JP2564723Y2

JP2564723Y2 - サーマルインクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2564723Y2
Application number: JP1990403921U
Authority: JP
Inventors: 耕三細貝
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-12-19
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2005-12-19
Also published as: JPH0490541U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、サーマルインクジェッ
トヘッド、特に、サーマルインクジェットヘッドにおけ
るインクの供給、吐出のための流路が形成されるＳｉウ
ェハからなるチャンネルウェハに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドロップ・オン・デマンド・バブル型の
インクジェットヘッドの製造方法の１つとして、特開昭
６０−２６２６５７号公報に記載されているように、作
製の容易さから１枚の基板からの多数個取りが行なわれ
ている。

【０００３】使用する基板も、特開昭６０−２３０９５
４号公報に記載されているように、ヒーター基板には、
ヘッド内部に駆動素子やロジック回路を内蔵させるにふ
さわしいＳｉウェハが用いられ、インク供給口，インク
流路等を形成するチャンネル基板も、ヒーター基板との
材料物性の整合性や、インク供給口，インク流路等のエ
ッチングによる作製という観点から、同じＳｉウェハを
使用している。インク供給口，インク流路の形成は、異
方性エッチングによっているが、異方性エッチングで
は、エッチングパターン形状が矩形の場合のみ、正しい
形状にエッチングが進行するから、インク供給口とイン
ク流路とを近接させてエッチングし、その後、両者を連
結する通路を形成している。この技術では、インク供給
口と、インク流路であるチャンネルとは、ダイシングに
より形成した溝によって連結されている。

【０００４】図９は、従来のサーマルインクジェットヘ
ッドのチャンネル基板の平面図、図１０は、図９のチャ
ンネルの軸方向の断面図である。図中、２１はインク供
給口、２２はチャンネル、２３はダイシング溝である。
上述したように、インク供給口２１とチャンネル２２と
を矩形形状に異方性エッチングによって形成した後、２
３で示した部分をダイシングソーで切り込んでダイシン
グ溝２３を形成し、図１２から明らかなように、インク
供給口２１とチャンネル２２とを連結する。ダイシング
溝を形成する際は、ダイシングブレードの幅からの制
約、および、流路抵抗の設計上の制約から、インク供給
口２１とチャンネル２２との間隔は、およそ０．４ｍｍ
以下にしなければならないという制約があった。そのた
め、チャンネルウェハの上端のインク供給口は、ノズル
面から規定された位置にあった。また、インク供給口や
２１やチャンネル２２は、Ｓｉウェハの一方の面から異
方性エッチングによって形成されるため、液室のインク
流路側の開口が、不必要に大きくなるという問題があ
る。

【０００５】このようなヘッドをユニット化する際に
は、図１１に示すように、チャンネルウェハ２４とヒー
ターウェハ２５よりなるヘッドチップの上に、インクマ
ニホールド２６が搭載される。この場合、インクマニホ
ールド２６からのインク経路２７が、インク供給口２１
に合致する必要があるが、ノズル面からの位置規定でイ
ンク供給口が形成される位置によっては、インクマニホ
ールド２６を接着する接着代が短いとか、品種変更によ
りヘッドチップの仕様を変更す場合にも、インクマニホ
ールド２６のインク供給路の位置に制約を受けるという
設計上の問題があった。

【０００６】また、特開平１−１６６９６５号公報に
は、このダイシングによる連結に代えて、エッチングに
よって連結を行なうことが記載されている。すなわち、
チャンネルウェハと対をなすヒーターウェハにおける樹
脂層の隔壁に相当する部分をエッチングにより除去する
方法である。この方法を採用したとしても、上述したヘ
ッドをユニット化する際の問題点は解消されるものでは
ない。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】本考案は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、ユニット化を行
なう際の、構成部品の設計組立の自由度を向上するため
に、インク供給口の設計上の配置の自由度を大きくで
き、また、インク供給口の開口を小さくできるサーマル
インクジェットヘッドを提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は、バブル発生用
抵抗体を有するヒーターウェハとインク流路、インク供
給口を有するチャンネルウェハとからなるサーマルイン
クジェットヘッドにおいて、請求項１に記載の考案は、
インク供給口がＳｉウェハの両面からのほぼ同一の大き
さのエッチングパターンによるエッチングにより形成さ
れていることを特徴とするものであり、請求項２に記載
の考案は、インク流路とインク供給口との間に複数のイ
ンク流路に共通する副室が設けられており、インク流路
と副室とは、Ｓｉウェハの一方の面からのエッチングに
より形成されており、インク供給口は、Ｓｉウェハの両
面からのエッチングにより形成されていることを特徴と
するものである。

