JP2003011365A

JP2003011365A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003011365A
Application number: JP2001202942A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の割れなどが発生する。【解決手段】第１のシリコン基板３１と第２のシリコ
ン基板３２とを接合した後に第２のシリコン基板３２に
インク供給のための貫通口１９が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジ
ェット記録装置において使用するインクジェットヘッド
は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通す
る吐出室（インク流路、インク室、圧力室、液室、加圧
室、加圧液室等とも称される。）と、この吐出室内のイ
ンクを加圧する圧力発生手段とを備え、圧力発生手段で
吐出室内の圧力／体積を変化させることによりノズルか
らインク滴を吐出させるものである。

【０００３】例えば、特開平６−７１８８２号公報には
シリコン基板にエッチングを施して、吐出室及びこの吐
出室の壁面を形成する振動板を形成した吐出室基板を挟
み込むように、振動板に対向する電極を配置した電極基
板とノズルを形成したノズル基板を接合した静電型イン
クジェットヘッドが開示されている。

【０００４】また、インクジェットヘッドに外部からイ
ンクを供給するための供給口を設ける方法として、従
来、特開昭６２−１５２８６２号公報で開示されるもの
がある。これは、インク供給管を接続するための穴をヘ
ッドチップに開孔し、凹状に形成してインクを供給でき
るようにしたものであるが、この製造方法では、インク
ジェットヘッド一つ一つにインク取入れ口用の穴明け加
工が必要となり、大量生産に向かないという不都合があ
る。

【０００５】一方、予め穴明けがなされたウエハ状の基
板により複数のインクジェットヘッドを作製して、これ
を切断することで一度に多くのインクジェットヘッドを
作製する場合、ウエハ状の基板にエッチングにより細密
な電極を形成する必要が生ずる。

【０００６】しかしながら、穴明けが成された基板へ細
密な電極を形成しようとすると、エッチングを行なうた
めに細密なパターニングを行なうためのスピンコート法
による感光性のフォトレジストを薄く且つ均一に塗布す
ることが不可能となってしまい、高精度で高密度な電極
を形成することができないという不都合が生じる。特
に、静電型インクジェットヘッドにおいては、０．１〜
０．２ミクロン程度の浅い溝や、５〜１０ミクロンピッ
チの配線パターンの作製のためにスピンコートによるフ
ォトレジスト塗布が不可欠でありながら、且つ穴明けを
切断工程に先立って予め行なう必要が生じていた。

【０００７】そこで、従来、インクジェットヘッドの製
造方法として、特開平１１−１２３８２４号公報に記載
されているように、インク滴を吐出するノズルと、この
ノズルに連通する吐出室と、この吐出室にインクを供給
するインク取入れ口と、この吐出室の一部に設けられた
電気機械変換素子と、この電気機械変換素子に対応して
設けられた電極とを有するインクジェットヘッドの製造
方法において、絶縁性の第１の基板に電極のパターンを
形成し、その後電極パターンが形成された第１の基板に
インク取入れ口を形成する貫通穴を加工する穴明け加工
をし、第１の基板とインク流路が形成された第２の基板
を接合するものがある。この場合、穴明け加工工程で
は、ドリルによる研削加工、レーザ光による溶融または
昇華により穴明け加工あるいは超音波加工により穴明け
加工する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のインク
ジェットヘッドの製造方法にあっては、穴開け加工前に
電極パターン形成を行うので、フォトレジスト塗布、パ
ターニングが精度良く行えるが、穴開け加工をドリル、
レーザあるいは超音波によって行うので、小さな穴しか
形成できず多数のノズルを有したインクジェットヘッド
では、インクの供給が足りなくなり吐出不良などの問題
が生じる。

【０００９】そのため、インク取り入れ口を多数、ある
いは密に形成して連通させて大きなインク取り入れ口を
作製した場合には、電極を形成した基板の強度が小さく
なり、その後の接合で破損が生じ歩留まりが低下すると
いった問題が生じる。また、インク取り入れ口を多数形
成した場合には、その数の増加に伴いコストが増加する
という問題も生じる。

【００１０】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、歩留まりを向上して低コスト化を図れるインク
ジェットヘッド及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に係るインクジェットヘッドは、第２のシ
リコン基板と第１のシリコン基板とを貼り合わせた後に
第２のシリコン基板にインク供給のための貫通口が形成
されている構成としたものである。請求項２に係るイン
クジェットヘッドは、請求項１に係るインクジェットヘ
ッドにおいて、インク供給のための貫通口が異方性エッ
チングにより形成されている構成としたものである。

【００１２】請求項３に係るインクジェットヘッドは、
第１のシリコン基板に共通液室となる凹部を有し、第２
のシリコン基板に共通液室と連通するインク供給のため
の貫通口を有し、この貫通口の幅が共通液室の幅より小
さい構成としたものである。

【００１３】請求項４に係るインクジェットヘッドは、
第２のシリコン基板にインク供給のための貫通口を有
し、この貫通口が複数に分割されている構成としたもの
である。

【００１４】請求項５に係るインクジェットヘッドは、
第２のシリコン基板にインク供給のための貫通口を有
し、第１のシリコン基板にインク供給のための貫通口と
吐出室とに連通する凹部を有し、この凹部が複数に分割
されている構成としたものである。

【００１５】請求項６に係るインクジェットヘッドは、
請求項１乃至５のいずれかのインクジェットヘッドであ
って、第２のシリコン基板が（１１０）面方位であり、
貫通口がシリコン基板の＜１１０＞又は＜１１２＞方向
に一致させて形成されている構成としたものである。

【００１６】請求項７に係るインクジェットヘッドは、
請求項１乃至５のいずれかのインクジェットヘッドであ
って、第２のシリコン基板が（１００）面方位であり、
貫通口がシリコン基板の＜０１１＞方向に一致させて形
成されている構成としたものである。

【００１７】請求項８に係るインクジェットヘッドは、
（１００）面方位の第２のシリコン基板にインク供給の
ための貫通口が異方性エッチングにより形成されてお
り、（１００）面方位の第１のシリコン基板の＜１１０
＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向が平行で
ある構成としたものである。

【００１８】請求項９に係るインクジェットヘッドは、
（１００）面方位の第２のシリコン基板にインク供給の
ための貫通口が異方性エッチングにより形成されてお
り、（１１０）面方位の第１のシリコン基板の＜１−１
２＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向が平行
である構成としたものである。

【００１９】請求項１０に係るインクジェットヘッド
は、第１のシリコン基板が（１００）面方位のベースウ
ェハと（１００）面方位のボンドウェハを貼り合わせて
なるＳＯＩ基板からなり、第２のシリコン基板が（１０
０）面方位のシリコン基板からなり、（１００）面方位
のベースウェハの＜１１０＞方向とボンドウェハの＜１
１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向が互
いに平行である構成としたものである。

【００２０】請求項１１に係るインクジェットヘッド
は、第１のシリコン基板が（１１０）面方位のベースウ
ェハと（１００）面方位のボンドウェハを貼り合わせて
なるＳＯＩ基板からなり、第２のシリコン基板が（１０
０）面方位のシリコン基板からなり、、（１１０）面方
位のベースウェハの＜１−１２＞方向とボンドウェハの
＜１１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向
が平行である構成としたものである。

【００２１】請求項１２に係るインクジェットヘッド
は、第２のシリコン基板にインク供給のための貫通口が
異方性エッチングにより形成され、第１のシリコン基板
の貫通口に対応する部分が第２のシリコン基板との接合
面側から異方性エッチングされて開口された構成とした
ものである。

【００２２】請求項１３に係るインクジェットヘッドの
製造方法は、請求項１２に係るインクジェットヘッドを
製造する製造方法であって、第１のシリコン基板の貫通
口に対応する部分が高濃度ボロン層からなり、第１のシ
リコン基板が第２のシリコン基板との接合面側から異方
性エッチングする工程で、初めは高濃度ボロン層に対す
るエッチレートが大きいエッチング液で、引き続き高濃
度ボロン層に対するエッチレートが小さいエッチング液
で順次エッチングを行う構成としたものである。

