JP3228028B2 - インクジェット記録ヘッドの作製方法 - Google Patents
インクジェット記録ヘッドの作製方法Info
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- JP3228028B2 JP3228028B2 JP27237094A JP27237094A JP3228028B2 JP 3228028 B2 JP3228028 B2 JP 3228028B2 JP 27237094 A JP27237094 A JP 27237094A JP 27237094 A JP27237094 A JP 27237094A JP 3228028 B2 JP3228028 B2 JP 3228028B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録ヘ
ッドの作製方法に関するものである。
ッドの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】インクジェットの記録ヘッドのインク流
路形成方法としては、例えば、特開昭６１−２３０９５
４号公報に示すように、シリコン基板を用いて、異方性
エッチングにより、ノズルやインクリザーバを形成する
方法が知られている。
路形成方法としては、例えば、特開昭６１−２３０９５
４号公報に示すように、シリコン基板を用いて、異方性
エッチングにより、ノズルやインクリザーバを形成する
方法が知られている。
【０００３】図１０は、異方性エッチングによる溝の形
成方法の説明図であり、図１０（Ａ），（Ｃ）は平面
図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図
１０（Ｄ）は図１０（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。図
中、１はシリコン基板、２はエッチングマスク、３は溝
である。図１０（Ａ），（Ｂ）は、エッチングマスクを
パターニングした状態である。（１００）面のシリコン
基板１の両面にエッチングマスク２を成膜し、上面の溝
を形成する部分のエッチングマスクを除去してシリコン
基板１を露出させる。
成方法の説明図であり、図１０（Ａ），（Ｃ）は平面
図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図
１０（Ｄ）は図１０（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。図
中、１はシリコン基板、２はエッチングマスク、３は溝
である。図１０（Ａ），（Ｂ）は、エッチングマスクを
パターニングした状態である。（１００）面のシリコン
基板１の両面にエッチングマスク２を成膜し、上面の溝
を形成する部分のエッチングマスクを除去してシリコン
基板１を露出させる。
【０００４】図１０（Ｃ），（Ｄ）はエッチングを終了
した状態である。異方性エッチングのエッチング液とし
ては、例えば、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶
液や、エチレンジアミンピロカテコール等がよく知られ
ており、エッチングマスク２としては、窒化シリコン膜
（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）、または、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2
膜）が一般的に用いられている。Ｓｉ3 Ｎ4 膜は、水酸
化カリウム水溶液を用いる場合は、ほとんどエッチング
されないため、シリコン基板を貫通させるなど長時間の
エッチングに用いることが可能である。異方性エッチン
グは、エッチング速度が結晶方向に依存していることを
利用したもので、シリコンの場合、（１００）方向のエ
ッチング速度が（１１１）方向のエッチング速度に比べ
て非常に早いことを利用しているため、（１１１）面で
囲まれた精度のよい３次元構造でエッチングが終了し、
溝３が形成される。
した状態である。異方性エッチングのエッチング液とし
ては、例えば、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶
液や、エチレンジアミンピロカテコール等がよく知られ
ており、エッチングマスク２としては、窒化シリコン膜
（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）、または、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2
膜）が一般的に用いられている。Ｓｉ3 Ｎ4 膜は、水酸
化カリウム水溶液を用いる場合は、ほとんどエッチング
されないため、シリコン基板を貫通させるなど長時間の
エッチングに用いることが可能である。異方性エッチン
グは、エッチング速度が結晶方向に依存していることを
利用したもので、シリコンの場合、（１００）方向のエ
ッチング速度が（１１１）方向のエッチング速度に比べ
て非常に早いことを利用しているため、（１１１）面で
囲まれた精度のよい３次元構造でエッチングが終了し、
溝３が形成される。
【０００５】（１００）面を表面に持つシリコン基板１
を異方性エッチングしたときの断面形状を図１０（Ｄ）
に示す。（１１１）面は（１００）面に対して５４．７
゜の角度を持っており、エッチング後は（１１１）面で
囲まれたＶ字溝が形成される。一方のシリコン基板に、
このＶ字状の溝３を形成し、２枚の基板を貼り合わせて
切断すると、溝３の断面に三角形のノズルが開口する。
このように作製したノズルは非常に精度がよく、高密度
化を進める上で有利である。
を異方性エッチングしたときの断面形状を図１０（Ｄ）
に示す。（１１１）面は（１００）面に対して５４．７
゜の角度を持っており、エッチング後は（１１１）面で
囲まれたＶ字溝が形成される。一方のシリコン基板に、
このＶ字状の溝３を形成し、２枚の基板を貼り合わせて
切断すると、溝３の断面に三角形のノズルが開口する。
このように作製したノズルは非常に精度がよく、高密度
化を進める上で有利である。
