered, and the surface thereof is not flat and rattles.
一方、ドライエッチングでは、上述したように側壁付着膜(側壁デポ膜)の付着による影響によって異方性形状にパターニングすることはできず、高精度化は難しい問題がある。また、エッチングレートとレジスト選択比はトレードオフの関係にあるため、レジストとの選択比を考慮すると、圧電体や電極のエッチングレートを上げることができない。その対策として、ハードマスクを用いる方法が考えられるが、ハードマスクを形成する工程が必要となるとともに、エッチング後に不要となったハードマスクを剥離するために工程の工夫が必要となり、工程の増加や複雑化によって製造コストが上がるという問題もある。 On the other hand, as described above, dry etching cannot be patterned into an anisotropic shape due to the influence of the adhesion of the sidewall adhesion film (sidewall deposition film), and there is a problem that high accuracy is difficult. In addition, since the etching rate and the resist selection ratio are in a trade-off relationship, the etching rate of the piezoelectric body and the electrode cannot be increased in consideration of the selection ratio with the resist. As a countermeasure, a method using a hard mask is conceivable. However, a process for forming a hard mask is required, and in addition, a process device is required to peel off the hard mask that is no longer necessary after etching. There is also a problem that the manufacturing cost increases due to the complexity.
このように従来の製造方法では、圧力室の壁面を構成する振動板上に圧電素子を形成する際、圧電素子となる圧電体や電極の寸法制御性が悪く、圧電素子の高精度化や高密度化が難しいという問題がある。 As described above, in the conventional manufacturing method, when the piezoelectric element is formed on the diaphragm constituting the wall surface of the pressure chamber, the dimensional controllability of the piezoelectric body and the electrode to be the piezoelectric element is poor, and the piezoelectric element has high accuracy and high performance. There is a problem that densification is difficult.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、圧電素子となる圧電体や電極の寸法制御性を向上させ、圧電素子の高精度化、高密度化を可能とする液体吐出ヘッドの製造方法、画像形成装置、及び圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to improve the dimensional controllability of piezoelectric bodies and electrodes to be piezoelectric elements, and to manufacture a liquid discharge head that enables higher precision and higher density of the piezoelectric elements. It is an object to provide a method, an image forming apparatus, and a method for manufacturing a piezoelectric element.
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、圧電素子の変位を利用して圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室に相当する空間部が形成される構造体上に、前記圧電素子となる第1電極層、圧電体層、及び第2電極層を順次積層する工程と、前記第2電極層上にマスク層を形成し、前記マスク層が形成される面に対して前記空間部を投影した投影空間部の内側領域より小さな領域にマスクが残るように前記マスク層をパターニングする工程と、前記パターニング後のマスク層を介して、少なくとも前記第2電極層及び前記圧電体層をドライエッチングによりパターニングする工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。 In order to achieve the object, the invention according to claim 1 is a liquid ejection head that pressurizes liquid in a pressure chamber using displacement of a piezoelectric element and ejects liquid droplets from a nozzle communicating with the pressure chamber. A method of manufacturing, wherein a first electrode layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer to be the piezoelectric element are sequentially stacked on a structure in which a space corresponding to the pressure chamber is formed; A mask layer is formed on the second electrode layer, and the mask layer is patterned so that the mask remains in a region smaller than the inner region of the projection space portion where the space portion is projected with respect to the surface on which the mask layer is formed. And a method of patterning at least the second electrode layer and the piezoelectric layer by dry etching through the mask layer after the patterning. .
本発明によれば、圧力室に相当する空間部の内側に対応する領域ではその外側(圧力室隔壁部)に対応する領域に比べてエッチング量が少なくなるので、圧電素子となる圧電体や電極を異方性形状にパターニングすることができ、これらの寸法制御性が向上し、圧電素子の高精度化、高密度化を実現することが可能となる。 According to the present invention, the region corresponding to the inner side of the space corresponding to the pressure chamber has a smaller etching amount than the region corresponding to the outer side (pressure chamber partition wall portion). Can be patterned in an anisotropic shape, and the dimensional controllability of these can be improved, so that it is possible to achieve higher precision and higher density of the piezoelectric element.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第2電極層上に形成されたマスク層を他のマスクを介さずに直接ドライエッチングによりパターニングすることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the method of manufacturing a liquid ejection head according to the first aspect, wherein the mask layer formed on the second electrode layer is directly patterned by dry etching without using another mask. It is characterized by doing.
請求項2の態様によれば、露光や現像などのフォトリソ工程を行うことなくマスク層をドライエッチングによりパターニングすることができるので、工程削減により低コスト化を図ることができる。また、アライメントが不要となるので、圧電素子の高精度化を図ることができる。 According to the second aspect of the present invention, the mask layer can be patterned by dry etching without performing a photolithography process such as exposure or development, so that the cost can be reduced by reducing the number of processes. In addition, since alignment is not required, the accuracy of the piezoelectric element can be improved.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記構造体は、前記圧力室に相当する空間部が形成された流路基板上に振動板が配置されたものであり、前記振動板上に前記第1電極層、前記圧電体層、及び前記第2電極層が順次積層されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a liquid ejection head according to the first or second aspect, wherein the structure is provided on a flow path substrate on which a space corresponding to the pressure chamber is formed. The diaphragm is arranged, and the first electrode layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer are sequentially laminated on the diaphragm.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記構造体は、第1のシリコン基板、シリコン酸化膜、及び第2のシリコン基板が順次積層されたSOI基板と、前記SOI基板の前記第2のシリコン基板の表面に形成された絶縁層とから構成されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a liquid ejection head according to any one of the first to third aspects, the structure includes a first silicon substrate, a silicon oxide film, and It is characterized by comprising an SOI substrate on which a second silicon substrate is sequentially laminated and an insulating layer formed on the surface of the second silicon substrate of the SOI substrate.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室に相当する空間部は、前記第1のシリコン基板に形成された開口部であり、前記振動板は、前記シリコン酸化膜、前記第2のシリコン基板、及び前記絶縁層から構成されることを特徴とする。 Invention of Claim 5 is a manufacturing method of the liquid discharge head of Claim 4, Comprising: The space part corresponded to the said pressure chamber is an opening part formed in the said 1st silicon substrate, The diaphragm includes the silicon oxide film, the second silicon substrate, and the insulating layer.