【００２３】請求項１４に係るインクジェットヘッド
は、第２のシリコン基板および第１のシリコン基板の面
がすべて研磨面である構成としたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。先ず、本発明の第１実施形態
について図１乃至図３を参照して説明する。なお、図１
は同実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視
図、図２は同ヘッドのノズル板を除いた状態の平面説明
図、図３は同ヘッドの吐出室長手方向に沿う略断面説明
図、図４は同ヘッドの吐出室短手方向に沿う略断面説明
図である。

【００２５】このインクジェットヘッドは、第１のシリ
コン基板である流路基板１と、流路基板１の下側に設け
た第２のシリコン基板である電極基板２と、流路基板１
の上側に設けた第３基板であるノズル板３とを積層した
積層構造体からなり、これらにより、複数のノズル４が
連通するインク流路である吐出室６、吐出室６に流体抵
抗部７を介して連通する共通液室８などを形成してい
る。

【００２６】流路基板１は、（１１０）面方位の単結晶
シリコン基板からなり、吐出室６及びこの吐出室６の底
部となる壁面を形成する振動板１０を形成する凹部（凹
部間が吐出室６の隔壁となる）、共通液室８を形成する
凹部などを形成している。この流路基板１の電極基板２
側の表面には駆動時に振動板１０と後述する電極１５と
の絶縁破壊やショートが起こるのを防止するため、熱酸
化により０．１μｍのＳｉＯ₂などの絶縁膜１１を成膜
している。

【００２７】電極基板２は、（１１０）面方位の単結晶
シリコン基板からなり、このシリコン基板に熱酸化法で
熱酸化膜層２ａを形成し、この熱酸化膜層２ａに電極形
成用の溝部（凹部）１４を形成して、この凹部１４の底
面に振動板１０に所定のギャップ１６を置いて対向する
電極１５を形成し、この電極１５と振動板１０によっ
て、振動板１５を変位させて吐出室６の内容積を変化さ
せるアクチュエータ部（圧力発生手段）を構成してい
る。すなわち、電極基板２には圧力発生手段の一部であ
る電極１５を形成している。

【００２８】この電極基板２の電極１５上には振動板１
０との接触によって電極１５が破損するのを防止するた
め、ＳｉＯ₂の絶縁層１７を成膜している。なお、電極
１５を電極基板２の端部付近まで延設して外部駆動回路
と接続手段を介して接続するための電極パッド部１５ａ
を形成している。

【００２９】ここでは、電極基板２には厚み０．６ｍｍ
の単結晶シリコン基板を用いてその表面に厚さ２μｍで
熱酸化膜２ａを形成し、この熱酸化膜２ａにＨＦ水溶液
などでエッチングにより凹部１４を形成し、この凹部１
４に窒化チタンなどの高耐熱性を有する電極材料をスパ
ッタ、ＣＶＤ、蒸着などの成膜技術で所望の厚さに成膜
し、その後、フォトレジストを形成してエッチングする
ことにより、凹部１４にのみ電極１５を形成したもので
ある。

【００３０】また、第２のシリコン基板であるこの電極
基板２には、第１のシリコン基板である流路基板１の共
通液室８にインクを供給するインク取り入れ口１８とな
る貫通口１９を設けている。このインク取り入れ口１８
となる貫通口１９は、流路基板１と電極基板２を接合し
た後に形成し、吐出室６の並びに沿って平行に長方形形
状に形成している。これにより、基板の強度を確保した
状態でインク取り入れ口１８となる貫通口１９を形成す
ることができ、作製中の破損が防止される。

【００３１】ここで、インク取り入れ口１８となる貫通
口１９の幅は共通液室８の幅よりも小さく形成してい
る。すなわち、結晶面方位（１１０）の第１のシリコン
基板である流路基板１で共通液室８を形成すると、図２
に示すように、共通液室８の隔壁は鋸状になるが、この
とき、インク取り入れ口１８となる貫通口１９の流路基
板１側での幅が共通液室８の幅よりも大きいと、鋸歯が
インク取り入れ口１８からのインクの流れの中に存在す
ることになり、インクが効率よく流れなくなり、インク
供給が不十分となるおそれがある。そこで、インク取り
入れ口１８となる貫通口１９の流路基板１側での幅を共
通液室８の幅よりも小さくすることで、インクの効率的
な流れを確保することができる。

【００３２】上述した流路基板１と電極基板２とを陽極
接合、直接接合等のプロセスで接合した後、ギャップ１
６の開口部をエポキシ樹脂などの封止材２０で外気から
気密封止する。なお、流路基板１と電極基板２とを接合
した後のギャップ１６の長さ（振動板１０と電極１５と
の間隔）は、０．２μｍとなっている。

【００３３】ノズル板３は、例えばガラス又はプラスチ
ック、ステンレス等の金属、シリコン等の薄板からな
り、吐出室６に対応する位置に吐出室６の個数分のノズ
ル４が形成されている。また、流路基板１の吐出室６と
共通液室８を連通するように流体抵抗部７を形成してい
る。

【００３４】そして、流路基板１には共通電極１２を設
けている。この共通電極１２は、Ａｌ等の金属をスパッ
タしてシンタリング（熱拡散）することにより付設して
おり、流路基板１との導通を確保して、半導体基板より
なる流路基板１とオーミックコンタクトを取っている。
そして、共通電極１２と各個別の電極１５に通じる電極
パッド部１５ａに、例えばリード線をボンディングして
ドライバ２１を接続する。

【００３５】さらに、インク取り入れ口１８にはインク
供給管を接着して接続することにより、共通液室８、吐
出室６等には、インクタンク（図示省略）からインク取
り入れ口１８を通して供給されたインクを充填する。な
お、使用するインクとしては、水、アルコール、トルエ
ン等の主溶媒にエチレングリコールなどの界面活性剤
と、染料又は顔料とを溶解又は分散させることにより調
製したものを用いているが、インクジェットヘッドにヒ
ーターなどを付設すれば、ホットメルトインクも使用で
きる。

【００３６】このように構成したインクジェットヘッド
においては、個別の電極１５に対して、ドライバ２１に
より、例えば、正の電圧パルスを印加することで、電極
１５の表面が正の電位に帯電し、この電極１５に対向す
る振動板１０の下面は負の電位に帯電するので、振動板
１０は静電気力によって吸引されて個別の電極１５との
間隔が狭まる方向へ撓む。このとき、振動板１０が撓む
ことにより、インクがリザーバ（共通液室）８からオリ
フィス（流体抵抗部）７を経由して吐出室６に供給され
る。

【００３７】そこで、個別の電極１５へ印加している電
圧パルスをオフにし、蓄えられている電荷を放電するこ
とによって、上述のように撓んだ振動板１０は元の位置
に復元し、この復元動作によって、吐出室６の内圧が急
激に上昇して、ノズル４からインク滴が記録紙（図示省
略）に向けて吐出される。

【００３８】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について図５以降をも参照して説明する。まず、図５
（ａ）に示すように、流路基板１となる（１１０）面方
位の厚さ５００μｍの第１のシリコン基板３１を用いて
塗布拡散法によりボロンを拡散することにより、高濃度
ボロン拡散層３１ａを形成する。

【００３９】具体的には、シリコン基板３１と固体拡散
源を向かい合わせて並べ７５０℃の炉の中にセットす
る。炉の中には０．２５％の酸素を混入した窒素を流し
ておく。炉の温度を８℃／分のレートで１１２５℃まで
上昇させ、その状態で５０分保持した後、８℃／分のレ
ートで７５０℃まで下げサンプルを取り出し、高濃度ボ
ロン拡散層３１ａが形成される。

【００４０】その後、シリコン基板表面に形成されたＢ
_２Ｏ_３層をフッ酸により除去する。このＢ_２Ｏ_３層の下
にシリコンとボロンの化合物層が形成されており、これ
を除去する場合は、酸化することによってフッ酸で除去
できるようになる。しかし、このように酸化してフッ酸
で化合物層を除去してもボロンの拡散されたシリコン表
面には荒れが生じているので、後に行う直接接合で接合
できない。

【００４１】そこで、ＣＭＰ研磨により化合物層ごと除
去してしまい直接接合可能な表面性（Ｒａ＝５ｎｍ以
下）を得た。ＣＭＰ研磨では、最表面を１０００Å以
下、面内均一に研磨することができるので、高濃度ボロ
ン拡散層３１ａの変化は微量であり、また研磨量を見込
んで拡散条件を決めればよい。また酸化してフッ酸処理
して化合物層を除去してからＣＭＰ研磨してもよい。

