JP2006218735A - Inkjet recording head and its manufacturing method - Google Patents

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JP2006218735A JP2005034298A JP2005034298A JP2006218735A JP 2006218735 A JP2006218735 A JP 2006218735A JP 2005034298 A JP2005034298 A JP 2005034298A JP 2005034298 A JP2005034298 A JP 2005034298A JP 2006218735 A JP2006218735 A JP 2006218735A
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Jun Yamamuro
純 山室
Shuji Koyama
修司 小山
Kenji Fujii
謙児 藤井
Shingo Nagata
真吾 永田
Masanori Osumi
正紀 大角
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for an inkjet recording head wherein the generation of working waste is prevented even when an inorganic material is used as a constituting material, an apparatus used in a normal semiconductor process can be used, and wafer batch processing is possible to suit mass production. <P>SOLUTION: In a method of forming ink passages and ink delivering openings, an ink passage pattern layer composed of a silicon-based compound, an ink delivering opening pattern layer composed of a metal material, and a nozzle material layer are formed on a substrate where ink delivering pressure generating elements for delivering ink are set. After a part of the ink delivering opening pattern layer which becomes an ink delivering opening open end is exposed to a surface, the ink passage pattern layer and the ink delivering opening pattern layer are removed by wet etching. The inkjet recording head is manufactured by the method. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体を噴射し飛翔液滴を形成して記録を行う液体吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドに関するものである。   The present invention relates to an ink jet recording head that is a liquid discharge head that performs recording by ejecting liquid to form flying droplets.

また本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用できるインクジェット記録ヘッドに関する発明である。   The present invention also relates to a printer that performs recording on a recording medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, a facsimile machine having a communication system, and a word processor having a printer unit. And an inkjet recording head applicable to an industrial recording apparatus combined with various processing apparatuses.

なお、本発明における『記録』とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することも意味する。   Note that “recording” in the present invention means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern.

インクの小滴を発生させ、それを紙等の被プリント媒体に付着させてプリントを行うインクジェットプリント方式は、プリント時の騒音が極めて少なく、かつ高速プリントが可能であり、しかもインクジェット記録ヘッドを極めて小型化できるため、カラー化及びコンパクト化が容易であるプリント方式である。該インクジェットプリント方式のひとつに発熱素子によってインクを発泡させ、この気泡の成長を利用してインクを吐出するタイプがある。   The inkjet printing method, in which ink droplets are generated and attached to a print medium such as paper, is extremely low in noise during printing and can be printed at a high speed. Since it can be reduced in size, it is a printing method that is easy to make color and compact. As one of the ink jet printing methods, there is a type in which ink is foamed by a heating element and ink is ejected by utilizing the growth of the bubbles.

近年記録技術の進展に伴い、インクジェット記録技術にも、より高密度高精度な記録が求められている。近年までは、インクジェット記録ヘッドのインク吐出機構の主要構成材料には、感光性樹脂材料が広く使用されていた。しかし、ノズル加工密度が1200dpiから2400dpi、2400dpiから4800dpiと高くなるにつれて、感光性樹脂材料でのインクジェット記録ヘッドのインク吐出機構の形成が困難となってきた。   In recent years, with the advancement of recording technology, higher density and higher accuracy recording is also required for the inkjet recording technology. Until recently, a photosensitive resin material has been widely used as a main constituent material of an ink discharge mechanism of an ink jet recording head. However, as the nozzle processing density increases from 1200 dpi to 2400 dpi and from 2400 dpi to 4800 dpi, it is difficult to form an ink discharge mechanism of an ink jet recording head using a photosensitive resin material.

このため、その主要構成材料として無機材料を用いることで、硬くて、キズがつきにくく、またインク吐出面が劣化することなく、内部応力による接合面が破断の生じることのない、高耐久、高信頼性を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法が、特許文献1に提案されている。この製造方法は、インク吐出圧発生素子を備える部材上に、厚膜積層工程にてインク流路の形状に相当するパターン層を形成し、該パターン層上にインク吐出面を形成するための無機材質層をオーバーコートした後に、フェムト秒レーザによって所定インク吐出口形状のパターン像を照射して、インク吐出口をインク吐出側の無機材質層から前記インク流路の形状に相当するパターン層の厚みの内部に到るまでほぼ同時に昇華アブレーション加工する方法である。   For this reason, by using an inorganic material as its main constituent material, it is hard and not easily scratched, the ink discharge surface is not deteriorated, the joint surface due to internal stress does not break, and is highly durable and highly resistant. A method for manufacturing an ink jet recording head having reliability is proposed in Patent Document 1. In this manufacturing method, an inorganic layer for forming a pattern layer corresponding to the shape of an ink flow path in a thick film laminating step on a member including an ink discharge pressure generating element and forming an ink discharge surface on the pattern layer. After overcoating the material layer, a pattern image of a predetermined ink discharge port shape is irradiated by a femtosecond laser, and the thickness of the pattern layer corresponding to the shape of the ink flow path from the inorganic material layer on the ink discharge side to the ink discharge port It is a method of sublimation ablation processing almost at the same time until it reaches the inside of.