また前記目的を達成するために、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載された液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 6 includes a liquid discharge head manufactured by the method of manufacturing a liquid discharge head described in any one of claims 1 to 5. An image forming apparatus is provided.
圧電素子が高密度化された液体吐出ヘッドによって画像品質の向上を図ることができる。 The image quality can be improved by the liquid discharge head in which the piezoelectric elements are densified.
また前記目的を達成するために、請求項7に記載の発明は、誘電体層を有するとともに開口部が形成された導体基板上の前記開口部の開口側とは反対側の面に電極層、圧電体層を順次積層する工程と、前記圧電体層上にマスク層を形成し、前記マスク層が形成される面に対して前記開口部を投影した投影開口部の内側領域より小さな領域にマスクが残るように、前記マスク層をパターニングする工程と、前記パターニングされたマスク層を介して前記電極層、圧電体層をドライエッチングによりパターニングする工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 7 is directed to an electrode layer on a surface opposite to the opening side of the opening on the conductive substrate having a dielectric layer and having the opening formed thereon, A step of sequentially laminating piezoelectric layers, a mask layer is formed on the piezoelectric layer, and a mask is formed in a region smaller than an inner region of a projected opening obtained by projecting the opening with respect to a surface on which the mask layer is formed A step of patterning the mask layer so as to remain, and a step of patterning the electrode layer and the piezoelectric layer by dry etching through the patterned mask layer. Provide a method.
本発明によれば、圧力室に相当する空間部の内側に対応する領域ではその外側(圧力室隔壁部)に対応する領域に比べてエッチング量が少なくなるので、圧電素子となる圧電体や電極を異方性形状にパターニングすることができ、これらの寸法制御性が向上し、圧電素子の高精度化、高密度化を実現することが可能となる。 According to the present invention, the region corresponding to the inner side of the space corresponding to the pressure chamber has a smaller etching amount than the region corresponding to the outer side (pressure chamber partition wall portion). Can be patterned in an anisotropic shape, and the dimensional controllability of these can be improved, so that it is possible to achieve higher precision and higher density of the piezoelectric element.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
〔インクジェットヘッド〕
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェットヘッドの構成について説明を行う。
[Inkjet head]
First, the configuration of an ink jet head which is an embodiment of a liquid discharge head according to the present invention will be described.
図1は、本実施形態のインクジェットヘッドの要部構成を示した断面図である。図1に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド10は、ノズルプレート12と、流路基板14と、圧電アクチュエータ16とを備えており、流路基板14の下面にノズルプレート12が接着されるとともに、流路基板14の上面に圧電アクチュエータ16が形成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of the ink jet head of this embodiment. As shown in FIG. 1, the
ノズルプレート12は、例えば、流路基板14と同様にSi、石英やパイレックス(登録商標)などのガラス、SUSやNi等の金属材料で構成されていてもよいし、ポリイミド等の非金属材料で構成されていてもよい。本発明の実施に際して、ノズルプレート12の構成材料は特に限定されるものではない。
The
ノズルプレート12には、インクの吐出口となるノズル(ノズル孔)20が形成されている。図示の例では、ノズル孔20の形状は円筒状(ストレート状)に構成されている。ノズル孔20の形状は本例に限定されず、例えば、テーパ状やラッパ状でもよい。なお、図示は省略したが、ノズルプレート12には複数のノズル孔20が2次元的に配列された状態で設けられている。
The
流路基板14はシリコン基板(Si基板)で構成され、複数の圧力室22が形成されている。圧力室22の側壁部は流路基板14によって構成されるとともに、圧力室22の下面はノズルプレート12で構成され、圧力室22の上面は圧電アクチュエータ16の一部を構成する振動板18で構成される。
The
各圧力室22はノズルプレート12の各ノズル孔20に対応して設けられており、それぞれ対応する圧力室22とノズル孔20は連通している。圧力室22は、ノズル20から吐出するためのインクが充填される空間部である。インクジェットヘッド10には、複数の圧力室22に連通する共通流路(不図示)が設けられており、共通流路から各圧力室22に対してインクが分配供給される。
Each
圧電アクチュエータ16は、振動板18と、各圧力室22にそれぞれ対応して設けられる複数の圧電素子24とから構成される。振動板18は、シリコン基板(Si基板)26と、その両面に配置されたシリコン酸化膜(SiO2膜)28、30とから成り、シリコン基板26の下面側のシリコン酸化膜28はBox層(エッチングストップ層)として機能するとともに、その上面側のシリコン酸化膜30は絶縁層として機能する。振動板18は、複数の圧力室22に跨る領域にわたって形成されており、各圧力室22の一壁面(上面)を構成する。
The
振動板18上(絶縁層30側)には、各圧力室22に対向する位置にそれぞれ圧電素子24が配置される。圧電素子24は、下部電極32、圧電体34、及び上部電極36とから構成される。つまり、圧電素子24は、下部電極32及び上部電極36間に圧電体34が挟まれた構造となっている。圧電体34は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で構成され、各電極32、36は白金(Pt)又はイリジウム(Ir)で構成される。
On the vibration plate 18 (insulating
なお、本発明の実施に際しては圧電素子24を構成する圧電材料は本例に限定されるものではなく、例えば、チタン酸バリウム等の他の圧電材料を適用することも可能である。また、各電極32、36を構成する電極材料についても本例に限定されるものではなく、例えば、タングステン(W)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、チタン(Ti)等を適用することも可能である。
