JP3416467B2 - インクジェットヘッドの製造方法、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリント装置 - Google Patents
インクジェットヘッドの製造方法、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリント装置Info
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Description
「インクジェット」という)プリント方式に用いるプリ
ント液(以下、インクという)の小滴を吐出するための
インクジェットヘッドの製造方法および該方法により得
られるインクジェットヘッドに関する。
ト時における騒音の発生が無視し得る程度に小さく、ま
た、高速記録が可能であり、しかも所謂普通紙にプリン
トが可能で、特別な処理を必要とせずにプリントが行え
るという点で、近年急速に普及しつつあるプリント方式
である。
ェットヘッドの中で、インク吐出に利用されるエネルギ
ーを発生するためのエネルギー発生素子が形成された基
体に対し、垂直方向にインク液滴が吐出される、いわゆ
るサイドシュータ型のインクジェットヘッドが知られて
いる。このサイドシュータ型ヘッドの一構造例では、エ
ネルギー発生素子が設けられた各インク流路にインクを
供給するためのインク供給口を、エネルギー発生素子が
設けられた基板を貫通して形成することが一般的であ
る。このインク供給口の形成方法としてはドリル等の機
械的手段、レーザー等の光エネルギーの使用、あるいは
また化学的なエッチングによる方法などが知られてい
る。
として異方性エッチングによるものが知られている。す
なわち、<100>、<110>面の結晶方位を持つシ
リコン基板(ウエハー)に対して、アルカリ系の化学的
エッチングを行う場合、結晶方位に応じてエッチングの
進行に選択性を生じ、エッチングの深さ(掘り込み)方
向と幅(広がり)方向との間で異方性が得られる。例え
ば<100>面の結晶方位を持つシリコン基板を用いた
場合、エッチングする幅により、深さ方向が幾何学的に
決定されることから、エッチングを開始する開口幅によ
ってインク供給口幅を制御することが可能となる。具体
的には、図2(d)または(e)に示すように、エッチ
ング開始面から深さ方向に54.7°の傾斜で狭くなる
底面が得られる。従って、基板1の厚さとエッチングす
る幅を考慮することで、基板の(エッチング開始面と)
反対面の開口幅、すなわちインク供給口幅の制御が容易
に行えることになる。なお、図2(a)〜(e)におい
て、1は基板、2はエッチング停止膜、3はインク流路
形成用部材をそれぞれ示す。また、4は耐エッチングマ
スク材、5はインク供給口である。
は、概略、強アルカリで比較的長時間行うものであり、
さらに加熱処理を行うため、従来、耐エッチングマスク
材4として、酸化シリコン等の誘電体膜を用いている。
ンの形成は、酸化シリコン等の誘電体膜のパターニング
方法として従来から行われている手法で行うことができ
る。例えば、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合
液によるウエットエッチングによる方法、あるいは反応
ガスによるドライエッチング等が知られている。
始面と反対側の面(表面)にエッチング液が触れること
は問題となるので、保護として、O−リングを用いた治
具、あるいは耐エッチング性のあるゴムレジスト等を用
いて、エッチング液が触れないような手段を講じれば良
い。
チングにおいては、エッチングの進行方向が、深さ(掘
り込み)方向のみならず、幅(広がり)方向にも進行す
るため(以下、サイドエッチングという)、耐エッチン
グマスクである酸化シリコンはひさし状に浮いた状態で
残存することがある(図2(c)または図2(c′)の
符号8を参照)。このようにインク供給口を形成する際
にサイドエッチングにより発生したひさし8は、インク
供給口2を形成したあとの工程である実装、組み立てな
どの記録ヘッド製造工程中において、あるいはインクジ
ェット記録ヘッドとして使用している間などに折れて、
ゴミの発生原因となるおそれがある。
さし」状の酸化シリコン膜8を除去することが考慮され
る。この場合、ひさし状酸化シリコン膜8の除去は、酸
化シリコン膜の他の除去とともに前述のパターニングに
用いた手法と同様の手法によって行うことができる。こ
の場合、この手法に用いるフッ化水素酸とフッ化アンモ
ニウムの混合液が、異方性エッチング開始面と反対側の
面(基板表面)に対して問題となることがある。この場
合は保護として、治具等を用いて前記液やガスが触れな
いような手段を講じるが、この手段は、インク供給口を