図4にそのインクジェット記録ヘッドの製造フローを示す。まず、図4−(a)に示すように、基板1の裏面に熱酸化膜3、基板1の表面にインクを吐出するためのインク吐出圧発生素子2を形成した後、図4−(b)に示すように、インク吐出圧発生素子面2上にインク流路の形状に相当するパターン層12を形成し、図4−(c)に示すように、該パターン層12上にインク吐出面を形成するための無機材料層13を積層する。次に、図4−(d)に示すように無機材料層をCMPによる平坦化処理を行い、次に、図4−(e)に示すようにフェムト秒レーザーで所定のインク吐出口形状のパターン像を照射してインク吐出口9を形成する。その後、インク供給口10を形成しパターン層12を除去することによって、図4−(g)に示すようなインクジェット記録ヘッドを製造する。
特開2001−287373号公報
FIG. 4 shows a manufacturing flow of the ink jet recording head. First, as shown in FIG. 4A, after the thermal oxide film 3 is formed on the back surface of the substrate 1 and the ink discharge pressure generating element 2 for discharging ink is formed on the surface of the substrate 1, FIG. 4), a pattern layer 12 corresponding to the shape of the ink flow path is formed on the ink discharge pressure generating element surface 2, and the ink discharge surface is formed on the pattern layer 12 as shown in FIG. The inorganic material layer 13 for forming is laminated. Next, the inorganic material layer is flattened by CMP as shown in FIG. 4- (d). Next, as shown in FIG. 4- (e), a pattern of a predetermined ink discharge port shape is formed by a femtosecond laser. An ink discharge port 9 is formed by irradiating an image. Thereafter, the ink supply port 10 is formed and the pattern layer 12 is removed, whereby an ink jet recording head as shown in FIG.
JP 2001-287373 A

しかしながら、上記特許文献1では、以下(i)〜(iii)に示すような課題がある。
(i)フェムト秒レーザ加工範囲が狭いため、1ウエハにかかる加工処理時間が長く、大量生産には不向きである。
(ii)レーザ加工時に加工屑が生成するため、その加工屑を除去する工程が必要となる。
(iii)通常の半導体プロセスで使用されない装置を別途購入する必要がある。
However, in the said patent document 1, there exists a problem as shown to the following (i)-(iii).
(I) Since the femtosecond laser processing range is narrow, the processing time required for one wafer is long and is not suitable for mass production.
(Ii) Since processing waste is generated during laser processing, a step of removing the processing waste is required.
(Iii) It is necessary to purchase a device that is not used in a normal semiconductor process.

そこで、本発明は上記従来における課題を解決し、構成材料として無機材料を用いた場合でも、加工屑の発生を防ぎ、通常半導体プロセスで用いられる装置が使用でき、ウエハ一括処理が可能で、大量生産に適したインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and even when an inorganic material is used as a constituent material, generation of processing scraps is prevented, an apparatus normally used in a semiconductor process can be used, wafer batch processing is possible, and a large amount of processing is possible. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an ink jet recording head suitable for production.

本発明は、上記課題を達成するために、次のように構成したインクジェット記録ヘッドの製造方法、および該方法により製造されたインクジェット記録ヘッドを提供するものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides an ink jet recording head manufacturing method configured as follows, and an ink jet recording head manufactured by the method.

(a)インクを吐出するためのインク吐出圧発生素子が設けられた基板上に、シリコン系化合物からなる第一の層を形成する工程と、
(b)前記第一の層をパターニングして、インク流路パターン層とする工程と、
(c)前記インク流路パターン層上に、金属材料からなる第二の層を形成する工程と、
(d)前記第二の層をパターニングして、インク吐出口パターン層とする工程と、
(e)前記基板上のインク流路パターン層及び前記インク吐出口パターン層を覆う位置に、ノズル材層を形成する工程と、
(f)前記ノズル材層の表面を平坦化して、インク吐出口開口端となる前記インク吐出口パターン層の一部を表面に露出させる工程と、
(g)前記インク流路パターン層及び前記インク吐出口パターン層をウエットエッチングにより除去して、インク流路及びインク吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
(A) forming a first layer made of a silicon-based compound on a substrate provided with an ink discharge pressure generating element for discharging ink;
(B) patterning the first layer to form an ink flow path pattern layer;
(C) forming a second layer made of a metal material on the ink flow path pattern layer;
(D) patterning the second layer to form an ink discharge port pattern layer;
(E) forming a nozzle material layer at a position covering the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer on the substrate;
(F) flattening the surface of the nozzle material layer to expose a part of the ink discharge port pattern layer serving as an ink discharge port opening end on the surface;
(G) removing the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer by wet etching to form an ink flow path and an ink discharge port;
An ink jet recording head manufacturing method comprising:

