JPH10181010A - インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法Info
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- JPH10181010A JPH10181010A JP8306373A JP30637396A JPH10181010A JP H10181010 A JPH10181010 A JP H10181010A JP 8306373 A JP8306373 A JP 8306373A JP 30637396 A JP30637396 A JP 30637396A JP H10181010 A JPH10181010 A JP H10181010A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 クロストークがなく、ウェハの大面積化が可
能なインクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法
の提供。 【解決手段】 加圧室基板１の一方の面に複数の加圧室
１０６が設けられたインクジェットプリンタヘッドであ
って、加圧室基板１の加圧室１０６を設けた面と反対側
の面における加圧室と相対する位置に溝１０８が形成さ
れ、当該溝１０８内には、加圧室内のインクを加圧する
振動板膜１０２と、振動板膜１０２上に圧電体膜が上下
電極で挟まれた圧電体薄膜素子（１０３〜１０５）と、
が形成されている。少なくとも上部電極１０５の幅は、
加圧室の幅より狭く形成されている。
能なインクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法
の提供。 【解決手段】 加圧室基板１の一方の面に複数の加圧室
１０６が設けられたインクジェットプリンタヘッドであ
って、加圧室基板１の加圧室１０６を設けた面と反対側
の面における加圧室と相対する位置に溝１０８が形成さ
れ、当該溝１０８内には、加圧室内のインクを加圧する
振動板膜１０２と、振動板膜１０２上に圧電体膜が上下
電極で挟まれた圧電体薄膜素子（１０３〜１０５）と、
が形成されている。少なくとも上部電極１０５の幅は、
加圧室の幅より狭く形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクをノズルか
ら噴射して記録用紙にドットを形成させるオンデマンド
方式のインクジェットプリンタヘッドに係り、特に、圧
電体に電気的エネルギーを与え、振動板を変位させるこ
とによって、インクが溜められた加圧室に圧力を加え、
インク噴射を行う圧電方式のインクジェットプリンタヘ
ッドとその製造方法に関する。
ら噴射して記録用紙にドットを形成させるオンデマンド
方式のインクジェットプリンタヘッドに係り、特に、圧
電体に電気的エネルギーを与え、振動板を変位させるこ
とによって、インクが溜められた加圧室に圧力を加え、
インク噴射を行う圧電方式のインクジェットプリンタヘ
ッドとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明にかかわる従来技術として、例え
ば米国特許第５２６５３１５号明細書に、薄膜圧電体素
子を用いたインクジェットプリンタヘッドの構造が開示
されている。
ば米国特許第５２６５３１５号明細書に、薄膜圧電体素
子を用いたインクジェットプリンタヘッドの構造が開示
されている。
【０００３】図２０に、従来のインクジェットプリンタ
ヘッドの主要部断面図を示す 。この断面図は、細長い
形状の加圧室の幅方向に、インクジェットプリンタヘッ
ドの主要部を切断した様子を示す。
ヘッドの主要部断面図を示す 。この断面図は、細長い
形状の加圧室の幅方向に、インクジェットプリンタヘッ
ドの主要部を切断した様子を示す。
【０００４】インクジェットプリンタヘッドの主要部
は、加圧室基板５００とノズル基板５０８を張り合わせ
た構造となっている。加圧室基板５００は、厚み約１５
０μｍのシリコン単結晶基板５０１上に、振動板膜５０
２、下部電極５０３、圧電体膜５０４、および上部電極
５０５が順次形成されている。シリコン単結晶基板５０
１には、加圧室５０６ａ〜ｃが、シリコン単結晶基板５
０１の厚み方向に貫通するようにエッチング加工されて
形成されている。ノズル形成基板５０８の各加圧室５０
６ａ〜ｃに対応する位置には、ノズル５０９ａ〜ｃが設
けられている。
は、加圧室基板５００とノズル基板５０８を張り合わせ
た構造となっている。加圧室基板５００は、厚み約１５
０μｍのシリコン単結晶基板５０１上に、振動板膜５０
２、下部電極５０３、圧電体膜５０４、および上部電極
５０５が順次形成されている。シリコン単結晶基板５０
１には、加圧室５０６ａ〜ｃが、シリコン単結晶基板５
０１の厚み方向に貫通するようにエッチング加工されて
形成されている。ノズル形成基板５０８の各加圧室５０
６ａ〜ｃに対応する位置には、ノズル５０９ａ〜ｃが設
けられている。
【０００５】このようなインクジェットプリンタヘッド
の製造技術は、米国特許第５２６５３１５号明細書等に
示されている。加圧室基板の製造工程では、まず厚さ１
５０μｍ程度の厚さのシリコン単結晶基板（ウェハ）
を、個々の加圧室基板を設けるための単位領域に区分け
する。ウェハの一方の面には、加圧室に圧力を加えるた
めの可撓性のある振動板膜が設けられる。さらにこの振
動板膜上の加圧室に対応する位置には、圧力を発生する
圧電体膜がスパッタ法やゾルゲル法等の薄膜製法により
一体的に形成される。ウェハの他方の面には、レジスト
マスクの形成、エッチングを繰り返し、幅が１３０μｍ
でウェハの厚みと同じ高さを有する側壁で各々が仕切ら
れた加圧室の集合が形成される。これらの製法により、
例えば、従来のインクジェットプリンタヘッドでは、加
圧室５０６ａ〜ｃの幅が１７０μｍとし、解像度約９０
ｄｐｉ（ドット・パー・インチ）のノズル５０９の列
を、記録用紙に３３．７度の角度で向けることにより、
３００ｄｐｉの印字記録密度を達成していた。
の製造技術は、米国特許第５２６５３１５号明細書等に
示されている。加圧室基板の製造工程では、まず厚さ１
５０μｍ程度の厚さのシリコン単結晶基板（ウェハ）
を、個々の加圧室基板を設けるための単位領域に区分け
する。ウェハの一方の面には、加圧室に圧力を加えるた
めの可撓性のある振動板膜が設けられる。さらにこの振
動板膜上の加圧室に対応する位置には、圧力を発生する
圧電体膜がスパッタ法やゾルゲル法等の薄膜製法により
一体的に形成される。ウェハの他方の面には、レジスト
マスクの形成、エッチングを繰り返し、幅が１３０μｍ
でウェハの厚みと同じ高さを有する側壁で各々が仕切ら
れた加圧室の集合が形成される。これらの製法により、
例えば、従来のインクジェットプリンタヘッドでは、加
圧室５０６ａ〜ｃの幅が１７０μｍとし、解像度約９０
ｄｐｉ（ドット・パー・インチ）のノズル５０９の列
を、記録用紙に３３．７度の角度で向けることにより、
３００ｄｐｉの印字記録密度を達成していた。
【０００６】図２１に、前記従来のインクジェットプリ
ンタヘッドの動作原理の説明図を示す。同図は、図２０
で示したインクジェットプリンタヘッドの主要部に対す
る電気的な接続関係を示したものである。駆動電圧源５
１３の一方の電極は、配線５１４を介し、インクジェッ
トプリンタヘッドの下部電極５０３に接続される。駆動
電圧源５１３の他方の電極は、配線５１５およびスイッ
チ５１６ａ〜ｃを介して、各加圧室５０６ａ〜ｃに対応
する上部電極５０５に接続される。
ンタヘッドの動作原理の説明図を示す。同図は、図２０
で示したインクジェットプリンタヘッドの主要部に対す
る電気的な接続関係を示したものである。駆動電圧源５
１３の一方の電極は、配線５１４を介し、インクジェッ
トプリンタヘッドの下部電極５０３に接続される。駆動
電圧源５１３の他方の電極は、配線５１５およびスイッ
チ５１６ａ〜ｃを介して、各加圧室５０６ａ〜ｃに対応
する上部電極５０５に接続される。
【０００７】同図では、加圧室５０６ｂのスイッチ５１
６ｂのみが閉じられ、他のスイッチ５１６ａ、ｃが開放
されている。スイッチ５１６が開いている加圧室５０６
ｃは、インク吐出の待機時を示す。吐出時には、スイッ
チ５１６が閉じられる（５１６ｂ）。電圧は、矢印Aに
示す圧電体膜５０４の分極方向と同極性、換言すると分
極時の印加電圧の極性と同じように電圧が印加される。
圧電体膜５０４は、厚み方向に膨張すると共に、厚み方
向と垂直な方向に収縮する。この収縮で圧電体膜５０４
と振動板膜５０２の界面に圧縮の剪断応力が働き、振動
板膜５０２および圧電体膜５０４は同図の下方向にたわ
む。このたわみにより、加圧室５０６ｂの体積が減少し
ノズル５０９ｂからインク滴５１２が飛び出す。その後
再びスイッチ５１６を開くと（５１６ａ）、たわんでい
た振動板膜５０２等が復元し、加圧室体積の膨張によ
り、図示しないインク供給路より加圧室５０６ａへイン
クが充填される。
６ｂのみが閉じられ、他のスイッチ５１６ａ、ｃが開放
されている。スイッチ５１６が開いている加圧室５０６
ｃは、インク吐出の待機時を示す。吐出時には、スイッ
チ５１６が閉じられる（５１６ｂ）。電圧は、矢印Aに
示す圧電体膜５０４の分極方向と同極性、換言すると分
極時の印加電圧の極性と同じように電圧が印加される。
圧電体膜５０４は、厚み方向に膨張すると共に、厚み方
向と垂直な方向に収縮する。この収縮で圧電体膜５０４
と振動板膜５０２の界面に圧縮の剪断応力が働き、振動
板膜５０２および圧電体膜５０４は同図の下方向にたわ
む。このたわみにより、加圧室５０６ｂの体積が減少し
ノズル５０９ｂからインク滴５１２が飛び出す。その後
再びスイッチ５１６を開くと（５１６ａ）、たわんでい
た振動板膜５０２等が復元し、加圧室体積の膨張によ
り、図示しないインク供給路より加圧室５０６ａへイン
クが充填される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の構造にて、印字記録密度を向上するためには、以下の
ような問題点を有していた。
の構造にて、印字記録密度を向上するためには、以下の
ような問題点を有していた。
【０００９】その第１点として、記録密度を向上するこ
とが困難であった。インクジェットプリンタ装置に対し
ては、高精細に印字する要求が日々高まってきている。
この目的に対応するためには、インクジェットプリンタ
ヘッドの一つのノズルから噴射するインク量を少なく
し、ノズルを高密度化することが必要不可欠となる。ノ
ズルをスキャン方向に傾ければ、更に印字密度が向上す
る。加圧室とノズルのピッチは等しい為、高精細印字を
達成するためには、加圧室を高密度化して集積する必要
がある。例えば、解像度１８０ｄｐｉのインクジェット
プリンタヘッドでは、約１４０μｍの加圧室のピッチが
必要である。すなわち、インク噴射圧力、噴射量の最適
化計算を行うと、加圧室の幅を約１００μｍ、加圧室の
側壁の厚みを約４０μｍとするのが理想的である。
とが困難であった。インクジェットプリンタ装置に対し
ては、高精細に印字する要求が日々高まってきている。
この目的に対応するためには、インクジェットプリンタ
ヘッドの一つのノズルから噴射するインク量を少なく
し、ノズルを高密度化することが必要不可欠となる。ノ
ズルをスキャン方向に傾ければ、更に印字密度が向上す
る。加圧室とノズルのピッチは等しい為、高精細印字を
達成するためには、加圧室を高密度化して集積する必要
がある。例えば、解像度１８０ｄｐｉのインクジェット
プリンタヘッドでは、約１４０μｍの加圧室のピッチが
必要である。すなわち、インク噴射圧力、噴射量の最適
化計算を行うと、加圧室の幅を約１００μｍ、加圧室の
側壁の厚みを約４０μｍとするのが理想的である。
【００１０】ところが、加圧室の側壁には構造上の制約
がある。すなわち、一の加圧室に圧力が加えられた際、
側壁の高さがその幅に比べあまりに高いと側壁の鋼性が
不足する。側壁の鋼性が不足すると、側壁がたわみ、本
来インクを噴射させるべきでない隣の加圧室からもイン
クが発射される（以下この現象を「クロストーク」とい
う）。例えば、図２１に示すように、加圧室５０６ｂに
圧力が加えられると、側壁５０７ａ、ｂの鋼性が不足し
ているため、側壁がＢの方向にたわむ。すると加圧室５
０６ａ、ｃの圧力も上がるため、ノズル５０９ａ、ｃか
らもインクが吐出してしまう。この現象は、インクジェ
ットプリンタヘッドの解像度を高めれば、高めるほど壁
の厚みが薄くなるため顕著になってくる。
がある。すなわち、一の加圧室に圧力が加えられた際、
側壁の高さがその幅に比べあまりに高いと側壁の鋼性が
不足する。側壁の鋼性が不足すると、側壁がたわみ、本
来インクを噴射させるべきでない隣の加圧室からもイン
クが発射される（以下この現象を「クロストーク」とい
う）。例えば、図２１に示すように、加圧室５０６ｂに
圧力が加えられると、側壁５０７ａ、ｂの鋼性が不足し
ているため、側壁がＢの方向にたわむ。すると加圧室５
０６ａ、ｃの圧力も上がるため、ノズル５０９ａ、ｃか
らもインクが吐出してしまう。この現象は、インクジェ
ットプリンタヘッドの解像度を高めれば、高めるほど壁
の厚みが薄くなるため顕著になってくる。
【００１１】クロストークを防止するためには、側壁の
厚さを厚くすればよい。しかし、インクジェットプリン
タヘッドの解像度を高めるという需要に応じるために
は、側壁の厚さをあまり厚くすることができない。
厚さを厚くすればよい。しかし、インクジェットプリン
タヘッドの解像度を高めるという需要に応じるために
は、側壁の厚さをあまり厚くすることができない。
【００１２】一方、側壁の高さを側壁の厚さに比べ低く
してもクロストークを防止できる。ところが、製造工程
においてウェハを安全に取り扱うためには、ウェハ全体
に十分な機械的強度が要求されるため、ウェハには一定
の厚さが必要である。例えば直径４インチφのシリコン
基板の場合、１５０μｍよりウェハの厚みを薄くする
と、ウェハがたわんだり、製造工程中の取扱いが非常に
困難になるのである。
してもクロストークを防止できる。ところが、製造工程
においてウェハを安全に取り扱うためには、ウェハ全体
に十分な機械的強度が要求されるため、ウェハには一定
の厚さが必要である。例えば直径４インチφのシリコン
基板の場合、１５０μｍよりウェハの厚みを薄くする
と、ウェハがたわんだり、製造工程中の取扱いが非常に
困難になるのである。
【００１３】したがって、解像度を向上させつつ側壁の
鋼性を確保し、クロストークを防止するのが困難であっ
た。
鋼性を確保し、クロストークを防止するのが困難であっ
た。
【００１４】第２点として、工業的に、安価に、インク
ジェットプリンタヘッドを作成することが困難であっ
た。インクジェットプリンタヘッドの単価を下げるに
は、ウェハを大面積化（例えば直径６、あるいは８イン
チφ）し、一時に形成できる加圧室基板の数を増やせば
よい。ところが、上述したように、ウェハの面積を大き
くするほど、必要なウェハ自体の機械的強度を得るため
にウェハの厚みを厚くする必要がある。ウェハの厚みを
厚くすれば、上述したように、クロストークを防止する
ことができなくなるのである。
ジェットプリンタヘッドを作成することが困難であっ
た。インクジェットプリンタヘッドの単価を下げるに
は、ウェハを大面積化（例えば直径６、あるいは８イン
チφ）し、一時に形成できる加圧室基板の数を増やせば
よい。ところが、上述したように、ウェハの面積を大き
くするほど、必要なウェハ自体の機械的強度を得るため
にウェハの厚みを厚くする必要がある。ウェハの厚みを
厚くすれば、上述したように、クロストークを防止する
ことができなくなるのである。
【００１５】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の第１
