JP2007269016A - インクジェットヘッド用基板、その製造方法、インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッド用基板を高い生産効率で安定的に製造することを可能にするインクジェットヘッド用基板の製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド用基板の製造方法は、開口部を有するエッチングマスク層８をシリコン基板１の裏面に形成する工程を有する。さらに、エッチングマスク層８の開口部を通じて、シリコン基板１に、先導孔２０を開口部の長手方向に少なくとも２列に配列して形成する工程を有する。さらに、開口部よりシリコン基板１を結晶異方性エッチングにてエッチングし、インク供給口１６を形成する工程を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェットヘッド用の基板、その製造方法、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ものである。

従来から、インク吐出圧発生素子の上方にインクを吐出するタイプのインクジェットヘッド（以下、サイドシュータ型ヘッド）が知られている。このタイプのインクジェットヘッドでは、吐出エネルギー発生部が形成された基板に貫通口（インク供給口）を設け、吐出エネルギー発生部が形成された面の裏面よりインクを供給する方式が採られている。

このタイプのインクジェットヘッドの製造方法が、特許文献１に開示されている。特許公報には、スルーホール（インク供給口）の開口径のばらつきを防ぐため、以下の工程を有する製法が開示されている。
（ａ）基板表面のスルーホール形成部位に基板材料に対して選択的にエッチングが可能な犠牲層を形成する工程
（ｂ）基板上に犠牲層を被覆するように耐エッチング性を有するパッシベイション層を形成する工程
（ｃ）犠牲層に対応した開口部を有するエッチングマスク層を基板裏面に形成する工程
（ｄ）開口部より犠牲層が露出するまで基板を結晶軸異方性エッチングにてエッチングする工程
（ｅ）基板エッチング工程により露出した部分より犠牲層をエッチングし除去する工程
（ｆ）パッシベイション層の一部を除去しスルーホールを形成する工程
一方、特許文献２には、面方位＜１００＞を有するＳｉ材（Ｓｉ基板）の異方性エッチング方法が開示されている。このＳｉ異方性エッチング方法は、あらかじめＳｉ材を加熱処理してからエッチングすることにより、“＜＞”型形状の加工断面を形成することを特徴としている。

また、特許文献３には、基板裏面に設けられたマスクを利用してドライエッチングを行った後に、同一のマスクを用いて結晶軸異方性エッチングにてエッチングを行うことでインクジェット記録ヘッドを製造する方法が開示されている。この製造方法によっても同様に“＜＞”型形状の加工断面が形成される。

これらの“＜＞”型形状の加工断面を形成する製造方法では、インクジェット記録ヘッドの素子基板をより一層小型化することができるという利点がある。すなわち基板の幅を狭くできるという利点がある。特にカラーインク吐出用の記録ヘッドなどの１つの基板に複数のインク供給口を設けるヘッドでは、このような基板の更なる小型化が求められている。
米国特許第６１４３１９０号明細書 米国特許第６１０７２０９号明細書 米国特許第６８０５４３２号明細書

しかしながら、特許文献２に開示された方法は、“＜＞”型の屈曲部の基板底面からの距離に制限がある。また、シリコン基板の中の酸素濃度によって出来上がりの形状が変化してしまうため、安定的に製造することが難しい。

一方、特許文献３に開示された方法では、ドライエッチングのマスクをウエットエッチングのマスクと共用している。この方法では、基板裏面のマスクの開口幅とドライエッチングの掘り込み量によってインク供給口の開口幅が決まる。そのため、インク供給口の開口幅を狭くし、所謂細い供給口をあける場合には、ドライエッチングでの掘り込み量を多くする必要があるが、ドライエッチングの掘り込みには時間がかかるため生産効率が悪いという問題がある。

そこで本発明は、インクジェットヘッド用基板を高い生産効率で安定的に製造することを可能にするインクジェットヘッド用基板の製造方法を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、従来よりも開口幅が縮められた供給口を有するインクジェットヘッド用の基板を精度よく、かつ短時間で製造することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェットヘッド用基板の製造方法は、シリコンにより形成される基板にインク供給口を形成することを含むインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、前記基板の一方の面に、前記インク供給口を形成する部分に対応した開口部を有するエッチングマスク層を形成する工程と、前記エッチングマスク層の前記開口部を通じて、前記基板に複数の未貫通穴を、前記開口部の長手方向に少なくとも２列に配列して形成する工程と、前記開口部より前記基板を結晶異方性エッチングにてエッチングし、前記インク供給口を形成する工程と、を有する。

