JP3230017B2

JP3230017B2 - インクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP3230017B2
Application number: JP229893A
Authority: JP
Inventors: 英幸菊地
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH06206315A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタやファクシミ
リ等に適用される画像記録方式に関し、特に構造が簡単
で、装置が小型で、かつ信頼性が高く、製造精度が高い
インクジェットヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来のインクジェットヘッドの
構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は圧力室の
断面図である。この図において、２１はノズル、２２は
インク供給路、２３は圧力室、２４は圧電素子、２５は
インク粒子、２６は印字媒体、２７は振動板である。

【０００３】従来のインクジェットヘッドは、この図に
示されているように、インクを噴出する多数のノズル２
１と、このノズル２１に連通し、インク供給路２２によ
ってインクの供給を受ける圧力室２３と、この圧力室２
３の一部を構成する肉薄壁である振動板２７を押圧する
圧電素子２４を具えており、図示されていないが、キャ
リアに搭載されキャリアとともに制御されて一直線上を
移動されるようになっている。

【０００４】そして、印字するときは、このインクジェ
ットヘッドを移動させながら、多数のノズル２１に連通
された圧力室２３に付属する圧電素子２４に選択的に電
圧を印加して駆動し、圧力室２３の一部を構成する肉薄
壁である振動板２７を押圧することによって、圧力室２
３の圧力を衝撃的に発生して、所定のノズル２１からイ
ンク粒子２５を噴出し、このインク粒子２５によって印
字媒体２６の上に所定の文字等を印字する。

【０００５】そして、前記のヘッドを構成する材料とし
ては、ガラス、金属、ステンレス等が使用されていた。
ところが、近年、インクジェットプリンタの高解像度化
に伴いインクジェットヘッドの製造に高加工精度が要求
されるようになり、これらの材料を使用していたのでは
充分な高加工精度を得ることが困難になった。

【０００６】この解決法としてＳｉ（１００）単結晶基
板またはＳｉ（１１０）単結晶基板をＫＯＨ水溶液等の
アルカリ系水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高
加工精度のインクジェットヘッドを製造する方法が提案
された（例えば、特開昭５４−１５０１２７号公報、特
開昭５４−１４６６３３号公報参照）。このように、異
方性エッチングを用いて、圧力室とインク供給路とノズ
ルを１枚のシリコンウェハ上に形成する方法として、従
来から例えば次の２つの方法が知られている。

【０００７】図３は、従来のインクジェットヘッドの製
造方法（１）の工程説明図で、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程
を示している。この図において、３１はＳｉ（１００）
単結晶基板、３２は圧力室、３３はＳｉＯ₂膜、３４は
開口、３５はノズルである。

【０００８】第１工程（図３（Ａ）参照）Ｓｉ（１００）単結晶基板３１の表面にＳｉＯ₂膜を形
成し、その上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグ
ラフィー技術によって圧力室を形成する部分に開口を形
成し、このパターニングしたレジストをマスクにして、
ＳｉＯ₂膜をエッチングして圧力室の形状に相当する開
口を形成する。そして、このＳｉＯ₂膜の開口を通して
Ｓｉ（１００）単結晶基板３１をＫＯＨ水溶液によって
異方性エッチングを行い圧力室３２を形成する。

【０００９】第２工程（図３（Ｂ）参照）Ｓｉ（１００）単結晶基板３１の圧力室３２の上にエッ
チングマスクとなるＳｉＯ₂膜３３を形成する。

【００１０】第３工程（図３（Ｃ）参照）Ｓｉ（１００）単結晶基板３１のＳｉＯ₂膜３３の上に
フォトレジストを塗布しフォトリソグラフィ技術によっ
てノズルに開口を形成し、開口中に露出したＳｉＯ₂膜
３３を除去して開口３４を形成する。

【００１１】第４工程（図３（Ｄ）参照）開口３４を有するＳｉＯ₂膜３３をエッチングマスクに
して、Ｓｉ（１００）単結晶基板３１をＫＯＨ水溶液に
よって異方性エッチングしてノズル３５を形成する。圧
力室３２の背面の振動板となる部分は別途形成して貼り
合わせる。

【００１２】図４は、従来のインクジェットヘッドの製
造方法（２）の工程説明図で、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程
を示している。この図において、４１はＳｉ（１００）
単結晶基板、４２はノズル、４３はＳｉＯ₂膜、４４は
開口、４５は圧力室である。