の目的は、加圧室側壁の剛性を高め、クロストークを防
止できるインクジェットプリンタヘッドおよびその製造
方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的
は、シリコン単結晶基板の大面積化が可能なインクジェ
ットプリンタヘッドの製造方法を提供することである。
の目的は、加圧室側壁の剛性を高め、クロストークを防
止できるインクジェットプリンタヘッドおよびその製造
方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的
は、シリコン単結晶基板の大面積化が可能なインクジェ
ットプリンタヘッドの製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、加圧室基板の一方の面に複数の加圧室が設けられた
インクジェットプリンタヘッドに適用される。加圧室基
板の加圧室を設けた面と反対側の面における加圧室と相
対する位置には、溝が形成される。溝内には、加圧室内
のインクを加圧する振動板膜と、振動板膜上に圧電体膜
が上下電極で挟まれた圧電体薄膜素子と、が形成されて
いる。少なくとも上部電極の幅は、加圧室の幅より狭く
形成されている。
は、加圧室基板の一方の面に複数の加圧室が設けられた
インクジェットプリンタヘッドに適用される。加圧室基
板の加圧室を設けた面と反対側の面における加圧室と相
対する位置には、溝が形成される。溝内には、加圧室内
のインクを加圧する振動板膜と、振動板膜上に圧電体膜
が上下電極で挟まれた圧電体薄膜素子と、が形成されて
いる。少なくとも上部電極の幅は、加圧室の幅より狭く
形成されている。
【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板が、面方位
（１００）のシリコン単結晶基板であって、複数の加圧
室の間を仕切る側壁の壁面が、加圧室の底面と鈍角をな
し、側壁の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１１１）
面からなる。
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板が、面方位
（１００）のシリコン単結晶基板であって、複数の加圧
室の間を仕切る側壁の壁面が、加圧室の底面と鈍角をな
し、側壁の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１１１）
面からなる。
【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の加圧室を設
けた面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面
と鈍角をなし、溝の壁面がシリコン単結晶基板の（１１
１）面からなる。
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の加圧室を設
けた面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面
と鈍角をなし、溝の壁面がシリコン単結晶基板の（１１
１）面からなる。
【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板が、面方位
（１１０）のシリコン単結晶基板であって、複数の加圧
室の間を仕切る側壁の壁面が、加圧室の底面と略直角を
なし、側壁の壁面がシリコン単結晶基板の（１１１）面
からなる。
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板が、面方位
（１１０）のシリコン単結晶基板であって、複数の加圧
室の間を仕切る側壁の壁面が、加圧室の底面と略直角を
なし、側壁の壁面がシリコン単結晶基板の（１１１）面
からなる。
【００２０】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の加圧室を設
けた面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面
と略直角をなし、溝の壁面が当該シリコン単結晶基板の
（１１１）面からなる。
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の加圧室を設
けた面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面
と略直角をなし、溝の壁面が当該シリコン単結晶基板の
（１１１）面からなる。
【００２１】請求項６に記載の発明は、請求項４に記載
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の加圧室を設
けた面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面
と鈍角をなすことである。
の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の加圧室を設
けた面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面
と鈍角をなすことである。
【００２２】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請
求項６のいずれかに記載の発明の望ましい態様であり、
下部電極が振動板膜を兼ねることである。
求項６のいずれかに記載の発明の望ましい態様であり、
下部電極が振動板膜を兼ねることである。
【００２３】請求項８に記載の発明は、シリコン単結晶
基板の一方の面に複数の溝を形成する工程と、溝の底面
に、振動板膜を形成する工程と、振動板膜上に、圧電体
膜が上部電極および下部電極で挟まれた圧電体薄膜素子
を形成する工程と、シリコン単結晶基板の反対側の面に
おける溝の底面と相対する位置に、加圧室を形成する工
程とを含む。
基板の一方の面に複数の溝を形成する工程と、溝の底面
に、振動板膜を形成する工程と、振動板膜上に、圧電体
膜が上部電極および下部電極で挟まれた圧電体薄膜素子
を形成する工程と、シリコン単結晶基板の反対側の面に
おける溝の底面と相対する位置に、加圧室を形成する工
程とを含む。
【００２４】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の発明の望ましい態様であり、圧電体薄膜素子を形成す
る工程は、下部電極を形成する工程と、下部電極の上に
前記圧電体膜を形成する工程と、圧電体膜の上に上部電
極を形成する工程と、上部電極の一部を除去することに
より、有効な当該上部電極の幅を加圧室の幅より狭くす
る工程とからなる。
の発明の望ましい態様であり、圧電体薄膜素子を形成す
る工程は、下部電極を形成する工程と、下部電極の上に
前記圧電体膜を形成する工程と、圧電体膜の上に上部電
極を形成する工程と、上部電極の一部を除去することに
より、有効な当該上部電極の幅を加圧室の幅より狭くす
る工程とからなる。
【００２５】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記
載の発明の望ましい態様であり、圧電体膜を形成する工
程は、圧電体膜前駆体を形成する工程と、酸素を含む雰
囲気中で熱処理を行うことにより、圧電体膜前駆体を圧
電体膜に変換する工程とからなる。
載の発明の望ましい態様であり、圧電体膜を形成する工
程は、圧電体膜前駆体を形成する工程と、酸素を含む雰
囲気中で熱処理を行うことにより、圧電体膜前駆体を圧
電体膜に変換する工程とからなる。
【００２６】請求項１１に記載の発明は、請求項９に記
載の発明の望ましい態様であり、上部電極の一部を除去
することにより、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より
狭くする工程は、残したい上部電極の領域上に、エッチ
ングに対するマスクとなるエッチングマスク材のパター
ンを形成する工程と、エッチングマスク材で被われてい
ない上部電極領域を、エッチングにより除去する工程と
からなる。
載の発明の望ましい態様であり、上部電極の一部を除去
することにより、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より
狭くする工程は、残したい上部電極の領域上に、エッチ
ングに対するマスクとなるエッチングマスク材のパター
ンを形成する工程と、エッチングマスク材で被われてい
ない上部電極領域を、エッチングにより除去する工程と
からなる。
【００２７】請求項１２に記載の発明は、請求項９に記
載の発明の望ましい態様であり、上部電極の一部を除去
することにより、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より
狭くする工程は、上部電極の除去したい領域にレーザを
照射して、上部電極の一部を除去する工程からなる。
載の発明の望ましい態様であり、上部電極の一部を除去
することにより、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より
狭くする工程は、上部電極の除去したい領域にレーザを
照射して、上部電極の一部を除去する工程からなる。
【００２８】請求項１３に記載の発明は、加圧室基板の
一方の面に複数の加圧室が設けられたインクジェットプ
リンタヘッドに適用される。加圧室基板は、加圧室基板
の一方の面に周辺領域を残して凹部が形成され、この凹
部が形成された凹部領域にさらに加圧室が複数設けられ
る。これによって、周辺領域における加圧室基板の厚さ
が、複数の加圧室の間を隔てる側壁の高さより厚く形成
されている。
一方の面に複数の加圧室が設けられたインクジェットプ
リンタヘッドに適用される。加圧室基板は、加圧室基板
の一方の面に周辺領域を残して凹部が形成され、この凹
部が形成された凹部領域にさらに加圧室が複数設けられ
る。これによって、周辺領域における加圧室基板の厚さ
が、複数の加圧室の間を隔てる側壁の高さより厚く形成
されている。
【００２９】この発明によれば、各単位領域には厚みの
ある周辺領域が格子のように残されることになるので、
加圧室基板が形成されたシリコン単結晶基板であっても
基板自体の強度が高い。このことは、製造工程における
取り扱いを容易にする。また、本発明によればシリコン
単結晶基板の機械的強度を高くすることができるので、
基板を大面積化して、より多くの加圧室基板を設けるこ
とができる。
ある周辺領域が格子のように残されることになるので、
加圧室基板が形成されたシリコン単結晶基板であっても
基板自体の強度が高い。このことは、製造工程における
取り扱いを容易にする。また、本発明によればシリコン
単結晶基板の機械的強度を高くすることができるので、
基板を大面積化して、より多くの加圧室基板を設けるこ
とができる。
【００３０】請求項１４に記載の発明は、請求項１３に
記載の発明の望ましい態様であり、凹部領域にノズル板
が嵌着されてなる。
記載の発明の望ましい態様であり、凹部領域にノズル板
が嵌着されてなる。
【００３１】請求項１５に記載の発明は、請求項１３に
記載の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の一方の
面に複数の加圧室が設けられたインクジェットプリンタ
ヘッドであって、加圧室基板の加圧室が設けられた一方
の面に係止部が形成され、一方の面に貼り合わせられる
ノズル板には、加圧室基板の係止部が係止する被係止部
が設けられている。
記載の発明の望ましい態様であり、加圧室基板の一方の
面に複数の加圧室が設けられたインクジェットプリンタ
ヘッドであって、加圧室基板の加圧室が設けられた一方
の面に係止部が形成され、一方の面に貼り合わせられる
ノズル板には、加圧室基板の係止部が係止する被係止部
が設けられている。
【００３２】請求項１６に記載の発明は、請求項１３に
記載の発明の望ましい態様であり、周辺領域における加
圧室基板の厚さと加圧室の間を隔てる側壁の高さとの差
dが、凹部領域と周辺領域との境界から、この境界に直
近の加圧室の側壁までの距離gと、g≧dという関係を有
する。
記載の発明の望ましい態様であり、周辺領域における加
圧室基板の厚さと加圧室の間を隔てる側壁の高さとの差
dが、凹部領域と周辺領域との境界から、この境界に直
近の加圧室の側壁までの距離gと、g≧dという関係を有
する。
【００３３】請求項１７に記載の発明は、一方の面に複
数の加圧室が設けられた加圧室基板を、シリコン単結晶
基板に複数形成するインクジェットプリンタヘッドの製
造方法であって、シリコン単結晶基板を、加圧室基板を
形成するための単位領域に区分けし、加圧室基板の加圧
室を設ける面には、単位領域ごとに、その周辺に周辺領
域を残して凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工
程により凹部を形成した凹部領域に、さらに加圧室を形
成し、周辺領域における加圧室基板の厚さを、複数の加
圧室の間を隔てる側壁の高さより厚くする加圧室形成工
程と、を備えて構成される。
数の加圧室が設けられた加圧室基板を、シリコン単結晶
基板に複数形成するインクジェットプリンタヘッドの製
造方法であって、シリコン単結晶基板を、加圧室基板を
形成するための単位領域に区分けし、加圧室基板の加圧
室を設ける面には、単位領域ごとに、その周辺に周辺領
域を残して凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工
程により凹部を形成した凹部領域に、さらに加圧室を形
成し、周辺領域における加圧室基板の厚さを、複数の加
圧室の間を隔てる側壁の高さより厚くする加圧室形成工
程と、を備えて構成される。
【００３４】請求項１８に記載の発明は、一方の面に複
数の加圧室が設けられた加圧室基板を、シリコン単結晶
基板に複数形成するインクジェットプリンタヘッドの製
造方法であって、シリコン単結晶基板を、加圧室基板を
形成するための単位領域に区分けし、加圧室基板の加圧
室を設ける面に、単位領域の周辺部に周辺領域を残して
加圧室を形成する加圧室形成工程と、加圧室形成工程に
より加圧室を形成した領域にさらに凹部を形成して凹部
領域とし、周辺領域における加圧室基板の厚さを、複数
の前記加圧室の間を隔てる側壁の高さより厚くする凹部
形成工程と、を備えて構成される。
数の加圧室が設けられた加圧室基板を、シリコン単結晶
基板に複数形成するインクジェットプリンタヘッドの製
造方法であって、シリコン単結晶基板を、加圧室基板を
形成するための単位領域に区分けし、加圧室基板の加圧
室を設ける面に、単位領域の周辺部に周辺領域を残して
加圧室を形成する加圧室形成工程と、加圧室形成工程に
より加圧室を形成した領域にさらに凹部を形成して凹部
領域とし、周辺領域における加圧室基板の厚さを、複数
の前記加圧室の間を隔てる側壁の高さより厚くする凹部
形成工程と、を備えて構成される。
【００３５】請求項１９に記載の発明は、一方の面に複
数の加圧室が設けられた加圧室基板を、シリコン単結晶
基板に複数形成するインクジェットプリンタヘッドの製
造方法である。一つのシリコン単結晶基板上で加圧室基
板が形成される領域の単位を単位領域と称する。この加
圧室基板の加圧室を設ける面と反対側の面には、凹部領
域が形成される。この凹部領域は、単位領域ごとに、そ
の周辺に周辺領域を残して凹部を形成した領域である。
数の加圧室が設けられた加圧室基板を、シリコン単結晶
基板に複数形成するインクジェットプリンタヘッドの製
造方法である。一つのシリコン単結晶基板上で加圧室基
板が形成される領域の単位を単位領域と称する。この加
圧室基板の加圧室を設ける面と反対側の面には、凹部領
域が形成される。この凹部領域は、単位領域ごとに、そ
