JP2004098683A - インクジェット・プリントヘッドおよびこの製造法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 構造的に安定し，かつ，耐久性が向上されたインクジェット・プリントヘッドおよびその製造が提供される。
【解決手段】 基板１００と；インクチャンバ２１０と，上記インクチャンバに連結される流路１０７とが形成された流路板２００と；オリフィス３１０が形成されたノズル板３００とを備え，上記ノズル板と流路板との間には，上記インクチャンバおよび流路を覆うチャンバカバー層２１１がさらに設けられ，上記チャンバカバー層には，上記インクチャンバおよび／またはこれに連結される流路に対応する複数のスロット２１３が形成されていることを特徴とする，インクジェット・プリントヘッドが提供される。かかる構成により，構造的に安定し，かつ，耐久性が向上されたインクジェット・プリントヘッドが提供される。
【選択図】 図４
【解決手段】 基板１００と；インクチャンバ２１０と，上記インクチャンバに連結される流路１０７とが形成された流路板２００と；オリフィス３１０が形成されたノズル板３００とを備え，上記ノズル板と流路板との間には，上記インクチャンバおよび流路を覆うチャンバカバー層２１１がさらに設けられ，上記チャンバカバー層には，上記インクチャンバおよび／またはこれに連結される流路に対応する複数のスロット２１３が形成されていることを特徴とする，インクジェット・プリントヘッドが提供される。かかる構成により，構造的に安定し，かつ，耐久性が向上されたインクジェット・プリントヘッドが提供される。
【選択図】 図４
Description
本発明は，インクジェット・プリントヘッドおよびその製造法に係り，特にインクチャンバおよびノズルを，効果的かつ容易に形成できるモノリシック・インクジェット・プリントヘッドおよびその製造法に関する。
インクジェット・プリントヘッドとしては，熱源を利用してインクに気泡を発生させ，その力でインク液滴を吐出させる電気・熱変換方式が主流をなしている。
図１はインクジェット・プリントヘッドの典型的な構造の一例を概略的に示す斜視図であり，図２はその断面図である。
図１および図２に示されたように，インクジェット・プリントヘッドはインクが供給されるマニフォールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）（図示せず）を備え，その表面に，ヒータ１２およびこれを保護するパシベーション層１１が形成された基板１と，上記基板１上に，流路２２およびインクチャンバ２１を形成する流路板２と，上記流路板２上に形成され，上記インクチャンバ２１に対応するオリフィス３１が設けられたノズル板３とを備える。
一般的に，流路板とノズル板とはポリイミドを利用したフォトリソグラフィ法により形成される。従来のインクジェット・プリントヘッドでは，上記流路板とノズル板とは同じ物質，例えばポリイミドより形成されている。しかし，上記ノズル板は，ポリイミドの有する接着性の弱さにより流路板から容易に剥離していた。
このような問題を解消するための従来のインクジェット・プリントヘッドの一製造法を示す。上述した流路層とノズル板とがポリイミドにより別個の層に形成される場合，流路板とノズル板とを別途に製作した後でこれを基板に接合していた。このような方法は，構造的な位置ずれなどのさまざまな問題を生じ，ウェーハレベルでノズル板を付着することが困難であった。従って，ウェーハから分離されたチップのそれぞれに対してノズル板を付着しなければならず，製品生産性が非常に劣る結果を生じていた。また，ポリイミドで流路層とノズル板とが形成される場合は，やはり流路板とノズル板との剥離が問題であり，このことは製品の歩留まりを下げる結果をもたらす。
一方，特許文献１や特許文献２に記載されている従来のインクジェット・プリントヘッドの製造法は，インクチャンバおよび流路を設けるための犠牲層としてのモールド層を適用している。
