JPH04241955A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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】シリコンの異方性エッチング技術は、｛
１１１｝結晶面のエッチング速度が他の結晶面のエッチ
ング速度に比較して非常に遅いことを利用したもので、
（１００）結晶面を表面に持つシリコン基板を用いた場
合、正方形もしくは長方形のパターンは非常に精度よく
形成できる。

【０００３】従来、インクジェット記録ヘッドのインク
流路部の形成に、このシリコンの異方性エッチングを応
用した例がある。

【０００４】例えば、特開昭６１−２３０９５４号公報
にインクジェット記録ヘッドの製造方法が記載されてい
る。図９（Ａ）は、チャンネル部１、インクリザーバ部
２を形成するためのエッチングマスク４が形成されたチ
ャンネル基板１０の斜視図である。このエッチングマス
ク４により、シリコンの異方性エッチングを行なうこと
によって、図９（Ｂ）の平面図に示すように、チャンネ
ル部１、インクリザーバ部２が作製される。

【０００５】異方性エッチングでは、エッチングパター
ン形状が矩形の場合のみ、正しい形状にエッチングが進
行するから、チャンネル部１、インクリザーバ部２と分
離して形成するのである。したがって、両者を連結する
通路を形成する必要がある。この技術では、インク供給
口と、インク流路であるチャンネルとは、そのため、図
９（Ｂ）において、ハッチングで図示した部分に連結用
溝部３がダイシングにより形成される。図９（Ｃ）は、
その断面図であり、同様にハッチングで図示した部分、
すなわち、チャンネル部１とインクリザーバ部２との間
の部分に、ダイシングソーによって、連結用溝部３が形
成さる。

【０００６】このチャンネル基板１０を、図１０（Ａ）
に示すように、ヒーターおよびそれに通電する電極を有
するヒーター基板１１とを接着層１２により貼り合わせ
、ダイシングソーで個々のヘッドに分割するという方法
によりインクジェット記録ヘッドが作製される。

【０００７】また、特開平２−１１１６９６号公報には
、一方の面に複数のエッチング開口用パターンを設けて
、複数のエッチング工程により、インクリザーバ部とチ
ャンネル部を精度よく形成する方法が記載されている。

【０００８】これら従来の方法によると、エッチングす
る際に、インクリザーバ部として基板を貫通させる工程
と、高精度が要求されるチャンネル部の工程とが、別々
の工程で行なわれるものである。

【０００９】しかしながら、（１００）結晶面のシリコ
ン基板を異方性エッチングすると、チャンネル基板に形
成されるチャンネル部の断面はＶ字形に限られるから、
平面基板であるヒーター基板と張り合わせると、ノズル
の断面形状は、三角形に限定されている。

【００１０】三角形断面のノズルを用いると、例えば、
図１０（Ｂ）に示すように、インク吐出中に、インクが
三角形ノズルの頂点から、７として図示したように流出
しやすくなる。また、三角形の辺から、８として図示し
たように、細かいインクの飛び散りが起き、それが隣接
するノズルからの飛び散りと連結して、ヘッドの表面を
汚すという問題があった。

【００１１】また、結晶方位によって形状が規定される
ため、ノズル断面積を大きくしたい場合には、底辺を広
げるしか方法はなく、高密度化の観点からは不利となる
。

【００１２】一方、三角形でないノズルを作るため、等
方性のエッチングを用いると、図１１に示すように、チ
ャンネル基板１０の表面のエッチングマスク４の開口か
らのエッチングにより形成されるチャンネル部１は、断
面が楕円に近い形状になるが、エッチングの終了を時間
を管理することでしか行なうことができず、エッチング
量も多いため、精度的に均一なものを得ることは困難で
ある。

【００１３】上述したように、インクリザーバ部とチャ
ンネル部とは、エッチング時には連結させず、図９（Ｂ
），（Ｃ）に示すように、エッチング終了後に、ダイシ
ングソー等で連結用溝３を掘ることによって、インクリ
ザーバ部２とチャンネル部１とを連結させ、インクリザ
ーバ部２からチャンネル部１にインクを供給させるよう
にしている。