In implementing the present invention, the piezoelectric material constituting the
下部電極32及び上部電極36のいずれか一方の電極を個別電極(アドレス電極)とし、他方の電極を共通電極(グランド電極)とすることが可能である。上部電極36及び下部電極32の間に配置される圧電体34の分極方向(配向方向)に応じて、個別電極にプラス電圧を印加しても分極方向と同方向の電界が印加されるように構成することが好ましい。これにより、駆動ICや電源のコスト低減を図ることができる。
One of the
特に、スパッタ法で圧電体34が形成される場合には、下部電極32から上部電極36に向かう方向が圧電体の分極方向となるため、下部電極32を個別電極とする態様が好ましい。
In particular, when the
シリコン基板26と下部電極32の間には、シリコン酸化膜(SiO2膜)で構成される絶縁層30が配置される。絶縁層30は、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)、酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)、シリコン酸窒化膜(SiON膜)などで構成されていてもよい。これらの中でも、絶縁層30としては、安価でプロセスが容易なことから、シリコン基板26を熱酸化して得られるシリコン酸化膜(SiO2膜)が好ましい。このようにシリコン基板26と下部電極32の間に絶縁層30を配置することによって、複数の下部電極32間での電流リークを抑えることができ、電気的クロストークや消費電力の増大を防止することができる。
An insulating
かかる構成によって、下部電極32及び上部電極36間に挟まれる圧電体34に所定の電界が印加されると、圧電体34の変位に応じて振動板18が変形し、圧力室22内のインクが加圧され、その圧力室22に連通するノズル20からインク滴が吐出される。
With this configuration, when a predetermined electric field is applied to the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例としてインクジェットヘッド10の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the
図2は、インクジェットヘッド10の製造方法の一例(第1の製造方法)を示した工程図である。
FIG. 2 is a process diagram showing an example (first manufacturing method) of the method for manufacturing the
まず、図2(a)に示すように、表面に絶縁層58が形成されたSOI基板50を用意する。SOI基板50は、シリコン基板(Si基板)で構成される支持体52と、シリコン酸化膜(SiO2膜)で構成されるBox層54と、シリコン基板(Si基板)で構成される活性層56とから構成される多層基板である。絶縁層58は、シリコン酸化膜(SiO2膜)であることが望ましく、その厚さは100nm〜1μm程度(例えば、300nm)である。シリコン酸化膜は、熱酸化、スパッタ、CVD等の方法で形成することが可能である。
First, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、SOI基板50の支持体52に対して圧力室22に相当する開口部60を形成する。具体的な開口部60の形成方法は以下のとおりである。
Next, as shown in FIG. 2B, an
まず、支持体(Si基板)52表面全体へのレジストの塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベークの各プロセスを順に実施する。各プロセス条件はレジストの種類や膜厚に応じて決定すればよい。また、レジストの厚さはエッチング深さとプラズマ耐性から決めればよい。例えば、シリコンを300μmエッチングする場合には、レジストを5μm〜50μmの厚さで形成すればよい。次に行われるシリコンエッチングの選択比に応じてレジストの膜厚を決定することが好ましい。レジストに代えて、酸化膜、窒化膜、金属などのハードマスクを用いてもよい。レジストは圧力室22に対応する部分に開口領域が形成されるようにパターニングを行う。続いて、上記のようにしてパターニングされたレジストをマスクとして、支持体(Si基板)52に対してドライエッチングを行い、圧力室22に相当する開口部60を形成する。ドライエッチングの方法としては、例えば、エッチングと保護膜形成を繰り返し行いながらシリコンを深く加工する方法や、エッチングガスにフッ素ガスを用い、保護膜形成用に酸素やCF系のフッ素ガスを添加しエッチングする方法などがある。この際、Box層(SiO2膜)54がエッチングストップ層として機能するので、支持体(Si基板)52のレジストで被覆されていない領域(即ち、圧力室22に対応する領域)のみがエッチングされて除去され、Box層54を底面とする開口部60が支持体52に形成される。このように支持体52に開口部60を形成した後、レジストを酸素プラズマを用いたアッシングや専用のレジスト剥離液を用いてレジストを除去する。
First, resist coating, pre-baking, exposure, development, and post-baking processes are sequentially performed on the entire surface of the support (Si substrate) 52. Each process condition may be determined according to the type of resist and the film thickness. The resist thickness may be determined from the etching depth and plasma resistance. For example, when silicon is etched by 300 μm, the resist may be formed with a thickness of 5 μm to 50 μm. It is preferable to determine the resist film thickness in accordance with the selection ratio of silicon etching to be performed next. A hard mask such as an oxide film, a nitride film, or a metal may be used instead of the resist. The resist is patterned so that an opening region is formed in a portion corresponding to the
こうして、図2(b)に示すように、活性層56表面に絶縁層58が形成されるとともに支持体52に開口部60が形成されたSOI基板50を得ることができる。なお、上述した開口部60の形成方法では、シリコンのエッチングにレジストマスクを使用したが、レジストよりも選択性の高い材料をマスク材として用いてもよい。例えば、酸化膜(SiO2膜)、窒化膜(SiN膜)、金属(アルミ、クロム、チタン等)のハードマスクを用いてもよい。
In this way, as shown in FIG. 2B, an
なお、本製造方法では、絶縁層58付きのSOI基板50の支持体52に圧力室22に相当する開口部60を形成しているが、本発明の実施に際しては本例に限定されるものではない。例えば、シリコン基板52に対して圧力室22となる開口部(貫通穴)60を形成するともに、他のシリコン基板56の両面にシリコン酸化膜54、58を形成し、シリコン基板56及びシリコン酸化膜54、56から成る振動板18(図1参照)をシリコン基板52上に接合するようにしてもよい。
In the present manufacturing method, the
また、図示の例では、支持体52に形成される開口部60は、その全領域がSOI基板50の絶縁層58が形成される面とは反対側の面に開口するように形成されているが、本発明の実施に際しては本例に限定されず、例えば、支持体52の内部に空洞部が形成された中空構造や、空洞部の一部が開口している構造でもよい。つまり、少なくともSOI基板50に圧力室22に相当する空間部が形成されていればよい。