【００４２】一方、別の工程で、電極基板２となる厚さ
６００μｍの（１００）面方位の両面研磨した第２のシ
リコン基板３２に熱酸化膜２ａを形成し、この熱酸化膜
２ａにエッチングにより凹部１４を形成し、凹部１４内
に個別の電極１５、絶縁層１７等を形成する。

【００４３】そして、これらの第１のシリコン基板３１
を第２のシリコン基板３２上に直接接合で接合する。こ
こでは、減圧下においてプリボンドしたものを９００
℃、２時間の熱処理をすることにより接合した。

【００４４】次いで、同図（ｂ）に示すように、第１の
シリコン基板３１を厚さ１００μｍまで研磨によって薄
くする。続いて、同図（ｃ）に示すように、接合したシ
リコン基板３１、３２の各外面にＬＰ−ＣＶＤによりシ
リコン窒化膜３４ａ，３４ｂを形成する。

【００４５】そして、同図（ｄ）に示すように、第２の
シリコン基板３２上のシリコン窒化膜３４ｂ上にレジス
トをコートし、露光、現像によりインク取り入れ口１８
の形状のレジストパターンを形成する。このとき、第１
のシリコン基板３１に形成する共通液室８とインク取り
入れ口１８のパターンの位置が一致するようにＩＲ光に
よりアライメントする。第２のシリコン基板３２は両面
研磨のシリコン基板を用いているので、透過型あるいは
反射型ＩＲアライメントでＩＲ像をはっきり見ることが
できる。次いで、レジストの開口部のシリコン窒化膜３
４ｂをドライエッチによりエッチング除去し、レジスト
を除去する。

【００４６】その後、図６（ａ）に示すように、２５ｗ
ｔ％の水酸化カリウム水溶液によって温度９０℃にて第
２のシリコン基板３２の異方性エッチングを行ってイン
ク取り入れ口１８となる貫通口１９の一部を形成する。
このエッチング液では（１００）面のエッチングは２．
５μｍ／分の速さで進行する。エッチングが進行し熱酸
化膜２ａに達すると、熱酸化膜２ａのエッチレートが非
常に小さいためエッチングは停止する。（１００）面の
異方性エッチングでは５４．７゜の角度でテーパが形成
される。ここでは、図６（ａ）の段階で１．３５ｍｍの
幅の開口をエッチングした結果、酸化膜２ａに到達した
ところの幅は０．５ｍｍとなった。

【００４７】次に、第１のシリコン基板３１上のシリコ
ン窒化膜３４ａ上にレジストをコートし、露光、現像に
より吐出室６や共通液室８などの形状のレジストパター
ンを得る。このとき、前述したと同様に、第２のシリコ
ン基板３２の個別電極１５と第１のシリコン基板３１の
吐出室６のパターンの位置が一致するようにＩＲ光によ
りアライメントする。そして、同図（ｂ）に示すよう
に、レジストの開口部のシリコン窒化膜３４ａをドライ
エッチによりエッチング除去し、レジストを除去する。

【００４８】次いで、ＩＰＡ（イソプロピルアルコー
ル）を過飽和状態に添加した３０ｗｔ％の水酸化カリウ
ム水溶液（ＫＯＨ）によって温度８５℃にて異方性エッ
チングを行って、同図（ｃ）に示すように、第１のシリ
コン基板３１に吐出室６及び共通液室８となる凹部並び
に高濃度ボロン層３１ａからなる振動板１０を同時に形
成する。

【００４９】このエッチング液では（１１０）面のエッ
チングは１．５μｍ／分の速さで進行する。エッチング
が進行し高濃度ボロン層３１ａに達すると、エッチレー
トは急激に低下する。しかし、完全にはエッチングは停
止しないのでエッチング停止を見極めるのが困難であ
る。

【００５０】そこで、１００μｍの低濃度ボロンドープ
の（１１０）面方位のＳｉ基板が貫通するエッチング時
間より３０分長い時間に設定した。ＩＰＡを添加した３
０ｗｔ％のＫＯＨ、８５℃では、厚さ１００μｍ（１１
０）面方位のＳｉ基板は８０分で貫通したので、エッチ
ング時間を１１０分に設定した。エッチング終了時には
エッチレート比は１／１５０に低下しており、厚さ２μ
ｍの振動板１０が得られた。以上の条件により振動板１
０の厚さは３σで２±０．０８μｍ、エッチング表面性
はＲａ０．０１μｍのものが得られた。

【００５１】ここでは、（１１０）面に対するエッチレ
ート比が１／５０〜１／３００になったところでエッチ
ングを終了するのがエッチング時間、エッチング表面性
の点で好ましい。水酸化カリウム水溶液ではＥＤＰ（エ
チレンジアミンピロカテコール）に比べ、ボロン濃度に
対するエッチレートの低下が小さい。しかし、水酸化カ
リウム水溶液にＩＰＡを添加した場合、ＩＰＡを添加し
ない水酸化カリウム水溶液よりもボロン濃度の低い（１
１０）面のエッチレートに対する高濃度ボロン拡散層の
エッチレート比（高濃度ボロン拡散層のエッチレート／
（１１０）面のエッチレート）が小さくなる。なお、Ｉ
ＰＡは沸点が低く熱を加えると蒸発が激しいので、蒸気
を冷却して液化しエッチング槽に戻してやる環流装置を
付けることが好ましい。

【００５２】次に、シリコン窒化膜３４ａ及び３４ｂを
熱リン酸などによるウェットエッチあるいはドライエッ
チによりエッチング除去する。ここで、このシリコン窒
化膜３４ａ及び３４ｂは除去せずにそのまま残しておい
ても良い。続いて、一点鎖線で示す位置をダイシングす
ることによって、ウェハからチップサイズに切り出す。

【００５３】その後、図７（ａ）に示すように、吐出室
６および共通液室８を保護するようにメタルマスク３５
をかぶせて、電極パッド１５ａの上にある高濃度ボロン
拡散層３１ａをドライエッチによりエッチング除去す
る。続いて、電極パッド上１５ａ上の絶縁膜１７もドラ
イエッチによりエッチング除去する。これにより、第１
のシリコン基板３１からなる流路基板１を完成する。

【００５４】次に、同図（ｂ）に示すように、第２のシ
リコン基板３２側からドライエッチングを施し、インク
取り入れ口１８の位置に対応する第２のシリコン基板３
２側の熱酸化膜２ａを除去し、更に第１のシリコン基板
３１（流路基板１）の第２のシリコン基板３２の貫通口
１９に対応する部分の高濃度ボロン拡散層３１ａをエッ
チング除去して、貫通口１９からなるインク取り入れ口
１８を完成する。これにより、第２のシリコン基板３２
からなる電極基板２を完成する。

【００５５】最後に、同図（ｃ）に示すように、ノズル
４および流体抵抗部７を形成したノズル板３を第１のシ
リコン基板３１から形成した流路基板１に接合すること
によりインクジェットヘッドが完成する。

【００５６】このように、異方性エッチングでインク取
り入れ口となる貫通口を形成するので、大きなインク取
り入れ口を低コストで作製でき、電極基板となる第２の
シリコン基板と流路基板となる第１のシリコン基板を接
合してから貫通口を作製するので、基板の強度が大きく
なり、作製工程途中の破損などといった歩留まりの低下
を防ぐことができ、インク取り入れ口を歩留まり良く作
製することができた。

【００５７】なお、貫通口の作製方法は異方性エッチン
グを例として説明したが、他にもフッ硝酸系エッチング
液による等方性エッチングや、サンドブラストなどでも
可能である。

【００５８】次に、本発明の第２実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図８を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドのノズル板を除いた平面説明図であ
る。このインクジェットヘッドでは、第２のシリコン基
板である電極基板２に形成するインク取り入れ口となる
貫通口を複数の貫通口３９、３９…に分割し、各貫通口
３９、３９……で分割されたインク取り入れ口を形成し
たものである。