【０００６】しかしながら、エッチング時間が長くなる
と、図１１に示すように、エッチングマスク２の下部の
アンダーカットされる領域２ａが大きくなる。例えば、
６２５μｍ厚のシリコン基板を貫通させるまでエッチン
グを行なう場合、８〜１０μｍ程度がアンダーカットが
される。
と、図１１に示すように、エッチングマスク２の下部の
アンダーカットされる領域２ａが大きくなる。例えば、
６２５μｍ厚のシリコン基板を貫通させるまでエッチン
グを行なう場合、８〜１０μｍ程度がアンダーカットが
される。
【０００７】このため、従来のマスクの形状では、図１
２に示すように、ひさし状になっているエッチングマス
クの角からクラック８が発生し、エッチング中にクラッ
クが進行して、クラック部分からエッチング液がエッチ
ングマスクの下に入り込み、本来エッチングしない領域
２ｂがエッチングされ、形状不良を起こすという問題が
ある。この問題は、内部応力の高いＳｉ3 Ｎ4 膜に顕著
に現れる。
２に示すように、ひさし状になっているエッチングマス
クの角からクラック８が発生し、エッチング中にクラッ
クが進行して、クラック部分からエッチング液がエッチ
ングマスクの下に入り込み、本来エッチングしない領域
２ｂがエッチングされ、形状不良を起こすという問題が
ある。この問題は、内部応力の高いＳｉ3 Ｎ4 膜に顕著
に現れる。
【０００８】クラックの発生を防止するには、エッチン
グマスクの厚さを薄くするなどの手段も効果はあるが、
完全にクラックを防止できないことや、エッチングマス
クが極端に薄くなると、ピンホールの発生が避けられ
ず、そこからエッチング不良を起こすことがある。
グマスクの厚さを薄くするなどの手段も効果はあるが、
完全にクラックを防止できないことや、エッチングマス
クが極端に薄くなると、ピンホールの発生が避けられ
ず、そこからエッチング不良を起こすことがある。
【０００９】異方性エッチングでは、図１０（Ｄ）で説
明したように、断面が一定角度の三角形状であるから、
この方法で作製したノズルは、三角形の断面積を変える
場合には、マスク寸法を変化するしか手段はなく、特に
高密度化した場合、隣接する溝間の幅が狭くなり、接着
面積が少なくなることになって、製作不良の発生の原因
となっている。これを改善するため接着剤の量を増加さ
せると、図１３に示すように、接着剤９が三角形の溝３
の底角に溜まりやすく、ノズルの形状不良が発生しやす
い。また、従来の三角形ノズルでは、底角が５４．７゜
と狭く、流路抵抗が大きいために、インク滴を吐出した
後のインクの再供給性の面からは不利な点があった。
明したように、断面が一定角度の三角形状であるから、
この方法で作製したノズルは、三角形の断面積を変える
場合には、マスク寸法を変化するしか手段はなく、特に
高密度化した場合、隣接する溝間の幅が狭くなり、接着
面積が少なくなることになって、製作不良の発生の原因
となっている。これを改善するため接着剤の量を増加さ
せると、図１３に示すように、接着剤９が三角形の溝３
の底角に溜まりやすく、ノズルの形状不良が発生しやす
い。また、従来の三角形ノズルでは、底角が５４．７゜
と狭く、流路抵抗が大きいために、インク滴を吐出した
後のインクの再供給性の面からは不利な点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、アンダーカットされる領域
が大きくなっても、エッチングマスクにクラックが生じ
ることが防止できるインクジェット記録ヘッドの作製方
法を提供することを目的とするものである。
情に鑑みてなされたもので、アンダーカットされる領域
が大きくなっても、エッチングマスクにクラックが生じ
ることが防止できるインクジェット記録ヘッドの作製方
法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１の基板にノズルとなる溝を形成し、第２の基板
と貼り合わせてインクジェット記録ヘッドを作製するイ
ンクジェット記録ヘッドの作製方法において、前記第１
の基板をエッチングして前記溝を形成する際に、角部を
曲線もしくは複数の鈍角で分割した形状としたエッチン
グマスクを用いてエッチングを行なうことを特徴とする
ものである。
は、第１の基板にノズルとなる溝を形成し、第２の基板
と貼り合わせてインクジェット記録ヘッドを作製するイ
ンクジェット記録ヘッドの作製方法において、前記第１
の基板をエッチングして前記溝を形成する際に、角部を
曲線もしくは複数の鈍角で分割した形状としたエッチン
グマスクを用いてエッチングを行なうことを特徴とする
ものである。
【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のインクジェット記録ヘッドの作製方法において、前記
第１の基板として表面が（１００）方位のシリコン基板
を用い、結晶方位の違いによるエッチング速度の差を利
用した異方性エッチングにより前記溝を形成することを
特徴とするものである。
のインクジェット記録ヘッドの作製方法において、前記
第１の基板として表面が（１００）方位のシリコン基板
を用い、結晶方位の違いによるエッチング速度の差を利
用した異方性エッチングにより前記溝を形成することを
特徴とするものである。
【００１３】
【００１４】
【作用】請求項１または２に記載の発明によれば、クラ
ックの発生するエッチングマスクの開口の角部を曲線も
しくは複数の鈍角で分割し、パターンの開口の角部の応
力集中を緩和することができ、エッチングによりアンダ
ーカットが行なわれても、クラックの発生を防止でき、
安定した歩留まりを確保できる。また、エッチングが結
晶方位に依存している異方性のために、マスクの角部の
形状は出来上がりの形状に影響を与えることはない。
ックの発生するエッチングマスクの開口の角部を曲線も
しくは複数の鈍角で分割し、パターンの開口の角部の応
力集中を緩和することができ、エッチングによりアンダ
ーカットが行なわれても、クラックの発生を防止でき、
安定した歩留まりを確保できる。また、エッチングが結
晶方位に依存している異方性のために、マスクの角部の
形状は出来上がりの形状に影響を与えることはない。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド
の作製方法の一実施例におけるインク流路を形成する工
程の説明図であり、図１（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）
は図１（Ｃ）のＡ−Ａ線断面図、図１（Ｂ１），（Ｂ
２），（Ｂ３）は図１（Ｃ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図中、１はシリコン基板、２はエッチングマスク、３は
溝、４はインクリザーバである。
の作製方法の一実施例におけるインク流路を形成する工
程の説明図であり、図１（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）
は図１（Ｃ）のＡ−Ａ線断面図、図１（Ｂ１），（Ｂ
２），（Ｂ３）は図１（Ｃ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図中、１はシリコン基板、２はエッチングマスク、３は
溝、４はインクリザーバである。
【００１８】シリコン基板１の表面と裏面に、エッチン
グマスク２として、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を１５０ｎｍ着膜した
後、溝３とインクリザーバ７を開口するようフォトリソ
工程、ドライエッチング工程を経て、図１（Ａ１）に示
すように、溝３の開口と、図１（Ｂ１）に示すように、
インクリザーバの開口をパターニングする。このとき、
プロセス中の傷を防止するため、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を保
護膜としてＳｉ3 Ｎ4膜の外側全面に着膜した後、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜と同時にパターニングするようにしてもよい。
グマスク２として、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を１５０ｎｍ着膜した
後、溝３とインクリザーバ７を開口するようフォトリソ
工程、ドライエッチング工程を経て、図１（Ａ１）に示
すように、溝３の開口と、図１（Ｂ１）に示すように、
インクリザーバの開口をパターニングする。このとき、
プロセス中の傷を防止するため、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を保
護膜としてＳｉ3 Ｎ4膜の外側全面に着膜した後、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜と同時にパターニングするようにしてもよい。
【００１９】このシリコン基板１を、加熱した水酸化カ
リウム水溶液でエッチングすると、図１（Ａ２），（Ｂ
２）に示すように、（１１１）面で囲まれた形状でエッ
チングが行なわれる。溝３は、図１（Ａ２）に示すよう
に、（１１１）面で囲まれた状態でエッチングが完了
し、断面はＶ字形をしている。一方、インクリザーバ４
は、図１（Ｂ２）に示すように、シリコン基板を貫通し
て裏面のエッチングマスクに到達している。保護膜とし
てＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を用いた場合は、エッチング開始と
同時に保護膜が溶けてなくなるため、エッチング中はＳ
ｉ3 Ｎ4 膜がマスクとなる。
リウム水溶液でエッチングすると、図１（Ａ２），（Ｂ
２）に示すように、（１１１）面で囲まれた形状でエッ
チングが行なわれる。溝３は、図１（Ａ２）に示すよう
に、（１１１）面で囲まれた状態でエッチングが完了
し、断面はＶ字形をしている。一方、インクリザーバ４
は、図１（Ｂ２）に示すように、シリコン基板を貫通し
て裏面のエッチングマスクに到達している。保護膜とし
てＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を用いた場合は、エッチング開始と
同時に保護膜が溶けてなくなるため、エッチング中はＳ
ｉ3 Ｎ4 膜がマスクとなる。
【００２０】次に、図１（Ａ３），（Ｂ３）に示すよう
に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を加熱した燐酸で全面除去して、シリ
コンでできた第１の基板１を完成させる。図１（Ｃ）
は、その状態の平面図である。
に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を加熱した燐酸で全面除去して、シリ
コンでできた第１の基板１を完成させる。図１（Ｃ）
は、その状態の平面図である。
【００２１】図２は、インクジェット記録ヘッドの全体
を示す概略図である。図中、図１と同様な部分には同じ
符号を付して説明を省略する。５は基板、６は厚膜樹脂
層、７はインク滴である。図１で説明した基板１と、例
えば、発熱素子等のインクを噴射するための機能を持つ
第２の基板５とを貼り合わせてインク流路を形成し、個
々のチップに分割したものが図２である。溝３の端面に
より、ノズル面が三角形であることが特徴である。
を示す概略図である。図中、図１と同様な部分には同じ
符号を付して説明を省略する。５は基板、６は厚膜樹脂
層、７はインク滴である。図１で説明した基板１と、例
えば、発熱素子等のインクを噴射するための機能を持つ
第２の基板５とを貼り合わせてインク流路を形成し、個
々のチップに分割したものが図２である。溝３の端面に
より、ノズル面が三角形であることが特徴である。
【００２２】図３は、従来のエッチングマスクのマスク
パターンの一部の平面図である。図中、２はエッチング
マスク、２ａはアンダーカット領域である。上述したよ
うに、インクジェット記録ヘッドを作製するプロセスに
おいて、第１の基板にエッチングで溝を形成する。この
場合、従来のマスクパターンの開口の角部は、図３
（Ａ）にのように直角となっていた。このようなマスク
パターンを用いた場合に、図３（Ｂ）に示すアンダーカ
ット領域２ａからクラックが生じやすいことは、図１
１，図１２で説明したとおりである。
パターンの一部の平面図である。図中、２はエッチング
マスク、２ａはアンダーカット領域である。上述したよ