Further, in the illustrated example, the
次に、図2(c)に示すように、SOI基板50上に形成された絶縁層58の表面全体に、下部電極層62、圧電体層64、上部電極層66を順次形成する。各電極層62、66の形成方法としては、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、タングステン(W)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)などの電極材料をスパッタ、蒸着などの方法で成膜すればよい。特に、本発明では、電極材料として白金やイリジウムが好適である。また、圧電体層64の形成方法としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電材料をスパッタ、蒸着、CVD、ゾルゲル法などの方法で成膜すればよい。
Next, as shown in FIG. 2C, a
次に、図2(d)に示すように、上部電極層66上にレジスト層68を形成し、続いて、図2(e)に示すように、レジスト層68が形成される面(上部電極層66表面)に対して開口部60を投影した投影開口部の内側領域より小さな領域にレジストが残るようにレジスト層68をパターニングする。具体的なパターニング方法を以下に示す。
Next, as shown in FIG. 2D, a resist
図3は、レジスト層68のパターニング工程を示した詳細図である。図3(a)に示すように、上部電極層66の表面全体へのレジストの塗布によりレジスト層68を形成し、プリベークを行った後、図3(b)に示すように、マスク69を介してレジスト層68に対して露光を行う。その後、レジスト層68を現像し、ポストベークを行う。こうして、図3(c)に示すように、開口部60に対向する位置にレジスト68′が形成される。レジストの塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベークの各プロセス条件はレジストの種類や膜厚に応じて決定すればよい。レジスト層68の厚さ(膜厚)は1μm〜30μm程度にすればよく、詳しくは、各電極層62、66と圧電体層64の厚さより決めればよい。例えば、電極層62(又は68)のみをエッチングする場合には、電極層62の厚さが100〜500nm程度である場合には、レジスト層68の厚さは1〜3μmとすればよい。より具体的には電極層62の厚さが200nmの場合には、レジスト層68の厚さを2μmとすればよい。また、圧電体層64と電極層62(又は68)を一緒(連続又は一括)にエッチングする場合は、電極層62の厚さは圧電体層64に比べて十分に薄いので、電極層62をそれほど考慮する必要は無く、例えば、圧電体層64の厚さが3μmの場合には、レジスト層68の厚さを10μm程度にすればよい。
FIG. 3 is a detailed view showing the patterning process of the resist
図4は、レジストのパターニング方法の一例を示した説明図であり、レジスト層68が配置される面(上部電極層66表面)にパターニング後のレジスト68′及び開口部60を投影した平面透視図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a resist patterning method, and is a plan perspective view in which the patterned resist 68 ′ and the
本発明においては、図4に示すように、レジスト層68が配置される面に投影された開口部60(以下、「投影開口部60′」と称する。)の縁部に接することなく、その内側領域に、パターニング後のレジスト68′が完全に含まれるようにパターニングを行う点を特徴としている。図示の例では、レジスト68′は投影開口部60′と相似形となっているが、後述するように、本発明の実施に際しては本例に限定されるものではない。本発明においては、パターニング後のレジスト68′の一辺(又は径)が投影開口部60′の対応する一辺(又は径)より95%〜50%、好ましくは95%〜80%となるようにパターニングを行うことが好ましい。
In the present invention, as shown in FIG. 4, without contacting the edge of the
図5は、レジストのパターニング方法の他の例を示した説明図である。図5(a)は、円形状の投影開口部60′Aの内側領域に正方形状にパターニングされたレジスト68′Aが配置された例である。図5(b)は、正方形状の投影開口部60′Bの内側領域に円形状にパターニングされたレジスト68′Bが配置された例である。図5(c)は、六角形状の投影開口部60′Cの内側領域に正方形状にパターニングされたレジスト68′Cが配置された例である。図5(d)は、平行四辺形状の投影開口部60′Dの内側領域に正方形状にパターニングされたレジスト68′Dが配置された例である。
FIG. 5 is an explanatory view showing another example of a resist patterning method. FIG. 5A shows an example in which a resist 68′A patterned in a square shape is arranged in an inner region of a circular projection opening 60′A. FIG. 5B shows an example in which a resist 68′B patterned in a circular shape is disposed in an inner region of a
このように本発明の実施に際しては、開口部60(投影開口部60′)やパターニング後のレジスト68′の形状は特に限定されるものではなく、上述した関係、即ち、投影開口部60′の内側領域にレジスト68′が完全に含まれるようにパターニングされていればよい。次の工程で行われるドライエッチングによりパターニングされた上部電極や圧電体の側面がエッチング面に対して垂直となるような異方性形状を得ることができ、寸法制御性が向上し、圧電素子の高精度化、高密度化が可能となる。
As described above, in the practice of the present invention, the shape of the opening 60 (projection opening 60 ′) and the patterned resist 68 ′ is not particularly limited, and the above-described relationship, ie, the
本製造方法において、レジスト68′の耐熱性を向上させるため、UVキュアを行ってもよい。また、レジストマスクに代えて、酸化膜、窒化膜、アルミ、クロム、チタン、窒化チタン、酸化チタンなどのハードマスクを用いてもよい。 In this manufacturing method, UV curing may be performed to improve the heat resistance of the resist 68 '. Further, a hard mask such as an oxide film, a nitride film, aluminum, chromium, titanium, titanium nitride, or titanium oxide may be used instead of the resist mask.
次に、上記のようにしてパターニングされたレジスト68′をマスクとして、上部電極層66、圧電体層64、下部電極層62の順でそれぞれドライエッチングを行う。ドライエッチングが行われると、図2(f)に示すように、レジスト68′の形状に対応した異方性形状の上部電極66′、圧電体64′、及び下部電極62′を得ることができる。
Next, dry etching is performed in the order of the
なお、下部電極層62を共通電極とする場合には、下部電極層62をドライエッチングしない態様もある。
When the
エッチング装置は、誘電結合方式(Inductive Coupling Plasma:ICP)、反応性イオンエッチング装置、磁場強化型ICP、RIEの他ECRなどの装置で行えばよい。 The etching apparatus may be an inductive coupling plasma (ICP), a reactive ion etching apparatus, a magnetic field enhanced ICP, RIE, or an ECR apparatus.