【００５９】このように第２のシリコン基板に形成する
インク供給のための貫通口を複数の貫通口３９に分割す
ることで、ヘッドの強度が大きくなり、個別電極１５に
ＦＰＣケーブルを圧着する圧着工程などの破損しやすい
工程においても、ヘッドの破損を招くことがなく、歩留
まりが向上する。また、インク取り入れ口となる貫通口
を分割しても細い分割柱が入るだけなのでインク流入能
力の低下はごくわずかで実質上影響ない。

【００６０】次に、本発明の第３実施形態について図９
を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドのノズル板
を除いた平面説明図である。このインクジェットヘッド
は、第２のシリコン基板である電極基板３に、第１実施
形態と同様に、細長い貫通口１９を形成する一方、第１
のシリコン基板１には貫通口１９と各吐出室６とを連通
する開口３８を各ビット毎に分割して形成している。こ
の場合、実質的には電極基板２の貫通口１９が共通液室
の働きをすることになる。

【００６１】すなわち、前述した図６（ｃ）に示したよ
うに第２のシリコン基板３２を異方性エッチングによっ
て貫通すると、熱酸化膜２ａに圧縮応力が働いているの
で、その応力によって貫通部分の熱酸化膜２ａが破ける
ことがある。こうなると、その後の工程であるドライエ
ッチによって、熱酸化膜２ａが破けたところから吐出室
６側にプラズマが入り込み振動板１０をエッチングして
振動板１０の厚さが変化してしまうことがある。

【００６２】そこで、第１のシリコン基板３１に各吐出
室６と貫通口１９とを連通するビット毎に分割された複
数の開口３８を形成することで、第２のシリコン基板３
２を異方性エッチングによって貫通した場合にも、熱酸
化膜２ａは小さい領域に区切られているので、応力が働
いていても熱酸化膜２ａは破けにくくなる。これによ
り、その後の工程であるドライエッチによって吐出室６
側にプラズマが入り込むこともなくなり、振動板１０が
エッチングされ厚さが変わってしまうことを防ぐことが
できる。

【００６３】また、ある吐出室の振動板を駆動してイン
クを吐出すると流体抵抗、共通インク室を介して近隣の
吐出室へインク振動が伝わってしまう、いわゆるクロス
トークが発生することがある。この実施形態のインクジ
ェットヘッドの場合、第２のシリコン基板である電極基
板２の貫通口１９で形成される共通液室とノズル板３の
流体抵抗部７との間に、第１のシリコン基板である流路
基板１で形成される個別空間（開口３８）が存在するの
で、クロストークが小さくなるという利点も有する。

【００６４】次に、本発明の第４実施形態の異なる例に
ついて図１０乃至図１２を参照して説明する。なお、各
図は同実施形態に係るヘッドの電極基板を裏面から見た
図である。この実施形態は、圧力発生手段を構成する個
別電極１５を設ける第２のシリコン基板（電極基板）と
して（１１０）面方位のシリコン基板を用いたものであ
る。

【００６５】先ず、図１０に示す第１例は、（１１０）
面方位の第２のシリコン基板である電極基板２に、六角
形の貫通口１９のパターンの長手方向を＜１１０＞方向
に一致させて異方性エッチングを施すと、六角形の対向
する一対の辺で３５．３゜の角度で（１１１）テーパー
面１９ａが形成され、他の４辺は（１１０）面に垂直な
（１１１）面が現れる。

【００６６】この場合、第２のシリコン基板からなる電
極基板２に（１１０）面方位のシリコン基板を用いてい
るので、貫通口１９の長手方向のテーパーが現れず、チ
ップ周囲までのマージンＭを小さくすることができ、チ
ップ自体の大きさも小さくすることができる。なお、こ
の実施形態においても図９に示したように第１のシリコ
ン基板に各ビット毎に分割された開口を形成することも
可能である。

【００６７】次に、図１１に示す第２例は、（１１０）
面方位の第２のシリコン基板である電極基板２に、六角
形の貫通口１９のパターンの長手方向を＜１１２＞方向
に一致させて異方性エッチングしたものである。この場
合、貫通口幅方向の壁は基板表面に垂直なものが得ら
れ、（１１１）テーパ面１９ａが同図のように長手の両
端に現れる。

【００６８】この例では、垂直壁が得られるので貫通口
の開口を同じにしようとした場合、貫通口の大きさは小
さくてよく、基板の強度が大きくなり作製中の歩留まり
が向上する。

【００６９】さらに、図１２に示す第３例は、（１１
０）面方位の第２のシリコン基板である電極基板２に、
六角形の貫通口１９のパターンの長手方向を＜０１１＞
方向に一致させて異方性エッチングしたものであり、こ
の場合にも、貫通口幅方向の壁は基板表面に垂直なもの
が得られる。ただし、この垂直壁は（１００）面よりな
っているので横方向にもエッチングが進行し貫通口幅は
エッチングマスク幅よりも大きくなるので、それを考慮
に入れてエッチングマスクのパターンを設計する。

【００７０】次に、本発明の第５実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図１３を参照して説明する。こ
のインクジェットヘッドは、第１のシリコン基板である
流路基板１を吐出室６の隔壁を形成する（１００）又は
（１１０）面のベースウエハ４１と（１００）面方位の
ボンドウエハ４２とを酸化膜層４３を介して接合したい
わゆるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いてい
る。

【００７１】そして、ベースウエハ４１に（１００）面
方位のシリコン基板を用いた場合には、（１１０）面方
位のベースウェハ４１の＜１１０＞方向とボンドウェハ
４２の＜１１０＞方向と第２のシリコン基板である電極
基板２の＜１１０＞方向を互いに平行とし、また、ベー
スウエハ４１に（１１０）面方位のシリコン基板を用い
た場合には、（１１０）面方位のベースウェハ４１の＜
１−１２＞方向とボンドウェハ４２の＜１１０＞方向と
第２のシリコン基板である電極基板２の＜１１０＞方向
を平行として接合している。

【００７２】これにより、第１のシリコン基板にＳＯＩ
基板を用いた場合でも、電極基板２の貫通口１９とＳＯ
Ｉ基板のボンドウエハ４２に形成する貫通口（開口）を
連続的に連通させることができるようになる。

【００７３】そこで、このインクジェットヘッドの製造
工程について図１４乃至図１６を参照して説明する。先
ず、同図（ａ）に示すように、流路基板１となる第１シ
リコン基板として、（１１０）を面方位とする厚さ５０
０μｍのシリコン基板（ベースウエハ）４１に酸化膜層
４３を介してボンドウエハ（シリコン層）４２が形成さ
れた、いわゆるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を
用いる。

【００７４】シリコン層４２の形成方法としては、酸化
したシリコン基板４１に別のシリコン基板を貼り合わ
せ、貼り合わせたシリコン基板を研磨によって所望の厚
さまで研磨してシリコン層４２とする方法、酸化したシ
リコン基板４１にポリシリコン層を形成してシリコン層
４２する方法、あるいはそのポリシリコン層を結晶化し
てシリコン層４２とする方法などＳＯＩ基板を作製する
ための一般的な方法を取ることができる。

【００７５】ここでは２枚のシリコン基板を酸化膜層４
３を貼り合わせ、シリコン基板を研磨によって薄くして
シリコン層４２を形成する方法をとった。具体的には、
（１１０）を面方位とするシリコン基板４１（ベースウ
ェハ）を熱酸化し５０００Åの酸化膜４３を形成し、
（１００）を面方位とするシリコン基板（ボンドウェ
ハ）を１２００℃の熱をかけて貼り合わせた後、ボンド
ウェハを研磨によって２μｍまで薄くしてシリコン層
（ボンドウェハ）４２を得た。

【００７６】このとき、（１１０）を面方位とするベー
スウェハ（シリコン基板）４１の＜１−１２＞方向と
（１００）を面方位とするボンドウェハ（シリコン層）
４２の＜１１０＞方向が平行になるように貼り合わせ
た。後にベースウェハ４１に形成される吐出室６は長手
方向をベースウェハ４１の＜１−１２＞方向に形成す
る。

【００７７】一方、電極基板１となる両面研磨の厚さ６
００μｍの（１００）面方位の第２のシリコン基板３２
に熱酸化膜２ａを形成し、熱酸化膜２ａにエッチングに
より凹部１４を形成し、凹部１４内に個別電極１５、絶
縁層１７などを形成する。ここで、シリコン基板３２に
形成する凹部１４や個別電極１５の長手方向は、シリコ
ン基板３２の結晶方向＜１１０＞に平行に形成する。