うに、インクジェット記録ヘッドを作製するプロセスに
おいて、第１の基板にエッチングで溝を形成する。この
場合、従来のマスクパターンの開口の角部は、図３
（Ａ）にのように直角となっていた。このようなマスク
パターンを用いた場合に、図３（Ｂ）に示すアンダーカ
ット領域２ａからクラックが生じやすいことは、図１
１，図１２で説明したとおりである。
【００２３】図４は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの作製方法の第１の実施例におけるエッチングマスク
のマスクパターンの一部の平面図である。図中、図３と
同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。この
実施例では、図４（Ａ）に示すように、エッチングマス
ク２のマスクパターンの角部は、曲線でパターニングさ
れている。具体例では、半径１μｍの円弧とした。曲率
半径が１μｍ以上の曲線でクラックの発生が防止でき
る。また、隣接する角部までの距離の１／２の曲率半径
まで可能である。
ドの作製方法の第１の実施例におけるエッチングマスク
のマスクパターンの一部の平面図である。図中、図３と
同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。この
実施例では、図４（Ａ）に示すように、エッチングマス
ク２のマスクパターンの角部は、曲線でパターニングさ
れている。具体例では、半径１μｍの円弧とした。曲率
半径が１μｍ以上の曲線でクラックの発生が防止でき
る。また、隣接する角部までの距離の１／２の曲率半径
まで可能である。
【００２４】この実施例のように、エッチングマスクの
開口部の角部を曲線形状にしても、シリコンの結晶方位
に依存した異方性エッチングの技術を用いているため、
マスクの形状差の影響を受けず、図３（Ｂ）の場合と同
様に、図４（Ｂ）においても、アンダーカット領域２ａ
に示すように、マスクパターンの形状に従わず、エッチ
ング後の出来上がり寸法は、従来のマスクパターンを用
いても、角部を曲線形状にしても、シリコンの（１１
１）面で囲まれる形状になる。
開口部の角部を曲線形状にしても、シリコンの結晶方位
に依存した異方性エッチングの技術を用いているため、
マスクの形状差の影響を受けず、図３（Ｂ）の場合と同
様に、図４（Ｂ）においても、アンダーカット領域２ａ
に示すように、マスクパターンの形状に従わず、エッチ
ング後の出来上がり寸法は、従来のマスクパターンを用
いても、角部を曲線形状にしても、シリコンの（１１
１）面で囲まれる形状になる。
【００２５】図３に示す従来パターンを用いた場合に
は、約１０％のクラックによる欠陥が発生していたのに
対して、図４に示す改善後は、欠陥の発生は、認められ
なくなった。
は、約１０％のクラックによる欠陥が発生していたのに
対して、図４に示す改善後は、欠陥の発生は、認められ
なくなった。
【００２６】図５は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの作製方法の第２の実施例におけるエッチングマスク
のマスクパターンの一部の平面図である。図中、図３と
同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。この
実施例は、図３（Ａ）の直角部分を、複数の鈍角で分割
するもので、図５（Ａ）は、２つの鈍角で分割したもの
である。また、図５（Ｂ）は３つの鈍角で分割したもの
である。寸法については曲線とした図４の場合と同様
で、図３（Ａ）の直角の頂点からの距離１μｍ以上で効
果が確認されており、隣接する角までの距離の１／２ま
で可能である。
ドの作製方法の第２の実施例におけるエッチングマスク
のマスクパターンの一部の平面図である。図中、図３と
同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。この
実施例は、図３（Ａ）の直角部分を、複数の鈍角で分割
するもので、図５（Ａ）は、２つの鈍角で分割したもの
である。また、図５（Ｂ）は３つの鈍角で分割したもの
である。寸法については曲線とした図４の場合と同様
で、図３（Ａ）の直角の頂点からの距離１μｍ以上で効
果が確認されており、隣接する角までの距離の１／２ま
で可能である。
【００２７】したがって、鈍角で分割したものも、曲線
とした図４（Ｂ）と同様に良好な結果であり、同じ効果
が確認されているため、設計のやり易さという観点で角
部の形状、寸法を自由に選択することができる。
とした図４（Ｂ）と同様に良好な結果であり、同じ効果
が確認されているため、設計のやり易さという観点で角
部の形状、寸法を自由に選択することができる。
【００２８】上述した実施例では、エッチングマスクと
してＳｉ3 Ｎ4 膜を用いた例で説明したが、これに限定
されるものではなく、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ
2 膜）等の材質でもよい。さらに、エッチング工程を複
数回行なって複雑な３次元構造を作る場合はエッチング
マスクとして用いる複数の膜に本発明をそれぞれ適用す
ることで効果を上げることができる。
してＳｉ3 Ｎ4 膜を用いた例で説明したが、これに限定
されるものではなく、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ
2 膜）等の材質でもよい。さらに、エッチング工程を複
数回行なって複雑な３次元構造を作る場合はエッチング
マスクとして用いる複数の膜に本発明をそれぞれ適用す
ることで効果を上げることができる。
【００２９】図６は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの作製方法の第３の実施例の説明図であり、図６
（Ａ），（Ｃ）は平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面
図である。図中、１はシリコン基板、２はエッチングマ
スク、３は溝、３ａは凹部である。この実施例では、図
６（Ａ），（Ｂ）に示すように、異方性エッチングを行
なう前に、エッチングマスク２の形状に合わせて、あら