図6は、エッチング装置の概略図である。図6に示すエッチング装置は、チャンバ70内へのプロセスガス(反応ガス)の供給手段72と、チャンバ70の内部ガスの排気手段74とを備え、チャンバ70上面の誘電体窓76の上にアンテナ78が設置され、そのアンテナ78にプラズマ発生用のRF電源(アンテナ電源)80が接続されている。更に、チャンバ70内には基板82を保持するステージ84には静電チャックが設けられており、ステージ84にバイアス印加用のRF電源(バイアス電源)86が接続されている。
FIG. 6 is a schematic view of an etching apparatus. The etching apparatus shown in FIG. 6 includes a process gas (reaction gas) supply means 72 into the
上部電極層66(又は下部電極層62)をエッチングする場合、基板82をステージ84に設置する。チャンバ70内にプロセスガスとして塩素とアルゴンの混合ガスを導入する。プロセスガスとしては、塩素に代えて、BCl3、HBr、SF6、CF4を用いてもよい。また、酸素や窒素などを添加してもよい。更に、塩素とBCl3、Ar、酸素などの混合ガスや前記ガスを複数混合して使用してもよい。そして、アンテナ78にRFを印加しプラズマを生成し、ステージ84へバイアス用のRFを印加することでエッチングを行う。例えば、アンテナ用のRF電源80は13.56MHzを使用し、バイアス用のRF電源86には400kHzの周波帯を使用する。アンテナ用のRFは、13.56MHzのほかに27MHzなど高周波帯を用いてもよく、更に、パルス駆動させて使用してもよい。バイアス電源は低周波電源としては、200kHz〜800kHzを使用すればよく、パルス駆動して使用してもよい。
When etching the upper electrode layer 66 (or the lower electrode layer 62), the
代表的なエッチング条件は、以下のとおりである。プロセスガスは、塩素を10%〜60%と、アルゴンを40%〜90%の混合ガスを用いる。例えば、塩素の流量を20sccm、アルゴンを80sccmとすればよい。プロセスガスの圧力は、0.1〜1Paとする。例えば、0.2Paにすればよい。アンテナRF電力は350〜1000Wで、例えば500Wにする。基板バイアス電力は50〜500Wで、例えば150Wにする。レジストマスクを用いる場合、ステージ214の温度は−20〜150℃で、特に5℃にすればよい。レジストマスク以外のハードマスクを用いる場合には、200〜400℃に加熱すればよい。 Typical etching conditions are as follows. As the process gas, a mixed gas of 10% to 60% chlorine and 40% to 90% argon is used. For example, the flow rate of chlorine may be 20 sccm and the argon may be 80 sccm. The pressure of process gas shall be 0.1-1 Pa. For example, it may be 0.2 Pa. The antenna RF power is 350 to 1000 W, for example, 500 W. The substrate bias power is 50 to 500 W, for example 150 W. In the case of using a resist mask, the temperature of the stage 214 is -20 to 150 ° C, and particularly 5 ° C. When a hard mask other than the resist mask is used, it may be heated to 200 to 400 ° C.
圧電体層64をエッチングする場合、基板82をステージ84に設置する。チャンバ70内にプロセスガスとして塩素とアルゴンの混合ガスを導入する。プロセスガスとしては、塩素に代えて、BCl3、HBr、SF6、CF4、CHF3、C4F8を用いてもよい。また、酸素や窒素などを添加してもよい。更に、塩素とC4F8、Ar、酸素などの混合ガスのように前記ガスを複数混合して使用してもよい。そして、アンテナ78にRFを印加しプラズマを生成し、ステージ84へバイアス用のRFを印加することでエッチングを行う。例えば、アンテナ用のRF電源80は13.56MHzを使用し、バイアス用のRF電源86には13.56MHzを使用する。アンテナ用のRFは、13.56MHzのほかに27MHzなど高周波帯を用いてもよく、更に、パルス駆動させて使用してもよい。バイアス用のRF電源86には、低周波電源としては、200kHz〜800kHzを使用すればよく、パルス駆動して使用してもよい。
When etching the
代表的なエッチング条件は、以下のとおりである。プロセスガスは、塩素を10%〜60%と、アルゴンを40%〜90%の混合ガスを用いる。例えば、塩素の流量を20sccm、アルゴンを80sccmとすればよい。プロセスガスの圧力は、0.1〜5Paとする。例えば、1.0Paにすればよい。アンテナRF電力は350〜1000Wで、例えば500Wにする。基板バイアス電力は50〜500Wで、例えば150Wにする。レジストマスクを用いる場合、ステージ214の温度は−20〜150℃で、特に5℃にすればよい。レジストマスク以外のハードマスクを用いる場合には、200〜400℃に加熱すればよい。 Typical etching conditions are as follows. As the process gas, a mixed gas of 10% to 60% chlorine and 40% to 90% argon is used. For example, the flow rate of chlorine may be 20 sccm and the argon may be 80 sccm. The pressure of the process gas is 0.1 to 5 Pa. For example, it may be 1.0 Pa. The antenna RF power is 350 to 1000 W, for example, 500 W. The substrate bias power is 50 to 500 W, for example 150 W. In the case of using a resist mask, the temperature of the stage 214 is -20 to 150 ° C, and particularly 5 ° C. When a hard mask other than the resist mask is used, it may be heated to 200 to 400 ° C.
上記のようなエッチング装置を用いたドライエッチングによってパターニングされた上部電極66′、圧電体64′、下部電極62′を得た後(図2(f)参照)、アッシングや剥離液を用いてレジスト68′を除去する。必要な場合には、ポリマー除去液などを用いてレジスト残渣を除去してもよい。 After obtaining the upper electrode 66 ', the piezoelectric body 64', and the lower electrode 62 'patterned by dry etching using the etching apparatus as described above (see FIG. 2 (f)), the resist is removed using ashing or stripping solution. 68 'is removed. If necessary, the resist residue may be removed using a polymer removing solution or the like.
