JP2005144920A - インクジェット記録ヘッドの製造方法及びインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 希釈液充填後、保護膜材塗布による耐エッチング性向上。
【解決手段】 インクを吐出するための吐出口を有するインクジェット記録ヘッドを、エッチング液を用いてエッチングする工程を含んで製造するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、インクを吐出させるための吐出口を有するデバイス面を前記エッチング液から保護するための保護膜を、希釈溶媒によって希釈された液状の保護膜を塗布し乾燥させて形成するステップを有する場合に、吐出口に予め希釈溶媒のキシレンを充填した状態で液状の保護膜（環化ゴム系のコーティング剤）を塗布する工程を有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。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インク等の液体を記録媒体に向けて噴射する液体噴射記録（インクジェット記録）に用いられる液体噴射記録ヘッド（インクジェット記録ヘッド）およびその製造方法に関する。

吐出エネルギー発生素子が設けられた基板に対し垂直方向にインクを吐出する、いわゆるサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドを製造する場合、吐出エネルギー発生素子が形成された基板に貫通口を形成することによりインク供給口が設けられる。そして、このタイプの記録ヘッドでは、インク供給口を介して基板の裏側からインクを供給する方式がとられている。このようなインクジェット記録ヘッドの製造方法としては、例えば、特開昭６２−２６４９５７号公報や、来国特許第４７８９４２５号公報に記載のものが知られている。ここでは、吐出エネルギー発生素子の形成された基板に、サンドブラスト加工、或いは、超音波研削加工と言った機械的加工方法によって上述の貫通口を形成し、その後、インク流路となる溝を形成する。なお、貫通口を形成する前にインク流路などを形成することも可能である。次いで、吐出口を形成した電鋳プレートを、その吐出口と基板のインク流路などとの位置合わせをしながら上記基板に接着するものである。

また、近年ではインクジェット記録ヘッドの小型化、高密度化等に対応し、基板上に、吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気的駆動回路（ダイオードマトリックス回路やシフトレジスタ回路）を形成したものも知られている。このような高機能な記録ヘッドを製造する際に、インク供給口の形成に上述したサンドブラストや超音波研削のような機械的加工を用いる場合には、上述のような駆動回路が、耐静電気、耐振動の点で、非常に敏感であることから、上記加工方法はその回路特性に影響を与える要因となり、加工の取り扱いに注意が必要になる。そこで、このような問題を改善する手段として、基板の材料にシリコンを用いる場合、インク供給口用の貫通口を基板裏面より化学的エッチングにより形成する方法が提案されている。この方法は、貫通口の形成を化学的にエッチング処理して形成するものであることから、その形成工程をインクジェット記録ヘッドの製造工程中のどの工程で行うかは、基本的に任意に設定可能である。つまり、インクジェット記録ヘッドの主たる機能部分が形成された最終工程で実施することも可能となる。すなわち、機械加工によるインク供給口形成の場合は、記録ヘッド製造工程の比較的初期の段階で実施されるが、この方法のように、最終工程で貫通口の形成を行うことができる利点は、貫通口を工程初期に形成する場合に基板の強度が低下し製造装置での取り扱いが複雑になるといった問題を解決できる点である。

シリコンに対する化学的エッチングは、形成する回路パターンなどの高密度化の点で有利なアルカリ系のエッチング液を用いた異方性エッチングが一般的に行われている。エッチング開始面のエッチングマスクとしては、無機膜、例えばシリコンの酸化膜や窒化膜が用いられる。また、エッチング液としては、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロキシド）やＫＯＨ、ヒドラジン等、結晶面によるエッチング速度差を生じるものが用いられる。このような化学的エッチングでは、吐出エネルギー発生素子やその駆動素子等の回路が形成された基板表面がエッチング液にさらされるため、これらの回路を保護する構成が必要となる。従来は、そのための構成として、治具を用いて基板上の回路を覆いエッチング液からこれらの回路を保護するものや、シリコンなどのウエハーをエッチング液に浸漬させずに、エッチング液がオーバーフローしている部分に基板のエッチング開始面（裏面）を接触させてエッチングを行うもの、さらには、エッチングに対する保護膜を基板表面にコートしてエッチングを行う方法が知られている。