の周辺に周辺領域を残して凹部を形成した領域である。
【００３６】したがって、周辺領域における加圧室基板
の厚さが、凹部領域における加圧室基板の厚さより厚く
なる。各単位領域には厚みのある周辺領域が格子のよう
に残されることになるので、加圧室基板が形成されたシ
リコン単結晶基板であっても基板自体の強度が高い。こ
のことは、製造工程における取り扱いを容易にする。ま
た、本発明によればシリコン単結晶基板の機械的強度を
高くすることができるので、基板を大面積化して、より
多くの加圧室基板を設けることができる。
の厚さが、凹部領域における加圧室基板の厚さより厚く
なる。各単位領域には厚みのある周辺領域が格子のよう
に残されることになるので、加圧室基板が形成されたシ
リコン単結晶基板であっても基板自体の強度が高い。こ
のことは、製造工程における取り扱いを容易にする。ま
た、本発明によればシリコン単結晶基板の機械的強度を
高くすることができるので、基板を大面積化して、より
多くの加圧室基板を設けることができる。
【００３７】なお、凹部領域を設ける面とは反対側の基
板の面には、通常の製造方法等を用いて加圧室が形成さ
れる。この加圧室はインクを噴射するための空間であ
り、レジスト形成、マスク形成、露光、現像およびエッ
チング等の処理により形成される。
板の面には、通常の製造方法等を用いて加圧室が形成さ
れる。この加圧室はインクを噴射するための空間であ
り、レジスト形成、マスク形成、露光、現像およびエッ
チング等の処理により形成される。
【００３８】請求項２０に記載の発明は、請求項１９に
記載の発明の望ましい態様であり、凹部形成工程が以下
の工程を備える。
記載の発明の望ましい態様であり、凹部形成工程が以下
の工程を備える。
【００３９】i) 被加工層を形成する被加工層形成工程 ii)被加工層にレジストを設けレジストにマスクを施す
レジストマスク形成工程iii)レジストマスク形成工程に
よりマスクされた凹部領域に相当する領域の被加工層を
エッチングするエッチング工程 iv)エッチング工程により被加工層が取り除かれた領域
のシリコン単結晶基板をさらにエッチングし凹部領域を
形成する凹部領域エッチング工程 v)凹部領域エッチング工程によりエッチングされた凹部
領域に被加工層を形成する凹部被加工層形成工程 請求項２１に記載の発明は、請求項１９に記載の発明の
望ましい態様である。圧電体薄膜形成工程において、凹
部領域に対し、電極層により挟まれた構造の圧電体薄膜
が形成される。この圧電体薄膜はエッチングにより成形
され圧電体薄膜素子となるものである。レジスト形成工
程では、弾性を有するローラにより、圧電体薄膜上にレ
ジストを形成する（例えば、ロールコーター法）。次い
で、露光工程によりレジストが設けられたウェハを露光
し、現像工程により露光されたウェハを現像する。これ
ら工程により圧電体薄膜上には、圧電体薄膜素子を形成
するためのレジスト（ポジ型であってもネガ型であって
もよい）が残される。エッチング工程では、圧電体薄膜
をエッチングすることにより、圧電体薄膜素子が形成さ
れる。加圧室形成工程では、圧電体薄膜素子が形成され
た凹部領域上の位置とは反対の面において、前記圧電体
薄膜素子に対応する位置に加圧室がエッチング等により
形成される。
レジストマスク形成工程iii)レジストマスク形成工程に
よりマスクされた凹部領域に相当する領域の被加工層を
エッチングするエッチング工程 iv)エッチング工程により被加工層が取り除かれた領域
のシリコン単結晶基板をさらにエッチングし凹部領域を
形成する凹部領域エッチング工程 v)凹部領域エッチング工程によりエッチングされた凹部
領域に被加工層を形成する凹部被加工層形成工程 請求項２１に記載の発明は、請求項１９に記載の発明の
望ましい態様である。圧電体薄膜形成工程において、凹
部領域に対し、電極層により挟まれた構造の圧電体薄膜
が形成される。この圧電体薄膜はエッチングにより成形
され圧電体薄膜素子となるものである。レジスト形成工
程では、弾性を有するローラにより、圧電体薄膜上にレ
ジストを形成する（例えば、ロールコーター法）。次い
で、露光工程によりレジストが設けられたウェハを露光
し、現像工程により露光されたウェハを現像する。これ
ら工程により圧電体薄膜上には、圧電体薄膜素子を形成
するためのレジスト（ポジ型であってもネガ型であって
もよい）が残される。エッチング工程では、圧電体薄膜
をエッチングすることにより、圧電体薄膜素子が形成さ
れる。加圧室形成工程では、圧電体薄膜素子が形成され
た凹部領域上の位置とは反対の面において、前記圧電体
薄膜素子に対応する位置に加圧室がエッチング等により
形成される。
【００４０】加圧室基板の形成が終了すると、各加圧室
基板を分離する必要がある。このとき、例えば請求項２
２に記載したように、周辺領域を含まない凹部領域のみ
を分離して個々の加圧室基板を分離するのは望ましい。
また、請求項２３に記載したように、周辺領域を含めて
加圧室基板を分離してもよい。このとき、分離した各加
圧室基板は周辺領域において厚く、凹部領域において薄
い構造の基板となるが、そのままの形状でインクジェッ
トプリンタヘッドの基体に取り付けることができる。
基板を分離する必要がある。このとき、例えば請求項２
２に記載したように、周辺領域を含まない凹部領域のみ
を分離して個々の加圧室基板を分離するのは望ましい。
また、請求項２３に記載したように、周辺領域を含めて
加圧室基板を分離してもよい。このとき、分離した各加
圧室基板は周辺領域において厚く、凹部領域において薄
い構造の基板となるが、そのままの形状でインクジェッ
トプリンタヘッドの基体に取り付けることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の最良の実施の形態
を図面を参照して説明する。
を図面を参照して説明する。
【００４２】＜第１形態＞本実施の第１形態は、シリコ
ン単結晶基板の加圧室を設ける面と反対側の面に、加圧
室に対応させて溝を形成することにより、クロストーク
の防止を図るものである。
ン単結晶基板の加圧室を設ける面と反対側の面に、加圧
室に対応させて溝を形成することにより、クロストーク
の防止を図るものである。
【００４３】（インクジェットプリンタヘッドの構成）
図１に、本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの
全体構成の斜視図を示す。ここでは、インクの共通流路
が、加圧室基板内に設けられるタイプを示す。
図１に、本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの
全体構成の斜視図を示す。ここでは、インクの共通流路
が、加圧室基板内に設けられるタイプを示す。
【００４４】図１に示すように、インクジェットプリン
タヘッドは、加圧室基板１、ノズルユニット２及び加圧
室基板１が取り付けられる基体３から構成される。
タヘッドは、加圧室基板１、ノズルユニット２及び加圧
室基板１が取り付けられる基体３から構成される。
【００４５】加圧室基板１は、本発明に係る製造方法に
よりシリコン単結晶基板（以下「ウェハ」という）上に
形成された後、各々に分離される。加圧室基板１の製造
方法の詳細については後述する。加圧室基板１は、複数
の短冊状の加圧室１０６が設けられ、すべての加圧室１
０６にインクを供給するための共通流路１１０を有す
る。加圧室１０６の間は、側壁１０７により隔てられて
いる。加圧室基板１の基体３側（図１では図示されない
面）には、振動板膜（後述する）が設けられており、振
動板膜の基体３側には、振動板膜に圧力を加える圧電体
薄膜素子（後述する）が設けられている。
よりシリコン単結晶基板（以下「ウェハ」という）上に
形成された後、各々に分離される。加圧室基板１の製造
方法の詳細については後述する。加圧室基板１は、複数
の短冊状の加圧室１０６が設けられ、すべての加圧室１
０６にインクを供給するための共通流路１１０を有す
る。加圧室１０６の間は、側壁１０７により隔てられて
いる。加圧室基板１の基体３側（図１では図示されない
面）には、振動板膜（後述する）が設けられており、振
動板膜の基体３側には、振動板膜に圧力を加える圧電体
薄膜素子（後述する）が設けられている。
【００４６】ノズルユニット２は、加圧室基板１に蓋を
するように貼り付けられる。加圧室基板１とノズルユニ
ット２とを貼り合わせた際に、加圧室１０６に対応する
ことになるノズルユニット２上の位置には、インク滴を
噴射するためのノズル２１が設けられる。各加圧室１０
６には、図示しない圧電体薄膜素子が配置される。各圧
電体薄膜素子の電極からの配線は、フラットケーブルで
ある配線基板４に集められ、基体３の外部に取り出され
る。
するように貼り付けられる。加圧室基板１とノズルユニ
ット２とを貼り合わせた際に、加圧室１０６に対応する
ことになるノズルユニット２上の位置には、インク滴を
噴射するためのノズル２１が設けられる。各加圧室１０
６には、図示しない圧電体薄膜素子が配置される。各圧
電体薄膜素子の電極からの配線は、フラットケーブルで
ある配線基板４に集められ、基体３の外部に取り出され
る。
【００４７】基体３は、金属等の鋼体であり、インク液
を溜めることができると同時に加圧室基板の取り付け台
となる。
を溜めることができると同時に加圧室基板の取り付け台
となる。
【００４８】図２に、本形態のインクジェットプリンタ
ヘッドの主要部、すなわち、加圧室基板とノズルユニッ
トの層構造を示す。ここでは、インクの共通流路が、加
圧室基板ではなく、リザーバ室形成基板に形成されるタ
イプを示す。
ヘッドの主要部、すなわち、加圧室基板とノズルユニッ
トの層構造を示す。ここでは、インクの共通流路が、加
圧室基板ではなく、リザーバ室形成基板に形成されるタ
イプを示す。
【００４９】加圧室基板１の構造については、後述す
る。ノズルユニット２は、連通路２７が形成された連通
路基板２６、複数のインク供給孔２５を有するインク供
給路形成基板２４、インクリザーバ室２３を有するリザ
ーバ室形成基板２２、および複数のノズル２１を有する
ノズル形成基板２０によって構成される。圧力室基板１
とノズルユニット２とは、接着剤によって接合されてい
る。前記インクリザーバ室２３は、図１における共通流
路と同等の働きを備える。
る。ノズルユニット２は、連通路２７が形成された連通
路基板２６、複数のインク供給孔２５を有するインク供
給路形成基板２４、インクリザーバ室２３を有するリザ
ーバ室形成基板２２、および複数のノズル２１を有する
ノズル形成基板２０によって構成される。圧力室基板１
とノズルユニット２とは、接着剤によって接合されてい
る。前記インクリザーバ室２３は、図１における共通流
路と同等の働きを備える。
【００５０】なお、図２は、簡略化の為、ノズルが１列
４ヶで、縦２列に構成した構造図を示すが、実際には、
ノズル数、列数には限定されず、どのような組み合わせ
でもよい。
４ヶで、縦２列に構成した構造図を示すが、実際には、
ノズル数、列数には限定されず、どのような組み合わせ
でもよい。
【００５１】図３は、本形態のインクジェットプリンタ
ヘッドにおける主要部の断面図であり、加圧室の長手方
向に直角な面で当該主要部を切断した断面形状を示す。
同図中、図１および図２と同一構造については、同一記
号で示し、その説明を省略する。加圧室基板１は、エッ
チング前の初期においては面方位（１００）のシリコン
単結晶基板１０である。その一方の面（以下「能動素子
側」と呼ぶ）には溝１０８が形成される。溝１０８は、
その側壁の壁面が溝の底面と鈍角をなすように形成され
る。さらに溝１０８には、振動板膜１０２、下部電極１
０３、圧電体膜１０４、および上部電極１０５からなる
薄膜圧電体素子が薄膜プロセスにより一体的に形成され
ている。上記能動素子側の溝１０８と相対するシリコン
単結晶基板１０の他方の面（以下「加圧室側」と呼ぶ）
には、加圧室１０６が形成される。加圧室１０６は、加
圧室を隔てる側壁１０７の壁面が加圧室の底面と鈍角を
なすように形成される。この加圧室基板１に、図２で説
明したノズルユニット２を貼り合わせれば、インクジェ
ットプリンタヘッドの主要部の構成となる。
ヘッドにおける主要部の断面図であり、加圧室の長手方
向に直角な面で当該主要部を切断した断面形状を示す。
同図中、図１および図２と同一構造については、同一記
号で示し、その説明を省略する。加圧室基板１は、エッ
チング前の初期においては面方位（１００）のシリコン
単結晶基板１０である。その一方の面（以下「能動素子
側」と呼ぶ）には溝１０８が形成される。溝１０８は、
その側壁の壁面が溝の底面と鈍角をなすように形成され
る。さらに溝１０８には、振動板膜１０２、下部電極１
０３、圧電体膜１０４、および上部電極１０５からなる
薄膜圧電体素子が薄膜プロセスにより一体的に形成され
ている。上記能動素子側の溝１０８と相対するシリコン
単結晶基板１０の他方の面（以下「加圧室側」と呼ぶ）
には、加圧室１０６が形成される。加圧室１０６は、加
圧室を隔てる側壁１０７の壁面が加圧室の底面と鈍角を
なすように形成される。この加圧室基板１に、図２で説
明したノズルユニット２を貼り合わせれば、インクジェ
ットプリンタヘッドの主要部の構成となる。
【００５２】なお、本形態では、１８０ｄｐｉの高密度
化インクジェットプリンタヘッドを想定し、加圧室間の
ピッチが１４０μｍ程度であるものとした。このような
高密度に加圧室を設けたヘッドを製造する場合、圧電体
素子としては、バルク圧電体素子を接着するのではな
く、本形態のように、薄膜プロセスを用いて、シリコン
単結晶基板１０上に一体的に形成する必要があるのであ
る。
化インクジェットプリンタヘッドを想定し、加圧室間の
ピッチが１４０μｍ程度であるものとした。このような
高密度に加圧室を設けたヘッドを製造する場合、圧電体
素子としては、バルク圧電体素子を接着するのではな
く、本形態のように、薄膜プロセスを用いて、シリコン
単結晶基板１０上に一体的に形成する必要があるのであ
る。
【００５３】本形態のインクジェットプリンタヘッドの
使用時には、ノズルユニット２で蓋をされた加圧室１０
６にインクが充填される。インク噴射動作としては、イ
ンクを噴射したいノズルに対応する位置の圧電体薄膜素
子に電圧を印加する。これにより、振動板膜が加圧室方
向にたわみ、インク噴射が行われる。
使用時には、ノズルユニット２で蓋をされた加圧室１０
６にインクが充填される。インク噴射動作としては、イ
ンクを噴射したいノズルに対応する位置の圧電体薄膜素
子に電圧を印加する。これにより、振動板膜が加圧室方
向にたわみ、インク噴射が行われる。
【００５４】本形態では、溝１０８を設けたので、加圧
室１０６の深さがシリコン単結晶基板１０の厚さに比べ
大分（例えば、７５μｍ）浅い。したがって、加圧室の
側壁１０７の剛性が高い。例えば、図３における中央の
薄膜圧電素子を駆動して、中央のノズル２１ｂからイン
ク噴射させた場合、その両側のノズル２１ａや２１ｃか
らは、インク噴射することはなく、いわゆるクロストー
クがない。
室１０６の深さがシリコン単結晶基板１０の厚さに比べ
大分（例えば、７５μｍ）浅い。したがって、加圧室の
側壁１０７の剛性が高い。例えば、図３における中央の
薄膜圧電素子を駆動して、中央のノズル２１ｂからイン
ク噴射させた場合、その両側のノズル２１ａや２１ｃか
らは、インク噴射することはなく、いわゆるクロストー
クがない。
【００５５】次に、この圧力形成基板の製造方法の実施
例を詳細に説明する。
例を詳細に説明する。
【００５６】（実施例１）図４(a)〜(e)に、実施例１の
圧力室基板の製造工程における断面図を示す。ここで
は、図を簡略化するため、シリコン単結晶基板１０（ウ
ェハ）に複数形成する加圧室基板１のなかの、さらに一
つの加圧室の部分のみを示す。