【０００９】インク供給口、インク流路、副室等の形成
を、異なる耐性マスクを使用し、２段階以上の異方性エ
ッチングによって作製することができる。

【００１０】異方性エッチングによってインク供給口、
インク流路、副室等のエッチング中に、パターン間を連
結するようにしてもよい。

【００１１】

【作用】サーマルインクジェットヘッドにおけるチャン
ネルウェハにおいては、インク供給口，インク流路の形
成は、異方性エッチングによっている。異方性エッチン
グでは、エッチングパターン形状が矩形の場合のみ、正
しい形状にエッチングが進行する。したがって、インク
供給口とインク流路とを近接させて配置する必要があ
り、インク供給口の配置の設計自由度は制約を受けてい
た。

【００１２】本考案は、チャンネルウェハにおけるイン
ク流路とインク供給口との間に副室を設けた。副室の大
きさを調整することによって、インク流路とインク供給
口との間隔を調整できるから、インク供給口をチップの
所望の位置に配置することができる。

【００１３】また、インク供給口をＳｉウェハの両面か
らのエッチングすることにより、開口の大きさを小さく
することができ、チャンネルウェハの機械的強度を大き
くとることができる。

【００１４】

【実施例】図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本考案の第１の実施
例のサーマルインクジェットヘッドにおけるチャンネル
基板の作製工程を説明するための断面図である。１はシ
リコンウェハ、２，３はＳｉ₃Ｎ₄膜、４，７はインク
供給口パターン、５はチャンネルパターン、６は副室パ
ターンである。シリコンウェハ１は、両面研磨のｐ型、
６２５μｍ厚のものを使用する。インク供給口パターン
４と７は、ほぼ同じ大きさである。

【００１５】まず、ウェハ両面に、低圧ＣＶＤ法によっ
てＳｉ₃Ｎ₄膜２，３を１５００オングストロームの厚
さに形成する（図１（Ａ））。

【００１６】ついで、フォトリソグラフィーにより、フ
ォトレジスト（図示せず）を両面に塗布し、所定のマス
クパターンで両面から紫外線露光する。このとき用いる
主面側のフォトマスクは、インク流路、副室およびイン
ク供給口を形成するパターンが作られている。一方、反
対側の面を露光するフォトマスクは、主面のインク供給
口と対応する位置にインク供給口のパターンが形成され
ている。両面のフォトマスクは、相対的に位置合わせさ
れた状態で、両面マスクアライナーの上下にセットさ
れ、シリコンウェハの主面および反対側の面のフォトレ
ジストが紫外線照射される。シリコンウェハ上のフォト
レジストは、所定の処理で現像・ベークされ、レジスト
パターンが形成される。

【００１７】次に、ケミカルドライエッチング装置によ
り、両面からフォトレジストが開口されている部分のＳ
ｉ₃Ｎ₄膜２，３をエッチングする。そして不要となっ
たフォトレジストが除去され、主面に形成されたＳｉ₃
Ｎ₄膜２には、インク供給口パターン４，チャンネルパ
ターン５，副室パターン６が、また、裏面に形成された
Ｓｉ₃Ｎ₄膜３には、インク供給口パターン７が形成で
きる（図１（Ｂ））。

【００１８】次に、シリコンウェハが、Ｓｉ₃Ｎ₄膜
２，３の開口を通して、異方性エッチングにより立体構
造的にエッチングされる。この実施例では、２５重量％
ＫＯＨを用い、９５℃で４時間エッチングした。濃度、
温度、時間は、上記条件に限定されるものではなく、装
置やプロセス上の制約から決められるものでもよい。

【００１９】異方性エッチングは、（１００）面のウェ
ハには５４．７゜の角度に（１１１）面が存在するか
ら、（１００）面と（１１１）面とのエッチング速度差
を利用して深さ方向にエッチングするものである。異方
性エッチングにより、そのマスクの開口寸法に応じて、
Ｖ字溝や貫通穴ができる。その理由は、上述したエッチ
ング速度差によるものである。図２において、エッチン
グマスクの初期の開口幅をＷ、サイドエッチング幅をＷ
ｓとすると、Ｖ字溝の頂点の深さｔは、上述したエッチ
ング速度差によって、ｔ＝（（１／２）Ｗ＋Ｗｓ）ｔａ
ｎ５４．７゜となる。このｔがウェハ厚さより小さけれ
ばＶ字溝、大きければ貫通穴が形成される。この実施例
のチャンネルは、３００ｓｐｉの所定寸法のＶ字溝、イ
ンク供給口は、両面からのエッチングの連結による貫通
穴、副室は、Ｖ字溝で作製した。

