JP4051228B2

JP4051228B2 - 記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4051228B2
Application number: JP2002156730A
Authority: JP
Inventors: 利昭道廣
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2003341119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリやビデオプリンタ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドやインクジェットヘッド等の記録ヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ファクシミリやビデオプリンタ等のプリンタ機構として組み込まれる記録デバイスとして、サーマルヘッドやインクジェットヘッド等の記録ヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来の記録ヘッドとしては、図８に示すようなサーマルヘッドが知られており、かかるサーマルヘッドは、酸化珪素からなる絶縁層１２が被着されている長尺状を成すシリコン基板１１の上面に、その長辺に沿って多数の発熱抵抗体１３を配列するとともに、これら各発熱抵抗体１３に一対の電極を被着した構造を有しており、例えばインクリボンを用いて印画を行う場合、インクリボンと記録紙を重ね合わせた状態でプラテンローラ等で発熱抵抗体１３上に搬送しながら、発熱抵抗体１３を外部からの印画信号に基づいて個々に選択的に発熱させるととともに、該発熱した熱を発熱抵抗体１３上のインクリボンに伝導させてインクリボンのインクを加熱・溶融させ、これを記録紙に押圧・転写させることによってサーマルヘッドとして機能する。
【０００４】
このようなサーマルヘッドは、１枚の単結晶シリコンウエハから複数個のサーマルヘッドを得る“複数個取り”による手法が採用されており、かかる“複数個取り”による製造方法は、まず、
長尺状を成す複数の区画に区分される単結晶シリコンウエハの上面に酸化珪素からなる絶縁層を熱酸化法により形成し、
次に、前記各区画上に、その長辺に沿って多数の発熱抵抗体を取着・配列するとともに、該発熱抵抗体に電気的に接続される図示しない電極等を被着させ、
最後に、前記単結晶シリコンウエハをダイヤモンドブレード等を用いてダイシングすることにより各区画に分断する
ことによって複数のサーマルヘッドが同時に得られる。
【０００５】
尚、上述のサーマルヘッドにおいては、シリコン基板の幅をできるだけ小さくするため、あるいは、記録動作時、発熱抵抗体の熱によって溶融したインクリボンのインクを良好に記録紙に転写させるため、前記発熱抵抗体１３をシリコン基板１１の長辺に対してできるだけ近づけて配置させるようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のサーマルヘッドを製造する際に使用される単結晶シリコンウエハは比較的脆い性質を有していることから、単結晶シリコンウエハを各区画毎に分断する際、ダイヤモンドブレード等によって単結晶シリコンウエハに印加される押圧力により、得られるサーマルヘッドの角にチッピングが生じることがある。それ故、かかるチッピングがシリコン基板１１の長辺近傍に配列される発熱抵抗体１３に到達し、発熱抵抗体１３の一部が欠けて印画不良を起こしてしまい、サーマルヘッドの歩留まり低下を招く欠点を有していた。
【０００７】
また、上述した従来のサーマルヘッドの製造方法に使用される単結晶シリコンウエハは、その上面に形成された絶縁層１２を構成する酸化珪素と線膨張係数が大きく異なることから、単結晶シリコンウエハ上面に絶縁層１２を形成する際に印加された熱によって、単結晶シリコンウエハ内部には大きな熱応力が蓄積された状態にある。このため、単結晶シリコンウエハを長尺状に分断すると、単結晶シリコンウエハ内部に蓄積された熱応力が一度に多量に開放され、単結晶シリコンウエハより分断して得られるサーマルヘッドが弓状に湾曲してしまい、かかるサーマルヘッドを用いて記録紙に形成された画像に歪みを生じる欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、歩留まりが高く、しかも記録紙に鮮明な印画を形成することができる記録ヘッドを得ることが可能な記録ヘッドの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る記録ヘッドの製造方法は、複数の長尺状を成す区画に区分されている単結晶シリコンウエハの上面に絶縁層を形成する工程と、前記各区画の長辺に沿って多数の発熱抵抗体を薄膜形成技術によって直線状に取着・配列させる工程と、前記隣接する区画間の境界部に位置する絶縁層にエッチングにより溝を形成し、該溝の底面にシリコンを露出させるとともに、該溝の底面と側面との間に形成される角部を曲面状とする工程と、前記単結晶シリコンウエハを溝の底面でダイシングすることにより各区画に分断して複数の記録ヘッドを得る工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本製造方法において前記長尺状を成す区画は、その長辺が前記単結晶シリコンウエハの＜１１０＞方向に対して略平行に配されているのが好ましい。