しかしながら、基板表面に治具を用いたり、オーバーフロー面に基板を接触させるエッチング方式にあっては、ウエハーに対する治具のセッティング不良やオーバーフローするエッチング液面の制御不良等により、ウエハーの表面にエッチング液が回り込み、吐出エネルギー発生素子や駆動素子等の回路に損傷を与えたりする場合があった。この回路の損傷とは、露出している回路の電極部等がエッチング液によって腐食したり、保護層下部の上述した素子まで破壊されたりすることを言う。また、ウエハーの冶具やオーバーフロー液に対するセッティングに問題がない場合でも、シリコン等におけるエッチングの停止面（通常ウエハー表面にメンブレン膜と言われる無機膜が張られている）が欠陥等により破損した場合などは、そこを介して、エッチング液が基板表面に回り込み回路に損傷を与えることもある。

以上の冶具を用いたりオーバーフロー液面に基板を接触させる方法は、また、生産性、特に効率の点で問題がある。すなわち、ウエットエッチングの利点である、大量のバッチ処理が比較的困難であるといった問題がある。一般に、エッチング液は、安全性、環境への影響を考慮してＴＭＡＨが用いられるが、その場合のエッチング時間は、例えばシリコンの厚さが６２５μｍの場合１０乃至３０時間を要する。このため、大量のバッチ処理には多大な時間を要し事実上バッチ処理を適用できず、生産効率の点で問題となることがあった。その点、上述したウエハー表面にエッチング保護膜を塗布する方法、例えば、ワックスを溶かしてこれを基板に塗布したり、ネガレジストのようなゴム溶液を塗布乾燥して保護膜とする方式は、上述のような問題を最小限にとどめることができ、有用である。しかしながら、このような保護膜はアルカリ系のエッチング液に対してデバイス面を保護するためにかなりの厚さを形成する必要があり、上述したようなワックスを溶かしてこれを基板に塗布したり、ネガレジストのようなゴム溶液を塗布乾燥して保護層とするといった液体を用いる方式では非常に高い粘度が必要とされる。
特開昭６２−２６４９５７号公報 来国特許第４７８９４２５号公報 特開平９−１１４７９号公報

ところが液体を用いて膜を形成する場合に、その粘度が高いと複雑な構造を全て埋めることが難しくなるという問題がある。特に本件のようなインクジェット記録ヘッドの製造においては微細な構造を持つデバイス面を保護する必要があり、高粘度の液体では埋めきれずに気泡が残存する可能性が高くなる。

図１５と図１６は吐出口を有するデバイス面に保護膜を塗布する際、従来技術での問題点説明図である。吐出口部は入り組んだ形状なので、液状の保護膜が浸入する際に予め存在する空気が抱き込まれて気泡となって残りやすい。(図１５)
気泡が残存すると、後の工程例えばエッチング液によるウエットエッチングにおいて気泡が加熱されて膨張し、保護膜が損傷してしまうといった問題が起こる。（図１６）
保護膜が損傷してしまうと、後工程でエッチングマスクをドライエッチで除去する際にドライエッチの除去作用が表面部分まで回りこみ、ノズル部分がエッチングされてしまう。近年、デジタルカメラが急速に普及し、それに伴って写真画をインクジェットで出力する用途が広まってきており、画像解像度を上げるために、インク液滴はより小さく、着弾精度はより高いものが必要になってきている。

そのため、従来では問題にならなかった、わずかな保護膜の損傷でも問題になるようになった。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決することを目的としてなされたものであり、その目的とするところは、ウエットエッチングを用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法に於いて、生産効率の優れたエッチングを行うことが可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法、およびインクジェット記録を提供することにある。

そのために、本発明では、インクを吐出するためのインクジェット記録ヘッドを、エッチング液を用いてエッチングする工程を含んで製造するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、インクを吐出させるための吐出口を有するデバイス面を前記エッチング液から保護するための保護膜を、希釈溶媒によって希釈された液状の保護膜を塗布し乾燥させて形成するステップを有する場合に、吐出口に予め希釈溶媒を充填した状態で液状の保護膜を塗布する工程を有することを特徴としている。

また、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法では、前述の保護膜を形成した後、少なくともさらに一層以上の保護膜を形成することを特徴としている。

予め吐出口に希釈溶媒を充填すると、希釈溶媒は固形分を含んでいないので、固形分を含んだ液状の保護膜よりも濡れ性が高いため、入り組んだ形状の吐出口内部にも気泡なく充填することが出来る。（図５）
その後に固形分を含んだ液状の保護膜を塗布すると吐出口内で希釈溶媒中に液状保護膜の固形分が拡散してひろがる。（図６）
気泡無く充填された希釈溶媒中に固形成分が拡散によって広がり、その後乾燥することで気泡の抱きこみのない保護膜を形成できる。（図７）
希釈溶媒充填後に塗布する 液状保護膜の固形分濃度や、膜厚を調節することで、乾燥後の保護膜厚さを調整することが出来る。