形成するための異方性エッチング中に用いる保護手段と
共通に用いれば良い。しかしながら前記手段は、基板裏
面へのエッチング液のしみ込みを防止するため、ウエハ
ーのエッジ部、さらにはエッチング開始面側周囲部にま
で保護を覆う必要がある。このため、異方性エッチング
開始面上の上記保護部材6が覆っている部分の酸化シリ
コン膜は、前記の混合液や反応ガスを用いた除去工程に
おいても除去されずに残ってしまい、この残留部分が後
の工程によって段差を生じさせてしまうことがある。
て次のように説明することができる。
ドを作成する場合、エッチングを開始する側の面と反対
側の面である基板表面側には、インク吐出のためのエネ
ルギー発生素子やオリフィスプレート用部材などが形成
されているため、前述の通りエッチング液が触れること
は問題となる。そこでこのエッチング終了面である基板
1の表面側に少なくとも窒化シリコンを含む膜(メンブ
レン)2を成膜しておき、このメンブレン2で異方性エ
ッチングを停止させる。そして、インク供給口5のエッ
チングによる加工終了後(図2(d)参照)に図2
(e)に示すように、このメンブレン2を基板裏面側か
らCF4 ガスなどの反応ガスを用いたプラズマドライエ
ッチングにより除去する。
に、このメンブレン2の除去工程時に、基板裏面の酸化
シリコン膜が残っていない大部分のシリコン面1Aは、
前述のCF4 ガスによってエッチングされ、このエッチ
ングされた面1Aは、前述の酸化シリコン4が残留しエ
ッチングされない面との間に段差7を生じることにな
る。
の製造工程では、基板の截断、分離工程があるが、この
截断の際に、前述した段差から切削水がまわり込み、ゴ
ミの発生原因となることがある。
であり、その目的とするところは、インク供給口を形成
する際の耐エッチング材マスク層のひさし状に残存した
部分を適切に除去することにより、信頼性の高いインク
ジェットヘッドの製造方法、インクジェットヘッドおよ
びインクジェットプリント装置を提供することにある。
インクを吐出するためのインクジェットヘッドの製造方
法であって、インクジェットヘッドを構成するための基
板であって、異方性エッチングを停止する停止層が一方
の面に形成された基板を用意するステップと、該基板の
前記停止層が形成された面とは反対側の面に、前記異方
性エッチングにより形成する穴に対応したパターンの耐
エッチング材マスク層を形成するステップと、前記異方
性エッチングにより前記基板に前記穴を形成し、前記停
止層で前記異方性エッチングを停止するステップと、前
記異方性エッチングに伴い前記穴にひさし状に残存した
前記耐エッチング材マスク層の部分を、該ひさし状に残
存した部分以外の前記耐エッチング材マスク層の部分を
残しつつ、ウエットエッチングにより全て除去するステ
ップと、エッチングにより前記停止層を除去するステッ
プと、を有することを特徴とする。
を発生するエネルギー発生素子と該エネルギー発生素子
が設けられたインク流路とを基板上に有するインクジェ
ットヘッドであって、前記基板には前記インク流路にイ
ンクを供給するためのインク供給口が形成されており、
前記基板の前記エネルギー発生素子及び前記インク流路
が設けられた側とは反対側の面には前記インク供給口の
箇所に突き出したひさし状の部分をもたない耐エッチン
グ材マスク層が形成されており、前記面の前記インク供
給口以外の部分には前記耐エッチング材マスク層の断面
が現れる段差が形成されていないことを特徴とする。
より基板に穴を形成する際、上記異方性エッチングに伴
い上記穴にひさし状に残存した耐エッチング材マスク層
の部分を、そのひさし状に残存した部分以外の耐エッチ
ング材マスク層の部分を残しつつ、ウエットエッチング
によりに除去するので、上記マスク層の除去工程の後
に、異方性エッチング停止層を除去するためのエッチン
グを行っても、そのエッチングにより上記残ったマスク
層によって基板裏面に侵食を生じないようにすることが
できる。また、その後のヘッド製造工程で上記ひさし状
部材の破損した物や上記侵食によって生じ得る基板裏面
の段差を原因とするゴミがヘッド内を汚染することを防
止することが可能となる。
施形態を詳細に説明する。
態に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す模式図
であり、同図(c′)および(d′)はその工程の一部
の詳細を示す模式図である。
停止層として、少なくとも窒化シリコンを含む膜2を形
成し、さらにこの膜2上にインク吐出のために利用され
る熱エネルギーを発生する発熱素子(不図示)、および
インク流路およびオリフィス(吐出口)を形成するため
の部材3を形成する(図1(a))。
ッチングの耐エッチングマスクとして酸化シリコン膜4