本製造方法において前記絶縁層は、前記単結晶シリコンウエハの上面を熱酸化法により酸化して形成されているのが好ましい。本製造方法は、前記角部における曲率半径は５．０μｍ〜５０．０μｍに設定されるのが好ましい。
【００１１】
本製造方法において少なくとも前記発熱抵抗体を被覆し且つ窒化珪素や酸化珪素からなる保護膜を、薄膜形成技術によって形成する工程と、前記保護膜における前記溝の位置する部位に凹部を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成する工程と、を更に含むのが好ましい。また、この製造方法において前記保護膜の凹部の幅は前記溝の幅より広く設定されるのが好ましい。
【００１２】
本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、長尺状を成す複数の区画に区分されている単結晶シリコンウエハの上面に絶縁層を形成するとともに、隣接する区画間の境界部に位置する絶縁層に溝を形成し、該溝の底面にシリコンを露出させるようにしたことから、単結晶シリコンウエハの内部に蓄積されている熱応力の一部が前記境界部より適度に開放されることとなり、分断時に一度に開放される単結晶シリコンウエハ内の熱応力の量を減少させることができる。従って、単結晶シリコンウエハをダイシングして得られる記録ヘッドの湾曲度合いを低減して、発熱抵抗体の配列の直線性を良好に保持することができ、記録紙に対して歪みの少ない良好な画像を記録する記録ヘッドを得ることが可能となる。
【００１３】
しかもこの場合、熱応力の蓄積量が小さい溝の底面で単結晶シリコンウエハをダイシングするようにしたことから、得られる記録ヘッドの角にチッピングが生じ、発熱抵抗体が欠けてしまうといった不具合が有効に防止され、記録ヘッドの歩留まりを向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、隣接する区画間の境界部に溝を形成したことから、溝の底面と該溝近傍の絶縁層の上面との間に段差が存在することとなり、単結晶シリコンウエハをダイシングする際に、過度に大きな押圧力が単結晶シリコンウエハに印加される等して、万一、記録ヘッドにチッピングが発生したとしても、かかるチッピングが絶縁層の上面まで到達して発熱抵抗体に欠けが生じることはほとんどなく、記録ヘッドの歩留まりを更に高めることができる。
【００１５】
更に、本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、単結晶シリコンウエハ上面に形成される長尺状を成す複数の区画の長辺を、単結晶シリコンウエハの機械的強度が高い＜１１０＞方向に対して略平行となるように配することにより、単結晶シリコンウエハより得られる記録ヘッドにチッピングが生じる頻度が更に少なくなり、記録ヘッドの歩留まりが飛躍的に向上する上に、記録ヘッドに生じる反りの量が更に低減され、記録紙に形成される画像をより鮮明にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の記録ヘッドの製造方法を用いて製作されたサーマルヘッドの平面図、図２は図１のサーマルヘッドの断面図であり、かかるサーマルヘッドは、シリコン基板１上に形成された絶縁層２の上面に、多数の発熱抵抗体３を配列させた構造を有している。
【００１７】
前記シリコン基板１は、単結晶シリコンにより形成された後述の単結晶シリコンウエハ１ａを分断して長尺状に形成されており、その上面の面方位が（１００）面に、長辺が＜１１０＞方向に合致させてあり、上面に絶縁層２や多数の発熱抵抗体３、図示しない一対の電極等が形成され、これらを支持するための支持母材として機能する。
【００１８】
また、前記シリコン基板１上に設けられる絶縁層２は、シリコン基板１を形成する単結晶シリコンと発熱抵抗体３等とを電気的に絶縁するとともに、その内部で発熱抵抗体３の発する熱の一部を蓄積して発熱抵抗体３の熱応答性を高めるためのものであり、酸化珪素を主成分とする無機質材料により１．０μｍ〜２０．０μｍの厚みに形成されている。
【００１９】
このような絶縁層２の上面には、シリコン基板１の外縁に沿った領域に溝２ａが環状に形成されており、その溝２ａの底面にはシリコン基板１が露出した形となっている。