本発明によれば、インクジェットヘッド用基板を高い生産効率で安定的に製造することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

本発明のインクジェットヘッド用基板の製造方法の特徴は、例えばレーザー加工によって未貫通穴（以下、「先導孔」という。）を形成した後に、異方性エッチングを実施することにある。以下の各実施形態においてこれを詳しく説明する。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の一実施形態のインクジェット記録ヘッドの一部を示す。

このインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）は、インク吐出エネルギー発生素子（液体吐出エネルギー発生素子（以下エネルギー発生素子））３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上には、密着層であるポリエーテルアミド層（不図示）が形成されている。更にシリコン基板１上には、流路側壁９及びエネルギー発生素子３の上方に開口するインク吐出口（液体吐出口）１４が流路形成部材を成す被覆感光性樹脂により形成されている。この流路形成部材によって、インク供給口１６から各インク吐出口１４に連通するインク流路上部を形成している。また、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）１６が、インク吐出エネルギー発生素子３の２つの列の間に開口されている。このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口１６を介してインク流路内に充填されたインク（液体）に、エネルギー発生素子３が発生するエネルギーを加えることで、インク吐出口１４からインク液滴を吐出させて被記録媒体に付着させることにより記録を行う。

このインクジェット記録ヘッドは、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などの装置、更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搭載可能である。そして、このインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなど種々の被記録媒体に記録を行う事ができる。なお、本発明において「記録」とは、文字や図形など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、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。

（先導孔を用いた異方性エッチングの特徴）
本実施形態の製造方法によれば、レーザー加工により先導孔２０を所望のパターンおよび所望の深さに形成し、この後に異方性エッチングを実施することにより、断面が“＜＞”型形状のインク供給口１６を容易に、かつ安定的に形成することが可能である。“＜＞”型形状とは、インク供給口１６の幅が、インク供給口１６の基板１の裏面側の開口部から基板１の所定の深さ位置まで次第に広がり、その所定の深さ位置を断面の最大幅（頂点）として基板１の表面側に向かって次第に狭まる形状を意味している。

図２に、本実施形態の製造方法が適用されるインクジェットヘッド用基板の断面図を示す。なお、図２は図１においてＡ−Ａ線を通り基板に垂直な面によりインクジェットヘッド基板を切断した断面を示している。図２において、符号２は犠牲層、符号４はエッチングストップ層（パッシベイション層）、符号１はシリコン基板、符号８は異方性エッチングのための裏面マスク、符号２０は先導孔を示している。犠牲層２は、エッチング後のシリコン基板表面におけるインク供給口の形成を予定している領域１００に設けられる。犠牲層２はインク供給口の形成領域を精度よく画定したい場合、効果的であるが、本発明に必須ではない。またエッチングストップ層（パッシベイション層）４は、異方性エッチングに用いられる材料に耐性があるもので形成される。エッチングストップ層４は、シリコン基板表面に素子や構造物（インク流路を形成する部材等）が形成されている際の隔壁等の機能を果たす。犠牲層２と、エッチングストップ層４とは、それぞれを単独または併用で用いる場合において、エッチングを行う前の段階で、シリコン基板に形成されていればよい。エッチング前の段階において、形成する時期や順序は任意であり、方法は公知の方法によればよい。本実施形態では、図２に示すように、先導孔２０は、インクジェットヘッド用基板の裏面側のインク供給口１６が形成される領域の中において、インク供給口１６の短手方向に少なくとも２列に形成される。先導孔２０は、インクジェットヘッド用基板のインク供給口１６が形成される領域に、インク供給口１６の長手方向（紙面を貫通する方向）をみて、インク供給口の中心線（この線は短手方向の中心を通る）に対して対称に列をなして形成される（図５、６参照）ことが好ましい。なお、開示した実施形態では先導孔２０は２列に配列され形成されている。

図２に示すように先導孔を形成したシリコン基板に対して結晶異方性エッチングを行ったときのエッチングの過程を図３に模式的に示す。以下の例では犠牲層２とパッシベイション層４とを用いた例を示す。