【００１４】連結は、ダイシングソー等で連結用溝を掘
ることに限られるものではなく、エッチング時に、連結
部も同時にエッチングを行なって連結させることもでき
る。そのようにする場合は、図１２（Ａ）に示すような
、チャンネル部とインクリザーバ部に対応する部分が単
に連結されているパターンのエッチングマスク４を用い
てエッチングすると、｛１１１｝面で閉じられていない
ため、連結部ではエッチングが進み、図１２（Ｂ）に示
すＬ１　とＬ２　の違いに見られるように、エッチング
時のわずかな条件の違いにより、チャンネル部の隔壁に
までエッチングが進み、隣接するチャンネル部が一部に
おいて連結され、チャンネル部の長さが変わるという問
題がある。そのため、エッチング液の温度や濃度、エッ
チング時間等の管理が非常に難しいという問題が存在し
ている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、インク吐出時の
インク流出およびインクの飛び散りによるヘッド表面の
汚れを防止し、インク吐出方向の安定性を向上する図る
ことを目的とするものである。

【００１６】また、インクリザーバ部とチャンネル部と
の連結をエッチングにより形成する場合に、チャンネル
部の長さの精度、および、連結部の形状の均一化を図る
ことも目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、チャンネル部
とインクリザーバ部とを連結する連結部を有するチャン
ネル基板と、ヒーターと通電電極を有するヒーター基板
とを接合してなるインクジェット記録ヘッドの製造方法
において、請求項１の発明においては、前記チャンネル
部は、（１００）結晶面が表面であるシリコン基板を用
い、異方性エッチングを行なった後、等方性エッチング
により、頂点の角を落とすとともに、チャンネル内を曲
面にすることにより形成することを特徴とするものであ
り、請求項２の発明においては、前記チャンネル部は、
隣接したチャンネル部が連結しないようにエッチングマ
スクの連結部に小突起を有するパターンによりエッチン
グされることを特徴とするものである。

【００１８】チャンネル部およびインクリザーバ部は、
それぞれ別々のエッチングマスクを使用し、複数回の異
方性エッチングを行なうことにより作製することができ
る。

【００１９】

【作用】請求項１の発明は、チャンネル部とインクリザ
ーバ部とを連結する連結部を有するチャンネル基板と、
ヒーターと通電電極を有するヒーター基板とを接合して
なるインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
記チャンネル部は、（１００）結晶面が表面であるシリ
コン基板を用い、異方性エッチングを行なう。異方性エ
ッチングは、断面がＶ字溝または時間で制御することで
台形溝を形成するよう｛１１１｝面で囲まれるまで行な
うが、このエッチングにおいては、エッチング量を精度
よく制御できる。その後、等方性エッチングにより、頂
点の角を落とすとともに、チャンネル部内を曲面にする
。等方性エッチングによるエッチング量は、少なくてよ
いので、チャンネル部の精度を十分に保証できる。

【００２０】チャンネル部とインクリザーバ部とを連結
する連結部を有するチャンネル基板と、ヒーターと通電
電極を有するヒーター基板とを接合してなるインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法において、チャンネル部とイ
ンクリザーバ部との連結部を、チャンネル部とインクリ
ザーバ部に対応する部分が単に連結されているパターン
のエッチングマスクを用いてエッチングすると、｛１１
１｝面で閉じられていないため、連結部ではエッチング
が進み、エッチング条件の僅かな違いにより、図１２（
Ｂ）で説明したように、チャンネル部の長さを一定にで
きない。

【００２１】そこで、請求項２の発明は、エッチングマ
スクの連結部に小突起を有するパターンを用いる。そう
すると、インクリザーバ部をエッチングした後、チャン
ネル部をエッチングする際には、小突起の下の部分もエ
ッチングされるので、隣接したチャンネル部が連結する
ほど、エッチングが進行することはない。

【００２２】

【実施例】図１は、インクジェット記録ヘッドの製造方
法において、異方性エッチング法によりチャンネル部お
よびインクリザーバ部を形成する方法を説明するための
チャンネル部を横断した断面図である。図中、１はチャ
ンネル部、４はエッチングマスク、１０はチャンネル基
板である。