このような従来の方法では，基板上に，インクチャンバおよび流路のパターンに対応して，フォトレジストによる犠牲層としてのモールド層が形成され，その後，上記モールド層上にポリイミドを所定の厚さにコーティングし，流路板とノズル板とが単一層として形成される。続いて，ノズル板にオリフィス（ノズル）を形成し，最終的にはモールド層を除去することによって，上記ノズル板の下部に上記インクチャンバおよび流路が形成される。本来，上記ポリイミドで流路板およびノズル板を形成した後，ハードベーキング（ｈａｒｄ−ｂａｋｅｄ）を行うのが好ましいが，上記のモールド層により流路およびノズルを形成する従来の方法では，上記モールド層を保護するために十分な温度でハードベーキングできない問題があった。これは，モールド層が熱に弱いフォトレジストによりなっているためであり，モールド層が存在する限りポリイミドよりなる流路板やノズル板をハードベーキングできないことになる。このように，ハードベーキングが行われなかった流路板やノズル板は，流路およびインクチャンバを形成するためのモールド層除去時に，除去によるエッチャントの攻撃を受ける。このようにして接触される部分がエッチングされ，流路板とノズル板との界面が不安定になり，浮き上がりが生じるという問題が発生する。
本発明は，従来のインクジェット・プリントヘッドが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，流路板とノズル板とが強い接着力で接着可能な，新規かつ改良されたインクジェット・プリントヘッドおよびこの製造法を提供することである。
また，本発明の別の目的は，従来のようにモールド層が存在する状態でノズル板を形成しなければならないことによる，ノズル板をハードベーキングできなかった問題を解決できるインクジェット・プリントヘッドおよびその製造法を提供することである。
従って，本発明では，構造的に安定し，かつ，耐久性が向上されたインクジェット・プリントヘッドおよびその製造法が提供可能である。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，ヒータおよびこれを保護するパシベーション層が形成された基板と；上記ヒータに対応するインクチャンバと，上記インクチャンバに連結される流路とが形成された流路板と；上記インクチャンバに対応するオリフィスが形成されたノズル板とを備え，上記ノズル板と流路板との間には，上記インクチャンバおよび流路を覆うチャンバカバー層がさらに設けられ，上記チャンバカバー層には，上記インクチャンバおよび／またはこれに連結される流路に対応する複数のスロットが形成されていることを特徴とする，インクジェット・プリントヘッドが提供される。
また，上記流路板とノズル板は，同じ物質より形成でき，上記同じ物質は，ポリイミドとしても良い。
また，上記チャンバカバー層は真空蒸着またはスパッタリングの可能な，金属またはシリコン系の低温蒸着物質により形成でき，さらに，ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により蒸着の可能なＳｉＯ２，ＳｉＮまたはＳｉＯＮより形成できるとしても良い。
上記チャンバカバー層のスロットは，上記ノズル板の材料となる液体状の物質が通過できないサイズ（大きさおよび形状）で形成されるとしても良い。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，（ａ）ヒータと上記ヒータを保護するパシベーション層とが基板表面片側に形成された基板を準備する段階と；（ｂ）上記基板上に感光性の第１フォトレジストをコーティングして流路板を形成する段階と；（ｃ）上記流路板に上記ヒータに対応するインクチャンバと上記インクチャンバに連結される流路とを形成する段階と；（ｄ）上記流路板のインクチャンバと流路とに第２フォトレジストを埋め込んでモールド層を形成する段階と；（ｅ）上記流路板とモールド層の上面に，上記インクチャンバおよび流路を覆うチャンバカバー層を形成する段階と；（ｆ）上記チャンバカバー層に，上記インクチャンバおよび／または流路に対応するスロットを複数個形成する段階と；（ｇ）上記スロットを通じてエッチャントを供給し，上記インクチャンバおよび流路に埋め込まれている第２フォトレジストを除去する段階と；（ｈ）上記チャンバカバー層上に第３フォトレジストをコーティングしてノズル板を形成する段階と；（ｉ）上記ノズル板とチャンバカバー層に上記インクチャンバに対応するオリフィスを形成する段階とを含むことを特徴とする，インクジェット・プリントヘッドの製造法が提供される。