まず、基板１の裏面側におけるそれぞれの先導孔２０の先端から基板１の表面へ向かう方向に幅が狭まるように＜１１１＞面２１ａ，２１ｂが形成されると共に、先導孔２０の内部から基板１の厚さ方向に対して垂直な方向（図面の左右方向）にエッチングが進む。また、基板１の裏面側の開口部においては、基板１の表面へ向かう方向に幅が広がるように＜１１１＞面２２が形成される（図３（Ａ））。

更にエッチングが進行すると、２本の先導孔２０の間において各々の先導孔２０から形成された＜１１１＞面２１ｂが接し、これらの＜１１１＞面２１ｂによって形成された頂部からさらに基板１の表面に向かう方向にエッチングが進行する。また、２本の先導孔２０における外側の＜１１１＞面２１ａと、基板１の裏面の開口部から延びた＜１１１＞面２２とが交差し、基板１の厚さ方向に対して垂直な方向へのエッチングが、見かけ上、進行しなくなる（図３（Ｂ））。

更にエッチングが進行すると、２本の先導孔２０の間に＜１００＞面２３が形成される（図３（Ｃ））。この＜１００＞面２３が、エッチングの進行と共にシリコン基板１の表面へ向かい、最終的に犠牲層２に到達することにより、異方性エッチングが完了する（図３（Ｄ））。無論であるが、犠牲層がなくとも、エッチングを完了することは可能である。

なお最終的に、インク供給口形成予定領域や犠牲層が設けられていた領域よりも、表面におけるインク供給口が大きくなる場合がある。これはオーバーエッチング等に起因すると考えてよい。しかし供給特性には大きな影響を及ぼさない。

上記のようなインク供給口１６の形成方法においては、基板１の表面に向かう方向に加工幅が狭まるように形成される＜１１１＞面２１ａの形成位置は、先導孔２０の位置によって決まる。また、基板１の裏面側の開口部から形成される＜１１１＞面２２の形成位置は、基板１の裏面側に配置される裏面マスク８の開口位置によって決まる。

ここで、インク供給口１６の長手方向に先導孔２０を１列だけ形成した場合の断面図を図４に示す。この場合は、先導孔２０の先端に形成された２つの＜１１１＞面６１ａ，６１ｂの頂部において異方性エッチングが見かけ上進行しなくなり、犠牲層２を露出させることが難しい場合がある。また、先導孔２０自体を犠牲層２に到達させて形成しようとすると、レーザが犠牲層２およびエッチングストップ層４を貫通してしまう懸念が生じる。貫通してしまった場合には、表面に配線などの機能層がもうけられていた場合それらを損傷する可能性がある。またインクジェットのためのインクの流路がすでに形成されていた場合などは、それらも損傷してしまう。これらの理由により、先導孔２０を１列だけ形成した場合には、インク供給口１６を所望の形状および寸法に高精度に形成することが難しい。

再び図２を参照すると、犠牲層２の幅（犠牲層において、シリコン基板の裏面に一番近い面を図２のように切断したときの、基板短手方向の両端の距離）がＬ、シリコン基板の厚さがＴ、犠牲層２の中心から先導孔２０の中心までの距離がＸで表されている。また、先導孔２０の深さがＤ、裏面マスク８の開口幅がＹで表されている。犠牲層２が用いられる例においては、犠牲層２は、シリコン基板表面におけるインク供給口を形成する予定の領域（インク供給口形成予定領域）に設けられるため、犠牲層２とインク供給口形成予定領域とは、それぞれの中心、端部は一致する。

上記のようなエッチングの進行過程において、基板の裏面側から異方性エッチングを進めて犠牲層２を露出させるには、先導孔２０の深さＤが以下の範囲内に入ることが好ましい。

Ｔ−（Ｘ−Ｌ／２）×ｔａｎ５４．７°≧Ｄ≧Ｔ−Ｘ×ｔａｎ５４．７°…式（１）
また、上記のような“＜＞”型形状のインク供給口１６を形成するには、裏面マスク８の開口幅Ｙは、以下の式にあてはまると好ましい。

（Ｔ／ｔａｎ５４．７°）×２＋Ｌ≧Ｙ…（式２）
一方、裏面マスク８の開口幅Ｙが（Ｔ／ｔａｎ５４．７°）×２＋Ｌよりも大きいと、Ｓｉ基板の裏面から基板の表面へ向かう方向に加工幅が狭くなるような＜１１１＞面を有するインク供給口が形成されてしまう。