前記の方法で製造されたインクジェット記録ヘッドであって、インクを吐出するための複数のインク吐出圧発生素子が設けられた基板上に、インク吐出口と、該インク吐出口に連通すると共に前記インク吐出圧力発生素子が作用できる位置に該インクを導入可能なインク流路と、を有し、前記基板に接合されたノズル材層により前記インク流路及び前記インク吐出口が形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。   An ink jet recording head manufactured by the method described above, wherein the ink discharge port communicates with the ink discharge port on a substrate provided with a plurality of ink discharge pressure generating elements for discharging ink, and the ink An ink flow path capable of introducing the ink at a position where the discharge pressure generating element can act, and the ink flow path and the ink discharge port are formed by a nozzle material layer bonded to the substrate. An ink jet recording head.

以上、説明したように、本発明によれば、構成材料として無機材料を用いた場合でも、加工屑の発生を防ぎ、通常半導体プロセスで用いられる装置が使用でき、ウエハ一括処理が可能で、大量生産に適したインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, even when an inorganic material is used as a constituent material, generation of processing waste can be prevented, an apparatus normally used in a semiconductor process can be used, wafer batch processing is possible, and a large amount An ink jet recording head manufacturing method suitable for production can be provided.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図3に、本実施形態において製造するインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。このインクジェット記録ヘッド(液体吐出ヘッド)は、インク吐出圧発生素子(液体吐出圧発生素子)2が所定のピッチで2列並んで形成されたシリコン基板1を有している。シリコン基板1には、熱酸化膜3をマスクとしてシリコンの異方性エッチングによって形成されたインク供給口(液体供給口)10が、インク吐出圧発生素子2の2つの列の間に開口されている。シリコン基板1上には、シリコン酸化膜7によって、各インク吐出圧発生素子2の上方に開口するインク吐出口(液体吐出口)9と、共通するインク供給口10から各インク吐出口9に連通するインク流路(液体流路)が形成されている。なお、シリコン酸化膜7はシリコン窒化膜8とすることもできる。   FIG. 3 is a schematic diagram of an ink jet recording head manufactured in the present embodiment. The ink jet recording head (liquid discharge head) has a silicon substrate 1 on which ink discharge pressure generating elements (liquid discharge pressure generating elements) 2 are formed in two rows at a predetermined pitch. In the silicon substrate 1, an ink supply port (liquid supply port) 10 formed by anisotropic etching of silicon using the thermal oxide film 3 as a mask is opened between two rows of the ink discharge pressure generating elements 2. Yes. On the silicon substrate 1, an ink discharge port (liquid discharge port) 9 that opens above each ink discharge pressure generating element 2 and a common ink supply port 10 communicate with each ink discharge port 9 by a silicon oxide film 7. An ink flow path (liquid flow path) is formed. The silicon oxide film 7 may be a silicon nitride film 8.

このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口10が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてこのインクジェット記録ヘッドは、インク供給口10を介してインク流路内に充填されたインク(液体)に、インク吐出圧発生素子2によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口9からインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。   This ink jet recording head is disposed so that the surface on which the ink supply port 10 is formed faces the recording surface of the recording medium. The ink jet recording head applies an ink liquid from the ink discharge port 9 by applying a pressure generated by the ink discharge pressure generating element 2 to the ink (liquid) filled in the ink flow path via the ink supply port 10. Recording is performed by discharging droplets and attaching them to a recording medium.

本発明では、このようなインクジェット記録ヘッドを以下の方法で製造することを特徴とするものである。すなわち、
(a)インクを吐出するためのインク吐出圧発生素子が設けられた基板上に、シリコン系化合物からなる第一の層を形成する工程と、
(b)前記第一の層をパターニングして、インク流路パターン層とする工程と、
(c)前記インク流路パターン層上に、金属材料からなる第二の層を形成する工程と、
(d)前記第二の層をパターニングして、インク吐出口パターン層とする工程と、
(e)前記基板上のインク流路パターン層及び前記インク吐出口パターン層を覆う位置に、ノズル材層を形成する工程と、
(f)前記ノズル材層の表面を平坦化して、インク吐出口開口端となる前記インク吐出口パターン層の一部を表面に露出させる工程と、
(g)前記インク流路パターン層及び前記インク吐出口パターン層をウエットエッチングにより除去して、インク流路及びインク吐出口を形成する工程と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法である。
In the present invention, such an ink jet recording head is manufactured by the following method. That is,
(A) forming a first layer made of a silicon-based compound on a substrate provided with an ink discharge pressure generating element for discharging ink;
(B) patterning the first layer to form an ink flow path pattern layer;
(C) forming a second layer made of a metal material on the ink flow path pattern layer;
(D) patterning the second layer to form an ink discharge port pattern layer;
(E) forming a nozzle material layer at a position covering the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer on the substrate;
(F) flattening the surface of the nozzle material layer to expose a part of the ink discharge port pattern layer serving as an ink discharge port opening end on the surface;
(G) removing the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer by wet etching to form an ink flow path and an ink discharge port;
A method for manufacturing an ink jet recording head having