【００２３】チャンネル基板１０には、（１００）結晶
面を表面に持つシリコン基板を用い、その上にＣＶＤ法
によりＳｉ３　Ｎ４　膜を形成した後、フォトリソプロ
セスでパターニングし、ドライエッチング法によりＳｉ
３　Ｎ４　膜をエッチングして、エッチングマスク４を
形成する。チャンネル基板１０の裏面は、パターニング
されないＳｉ３　Ｎ４　膜が全面に残った状態である。

【００２４】次に、異方性エッチングの工程に移る。ま
ず、加熱したＫＯＨ水溶液を用い、Ｓｉ３　Ｎ４　膜の
エッチングマスク４により、チャンネル部およびインク
リザーバ部を形成するための第１回のエッチングを行な
う。 このときエッチングは、インクリザーバ部がシリコン基
板を貫通する時点で終了とするが、チャンネル部は、｛
１１１｝面で囲まれているため、ほぼエッチングが停止
しており、精度よく形成することができる。この状態の
断面を図１（Ａ）で示す。

【００２５】第２回のエッチング工程は、等方性エッチ
ングを行なう。図１（Ａ）に見られるように、異方性エ
ッチングでチャンネル部１をＶ字形状の溝に形成した後
、エッチング液として、ＨＦ、ＨＮＯ３　、ＣＨ３　Ｃ
ＯＯＨの混合液を用いて等方性のエッチングを行なう。 その結果、図１（Ｂ）に見られるように、Ｖ字形の形跡
は残るものの、曲面で囲まれた溝を形成できる。

【００２６】エッチング終了後、Ｓｉ３　Ｎ４　膜は、
１８０℃に加熱したリン酸で除去する。その後、チャン
ネル部とインクリザーバ部との連結が行なわれる。

【００２７】以上のようにして、作製したチャンネル基
板１０と発熱体がそれぞれのチャンネルに対応する位置
に形成されたヒーター基板１１とを、図１０（Ａ）で説
明したように接着して、インク吐出口を形成したものが
図２である。図１０（Ｂ）と比較してわかるように、印
字中に起こる三角形の頂点へのインク流出７は減少し、
また、インク吐出中に生じる細かいインク飛び散り８に
よるヘッド表面の汚れは、飛び散る量が減少する。した
がって、隣接するノズル間でのインク汚れが連結しにく
くなった。その結果ノズル周囲のインクによる汚れは減
少し、インク吐出時の方向安定性が極めて高くなった。

【００２８】図３は、本発明の別の実施例を説明するた
めのチャンネル基板の断面図である。この実施例では、
異方性エッチングの工程を２度に分けて行なう方法に本
発明を適用したものである。図中、１はチャンネル部、
２はインクリザーバ部、５はＳｉ３　Ｎ４　膜のエッチ
ングマスク、６はＳｉＯ２　膜のエッチングマスク、１
０はチャンネル基板である。異方性エッチングを２度に
分けて行なうことにより、チャンネル部の形成を必要最
小限の時間でエッチングでき、ばらつきの少ない精度の
高いチャンネル基板を作成することができる。

【００２９】図３（Ａ）に示すように、シリコン基板で
あるチャンネル基板１０上に、熱酸化によりＳｉＯ２　
膜を形成し、フォトリソ工程によりチャンネル部１およ
びインクリザーバ部２を除くようパターニングしたエッ
チングマスク６を形成する。次に、ＣＶＤ法によりＳｉ
３　Ｎ４　膜を形成し、フォトリソ工程によりインクリ
ザーバ部２のみを除くようパターニングしたエッチング
マスク５を形成する。

【００３０】このように、Ｓｉ３　Ｎ４　膜、ＳｉＯ２
　膜の２層で形成されたエッチングマスク５，６を用い
て、まず、第１回の異方性エッチングを加熱したＫＯＨ
水溶液で行ない、インクリザーバ部２を形成する。次に
、１８０℃に加熱したリン酸を用いて、Ｓｉ３　Ｎ４　
膜を除去した後、ＳｉＯ２　膜のエッチングマスクを用
いて、図３（Ｂ）に示すように、第２回の異方性エッチ
ングによって、チャンネル部１をエッチングする。この
とき、シリコンの｛１１１｝結晶面が完全に出るまでエ
ッチングを行えば、先の実施例同様に、図１（Ａ）のよ
うに、チャンネル部をＶ字溝として形成できる。