を基板裏面に形成した後、この酸化シリコン膜4を、イ
ンク供給口5のパターンにエッチングする。このエッチ
ング手段としては、公知の手段であるフッ化水素酸とフ
ッ化アンモニウムの混合液による方法や、反応ガスを用
いたドライエッチング方法が一般的である。この場合に
おいて、エッチング手段として上記混合液を用いる場合
には、基板表面にその混合液が触れないよう、さらに、
裏面への混合液のしみ込みを防止するために、ウエハー
のエッジ部および異方性エッチング開始面側周囲部に対
し、耐エッチング性のあるゴムレジストからなる保護膜
で保護する(不図示)。
給口5を形成するために、異方性エッチングを行う。異
方性エッチングの方法としては、アルカリ系のエッチン
グ液であるKOH,NaOH,TMAH等の溶液を用
い、その濃度、処理温度を適切に定めることにより、こ
れに関連してエッチング速度およびエッチング面の平滑
性を適切に定めることができる。
であるシリコン基板1に対して、TMAH22wt%を
80℃の処理温度でエッチングを行った。この場合のエ
ッチング速度は約30〜40μm/hでエッチングを行
った。このときも、基板裏面にエッチング液が触れない
よう保護が必要であるが、前述の酸化シリコン膜エッチ
ング時の保護膜(ゴムレジスト)を共用する。
グの進行方向が、深さ(掘り込み)方向のみならず、幅
(広がり)方向にも進行する、サイドエッチングを生ず
るため、耐エッチングマスクである酸化シリコン4は、
図1(c′)のように、ひさし状に浮いた状態で残存す
ることがある。
グが発生し、その量は、片側で約50〜60μmであっ
た。この時、耐エッチングマスクである酸化シリコン4
は50〜60μmの長さで「ひさし」状に残る。
の除去を伴う酸化シリコン膜4の除去を行う。除去方法
としては、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液
によるウエットエッチングにて行う。ここで「ひさし」
をウエットエッチングにて除去する場合には、通常のエ
ッチングと異なり、エッチング液がひさしの表裏両面か
らアタックできるため、通常のエッチング時間の約半分
の時間で除去することができる。
コン膜4の除去を、フッ酸/フッ化アンモニウム=1/
10の混合液を用いて、常温にて行った。通常、上記の
条件では、シリコン膜4は12分で完全に除去される
が、「ひさし」部は約半分の6分で除去することができ
る(図1(d)および(d′))。すなわち、本実施形
態では、耐エッチングマスクである酸化シリコン4のひ
さし8の除去に十分な6分間のみ除去処理を行い、ひさ
し8以外の酸化シリコン膜4は厚さ3500Å残すよう
にした。
グの停止層である窒化シリコンからなるメンブレン2を
プラズマドライエッチングにより除去した(図1
(e))。条件は出力0.8kW、圧力0.2Tor
r、ガス流量はCF4 :300sccm、O2 :150
sccm、N2 :50sccmであり、40分間のエッ
チングを行った。この時の基板1の裏面は、酸化シリコ
ン膜4が存在することにより全くエッチングされなかっ
た。この結果、その後、表面保護のゴムレジストを剥離
し、ウエハーを切断、分離した際にも、切削水がインク
流路内などにまわり込むことはなかった。
は、基板1の裏面の酸化シリコン4の除去を上記実施形
態と同様の条件にて12分間行い(図2(d))、さら
にメンブレン2の除去を同条件にて行ったところ(図2
(d))、さらにメンブレン2の除去を同条件にて行っ
たところ(図2(e))、シリコン基板1がエッチング
され、ウエハーの周囲部のゴムレジスト6で保護された
部分とそれ以外の部分とで、約6μmの段差を生じた
(図2(e′))。そして、このウエハーを切断、分離
したところ、ダイシングテープと基板との間から切削水
がまわり込み、インク流路内などにゴミが入り込んだこ
とが検出された。
ェットヘッドにより、純水/ジエチレングリコール/イ
ソプロピルアルコール/尿素/黒色染料フードブラック
2=74.5/15/5/3/2.5からなるインク液
を用いて、プリントを行ったところ、高品位なプリント
結果を得ることができた。
ンク固着を防止する目的で、保湿材として尿素を添加し
ているが、この尿素は経時的に分解し、インクは弱アル
カリ性を呈する。しかし、上記のように得られたインク
ジェットヘッドのインク供給口の壁面はその異方性によ
りエッチングされにくい面が残っており、また、基板裏
面は酸化シリコン膜が残留していることから、弱アルカ
リインク中へのシリコンの溶出はほとんど認められず、
従って溶出シリコンによるコゲも防止することができ
た。さらにゴミの発生は、ほとんど認められなかった。
レーザー等を用いてオリフィスを形成する工程など、イ