【００７８】そして、シリコン基板３２にシリコン基板
４１をシリコン層４２側を接合面として直接接合する。
ここでは減圧下においてプリボンドしたものを、１００
０℃、２時間の熱処理をすることにより接合した。この
とき（１１０）面方位のシリコン基板４１の結晶方向＜
−１１１＞と（１００）面方位のシリコン基板３２の結
晶方向＜１１０＞が平行となるように貼り合わせた。

【００７９】続いて、同図（ｂ）に示すように、厚さ５
００μｍのシリコン基板４１を厚さ１００μｍまで研磨
によって薄くする。そして、接合した基板にＬＰ−ＣＶ
Ｄによりシリコン窒化膜３４ａ，３４ｂを形成する。

【００８０】次に、同図（ｃ）シリコン基板３２上のシ
リコン窒化膜３４ｂ上にレジストをコートし、露光、現
像によりインク取り入れ口１８の形状のレジストパター
ンを形成する。このパターンはシリコン基板３２の＜１
１０＞方向に平行な一辺を持つ長方形形状である。この
とき、シリコン基板４１に形成する共通液室８とインク
取り入れ口１８のパターンの位置が一致するようにＩＲ
光によりアライメントする。シリコンは長波長の光で透
過率が高くなるので、ＩＲ光によって内部の段差や金属
膜のパターンを見ることができる。

【００８１】ただし、シリコン表面が鏡面でない場合、
鮮明なＩＲ像が得られなく精密なアライメントが困難と
なる。ここではシリコン基板３２は両面研磨の基板を用
いているのでＩＲアライメントでＩＲ像をはっきり見る
ことができ、正確なアライメントが可能となる。

【００８２】また、シリコン基板３２に片面研磨の基板
を用い、シリコン基板４１との接合後にシリコン基板３
２を研磨しても良く、ＩＲアライメント時にシリコン基
板３２の表面が鏡面となっていればよい。しかし、後の
シリコン基板３２を水酸化カリウム水溶液などのアルカ
リ液による異方性エッチングで貫通口を形成するとき、
（１００）面の異方性エッチングにおいて５４．７゜の
角度でテーパーが形成されるので貫通口の大きさはシリ
コン基板３２の厚さによって変化する。シリコン基板３
２の厚さを制御することを考えれば、シリコン基板４１
との接合の後に研磨するよりも、予めシリコン基板３２
を両面研磨し厚さを制御する方が好ましい。

【００８３】次に、同図（ｄ）に示すように、レジスト
の開口部のシリコン窒化膜３４ｂをドライエッチにより
エッチング除去し、レジストをレジスト剥離液や硫酸な
どのウェットプロセスあるいは酸素プラズマアッシャー
などのドライプロセスなどによって除去する。

【００８４】そして、図１５（ａ）に示すように、２５
ｗｔ％、温度９０℃の水酸化カリウム水溶液によるシリ
コン基板３２の異方性エッチングによってインク取り入
れ口１８となる貫通口１９の一部を形成する。このエッ
チング液では（１００）面のエッチングは２．５μｍ／
分の速さで進行する。エッチングが進行し熱酸化膜２ａ
に達すると、熱酸化膜のエッチレートが非常に小さいた
めエッチングは停止する。前に述べたようにシリコン窒
化膜３４ｂの長方形開口パターンの一辺はシリコン基板
３２の＜１１０＞方向に平行となっているので、（１０
０）面の異方性エッチングでは５４．７゜の角度で（１
１１）面よりなるテーパが形成される。ここでは１．３
５ｍｍの幅の開口をエッチングした結果、酸化膜２ａに
到達したところの貫通口１９の幅は０．５ｍｍとなっ
た。

【００８５】次に、同図（ｂ）に示すように、フッ酸系
エッチング液により貫通口１９によって露出している酸
化膜２ａを除去する。

【００８６】次に、同図（ｃ）シリコン基板４１上のシ
リコン窒化膜３４ａ上にレジストをコートし、露光、現
像により吐出室６や共通液室８などの形状のレジストパ
ターンを得る。このとき、前述したと同様に、シリコン
基板３２の個別電極１５と吐出室６のパターンの位置が
一致するようにＩＲ光によりアライメントする。

【００８７】このとき凹部１４や個別電極１５の長手方
向はシリコン基板３２の＜１１０＞方向に平行に形成
し、シリコン基板３２の＜１１０＞方向とシリコン基板
４１の＜１−１２＞方向が平行に接合してあるので、吐
出室６の長手方向は必然的にシリコン基板４１の＜１−
１２＞方向となる。

【００８８】そして、レジストの開口部のシリコン窒化
膜３４ａをドライエッチによりエッチング除去し、レジ
ストを除去する。

【００８９】次に、同図（ｄ）に示すように、２０ｗｔ
％、温度８０℃の水酸化カリウム水溶液によってシリコ
ン基板４１の開口部及びシリコン層４２の開口部を異方
性エッチングする。シリコン基板４１の吐出室６のパタ
ーンの開口部は長手方向をシリコン基板４１の＜１−１
２＞方向に平行にしているので、吐出室６は長手方向に
（１１１）面で形成される垂直な隔壁が形成され、シリ
コン層４２の貫通口１９に対応する部分のパターンの開
口部は長方形の一辺をシリコン層４２の＜１１０＞方向
に平行にしているので、長方形にそったエッチングが可
能でありエッチング形状が崩れることなく５４．７゜の
角度をなすテーパが形成され、吐出室６の並びと平行に
長方形の貫通口（開口）１９ｂが得られる。シリコン層
４２のエッチングが２μｍ進行すると酸化膜４３に達
し、エッチングが停止する。

【００９０】このとき、前述した同図（ｂ）工程でシリ
コン基板３２の貫通口１９によって露出している部分の
酸化膜２ａを除去しているので、シリコン層４２は裏面
からエッチングが進むことになる。表面からのみのエッ
チングでは最終的にインク取り入れ口１８の部分にシリ
コン層４２が残ってしまい、このシリコン層４２を除去
する工程がさらに必要となる。

【００９１】したがって、このようにシリコン層４２を
裏からエッチングすることによって吐出室６および振動
板１０の形成と同時にシリコン層４２を貫通することが
でき工程を削減し、コストダウンが可能になる。

【００９２】さらにエッチングを進めると、図１６
（ａ）に示すように、シリコン基板４１側のエッチング
も酸化膜４３に達する。続いて、フッ酸系エッチング液
によって酸化膜４３の露出部分をエッチング除去するこ
とで、同図（ｂ）に示すように、インク取り入れ口１８
は完全に貫通する。

【００９３】そして、シリコン窒化膜３４ａ及び３４ｂ
を熱リン酸などによるウェットエッチあるいはドライエ
ッチによりエッチング除去する。ここでも、このシリコ
ン窒化膜３４ａおよび３４ｂは除去せずにそのまま残し
ておいても良い。

【００９４】続いて、同図（ｂ）の一点鎖線で示す位置
をダイシングすることによって、ウェハからチップサイ
ズに切り出す。

【００９５】その後、同図（ｃ）に示すように、吐出室
６および共通液室８を保護するようにメタルマスク３５
をかぶせて、電極パッド１５ａの上にあるシリコン層４
２をドライエッチによりエッチング除去する。続いて、
電極パッド上１５上の絶縁膜１７もドライエッチにより
エッチング除去する。

【００９６】最後に、同図（ｄ）に示すように、ノズル
４および流体抵抗７を形成したノズル板３を流路基板１
上に接合することによりインクジェットヘッドが完成す
る。

【００９７】なお、この例では、シリコン基板４１に
（１１０）面方位の基板を用いたが、（１００）面方位
のシリコン基板を用いることも可能である。この場合に
は、第１のシリコン基板をなすシリコン基板４１とシリ
コン層４２と第２のシリコン基板３２のそれぞれの＜１
１０＞方向を互いに平行とすることによって、吐出室
６、共通液室８、イン取り入れ口１８はそれぞれ（１１
１）面で構成されるテーパの隔壁で囲まれるエッチング
形状を得ることができ、吐出室６の並びと平行に長方形
のインク取り入れ口１８を形成することができる。