【００３１】さらに、この状態でＨＦ、ＨＮＯ３　、Ｃ
Ｈ３　ＣＯＯＨの混合液を用いて、上述したように等方
性エッチングを行なう。その結果、図１（Ｂ）に見られ
るように曲面で囲まれたチャンネル部１を形成すること
ができる。

【００３２】図４は、本発明のさらに別の実施例を説明
するためのチャンネル部を横断した断面図である。図中
、図１と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。この実施例では、図３で説明した第２回の異方性エ
ッチングにおいて、エッチング時間を管理することによ
り、図４（Ａ）のように台形形状でエッチングを止める
ようにする。その後、上述したと同様に、等方性エッチ
ングを行なうことにより、図４（Ｂ）に図示したように
、チャンネル部１の内面を曲面にすることができる。

【００３３】以上のようにして作製したチャンネル基板
１０と、ヒーターがそれぞれのチャンネルに対応する位
置に形成されたヒーター基板１１とを接着してインク吐
出口を形成したものが図５である。等方性エッチングの
前の段階が台形であるため、三角形の頂点に相当する鋭
角がなくチャンネル部１の断面が、より曲面に形成でき
るので、インク流出はほとんど見られず、インクの飛び
散り８は少なくなり、しかも、底辺と逆方向に発生する
から、隣接間のインク汚れの連結は見られなくなった。 この結果、先の実施例と同様に、ヘッド表面のインクに
よる汚れが防止でき、インク吐出方向性の安定性が向上
した。

【００３４】図６は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法において、チャンネル部とインクリザーバ
部との連結部を形成する方法の一実施例を説明するため
のもので、図６（Ａ）は、斜視図であり、図６（Ｂ）は
断面図である。図中、図３と同様な部分には同じ符号を
付して説明を省略する。

【００３５】チャンネル基板１０には、（１００）結晶
面を表面に持つシリコン基板を用い、その上に、熱酸化
により、ＳｉＯ２　膜を５０００オングストロームの厚
さに形成し、フォトリソプロセスにより、チャンネル部
１およびインクリザーバ部２を除くようパターニングし
た後、ＳｉＯ２　膜をドライエッチング法によりエッチ
ングして、エッチングマスク６を形成する。次に、ＣＶ
Ｄ法によりＳｉ３　Ｎ４　膜を形成し、フォトリソ工程
によりインクリザーバ部２のみを開口するようパターニ
ングして、エッチングマスク５を形成する。基板の裏面
は、パターニングされないＳｉＯ２　膜、Ｓｉ３　Ｎ４
　膜が残った状態である。

【００３６】以上のように、２つのパターンを別々のエ
ッチングマスクで形成した後、異方性エッチングの工程
に移る。

【００３７】先ず、図６（Ｂ）に示すように、Ｓｉ３　
Ｎ４　膜のエッチングマスク５を用いて、９０℃に加熱
したＫＯＨ水溶液で、インクリザーバ部２を形成する第
１回のエッチング工程を行なう。次に、１８０℃に加熱
したリン酸でＳｉ３　Ｎ４　膜を除去し、今度は、Ｓｉ
Ｏ２　膜のエッチングマスク６を用いて、９０℃に加熱
したＫＯＨ水溶液で、チャンネル部１を形成する第２回
のエッチング工程を行なう。最後に、フッ酸でＳｉＯ２
　膜を除去して、チャンネル部１およびインクリザーバ
部２が形成されたチャンネル基板１０が完成する。

【００３８】この実施例では、上記エッチング工程にお
いて、ＳｉＯ２　膜によるエッチングマスク６のパター
ンに特徴を持つ。すなわち、図７に示すように、チャン
ネル部の隔壁に相当する部分からインクリザーバ部に突
き出た位置に小突起部９が設けられたパターンを用いる
。 小突起の大きさは、この実施例では、一辺が１０μｍと
した。