本発明では、基板として、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチックまたは金属等からなる基板を用いることができる。このような基板は、インク流路を形成する部材の一部として機能し、また、後述のノズル材層の支持体として機能し得るものであれば、その形状、材質等に特に限定されることなく使用することができる。   In the present invention, for example, a substrate made of glass, ceramics, plastic, metal, or the like can be used as the substrate. Such a substrate is not particularly limited to its shape, material, etc. as long as it functions as a part of a member forming the ink flow path and can function as a support for a nozzle material layer described later. It can be used without.

上記基板上には、インクを吐出するためのインク吐出圧発生素子が設けられる。インク吐出圧発生素子の数は1つでも良いが、通常は複数個設けられている。インク吐出圧発生素子としては、電気熱変換素子、圧電素子等が利用できる。このようなインク吐出圧発生素子によって、記録液滴を吐出させるための吐出エネルギーがインク液に与えられ、記録が行われる。例えば、電気熱変換素子が用いられる時には、この素子が近傍の記録液を加熱することにより、記録液に状態変化を生起させ吐出エネルギーを発生する。また、例えば、圧電素子が用いられる時は、この素子の機械的振動によって、吐出エネルギーが発生される。インク吐出圧発生素子としては、電気熱変換素子が好ましい。   An ink discharge pressure generating element for discharging ink is provided on the substrate. Although the number of ink discharge pressure generating elements may be one, usually a plurality of ink discharge pressure generating elements are provided. As the ink discharge pressure generating element, an electrothermal conversion element, a piezoelectric element or the like can be used. By such an ink discharge pressure generating element, discharge energy for discharging a recording droplet is given to the ink liquid, and recording is performed. For example, when an electrothermal conversion element is used, the element heats a nearby recording liquid, thereby causing a state change in the recording liquid and generating ejection energy. For example, when a piezoelectric element is used, ejection energy is generated by mechanical vibration of the element. As the ink discharge pressure generating element, an electrothermal conversion element is preferable.

なお、インク吐出圧発生素子には、素子を動作させるための制御信号入力用電極が接続される。また、インク吐出圧発生素子の耐用性の向上を目的として、保護層等の各種機能層を設けることもできる。   The ink discharge pressure generating element is connected to a control signal input electrode for operating the element. Various functional layers such as a protective layer may be provided for the purpose of improving the durability of the ink discharge pressure generating element.

本発明では、上記のような基板上に、シリコン系化合物からなる第一の層を形成する(工程(a))。この第一の層は後にインク流路の型材となる層であり、強アルカリ溶液に溶解可能な材料であることが好ましい。例えば、通常半導体工程に使用されるポリシリコンを用いることができる。   In the present invention, a first layer made of a silicon compound is formed on the substrate as described above (step (a)). This first layer is a layer that will later become a mold for the ink flow path, and is preferably a material that can be dissolved in a strong alkaline solution. For example, polysilicon usually used in a semiconductor process can be used.

上記第一の層は、蒸着法、CVD法、スパッタリング法等でインク吐出量に応じて所定の厚さに形成することができる。   The first layer can be formed to a predetermined thickness according to the amount of ink discharged by vapor deposition, CVD, sputtering, or the like.

そして、前記第一の層をパターニングして、インク流路の型材となるインク流路パターン層とする(工程(b))。パターニングは、所望のパターンが形成可能な方法から適宜選択して行うことができる。例えば、第一の層上にポジ型レジストを塗布し、フォトリソ技術によりパターニングして、その後エッチングする方法で行うことができる。   Then, the first layer is patterned to form an ink flow path pattern layer that becomes a mold material of the ink flow path (step (b)). Patterning can be performed by appropriately selecting from methods capable of forming a desired pattern. For example, a positive resist can be applied on the first layer, patterned by photolithography, and then etched.

本発明では、上記のようにして形成したインク流路パターン層上に、金属材料からなる第二の層を形成する(工程(c))。この第二の層は後にインク吐出口の型材となる層であり、強アルカリ溶液に溶解可能な材料であることが好ましい。例えば、Al、Al−Cu、Al−Si、及びAl−Si−Cuのいずれかを用いることが好ましい。   In the present invention, a second layer made of a metal material is formed on the ink flow path pattern layer formed as described above (step (c)). This second layer is a layer that will later become a mold for the ink discharge port, and is preferably a material that can be dissolved in a strong alkaline solution. For example, any of Al, Al—Cu, Al—Si, and Al—Si—Cu is preferably used.

上記第二の層は、蒸着法、CVD法、スパッタリング法等でインク吐出量に応じて所定の厚さに形成することができる。   The second layer can be formed to a predetermined thickness according to the amount of ink discharged by vapor deposition, CVD, sputtering, or the like.