このように、本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の製造方法によれば、先導孔２０の加工パターンや深さ、裏面マスク８の開口幅を適宜変更することにより、種々の“＜＞”型形状のインク供給口１６を形成することができる。つまり、基板１の裏面側でのインク供給口１６の開口幅が大きく、“＜＞”型形状の頂点の位置が基板１の裏面側に近い形状や、基板１の裏面側でのインク供給口１６の開口幅が小さく、頂点の位置が基板１の厚さの半分近くにある形状も形成することができる。

また、本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の製造方法では、“＜＞”型形状のインク供給口１６を得るための先導孔２０をレーザーによる穴加工によって形成している。レーザ加工は任意の位置へ正確かつ高速に加工することが可能であり、パターン形成の為の前工程（マスクの形成等）を要しない。その為、少ない工程で“＜＞”型形状のインク供給口１６を得ることが可能である。

また先導孔の内部まで、エッチング液が進入していくため、先導孔がない場合に比べ、短いエッチング時間で供給口を形成することが可能となる。

ここで、先導孔２０を形成する工程において、予め測定されたシリコン基板の厚みに基づいて、先導孔２０を形成する条件を変更することにより、より安定的に供給口を形成することが可能となる。

シリコン基板の厚みは通常、基板毎に３０〜５０μｍ程度のバラツキを有して、工程に投入される。つまり、式（１）におけるシリコン基板の厚さＴは３０〜５０μｍのバラツキを有することになり、これに応じてＤの範囲が小さくなる為、工程のマージンが小さくなる。これに対して、予めシリコン基板の厚みを測定することにより、シリコン基板の厚さＴのバラツキを見かけ上小さくする事ができる。

（厚み測定のフィードバック手法）
図１３に先導孔形成工程のシーケンスを示す。厚み測定器により基板１の厚みを測定する。測定された基板１の厚みに基づいて、レーザ加工装置にて好適な加工条件を選択する。選択された加工条件にて、レーザ加工装置にて先導孔２０を形成する。
この時、一般的に用いられる反射型のシリコン基板厚み測定器を用いる場合は、基板１の表面側にノズル形成部材が形成されると基板１のみの厚みが測定できない為、ノズル形成部材を形成する前（後述、図５Ａ（Ａ））に基板１の厚みを測定する必要がある。この場合、基板１の厚み測定から先導孔２０の形成の間に種々の工程が入り、測定値と基板との対応が困難となる為、レーザ加工装置に基板番号の識別機能を追加し、厚み測定値と基板番号の対応を確認した上で、先導孔２０の形成条件を選択することが好ましい。
また、近赤外線光を用いたシリコン基板厚み測定器を用いる場合は、基板１の表面側にノズル形成部材が形成されていても基板１のみの厚みを測定できる。この場合、ノズル形成部材を形成した後（後述、図５Ｂ（Ｆ））の状態で基板１の厚みを測定できる為、レーザ加工装置内にシリコン基板厚み測定器を付加し、先導孔２０の形成直前に基板１の厚みを測定する事も可能である。

（条件の変更手法）
上記の様に測定した基板１の厚みに基づいて、先導孔２０を形成するレーザ加工の条件を適宜変更する。変更する項目については、以下の２通りが挙げられる。

ひとつは、基板１の厚みに基づいて先導孔２０の深さＤを変更する手法である。基板１が厚い場合は、先導孔２０の深さＤを大きく、基板１が薄い場合は先導孔２０の深さＤを浅くする。深さＤの変更については、レーザの出力やショット数を調節する事で実施可能である。

もう一つは、基板１の厚みに基づいて基板表面におけるインク供給口を形成する予定の領域（犠牲層がある場合は犠牲層２）の中心から先導孔２０の中心までの距離Ｘを変更する手法である。基板１が厚い場合は距離Ｘを大きく、基板１が薄い場合は距離Ｘを小さくする。距離Ｘを変更することで、基板１の厚みが異なる場合にも、インク供給口が犠牲層に到達する幅を揃えていくことが可能となる。

次に、上述したインクジェットヘッド用基板の製造方法を適用したインクジェット記録ヘッドの製造方法について、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限られず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。