【００２０】最後に、異方性エッチングの際のマスクと
したＳｉ₃Ｎ₄膜２，３を熱リン酸中で除去して、チャ
ンネルウェハ１に、インク供給口８，チャンネル９，副
室１０を形成することができる（図１（Ｃ））。

【００２１】この実施例においては、副室１０を設け、
インク供給口８とチャンネル９との間を補うことによっ
て、チャンネル９の長さにかかわらず、インク供給口８
をチップの中央に位置できるようにした実施例である。
インク供給口８，チャンネル９，副室１０との間には、
ダイシングによる流路の連結が必要である。また、副室
１０のＶ字溝は、幅５００μｍ程度で、必要とする深さ
以上とする。

【００２２】このように、この実施例では、インク供給
口８をチップの中央に配置することができ、チャンネル
９の寸法が変更されたヘッドチップにおいても、インク
供給口８の位置を常にチップの中央の位置、あるいは、
ノズルから所定の位置に配置することができ、チップの
設計変更によってユニット部品の設計変更をすることは
不要となる。

【００２３】図３，図４は、本考案の第２の実施例を説
明するためのもので、図３は、チャンネル基板の平面
図、図４は、断面図である。図中、１はシリコンウェ
ハ、８はインク供給口、９はチャンネル、１０は副室、
１１，１２は第１エッチングマスク、１３，１４は第２
エッチングマスクである。シリコンウェハ１の主面に形
成された第２エッチングマスク１３には、インク供給口
８，チャンネル９，副室１０に対応する開口を有するパ
ターンが、裏面に形成された第２エッチングマスク１４
には、インク供給口８を貫通できる開口を有するパター
ンが形成される。第２エッチングマスク１３，１４に上
に形成された第１エッチングマスク１１，１２には、イ
ンク供給口８を貫通できる開口を有するパターンが形成
される。

【００２４】この実施例では、エッチング工程が２段階
で行なわれる。第１段階のエッチングは、第１エッチン
グマスク１１，１２を用いた貫通口を開けるためのイン
ク供給口８のエッチングであり、第２段階のエッチング
は、第２エッチングマスクを用いた浅い溝を開けるため
のチャンネル９、副室１０のエッチングである。

【００２５】したがって、この実施例では、２段階のエ
ッチングを行なうために、２種類のエッチング耐性マス
クを使用する。第１エッチングマスク１１，１２として
は、１５００オングストローム厚のＳｉＮ_X膜を用い、
エッチング時間は、２時間行なった。このエッチングで
インク供給口８は表裏から行なわれ、貫通孔として形成
される。次に、不要となったＳｉＮ_X膜を除去し、あら
かじめパターンが形成されている第２エッチングマスク
１３，１４である５０００オングストローム厚のＳｉＯ
₂膜を露出させ、第２回目のエッチングを約３０分行な
った。

【００２６】第２回目のエッチング時間の３０分は、Ｓ
ｉを厚さ方向に１００μｍエッチングできる時間であ
り、チャンネル９の開口幅に対しては充分な時間であ
り、自己完結し、Ｖ字形状の溝を形成して終了するが、
副室１０は、１００μｍの深さにエッチングされた台形
の形状となっている。

【００２７】インク供給口８、チャンネル９、副室１０
との流路連結は、従来技術のダイシングによる溝形成を
行なった。

【００２８】この実施例では、エッチングを２段階に行
なうことで、副室１０の深さが、必要以上に深くなるこ
とはない。

【００２９】図５，図６は、本考案の第３の実施例を説
明するためのもので、図５は、チャンネル基板の平面
図、図６は、断面図である。図中、図３，図４と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【００３０】この実施例は、第２の実施例と同様の構成
であるが、副室１０とチャンネル９、副室１０とインク
供給口８をエッチング中に連結させるため、副室１０に
対応したパターン間隔を規定した実施例である。