かじめシリコン面に凹部３ａを形成する。凹部３ａの形
成方法としては、例えば、ドライエッチング法やエキシ
マレーザー加工法を用いる。
ドの作製方法の第３の実施例の説明図であり、図６
（Ａ），（Ｃ）は平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面
図である。図中、１はシリコン基板、２はエッチングマ
スク、３は溝、３ａは凹部である。この実施例では、図
６（Ａ），（Ｂ）に示すように、異方性エッチングを行
なう前に、エッチングマスク２の形状に合わせて、あら
かじめシリコン面に凹部３ａを形成する。凹部３ａの形
成方法としては、例えば、ドライエッチング法やエキシ
マレーザー加工法を用いる。
【００３０】図６（Ｃ），（Ｄ）はエッチングを終了し
た状態である。異方性エッチングのエッチング液として
は、例えば、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液
や、エチレンジアミンピロカテコール等がよく知られて
おり、エッチングマスク２としては、窒化シリコン膜
（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）、または、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2
膜）が一般的に用いられている。Ｓｉ3 Ｎ4 膜は、水酸
化カリウム水溶液を用いる場合は、ほとんどエッチング
されないため、シリコン基板を貫通させるなど長時間の
エッチングに用いることが可能である。異方性エッチン
グは、エッチング速度が結晶方向に依存していることを
利用したもので、シリコンの場合、（１００）方向のエ
ッチング速度が（１１１）方向のエッチング速度に比べ
て非常に早いことを利用しているため、図６（Ｄ）に示
すように、（１１１）面で囲まれたところでエッチング
が停止し、精度のよい断面五角形の溝３が形成され、シ
リコン基板１の内部では、クロスハッチングを施した３
ｂの領域まで、溝３が広がっている。すなわち、従来の
異方性エッチングにより形成される溝は、Ｖ字溝に限ら
れていたが、本発明を適用すると、シリコン基板内部に
最も広い部分を持つ断面五角形の溝を形成することが可
能である。
た状態である。異方性エッチングのエッチング液として
は、例えば、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液
や、エチレンジアミンピロカテコール等がよく知られて
おり、エッチングマスク２としては、窒化シリコン膜
（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）、または、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2
膜）が一般的に用いられている。Ｓｉ3 Ｎ4 膜は、水酸
化カリウム水溶液を用いる場合は、ほとんどエッチング
されないため、シリコン基板を貫通させるなど長時間の
エッチングに用いることが可能である。異方性エッチン
グは、エッチング速度が結晶方向に依存していることを
利用したもので、シリコンの場合、（１００）方向のエ
ッチング速度が（１１１）方向のエッチング速度に比べ
て非常に早いことを利用しているため、図６（Ｄ）に示
すように、（１１１）面で囲まれたところでエッチング
が停止し、精度のよい断面五角形の溝３が形成され、シ
リコン基板１の内部では、クロスハッチングを施した３
ｂの領域まで、溝３が広がっている。すなわち、従来の
異方性エッチングにより形成される溝は、Ｖ字溝に限ら
れていたが、本発明を適用すると、シリコン基板内部に
最も広い部分を持つ断面五角形の溝を形成することが可
能である。
【００３１】図９に出来上がり形状の詳細を示す。図
中、図６と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略
する。図９（Ａ）に示すように、エッチングマスク２の
開口幅を同じ（Ｗ０＝Ｗ１＝Ｗ２）して、凹部を形成し
ないものと、異なる深さ（Ｄ１，Ｄ２）の凹部３ａを形
成したものについて、異方性エッチングを行なう。
中、図６と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略
する。図９（Ａ）に示すように、エッチングマスク２の
開口幅を同じ（Ｗ０＝Ｗ１＝Ｗ２）して、凹部を形成し
ないものと、異なる深さ（Ｄ１，Ｄ２）の凹部３ａを形
成したものについて、異方性エッチングを行なう。
【００３２】図９（Ｂ）は、異方性エッチングにより形
成される溝の形状である。左側の溝は、従来のＶ字溝が
形成されるが、中央と右側の溝は五角形となり、その深
さおよび幅は、マスクパターンの開口幅が大きいほど大
きくなる。
成される溝の形状である。左側の溝は、従来のＶ字溝が
形成されるが、中央と右側の溝は五角形となり、その深
さおよび幅は、マスクパターンの開口幅が大きいほど大
きくなる。
【００３３】具体的な寸法を説明する。図９（Ｂ）の中
央の溝では、図９（Ａ）に示すマスクパターンの開口幅
をＷ１、凹部３ａの深さをＤ１とすると、出来上がり寸
法は、図９（Ｂ）に示すように、頂点までの深さＤ１’
は、 Ｄ１’＝Ｄ１＋（Ｗ１／２）×ｔａｎ５４．７゜ となり、最も幅の広い部分Ｗ１’は、 Ｗ１’＝Ｗ１＋（Ｄ１）×ｔａｎ５４．７゜ となる。また、Ｗ１’の位置は、深さＤ１／２のところ
である。
央の溝では、図９（Ａ）に示すマスクパターンの開口幅
をＷ１、凹部３ａの深さをＤ１とすると、出来上がり寸
法は、図９（Ｂ）に示すように、頂点までの深さＤ１’
は、 Ｄ１’＝Ｄ１＋（Ｗ１／２）×ｔａｎ５４．７゜ となり、最も幅の広い部分Ｗ１’は、 Ｗ１’＝Ｗ１＋（Ｄ１）×ｔａｎ５４．７゜ となる。また、Ｗ１’の位置は、深さＤ１／２のところ
である。
【００３４】このように、エッチングにより形成される
ノズルの断面積は、エッチングマスクの寸法だけでな
く、あらかじめシリコン基板に作った凹部の深さによ
り、立体的に変化させることができるという特徴があ
る。ただし、溝の側壁が（１１１）面で囲まれているた
め、角度は固定されており、頂角は７０．６゜、開口部