図５Ａ（Ａ）〜（Ｄ）および図５Ｂ（Ｅ）〜（Ｈ）の各図は、図１のＡ−Ａ線における部分の断面を示している。

図５Ａ（Ａ）に示した基板１の表面上には、発熱抵抗体等のインク吐出エネルギー発生素子３が複数個配置されている。また、基板１の裏面はＳｉＯ₂膜６によってその全面が覆われている。さらに、アルカリ性の溶液によってインク供給口１６を形成する際に溶解する犠牲層２が基板１の表面上に設けられている。インク吐出エネルギー発生素子３の配線やそのヒータを駆動する為の半導体素子は不図示である。この犠牲層２はアルカリ溶液でエッチングできる材料からなり、例えば、ポリシリコンや、エッチング速度の速いアルミ、アルミシリコン、アルミ銅、アルミシリコン銅などで形成される。これらのものに限られることなく、シリコンに比べてアルカリ溶液に対する被エッチング速度が速いものを好適に選択可能である。また、エッチングストップ層４としては、基板１の異方性エッチング時に犠牲層２が露出した後、アルカリ溶液でのエッチングが進行しない事が必要である。エッチングストップ層４は、例えば、ヒータ３の裏面側に位置し蓄熱層として用いられる酸化珪素や、インク吐出エネルギー発生素子３の上層に位置し保護膜として機能する窒化珪素等で構成することが好ましい。

次に、図５Ａ（Ｂ）に示すように、基板１の表面側と裏面側にそれぞれポリエーテルアミド樹脂７，８を塗布し、ベーク工程によりそれらを硬化させる。そして、ポリエーテルアミド樹脂７をパターニングする為に、基板１の表面側にポジ型レジスト（不図示）をスピンコート等により塗布、露光、現像し、ポリエーテルアミド樹脂７をドライエッチング等によりパターニングした後、ポジ型レジストを除去する。同様に、ポリエーテルアミド樹脂８をパターニングする為に、基板１の裏面側にポジ型レジスト（不図示）をスピンコート等により塗布、露光、現像し、ポリエーテルアミド樹脂８をドライエッチング等によりパターニングした後、ポジ型レジストを除去する。

次に、図５Ａ（Ｃ）に示すように、基板１の表面側にインク流路となる型材料であるポジ型レジスト１０をパターニングする。

次に、図５Ａ（Ｄ）に示すように、ポジ型レジスト１０上にノズル形成部材を成す被覆感光性樹脂１２をスピンコート等により形成する。さらに、被覆感光性樹脂１２上に、撥水材１３をドライフィルムをラミネートすること等によって形成する。そして、被覆感光性樹脂１２を紫外線やＤｅｅｐＵＶ光等によって露光、現像してパターニングすることにより、被覆感光性樹脂１２にインク吐出口１４を形成する。

次に、図５Ｂ（Ｅ）に示すように、ポジ型レジスト１０及び被覆感光性樹脂１２等が形成されている基板１の表面及び側面を、スピンコート等によって保護材１５で覆う。

次に、図５Ｂ（Ｆ）に示すように、基板１の裏面側から表側に向けて、レーザー加工により先導孔２０を形成する。この時、先導孔２０は犠牲層２の中心に対して左右対称に２列に形成する。先導孔２０の形成にはＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用い、そのレーザ光のパワーおよび周波数を適切な値に設定した。本実施形態では、先導孔２０の径を約φ４０μｍに形成した。先導孔２０の径は、約φ５〜１００μｍの径であることが望ましい。径が小さすぎると、この後に行われる異方性エッチングの際にエッチング液が先導孔２０内に入りにくくなる。また、径が大きすぎると、所望の深さの先導孔２０を形成するのに時間を要する。なお、先導孔２０の径を大きくする場合には、それに応じて、隣接する先導孔２０同士が重ならないように加工ピッチを設定する必要がある。

図６に、図５Ｂ（Ｆ）で先導孔２０を形成した際の基板１の裏面側の平面図を示す。基板１の表面側に形成されている犠牲層２（図６では点線で表示している）に対応した位置に、ポリエーテルアミド樹脂（裏面マスク）８の開口部２８が形成されている。この開口部２８は図５Ａ（Ｂ）に示した工程で形成され、基板１に施される異方性エッチング用のマスクとして機能する。