そして、前記第二の層をパターニングして、インク吐出口の型材となるインク吐出口パターン層とする(工程(d))。パターニングは、所望のパターンが形成可能な方法から適宜選択して行うことができる。例えば、第二の層上にポジ型レジストを塗布し、フォトリソ技術によりパターニングして、その後エッチングする方法で行うことができる。   Then, the second layer is patterned to form an ink discharge port pattern layer that serves as a mold material for the ink discharge ports (step (d)). Patterning can be performed by appropriately selecting from methods capable of forming a desired pattern. For example, a positive resist can be applied on the second layer, patterned by photolithography, and then etched.

また、エッチング手法として、例えば、ウエットエッチング工程およびドライエッチング工程を組み合わせることによりテーパー形状を有したインク吐出口パターン層とすることもできる。テーパー形状のインク吐出口とすることでメニスカス保持力が向上し、被記録媒体に記録した際に良好な印字が得られるようになる。   As an etching method, for example, an ink discharge port pattern layer having a tapered shape can be obtained by combining a wet etching process and a dry etching process. By using a tapered ink discharge port, the meniscus holding force is improved, and good printing can be obtained when recording on a recording medium.

さらに、条件を変えたエッチング工程を複数回行うことで、厚さ方向で異なる形状を有するインク吐出口パターン層を形成することもできる。例えば、下部はテーパー形状を有し、上部はテーパー形状を持たない直管状となるインク吐出口パターン層を形成することもできる。   Furthermore, an ink discharge port pattern layer having a different shape in the thickness direction can be formed by performing the etching process with different conditions a plurality of times. For example, it is possible to form an ink discharge port pattern layer having a tapered shape in the lower part and a straight tubular shape in which the upper part does not have a tapered shape.

本発明では、上記のようにして形成した、基板上のインク流路パターン層及びインク吐出口パターン層を覆う位置に、ノズル材層を形成する(工程(e))。ノズル材層は、強アルカリ溶液に耐性を有する材料であり、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜で形成することが好ましい。   In the present invention, a nozzle material layer is formed at a position covering the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer on the substrate formed as described above (step (e)). The nozzle material layer is a material resistant to a strong alkaline solution, and is preferably formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.

上記ノズル材層は、蒸着法、CVD法、スパッタリング法等で所定の厚さに形成することができる。ノズル材層の厚さは、インク吐出口パターン層上面が十分に覆うような厚みにする必要がある。   The nozzle material layer can be formed to a predetermined thickness by vapor deposition, CVD, sputtering, or the like. The thickness of the nozzle material layer needs to be a thickness that sufficiently covers the upper surface of the ink discharge port pattern layer.

このとき、ノズル材層の表面は凹凸になる。また、インク吐出口パターン層がノズル材層で完全に被覆された状態である。そこで、本発明では、ノズル材層の表面を平坦化して、インク吐出口開口端となるインク吐出口パターン層の一部を表面に露出させる処理を行う(工程(f))。この処理は、例えばCMP等で行うことができる。   At this time, the surface of the nozzle material layer becomes uneven. Further, the ink discharge port pattern layer is completely covered with the nozzle material layer. Therefore, in the present invention, the surface of the nozzle material layer is flattened, and a process of exposing a part of the ink discharge port pattern layer serving as the ink discharge port opening end to the surface is performed (step (f)). This process can be performed by, for example, CMP.

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法では、(h)前記ノズル材層の表面に撥水処理を行う工程、をさらに有することができる。撥水処理としては、例えば、撥水層としてテフロン(登録商標)膜をコーティングする方法等が挙げられる。   The method for producing an ink jet recording head of the present invention may further include (h) a step of performing a water repellent treatment on the surface of the nozzle material layer. Examples of the water repellent treatment include a method of coating a Teflon (registered trademark) film as the water repellent layer.

そして、本発明では、インク流路パターン層及びインク吐出口パターン層をウエットエッチングにより除去して、インク流路及びインク吐出口を形成する(工程(g))。エッチング液としては、例えば、テトラメチルハイドロオキサイド(TMAH)、NaOH、KOH等を用いることができる。   In the present invention, the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer are removed by wet etching to form the ink flow path and the ink discharge port (step (g)). As the etching solution, for example, tetramethyl hydroxide (TMAH), NaOH, KOH, or the like can be used.

また、基板の裏面にインク供給口のパターンを有するインク供給口形成用マスクを設けることで、上記工程(g)でのウエットエッチングによりインク流路と連通するインク供給口を形成することができる。インク供給口形成用マスクは、例えば、熱酸化膜等で形成することができる。   Also, by providing an ink supply port forming mask having an ink supply port pattern on the back surface of the substrate, an ink supply port communicating with the ink flow path can be formed by wet etching in the step (g). The ink supply port forming mask can be formed of, for example, a thermal oxide film.