また，上記第１フォトレジストおよび第３フォトレジストは，ネガティブフォトレジストおよびネガティブポリイミドのうちいずれか一つからなるとしても良く，さらには，両フォトレジストともポリイミドからなるとしても良い。
また，上記チャンバカバー層のスロットは，上記第３フォトレジストが粘性により通過できないサイズ（大きさおよび形状）で形成されるとしても良い。
また，上記チャンバカバー層は，シリコン系の低温蒸着物質であり，ＰＥＣＶＤ法により蒸着可能なＳｉＯ２，ＳｉＮまたはＳｉＯＮより形成されるとしても良い。
上記（ｉ）段階以後に，（ｊ）上記ノズル板の上面から全面露光を実施した後，ハードベーキングする段階をさらに含むとしても良い。
上記（ｊ）段階以後に，上記基板の底面にインク供給のためのインク供給ホールを形成する段階をさらに含むとしても良い。
上記（ａ）段階と（ｂ）段階との間に，（ｌ）上記流路を経由して上記インクチャンバにインクを供給するための上記流路に通じるインク供給ホールが加工される底部を有するインク供給チャンネルを，上記基板の底面に所定の深さで形成する段階をさらに含むとしても良い。
以上説明したように本発明によれば，流路板とノズル板とがチャンバカバー層により相互接着されるので相互間の接着力を大きく向上できる。また，インクジェット・プリントヘッドの製造工程において，ノズル板形成前にはモールド層を除去することができ，このようなモールド層によりノズル板をハードベーキングできなかった問題が解決される。また，チャンバカバー層を適用することにより，流路板にインクチャンバおよび流路の空間が空いている状態においてもノズル板を形成することができる。従って，本発明によれば，構造的に非常に安定し，かつ，耐久性を大きく向上したインクジェット・プリントヘッドが得られる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（インクジェット・プリントヘッド）
図３は，本実施形態によるインクジェット・プリントヘッドの概略的な平面図であり，図４は，図３のＸ−Ｘ線断面図，図５は，図３のＹ−Ｙ線断面図である。
図３は，本実施形態によるインクジェット・プリントヘッドの概略的な平面図であり，図４は，図３のＸ−Ｘ線断面図，図５は，図３のＹ−Ｙ線断面図である。
図３に示しているように，インクジェットプリンタヘッドの基板１００の両側長辺に沿ってインクジェット・プリントヘッドの内部回路との電気的連結のためのパッド１０５が一列に配されている。上記パッド１０５は，設計仕様によっては基板１００の短辺に沿って形成されうる。
上記基板１００にてパッド１０５が形成された両側縁部の間には，ノズル板３００が位置している。ノズル板３００には，図４および図５に具体的に示されるようにインク液滴の吐出されるオリフィス３１０が形成されている。また，ノズル板３００下部のインクチャンバ２１０の底部には，基板１００の上面に形成されるヒータ１０２が位置し，このヒータ１０２は，パシベーション層１０１により保護される。上記ヒータ１０２はコンダクタ（図示せず）により上記パッド１０５と電気的に接続される。ヒータ１０２が形成される領域は図３から図５に示されたように，流路板２００により設けられるインクチャンバ２１０の領域であり，このインクチャンバ２１０は，流路１０７を経由し，さらに基板１００に形成されるインク供給ホール１０６ｂを通じて，インク供給チャンネル１０６に連結される。本実施形態によれば，上記ノズル板３００および流路板２００はフォトレジスト，特にポリイミドより形成される。
図４および図５を参照すれば，上記ノズル板３００の底面に本発明を特徴づけるチャンバカバー層２１１が設けられている。このチャンバカバー層２１１は，Ｎｉ，Ｔｉのような金属，または，シリコン系の物質，例えばＳｉＯ２，ＳｉＮまたはＳｉＯＮより形成されうる。