以上の構成によれば、保護膜形成時に気泡が残らないため、その後の工程で保護膜が損傷することがなくなり、効率よくインクジェット印字ヘッドを製造することができる。

以上説明したように、本発明によればウエットエッチング時におけるデバイス面のエッチング液に対する保護膜を欠陥無く形成することができ、そのため後工程のドライエッチングでノズル部分がエッチングされることが防止できるので歩留が高く生産効率の良いインクジェットの記録ヘッドの製造が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１から図１１は、本発明の第１の実施例にかかるインクジェット記録ヘッドの製造工程を模式的に表す図である。本実施例の記録ヘッドは、吐出エネルギー発生素子素子として熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子を用いその熱エネルギーによってインクに気泡を生じさせてインクを吐出する、所謂バブルジェット（登録商標）方式のものである。

なお、図１では１単位（一対）の発熱抵抗素子、インク液路、吐出口等に関して記録ヘッドの断面図を表しているが、本実施例では一般の半導体製造技術と同様、シリコン基板に発熱抵抗素子を複数単位配列して形成される１つの記録ヘッド用のチップを複数個同時に製造する。

本実施例の記録ヘッドの製造では、まず、図１に示すように、＜１００＞面の結晶方位を持つシリコン基板１上に、半導体製造技術と同様の方法によって、発熱低抗素子２や、この素子の駆動を行うための駆動素子回路を形成する。なお、図においては発熱抵抗素子のみを示す。次いで、発熱抵抗素子２に電流を供給するなどのため電気的取りだし電極を形成する。この工程については、その詳細な説明を省略する。また、その製造方法に関しても特に限定するものではない。

次に、図２に示す工程では、後述するインク供給口を形成するためのエッチング開始面のエッチングマスク６をフォトリソグラフィー技術により形成する。エッチングマスクとしては、アルカリエッチング液に耐えられるものであれば良く、シリコン酸化膜や窒化膜、樹脂膜等が主に用いられる。本実施例ではこのマスク６をポリエーテルアミド樹脂（日立化成工業（株）社製 ＨＩＭＡＬ１２００〔溶媒 Ｎ−メチルピロリドン／ブチルセルソルブアセテ−ト〕）を用いて形成した。

次に図３に示すように、後に除去可能な型材３をフォトリソグラフィー技術により形成する。後述のように、この型材はそれが除去されることによりインク流路が形成されるものである。本実施例では、この型材３を、シクロヘキサノン/アクリル樹脂＝８０／２０ｗｔ%（東京応化工業株式会社製ＯＤＵＲ−１０１０）を用い、所定の膜厚およびパターンで形成した。

図４に示す工程では、図３で形成された型材３を被覆するように、吐出口５を含むオリフィスプレート材４をフォトリソグラフィー技術により形成する。オリフィスプレート材としては、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂等を用いることができる。

次に、図１〜６の工程までに形成されたシリコン基板の駆動回路を構成する機能素子が形成された面をその後の工程で行われるウエットエッチングのエッチング液から保護するため予め保護膜形成を行う。

この保護膜の特性としては、アルカリエッチングにおける耐アルカリ性、基板やデバイス面との密着性に優れ、また、機能素子を化学的に犯すことがなく、さらに、エッチング後容易に除去可能なものであることが好ましい。例えば、環化ゴム系の樹脂やワックス等を用いることができる。環化ゴム系の樹脂は、常温でコーティングでき、アルカリエッチング液に対する耐性、特に前述の密着層との密着性に優れるため、特に好ましい。

環化ゴム系の樹脂としては、従来からフォトリソグラフィーで用いられているネガ型のフォトレジストや、それから感光基を除いたもの等を用いることができる。例えば、東京応化工業製のＯＭＲ−８３（ネガレジスト）やＯＢＣ（感光基を除いたもの）を挙げることができる。

今回はＯＢＣを用いる。

この保護膜形成の際、まず第１にスピンナーを用いて、基板は静止状態で希釈溶媒を塗布し、吐出口やその他デバイス面上の複雑な構造の凹部に希釈溶媒７を充填させる。（図５）
今回は保護膜にＯＢＣをもちいるため、希釈溶媒はキシレンをもちいた。

次に保護膜を形成する。ＯＢＣを希釈溶媒のキシレンで適当な粘度に希釈した後、スピンナーによりコーティングを行い（図６）、ついで、ホットプレートにより１００℃、１５分間乾燥させることにより保護膜８が形成される。（図７）
次に、図８に示す工程では、シリコン基板に対し異方性エッチングを行いシリコン基板に貫通孔を形成してインク供給口９を形成する。