こうして、図2(g)に示すように、圧力室22に相当する開口部60に対向する位置に圧電素子24となる下部電極62′、圧電体64′、及び上部電極66を形成することができる。
Thus, as shown in FIG. 2G, the
最後に、図2(h)に示すように、SOI基板50の下面側に、別途作製したノズルプレート12を接合する。接合方法としては、陽極接合、共晶接合、常温接合や接着などが可能である。こうして、本実施形態のインクジェットヘッド10が完成する。
Finally, as shown in FIG. 2H, a
図7は、本発明の原理を説明するための説明図である。図7(a)は、図6に示したエッチング装置の一部を表した模式図であり、ステージ84上に設置されたSOI基板50側にプラズマ中のイオンを引き込んでドライエッチングが行われる様子を示している。なお、説明を簡略化するため、図7(a)中、SOI基板50に形成される絶縁層58、下部電極層62、圧電体層64、上部電極層66、レジスト層68の図示を省略している(図2参照)。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention. FIG. 7A is a schematic diagram showing a part of the etching apparatus shown in FIG. 6, in which dry etching is performed by drawing ions in plasma to the
図7(b)は、図7(a)に示した等価回路図である。また、図7(c)、(d)は、それぞれイオン電流値、エッチング量の分布を示したグラフであり、これらグラフの横軸は、図中破線で示すように、図7(b)の等価回路図に示したシリコン基板52の水平位置と対応している。図7(b)に示すように、SOI基板50に形成されるBox層(SiO2膜)54は誘電体層であるためSOI基板50の各位置ではコンデンサとして機能するとともに、SOI基板50に形成される開口部60がコンデンサとして機能する。よって、開口部60の内側領域Pに対応する位置では高インピーダンス部となり、開口部60外側領域(隔壁部)Qに対応する位置では低インピーダンス部となる。このため、図7(c)に示すように、開口部60の内側領域Pに対応する位置では開口部60外側領域Qに対応する位置に比べてイオン電流値が低くなる現象が生じる。上述したように、エッチング時にはプラズマ中のイオンをSOI基板50側に引き込んでエッチングが行われるため、イオン電流値の値に応じてエッチング量に変化が生じる。つまり、図7(d)に示すように、開口部60の内側領域Pに対応する位置では開口部60の外側領域Qに対応する位置に比べてエッチング量が少なくなる。
FIG. 7B is an equivalent circuit diagram shown in FIG. FIGS. 7C and 7D are graphs showing the distribution of the ion current value and the etching amount, respectively. The horizontal axis of these graphs is as shown by the broken line in FIG. 7B. This corresponds to the horizontal position of the
図8は、本発明の効果を説明するための説明図である。図8(a)、(b)はそれぞれ開口部200が形成された流路基板(シリコン基板)202上に振動板204(シリコン基板の両面にシリコン酸化膜(誘電体層)が形成されたもの)が接合された構造体206上(即ち、振動板204上)に電極層208を形成し、更に、電極層208上に開口部200に対応する位置に所定形状のレジスト210が形成された様子を表している。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the effect of the present invention. FIGS. 8A and 8B each show a diaphragm 204 (silicon oxide films (dielectric layers) formed on both surfaces of a silicon substrate) on a flow path substrate (silicon substrate) 202 in which an
図8(a)は、開口部200の幅よりレジスト210の幅が大きく形成される場合、具体的には、レジスト210が配置される面(電極層208の表面)に対して開口部200を投影した投影開口部(不図示)の外側領域にレジスト210の側端部(図8(a)において左右端部)がはみ出している場合を表している。上述したように、開口部200の外側領域に対応する位置は低インピーダンス部であり、レジスト210が形成されない領域と同等のイオン電流値が流れるため、開口部60の内側領域に対応する位置に比べてエッチング量は多くなる。したがって、レジスト210の側端部では、図14に示した場合と同様、側壁デポ膜の付着の影響を受けやすく、図8(b)の右図に示すように、エッチング後の形状は異方性形状とならずにテーパ状となってしまう。
In FIG. 8A, when the width of the resist 210 is formed larger than the width of the
図8(b)は、開口部200の幅よりレジスト210の幅が小さく形成される場合、具体的には、レジスト210が配置される面(電極層208の表面)に対して開口部200を投影した投影開口部(不図示)の縁部に接することなく、その内側領域にレジスト210が含まれる場合を表している。上述したように、開口部200の内側領域に対応する位置は高インピーダンス部であり、開口部200の外側領域に対応する位置に比べてイオン電流値は低くエッチング量も少ない。このため、開口部200の内側領域に対応する位置に存在するレジスト210の側端部(図8(b)において左右端部)はエッチングされにくくなり、その結果、図8(b)の右図に示すように、レジスト210の形状に対応した異方性形状に電極層208をパターニングすることができる。
In FIG. 8B, when the width of the resist 210 is formed smaller than the width of the
なお、図示は省略するが、開口部200とレジスト210が同幅である場合、具体的には、レジスト210が配置される面(電極層208の表面)に対して開口部200を投影した投影開口部(不図示)とレジスト210が完全に一致する場合には、図7(c)から分かるように、レジスト210の側端部に一致する開口部200(60)の縁部では開口部200の外側領域に対応する位置と同等のイオン電流値が流れるため、図8(a)の右図に示したようなテーパ状にエッチングされやすい。よって、レジスト210が配置される面(電極層208の表面)に対して開口部200を投影した投影開口部と完全に一致しないようにレジスト210が形成されることが好ましい。
Although illustration is omitted, when the
本製造方法では、上記のような原理を利用して、圧力室に相当する空間部(開口部)より小さなマスクパターンを介してドライエッチングを行うことにより、圧電素子となる電極や圧電体を異方性形状にエッチングすることができる。このため、寸法制御性が高く、圧電素子の高精度化、高密度化が可能となる。 In this manufacturing method, by using the above-described principle, dry etching is performed through a mask pattern smaller than a space (opening) corresponding to a pressure chamber, so that an electrode or a piezoelectric body serving as a piezoelectric element is different. It can be etched into an isotropic shape. Therefore, the dimensional controllability is high, and the piezoelectric element can be made highly accurate and dense.