以上のような方法により、インクを吐出するためのインク吐出圧発生素子が設けられた基板上に、インク吐出口と、該インク吐出口に連通すると共に前記インク吐出圧力発生素子が作用できる位置に該インクを導入可能なインク流路と、を有し、前記基板に接合されたノズル材層により前記インク流路及び前記インク吐出口が形成されているインクジェット記録ヘッドを得ることができる。   By the above-described method, on the substrate provided with the ink discharge pressure generating element for discharging ink, the ink discharge port, the position communicating with the ink discharge port and the ink discharge pressure generating element can act. An ink jet recording head having an ink flow path capable of introducing the ink and having the ink flow path and the ink discharge port formed by a nozzle material layer bonded to the substrate can be obtained.

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、構成材料として無機材料を用いた場合でも、加工屑の発生を防ぐことができ、また、通常半導体プロセスで用いられる装置を使用することができ、さらにはウエハ一括処理を行うことができるようになる。したがって、信頼性のあるインクジェット記録ヘッドを、安価で大量に生産することが可能となる。   According to the method for producing an inkjet recording head of the present invention, even when an inorganic material is used as a constituent material, generation of processing waste can be prevented, and an apparatus normally used in a semiconductor process can be used. Furthermore, wafer batch processing can be performed. Therefore, it is possible to produce a reliable inkjet recording head in large quantities at a low cost.

以下、本発明のインクジェット記録ヘッド製造方法の実施例を具体的に示す。   Examples of the ink jet recording head manufacturing method of the present invention will be specifically described below.

(実施例1)
図1に、本発明の実施例1のインクジェット記録ヘッドにおけるインク吐出機構部分の製造フローを示し、その概要について説明する。なお、図1は、図3のA−A’部を切断した断面にあたる。
Example 1
FIG. 1 shows a manufacturing flow of an ink discharge mechanism portion in the ink jet recording head of Embodiment 1 of the present invention, and an outline thereof will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

先ず、最初に、図1−(a)に示すように、裏面に熱酸化膜3を所望のパターンに形成した、(100)面の結晶方位を有するシリコン基板1(厚さ:625μm)上に、インク吐出圧発生素子2をパターンニング形成した。   First, as shown in FIG. 1- (a), on a silicon substrate 1 (thickness: 625 μm) having a crystal orientation of (100) plane on which a thermal oxide film 3 is formed in a desired pattern on the back surface. The ink discharge pressure generating element 2 was formed by patterning.

次に、図1−(b)に示すように、シリコン基板1のインク吐出圧発生素子2が存在する表面に、シリコン系化合物からなる第一の層としてポリシリコン層4をCVDにより所定の厚さ(14μm)に堆積させた。さらに、該ポリシリコン層4上にポジ型レジスト5を塗布し、フォトリソ技術により、パターニング形成した。尚、ポジ型レジストとしては、OFPR800(東京応化工業社製、商品名)を用いた。その後、図1−(c)に示すように、ドライエッチング工程によりインク流路パターン層を形成し、ポジ型レジスト5を除去した。   Next, as shown in FIG. 1- (b), a polysilicon layer 4 is formed on the surface of the silicon substrate 1 where the ink discharge pressure generating element 2 is present as a first layer made of a silicon-based compound by CVD with a predetermined thickness. (14 μm). Further, a positive resist 5 was applied on the polysilicon layer 4 and patterned by photolithography. Note that OFPR800 (trade name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used as a positive resist. Thereafter, as shown in FIG. 1- (c), an ink flow path pattern layer was formed by a dry etching process, and the positive resist 5 was removed.

次に、図1−(d)に示すように、パターニングして得られたインク流路パターン層であるポリシリコン層4を包括する形で、金属材料からなる第二の層としてアルミニウム層6をスパッタリング法にて所定の厚さ(ポリシリコン層上面からの厚さ:11μm)に堆積させた。さらに、該アルミニウム層6上にポジ型レジスト5を塗布し、フォトリソ技術により、パターニング形成した。その後、図1−(e)に示すように、ウエットエッチング工程およびドライエッチング工程を組み合わせることによりテーパー形状を有したインク吐出口パターン層を形成し、ポジ型レジスト5を除去した。   Next, as shown in FIG. 1- (d), an aluminum layer 6 is formed as a second layer made of a metal material so as to include a polysilicon layer 4 that is an ink flow path pattern layer obtained by patterning. A predetermined thickness (thickness from the upper surface of the polysilicon layer: 11 μm) was deposited by a sputtering method. Further, a positive resist 5 was applied on the aluminum layer 6 and patterned by photolithography. Thereafter, as shown in FIG. 1- (e), the ink discharge port pattern layer having a tapered shape was formed by combining the wet etching process and the dry etching process, and the positive resist 5 was removed.