【００３１】ＫＯＨによるエッチングは、（１１１）結
晶面におけるエッチング速度が、他の面におけるエッチ
ング速度の１００倍ある。すなわち、深さ方向のエッチ
ングに対しサイドエッチングが１００分の１の速度であ
る。

【００３２】このエッチング速度差を利用し、第２のエ
ッチングの途中で、サイドエッチングによって、流路の
連結ができるようなパターン間隔を持つエッチングマス
クを用いたものである。この実施例では、連結させるた
めのパターン間隔は、０．６μｍで４０分のエッチング
を行ない、パターンの連結が確認できた。

【００３３】０．６μｍのパターン間隔は、エッチング
開始後約１５分でサイドエッチングにより連結できる間
隔で、連結部は、連結後のエッチングで深さ方向へのエ
ッチングが急速に行なわれる。したがって、この実施例
によれば、流路の連結のためのダイシングが不要となっ
た。

【００３４】図７，図８は、本考案の第４の実施例を説
明するためのもので、図７は、チャンネル基板の平面
図、図８は、断面図である。図中、図３，図４と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【００３５】この実施例は、第３の実施例の改良であ
る。第３の実施例と同様な構成であるが、インク供給口
８の裏側からの開口は、サイズを小さくしたものであ
る。

【００３６】すなわち、第１回目のエッチングは、裏面
からのみ行ない、かつ、小さな開口１５によって行なっ
た。第２回目のエッチングは、チャンネル９と副室１０
であるが、副室１０は、第１〜３の実施例の主面側のイ
ンク供給口と副室を一緒にしたサイズとした。第１回目
のエッチングは、ウェハを貫通せずに５０〜１００μｍ
残した深さとなるよう、約３時間３０分で終了させた。
第２回目のエッチングに用いたエッチングマスクの副室
とチャンネルとの間隔、エッチング時間等は、第３の実
施例の場合と同様である。この実施例では裏側のインク
供給口入り口のサイズが小さいため、従来の欠点を大幅
に改善している。

【００３７】

【考案の効果】以上の説明から明らかなように、本考案
によれば、インク供給口をチップの所望の位置に配置で
き、設計自由度が向上するとともに、インク供給口の位
置を一定にできるので、ヘッドチップによってユニット
部品を変更する必要がなくなる。また、インク供給口が
Ｓｉウェハの両面からのほぼ同一の大きさのエッチング
パターンによるエッチングにより形成されていることに
より、液室のインク流路側の開口が、不必要に大きくな
らないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例のサーマルインクジェッ
トヘッドにおけるチャンネル基板の作製工程の説明図で
ある。

【図２】異方性エッチングの説明図である。

【図３】本考案の第２の実施例におけるチャンネル基板
の平面図である。

【図４】本考案の第２の実施例におけるチャンネル基板
の断面図である。

【図５】本考案の第３の実施例におけるチャンネル基板
の平面図である。

【図６】本考案の第３の実施例におけるチャンネル基板
の断面図である。

【図７】本考案の第４の実施例におけるチャンネル基板
の平面図である。

【図８】本考案の第４の実施例におけるチャンネル基板
の断面図である。

【図９】従来のサーマルインクジェットヘッドのチャン
ネル基板の平面図である。

【図１０】図１１のＡ−Ａ断面図である。

【図１１】サーマルインクジェットヘッドのユニット化
の説明図である。

【符号の説明】

１シリコンウェハ８インク供給口９チャンネル１０副室１１，１２第１エッチングマスク１３，１４第２エッチングマスク

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】バブル発生用抵抗体を有するヒーターウ
ェハとインク流路、インク供給口を有するチャンネルウ
ェハとからなるサーマルインクジェットヘッドにおい
て、インク供給口がＳｉウェハの両面からのほぼ同一の大き
さのエッチングパターンによるエッチングにより形成さ
れていることを特徴とするサーマルインクジェットヘッ
ド。
【請求項２】バブル発生用抵抗体を有するヒーターウ
ェハとインク流路、インク供給口を有するチャンネルウ
ェハとからなるサーマルインクジェットヘッドにおい
て、インク流路とインク供給口との間に複数のインク流路に
共通する副室が設けられており、インク流路と副室と
は、Ｓｉウェハの一方の面からのエッチングにより形成
されており、インク供給口は、Ｓｉウェハの両面からの
エッチングにより形成されていることを特徴とするサー
マルインクジェットヘッド。