圧力室基板の製造工程における断面図を示す。ここで
は、図を簡略化するため、シリコン単結晶基板１０（ウ
ェハ）に複数形成する加圧室基板１のなかの、さらに一
つの加圧室の部分のみを示す。
【００５７】図４(a)： まず、面方位（１００）のシ
リコン単結晶基板１０を用意する。この図において、紙
面に対し垂直方向が＜１１０＞軸、この基板の上下面が
（１００）面であり、シリコン単結晶基板１０の厚みを
約１５０μｍと仮定する。この基板１０を、例えば、１
０００〜１２００℃程度で水蒸気を含む酸素雰囲気に
て、湿式熱酸化を行い、基板１０の両面に、熱酸化膜１
０２を形成する。熱酸化膜１０２の厚みは、後述する基
板１０のエッチングのエッチングマスクとなるのに必要
な厚さ、例えば、０．５μｍとする。
リコン単結晶基板１０を用意する。この図において、紙
面に対し垂直方向が＜１１０＞軸、この基板の上下面が
（１００）面であり、シリコン単結晶基板１０の厚みを
約１５０μｍと仮定する。この基板１０を、例えば、１
０００〜１２００℃程度で水蒸気を含む酸素雰囲気に
て、湿式熱酸化を行い、基板１０の両面に、熱酸化膜１
０２を形成する。熱酸化膜１０２の厚みは、後述する基
板１０のエッチングのエッチングマスクとなるのに必要
な厚さ、例えば、０．５μｍとする。
【００５８】さらに、振動板膜を形成する能動素子側の
熱酸化膜１０２を通常の薄膜プロセスで使用されるフォ
トリソ工程にて、パターンエッチングする。パターン幅
は、例えば８０μｍとする。熱酸化膜１０２のエッチン
グ液には、弗酸と弗化アンモニウムからなる混合溶液を
用いる。
熱酸化膜１０２を通常の薄膜プロセスで使用されるフォ
トリソ工程にて、パターンエッチングする。パターン幅
は、例えば８０μｍとする。熱酸化膜１０２のエッチン
グ液には、弗酸と弗化アンモニウムからなる混合溶液を
用いる。
【００５９】図４(b)： 次に、例えば、濃度１０％、
８０℃の水酸化カリウム水溶液中に浸して、基板１０を
ハーフエッチングする。上記水酸化カリウム水溶液に対
して、シリコンと熱酸化膜のエッチング選択比は、４０
０：１以上あるため、シリコン基板が露出している領域
のみがエッチングされる。エッチング形状は、側面が、
（１１１）結晶面で、底面が（１００）面の台形状とな
り、そのなす角は、鈍角（１８０度−約５４度）とな
る。この理由は、水酸化カリウム水溶液を用いた場合の
エッチング速度は、シリコンの結晶面方位に依存し、
（１１１）面方向のエッチング速度は、他の結晶面に比
べて、極めて遅いためである。エッチング深さは、エッ
チング時間で管理し、例えば、基板のちょうど中央の７
５μｍとする。
８０℃の水酸化カリウム水溶液中に浸して、基板１０を
ハーフエッチングする。上記水酸化カリウム水溶液に対
して、シリコンと熱酸化膜のエッチング選択比は、４０
０：１以上あるため、シリコン基板が露出している領域
のみがエッチングされる。エッチング形状は、側面が、
（１１１）結晶面で、底面が（１００）面の台形状とな
り、そのなす角は、鈍角（１８０度−約５４度）とな
る。この理由は、水酸化カリウム水溶液を用いた場合の
エッチング速度は、シリコンの結晶面方位に依存し、
（１１１）面方向のエッチング速度は、他の結晶面に比
べて、極めて遅いためである。エッチング深さは、エッ
チング時間で管理し、例えば、基板のちょうど中央の７
５μｍとする。
【００６０】エッチングマスクの熱酸化膜１０２及び裏
面の熱酸化膜１０２を一度上記弗酸系混合溶液にて、完
全にエッチング除去した後、再度、基板１０の両面に前
述した湿式熱酸化法により、厚み１μｍの熱酸化膜１０
２を形成する。この台形状溝部に形成された部分の熱酸
化膜１０２は、振動板膜として機能する。
面の熱酸化膜１０２を一度上記弗酸系混合溶液にて、完
全にエッチング除去した後、再度、基板１０の両面に前
述した湿式熱酸化法により、厚み１μｍの熱酸化膜１０
２を形成する。この台形状溝部に形成された部分の熱酸
化膜１０２は、振動板膜として機能する。
【００６１】加圧室側の熱酸化膜１０２は、後に加圧室
を形成するため、通常のフォトリソ工程にて、パターン
エッチングしておく。
を形成するため、通常のフォトリソ工程にて、パターン
エッチングしておく。
【００６２】図４(c)： 引き続き、熱酸化膜３０２上
に、薄膜圧電体素子を形成する。薄膜圧電体素子は、圧
電体膜が、上下の電極で挟まれた構成となっている。下
部電極１０３として、例えば、膜厚０．８μｍの白金を
スパッタ法により形成する。圧電体１０４の組成は、例
えば、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸
鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マグネシウ
ムタングステン酸鉛のいずれかを主成分とする材料、あ
るいはそれらの固溶体を主成分とする材料である。その
成膜方法としては、例えば、目的材料組成を焼結した焼
結体ターゲットを用いた、高周波マグネトロンスパッタ
法を用いる。成膜中に基板加熱を行わない場合には、ス
パッタ成膜した膜は、圧電特性を示さないアモルファス
膜のため、ここでは圧電体膜前駆体と呼ぶ。次に、酸素
を含む雰囲気中で、圧電体膜前駆体が形成された基板を
熱処理し、結晶化し、圧電体膜１０４に変換する。
に、薄膜圧電体素子を形成する。薄膜圧電体素子は、圧
電体膜が、上下の電極で挟まれた構成となっている。下
部電極１０３として、例えば、膜厚０．８μｍの白金を
スパッタ法により形成する。圧電体１０４の組成は、例
えば、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸
鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マグネシウ
ムタングステン酸鉛のいずれかを主成分とする材料、あ
るいはそれらの固溶体を主成分とする材料である。その
成膜方法としては、例えば、目的材料組成を焼結した焼
結体ターゲットを用いた、高周波マグネトロンスパッタ
法を用いる。成膜中に基板加熱を行わない場合には、ス
パッタ成膜した膜は、圧電特性を示さないアモルファス
膜のため、ここでは圧電体膜前駆体と呼ぶ。次に、酸素
を含む雰囲気中で、圧電体膜前駆体が形成された基板を
熱処理し、結晶化し、圧電体膜１０４に変換する。
【００６３】上部電極１０５は、例えば、膜厚０．１μ
ｍの白金をスパッタ法により形成する。
ｍの白金をスパッタ法により形成する。
【００６４】図４(d)： 薄膜圧電体素子を、個々のユ
ニットに分離すると共に、振動板膜を変位させることが
できるように加圧室幅より上部電極幅を狭くする。具体
的には、通常のフォトリソ工程にて、残したい上部電極
１０５領域上にフォトレジストを残すようにパターニン
グし、イオンミリング、あるいはドライエッチングによ
り、不要部分の上部電極を除去する。
ニットに分離すると共に、振動板膜を変位させることが
できるように加圧室幅より上部電極幅を狭くする。具体
的には、通常のフォトリソ工程にて、残したい上部電極
１０５領域上にフォトレジストを残すようにパターニン
グし、イオンミリング、あるいはドライエッチングによ
り、不要部分の上部電極を除去する。
【００６５】図４(e)： 最後に、前述したシリコン基
板のエッチング方法と同様にして、基板１０の露出した
加圧室側の面を水酸化カリウム水溶液にてエッチング
し、加圧室１０６を形成する。基板１０のエッチング
は、熱酸化膜１０２が露出する深さまで行う。
板のエッチング方法と同様にして、基板１０の露出した
加圧室側の面を水酸化カリウム水溶液にてエッチング
し、加圧室１０６を形成する。基板１０のエッチング
は、熱酸化膜１０２が露出する深さまで行う。
【００６６】ここで、能動素子が形成された面が、水酸
化カリウム水溶液で侵されるので、治具を使って、水酸
化カリウム水溶液が能動素子面に、回り込まないように
する。
化カリウム水溶液で侵されるので、治具を使って、水酸
化カリウム水溶液が能動素子面に、回り込まないように
する。
【００６７】上述のような手順で、インクジェットプリ
ンタヘッドの加圧室基板１の形成が終了する。
ンタヘッドの加圧室基板１の形成が終了する。
【００６８】なお、上記製造方法において、圧電体膜の
製造方法に高周波マグネトロンスパッタ法を用いて説明
したが、ゾルゲル法、有機金属熱分解法、有機金属気相
成長法等の他の薄膜形成方法を用いても差し支えない。
製造方法に高周波マグネトロンスパッタ法を用いて説明
したが、ゾルゲル法、有機金属熱分解法、有機金属気相
成長法等の他の薄膜形成方法を用いても差し支えない。
【００６９】（実施例２〜６）実施例１とは、異なる構
造の別の実施例の一覧表を実施例１も含めて表１に示
す。
造の別の実施例の一覧表を実施例１も含めて表１に示
す。
【００７０】
【表１】
【００７１】実施例２〜実施例６に対応する加圧室の長
手方向に直角な面における加圧室基板の断面図を図５〜
図９に各々示す。これらの図では、図の簡略化のため、
図４と同様に加圧室一つの部分のみの断面図を示す。
手方向に直角な面における加圧室基板の断面図を図５〜
図９に各々示す。これらの図では、図の簡略化のため、
図４と同様に加圧室一つの部分のみの断面図を示す。
【００７２】図５に、実施例２による断面図を示す。実
施例２が、実施例１と異なるのは、上部電極１０５のパ
ターンである。素子分離の為のパターニングは、上部電
極１０５の形成後、直接レーザを照射することによって
行った。したがって、側壁１０７の上部においても上部
電極膜１０５が残されているが、加圧室１０６上部の上
部電極１０５とは、電気的に分離しているため上部電極
としての機能を果たしていない。なお、レーザ加工に
は、例えば、ＹＡＧレーザを用いた。
施例２が、実施例１と異なるのは、上部電極１０５のパ
ターンである。素子分離の為のパターニングは、上部電
極１０５の形成後、直接レーザを照射することによって
行った。したがって、側壁１０７の上部においても上部
電極膜１０５が残されているが、加圧室１０６上部の上
部電極１０５とは、電気的に分離しているため上部電極
としての機能を果たしていない。なお、レーザ加工に
は、例えば、ＹＡＧレーザを用いた。
【００７３】図６に、実施例３による断面図を示す。こ
の実施例３が実施例２と異なるのは、能動素子側の溝の
側壁の角度が急な点である。本実施例では、加圧室側に
比べて、能動素子側の溝１０８の深さを深くしている。
側壁１０７の壁幅を等しくするため、ドライエッチング
法を用いて、この様な形状にした。このように、加圧室
１０６の深さを浅くし、能動素子側での加圧室１０６の
幅を実施例２と同一に設定すると、同図最下部の加圧室
開口部の幅を小さくできるので、より高密度化が可能と
なる。
の実施例３が実施例２と異なるのは、能動素子側の溝の
側壁の角度が急な点である。本実施例では、加圧室側に
比べて、能動素子側の溝１０８の深さを深くしている。
側壁１０７の壁幅を等しくするため、ドライエッチング
法を用いて、この様な形状にした。このように、加圧室
１０６の深さを浅くし、能動素子側での加圧室１０６の
幅を実施例２と同一に設定すると、同図最下部の加圧室
開口部の幅を小さくできるので、より高密度化が可能と
なる。
【００７４】図７に、実施例４による断面図を示す。こ
の実施例４は、シリコン単結晶基板の面方位を（１１
０）面とし、加圧室１０６の長手方向、即ち紙面に垂直
方向を＜１ −１ ２＞軸とした例である。
の実施例４は、シリコン単結晶基板の面方位を（１１
０）面とし、加圧室１０６の長手方向、即ち紙面に垂直
方向を＜１ −１ ２＞軸とした例である。
【００７５】加圧室１０６に対し、水酸化カリウム水溶
液を用いて、異方性エッチングを行うと、基板１０に略
垂直な二つの（１１１）面を有する矩形状の加圧室１０
６が形成できる。これは、前述したように、水酸化カリ
ウム水溶液を用いた場合のエッチング速度は、シリコン
の結晶面方位に依存し、（１１１）面方向のエッチング
速度は、他の結晶面に比べて、極めて遅いためである。
したがって、（１００）面のシリコン基板を用いたとき
より、更に、高密度化が可能となる。能動素子側も、異
方性ウエットエッチングにより形成したため、上部電極
１０５のパターニングは、レーザ加工とした。
液を用いて、異方性エッチングを行うと、基板１０に略
垂直な二つの（１１１）面を有する矩形状の加圧室１０
６が形成できる。これは、前述したように、水酸化カリ
ウム水溶液を用いた場合のエッチング速度は、シリコン
の結晶面方位に依存し、（１１１）面方向のエッチング
速度は、他の結晶面に比べて、極めて遅いためである。
したがって、（１００）面のシリコン基板を用いたとき
より、更に、高密度化が可能となる。能動素子側も、異
方性ウエットエッチングにより形成したため、上部電極
１０５のパターニングは、レーザ加工とした。
【００７６】図５に、実施例５による断面図を示す。こ
の実施例５が、実施例４と異なるのは、能動素子側の溝
１０８の壁面の角度が、緩やかな点である。
の実施例５が、実施例４と異なるのは、能動素子側の溝
１０８の壁面の角度が、緩やかな点である。
【００７７】能動素子側の溝１０８は、ドライエッチン
グ法により形成した。本実施例では、下部電極１０３、
圧電体膜１０４、上部電極１０５をスパッタ法等で形成
する場合に、能動素子側の溝１０８内部への上記膜材料
のスパッタ成膜時の回り込みが改善され、溝底面部に形
成されるそれらの膜は、より平坦度が増す。
グ法により形成した。本実施例では、下部電極１０３、
圧電体膜１０４、上部電極１０５をスパッタ法等で形成
する場合に、能動素子側の溝１０８内部への上記膜材料
のスパッタ成膜時の回り込みが改善され、溝底面部に形
成されるそれらの膜は、より平坦度が増す。
【００７８】図９に、実施例６による断面図を示す。こ
の実施例６が、実施例５と異なるのは、加圧室の幅が、
能動素子側の溝幅より狭いことである。
の実施例６が、実施例５と異なるのは、加圧室の幅が、
能動素子側の溝幅より狭いことである。
【００７９】なお、加圧室の幅が、能動素子側の溝幅よ
り広がってしまうと（同図中点線で示す）、インク噴射
させるために、薄膜圧電体素子を駆動するときに、角
（同図中矢印で示す）の部分で、強度が弱く、膜破壊が
発生してしまう。本実施例では、これを防止するために
余裕を見て、加圧室１０６の幅を能動素子側の溝１０８
の幅より、少し狭くしている。
り広がってしまうと（同図中点線で示す）、インク噴射
させるために、薄膜圧電体素子を駆動するときに、角
（同図中矢印で示す）の部分で、強度が弱く、膜破壊が
発生してしまう。本実施例では、これを防止するために
余裕を見て、加圧室１０６の幅を能動素子側の溝１０８
の幅より、少し狭くしている。
【００８０】上記各実施例では、振動板膜として、シリ
コン熱酸化膜を用いて説明したが、これに限定されるわ
けではない。例えば、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタ
ル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でもよく、
振動板膜自体を無くし、下部電極膜で、振動板膜を兼ね
てもよい。
コン熱酸化膜を用いて説明したが、これに限定されるわ
けではない。例えば、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタ
ル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でもよく、
振動板膜自体を無くし、下部電極膜で、振動板膜を兼ね
てもよい。
【００８１】また、シリコン基板の異方性エッチングの
溶液として、水酸化カリウム水溶液を用いて説明した
が、水酸化ナトリウム、ヒドラジン、テトラ・メチル・
アンモニウム・ハイドロオキサイドのごとき他のアルカ