【００２０】
更に、前記絶縁層２の上面に設けられる多数の発熱抵抗体３は、前記シリコン基板１の長辺に沿って、例えば３００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で直線状に被着・配列されており、各々がＴａＳｉＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料により形成されているため、両端に接続される一対の電極を介して所定の電力が印加されるとジュール発熱を起こし、記録紙に印画を形成するのに適した所定の温度に発熱する。
【００２１】
かくして上述したサーマルヘッドは、インクリボン及び記録紙を重ね合わせた状態で、これらをプラテンローラ等で発熱抵抗体３上に搬送しながら、発熱抵抗体３に図示しない一対の電極を介して所定の電力を印加し、発熱抵抗体３を外部からの印画信号に基づいて個々に選択的に発熱させるととともに、該発熱した熱を発熱抵抗体３上のインクリボンに伝導させてインクリボンのインクを加熱・溶融させ、これを記録紙に押圧・転写させることによってサーマルヘッドとして機能する。
【００２２】
次に本発明の一実施形態にかかる記録ヘッドの製造方法を図３及び図４を用いて詳述する。
まず、図３（ａ）に示す如く、単結晶シリコンウエハ１ａの上面に絶縁層２を形成する。
【００２３】
前記単結晶シリコンウエハ１ａは、まず従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）を採用することにより、単結晶シリコンからなるインゴット（塊）を得、これを所定厚みにスライスした上、表面を研磨することにより製作される。
【００２４】
かかる単結晶シリコンウエハ１ａは、その上面が後述する溝２ａによって長尺状を成す複数の区画に区分され、更にこれら各区画の長辺は単結晶シリコンウエハ１ａの＜１１０＞方向と略平行に配されており、これら各区画内に多数の発熱抵抗体３や図示しない電極等がそれぞれ形成される。
【００２５】
また、前記絶縁層２は、従来周知の熱酸化法や薄膜形成技術等を採用することにより、単結晶シリコンウエハ１ａの上面を酸化することにより例えば１．０μｍ〜２０．０μｍの厚みに形成される。このとき、単結晶シリコンウエハ１ａの内部には、絶縁層２を形成する酸化珪素との線膨張係数の違いに起因した熱応力が多量に印加された状態となる。
次に、図３（ｂ）及び図４に示す如く、前記絶縁層２を従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより所定パターンに加工する。
【００２６】
前記絶縁層２は、隣接する区画間の境界部を帯状にエッチング除去することによって該境界部に沿って溝２ａが形成され、該溝２ａの底面にはシリコンが露出されることとなり、かかる溝２ａより単結晶シリコンウエハ１ａの内部に蓄積された熱応力の一部が適度に開放される。
【００２７】
尚、前記絶縁層２に形成される溝２ａは、断面四角形状を成しており、その幅が５０μｍ〜２００μｍに、深さが２．０μｍ〜５０μｍにそれぞれ設定される。
次に、図３（ｃ）に示す如く、前記絶縁層２の上面に、発熱抵抗体３や図示しない一対の電極を被着させる。
【００２８】
前記発熱抵抗体３は、各区画の長辺に沿って直線状に被着・配列されており、このような発熱抵抗体３や図示しない一対の電極は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィー及びエッチング等によって各区画に所定パターンに形成される。
（４）最後に、図３（ｄ）に示す如く、単結晶シリコンウエハ１ａを前記溝２ａの底面でダイシングする。
【００２９】
このダイシングは、例えば、回転可能に支持されたダイヤモンドブレードを具備するカッティング装置等が好適に用いられ、これにより単結晶シリコンウエハ１ａが区画毎に分断され、複数のサーマルヘッドが得られる。
【００３０】
以上のような製造方法によれば、長尺状を成す複数の区画に区分されている単結晶シリコンウエハ１ａの上面に絶縁層２を形成するとともに、隣接する区画間の境界部に位置する絶縁層２に溝２ａを形成し、該溝２ａの底面にシリコンを露出させるようにしたことから、単結晶シリコンウエハの内部に蓄積されている熱応力の一部が前記境界部より適度に開放され、単結晶シリコンウエハ１ａの分断時に一度に開放される単結晶シリコンウエハ内部の熱応力の量を減少させることができる。従って、単結晶シリコンウエハ１ａをダイシングして得られるサーマルヘッドの湾曲度合いを低減して、発熱抵抗体３の配列の直線性を良好に保持することができ、記録紙に対して歪みの少ない良好な画像を記録するサーマルヘッドを得ることが可能となる。
【００３１】