の底辺となす角は５４．７゜となる。Ｄ２’，Ｗ２’に
ついても同様の関係式が適用できる。
ノズルの断面積は、エッチングマスクの寸法だけでな
く、あらかじめシリコン基板に作った凹部の深さによ
り、立体的に変化させることができるという特徴があ
る。ただし、溝の側壁が（１１１）面で囲まれているた
め、角度は固定されており、頂角は７０．６゜、開口部
の底辺となす角は５４．７゜となる。Ｄ２’，Ｗ２’に
ついても同様の関係式が適用できる。
【００３５】図７は、この作製原理をインクジェット記
録ヘッドに適用した説明図であり、図７（Ａ１），（Ｂ
１），（Ｃ１）はエッチングマスクの形成工程、図７
（Ａ２），（Ｂ２），（Ｃ２）は凹部の形成工程、図７
（Ａ３），（Ｂ３），（Ｃ３）はエッチング工程を説明
するためのもので、図７（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）
および図７（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）は、それぞれ
図７（Ｃ１），（Ｃ２），（Ｃ３）のＡ−Ａ線断面図お
よびＢ−Ｂ線断面図である。図中、１はシリコン基板、
２はエッチングマスク、３は溝、３ａ，４ａは凹部、４
はインクリザーバである。
録ヘッドに適用した説明図であり、図７（Ａ１），（Ｂ
１），（Ｃ１）はエッチングマスクの形成工程、図７
（Ａ２），（Ｂ２），（Ｃ２）は凹部の形成工程、図７
（Ａ３），（Ｂ３），（Ｃ３）はエッチング工程を説明
するためのもので、図７（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）
および図７（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）は、それぞれ
図７（Ｃ１），（Ｃ２），（Ｃ３）のＡ−Ａ線断面図お
よびＢ−Ｂ線断面図である。図中、１はシリコン基板、
２はエッチングマスク、３は溝、３ａ，４ａは凹部、４
はインクリザーバである。
【００３６】シリコン基板１の表面と裏面に、エッチン
グマスク２としてＳｉ3 Ｎ4 膜を１５０ｎｍ着膜した
後、溝３とインクリザーバ７を開口するようフォトリソ
工程、ドライエッチング工程を経て、図７（Ａ１）に示
すように、溝の開口と、図１（Ｂ１）に示すように、イ
ンクリザーバの開口をパターニングする。パターン幅
は、例えば８５μｍピッチの場合５０μｍ程度が底辺の
幅として適当である。このとき、プロセス中の傷を防止
するため、保護膜としてＰｏｌｙ−Ｓｉ膜をＳｉ3Ｎ4
膜の外側全面に着膜した後、Ｓｉ3 Ｎ4 膜と同時にパタ
ーニングするようにしてもよい。
グマスク２としてＳｉ3 Ｎ4 膜を１５０ｎｍ着膜した
後、溝３とインクリザーバ７を開口するようフォトリソ
工程、ドライエッチング工程を経て、図７（Ａ１）に示
すように、溝の開口と、図１（Ｂ１）に示すように、イ
ンクリザーバの開口をパターニングする。パターン幅
は、例えば８５μｍピッチの場合５０μｍ程度が底辺の
幅として適当である。このとき、プロセス中の傷を防止
するため、保護膜としてＰｏｌｙ−Ｓｉ膜をＳｉ3Ｎ4
膜の外側全面に着膜した後、Ｓｉ3 Ｎ4 膜と同時にパタ
ーニングするようにしてもよい。
【００３７】次に、シリコン基板１をエッチングし、図
７（Ａ２），（Ｂ２）に示すように、深さ１０μｍの凹
部３ａ，４ａを形成する。
７（Ａ２），（Ｂ２）に示すように、深さ１０μｍの凹
部３ａ，４ａを形成する。
【００３８】このシリコン基板１を、加熱した水酸化カ
リウム水溶液で異方性エッチングすると、図７（Ａ
３），（Ｂ３），（Ｃ３）に示すように、（１１１）面
で囲まれた断面形状ができる。保護膜としてＰｏｌｙ−
Ｓｉ膜を用いた場合は、エッチング開始と同時に、保護
膜が水酸化カリウム水溶液にすぐに溶けるため、エッチ
ング中は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜がマスクとなる。図７（Ａ３）
の溝３は、ノズルに相当する細溝であり、インクリザー
バ４は、ノズルにインクを供給するため一時インクを蓄
えるものであり、シリコン基板１を貫通するようエッチ
ングされ、貫通してできた開口部からインクを供給する
構造になっている。最後に、図７（Ａ３），（Ｂ３）に
示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を加熱した燐酸で全面除去し
て、シリコン基板でできた第１の基板１を完成させる。
図７（Ｃ３）は、その状態の平面図である。
リウム水溶液で異方性エッチングすると、図７（Ａ
３），（Ｂ３），（Ｃ３）に示すように、（１１１）面
で囲まれた断面形状ができる。保護膜としてＰｏｌｙ−
Ｓｉ膜を用いた場合は、エッチング開始と同時に、保護
膜が水酸化カリウム水溶液にすぐに溶けるため、エッチ
ング中は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜がマスクとなる。図７（Ａ３）
の溝３は、ノズルに相当する細溝であり、インクリザー
バ４は、ノズルにインクを供給するため一時インクを蓄
えるものであり、シリコン基板１を貫通するようエッチ
ングされ、貫通してできた開口部からインクを供給する
構造になっている。最後に、図７（Ａ３），（Ｂ３）に
示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を加熱した燐酸で全面除去し
て、シリコン基板でできた第１の基板１を完成させる。
図７（Ｃ３）は、その状態の平面図である。
【００３９】図８は、インクジェット記録ヘッドの全体
を示す概略図である。図中、図７と同様な部分には同じ
符号を付して説明を省略する。５は基板、６は厚膜樹脂
層、７はインク滴である。図７で説明した基板１と、例
えば、発熱素子等のインクを噴射するための機能を持つ
第２の基板５とを貼り合わせてインク流路を形成し、個
々のチップに分割したものが図８である。溝３の端面に
よって、ノズル面が五角形であることが特徴である。
を示す概略図である。図中、図７と同様な部分には同じ
符号を付して説明を省略する。５は基板、６は厚膜樹脂
層、７はインク滴である。図７で説明した基板１と、例