本実施形態では、開口部２８の短手方向の開口寸法は４００μｍである。また、犠牲層２の短手方向の幅は１５０μｍである。先導孔２０をレーザ加工したところ、基板１の断面観察による深さ測定において先導孔２０の深さは４２０〜４６０μｍの範囲であった。ここで、前述の近赤外線光を用いたシリコン基板厚み測定器を用いて、基板１の厚みを測定したところ６００μｍであった。これらの寸法と式（１）から、短手方向における犠牲層２の中心から先導孔２０の中心までの距離Ｘを１５０μｍと設定し、先導孔２０を形成した。つまり、先導孔２０は、開口部２８内の領域に、開口部２８の短手方向に３００μｍのピッチで、かつその長手方向に１５０μｍのピッチで複数形成した。

形成される先導孔の状態においては、他に図１４及び図１５のようなものがある。例えば、図１４のように、エッチングマスク層の開口部の長手方向に２列に形成された先導孔のうち、一方の列にある先導孔の間隔が、他方の列にある先導孔の間隔よりも狭いものである。このようにすると先導孔の間隔が広い列の異方性エッチングが、先導孔の間隔が狭い列の異方性エッチングにならってくる。結果として、実質的に先導孔の数を減らし、生産性の向上という効果が得られる。また、図１５に示されるように、エッチングマスク層の開口部の長手方向に２列に形成された先導孔が、同列にある先導孔と一部または全部がつながり、溝状になっているものである。これは、例えばレーザーを連続的にスキャンさせる事により形成可能である。この場合、未貫通穴全体にわたり、溝状の未貫通穴の基板の裏面からの深さがそろいやすいメリットがある。

なお、本実施形態ではＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用いて先導孔２０の加工を行ったが、基板１の材料であるシリコンに対して穴加工ができる波長であれば、加工に用いることができるレーザ光はこれに限られない。例えば、ＹＡＧレーザの２倍波（ＳＨＧ：波長５３２ｎｍ）も、ＴＨＧと同様にシリコンに対する高い吸収率を有しており、これで先導孔２０を形成してもよい。

次に、図５Ｂ（Ｇ）に示すように、基板１の裏面側の開口部２８（図６参照）内のＳｉＯ₂膜６を除去して、基板１の異方性エッチングの開始面となるＳｉ面を露出した後、インク供給口１６を形成していく。具体的にはまず、ポリエーテルアミド樹脂８を裏面マスクとして、開口部２８内における基板１の裏面のＳｉＯ₂膜６を除去する。その後、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、シリコン基板１の裏面からエッチングを行って、犠牲層２にいたるインク供給口１６を形成する。このエッチングにおいては、図３を参照して説明した過程によりエッチングが進行し、先導孔２０の先端において、基板１の裏面に対して５４．７°の角度に形成される＜１１１＞面が犠牲層２に至る。犠牲層２はエッチング液によって等方エッチングされ、インク供給口１６はその上端が犠牲層２の形状に形成される。また、インク供給口１６の図１におけるＡ−Ａ線方向の断面は、＜１１１＞面によって“＜＞”型形状に形成される。

最後に、図５Ｂ（Ｈ）に示すように、エッチングストップ層４の、インク供給口１６の開口部を覆う部分をドライエッチングにて除去する。次に、ポリエーテルアミド樹脂８及び保護材１５を除去する。更に、ポジ型レジスト１０を、インク吐出口１４及びインク供給口１６から溶出させることにより、インク流路及び発泡室を形成する。

以上の工程により、ノズル部が形成された基板１が完成する。そして、その基板１をダイシングソー等によって切断分離してチップ化し、各チップにおいて、インク吐出エネルギー発生素子３を駆動させる電気配線の接合を行った後、インク供給用のチップタンク部材を接続することで、インクジェット記録ヘッドが完成する。

なお、本実施形態では、厚さ６００μｍの基板１を用いてインクジェットヘッド用基板を製造したが、これよりも薄い、もしくは厚い基板に対しても、本発明のインクジェットヘッド用基板の製造方法を適用することができる。その際には、式（１）及び式（２）を満たすように、先導孔２０の深さ及び開口部２８の寸法を適宜変更する。
また、本実施形態に対して、図５Ｂ（Ｆ）から図５Ｂ（Ｈ）の工程を複数回実施してインク供給口１６を形成する事ができる。つまり、表面側に到達しないように先導孔２０の形成と異方性エッチングを実施し、その溝に対して更に先導孔２０の形成と異方性エッチングを実施する事によってもインク供給口１６を形成してもよい。その際、犠牲層に到達させる為の先導孔２０を形成する時に、式（１）を適用する必要がある。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッド用基板の断面図である。