リ系溶液であっても、もちろんよい。
溶液として、水酸化カリウム水溶液を用いて説明した
が、水酸化ナトリウム、ヒドラジン、テトラ・メチル・
アンモニウム・ハイドロオキサイドのごとき他のアルカ
リ系溶液であっても、もちろんよい。
【００８２】＜第２形態＞本発明の実施の第２形態は、
シリコン単結晶基板の加圧室を設ける面に凹部を形成す
ることにより、基板面積が大きくてもクロストークの少
ない加圧室基板を多数形成できるインクジェットプリン
タヘッドの製造方法に関する。
シリコン単結晶基板の加圧室を設ける面に凹部を形成す
ることにより、基板面積が大きくてもクロストークの少
ない加圧室基板を多数形成できるインクジェットプリン
タヘッドの製造方法に関する。
【００８３】（ウェハの構造）図１０に、本第２形態に
係るシリコン単結晶基板（ウェハ）上の加圧室基板のレ
イアウト図を示す。同図に示すように、シリコン単結晶
基板１０の上に加圧室基板１を複数まとめて形成する。
基板１０の材質は、従来の基板と同様の単結晶のシリコ
ンでよいが、その面積が従来のウェハに比べて広い。基
板の面積を広くしたため、製造工程における機械的強度
を担保するために、基板を従来よりも厚くする。例え
ば、従来の基板の厚みは、クロストークを防止すべく１
５０μｍ以下であったが、本形態における基板１０で
は、３００μｍ程度にする。
係るシリコン単結晶基板（ウェハ）上の加圧室基板のレ
イアウト図を示す。同図に示すように、シリコン単結晶
基板１０の上に加圧室基板１を複数まとめて形成する。
基板１０の材質は、従来の基板と同様の単結晶のシリコ
ンでよいが、その面積が従来のウェハに比べて広い。基
板の面積を広くしたため、製造工程における機械的強度
を担保するために、基板を従来よりも厚くする。例え
ば、従来の基板の厚みは、クロストークを防止すべく１
５０μｍ以下であったが、本形態における基板１０で
は、３００μｍ程度にする。
【００８４】ただし、製造工程における取り扱いに支障
がない限り、基板の面積を大きくできる。例えば、従来
の基板の面積は直径４インチ程度が限界であったが、本
形態における基板によれば、直径６〜８インチにするこ
とができる。基板の面積を大きくすればするほど、一枚
の基板に形成できる加圧室基板１の個数を多くできるの
で、さらにコストダウンを図れる。
がない限り、基板の面積を大きくできる。例えば、従来
の基板の面積は直径４インチ程度が限界であったが、本
形態における基板によれば、直径６〜８インチにするこ
とができる。基板の面積を大きくすればするほど、一枚
の基板に形成できる加圧室基板１の個数を多くできるの
で、さらにコストダウンを図れる。
【００８５】加圧室基板１を一つ設けるための基板１０
上の領域を単位領域と称する。基板１０は、基板単位境
界１３によって格子状に区分けされる。単位領域（加圧
室基板）は縦横に並べられた配置となる。製造工程にお
ける取り扱いを容易にする等のため、基板１０の外周部
１１には加圧室基板１を配置しない。後述する凹部１２
は、同図のように、基板１０の加圧室側の各単位領域の
内側に形成される。加圧室基板１の間の境界の領域、す
なわち単位領域の周辺領域には凹部を設けない。このた
め、エッチング処理後、格子状に膜厚の厚い基板単位境
界１３が残されることになる。この基板単位境界１３が
残されることにより、加圧室基板１の形成の製造工程に
おいて、凹部１２を形成した後も基板１０自体の強度が
保たれる。凹部１２を設けると、凹部１２の位置におけ
る厚さは１５０μｍと従来並みになるが、基板単位境界
１３の位置における厚さは従来より厚く、高い強度が維
持される。
上の領域を単位領域と称する。基板１０は、基板単位境
界１３によって格子状に区分けされる。単位領域（加圧
室基板）は縦横に並べられた配置となる。製造工程にお
ける取り扱いを容易にする等のため、基板１０の外周部
１１には加圧室基板１を配置しない。後述する凹部１２
は、同図のように、基板１０の加圧室側の各単位領域の
内側に形成される。加圧室基板１の間の境界の領域、す
なわち単位領域の周辺領域には凹部を設けない。このた
め、エッチング処理後、格子状に膜厚の厚い基板単位境
界１３が残されることになる。この基板単位境界１３が
残されることにより、加圧室基板１の形成の製造工程に
おいて、凹部１２を形成した後も基板１０自体の強度が
保たれる。凹部１２を設けると、凹部１２の位置におけ
る厚さは１５０μｍと従来並みになるが、基板単位境界
１３の位置における厚さは従来より厚く、高い強度が維
持される。
【００８６】また、加圧室基板１の形成後、シリコン単
結晶基板１０を切断し、各加圧室基板１を分離する際に
は、基板単位境界１３に沿って切り離せばよい。分離後
の加圧室基板１には、凹部領域の周辺に厚い周辺領域が
残されるので、加圧室基板１自体の鋼性を維持できる。
インクジェットプリンタヘッドの基体３に加圧室基板１
を取り付けるに際しても、基体３の内壁に接する加圧室
基板１の側壁の接触面積が大きいので、加圧室基板１を
基体３に安定して取り付けることができる。
結晶基板１０を切断し、各加圧室基板１を分離する際に
は、基板単位境界１３に沿って切り離せばよい。分離後
の加圧室基板１には、凹部領域の周辺に厚い周辺領域が
残されるので、加圧室基板１自体の鋼性を維持できる。
インクジェットプリンタヘッドの基体３に加圧室基板１
を取り付けるに際しても、基体３の内壁に接する加圧室
基板１の側壁の接触面積が大きいので、加圧室基板１を
基体３に安定して取り付けることができる。
【００８７】なお、上述のように各単位領域ごとに凹部
を設ける代わりに、図１１に示すように、基板１０の外
周部１１を残して基板全体に凹部１２ｂを設けるもので
もよい。外周部１１が残されるので、基板１０自体の機
械的強度を保つことができる。
を設ける代わりに、図１１に示すように、基板１０の外
周部１１を残して基板全体に凹部１２ｂを設けるもので
もよい。外周部１１が残されるので、基板１０自体の機
械的強度を保つことができる。
【００８８】（製造方法の実施例１）次に、本形態のイ
ンクジェットプリンタヘッドの製造方法の実施例を説明
する。
ンクジェットプリンタヘッドの製造方法の実施例を説明
する。
【００８９】図１２および図１３の(a)〜(j)に、本形態
の圧力室基板の製造工程における断面図を示す。作図を
簡略化するため、シリコン単結晶基板１０（ウェハ）に
形成する一つの加圧室基板１の断面図を概略して示す。
の圧力室基板の製造工程における断面図を示す。作図を
簡略化するため、シリコン単結晶基板１０（ウェハ）に
形成する一つの加圧室基板１の断面図を概略して示す。
【００９０】図１２(a)： まず、所定の大きさと厚さ
（例えば、直径１００mm、厚さ２２０μm）の(１１０)
面を有するシリコン単結晶基板１０に対し、その全面に
熱酸化法により二酸化シリコンからなるエッチング保護
層（熱酸化膜）１０２を形成する。
（例えば、直径１００mm、厚さ２２０μm）の(１１０)
面を有するシリコン単結晶基板１０に対し、その全面に
熱酸化法により二酸化シリコンからなるエッチング保護
層（熱酸化膜）１０２を形成する。
【００９１】圧電体薄膜の形成に関しては、前述した第
１形態と同様に考えることができる。すなわち、シリコ
ン単結晶基板１０の一方の面（能動素子側）のエッチン
グ保護層１０２表面にスパッタ成膜法等の薄膜形成方法
により、下部電極１０３となる白金を、例えば８００nm
の厚みで成膜する。この際、白金層とその上下の層の間
の密着力を上げるために、極薄のチタン、クロム等を中
間層として介してもよい。なお、この下部電極１０３は
振動板膜を兼ねることになる。
１形態と同様に考えることができる。すなわち、シリコ
ン単結晶基板１０の一方の面（能動素子側）のエッチン
グ保護層１０２表面にスパッタ成膜法等の薄膜形成方法
により、下部電極１０３となる白金を、例えば８００nm
の厚みで成膜する。この際、白金層とその上下の層の間
の密着力を上げるために、極薄のチタン、クロム等を中
間層として介してもよい。なお、この下部電極１０３は
振動板膜を兼ねることになる。
【００９２】その上に圧電体膜前駆体１０４ｂを積層す
る。本実施例では、チタン酸鉛とジルコン酸鉛とのモル
配合比が５５%,４５%となるようなPZT系圧電膜の前駆体
を、ゾルゲル法にて、最終的に０．９μm厚みとなるま
で６回の塗工／乾燥／脱脂を繰り返して成膜した。な
お、種々の試行実験の結果、この圧電膜の化学式が、Ｐ
ｂCＴｉAＺｒBＯ3〔Ａ＋Ｂ＝１〕にて表される化学式中
のＡ、Ｃが、０．５≦Ａ≦０．６、０.８５≦Ｃ≦１．
１０の範囲内で選択すれば、実用に耐えうる圧電性を得
ることができた。成膜方法は、本方法に限らず高周波ス
パッタ成膜やCVD等を用いてもよい。
る。本実施例では、チタン酸鉛とジルコン酸鉛とのモル
配合比が５５%,４５%となるようなPZT系圧電膜の前駆体
を、ゾルゲル法にて、最終的に０．９μm厚みとなるま
で６回の塗工／乾燥／脱脂を繰り返して成膜した。な
お、種々の試行実験の結果、この圧電膜の化学式が、Ｐ
ｂCＴｉAＺｒBＯ3〔Ａ＋Ｂ＝１〕にて表される化学式中
のＡ、Ｃが、０．５≦Ａ≦０．６、０.８５≦Ｃ≦１．
１０の範囲内で選択すれば、実用に耐えうる圧電性を得
ることができた。成膜方法は、本方法に限らず高周波ス
パッタ成膜やCVD等を用いてもよい。
【００９３】図１２(b)： 次に、基板全体を圧電体膜
前駆体を結晶させるために加熱する。本例では、赤外線
輻射光源１７を用いて、基板の両面から、酸素雰囲気中
で６５０℃で３分保持した後、９００℃で１分加熱し、
自然降温させることにより、圧電体膜の結晶化を行なっ
た。この工程により、圧電体膜前駆体２４は上記の組成
で結晶化および焼結し、圧電体膜１０４となった。
前駆体を結晶させるために加熱する。本例では、赤外線
輻射光源１７を用いて、基板の両面から、酸素雰囲気中
で６５０℃で３分保持した後、９００℃で１分加熱し、
自然降温させることにより、圧電体膜の結晶化を行なっ
た。この工程により、圧電体膜前駆体２４は上記の組成
で結晶化および焼結し、圧電体膜１０４となった。
【００９４】図１２(c)： 圧電体膜１０４上に上部電
極膜１０５を形成する。本例では、上部電極１０５を２
００nm厚の金をスパッタ成膜法にて形成した。
極膜１０５を形成する。本例では、上部電極１０５を２
００nm厚の金をスパッタ成膜法にて形成した。
【００９５】図１２(d)： 上部電極１０５および圧電
体膜１０４に対し、加圧室１０６が形成されるべき位置
に合わせて、適当なエッチングマスク(図示せず)を施し
た。その後、所定の分離形状にイオンミリングを用いて
同時に形成した。
体膜１０４に対し、加圧室１０６が形成されるべき位置
に合わせて、適当なエッチングマスク(図示せず)を施し
た。その後、所定の分離形状にイオンミリングを用いて
同時に形成した。
【００９６】図１２(e)： 下部電極１０３を同じく適
当なエッチングマスク(図示せず)を施した後、所定の形
状にイオンミリングを用いて形成した。
当なエッチングマスク(図示せず)を施した後、所定の形
状にイオンミリングを用いて形成した。
【００９７】図１３(f)： この基板１０の能動素子側
に、さらに後工程で浸される種々の薬液に対する保護膜
(繁雑な為図示せず)を形成後、基板１０の加圧室側の面
の、少なくとも加圧室あるいは側壁を含む領域に、エッ
チング保護層１０２を弗化水素によりエッチングし、エ
ッチング用の窓１４を形成する。
に、さらに後工程で浸される種々の薬液に対する保護膜
(繁雑な為図示せず)を形成後、基板１０の加圧室側の面
の、少なくとも加圧室あるいは側壁を含む領域に、エッ
チング保護層１０２を弗化水素によりエッチングし、エ
ッチング用の窓１４を形成する。
【００９８】図１３(g)： その後、異方性エッチング
液、たとえば８０℃に保温された濃度４０%程の水酸化
カリウム水溶液を用いて、窓１４の領域のシリコン単結
晶基板２０を所定の深さdまで異方性エッチングする。
この所定の深さdとは、側壁１０７の高さの設計値を基
板１０の厚さから減じた値に相当する深さである。本例
では、深さdを基板１０の厚み２２０μmの半分である１
１０μmとした。したがって、側壁１０７の高さも１１
０μmとなる。なお、この加圧室形成としては、平行平
板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方
性エッチング方法を用いてもよい 。この工程により、
図１０で説明したような、基板厚の薄い凹部１２と基板
単位境界１３（段差部）が形成される。
液、たとえば８０℃に保温された濃度４０%程の水酸化
カリウム水溶液を用いて、窓１４の領域のシリコン単結
晶基板２０を所定の深さdまで異方性エッチングする。
この所定の深さdとは、側壁１０７の高さの設計値を基
板１０の厚さから減じた値に相当する深さである。本例
では、深さdを基板１０の厚み２２０μmの半分である１
１０μmとした。したがって、側壁１０７の高さも１１
０μmとなる。なお、この加圧室形成としては、平行平
板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方
性エッチング方法を用いてもよい 。この工程により、
図１０で説明したような、基板厚の薄い凹部１２と基板
単位境界１３（段差部）が形成される。
【００９９】図１３(h)： 次に、凹部１２を形成した
基板１０の加圧室側に、CVD等の化学的気相成長法によ
り二酸化珪素膜をエッチング保護層として１μm形成し
た後、加圧室を形成するマスクを施し、弗化水素により
エッチングする。なお、この二酸化珪素膜の成膜方法
は、他にゾルゲル法を用いてもよいが、能動素子側の面
には既に圧電体膜が形成されているので、１０００℃以
上の高温加熱が必要な熱酸化法は、圧電体膜の結晶性を
疎外するので適さない。
基板１０の加圧室側に、CVD等の化学的気相成長法によ
り二酸化珪素膜をエッチング保護層として１μm形成し
た後、加圧室を形成するマスクを施し、弗化水素により
エッチングする。なお、この二酸化珪素膜の成膜方法
は、他にゾルゲル法を用いてもよいが、能動素子側の面
には既に圧電体膜が形成されているので、１０００℃以
上の高温加熱が必要な熱酸化法は、圧電体膜の結晶性を
疎外するので適さない。
【０１００】図１３(i)： さらに異方性エッチング
液、たとえば８０℃に保温された濃度１７%程の水酸化
カリウム水溶液を用いて、基板１０を加圧室側から能動
素子側に向けて異方性エッチングし、加圧室１０６およ
び側壁１０７を形成する。なお、深さdに対し、この段
差と直近の加圧室までの距離gは少なくともg≧dであっ
た方がよい。なぜなら、エッチング保護層のパターング
時に、液性の樹脂レジストの塗布を行う際、この段差の
角部に液が溜まることがあるため、この溜まりが加圧室
寸法精度に弊害を及ぼさないように、ある程度の逃げを
要するからである。
液、たとえば８０℃に保温された濃度１７%程の水酸化
カリウム水溶液を用いて、基板１０を加圧室側から能動
素子側に向けて異方性エッチングし、加圧室１０６およ
び側壁１０７を形成する。なお、深さdに対し、この段
差と直近の加圧室までの距離gは少なくともg≧dであっ
た方がよい。なぜなら、エッチング保護層のパターング
時に、液性の樹脂レジストの塗布を行う際、この段差の
角部に液が溜まることがあるため、この溜まりが加圧室
寸法精度に弊害を及ぼさないように、ある程度の逃げを
要するからである。
【０１０１】図１３(j)： 以上の工程により形成され
た加圧室基板に、別体のノズルユニット２を基板単位境
界１３の側面により位置決めをしながら接着する（図１
および図２参照）。
た加圧室基板に、別体のノズルユニット２を基板単位境
界１３の側面により位置決めをしながら接着する（図１
および図２参照）。
【０１０２】実施例１では、加圧室のピッチを７０μ
m、加圧室の幅を５６μm、長さ(図中奥行き方向)を１.