ンクジェットヘッドが完成するまでの工程は公知のもの
であり、従ってその図示および説明は省略する。
れたインクジェットヘッドを用いたインクジェットプリ
ント装置の一例を示す概略斜視図である。
て、キャリッジ101は、互いに平行に延在する2本の
ガイド軸104および105と摺動可能に係合する。こ
れにより、キャリッジ101は、駆動用モータおよびそ
の駆動力を伝達するベルト等の駆動力伝達機構(いずれ
も不図示)により、ガイド軸104および105に沿っ
て移動することができる。キャリッジ101には、上述
のようにして得られたインクジェットヘッドと、このヘ
ッドで用いられるインクを収納するインク容器としての
インクタンクとを有するインクジェットユニット103
が搭載される。
を吐出するためのヘッドおよびこれに供給されるインク
を収納する容器としてのタンクからなる。すなわち、ブ
ラック(Bk),シアン(C),マゼンタ(M)および
イエロー(Y)の4色の各インクをそれぞれ吐出する4
個のヘッドおよびこれらのそれぞれに対応して設けられ
るタンクがインクジェットユニット103としてキャリ
ッジ101上に搭載される。各ヘッドとタンクとは相互
に着脱可能なものであり、タンク内のインクが無くなっ
た場合等、必要に応じて個々のインク色等毎にタンクの
みを交換できるよう設けられている。また、ヘッドのみ
を必要に応じて交換できることは勿論である。なお、ヘ
ッドおよびタンクの着脱の構成は、上記の例に限られ
ず、ヘッドとタンクが一体に成形された構成としてもよ
いことは勿論である。
の前端部に設けられる挿入口111から挿入され、最終
的にその搬送方向が反転され、送りローラ109によっ
て上記キャリッジ101の移動領域の下部に搬送され
る。これにより、キャリッジ101に搭載されたヘッド
からその移動に伴ってプラテン108によって支持され
た用紙106上のプリント領域にプリントがなされる。
動に伴うヘッドの吐出口配列の幅に対応した幅のプリン
トと用紙106の送りとを交互に繰り返しながら、用紙
106全体にプリントがなされ、用紙106は装置前方
に排出される。
には、キャリッジ101上の各ヘッドとそれらの下部に
おいて対向可能な回復系ユニット110が設けられ、こ
れにより被記録時等に各ヘッドの吐出口をキャップする
動作や各ヘッドの吐出口からインクを吸引する等の動作
を行うことができる。また、この左端部の所定位置はヘ
ッドのホームポジションとして設定される。
素子を備えた操作部107が設けられる。ここにおける
スイッチは装置電源のオン/オフや各種プリントモード
の設定時等に使用され、表示素子は装置の各種状態を表
示する役割をする。
異方性エッチングにより基板に穴を形成する際、上記異
方性エッチングに伴い上記穴にひさし状に残存した耐エ
ッチング材マスク層の部分を、そのひさし状に残存した
部分以外の耐エッチング材マスク層の部分を残しつつ、
ウエットエッチングによりに除去するので、上記マスク
層の除去工程の後に、異方性エッチング停止層を除去す
るためのエッチングを行っても、そのエッチングにより
上記残ったマスク層によって基板裏面に侵食を生じない
ようにすることができる。この結果、さらに後のヘッド
製造工程で上記ひさし状部材の破損した物や上記侵食に
よって生じ得る基板裏面の段差を原因とするゴミがヘッ
ド内を汚染することを防止することが可能となる。
ルカリ性を呈するものを使用した場合にも、残存する酸
化シリコン膜により、弱アルカリインク中へのシリコン
の溶出が抑えられ、溶出シリコンによるコゲの発生を防
止することができる。
後インクジェット記録ヘッドとして組み立てる際に、イ
ンク供給部材との接着を酸化シリコン面と安定的に行う
ことができる。
高品位なプリントが可能なインクジェットヘッドを得る
ことができた。
発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工
程を示す模式図である。
ンクジェットヘッドの製造方法の一従来例を示す模式図
である。
ジェットヘッドを用いることができるインクジェットプ
リント装置を示す概略斜視図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 インクを吐出するためのインクジェット
ヘッドの製造方法であって、 インクジェットヘッドを構成するための基板であって、
異方性エッチングを停止する停止層が一方の面に形成さ
れた基板を用意するステップと、 該基板の前記停止層が形成された面とは反対側の面に、
前記異方性エッチングにより形成する穴に対応したパタ
ーンの耐エッチング材マスク層を形成するステップと、前記 異方性エッチングにより前記基板に前記穴を形成
し、前記停止層で前記異方性エッチングを停止するステ