【００１３】第１工程（図４（Ａ）参照）Ｓｉ（１００）単結晶基板４１の表面にＳｉＯ₂膜を形
成し、その上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグ
ラフィー技術によってノズルを形成する部分に開口を形
成し、このパターニングしたレジストをマスクにして、
ＳｉＯ₂膜をエッチングしてノズルの形状に相当する開
口を形成する。そして、このＳｉＯ₂膜の開口を通して
Ｓｉ（１００）単結晶基板４１をＫＯＨ水溶液によって
異方性エッチングを行いノズル４２を形成する。

【００１４】第２工程（図４（Ｂ）参照）ノズル４２が形成されたＳｉ（１００）単結晶基板４１
の表面にエッチングマスクとなるＳｉＯ₂膜４３を形成
する。

【００１５】第３工程（図４（Ｃ）参照）Ｓｉ（１００）単結晶基板４１のＳｉＯ₂膜４３の上に
フォトレジストを塗布しフォトリソグラフィ技術によっ
て圧力室に開口を形成し、この開口中に露出したＳｉＯ
₂膜４３を除去して開口４４を形成する。

【００１６】第４工程（図４（Ｄ）参照）開口４４を有するＳｉＯ₂膜４３をエッチングマスクに
して、Ｓｉ（１００）単結晶基板４１をＫＯＨ水溶液に
よって異方性エッチングして圧力室４５を形成する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来のインクジ
ェットヘッドの製造方法によると、完熟した半導体製造
技術をそのまま適用することができるため、きわめて能
率的にインクジェットヘッドを製造することができた。

【００１８】ところが、この製造方法によると、エッチ
ングマスクとして用いるＳｉＯ₂膜３３をパターニング
するためのフォトレジストをスピンコートによって塗布
すると、Ｓｉ（１００）単結晶基板の凹凸が大きいため
フォトレジストを均一に塗布することができず、良好な
ＳｉＯ₂膜３３のパターニングが困難になって、圧力室
の加工精度が悪くなるという問題があることがわかっ
た。

【００１９】また、微細なノズルを厚いＳｉ（１００）
単結晶基板４１の反対側からエッチングして形成する
と、エッチング量によってノズルの径が大きく影響を受
けるため、ノズルの加工精度が悪くなるという問題があ
ることがわかった。本発明は、圧力室、ノズル等の形状
の設計自由度が高く、加工精度が高い製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる、インク
を噴射するノズルと、ノズルからインクの粒子を噴射さ
せる圧力を発生する圧力室と、圧力室にインクを供給す
るインク供給路を有するインクジェットヘッドの製造方
法においては、複数の基板を、該ノズルの形状にパター
ニングされたエッチング保護膜を介して接合して接合基
板を形成する工程と、該接合基板の片側から該エッチン
グ保護膜の一部をエッチング停止膜としてエッチングし
て圧力室を形成する工程と、該エッチング保護膜をエッ
チングマスクとして該接合基板のエッチングを続行して
ノズルを形成する工程とを採用した。

【００２１】この場合、複数の基板をシリコン単結晶基
板で形成し、エッチング保護膜としてＳｉＯ₂膜を用い
ることができる。

【００２２】またこの場合、接合基板を構成する各基板
を所定の厚さに研磨したのちにエッチングを行うことに
よって圧力室の容量とノズルの口径を設定することがで
き、エッチング方法として、異方性エッチング法を用い
ることによって圧力室とノズルの形状を決定することが
でき、シリコン単結晶基板の接合方法として接着剤を用
いない加熱による直接接合を用いることができる。

【００２３】またこの場合、シリコン単結晶基板の面方
位を、（１００）面と（１１０）面のように異ならせる
ことによって圧力室とノズルの形状をそれぞれ設定する
ことができる。

【００２４】

【作用】本発明のように、複数の基板を、該ノズルの形
状にパターニングされたエッチング保護膜を介して接合
して接合基板を形成する工程と、該接合基板の片側から
該エッチング保護膜の一部をエッチング停止膜としてエ
ッチングして圧力室を形成する工程と、該エッチング保
護膜をエッチングマスクとして該接合基板のエッチング
を続行してノズルを形成する工程とを採用すると、エッ
チング深さが深い選択性エッチングを制御性よく行うこ
とができ、そのため、高い寸法精度のインクジェットヘ
ッドを実現することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例のインクジェットヘッ
ドの工程説明図で、（Ａ）〜（Ｆ）は各工程を示してい
る。この図において、１はＳｉ（１００）単結晶基板、
２はＳｉＯ₂膜、３は開口、４はＳｉ（１００）単結晶
基板、５は接合基板、６はＳｉＯ₂膜、７は開口、８は
圧力室、９はノズル、１０はＳｉ（１００）単結晶基
板、１１はＳｉＯ₂膜である。この工程説明図によっ
て、本発明の一実施例のインクジェットヘッドの製造方
法を説明する。