【００９８】また、この例ではＳＯＩ基板を用いて振動
板厚さを制御したが、通常のシリコン基板を時間制御で
エッチングを終了して振動板厚さを制御する場合にも同
様の作製方法を取ることができる。

【００９９】次に、本発明の第６実施形態に係るインク
ジェットヘッドについてその製造工程トともに図１７及
び図１８を参照して説明する。まず、図１７（ａ）に示
すように、流路基板となる（１１０）面方位の厚さ５０
０μｍの第１のシリコン基板３１に高濃度ボロン拡散層
３１ａを形成する。

【０１００】具体的には、第１のシリコン基板３１をア
ンモニア過水（液温８０℃）にて５分、塩酸過水（温度
８０℃）にて５分で洗浄した後、その１０％のフッ酸に
て３０秒間表面の酸化膜を除去し、シリコン基板３１の
一面に塗布拡散源をスピンコートによって塗布する。

【０１０１】このようにシリコン基板３１に塗布拡散源
をスピンコートで塗布する場合、放射状に厚さむら（ス
トライエーション）が発生することがある。そのような
場合には、スピンコート時の風切り及び雰囲気の湿度を
高め塗布拡散源のスピンコート中の乾燥を防ぐため、シ
リコン基板３１全体を覆う蓋をかぶせると良い。また、
ストライエーションによって、ドライブ後に、Ｂ_２Ｏ_３
層を除去した後の高濃度ボロン拡散層３１ａの表面に数
十μｍのピッチで凹凸が発生し、後の電極基板２となる
第２のシリコン基板３２との接合で不良が発生すること
があるので、スピンコート時に均一に塗布することが重
要である。

【０１０２】なお、塗布拡散源としては例えば東京応化
工業製のＦＭＫ−５８、ＭＭＫ−４０、６ＭＫ−３７、
３Ｍ−２３等（いずれも商品名）を用いることができる
が、その他のものを用いることもできる。ここでは塗布
拡散源に上記３Ｍ−２３（商品名）を用いた。これは比
較的ボロン濃度の低い塗布拡散源であり、スピンコート
後に常温で乾燥するので、塗布後のベークを特に入れな
くてもよいが、ボロン濃度の高い塗布拡散源を用いる場
合にはスピンコート後にベークを入れたほうがよい。

【０１０３】塗布拡散源の塗布後、窒素を流した温度８
００℃の炉の中にロードする。その後、１０分間は窒素
に濃度２〜３％の酸素を混入する。この酸素は拡散源に
含まれる有機物を酸化して飛ばすために用いられる。そ
の後、炉の温度を６℃／分のレートで１１２５℃まで上
昇させ、その状態で４０分保持した後、３℃／分のレー
トで８００℃まで下げシリコン基板３１を取り出す。

【０１０４】次いで、上述したようにシリコン基板３１
の高濃度ボロン拡散層３１ａを形成した後、高濃度ボロ
ン拡散層３１ａの表面に形成されたＢ_２Ｏ_３層をフッ酸
により除去する。Ｂ_２Ｏ_３層の下にシリコンとボロンの
化合物層が形成されており、これを除去する場合は、酸
化することによってフッ酸で除去できるようになる。こ
のように酸化してフッ酸でシリコンとボロンの化合物層
を除去しても、ボロンの拡散されたシリコン基板３１の
表面にはマイクロラフネスが生じているので、後に行う
直接接合で接合することができない。

【０１０５】そこで、更にＣＭＰ（Cheｍical-Ｍechani
cal-Polishing）研磨を行って、シリコンとボロンの化
合物層ごと除去し、シリコン基板３１の表面として直接
接合可能な表面性（表面粗さＲａ＝５ｎｍ以下）を得
る。ＣＭＰ研磨では、最表面を１０００Å以下の研磨量
で面内均一に研磨することができるので、高濃度ボロン
拡散層２１ａの変化は微量である。この場合、その研磨
量を見込んでボロンを拡散させる拡散条件を決定すれば
よい。また、酸化してフッ酸処理してシリコンとボロン
の化合物層を除去してからＣＭＰ研磨を行ってもよい。

【０１０６】一方、同図（ｂ）に示すように、別の工程
で電極基板２となる第２のシリコン基板３２を製作す
る。ここでは、両面研磨の厚さ６００μｍの結晶面方位
（１００）の両面研磨した第２のシリコン基板３２に熱
酸化膜２ａを形成し、この熱酸化膜２ａにエッチングに
より凹部１４を形成し、凹部１４内に個別の電極１５、
絶縁層１７等を形成した。なお、凹部１４や個別の電極
１５の吐出室長手方向は第２のシリコン基板３２（電極
基板２）の結晶軸＜１１０＞方向に平行に形成する。

【０１０７】そして、これらの第１のシリコン基板３１
を第２のシリコン基板３２上に直接接合で接合する。こ
こでは、減圧下においてプリボンドしたものを１０００
℃、２時間の熱処理をすることにより接合した。このと
き結晶面方位（１１０）の第１のシリコン基板３１の結
晶軸＜１−１２＞方向と結晶面方位（１００）の第２の
シリコン基板３２の結晶軸＜１１０＞方向とが平行とな
るように貼り合わる。

【０１０８】続いて、前述した第５実施形態で説明した
図１４（ｃ）、（ｄ）、図１５（ａ）、（ｂ）と同様の
工程を経て、図１７（ｃ）に示す構造を得る。

【０１０９】次に、３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液
によって温度８０℃にてシリコン基板３１の露出部分の
異方性エッチングを行う。シリコン基板３１の下側は高
濃度ボロン層３１ａが形成されているので周知のごとく
高濃度ボロン層のエッチレートが低くなる。しかし、高
濃度ボロン層３１ａでは低濃度の水酸化カリウム水溶液
でエッチレートが非常に小さくなるので、本例のような
高濃度の水酸化カリウム水溶液ではエッチレートの低下
が小さい。

【０１１０】ここでは、同図（ｃ）に示すように、シリ
コン基板３１の窒化膜３４ａ側からのエッチングが８０
μｍ進行した時点では、２μｍの高濃度ボロン層３１ａ
は貫通口１９側からのエッチングにより貫通されてい
た。このとき、シリコン基板３１は（１１０）基板を用
いているので、貫通口１９の長手方向（紙面垂直方向）
はシリコン基板３２の結晶軸が一致しないので若干横方
向にエッチングが進行する。

【０１１１】次に、エッチング液をＩＰＡ（イソプロピ
ルアルコール）を過飽和状態に添加した３０ｗｔ％の水
酸化カリウム水溶液に変えて、温度８０℃にて異方性エ
ッチングを行う。このエッチング液では（１１０）面の
エッチングは１．５μｍ／分の速さで進行する。このエ
ッチング液では高濃度ボロン層３１ａに達すると、エッ
チレートは急激に低下する。エッチング終了時にはエッ
チレート比は１／１５０に低下しており、同図（ｄ）に
示すように、厚さ２μｍの振動板１０が得られた。

【０１１２】このとき、貫通口１９に対応する部分第１
のシリコン基板３１は両面からエッチングが進み貫通す
る。ここで、（１１０）面方位の第１のシリコン基板３
１の結晶方向＜１−１２＞と（１００）面方位の第２の
シリコン基板３２の結晶方向＜１１０＞が平行となるよ
うに貼り合わせてあるので、シリコン基板３１の吐出室
６は長手方向の隔壁が（１１１）面で形成される垂直
壁、シリコン基板３２の貫通口１９は（１１１）面で形
成されるテーパで囲まれる長方形が得られる。

【０１１３】本実施形態では、上述したように、第１の
シリコン基板３１のエッチング液を途中で変えている。
すなわち、最初のエッチング液は高濃度ボロン層であっ
てもエッチングが進行するものを選んだ。例えば３０ｗ
ｔ％以上の高濃度の水酸化カリウム水溶液を用いる。高
濃度の水酸化カリウム水溶液であってもエッチレートは
低下するが、２μｍ程度の高濃度ボロン層をエッチング
することは可能である。次いで、２番目のエッチング液
はＩＰＡを添加した水酸化カリウム水溶液あるいは低濃
度の水酸化カリウム水溶液、ＥＤＰなど高濃度ボロン層
でのエッチレートが小さくなるエッチング液を選んでい
る。高濃度ボロン層に到達するとエッチレートが急激に
減少して、高濃度ボロン層３１ａのみが残留する。