図9は、本実施形態のインクジェットヘッド10の製造方法の他の例(第2の製造方法)を示した工程図である。図9中、図2と共通する部分には同一番号を付している。
FIG. 9 is a process diagram illustrating another example (second manufacturing method) of the method for manufacturing the
まず、SOI基板50の活性層56表面に絶縁層(SiO2膜)58を形成し(図9(a))、圧力室22に相当する開口部60を支持体52に形成し(図9(b))、絶縁層58の表面全体に下部電極層62、圧電体層64、上部電極層66を順次形成し(図9(c))、更に、上部電極層66の表面全体にレジスト層68を塗布してベークを行うまでの工程については、上述した第1の製造方法(図2(a)〜(c)参照)と同様であるので説明を省略する。
First, an insulating layer (SiO 2 film) 58 is formed on the surface of the
本製造方法では、図9(d)に示すように、上部電極層66の表面全体にレジスト層68を塗布してベークを行った後、レジスト層68に対して直接ドライエッチングを行う点を特徴としている。つまり、図3に示したような露光や現像などのフォトリソ工程を行わない点で第1の製造方法と異なる。図7で説明したように、開口部60の内側領域に対応する位置では開口部60の外側領域に対応する位置に比べてエッチング量が少なくなるという現象を利用することによって、第1の製造方法のようなフォトリソ工程を介さずに(図3参照)、レジスト層68に対して直接ドライエッチングを行うだけで、図9(e)に示すように、開口部60の内側領域に対応する位置にレジスト68′を形成することができる。
As shown in FIG. 9D, the present manufacturing method is characterized in that after the resist
この後の工程は第1の製造方法と同様であり(図2(f)〜(h)参照)、パターニング後のレジスト68′をマスクとして上部電極層66、圧電体層64、下部電極層62のドライエッチングを順次行い(図9(f))、レジスト68′を剥離し(図9(g))、別途作成したノズルプレート12を接合する(図9(h))。こうして、本実施形態のインクジェットヘッド10が完成する。
The subsequent steps are the same as those in the first manufacturing method (see FIGS. 2F to 2H). The
本製造方法によれば、露光や現像などのフォトリソ工程を行うことなくレジスト層68をドライエッチングによりパターニングすることができるので、工程削減により低コスト化を図ることができる。また、アライメント(位置合わせ)が不要となるので、圧電素子24の高精度化を図ることができる。
According to this manufacturing method, the resist
〔インクジェット記録装置〕
次に、本発明に係る画像形成装置としての一実施形態であるインクジェット記録装置について説明する。
[Inkjet recording device]
Next, an ink jet recording apparatus as an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention will be described.
図10は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図10に示すように、このインクジェット記録装置100は、インクの色毎に設けられた複数の記録ヘッド112K、112C、112M、112Yを有する印字部112と、各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部114と、記録紙116を供給する給紙部118と、記録紙116のカールを除去するデカール処理部120と、前記印字部112のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙116の平面性を保持しながら記録紙116を搬送する吸着ベルト搬送部122と、印字部112による印字結果を読み取る印字検出部124と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部126と、を備えている。各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yは図1に示したインクジェットヘッド10にそれぞれ相当するものである。
FIG. 10 is an overall configuration diagram showing an outline of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 10, the
図10では、給紙部118の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
In FIG. 10, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the
ロール紙を使用する装置構成の場合、図10のように、裁断用のカッター128が設けられており、該カッター128によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター128は、記録紙116の搬送路幅以上の長さを有する固定刃128Aと、該固定刃128Aに沿って移動する丸刃128Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃128Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃128Bが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター128は不要である。
In the case of an apparatus configuration using roll paper, a
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。 When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Therefore, it is preferable to automatically determine the type of paper to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the type of paper.
給紙部118から送り出される記録紙116はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部120においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム130で記録紙116に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
The
デカール処理後、カットされた記録紙116は、吸着ベルト搬送部122へと送られる。吸着ベルト搬送部122は、ローラー131、132間に無端状のベルト133が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部112のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。
After the decurling process, the
ベルト133は、記録紙116の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(不図示)が形成されている。図10に示したとおり、ローラー131、132間に掛け渡されたベルト133の内側において印字部112のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー134が設けられており、この吸着チャンバー134をファン135で吸引して負圧にすることによってベルト133上の記録紙116が吸着保持される。
The
ベルト133が巻かれているローラー131、132の少なくとも一方にモータ(不図示)の動力が伝達されることにより、ベルト133は図10において、時計回り方向に駆動され、ベルト133上に保持された記録紙116は、図10の左から右へと搬送される。
The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the
縁無しプリント等を印字するとベルト133上にもインクが付着するので、ベルト133の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部136が設けられている。ベルト清掃部136の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
Since ink adheres to the
なお、吸着ベルト搬送部122に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
Although a mode using a roller / nip conveyance mechanism instead of the suction
吸着ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部112の上流側には、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹きつけ、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
A
印字部112は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部112を構成する各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yは、本インクジェット記録装置100が対象とする最大サイズの記録紙116の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている(図11参照)。
The
記録紙116の搬送方向(紙搬送方向)に沿って上流側(図10の左側)から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した記録ヘッド112K、112C、112M、112Yが配置されている。記録紙116を搬送しつつ各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙116上にカラー画像を形成し得る。
Recording corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side (left side in FIG. 10) along the conveyance direction (paper conveyance direction) of the
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部112によれば、紙搬送方向(副走査方向)について記録紙116と印字部112を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(すなわち、一回の副走査で)記録紙116の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向(主走査方向)に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
As described above, according to the
なお本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。 In this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink are added as necessary. May be. For example, it is possible to add a recording head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.
図10に示したように、インク貯蔵/装填部114は、各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部114は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段等)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
As shown in FIG. 10, the ink storage /
印字検出部124は、印字部112の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ等)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
The
本例の印字検出部124は、少なくとも各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列とからなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
The
印字検出部124は、各色の記録ヘッド112K、112C、112M、112Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
The
印字検出部124の後段には、後乾燥部142が設けられている。後乾燥部142は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
A
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。 When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by blocking the paper holes by pressurization. There is an effect to.