５mmとし、側壁の幅は１４μmとした。また、加圧室１
列当たり１２８素子を配し、２列で７２０ドット/イン
チ、２５６ノズルの印字密度を有するプリンタヘッドを
実現している。
m、加圧室の幅を５６μm、長さ(図中奥行き方向)を１.
５mmとし、側壁の幅は１４μmとした。また、加圧室１
列当たり１２８素子を配し、２列で７２０ドット/イン
チ、２５６ノズルの印字密度を有するプリンタヘッドを
実現している。
【０１０３】このインクジェットプリンタヘッドを、従
来のインクジェットプリンタヘッド（つまり側壁の幅が
同じく１４μmで高さが２２０μmのインクジェットプリ
ンタヘッド）と比較した。
来のインクジェットプリンタヘッド（つまり側壁の幅が
同じく１４μmで高さが２２０μmのインクジェットプリ
ンタヘッド）と比較した。
【０１０４】従来品では、１素子（加圧室）を駆動した
場合は吐出インク速度が２m/sec、吐出インク量が２０n
gであった。ところが隣接する素子を同時に駆動する
と、吐出速度が５m/sec、吐出量が３０ngに増加し、実
用的な性能ではなかった。これは、前述の通り、加圧室
側壁の変形による圧力損失および隣接素子への圧力の伝
搬によるものである。
場合は吐出インク速度が２m/sec、吐出インク量が２０n
gであった。ところが隣接する素子を同時に駆動する
と、吐出速度が５m/sec、吐出量が３０ngに増加し、実
用的な性能ではなかった。これは、前述の通り、加圧室
側壁の変形による圧力損失および隣接素子への圧力の伝
搬によるものである。
【０１０５】それに対し、本実施例によるインクジェッ
トプリンタヘッドによれば、従来品と同条件で吐出速度
は８m/sec、吐出量は22ngでありまた単一の素子を駆動
した場合も、隣接する素子を同時に駆動した場合もほと
んど特性上の差が無かった。つまり、本実施例により、
側壁の高さを１１０μmと半減させることにより、その
剛性を約３０倍以上に上げることができたためである。
トプリンタヘッドによれば、従来品と同条件で吐出速度
は８m/sec、吐出量は22ngでありまた単一の素子を駆動
した場合も、隣接する素子を同時に駆動した場合もほと
んど特性上の差が無かった。つまり、本実施例により、
側壁の高さを１１０μmと半減させることにより、その
剛性を約３０倍以上に上げることができたためである。
【０１０６】また、基板単位境界を加圧室基板の一部に
残し、その壁面をノズル板との位置決めの基準部とした
ので、加圧室基板にノズルユニットを高精度で貼り合わ
せることができる。
残し、その壁面をノズル板との位置決めの基準部とした
ので、加圧室基板にノズルユニットを高精度で貼り合わ
せることができる。
【０１０７】図１４に、その位置決めの基準となる係止
部および被係止部を形成した他の実施例を示す。加圧室
基板１の加圧室１０６が設けられていない部分に、係止
部として突起部１５が設けられている。ノズルユニット
２が加圧室基板１に貼り合わせられる際、この突起部１
５に対向するノズルユニット２上の位置には、被係止部
として位置決め穴１６が設けられている。本例のよう
に、積極的に加圧室基板にノズルユニットを係止する突
起や位置決め穴を任意に形成することも可能である。
部および被係止部を形成した他の実施例を示す。加圧室
基板１の加圧室１０６が設けられていない部分に、係止
部として突起部１５が設けられている。ノズルユニット
２が加圧室基板１に貼り合わせられる際、この突起部１
５に対向するノズルユニット２上の位置には、被係止部
として位置決め穴１６が設けられている。本例のよう
に、積極的に加圧室基板にノズルユニットを係止する突
起や位置決め穴を任意に形成することも可能である。
【０１０８】（製造方法の実施例２）図１５に、本第２
形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法
の実施例２を示す。前述した実施例１の(e)までの工程
は、本実施例でも同じである。 図１５(f)： 基板１
０の加圧室側に、加圧室１０６を設けるべき形状にマス
クを施し、エッチング保護層であるところの二酸化珪素
膜１０２を弗化水素によりエッチングする。さらに、こ
のエッチング保護層１０２のうち、実施例１の凹部１２
に相当する領域をエッチングし、低膜厚部１０２ａを形
成しておく。
形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法
の実施例２を示す。前述した実施例１の(e)までの工程
は、本実施例でも同じである。 図１５(f)： 基板１
０の加圧室側に、加圧室１０６を設けるべき形状にマス
クを施し、エッチング保護層であるところの二酸化珪素
膜１０２を弗化水素によりエッチングする。さらに、こ
のエッチング保護層１０２のうち、実施例１の凹部１２
に相当する領域をエッチングし、低膜厚部１０２ａを形
成しておく。
【０１０９】図１５(g)： 異方性エッチング液、たと
えば８０℃に保温された濃度１７%程の水酸化カリウム
水溶液を用いて、基板１０を加圧室側から能動素子側に
向かって異方性エッチングする。
えば８０℃に保温された濃度１７%程の水酸化カリウム
水溶液を用いて、基板１０を加圧室側から能動素子側に
向かって異方性エッチングする。
【０１１０】図１５(h)： その後、弗化水素にて前記
低膜厚部１０２ａをエッチングして除去することによ
り、シリコン単結晶面が露出する窓１４を形成する。
低膜厚部１０２ａをエッチングして除去することによ
り、シリコン単結晶面が露出する窓１４を形成する。
【０１１１】図１５(i)： そして、異方性エッチング
液、たとえば８０℃に保温された濃度４０%程度の水酸
化カリウム水溶液を用いて、側壁１０７を所定の高さま
で減じる。
液、たとえば８０℃に保温された濃度４０%程度の水酸
化カリウム水溶液を用いて、側壁１０７を所定の高さま
で減じる。
【０１１２】実施例２によれば、これら工程を用いても
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッドの構造を
得ることができる。なお、図１５(f)の工程において、
低膜厚部１０２ａの厚さを、同図(g)の基板のエッチン
グと同時になくなる程度の薄さに調整しておくことによ
り、同図(h)の工程を省くこともできる。
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッドの構造を
得ることができる。なお、図１５(f)の工程において、
低膜厚部１０２ａの厚さを、同図(g)の基板のエッチン
グと同時になくなる程度の薄さに調整しておくことによ
り、同図(h)の工程を省くこともできる。
【０１１３】なお、加圧室基板の形成が終了した基板１
０は、各加圧室基板１に分離される。その際、図１０に
示すＰ１のピッチで各加圧室基板１を分離すれば、従来
と同様の加圧室基板１が分離できる。また、Ｐ２のピッ
チ（基板単位境界１３の中心線）で各加圧室基板１を分
離してもよい。この場合、分離後の加圧室基板１の周辺
に厚い側壁が形成される。この側壁の部分は、図１に示
すように、基体３に組み込む際には基体３と加圧室基板
１との接着面として機能するため、取り扱いが容易、か
つ、基体への接着強度が上昇するという効果を奏する。
０は、各加圧室基板１に分離される。その際、図１０に
示すＰ１のピッチで各加圧室基板１を分離すれば、従来
と同様の加圧室基板１が分離できる。また、Ｐ２のピッ
チ（基板単位境界１３の中心線）で各加圧室基板１を分
離してもよい。この場合、分離後の加圧室基板１の周辺
に厚い側壁が形成される。この側壁の部分は、図１に示
すように、基体３に組み込む際には基体３と加圧室基板
１との接着面として機能するため、取り扱いが容易、か
つ、基体への接着強度が上昇するという効果を奏する。
【０１１４】以上に述べたように本実施の第２形態によ
れば、基板の加圧室側に凹部を形成するエッチングを施
すことにより、シリコン単結晶基板の元の厚さに関わら
ず側壁を意図した高さに形成し、その剛性を上げること
ができる。
れば、基板の加圧室側に凹部を形成するエッチングを施
すことにより、シリコン単結晶基板の元の厚さに関わら
ず側壁を意図した高さに形成し、その剛性を上げること
ができる。
【０１１５】さらに、凹部を形成する工程を、各加圧室
基板の切断分離工程の直前に行えば、基板の剛性の低下
による取り扱い上の注意も最小限ですむ。
基板の切断分離工程の直前に行えば、基板の剛性の低下
による取り扱い上の注意も最小限ですむ。
【０１１６】さらに加えて、加圧室基板に係止部が一体
的にかつ高精度で形成でき、係止部をノズル板との位置
決め基準として使用することで、加圧室基板とノズル板
の相対位置精度を向上させることができる。
的にかつ高精度で形成でき、係止部をノズル板との位置
決め基準として使用することで、加圧室基板とノズル板
の相対位置精度を向上させることができる。
【０１１７】＜第３形態＞本発明の実施の第３形態は、
前記第２形態とは異なり、シリコン単結晶基板の加圧室
を設ける面とは反対側の面に凹部を形成するものであ
る。
前記第２形態とは異なり、シリコン単結晶基板の加圧室
を設ける面とは反対側の面に凹部を形成するものであ
る。
【０１１８】（ウェハの構造）図１６に、本実施の形態
に係る加圧室基板の製造方法におけるシリコン単結晶基
板のレイアウト図を示す。本実施の形態におけるレイア
ウトは、前述した第２形態と同様に、考えられる。すな
わち、基板１０の面積を、従来の基板より広く、かつ、
厚くする。また、第２形態と同様に単位領域を設ける。
ただし、本形態では、凹部１２を基板の能動素子側に設
ける。
に係る加圧室基板の製造方法におけるシリコン単結晶基
板のレイアウト図を示す。本実施の形態におけるレイア
ウトは、前述した第２形態と同様に、考えられる。すな
わち、基板１０の面積を、従来の基板より広く、かつ、
厚くする。また、第２形態と同様に単位領域を設ける。
ただし、本形態では、凹部１２を基板の能動素子側に設
ける。
【０１１９】なお、以下の説明において、凹部１２や単
位領域の正面の形状は正方形とし、凹部１２の幅をＰ
１、単位領域（基板単位境界１３の間）のピッチをＰ２
とする。
位領域の正面の形状は正方形とし、凹部１２の幅をＰ
１、単位領域（基板単位境界１３の間）のピッチをＰ２
とする。
【０１２０】次に、本実施の形態におけるインクジェッ
トプリンタヘッドの製造方法を説明する。図１７(a)〜
(j)、および図１８(a)〜(f)は、シリコン単結晶基板１
０の製造仮定における断面を概略して示したものであ
る。図１７〜図１９に示す各断面図は、図１６における
基板１０をａ−ａの線に沿って切断した断面図であり、
より具体的には、加圧室基板１のうち、複数の側壁１０
７を横切る切断面から基板形成過程を観察したものであ
る。能動素子側が、図１７〜図１９における基板の上側
の面に相当する。
トプリンタヘッドの製造方法を説明する。図１７(a)〜
(j)、および図１８(a)〜(f)は、シリコン単結晶基板１
０の製造仮定における断面を概略して示したものであ
る。図１７〜図１９に示す各断面図は、図１６における
基板１０をａ−ａの線に沿って切断した断面図であり、
より具体的には、加圧室基板１のうち、複数の側壁１０
７を横切る切断面から基板形成過程を観察したものであ
る。能動素子側が、図１７〜図１９における基板の上側
の面に相当する。
【０１２１】（凹部形成工程）図１７に、基板に凹部を
形成する凹部形成工程の各工程を示す。
形成する凹部形成工程の各工程を示す。
【０１２２】図１７(a)： ウェハ洗浄工程：基板の前
処理のため、基板上の油分や水分の除去が行われる。
処理のため、基板上の油分や水分の除去が行われる。
【０１２３】図１７(b)： 被加工層形成工程：被加工
層として基板に二酸化珪素層を設ける。例えば、１１０
０℃の炉の中で、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化
させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形成する。あるい
は、１１００℃の炉の中で、水蒸気を含む酸素を流して
５時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形
成する。これらの方法により形成された熱酸化膜は、エ
ッチングに対する保護層となる。
層として基板に二酸化珪素層を設ける。例えば、１１０
０℃の炉の中で、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化
させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形成する。あるい
は、１１００℃の炉の中で、水蒸気を含む酸素を流して
５時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形
成する。これらの方法により形成された熱酸化膜は、エ
ッチングに対する保護層となる。
【０１２４】図１７(c)： レジスト塗布工程：レジス
トをスピンナー法、スプレー法等の方法を用いて均一な
厚さのレジストを塗布する。そして、前乾燥を行うため
に、８０℃〜１００℃の温度で過熱し、溶剤を除去す
る。なお、ウェハの背面の熱酸化膜を保護するため、表
面に形成するレジストと同じレジストを背面に被着形成
する。
トをスピンナー法、スプレー法等の方法を用いて均一な
厚さのレジストを塗布する。そして、前乾燥を行うため
に、８０℃〜１００℃の温度で過熱し、溶剤を除去す
る。なお、ウェハの背面の熱酸化膜を保護するため、表
面に形成するレジストと同じレジストを背面に被着形成
する。
【０１２５】図１７(d)： 露光：基板単位境界の位置
にレジストを残すべくマスクを行い、紫外線、Ｘ線等で
露光を行う。
にレジストを残すべくマスクを行い、紫外線、Ｘ線等で
露光を行う。
【０１２６】図１７(e)： 現像：露光が終わった基板
は、スプレー法やディップによる現像、リンスが行われ
る。ここでは、ポジ型のレジストのパターニングを行っ
ているが、ネガ型のレジストをパターニングしても無論
よい。現像が終わった後は、レジストを硬化させるた
め、１２０℃〜１８０℃で乾燥させる。
は、スプレー法やディップによる現像、リンスが行われ
る。ここでは、ポジ型のレジストのパターニングを行っ
ているが、ネガ型のレジストをパターニングしても無論
よい。現像が終わった後は、レジストを硬化させるた
め、１２０℃〜１８０℃で乾燥させる。
【０１２７】図１７(f)： エッチング工程：弗酸と弗
化アンモニウムからなる混合溶液等で、熱酸化膜のエッ
チングを行う。
化アンモニウムからなる混合溶液等で、熱酸化膜のエッ
チングを行う。
【０１２８】図１７(g)： レジスト除去：残ったレジ
ストを、有機溶媒を用いた剥離剤を用いたり酸素プラズ
マによって剥離する。
ストを、有機溶媒を用いた剥離剤を用いたり酸素プラズ
マによって剥離する。
【０１２９】図１７(h)： シリコンエッチング形成工
程：本発明に係る凹部を、ウェットエッチング法、ある
いはドライエッチング法によって形成する。