【００２６】第１工程（図１（Ａ）参照）Ｓｉ（１００）単結晶基板１の表面上に熱酸化等によっ
てＳｉＯ₂膜２を形成し、その上に感光性レジスト液を
塗布しベークした後、ノズルのエッチングパターンの露
光と現像を行う。ノズルのエッチングパターンの形状
は、Ｓｉ（１００）単結晶基板１の方向によるエッチン
グの異方性を考慮して、＜１１０＞方向に一辺をもつ長
方形または正方形にする。現像後、フッ酸（ＨＦ）水溶
液によりレジストを取り除いた部分に露出しているＳｉ
Ｏ₂膜を除去してノズルパターンに相当する開口３を形
成する。

【００２７】第２工程（図１（Ｂ）参照）第１工程において、ＳｉＯ₂膜２がノズルパターニング
されたＳｉ（１００）単結晶基板１に、他のＳｉ（１０
０）単結晶基板４を、ノズルパターニングを施されたＳ
ｉＯ₂膜２を介して直接接合法により接合した後、これ
ら２枚のＳｉ（１００）単結晶基板１とＳｉ（１００）
単結晶基板４の外側を、圧力室の容量とノズルの口径に
よって設定した厚さまで研磨して接合基板５を形成す
る。用いた研磨機の研磨精度は±１〜±２μｍと極めて
高く、この実施例ではＳｉ（１００）単結晶基板１を１
００μｍ、Ｓｉ（１００）単結晶基板４を５０μｍの厚
さになるまで研磨を行った。

【００２８】第３工程（図１（Ｃ）参照）接合基板５にエッチング保護膜としてＳｉＯ₂膜６を熱
酸化等によって形成した後、その上に感光性レジスト液
を塗布し、Ｓｉ（１００）単結晶基板１に形成する予定
の圧力室とインク供給路の形状に相当する開口を有する
エッチングパターンの露光および現像を行う。レジスト
を除去した部分のＳｉＯ₂膜６をフッ酸（ＨＦ）水溶液
により除去することにより圧力室パターンとインク供給
路パターンの開口７を形成し、Ｓｉ（１００）単結晶基
板の表面を露出する。

【００２９】第４工程（図１（Ｄ）参照）前工程によってエッチングマスクを形成した結合基板５
をＫＯＨ水溶液等のアルカリ系水溶液中に浸し、ＳｉＯ
₂膜６をエッチングマスクにしてＳｉ（１００）単結晶
基板１を異方性エッチングする。なお、実際のエッチン
グに際しては、結合基板５の裏面には耐エッチング処理
が施されている。このエッチングによって、ＳｉＯ₂膜
６の開口７中に露出したＳｉ（１００）単結晶基板１が
エッチングされる。

【００３０】Ｓｉ単結晶においては、（１１１）面のＫ
ＯＨ水溶液等のアルカリ系水溶液によるエッチング速度
は、（１００）面および（１１０）面のエッチング速度
の０．３〜０．４％とはるかに遅いため、Ｓｉ（１０
０）単結晶基板１の露出部は（１００）面に対して約５
５°の角度をもつ（１１１）面を表した状態でエッチン
グが進行し、圧力室８とインク供給路（この図には表れ
ていない）が高精度で形成される。

【００３１】第５工程（図１（Ｅ）参照）前工程におけるエッチング面がＳｉＯ₂膜２に達した
後、さらにエッチングを行うと、Ｓｉ（１００）単結晶
基板１の（１１１）面とＳｉＯ₂膜２の面はエッチング
されず、ＳｉＯ₂膜２のノズルパターンの開口３をエッ
チングマスクにしてＳｉ（１００）単結晶基板４の（１
００）面が異方性エッチングされる。このエッチングに
おいても、Ｓｉ（１００）単結晶基板４の露出部は（１
００）面に対して約５５°の角度をもつ（１１１）面を
表した状態でエッチングが進行し、ノズル９が高精度で
形成される。