ップと、前記異方性エッチングに伴い前記穴にひさし状に残存し
た 前記耐エッチング材マスク層の部分を、該ひさし状に
残存した部分以外の前記耐エッチング材マスク層の部分
を残しつつ、ウエットエッチングにより全て除去するス
テップと、エッチングにより前記停止層を除去するステップと、 を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造
方法。 - 【請求項2】 前記基板には、インクを吐出するために
利用される熱エネルギーを発生する発熱素子が形成され
たことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法。 - 【請求項3】 前記インクジェットヘッドは、前記基板
に対して垂直な方向にインクを吐出する構造であること
を特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット
ヘッドの製造方法。 - 【請求項4】 前記耐エッチング材マスク層は酸化シリ
コンを用いて形成されることを特徴とする請求項1ない
し3のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方
法。 - 【請求項5】 前記耐エッチング材マスク層を除去する
ステップでは、当該除去を、フッ化水素酸とフッ化アン
モニウムの混合液によるウエットエッチングにより行う
ことを特徴とする請求項4に記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項6】 前記基板はシリコンからなり、該シリコ
ンの結晶面方位が<100>面あるいは<110>面で
あることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記
載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項7】 前記インクジェットヘッドはインクを吐
出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子
と該エネルギー発生素子が設けられたインク流路とを前
記基板上に有し、前記穴が前記インク流路にインクを供
給するためのインク供給口であることを特徴とする請求
項1ないし6のいずれかに記載のインクジェットヘッド
の製造方法。 - 【請求項8】 請求項7記載のインクジェットヘッドの
製造方法によって製造されたインクジェットヘッドであ
って、前記基板の前記エネルギー発生素子及び前記イン
ク流路が設けられた側とは反対側の面に前記耐エッチン
グ材マスク層を有することを特徴とするインクジェット
ヘッド。 - 【請求項9】 インクを吐出するためのエネルギーを発
生するエネルギー発生素子と該エネルギー発生素子が設
けられたインク流路とを基板上に有するインクジェット
ヘッドであって、前記基板には前記インク流路にインク
を供給するためのインク供給口が形成されており、前記
基板の前記エネルギー発生素子及び前記インク流路が設
けられた側とは反対側の面には前記インク供給口の箇所
に突き出したひさし状の部分をもたない耐エッチング材
マスク層が形成されており、前記面の前記インク供給口
以外の部分には前記耐エッチング材マスク層の断面が現
れる段差が形成されていないことを特徴とするインクジ
ェットヘッド。 - 【請求項10】 前記エネルギー発生素子が、インクを
吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱
素子であることを特徴とする請求項9に記載のインクジ
ェットヘッド。 - 【請求項11】 前記インクジェットヘッドは、前記基
板に対して垂直な方向にインクを吐出する構造であるこ
とを特徴とする請求項9または10に記載のインクジェ
ットヘッド。 - 【請求項12】 前記耐エッチング材マスク層は酸化シ
リコンを用いて形成されることを特徴とする請求項9な
いし11のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項13】 前記基板はシリコンからなり、該シリ
コンの結晶面方位が<100>面あるいは<110>面
であることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか
に記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項14】 請求項9ないし12のいずれかに記載
のインクジェットプリントヘッドを用いてプリント媒体
にインクを吐出してプリントを行うインクジェットプリ
ント装置。
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