後乾燥部142の後段には、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー145で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A heating /
このようにして生成されたプリント物は、排紙部126から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置100では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部126A、126Bへと送るために排紙経路を切り換える選別手段(不図示)が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)148によってテスト印字の部分を切り離す。カッター148は、排紙部126の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター148の構造は前述した第1のカッター128と同様であり、固定刃148Aと丸刃148Bとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部126Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
The printed matter generated in this manner is outputted from the
なお、インク色ごとに設けられている各記録ヘッド112K、112C、112M、112Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号150によって記録ヘッドを示すものとする。
Since the structures of the recording heads 112K, 112C, 112M, and 112Y provided for each ink color are common, the recording head will be denoted by
図12(a)は、記録ヘッド150の構造例を示す平面透視図である。図12(a)に示すように、本例の記録ヘッド150は、インク滴の吐出口であるノズル20と、各ノズル20に対応する圧力室22等からなる複数のインク室ユニット(1ノズルに対応した記録素子単位となる液滴吐出素子)160を千鳥でマトリクス状(2次元的)に配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
FIG. 12A is a perspective plan view showing a structural example of the
なお、記録紙116の搬送方向(副走査方向)と略直交する方向(主走査方向)に、記録紙116の全幅に対応する長さ以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図12(a)の構成に代えて、図12(b)に示すように、複数のノズル20が2次元に配列された短尺のヘッドユニット150’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで長尺化し、記録紙116の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
Note that the form in which the nozzle row having a length corresponding to the full width of the
各ノズル20に対応して設けられている圧力室22は、その平面形状が概略正方形となっている。各ノズル20に対応して設けられている圧力室22は、その平面形状が概略正方形となっている。各圧力室22の略中央部にはそれぞれノズル20が配置されるとともに、それらの隅部には供給インクの流入口(供給口)154が設けられている。
The
また、圧力室22の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形(菱形、長方形など)、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。また、ノズル20や供給口154の配置も図12(a)、(b)に示す配置に限定されない。
The shape of the
次に、インクジェット記録装置100の制御系について説明する。
Next, the control system of the
図13は、インクジェット記録装置100の制御系を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置100は、通信インターフェース170、システムコントローラ172、画像メモリ174、モータドライバ176、ヒータドライバ178、プリント制御部180、画像バッファメモリ182、ヘッドドライバ184等を備えている。
FIG. 13 is a principal block diagram showing a control system of the
通信インターフェース170は、ホストコンピュータ186から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース170にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。
The
ホストコンピュータ186から送出された画像データは通信インターフェース170を介してインクジェット記録装置100に取り込まれ、一旦画像メモリ174に記憶される。画像メモリ174は、通信インターフェース170を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ172を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ174は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
Image data sent from the
システムコントローラ172は、通信インターフェース170、画像メモリ174、モータドライバ176、ヒータドライバ178等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ172は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ186との間の通信制御、画像メモリ174の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ188やヒータ189を制御する制御信号を生成する。
The
モータドライバ176は、システムコントローラ172からの指示に従ってモータ188を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ178は、システムコントローラ172からの指示に従って後乾燥部142その他各部のヒータ189を駆動するドライバである。
The
プリント制御部180は、システムコントローラ172の制御に従い、画像メモリ174内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(ドットデータ)をヘッドドライバ184に供給する制御部である。プリント制御部180において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ184を介して記録ヘッド150のインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
The
プリント制御部180には画像バッファメモリ182が備えられており、プリント制御部180における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ182に一時的に格納される。なお、図13において画像バッファメモリ182はプリント制御部180に付随する態様で示されているが、画像メモリ174と兼用することも可能である。また、プリント制御部180とシステムコントローラ172とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
The
ヘッドドライバ184は、プリント制御部180から与えられるドットデータに基づいて各色の記録ヘッド150の圧電素子24(図1参照)を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子24に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ184には記録ヘッド150の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
The
印字検出部124は、図10で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙116に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部180に提供する。
As described with reference to FIG. 10, the
プリント制御部180は、必要に応じて印字検出部124から得られる情報に基づいて記録ヘッド150に対する各種補正を行う。
The
以上、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法、画像形成装置、及び圧電素子の製造方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 The liquid ejection head manufacturing method, the image forming apparatus, and the piezoelectric element manufacturing method of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above examples and does not depart from the spirit of the present invention. Of course, various improvements and modifications may be made.
10…インクジェットヘッド、12…ノズルプレート、14…流路基板、16…圧電アクチュエータ、18…振動板、20…ノズル、22…圧力室、24…圧電素子、50…SOI基板、52…シリコン基板(支持体)、54…シリコン酸化膜(Box層)、56…シリコン基板(活性層)、58…絶縁層、60…開口部、62…下部電極層、64…圧電体層、66…上部電極層、68…レジスト層、100…インクジェット記録装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記圧力室に相当する空間部が形成される構造体上に、前記圧電素子となる第1電極層、圧電体層、及び第2電極層を順次積層する工程と、
前記第2電極層上にマスク層を形成し、前記マスク層が形成される面に対して前記空間部を投影した投影空間部の内側領域より小さな領域にマスクが残るように前記マスク層をパターニングする工程と、
前記パターニング後のマスク層を介して、少なくとも前記第2電極層及び前記圧電体層をドライエッチングによりパターニングする工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A method of manufacturing a liquid discharge head that pressurizes a liquid in a pressure chamber using displacement of a piezoelectric element and discharges droplets from a nozzle communicating with the pressure chamber,
A step of sequentially laminating a first electrode layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer to be the piezoelectric element on a structure in which a space corresponding to the pressure chamber is formed;
A mask layer is formed on the second electrode layer, and the mask layer is patterned so that the mask remains in a region smaller than an inner region of a projection space portion obtained by projecting the space portion with respect to a surface on which the mask layer is formed. And a process of
Patterning at least the second electrode layer and the piezoelectric layer by dry etching via the patterned mask layer;
A method of manufacturing a liquid discharge head, comprising:
前記振動板上に前記第1電極層、前記圧電体層、及び前記第2電極層が順次積層されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 In the structure, a diaphragm is disposed on a flow path substrate in which a space corresponding to the pressure chamber is formed,
3. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein the first electrode layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer are sequentially laminated on the vibration plate.
前記振動板は、前記シリコン酸化膜、前記第2のシリコン基板、及び前記絶縁層から構成されることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The space corresponding to the pressure chamber is an opening formed in the first silicon substrate,
The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 4, wherein the vibration plate includes the silicon oxide film, the second silicon substrate, and the insulating layer.
前記圧電体層上にマスク層を形成し、前記マスク層が形成される面に対して前記開口部を投影した投影開口部の内側領域より小さな領域にマスクが残るように、前記マスク層をパターニングする工程と、
前記パターニングされたマスク層を介して前記電極層、圧電体層をドライエッチングによりパターニングする工程と、
を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。 A step of sequentially laminating an electrode layer and a piezoelectric layer on a surface opposite to the opening side of the opening on the conductor substrate having the dielectric layer and the opening formed;
A mask layer is formed on the piezoelectric layer, and the mask layer is patterned so that the mask remains in a region smaller than the inner region of the projected opening obtained by projecting the opening with respect to the surface on which the mask layer is formed. And a process of
Patterning the electrode layer and the piezoelectric layer through dry etching through the patterned mask layer;
A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising:
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