ノズル板３００や流路板２００は，ポリイミドのような相互接着性の落ちる物質より形成される。上記チャンバカバー層２１１は，ノズル板３００と流路板２００との間の接着性を向上させる機能を有す。また，チャンバカバー層２１１は，製造工程においてノズル板３００を形成するためのベースとしても利用される非常に重要な要素である。上記チャンバカバー層２１１は，ノズル板３００のオリフィス３１０に対応する部分が貫通され，オリフィス３１０以外の部分にはスロット２１３も設けられている。このようなスロット２１３を有するチャンバカバー層２１１の製造過程中の役割については，後述する製造法にて詳細に説明する。
（インクジェット・プリントヘッドの製造法）
以下のインクジェット・プリントヘッドの製造法の説明において，一般的に知られた工法，成膜工程，膜のパターニング工程，特にインクジェット・プリントヘッド製造のために使われる，既に知られた技術についての詳細な説明は省略する。ここでは，図６Ａから図６Ｋを用いて図２のＸ−Ｘ線断面に対応する各工程段階を示す。また，ここでは，図６Ａから図６Ｋの順で各工程が推移する。
以下のインクジェット・プリントヘッドの製造法の説明において，一般的に知られた工法，成膜工程，膜のパターニング工程，特にインクジェット・プリントヘッド製造のために使われる，既に知られた技術についての詳細な説明は省略する。ここでは，図６Ａから図６Ｋを用いて図２のＸ−Ｘ線断面に対応する各工程段階を示す。また，ここでは，図６Ａから図６Ｋの順で各工程が推移する。
最初に，図６Ａに示す，基板１００を準備する。基板１００は，表面にヒータ１０２およびこれを保護するＳｉＮパシベーション層１０１を含む下部膜質層が形成されており，シリコンウェーハ状態として準備される。この過程は，ウェーハレベルでなされ，ヒータ物質形成，パターニングそしてパシベーション層の蒸着などを伴う。
図６Ｂに示すように，上記基板１００上に，フォトレジスト，例えばポリイミドを，数十μｍ，例えば３０μｍの厚さで全面コーティングして流路板２００を形成する。ここで，流路板３００の材料として使用できる物質はポジティブもしくはネガティブ型フォトレジスト，または，ポリイミドであり，望ましくはネガティブ型フォトレジストまたはポリイミドである。
図６Ｃに示すように，上記流路板２００に，上記ヒータ１０２に対応するインクチャンバ２１０およびインクチャンバ２１０に連結される流路１０７を，フォトリソグラフィ法により形成する。ここではインクチャンバ２１０および流路１０７を形成するために知られた多様な方法のうち一つを適用している。ここで，上記流路板２００は，ネガティブフォトレジスト，さらにはネガティブポリイミドより形成することが望ましい。
図６Ｄに示すように，流路板２００のインクチャンバ２１０および流路１０７に第２フォトレジストを埋め込んでモールド層２００ｂを形成する。ここで，モールド層２００ｂを形成する工程は，第２フォトレジストの全面コーティング，上記インクチャンバ２１０および流路１０７内にだけ第２フォトレジストを残留させるためのエッチバック過程，または，上記流路板２００の表面上に存在する不必要な部分を除去するための写真エッチング過程を含むとしても良い。
図６Ｅに示すように，上記流路板２００およびモールド層２００ｂ上に，上記モールド層２００ｂに対してエッチング選択性を有するチャンバカバー層２１１を，所定の厚さに形成する。上記チャンバカバー層２１１は，真空蒸着またはスパッタリングにより蒸着可能であるＮｉ，Ｔｉのような金属，または，シリコン系のＳｉＯ２，ＳｉＮもしくはＳｉＯＮにより形成できる。上記シリコン系の物質は，低温雰囲気下での蒸着が可能な物質としてＰＥＣＶＤ法により形成することができる。
図６Ｆに示すように，上記チャンバカバー層２１１に複数個のスロット２１３が形成される。上記スロット２１３は，図６Ｇに示すように，インクチャンバ２１０および流路１０７に対応する部分に形成され，他の実施形態によればインクチャンバ２１０または流路１０７のいずれか一方に対応する部分にだけ形成される。ここでは，インクチャンバ２１０および流路１０７のどちらにも形成されるのが望ましい。上記スロット２１３の幅はサブミクロン単位であって，その上部に形成されるノズル板３００における第３フォトレジストが粘性により通過できない程度のサイズを有す。また，スロット２１３の長さは大きく制限されない。従って，スロット２１３のサイズは，ノズル板３００のためのフォトレジストまたはポリイミドの物性に応じて調節すべきである。