しかもこの場合、熱応力の蓄積量が小さい溝２ａの底面で単結晶シリコンウエハ１ａをダイシングするようにしたことから、得られるサーマルヘッドの角にチッピングが生じ、発熱抵抗体３が欠けてしまうといった不具合が有効に防止され、サーマルヘッドの歩留まりを向上させることができる。
【００３２】
また、上述したサーマルヘッドの製造方法によれば、隣接する区画間の境界部に溝２ａを形成したことから、溝２ａの底面と該溝近傍の絶縁層２の上面との間に段差が存在することとなり、単結晶シリコンウエハ１ａをダイシングする際に、過度に大きな押圧力が単結晶シリコンウエハ１ａに印加される等して、万一、サーマルヘッドにチッピングが発生したとしても、かかるチッピングが絶縁層２の上面まで到達して発熱抵抗体３に欠けが生じることはほとんどなく、サーマルヘッドの歩留まりを更に高めることができる。
【００３３】
更に、上述したサーマルヘッドの製造方法によれば、単結晶シリコンウエハ上面に形成される長尺状を成す複数の区画の長辺を、機械的強度が比較的高い＜１１０＞方向に対して略平行となるように配したことから、単結晶シリコンウエハ１ａより得られるサーマルヘッドにチッピングが生じる頻度が更に少なくなり、サーマルヘッドの歩留まりが飛躍的に向上する上に、サーマルヘッドに生じる反り量が更に低減され、記録紙に形成される画像をより鮮明にすることができる。
【００３４】
尚、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良が可能である。
【００３５】
例えば、上述の形態においては、前記溝２ａを、前記各区画内に発熱抵抗体３や図示しない一対の電極等を被着させる前に設けるようにしたが、これに代えて、図５に示す如く、前記溝２ａを、各区画内に発熱抵抗体３や図示しない一対の電極等を被着させた後に設けるようにしても構わない。
【００３６】
また、上述の形態においては、本発明の記録ヘッドの製造方法をサーマルヘッドに適用した場合について説明したが、これに代えて、本発明の製造方法をインクジェットヘッドに適用しても良く、この場合も同様の効果が得られる。尚、インクジェットヘッドを製造する場合は、上述した製造方法によりヘッド基板を得た後、該ヘッド基板上に、発熱抵抗体３に対応する多数のインク吐出孔を有したノズル部材を間に所定の間隙を形成するように配設するとともに、該間隙にインクを充填すれば良い。
【００３７】
更に、上述の形態において、前記絶縁層２に形成される溝２ａの底面と側面との間に形成される角部を曲面状に成すとともに、その曲率半径を５．０μｍ〜５０．０μｍに設定しておけば、溝の内面が角の無い滑らかな曲面状となり、それ故、溝の内面に存在する角部を起点として単結晶シリコンウエハにひび割れが発生することはほとんどなく、これによってもサーマルヘッド等をはじめとする記録ヘッドの品質を高めることができる。
【００３８】
また更に、上述の実施形態において、前記発熱抵抗体３や図示しない一対の電極を窒化珪素や酸化珪素等からなる保護膜で被覆するようにしても良い。このとき、隣接する区画間の境界部に位置する保護膜に凹部を設けるようにしても良く、この場合、保護膜を構成する窒化珪素等と単結晶シリコンウエハ１ａとの間の線膨張係数の違いに起因した熱応力の一部が保護膜に形成された凹部からも適度に開放されることとなり、サーマルヘッドのチッピングや反りをより効果的に防止できる。更に、図６（ｃ）に示す如く、前記凹部５ａを溝２ａよりも幅広に形成しておけば、単結晶シリコンウエハ１ａをダイシングする時に、ダイヤモンドブレードが凹部５ａの側面に当たって保護膜５が剥がれるといった不具合を有効に防止することができるという利点もある。従って、前記凹部５ａを溝２ａよりも幅広に形成しておくことが好ましい。尚、前記保護膜５は、従来周知のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング等の薄膜形成技術を採用することにより形成され、また前記凹部５ａは、図６または図７に示す如く、保護膜５を形成した後、かかる保護膜５を従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により所定パターンに加工することにより形成される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、長尺状を成す複数の区画に区分されている単結晶シリコンウエハの上面に絶縁層を形成するとともに、隣接する区画間の境界部に位置する絶縁層に溝を形成し、該溝の底面にシリコンを露出させるようにしたことから、単結晶シリコンウエハの内部に蓄積されている熱応力の一部が前記境界部より適度に開放されることとなり、分断時に一度に開放される単結晶シリコンウエハ内の熱応力の量を減少させることができる。従って、単結晶シリコンウエハをダイシングして得られる記録ヘッドの湾曲度合いを低減して、発熱抵抗体の配列の直線性を良好に保持することができ、記録紙に対して歪みの少ない良好な画像を記録する記録ヘッドを得ることが可能となる。