本実施例では、ＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液を用いて、エッチング液温度８０℃にて所定の時間、異方性エッチングを行った。そして、エッチング終了後、保護膜の損傷状態の検査を金属顕微鏡の１００倍視野にて行ったところ、気泡の破裂などによる破れは認められなかった。

次にエッチングマスクの除去を行う。基板裏面のインク供給口を形成する際の、エッチング開始面のエッチングマスクを、酸素プラズマを用いたエッチング法により２４０秒間エッチングし除去する。（図９）
次にエッチング保護膜の剥離を行う（図１０）。本実施例で用いたＯＢＣの場合、キシレンを用いて剥離を行うことができる。剥離の方式としては、ディップやスプレー等がある。

保護膜を剥離した後、吐出口形成面、特に吐出口付近の損傷状態をさきほどと同様に金属顕微鏡の１００倍視野にておこなったところ、損傷は認められなかった。

次に、図１１に示すように、インク流路を形成すべく型材３を溶解除去して、インクジェット記録ヘッドの主たる製造工程が完了する。

実施例１と同様に図１〜７に示した手順に従って第一の保護膜８ａを形成する。さらにキシレンで希釈したＯＢＣをスピンナーでコーティングしホットプレートにより１００℃、１５分間乾燥させることにより第２のエッチング保護膜を形成する場合の説明図が図１２である。

以下実施例１と同様の図８、９の手順と同様に図１３、１４の手順で異方性エッチングによりインク供給口９を形成し、基板裏面のエッチングマスクを、酸素プラズマを用いたエッチング法により除去する。さらに、実施例１と同様の図１０、１１の手順でエッチング保護膜８ａ、８ｂを剥離し、型材３を溶解除去して、インクジェット記録ヘッドの主たる製造工程が完了する。

実施例１と同様に、エッチング終了後に保護膜の損傷状態の検査と,保護膜剥離後に吐出口形成面の損傷状態の検査を金属顕微鏡の１００倍視野にておこなったところ、損傷は認められなかった。

発熱抵抗体が配置された基板を示す模式図である。 図１に示す工程の後、基板裏面にエッチングマスクが形成された状態を示す模式図である。 図２に示す工程の後、基板上に除去可能な型材が形成された状態を示す模式図である。 図３に示す工程の後、吐出口を含むオリフィスプレート材が形成された状態を示す模式図である。 図４に示す工程の後、吐出口に希釈溶媒が充填された状態を示す模式図である。 図５に示す工程の後、エッチング保護膜が塗布された乾燥前の状態を示す模式図である。 図６に示す工程の後、エッチング保護膜が形成された状態を示す模式図である。 図７に示す工程の後、シリコン基板に対し異方性エッチングを行いインク供給口が形成された状態を示す模式図である。 図８に示す工程の後、基板裏面のエッチングマスクが除去された状態を示す模式図である。 図９または図１４に示す工程の後、エッチング保護膜が剥離された状態を示す模式図である。 図１０に示す工程の後、型材を溶解除去して、インクジェット記録ヘッドの主たる製造工程が完了した状態を示す模式図である。 図７に示す工程の後、第２のエッチング保護膜が形成された状態を示す模式図である。 図１２に示す工程の後、シリコン基板に対し異方性エッチングを行いインク供給口が形成された状態を示す模式図である。 図１３に示す工程の後、基板裏面のエッチングマスクが除去された状態を示す模式図である。 従来技術の問題点を示す説明図である。 従来技術の問題点を示す説明図である。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 発熱抵抗素子
３ 型材
４ オリフィスプレート材
５ 吐出口
６ エッチングマスク
７ 希釈溶媒
８ エッチング保護膜
８ａ 第一のエッチング保護膜
８ｂ 第二のエッチング保護膜
９ インク供給口
１０ 気泡

Claims (5)

1. インクを吐出するための吐出口を有するインクジェット記録ヘッドを、エッチング液を用いてエッチングする工程を含んで製造するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、インクを吐出させるための吐出口を有するデバイス面を前記エッチング液から保護するための保護膜を、希釈溶媒よって希釈された液状の保護膜を塗布し乾燥させて形成するステップを有する場合に、吐出口に予め希釈溶媒を充填した状態で液状の保護膜を塗布する工程を有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１に記載の保護膜を形成後、少なくともさらに一層以上の保護膜を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。
3. 前記のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、該保護膜が環化ゴム系のコーティング剤によって形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
4. 請求項１に記載の希釈溶媒がキシレンであ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。
5. 請求項１乃至請求項４に記載された製造方法によって作成されたインクジェット記録ヘッド。
   

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