上記スロット２１３を形成するためには，所定パターンのフォトレジストマスクをチャンバカバー層２１１に形成し，その後でドライまたはウェットエッチング法によりパターニングする。スロット２１３が形成された後で，上記フォトレジストマスクを，プラズマまたは高温加熱を利用したアッシング，および，エッチャントによるストリップなどによって除去する。
図６Ｈに示すように，上記スロット２１３を通じてエッチャントを供給し，インクチャンバ２１０および流路１０７上のモールド層２００ｂを除去する。モールド層２００ｂを構成するフォトレジストは，スロット２１３を通じて供給されるエッチャントにより溶解され，溶解されたフォトレジストはスロット２１３を通じて排出される。
図６Ｉに示すように，上記チャンバカバー層２１１の上面に，第３フォトレジストによるノズル板３００を形成する。この時，ネガティブフォトレジストまたはネガティブポリイミドを所定の厚さにスピンコーティングし，その後でソフトベーキングする。上記スピンコーティング時に，上記フォトレジストまたはネガティブポリイミドは粘性によりスロットを通過できず，インクチャンバ２１０および流路１０７は空洞状態をそのまま維持できる。ここで，上記フォトレジストまたはポリイミドは，インクチャンバ２１０および流路１０７に浸透できないとしたが，スロット２１３の内部には一部浸透しても構わない。上記スロット２１３は，粘性を有するフォトレジストまたはポリイミドの遮断機能を有するからである。
図６Ｊに示すように，ノズル板３００にフォトリソグラフィ法によりオリフィス３１０を形成する。この時，露光においては，ノズル板３００に形成されるオリフィス３１０の形状に対応するパターンを有するメタルマスクなどのレチクルが適用され，ウェットまたはドライエッチングによりオリフィス３１０を貫通形成する。オリフィス３１０を遮断しているチャンバカバー層２１１は，ドライエッチングにより貫通させ，オリフィス３１０をインクチャンバ２１０と通じさせる。その後，ノズル板３００の全面露光およびハードベーキングを実施する。
図６Ｋに示すように，基板２１０の底面にインク供給チャンネル１０６を形成し，インク供給チャンネル１０６の上部側の薄い底部１０６ａを所定のサイズに除去し，基板１００を貫通するインク供給ホール１０６ｂをＸｅＦ２ドライエッチング法により形成する。従って，インクを基板１００の底面から基板の上面側に供給できるインク供給経路が基板１００に形成される。この時，上記インク供給チャンネル１０６は図６Ａ段階またはそれ以前に形成され，インク供給ホール１０６ｂだけが現段階で形成されるとしても良い。
また，上記のような工程に加え，上記ノズル板３００の上面に，インクによるノズル板の汚染を防止するための疏水性コーティング層をさらに形成できる。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は，インクジェット・プリントヘッドおよびその製造法に係り，特にインクチャンバおよびノズルを，効果的かつ容易に形成できるモノリシック・インクジェット・プリントヘッドおよびその製造法に適応可能である。
１００ 基板
１０１ パシベーション層
１０２ ヒータ
１０５ パッド
１０６ 供給チャンネル
１０７ 流路
２００ 流路板
２１０ インクチャンバ
２１１ チャンバカバー層
２１３ スロット
３００ ノズル板
３１０ オリフィス
１０１ パシベーション層
１０２ ヒータ
１０５ パッド
１０６ 供給チャンネル
１０７ 流路
２００ 流路板
２１０ インクチャンバ
２１１ チャンバカバー層
２１３ スロット
３００ ノズル板
３１０ オリフィス
Claims (14)
- ヒータおよびこれを保護するパシベーション層が形成された基板と；
前記ヒータに対応するインクチャンバと，前記インクチャンバに連結される流路とが形成された流路板と；
前記インクチャンバに対応するオリフィスが形成されたノズル板と；
を備え，
前記ノズル板と流路板との間には，前記インクチャンバおよび流路を覆うチャンバカバー層がさらに設けられ，