【００３２】第６工程（図１（Ｆ）参照）第１工程から第６工程によって、圧力室８とインク供給
路、ノズル９が形成された接合基板５に、圧力室８とイ
ンク供給路を覆うように振動板としての基板を接合す
る。

【００３３】この振動板の材料としては、ガラス、金
属、樹脂、シリコン等が考えられ、接合方法としては、
接着剤による接合、静電接合（例えば、特開昭５４−１
４６３３号公報参照）等が考えられるが、この実施例で
は基板材料にＳｉ（１００）単結晶基板１０を用い、接
合基板５とは直接接合を行った。

【００３４】その後、Ｓｉ（１００）単結晶基板１０を
設定されている厚さに研磨し、最後に圧力室８とインク
供給路およびノズル９を構成する壁の耐インク性を得る
ために熱酸化法によりＳｉＯ₂膜１１を形成した。この
ＳｉＯ₂膜１１は、インクとの濡れ性を改善する効果も
有している（例えば、特開昭５４−１４６３３号公報参
照）。

【００３５】上記の実施例においては、２枚のＳｉ（１
００）単結晶基板を用いて圧力室８とインク供給路およ
びノズル９を形成したが、さらにエッチングパターンが
形成されたＳｉＯ₂膜が設けられた別のＳｉ（１００）
単結晶基板を積層することによって圧力室、ノズル等の
形状の設計に自由度をもたせることができる。

【００３６】また、積層するＳｉ（１００）単結晶基板
の面方位を、例えば（１００）面と（１１０）面のよう
に異ならせることによって、圧力室、ノズル等の形状を
広い範囲で設計することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
エッチングによる高加工精度の複数の段差をもち形状と
寸法にばらつきが少ない圧力室、インク供給路、ノズル
等を形成することができ、また特定のエッチング工程の
ために形成されたエッチングパターンを有するＳｉＯ₂
膜の一部を、他のエッチング工程でエッチング停止膜と
して用いることにより、エッチング深さが深い選択性エ
ッチングを制御性よく高精度で行うことができ、そのた
め、高い寸法精度のインクジェットヘッドを提供するこ
とができるため、インクジェットによる印字の高品質化
に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの工
程説明図で、（Ａ）〜（Ｆ）は各工程を示している。

【図２】従来のインクジェットヘッドの構成説明図であ
り、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は圧力室の断面図である。

【図３】従来のインクジェットヘッドの製造方法（１）
の工程説明図で、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程を示してい
る。

【図４】従来のインクジェットヘッドの製造方法（２）
の工程説明図で、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程を示してい
る。

【符号の説明】

１Ｓｉ（１００）単結晶基板２ＳｉＯ₂膜３開口４Ｓｉ（１００）単結晶基板５接合基板６ＳｉＯ₂膜７開口８圧力室９ノズル１０Ｓｉ（１００）単結晶基板１１ＳｉＯ₂膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを噴射するノズルと、該ノズルか
らインクの粒子を噴射させる圧力を発生する圧力室と、
該圧力室にインクを供給するインク供給路を有するイン
クジェットヘッドの製造方法において、複数の基板を、該ノズルの形状にパターニングされたエ
ッチング保護膜を介して接合して接合基板を形成する工
程と、該接合基板の片側から該エッチング保護膜の一部をエッ
チング停止膜としてエッチングして圧力室を形成する工
程と、該エッチング保護膜をエッチングマスクとして該接合基
板のエッチングを続行してノズルを形成する工程と、を
有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
法。
【請求項２】複数の基板がシリコン単結晶基板である
ことを特徴とする請求項１に記載されたインクジェット
ヘッドの製造方法。
【請求項３】エッチング保護膜としてＳｉＯ₂膜を用
いることを特徴とする請求項１に記載されたインクジェ
ットヘッドの製造方法。
【請求項４】接合基板を構成する各基板を所定の厚さ
に研磨したのちにエッチングを行うことを特徴とする請
求項１に記載されたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】シリコン単結晶基板のエッチング方法と
して、異方性エッチング法を用いることを特徴とする請
求項２に記載されたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】シリコン単結晶基板の間の接合方法とし
て加熱による直接接合を用いることを特徴とする請求項
２に記載されたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】シリコン単結晶基板の面方位がそれぞれ
異なることを特徴とする請求項２に記載されたインクジ
ェットヘッドの製造方法。
【請求項８】シリコン単結晶の面方位が（１００）面と
（１１０）面であることを特徴とする請求項７に記載さ
れたインクジェットヘッドの製造方法。