程：本発明に係る凹部を、ウェットエッチング法、ある
いはドライエッチング法によって形成する。
【０１３０】ウェットエッチングの方法としては、例え
ば、弗酸が１８％、硝酸が３０％、酢酸が１０％含まれ
る混合液を用いて、所定の深さ（形成後の加圧室基板の
厚さとして適当な厚さ、例えばエッチング後のウェハの
厚さが１５０μｍになる程度の深さ）までエッチングす
る。
ば、弗酸が１８％、硝酸が３０％、酢酸が１０％含まれ
る混合液を用いて、所定の深さ（形成後の加圧室基板の
厚さとして適当な厚さ、例えばエッチング後のウェハの
厚さが１５０μｍになる程度の深さ）までエッチングす
る。
【０１３１】なお、シリコン結晶は、アルカリ性溶液に
対し、エッチングレートの差が存在する。このため、ア
ルカリ性溶液によるエッチングを行うと、たとえ初期の
ウェハ表面が平滑であっても、エッチング後には、凹凸
が生じることもある。例えば、凹凸の高低差が約５μｍ
で、ピッチが５〜１０μｍ程度の凹凸が生じる。したが
って、アルカリ性溶液によるエッチングを行う際には注
意する。
対し、エッチングレートの差が存在する。このため、ア
ルカリ性溶液によるエッチングを行うと、たとえ初期の
ウェハ表面が平滑であっても、エッチング後には、凹凸
が生じることもある。例えば、凹凸の高低差が約５μｍ
で、ピッチが５〜１０μｍ程度の凹凸が生じる。したが
って、アルカリ性溶液によるエッチングを行う際には注
意する。
【０１３２】図１７(i)： 熱酸化膜エッチング工程：
シリコンエッチングを行うと、図１７(h)に示したよう
な熱酸化膜のひさしが生ずる。このひさしを除去するた
め、ウェハ全領域の熱酸化膜を、弗酸水晶液でエッチン
グする。
シリコンエッチングを行うと、図１７(h)に示したよう
な熱酸化膜のひさしが生ずる。このひさしを除去するた
め、ウェハ全領域の熱酸化膜を、弗酸水晶液でエッチン
グする。
【０１３３】図１７(j)： 被加工膜形成：再び上記(b)
と同様な方法で熱酸化膜をウェハの全領域に、１〜２μ
ｍの膜厚で形成する。
と同様な方法で熱酸化膜をウェハの全領域に、１〜２μ
ｍの膜厚で形成する。
【０１３４】以上の凹部形成工程により、基板には複数
の凹部１２が形成できる。
の凹部１２が形成できる。
【０１３５】（圧電体薄膜素子形成工程）上述のよう
に、凹部１２を形成した場合、基板面上に凹凸が生じる
ため、均一な厚さのレジスト形成が困難になる。このた
め、本形態では、ローラー等を用いて、オフセット印刷
に類似した方法により、レジストの塗布を行うフォトリ
ソグラフィー法を用いる。
に、凹部１２を形成した場合、基板面上に凹凸が生じる
ため、均一な厚さのレジスト形成が困難になる。このた
め、本形態では、ローラー等を用いて、オフセット印刷
に類似した方法により、レジストの塗布を行うフォトリ
ソグラフィー法を用いる。
【０１３６】図１８に、圧電体薄膜素子を形成する各工
程を示す。
程を示す。
【０１３７】図１８(a) 振動板膜形成工程：ウェハの
全領域に設けた熱酸化膜は、振動板膜１０２として機能
する。なお、本工程は、図１７(j)の工程と同一工程を
異なる表現に置き換えたものに過ぎない。
全領域に設けた熱酸化膜は、振動板膜１０２として機能
する。なお、本工程は、図１７(j)の工程と同一工程を
異なる表現に置き換えたものに過ぎない。
【０１３８】図１８(b) 圧電体薄膜形成工程：凹部が
形成された振動板膜１０２上に、圧電体薄膜素子を形成
する。圧電体薄膜素子は、圧電体薄膜が上下の電極層に
より挟まれた構造となっている。下部電極１０３および
上部電極１０５の組成、圧電体膜１０４の組成および圧
電体膜前駆体を熱処理する工程に関しては、前述した第
１形態と同様である。
形成された振動板膜１０２上に、圧電体薄膜素子を形成
する。圧電体薄膜素子は、圧電体薄膜が上下の電極層に
より挟まれた構造となっている。下部電極１０３および
上部電極１０５の組成、圧電体膜１０４の組成および圧
電体膜前駆体を熱処理する工程に関しては、前述した第
１形態と同様である。
【０１３９】図１８(c) レジスト形成工程：次にレジ
ストを塗布するが、基板面には凹凸が生じているため、
従来のスプレー法等では均一なレジストを塗布すること
ができない。そこで、凹部１２にレジストを設けるた
め、ローラを用い、オフセット印刷類似の方法でレジス
トを塗布するロールコーター法を採用する。ローラは、
ゴム等の弾性体でできている。ローラには、オフセット
印刷と類似の手法で、凹部の形状に成形したレジストが
転写される。そして、基板１０に密着させてこのローラ
を回転させ、ローラ上のレジストを基板１０の凹部領域
に転写させる。なお、均一なレジストを塗布することが
できるなら、ローラによらず他の方法を用いてもよい。
ストを塗布するが、基板面には凹凸が生じているため、
従来のスプレー法等では均一なレジストを塗布すること
ができない。そこで、凹部１２にレジストを設けるた
め、ローラを用い、オフセット印刷類似の方法でレジス
トを塗布するロールコーター法を採用する。ローラは、
ゴム等の弾性体でできている。ローラには、オフセット
印刷と類似の手法で、凹部の形状に成形したレジストが
転写される。そして、基板１０に密着させてこのローラ
を回転させ、ローラ上のレジストを基板１０の凹部領域
に転写させる。なお、均一なレジストを塗布することが
できるなら、ローラによらず他の方法を用いてもよい。
【０１４０】図１８(d) マスク・露光工程：次に、通
常の方法（図３で示した方法）を用いてマスクを施し、
露光を行う。マスクパターンは、電極の形状に相当する
ものである。
常の方法（図３で示した方法）を用いてマスクを施し、
露光を行う。マスクパターンは、電極の形状に相当する
ものである。
【０１４１】図１８(e) 現像工程：現像も通常の方法
を用いて行うことができる。ここでは、ポジ型の現像を
行っている。
を用いて行うことができる。ここでは、ポジ型の現像を
行っている。
【０１４２】図１８(f) エッチング工程：次いで、イ
オンミリング、あるいはドライエッチング等を用いて、
不要な電極部分を除去し、レジストを除去すれば圧電体
薄膜素子の電極が完成する。
オンミリング、あるいはドライエッチング等を用いて、
不要な電極部分を除去し、レジストを除去すれば圧電体
薄膜素子の電極が完成する。
【０１４３】そして、基板の裏面には、例えば、異方性
エッチング、平行平板型反応性イオンエッチング等の活
性気体を用いた異方性エッチングを用いて、加圧室の空
間のエッチングを行い、加圧室基板１の形成が完了す
る。加圧室の形成については、前述した実施の第２形態
と同様に考えられる。
エッチング、平行平板型反応性イオンエッチング等の活
性気体を用いた異方性エッチングを用いて、加圧室の空
間のエッチングを行い、加圧室基板１の形成が完了す
る。加圧室の形成については、前述した実施の第２形態
と同様に考えられる。
【０１４４】（加圧室基板の構造）図１９に、上述した
製造方法により加圧室基板の形成が終了したシリコン単
結晶基板１０の断面図を示す。同図に示すように、基板
１０の能動素子側には、凹部１２が形成されている。振
動板膜１０２の上には下部電極１０３が形成され、その
上に、上部電極１０５を設けた圧電体膜１０４が形成さ
れている。また、基板１０の加圧室側には、イオンミリ
ング等により加圧室１０６が形成され、加圧室１０６の
間は側壁１０７により仕切られている。凹部１２の部分
のみに注目すると、従来の１５０μｍ厚のシリコンウェ
ハに形成した加圧室基板と同一の構造をなしていること
が判る。
製造方法により加圧室基板の形成が終了したシリコン単
結晶基板１０の断面図を示す。同図に示すように、基板
１０の能動素子側には、凹部１２が形成されている。振
動板膜１０２の上には下部電極１０３が形成され、その
上に、上部電極１０５を設けた圧電体膜１０４が形成さ
れている。また、基板１０の加圧室側には、イオンミリ
ング等により加圧室１０６が形成され、加圧室１０６の
間は側壁１０７により仕切られている。凹部１２の部分
のみに注目すると、従来の１５０μｍ厚のシリコンウェ
ハに形成した加圧室基板と同一の構造をなしていること
が判る。
【０１４５】加圧室基板１の基板１０からの切り離しに
ついては、前述した第２形態と同様に考えることができ
る。すなわち、図１６におけるＰ１のピッチで切り離し
ても、Ｐ２のピッチ切り離してもよい。切り離された加
圧室基板１には、ノズルユニット２が接着される（図１
および図２参照）。
ついては、前述した第２形態と同様に考えることができ
る。すなわち、図１６におけるＰ１のピッチで切り離し
ても、Ｐ２のピッチ切り離してもよい。切り離された加
圧室基板１には、ノズルユニット２が接着される（図１
および図２参照）。
【０１４６】上記本実施の第３形態によれば、基板の厚
さを厚くできるので、機械的強度を上げることができ
る。このため、製造工程における取り扱いが容易にな
る。
さを厚くできるので、機械的強度を上げることができ
る。このため、製造工程における取り扱いが容易にな
る。
【０１４７】また、基板の厚さを厚くしたにもかかわら
ず、凹部領域を設けることにより側壁の高さを従来と変
わらなくできるため、クロストークが増加するという弊
害は生じない。
ず、凹部領域を設けることにより側壁の高さを従来と変
わらなくできるため、クロストークが増加するという弊
害は生じない。
【０１４８】さらに加えて、基板の機械的強度が増加し
たので、従来より基板を大面積化できる。一枚の基板に
一度に多くの加圧室基板を形成できるので、製造コスト
の大幅な軽減が図れる。
たので、従来より基板を大面積化できる。一枚の基板に
一度に多くの加圧室基板を形成できるので、製造コスト
の大幅な軽減が図れる。
【０１４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
側壁の高さを低くし、壁の剛性を高めるたので、クロス
トークの発生しない高解像度のインクジェットプリンタ
ヘッドを提供できる。
側壁の高さを低くし、壁の剛性を高めるたので、クロス
トークの発生しない高解像度のインクジェットプリンタ
ヘッドを提供できる。
【０１５０】また、凹部領域をシリコン単結晶基板のい
ずれかの面に形成するので、シリコン単結晶基板の厚み
を厚くできる。たとえ加圧室基板を形成した後でも、基
板には凹部領域のまわりに厚みのある周辺領域が格子の
ように残されることになるので、基板自体の鋼性が高
い。このため、製造中における基板の取り扱いが容易と
なり、歩留りを高くできるという効果も奏する。
ずれかの面に形成するので、シリコン単結晶基板の厚み
を厚くできる。たとえ加圧室基板を形成した後でも、基
板には凹部領域のまわりに厚みのある周辺領域が格子の
ように残されることになるので、基板自体の鋼性が高
い。このため、製造中における基板の取り扱いが容易と
なり、歩留りを高くできるという効果も奏する。
【０１５１】さらに、本発明によれば、基板の機械的強
度を高くすることができるので、基板を大面積化して、
より多くの加圧室基板を一度に形成することができる。
したがって、製造コストを削減することができる。
度を高くすることができるので、基板を大面積化して、
より多くの加圧室基板を一度に形成することができる。
したがって、製造コストを削減することができる。
【図１】本発明の実施の第１形態におけるインクジェッ
トプリンタヘッドの分解斜視図である。
トプリンタヘッドの分解斜視図である。
【図２】第１形態におけるインクジェットプリンタヘッ
ドの主要部の分解斜視図である。
ドの主要部の分解斜視図である。
【図３】第１形態における実施例１の加圧室の長手方向
に直角な面における主要部断面図である。
に直角な面における主要部断面図である。
【図４】第１形態における実施例１の加圧室の長手方向
に直角な面における製造工程断面図である。
に直角な面における製造工程断面図である。
【図５】第１形態の実施例２の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。
な面における加圧室基板断面図である。
【図６】第１形態の実施例３の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。
な面における加圧室基板断面図である。
【図７】第１形態の実施例４の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。
な面における加圧室基板断面図である。
【図８】第１形態の実施例５の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。
な面における加圧室基板断面図である。
【図９】第１形態の実施例６の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。
な面における加圧室基板断面図である。
【図１０】本発明の実施の第２形態におけるインクジェ
ットプリントヘッドのシリコン単結晶基板上のレイアウ
ト図である。
ットプリントヘッドのシリコン単結晶基板上のレイアウ
ト図である。
【図１１】第２形態におけるインクジェットプリントヘ
ッドのシリコン単結晶基板上のレイアウトの変形例であ
る。
ッドのシリコン単結晶基板上のレイアウトの変形例であ
る。
【図１２】第２形態における実施例１の加圧室の長手方
向に直角な面における製造工程断面図（その１）であ
る。
向に直角な面における製造工程断面図（その１）であ
る。
【図１３】第２形態における実施例１の加圧室の長手方
向に直角な面における製造工程断面図（その２）であ
る。
向に直角な面における製造工程断面図（その２）であ
る。
【図１４】第２形態における加圧室基板とノズルユニッ
トとの接続を説明する図である。
トとの接続を説明する図である。
【図１５】第２形態における実施例２の加圧室の長手方
向に直角な面における製造工程断面図である。
向に直角な面における製造工程断面図である。
【図１６】本発明の実施の第３形態におけるインクジェ
ットプリントヘッドのシリコン単結晶基板上のレイアウ
ト図である。
ットプリントヘッドのシリコン単結晶基板上のレイアウ
ト図である。
【図１７】第３形態における加圧室の長手方向に直角な
面における製造工程断面図（凹部形成工程）である。
面における製造工程断面図（凹部形成工程）である。
【図１８】第３形態における加圧室の長手方向に直角な
面における製造工程断面図（圧電体薄膜形成工程）であ
る。
面における製造工程断面図（圧電体薄膜形成工程）であ
る。
【図１９】第３形態におけるシリコン単結晶基板の加圧
室の長手方向に直角な面における断面図である。
室の長手方向に直角な面における断面図である。
【図２０】従来の加圧室基板の加圧室の長手方向に直角
な面における断面図である。
な面における断面図である。
【図２１】従来の加圧室基板の駆動原理およびその問題
点を説明する加圧室の長手方向に直角な面における断面
図である。
点を説明する加圧室の長手方向に直角な面における断面
図である。