【００４０】
しかもこの場合、熱応力の蓄積量が小さい溝の底面で単結晶シリコンウエハをダイシングするようにしたことから、得られる記録ヘッドの角にチッピングが生じ、発熱抵抗体が欠けてしまうといった不具合が有効に防止され、記録ヘッドの歩留まりを向上させることができる。
【００４１】
また、本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、隣接する区画間の境界部に溝を形成したことから、溝の底面と該溝近傍の絶縁層の上面との間に段差が存在することとなり、単結晶シリコンウエハをダイシングする際に、過度に大きな押圧力が単結晶シリコンウエハに印加される等して、万一、記録ヘッドにチッピングが発生したとしても、かかるチッピングが絶縁層の上面まで到達して発熱抵抗体に欠けが生じることはほとんどなく、記録ヘッドの歩留まりを更に高めることができる。
【００４２】
更に、本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、単結晶シリコンウエハ上面に形成される長尺状を成す複数の区画の長辺を、単結晶シリコンウエハの機械的強度が高い＜１１０＞方向に対して略平行となるように配することにより、単結晶シリコンウエハより得られる記録ヘッドにチッピングが生じる頻度が更に少なくなり、記録ヘッドの歩留まりが飛躍的に向上する上に、記録ヘッドに生じる反りの量が更に低減され、記録紙に形成される画像をより鮮明にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録ヘッドの製造方法を用いて製作されたサーマルヘッドの断面図である。
【図２】図１の製造方法によって製作されたサーマルヘッドの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる記録ヘッドの製造方法を説明するための各工程毎の断面図である。
【図４】図３の記録ヘッドの製造方法に用いられるシリコンウエハの平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は記録ヘッドの製造方法を説明するための各工程毎の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は保護膜及び凹部の形成方法を説明するための各工程毎の断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は保護膜及び凹部の他の形成方法を説明するための各工程毎の断面図である。
【図８】従来の製造方法によって製作されたサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・シリコン基板
１ａ・・・単結晶シリコンウエハ
２・・・絶縁層
２ａ・・・溝
３・・・発熱抵抗体
５・・・保護膜
５ａ・・・凹部

Claims

複数の長尺状を成す区画に区分されている単結晶シリコンウエハの上面に絶縁層を形成する工程と、
前記各区画の長辺に沿って多数の発熱抵抗体を薄膜形成技術によって直線状に取着・配列させる工程と、
前記隣接する区画間の境界部に位置する絶縁層にエッチングにより溝を形成し、該溝の底面にシリコンを露出させるとともに、該溝の底面と側面との間に形成される角部を曲面状とする工程と、
前記単結晶シリコンウエハを溝の底面でダイシングすることにより各区画に分断して複数の記録ヘッドを得る工程と、を含むことを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
前記長尺状を成す区画は、その長辺が前記単結晶シリコンウエハの＜１１０＞方向に対して略平行に配されていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッドの製造方法。
前記絶縁層は、前記単結晶シリコンウエハの上面を熱酸化法により酸化して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の記録ヘッドの製造方法。
前記角部における曲率半径は５．０μｍ〜５０．０μｍに設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに一つに記載の記録ヘッドの製造方法。
少なくとも前記発熱抵抗体を被覆し且つ窒化珪素や酸化珪素からなる保護膜を、薄膜形成技術によって形成する工程と、
前記保護膜における前記溝の位置する部位に凹部を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに一つに記載の記録ヘッドの製造方法。
前記保護膜の凹部の幅は前記溝の幅より広く設定されることを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッドの製造方法。