【００３９】小突起９を設けたことにより、第２回のエ
ッチング工程であるチャンネル部１を形成するための約
３０分間のエッチング時間において、小突起部がエッチ
ングされ、図１２（Ｂ）で説明したように、隣接したチ
ャンネルと連結するまでエッチングが進むことを防止で
きる。したがって、チャンネル部の長さＬ１　は、一定
に精度よく形成できる。

【００４０】図８は、上記エッチング工程における、Ｓ
ｉＯ２　膜によるエッチングマスク６の他の実施例を説
明するための平面図である。

【００４１】この実施例では、図７と異なり、エッチン
グマスク６の小突起部９をチャンネル部１の幅方向に設
けたものである。この実施例においても、第２回のエッ
チング工程の時間内で小突起部９の下に残った部分がエ
ッチングされ、隣接するチャンネル部との連結を防止で
きる。

【００４２】上述した小突起部９の形状および大きさは
、エッチングの条件や隣接するチャンネル間の距離によ
り異なるが、隣接するチャンネル間が連結しない最低限
の大きさが必要である。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、ノズルの頂点より生じるインク流出
が防止でき、隣接するノズル間で連結して広がる細かい
インクの飛び散りによる汚れの領域を狭くでき、汚れに
よるインク吐出方向に与える影響が小さく、インク滴の
吐出方向が安定したインクジェット記録ヘッドを得るこ
とができる。また、異方性エッチングで作られた三角形
ノズルに比較して、同じ長さの底辺でも、断面積を大き
くとれ、精度もよいので、高密度化に有利である。

【００４４】請求項２の発明においては、チャンネル部
とインクリザーバ部との連結部をエッチングにより形成
できるので、ダイシングソー等で連結する工程を必要と
しない。また、エッチングマスクに小突起を設けたこと
により、隣接するチャンネル間が連結することがなく、
したがって、均一な長さのチャンネル部を精度よくエッ
チングで形成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法
の一実施例を説明するためのチャンネル部の断面図であ
る。

【図２】図１のチャンネル基板にヒーター基板を接合し
た説明図である。

【図３】本発明の別の実施例を説明するためのチャンネ
ル基板の断面図である。

【図４】本発明のさらに別の実施例を説明するためのチ
ャンネル部の断面図である。

【図５】図４のチャンネル基板にヒーター基板を接合し
た説明図である。

【図６】本発明の一実施例における、チャンネル部とイ
ンクリザーバ部との連結部の形成方法の説明図である。

【図７】本発明の一実施例におけるエッチングマスクの
平面図である。

【図８】本発明の他の実施例におけるエッチングマスク
の平面図である。

【図９】従来のインクジェット記録ヘッドにおけるチャ
ンネル基板の製造方法の説明図である。

【図１０】従来のインクジェット記録ヘッドの説明図で
ある。

【図１１】等方性エッチングにより作成したチャンネル
基板の断面図である。

【図１２】従来のチャンネル部とインクリザーバ部との
連結部の形成方法の説明図である。

【符号の説明】

１　　チャンネル部 ２　　インクリザーバ部 ４　　エッチングマスク ５　　Ｓｉ３　Ｎ４　膜のエッチングマスク６　　Ｓｉ
Ｏ２　膜のエッチングマスク１０　　チャンネル基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　チャンネル部とインクリザーバ部とを
   連結する連結部を有するチャンネル基板と、ヒーターと
   通電電極を有するヒーター基板とを接合してなるインク
   ジェット記録ヘッドの製造方法において、前記チャンネ
   ル部は、（１００）結晶面が表面であるシリコン基板を
   用い、異方性エッチングを行なった後、等方性エッチン
   グにより、頂点の角を落とすとともに、チャンネル内を
   曲面にすることにより形成することを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】　　チャンネル部とインクリザーバ部とを
   連結する連結部を有するチャンネル基板と、ヒーターと
   通電電極を有するヒーター基板とを接合してなるインク
   ジェット記録ヘッドの製造方法において、前記チャンネ
   ル部は、隣接したチャンネル部が連結しないようにエッ
   チングマスクの連結部に小突起を有するパターンにより
   エッチングされることを特徴とするインクジェット記録
   ヘッドの製造方法。