１…加圧室基板 ２…ノズルユニット ３…基体 ４…配線基板 １０、５０１…シリコン単結晶基板（ウェハ） １１…外周部 １２、１２ｂ…凹部 １３…基板単位境界 １４…窓 １５…突起部 １６…位置決め穴 １７…輻射光源 ２０…ノズル形成基板 ２１…ノズル ２２…リザーバ室形成基板 ２３…インクリザーバ室 ２４…インク供給路形成基板 ２５…インク供給孔 ２６…連通路基板 ２７…連通路 １０２、５０２…熱酸化膜（振動板膜） １０３、５０３…下部電極 １０４、５０４…圧電体膜 １０５、５０５…上部電極 １０６、５０６…加圧室 １０７、５０７…側壁 １０８…溝 １１０…共通流路 ５０９…ノズル
フロントページの続き (72)発明者 橋爪 勉 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内
Claims (23)
- 【請求項１】 加圧室基板の一方の面に複数の加圧室が
設けられたインクジェットプリンタヘッドであって、 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反対側の面におけ
る当該加圧室と相対する位置に溝が形成され、当該溝内
には、前記加圧室内のインクを加圧する振動板膜と、当
該振動板膜上に圧電体膜が上下電極で挟まれた圧電体薄
膜素子と、が形成されており、少なくとも前記上部電極
の幅は、前記加圧室の幅より狭く形成されていることを
特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項２】 前記加圧室基板は、面方位（１００）の
シリコン単結晶基板であって、複数の前記加圧室の間を
仕切る側壁の壁面が、当該加圧室の底面と鈍角をなし、
当該側壁の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１１１）
面からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジ
ェットプリンタヘッド。 - 【請求項３】 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反
対側の面に形成された前記溝の壁面が、当該溝の底面と
鈍角をなし、当該溝の壁面が当該シリコン単結晶基板の
（１１１）面からなることを特徴とする請求項２に記載
のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項４】 前記加圧室基板は、面方位（１１０）の
シリコン単結晶基板であって、複数の前記加圧室の間を
仕切る側壁の壁面が、当該加圧室の底面と略直角をな
し、当該側壁の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１１
１）面からなることを特徴とする請求項１に記載のイン
クジェットプリンタヘッド。 - 【請求項５】 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反
対側の面に形成された前記溝の壁面が、当該溝の底面と
略直角をなし、当該溝の壁面が当該シリコン単結晶基板
の（１１１）面からなることを特徴とする請求項４に記
載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項６】 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反
対側の面に形成された溝の壁面が、当該溝の底面と鈍角
をなすことを特徴とする請求項４に記載のインクジェッ
トプリンタヘッド。 - 【請求項７】 前記下部電極が前記振動板膜を兼ねるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項８】 シリコン単結晶基板の一方の面に複数の
溝を形成する工程と、 当該溝の底面に、振動板膜を形成する工程と、 前記振動板膜上に、圧電体膜が上部電極および下部電極
で挟まれた圧電体薄膜素子を形成する工程と、 前記シリコン単結晶基板の反対側の面における前記溝の
底面と相対する位置に、加圧室を形成する工程とを含む
ことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造
方法。 - 【請求項９】 前記圧電体薄膜素子を形成する工程は、
前記下部電極を形成する工程と、当該下部電極の上に前
記圧電体膜を形成する工程と、当該圧電体膜の上に前記
上部電極を形成する工程と、当該上部電極の一部を除去
することにより、有効な当該上部電極の幅を前記加圧室
の幅より狭くする工程とからなることを特徴とする請求
項８に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方
法。 - 【請求項１０】 前記圧電体膜を形成する工程は、圧電
体膜前駆体を形成する工程と、酸素を含む雰囲気中で熱
処理を行うことにより、当該圧電体膜前駆体を前記圧電
体膜に変換する工程とからなることを特徴とする請求項
９記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１１】 前記上部電極の一部を除去することに
より、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より狭くする工
程は、残したい前記上部電極の領域上に、エッチングに
対するマスクとなるエッチングマスク材のパターンを形
成する工程と、エッチングマスク材で被われていない上
部電極領域を、エッチングにより除去する工程とからな
ることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１２】 前記上部電極の一部を除去することに
より、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より狭くする工
程は、前記上部電極の除去したい領域にレーザを照射し
て、上部電極の一部を除去する工程からなることを特徴
とする請求項９に記載のインクジェットプリンタヘッド
の製造方法。 - 【請求項１３】 加圧室基板の一方の面に複数の加圧室
が設けられたインクジェットプリンタヘッドであって、 前記加圧室基板は、当該加圧室基板の一方の面に周辺領
域を残して凹部が形成され、この凹部が形成された凹部
領域にさらに前記加圧室が複数設けられることによっ
て、前記周辺領域における当該加圧室基板の厚さが、複
数の前記加圧室の間を隔てる側壁の高さより厚く形成さ
れていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッ
ド。 - 【請求項１４】 前記凹部領域にノズル板が嵌着されて
なることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェッ
トプリンタヘッド。 - 【請求項１５】 加圧室基板の一方の面に複数の加圧室
が設けられたインクジェットプリンタヘッドであって、 前記加圧室基板の加圧室が設けられた一方の面に係止部
が形成され、当該一方の面に貼り合わせられるノズル板
には、前記加圧室基板の係止部が係止する被係止部が設
けられていることを特徴とする請求項１３に記載のイン
クジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１６】 前記周辺領域における加圧室基板の厚
さと前記加圧室の間を隔てる側壁の高さとの差dが、前
記凹部領域と周辺領域との境界から、この境界に直近の
加圧室の側壁までの距離gと、g≧dという関係を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載インクジェットプリ
ンタヘッド。 - 【請求項１７】 一方の面に複数の加圧室が設けられた
加圧室基板を、シリコン単結晶基板に複数形成するイン
クジェットプリンタヘッドの製造方法であって、 前記シリコン単結晶基板を、前記加圧室基板を形成する
ための単位領域に区分けし、当該加圧室基板の加圧室を
設ける面には、前記単位領域ごとに、その周辺に周辺領
域を残して凹部を形成する凹部形成工程と、 前記凹部形成工程により前記凹部を形成した凹部領域
に、さらに前記加圧室を形成し、前記周辺領域における
加圧室基板の厚さを、複数の前記加圧室の間を隔てる側
壁の高さより厚くする加圧室形成工程と、を備えたこと
を特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方
法。 - 【請求項１８】 一方の面に複数の加圧室が設けられた
加圧室基板を、シリコン単結晶基板に複数形成するイン
クジェットプリンタヘッドの製造方法であって、 前記シリコン単結晶基板を、前記加圧室基板を形成する
ための単位領域に区分けし、当該加圧室基板の加圧室を
設ける面に、前記単位領域の周辺部に周辺領域を残して
前記加圧室を形成する加圧室形成工程と、 前記加圧室形成工程により前記加圧室を形成した領域に
さらに凹部を形成して凹部領域とし、前記周辺領域にお
ける加圧室基板の厚さを、複数の前記加圧室の間を隔て
る側壁の高さより厚くする凹部形成工程と、を備えたこ
とを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方
法。 - 【請求項１９】 一方の面に複数の加圧室が設けられた
加圧室基板を、シリコン単結晶基板に複数形成するイン
クジェットプリンタヘッドの製造方法であって、 前記シリコン単結晶基板を、前記加圧室基板を形成する
ための単位領域に区分けし、当該加圧室基板の加圧室を
設ける面と反対側の面には、前記単位領域ごとに、その
周辺に周辺領域を残して凹部領域を形成する凹部形成工
程を備え、 前記周辺領域における加圧室基板の厚さを前記凹部領域
における加圧室基板の厚さより厚くすることにより、前
記シリコン単結晶基板の機械的強度を維持するインクジ
ェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項２０】 前記凹部形成工程は、被加工層を形成
する被加工層形成工程と、前記被加工層にレジストを設
け当該レジストにマスクを施すレジストマスク形成工程
と、前記レジストマスク形成工程によりマスクされた前
記凹部領域に相当する領域の前記被加工層をエッチング
するエッチング工程と、前記エッチング工程により前記
被加工層が取り除かれた領域のシリコン単結晶基板をさ
らにエッチングし前記凹部領域を形成する凹部領域エッ
チング工程と、前記凹部領域エッチング工程によりエッ
チングされた前記凹部領域に被加工層を形成する凹部被
加工層形成工程と、により構成されることを特徴とする
請求項１９に記載のインクジェットプリンタヘッドの製
造方法。 - 【請求項２１】 前記凹部形成工程により形成された前
記凹部領域に対し、電極層により挟まれた圧電体薄膜を
形成する圧電体薄膜形成工程と、 弾性を有するローラにより前記圧電体薄膜形成工程によ
り形成された圧電体薄膜上にレジストを形成するレジス
ト形成工程と、 前記レジスト形成工程によりレジストが設けられた前記
シリコン単結晶基板を露光する露光工程と、 前記露光工程により露光された前記シリコン単結晶基板
を現像する現像工程と、 前記現像工程によりレジストが設けられた前記圧電体薄
膜をエッチングし、圧電体薄膜素子を形成するエッチン
グ工程と、 前記エッチング工程により形成された前記圧電体薄膜素
子に対応する前記シリコン単結晶基板の他方の面上の位
置に前記加圧室を形成する加圧室形成工程とを備えたこ
とを特徴とする請求項１９に記載のインクジェットプリ
ンタヘッドの製造方法。 - 【請求項２２】 前記加圧室基板を形成した後、各前記
単位領域から前記加圧室基板を分離する際に、前記周辺
領域を含まない前記凹部領域のみを前記シリコン単結晶
基板から分離して個々の前記加圧室基板とする分離工程
を備えたことを特徴とする請求項１７乃至請求項２１の
いずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造
方法。 - 【請求項２３】 前記加圧室基板を形成した後、各前記
単位領域から前記加圧室基板を分離する際に、前記周辺
領域を含めて前記加圧室基板を前記シリコン単結晶基板
から分離して個々の前記加圧室基板とする分離工程を備
えたことを特徴とする請求項１７乃至請求項２１のいず
れかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方
法。
Priority Applications (8)
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|---|---|---|---|
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| DE69636021T DE69636021T2 (de) | 1995-11-24 | 1996-11-25 | Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE69628990T DE69628990T2 (de) | 1995-11-24 | 1996-11-25 | Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP96118849A EP0775581B1 (en) | 1995-11-24 | 1996-11-25 | Ink-jet printing head and method of producing the same |
| US08/756,254 US6019458A (en) | 1995-11-24 | 1996-11-25 | Ink-jet printing head for improving resolution and decreasing crosstalk |
| EP02014251A EP1245391B1 (en) | 1995-11-24 | 1996-11-25 | Ink-jet printing head and method of producing the same |
| US09/107,276 US6126279A (en) | 1995-11-24 | 1998-06-30 | Ink jet printing head for improving resolution and decreasing crosstalk |
| US09/599,440 US7003857B1 (en) | 1995-11-24 | 2000-06-22 | Method of producing an ink-jet printing head |
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| JP7-306198 | 1995-11-24 | ||
| JP8-57950 | 1996-03-14 | ||
| JP5795096 | 1996-03-14 | ||
| JP8-284487 | 1996-10-25 | ||
| JP28448796 | 1996-10-25 | ||
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