前記チャンバカバー層には，前記インクチャンバおよび／または前記流路に対応する複数のスロットが形成されていることを特徴とする，インクジェット・プリントヘッド。 - 前記流路板とノズル板は，ポリイミドより形成されることを特徴とする，請求項１に記載のインクジェット・プリントヘッド。
- 前記チャンバカバー層は，ＳｉＯ２，ＳｉＮ，および，ＳｉＯＮよりなるグループから選択されたいずれか一つの物質より形成されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のインクジェット・プリントヘッド。
- 前記チャンバカバー層のスロットは，前記ノズル板の材料となる液体状の物質が通過できない大きさおよび形状で形成されることを特徴とする，請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット・プリントヘッド。
- （ａ）ヒータと前記ヒータを保護するパシベーション層とが基板表面片側に形成された基板を準備する段階と；
（ｂ）前記基板上に感光性の第１フォトレジストをコーティングして流路板を形成する段階と；
（ｃ）前記流路板に前記ヒータに対応するインクチャンバと前記インクチャンバに連結される流路とを形成する段階と；
（ｄ）前記流路板のインクチャンバと流路とに第２フォトレジストを埋め込んでモールド層を形成する段階と；
（ｅ）前記流路板とモールド層の上面に，前記インクチャンバおよび流路を覆うチャンバカバー層を形成する段階と；
（ｆ）前記チャンバカバー層に，前記インクチャンバおよび／または流路に対応するスロットを複数個形成する段階と；
（ｇ）前記スロットを通じてエッチャントを供給し，前記インクチャンバおよび流路に埋め込まれている第２フォトレジストを除去する段階と；
（ｈ）前記チャンバカバー層上に第３フォトレジストをコーティングしてノズル板を形成する段階と；
（ｉ）前記ノズル板とチャンバカバー層に前記インクチャンバに対応するオリフィスを形成する段階と；
を含むことを特徴とする，インクジェット・プリントヘッドの製造法。 - 前記第１フォトレジストは，ネガティブフォトレジストおよびネガティブポリイミドのうちいずれか一つからなることを特徴とする，請求項５に記載のインクジェット・プリントヘッドの製造法。
- 前記第３フォトレジストは，ネガティブフォトレジストおよびネガティブポリイミドのうちいずれか一つからなることを特徴とする，請求項５または６のいずれかに記載のインクジェット・プリントヘッドの製造法。
- 前記チャンバカバー層のスロットは，前記第３フォトレジストが粘性により通過できない大きさおよび形状で形成されることを特徴とする，請求項５から７のいずれかに記載のインクジェット・プリントヘッドの製造法。
- 前記チャンバカバー層は，シリコン系の低温定着物質より形成されることを特徴とする，請求項５から８のいずれかに記載のインクジェット・プリントヘッドの製造法。
- 前記チャンバカバー層は，ＳｉＯ２，ＳｉＮおよびＳｉＯＮよりなるグループから選択されたいずれか一つの物質より形成されることを特徴とする，請求項９に記載のインクジェット・プリントヘッドの製造法。
- 前記チャンバカバー層はＰＥＣＶＤ法により形成されることを特徴とする，請求項１０に記載のインクジェット・プリントヘッドの製造法。
- 前記（ｉ）段階以後に，
（ｊ）前記ノズル板の上面から全面露光を実施した後，ハードベーキングする段階をさらに含むことを特徴とする，請求項５から１１のいずれかに記載のインクジェット・プリントヘッドの製造法。 - 前記（ｊ）段階以後に，
（ｋ）前記基板の底面にインク供給のためのインク供給ホールを形成する段階をさらに含むことを特徴とする，請求項１２に記載のインクプリントジェットヘッドの製造法。 - 前記（ａ）段階と（ｂ）段階との間に，
（ｌ）前記流路に通じるインク供給ホールが加工される底部を有するインク供給チャンネルを，前記基板の底面に所定の深さで形成する段階をさらに含むことを特徴とする，請求項５から１３のうちいずれか１項に記載のインクジェットプリントの製造法。
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