【０１１４】以上の条件により振動板１０の厚さは３σ
で２±０．０８μｍ、エッチング表面性はＲａ＝０．０
１μｍのものが得られた。水酸化カリウム水溶液ではＥ
ＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）に比べ、ボロ
ン濃度に対するエッチレートの低下が小さい。しかし、
水酸化カリウム水溶液にＩＰＡを添加した場合、ＩＰＡ
を添加しない水酸化カリウム水溶液よりもボロン濃度の
低い（１１０）面のエッチレートにたいする高濃度ボロ
ン拡散層のエッチレート比（高濃度ボロン拡散層のエッ
チレート／（１１０）面のエッチレート）が小さくな
る。なお、ＩＰＡは沸点が低く熱を加えると蒸発が激し
いので、蒸気を冷却して液化しエッチング槽に戻してや
る環流装置を付けるのが好ましい。

【０１１５】次に、図１８（ａ）に示すように、前記実
施形態と同様にシリコン窒化膜３４ａ及び３４ｂを熱リ
ン酸などによるウェットエッチによりエッチング除去す
る。ここでも、このシリコン窒化膜３４ａ及び３４ｂは
除去せずにそのまま残しておいても良い。続いて、一点
鎖線で示す位置をダイシングすることによって、ウェハ
からチップサイズに切り出す。

【０１１６】その後、同図（ｂ）に示すように、吐出室
６および共通液室８を保護するようにメタルマスク３５
をかぶせて、電極パッド１５ａの上にあるボロン拡散層
３１ａをドライエッチによりエッチング除去する。続い
て、電極パッド１５ａ上の絶縁膜１７もドライエッチに
よりエッチング除去する。

【０１１７】最後に、同図（ｃ）に示すように、ノズル
４および流体抵抗部７を形成したノズル板３を第１のシ
リコン基板３１からなる流路基板１に接合することによ
りインクジェットヘッドが完成する。

【０１１８】なお、ここでは、第１のシリコン基板３１
に（１１０）面方位の基板を用いたが、前記実施形態と
同様に（１００）面方位のシリコン基板を用いることも
可能である。この場合、第１のシリコン基板３１と第２
のシリコン基板３２のそれぞれの＜１１０＞方向を互い
に平行とすることによって、吐出室６、共通液室８、イ
ンク取り入れ口１８はそれぞれ（１１１）面で構成され
るテーパの隔壁で囲まれるエッチング形状を得ることが
でき、吐出室６の並びと平行に長方形のインク取り入れ
口１８を形成することができる。

【０１１９】なお、上記各実施形態においては、主とし
て本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じに
なるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用
したが、前述したように振動板変位方向とインク滴吐出
方向と直交するエッジシュータ方式のインクジェットヘ
ッドにも同様に適用することができる。また、圧力発生
手段として振動板と電極間の静電力を利用する静電型イ
ンクジェットヘッドに適用した例で説明したが、圧電素
子等を利用してノズルに連通した吐出室の容積を変化さ
せてインク液滴の吐出を行なうピエゾ型インクジェット
ヘッド、あるいは、発熱素子を利用して吐出室内のイン
クを膨張させてインク液滴の吐出を行うサーマル型イン
クジェットヘッドにも適用することができる。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るイ
ンクジェットヘッドによれば、第２のシリコン基板と第
１のシリコン基板とを貼り合わせた後に第２のシリコン
基板にインク供給のための貫通口が形成されているの
で、基板強度が高くなって製作工程途中の破損などの歩
留まりの低下を防ぐことができ、低コスト化を図れる。

【０１２１】請求項２に係るインクジェットヘッドによ
れば、請求項１に係るインクジェットヘッドにおいて、
インク供給のための貫通口が異方性エッチングにより形
成されているので、大きなインク取り入れ口を低コスト
で形成できる。

【０１２２】請求項３に係るインクジェットヘッドによ
れば、第１のシリコン基板の共通液室の幅よりも第２の
シリコン基板の共通液室と連通するインク供給のための
貫通口の幅を小さくしたので、共通液室の壁面が鋸状に
なってもインクの流れを妨げることがなく、効率的なイ
ンク供給を行うことができる。

【０１２３】請求項４に係るインクジェットヘッドによ
れば、第２のシリコン基板にインク供給のための複数の
分割された貫通口を有しているので、圧着工程などの破
損し易い工程においても歩留まり良く作製できる。

【０１２４】請求項５に係るインクジェットヘッドによ
れば、第２のシリコン基板にインク供給のための貫通口
を有し、第１のシリコン基板にインク供給のための貫通
口と吐出室とに連通する開口を有し、この開口が複数に
分割されているので、貫通口形成時に第２のシリコン基
板の酸化膜が破損することを防止することができ、また
クロストークを低減することができる。

【０１２５】請求項６に係るインクジェットヘッドによ
れば、請求項１乃至５のいずれかのインクジェットヘッ
ドであって、第２のシリコン基板が（１１０）面方位で
あるので、貫通口がシリコン基板の＜１１０＞に一致さ
せて形成することで貫通口長手方向のテーパが現れず、
チップ周囲までのマージンを小さくすることができ、ま
た、＜１１２＞方向に一致させて形成することで貫通口
の壁面が基板表面に垂直になり、貫通口の大きさを小さ
くすることができて基板強度が大きくなって作製中の歩
留まりが向上する。

【０１２６】請求項７に係るインクジェットヘッドによ
れば、請求項１乃至５のいずれかのインクジェットヘッ
ドであって、第２のシリコン基板が（１００）面方位で
あり、貫通口がシリコン基板の＜０１１＞方向に一致さ
せて形成されているので、貫通口の壁面が基板表面に垂
直になり、貫通口の大きさを小さくすることができて基
板強度が大きくなって作製中の歩留まりが向上する。

【０１２７】請求項８に係るインクジェットヘッドによ
れば、（１００）面方位の第２のシリコン基板にインク
供給のための貫通口が異方性エッチングにより形成され
ており、（１００）面方位の第１のシリコン基板の＜１
１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向が平
行であるので、吐出室を（１１１）面で囲まれる形状に
形成して高密度に並べることができ、貫通口も（１１
１）面で囲まれる長方形状に形成できて、高密度化を図
れ、インク供給効率が向上し、高周波数駆動による高速
印字が可能になる。

【０１２８】請求項９に係るインクジェットヘッドによ
れば、（１００）面方位の第２のシリコン基板にインク
供給のための貫通口が異方性エッチングにより形成され
ており、（１１０）面方位の第１のシリコン基板の＜１
−１２＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向が
平行である構成としたので、吐出室を（１１１）面で囲
まれる形状に形成して高密度に並べることができ、貫通
口も（１１１）面で囲まれる長方形状に形成できて、高
密度化を図れ、インク供給効率が向上し、高周波数駆動
による高速印字が可能になる。

【０１２９】請求項１０に係るインクジェットヘッドに
よれば、第１のシリコン基板が（１００）面方位のベー
スウェハと（１００）面方位のボンドウェハを貼り合わ
せてなるＳＯＩ基板からなり、第２のシリコン基板が
（１００）面方位のシリコン基板からなり、（１００）
面方位のベースウェハの＜１１０＞方向とボンドウェハ
の＜１１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方
向が互いに平行であるので、ボンドウエハの開口を貫通
口に連続的に連通させることができる。

【０１３０】請求項１１に係るインクジェットヘッドに
よれば、第１のシリコン基板が（１１０）面方位のベー
スウェハと（１００）面方位のボンドウェハを貼り合わ
せてなるＳＯＩ基板からなり、第２のシリコン基板が
（１００）面方位のシリコン基板からなり、、（１１
０）面方位のベースウェハの＜１−１２＞方向とボンド
ウェハの＜１１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１
０＞方向が平行であるので、ボンドウエハの開口を貫通
口に連続的に連通させることができる。

【０１３１】請求項１２に係るインクジェットヘッドに
よれば、第２のシリコン基板にインク供給のための貫通
口が異方性エッチングにより形成され、第１のシリコン
基板の貫通口に対応する部分が第２のシリコン基板との
接合面側から異方性エッチングされて開口されているの
で、吐出室の形成のための異方性エッチングにより同時
にインク取り入れ口を形成することができ、製造工程を
削減でき、コストダウンを図れる。