えば、発熱素子等のインクを噴射するための機能を持つ
第２の基板５とを貼り合わせてインク流路を形成し、個
々のチップに分割したものが図８である。溝３の端面に
よって、ノズル面が五角形であることが特徴である。
【００４０】上記の実施例で示した、幅５０μｍ、深さ
１０μｍの寸法でできたノズル断面積を従来の三角形で
実現しようとすると、幅が約６９μｍ必要となる。この
ため、接着部が１６μｍと狭くなってしまい接着不良を
起こすことがあるが、この実施例では、接着部は３５μ
ｍであり、十分な接着領域が確保できる。
１０μｍの寸法でできたノズル断面積を従来の三角形で
実現しようとすると、幅が約６９μｍ必要となる。この
ため、接着部が１６μｍと狭くなってしまい接着不良を
起こすことがあるが、この実施例では、接着部は３５μ
ｍであり、十分な接着領域が確保できる。
【００４１】なお、この実施例でも、エッチングマスク
としてＳｉ3 Ｎ4 膜を用いたが、例えば、酸化シリコン
膜（ＳｉＯ2 膜）等エッチング液に耐性のあるものであ
ればこれに限定されるものではなく、エッチング液も水
酸化カリウム水溶液と同様に異方性エッチングできれば
他のものでも構わない。また、エッチングマスクのアン
ダーカットによるクラックを防止するために、図４，図
５で説明した角部のパターンを用いることができること
は明らかなところである。
としてＳｉ3 Ｎ4 膜を用いたが、例えば、酸化シリコン
膜（ＳｉＯ2 膜）等エッチング液に耐性のあるものであ
ればこれに限定されるものではなく、エッチング液も水
酸化カリウム水溶液と同様に異方性エッチングできれば
他のものでも構わない。また、エッチングマスクのアン
ダーカットによるクラックを防止するために、図４，図
５で説明した角部のパターンを用いることができること
は明らかなところである。
【００４２】また、この実施例では、ドライエッチング
法によってシリコン基板に凹部を形成したが、精度よく
同様のパターンが形成できればこれに限定されるもので
はなく、例えば、エキシマレーザーを使った加工や、等
方性のウェットエッチングにより凹部を形成してもよ
い。
法によってシリコン基板に凹部を形成したが、精度よく
同様のパターンが形成できればこれに限定されるもので
はなく、例えば、エキシマレーザーを使った加工や、等
方性のウェットエッチングにより凹部を形成してもよ
い。
【００４３】さらに、この実施例では、１回の異方性エ
ッチングで作製する例を示したが、複数の異なるエッチ
ングマスクを用いて、複数回の異方性エッチングを行な
うことによって、より複雑な断面形状の溝やインクリザ
ーバを形成することができ、この場合でも本実施例の延
長として考えることができる。
ッチングで作製する例を示したが、複数の異なるエッチ
ングマスクを用いて、複数回の異方性エッチングを行な
うことによって、より複雑な断面形状の溝やインクリザ
ーバを形成することができ、この場合でも本実施例の延
長として考えることができる。
【００４４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、エッチングマスクのパターンの角を曲線と
し、または、複数の鈍角で分割することにより、エッチ
ング中のマスクのクラック発生を防止し、不良発生率を
大きく改善できる。また、断面積の大きい溝を形成する
ことができ、十分な接着部を残しているため、不良のな
い高精度なノズルを作製できるという効果がある。
によれば、エッチングマスクのパターンの角を曲線と
し、または、複数の鈍角で分割することにより、エッチ
ング中のマスクのクラック発生を防止し、不良発生率を
大きく改善できる。また、断面積の大きい溝を形成する
ことができ、十分な接着部を残しているため、不良のな
い高精度なノズルを作製できるという効果がある。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方
法の一実施例の説明図である。
法の一実施例の説明図である。
【図２】 インクジェット記録ヘッドの全体を示す概略
図である。
図である。
【図３】 従来のエッチングマスクのマスクパターンの
一部の平面図である。
一部の平面図である。
【図４】 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方
法の第１の実施例におけるエッチングマスクのマスクパ
ターンの一部の平面図である。
法の第１の実施例におけるエッチングマスクのマスクパ
ターンの一部の平面図である。
【図５】 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方
法の第２の実施例におけるエッチングマスクのマスクパ
ターンの一部の平面図である。
法の第２の実施例におけるエッチングマスクのマスクパ
ターンの一部の平面図である。
【図６】 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方
法の第３の実施例の説明図である。
法の第３の実施例の説明図である。
【図７】 本発明のインクジェット記録ヘッドの作成方
法の実施例の説明図である。
法の実施例の説明図である。
【図８】 インクジェット記録ヘッドの全体を示す概略
図である。
図である。
【図９】 本発明の実施例による溝形状の説明図であ
る。
る。
【図１０】 従来の異方性エッチングによる溝の形成方
法の説明図である。
法の説明図である。
【図１１】 異方性エッチングにおけるアンダーカット
の説明図である。
の説明図である。
【図１２】 従来の異方性エッチングによるクラックの
発生の説明図である。
発生の説明図である。
【図１３】 従来のインクジェット記録ヘッドの接着状
況の説明図である。
況の説明図である。
１…シリコン基板、２…エッチングマスク、２ａ…アン
ダーカット領域、３…溝、３ａ，４ａ…凹部、４…イン
クリザーバ、５…基板、６…厚膜樹脂層、７…インク
滴、８…クラック、９…接着剤。
ダーカット領域、３…溝、３ａ，４ａ…凹部、４…イン
クリザーバ、５…基板、６…厚膜樹脂層、７…インク