続いて、図1−(f)に示すように、パターニングして得られた、インク流路パターン層であるポリシリコン層4およびインク吐出口パターン層であるアルミニウム層6を包括する形で、ノズル材層としてシリコン酸化膜7をCVDにより所定の厚さ(アルミニウム層上面からの厚さ:5μm、全体としては30μm)に堆積させた。このとき、表面が凹凸になるので、図1−(g)に示すように、CMPにより5μm程度表面を研磨・平坦化処理を行い、インク吐出口開口端となるインク吐出口パターン層の一部を表面に露出させた。   Subsequently, as shown in FIG. 1- (f), the nozzle is formed so as to include the polysilicon layer 4 that is the ink flow path pattern layer and the aluminum layer 6 that is the ink discharge port pattern layer obtained by patterning. As a material layer, a silicon oxide film 7 was deposited by CVD to a predetermined thickness (thickness from the upper surface of the aluminum layer: 5 μm, overall 30 μm). At this time, since the surface becomes uneven, as shown in FIG. 1- (g), the surface is polished and flattened by about 5 μm by CMP, and a part of the ink discharge port pattern layer serving as the ink discharge port opening end is formed. Was exposed on the surface.

その後、シリコン基板1裏面から異方性エッチングを行うことにより、貫通穴を形成し、インク供給口10とした。ここでは、エッチング液として、テトラメチルハイドロオキサイド(TMAH)を使用した。上記異方性エッチング工程で、インク流路パターン層、および、インク吐出口パターン層も同時にウエットエッチングされ、図1−(h)に示すように、インクジェット記録ヘッドのインク吐出機構部分が得られた。   Thereafter, by performing anisotropic etching from the back surface of the silicon substrate 1, a through hole was formed and the ink supply port 10 was formed. Here, tetramethyl hydroxide (TMAH) was used as an etching solution. In the anisotropic etching process, the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer were also wet etched at the same time, and an ink discharge mechanism portion of the ink jet recording head was obtained as shown in FIG. .

上述したインクジェット記録ヘッドのインク吐出機構部分は、以下のような工程を経てインクジェット記録ヘッドとすることができる。インク吐出圧発生素子2駆動用の端子をパターニングしたシリコン基板1を結合するとともに、アルミニウム製またはアルミナセラミック製のベースプレートをシリコン基板1に放熱用として接合し、次いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンクを結合することでインクジェットヘッドを組み立て、インクジェット記録ヘッドとして機能を有するユニットとなる。   The ink ejection mechanism portion of the above-described ink jet recording head can be made into an ink jet recording head through the following steps. The silicon substrate 1 patterned with terminals for driving the ink discharge pressure generating element 2 is coupled, and a base plate made of aluminum or alumina ceramic is joined to the silicon substrate 1 for heat dissipation, and then a holder and ink for holding each member An ink jet head is assembled by combining ink tanks for supply, and a unit having a function as an ink jet recording head is obtained.

得られたインクジェット記録ヘッドを用いてpH10のアルカリインクを吐出評価したところ、良好な印字を得ることができた。また、前記インクにインクジェット記録ヘッドを、60℃、3ヶ月浸漬させた後、印字評価を行ったところ、良好な印字を得ることができた。   When an alkaline ink having a pH of 10 was discharged and evaluated using the obtained ink jet recording head, good printing could be obtained. Moreover, when the ink jet recording head was immersed in the ink at 60 ° C. for 3 months and then evaluated for printing, good printing could be obtained.

尚、(110)面の結晶方位を有するシリコン基板を用いても同様の効果が得られた。   The same effect was obtained even when a silicon substrate having a (110) plane crystal orientation was used.

(実施例2)
図2に、本発明の実施例2のインクジェット記録ヘッドにおけるインク吐出機構部分の製造フローを示し、その概要について説明する。なお、図2は、図3のA−A’部を切断した断面にあたる。
(Example 2)
FIG. 2 shows a manufacturing flow of an ink discharge mechanism portion in the ink jet recording head of Embodiment 2 of the present invention, and an outline thereof will be described. 2 corresponds to a cross section of the AA ′ portion of FIG.

具体的には、シリコン基板として、(100)面の結晶方位を有するシリコン基板1の代わりに(110)面の結晶方位を有するシリコン基板11を用いたこと、及びノズル材として、シリコン酸化膜7の代わりにシリコン窒化膜8を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で行った。   Specifically, the silicon substrate 11 having the (110) plane crystal orientation was used instead of the silicon substrate 1 having the (100) plane crystal orientation as the silicon substrate, and the silicon oxide film 7 was used as the nozzle material. The same method as in Example 1 was used except that the silicon nitride film 8 was used instead of the above.

得られたインクジェット記録ヘッドを用いてpH10のアルカリインクを吐出評価したところ、良好な印字を得ることができた。また、前記インクにインクジェット記録ヘッドを、60℃、3ヶ月浸漬させた後、印字評価を行ったところ、良好な印字を得ることができた。   When an alkaline ink having a pH of 10 was discharged and evaluated using the obtained ink jet recording head, good printing could be obtained. In addition, when the ink jet recording head was immersed in the ink at 60 ° C. for 3 months and then evaluated for printing, good printing could be obtained.