【０１３２】請求項１３に係るインクジェットヘッドの
製造方法によれば、請求項１２に係るインクジェットヘ
ッドを製造する製造方法であって、第１のシリコン基板
の貫通口に対応する部分が高濃度ボロン層からなり、第
１のシリコン基板が第２のシリコン基板との接合面側か
ら異方性エッチングする工程で、初めは高濃度ボロン層
に対するエッチレートが大きいエッチング液で、引き続
き高濃度ボロン層に対するエッチレートが小さいエッチ
ング液で順次エッチングを行うので、高濃度ボロン層を
有する場合でも、吐出室の形成のための異方性エッチン
グにより同時にインク取り入れ口を形成することがで
き、製造工程を削減でき、コストダウンを図れる。

【０１３３】請求項１４に係るインクジェットヘッドに
よれば、第２のシリコン基板および第１のシリコン基板
の面がすべて研磨面である構成としたので、第１のシリ
コン基板と第２のシリコン基板を接合するときのアライ
メント時にＩＲ像が鮮明に得られ精密にアライメントが
可能となり、バラツキが少なく歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図

【図３】同ヘッドの吐出室長辺方向に沿う模式的断面説
明図

【図４】同ヘッドの吐出室短辺方向に沿う模式的断面説
明図

【図５】同ヘッドの製造工程の説明に供する模式的断面
説明図

【図６】図５に続く工程の説明に供する模式的断面説明
図

【図７】図６に続く工程の説明に供する模式的断面説明
図

【図８】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドのノズル板を除いた平面説明図

【図９】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘ
ッドのノズル板を除いた平面説明図

【図１０】本発明の第４実施形態に係るインクジェット
ヘッドの第１例を説明する第２のシリコン基板（電極基
板）の平面説明図

【図１１】同ヘッドの第２例を説明する第２のシリコン
基板（電極基板）の平面説明図

【図１２】同ヘッドの第３例を説明する第２のシリコン
基板（電極基板）の平面説明図

【図１３】本発明の第５実施形態に係るインクジェット
ヘッドの吐出室長辺方向に沿う模式的断面説明図

【図１４】同ヘッドの製造工程を説明する説明図

【図１５】図１４に続く工程を説明する説明図

【図１６】図１５に続く工程を説明する説明図

【図１７】本発明の第６実施形態に係るインクジェット
ヘッドをその製造工程とともに説明する説明図

【図１８】

【符号の説明】

１…流路基板、２…電極基板、２ａ…熱酸化膜、３…ノ
ズル板、４…ノズル、６…吐出室、８…共通液室、１０
…振動板、１５…電極、１８…インク取り入れ口、１
９、３９…貫通口、３１…第１のシリコン基板、３１ａ
…高濃度ボロン拡散層、３２…第２のシリコン基板、３
８…開口、４１…ベースウエハ、４２…ボンドウエハ、
４３…酸化膜層。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月１８日（２００１．７．１
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】図１７に続く工程を説明する説明図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室内のインクを加圧す
る圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成する
第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも一
部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたインク
ジェットヘッドにおいて、前記第１のシリコン基板と第
２のシリコン基板とを貼り合わせた後に前記第２のシリ
コン基板にインク供給のための貫通口が形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記インク供給のための貫通口が異方性エッ
チングにより形成されていることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項３】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室に連通する共通液室
と、前記吐出室内のインクを加圧する圧力発生手段とを
備え、前記吐出室の隔壁を形成する第１のシリコン基板
と前記圧力発生手段の少なくとも一部を設ける第２のシ
リコン基板とを貼り合わせたインクジェットヘッドにお
いて、前記第１のシリコン基板に前記共通液室を有し、
前記第２のシリコン基板に前記共通液室と連通するイン
ク供給のための貫通口を有し、この貫通口の幅が前記共
通液室の幅より小さいことを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項４】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、前記吐出室内のインクを加圧す
る圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成する
第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも一
部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたインク
ジェットヘッドにおいて、前記第２のシリコン基板にイ
ンク供給のための貫通口を有し、この貫通口が複数に分
割されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室内のインクを加圧す
る圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成する
第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも一
部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたインク
ジェットヘッドにおいて、前記第２のシリコン基板にイ
ンク供給のための貫通口を有し、前記第１のシリコン基
板に前記貫通口と前記吐出室とに連通する複数の分割さ
れた開口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６】請求項１乃至５のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記第２のシリコン基板が
（１１０）面方位であり、この第２のシリコン基板の＜
１１０＞又は＜１１２＞方向に一致させて前記貫通口が
形成されていることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項７】請求項１乃至５のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記第２のシリコン基板が
（１００）面方位であり、この第２のシリコン基板の＜
０１１＞方向に一致させて前記貫通口が形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室内のインクを加圧す
る圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成する
第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも一
部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたインク
ジェットヘッドにおいて、（１００）面方位の第２のシ
リコン基板にインク供給のための貫通口が異方性エッチ
ングにより形成され、（１００）面方位の第１のシリコ
ン基板の＜１１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１
０＞方向が平行であることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項９】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する吐出室と、この吐出室内のインクを加圧す
る圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成する
第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも一
部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたインク
ジェットヘッドにおいて、（１００）面方位の第２のシ
リコン基板にインク供給のための貫通口が異方性エッチ
ングにより形成され、（１１０）面方位の第１のシリコ
ン基板の＜１−１２＞方向と前記第２のシリコン基板の
＜１１０＞方向が平行であることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項１０】インク滴を吐出するノズルと、このノ
ズルが連通する吐出室と、この吐出室内のインクを加圧
する圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成す
る第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも
一部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたイン
クジェットヘッドにおいて、前記第１のシリコン基板が
（１００）面方位のベースウェハと（１００）面方位の
ボンドウェハを貼り合わせてなるＳＯＩ基板からなり、
第２のシリコン基板が（１００）面方位のシリコン基板
からなり、前記第１のシリコン基板の（１００）面方位
のベースウェハの＜１１０＞方向とボンドウェハの＜１
１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向が互
いに平行であることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項１１】インク滴を吐出するノズルと、このノ
ズルが連通する吐出室と、この吐出室内のインクを加圧
する圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成す
る第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも
一部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたイン
クジェットヘッドにおいて、前記第１のシリコン基板が
（１１０）面方位のベースウェハと（１００）面方位の
ボンドウェハを貼り合わせてなるＳＯＩ基板からなり、
第２のシリコン基板が（１００）面方位のシリコン基板
からなり、前記第１のシリコン基板の（１１０）面方位
のベースウェハの＜１−１２＞方向とボンドウェハの＜
１１０＞方向と第２のシリコン基板の＜１１０＞方向が
平行であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１２】インク滴を吐出するノズルと、このノ
ズルが連通する吐出室と、前記吐出室内のインクを加圧
する圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成す
る第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも
一部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたイン
クジェットヘッドにおいて、前記第２のシリコン基板に
インク供給のための貫通口が異方性エッチングにより形
成され、前記第１のシリコン基板の前記貫通口に対応す
る部分が前記第２のシリコン基板との接合面側から異方
性エッチングされて開口されたことを特徴とするインク
ジェットヘッド。
【請求項１３】請求項１２に記載のインクジェットヘ
ッドを製造する製造方法であって、前記第１のシリコン
基板の前記貫通口に対応する部分が高濃度ボロン層から
なり、前記第１のシリコン基板が第２のシリコン基板と
の接合面側から異方性エッチングする工程で、初めは高
濃度ボロン層に対するエッチレートが大きいエッチング
液で、引き続き高濃度ボロン層に対するエッチレートが
小さいエッチング液で順次エッチングを行うことを特徴
とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】インク滴を吐出するノズルと、このノ
ズルが連通する吐出室と、この吐出室内のインクを加圧
する圧力発生手段とを備え、前記吐出室の隔壁を形成す
る第１のシリコン基板と前記圧力発生手段の少なくとも
一部を設ける第２のシリコン基板とを貼り合わせたイン
クジェットヘッドにおいて、前記第１のシリコン基板及
び第１のシリコン基板の面がすべて研磨面であることを
特徴とするインクジェットヘッド。