滴、８…クラック、９…接着剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 雅樹 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社内 (72)発明者 鈴木 雅 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−155030（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−153745（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−247959（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/16 B41J 2/045
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の基板にノズルとなる溝を形成し、
第２の基板と貼り合わせてインクジェット記録ヘッドを
作製するインクジェット記録ヘッドの作製方法におい
て、前記第１の基板をエッチングして前記溝を形成する
際に、角部を曲線もしくは複数の鈍角で分割した形状と
したエッチングマスクを用いてエッチングを行なうこと
を特徴とするインクジェット記録ヘッドの作製方法。 - 【請求項２】 前記第１の基板として表面が（１００）
方位のシリコン基板を用い、結晶方位の違いによるエッ
チング速度の差を利用した異方性エッチングにより前記
溝を形成することを特徴とする請求項１に記載のインク
ジェット記録ヘッドの作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27237094A JP3228028B2 (ja) | 1994-11-07 | 1994-11-07 | インクジェット記録ヘッドの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27237094A JP3228028B2 (ja) | 1994-11-07 | 1994-11-07 | インクジェット記録ヘッドの作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08132628A JPH08132628A (ja) | 1996-05-28 |
| JP3228028B2 true JP3228028B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=17512949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27237094A Expired - Fee Related JP3228028B2 (ja) | 1994-11-07 | 1994-11-07 | インクジェット記録ヘッドの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3228028B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817562C1 (ru) * | 2023-12-05 | 2024-04-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Пьезоэлектрический дозатор |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6488366B1 (en) * | 2001-10-31 | 2002-12-03 | Hewlett-Packard Company | Fluid ejecting device with anchor grooves |
| US7824560B2 (en) | 2006-03-07 | 2010-11-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Manufacturing method for ink jet recording head chip, and manufacturing method for ink jet recording head |
| JP5028112B2 (ja) * | 2006-03-07 | 2012-09-19 | キヤノン株式会社 | インクジェットヘッド用基板の製造方法およびインクジェットヘッド |
| JP4854336B2 (ja) * | 2006-03-07 | 2012-01-18 | キヤノン株式会社 | インクジェットヘッド用基板の製造方法 |
| JP5723109B2 (ja) * | 2010-06-14 | 2015-05-27 | 富士フイルム株式会社 | 液体吐出ヘッドの製造方法 |
| JP5814654B2 (ja) * | 2010-07-27 | 2015-11-17 | キヤノン株式会社 | シリコン基板の加工方法及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
| JP2012210774A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 |
-
1994
- 1994-11-07 JP JP27237094A patent/JP3228028B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817562C1 (ru) * | 2023-12-05 | 2024-04-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Пьезоэлектрический дозатор |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08132628A (ja) | 1996-05-28 |
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Legal Events
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