尚、(100)面の結晶方位を有するシリコン基板を用いても同様の効果が得られた。   The same effect was obtained even when a silicon substrate having a crystal orientation of (100) plane was used.

本発明の実施例1に係わるインクジェット記録ヘッドにおける製造フローを示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing flow in the ink jet recording head according to Example 1 of the invention. 本発明の実施例2に係わるインクジェット記録ヘッドにおける製造フローを示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing a manufacturing flow in an ink jet recording head concerning Example 2 of the present invention. 本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドの一部を破断して示す模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view showing a part of an inkjet recording head according to an embodiment of the present invention in a broken state. 従来技術によるインクジェット記録ヘッドの製造フローを示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the manufacture flow of the inkjet recording head by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1:シリコン基板[(100)面の結晶方位を有する基板]
2:インク吐出圧発生素子
3:熱酸化膜
4:ポリシリコン
5:ポジ型レジスト
6:アルミニウム
7:シリコン酸化膜
8:シリコン窒化膜
9:インク吐出口
10:インク供給口
11:シリコン基板[(110)面の結晶方位を有する基板]
12:パターン層
13:無機材料層
1: Silicon substrate [substrate having crystal orientation of (100) plane]
2: Ink discharge pressure generating element 3: Thermal oxide film 4: Polysilicon 5: Positive resist 6: Aluminum 7: Silicon oxide film 8: Silicon nitride film 9: Ink discharge port 10: Ink supply port 11: Silicon substrate [( 110) Substrate having a plane crystal orientation]
12: Pattern layer 13: Inorganic material layer

Claims (7)

(a)インクを吐出するためのインク吐出圧発生素子が設けられた基板上に、シリコン系化合物からなる第一の層を形成する工程と、
(b)前記第一の層をパターニングして、インク流路パターン層とする工程と、
(c)前記インク流路パターン層上に、金属材料からなる第二の層を形成する工程と、
(d)前記第二の層をパターニングして、インク吐出口パターン層とする工程と、
(e)前記基板上のインク流路パターン層及び前記インク吐出口パターン層を覆う位置に、ノズル材層を形成する工程と、
(f)前記ノズル材層の表面を平坦化して、インク吐出口開口端となる前記インク吐出口パターン層の一部を表面に露出させる工程と、
(g)前記インク流路パターン層及び前記インク吐出口パターン層をウエットエッチングにより除去して、インク流路及びインク吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
(A) forming a first layer made of a silicon-based compound on a substrate provided with an ink discharge pressure generating element for discharging ink;
(B) patterning the first layer to form an ink flow path pattern layer;
(C) forming a second layer made of a metal material on the ink flow path pattern layer;
(D) patterning the second layer to form an ink discharge port pattern layer;
(E) forming a nozzle material layer at a position covering the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer on the substrate;
(F) flattening the surface of the nozzle material layer to expose a part of the ink discharge port pattern layer serving as an ink discharge port opening end on the surface;
(G) removing the ink flow path pattern layer and the ink discharge port pattern layer by wet etching to form an ink flow path and an ink discharge port;
An ink jet recording head manufacturing method comprising:
前記シリコン系化合物として、ポリシリコンを用いることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   2. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein polysilicon is used as the silicon compound. 前記金属材料として、Al、Al−Cu、Al−Si、及びAl−Si−Cuのいずれかを用いることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein any one of Al, Al—Cu, Al—Si, and Al—Si—Cu is used as the metal material. 前記工程(d)において、テーパー形状のインク吐出口パターン層が形成されることを特徴とする請求項1〜3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。   The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein in the step (d), a tapered ink discharge port pattern layer is formed. 前記ノズル材層を、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜で形成することを特徴とする請求項1〜4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。   The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the nozzle material layer is formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film. (h)前記ノズル材層の表面に撥水処理を行う工程、をさらに有することを特徴とする請求項1〜5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。   The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, further comprising: (h) performing a water repellent treatment on the surface of the nozzle material layer. 請求項1〜6のいずれかに記載の方法で製造されたインクジェット記録ヘッドであって、インクを吐出するための複数のインク吐出圧発生素子が設けられた基板上に、インク吐出口と、該インク吐出口に連通すると共に前記インク吐出圧力発生素子が作用できる位置に該インクを導入可能なインク流路と、を有し、前記基板に接合されたノズル材層により前記インク流路及び前記インク吐出口が形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
An ink jet recording head manufactured by the method according to claim 1, wherein an ink discharge port is provided on a substrate provided with a plurality of ink discharge pressure generating elements for discharging ink, An ink channel that communicates with an ink ejection port and can introduce the ink at a position where the ink ejection pressure generating element can act, and the ink channel and the ink are formed by a nozzle material layer bonded to the substrate. An ink jet recording head having discharge ports formed therein.
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