本実施形態のインクジェットヘッド用基板には、同一基板内に、第１の実施形態で説明した製造方法によって形成された複数のインク供給口が並列に配置されている。したがって、本実施形態のインクジェットヘッド用基板における各インク供給口１６も断面が“＜＞”型形状を有している。

図８は、先導孔を用いない従来の製造方法によって形成されたインクジェットヘッド用基板の断面図である。図７と図８とを比較すると明らかなように、図８に示した本実施形態の構成によれば、各インク供給口１６の基板裏面側の開口幅を図９に示した従来の構成に比べて狭くすることができる。そのため、本実施形態の構成では従来よりもインク供給口１６同士の間隔を狭めることが可能であり、その結果、インクジェットヘッド用基板の小型化を図ることができる。さらに、本実施形態ではインク供給口１６が“＜＞”型形状の断面を有していることから、隣接するインク供給口１６同士の間に形成される色分離面５０の幅を従来よりも広く形成することができる。そのため、隣接するインク供給口１６同士でインクの混合が生じることを抑えることができる。

本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の製造方法においても、先導孔２０の加工パターンや深さ、裏面マスク８の開口幅を適宜変更することにより、種々の“＜＞”型形状のインク供給口１６を形成する事ができる。つまり、インク供給口１６の裏面側の開口幅が大きく、“＜＞”型形状の頂点の位置が基板の裏面側に近い形状や、インク供給口１６の裏面側の開口幅が小さく、樽型の頂点の位置が基板の厚さの半分近くにある形状も形成することができる。

上記したように、同一チップ内にインク供給口１６が複数列並んだインクジェットヘッド用基板においては、上記の（式２）
（Ｔ／ｔａｎ５４．７°）×２＋Ｌ≧Ｙ
で求められる、互いに隣接するインク供給口１６における裏面マスク８の開口幅の寸法Ｙ１，Ｙ２（図９参照）を、Ｙ１＞Ｙ２、もしくはＹ１＜Ｙ２という関係にすることで、複数列のインク供給口１６の“＜＞”型形状の頂点の深さ位置を変えることが可能となる。同一チップ内にインク供給口１６が複数列並んだインクジェットヘッド用基板においては、“＜＞”型形状の頂点の深さ位置が異なるインク供給口１６を並べることにより、チップの更なる小型化を図ることが可能となる。そのように構成されたインクジェットヘッド用基板の断面図を図９に示す。このように、隣接するインク供給口１６の“＜＞”型形状の頂点の深さ位置を供給口同士で変えることにより、図７に示した構成に比べて、隣接するインク供給口１６を“＜＞”型形状の頂点同士が重なるように近づけて配置することができる。そのため、インクジェットヘッド用基板の一層の小型化を図ることができる。さらに、図９に示した構成では、隣接するインク供給口１６の“＜＞”型形状の頂点同士の距離が図７に示した構成に比べて大きくなるので、色分離面５０を構成する部分の強度をより高くすることができる。

次に、図９に示したインクジェットヘッド用基板を含むインクジェット記録ヘッドの製造方法について、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限られず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。

図１０Ａ（Ａ）に示した基板１の表面上には、発熱抵抗体等のインク吐出エネルギー発生素子３が複数個配置されている。また、基板１の裏面はＳｉＯ₂膜６によってその全面が覆われている。さらに、アルカリ性の溶液によってインク供給口１６を形成する際に溶解する犠牲層２が基板１の表面上に設けられている。インク吐出エネルギー発生素子３の配線やそのヒータを駆動する為の半導体素子は不図示である。この犠牲層２はアルカリ溶液でエッチングできる材料からなり、例えば、ポリシリコンや、エッチング速度の速いアルミ、アルミシリコン、アルミ銅、アルミシリコン銅などで形成される。また、エッチングストップ層４としては、基板１の異方性エッチング時に犠牲層２が露出した後、アルカリ溶液でのエッチングが進行しない事が必要である。エッチングストップ層４は、例えば、ヒータ３の裏面側に位置し蓄熱層として用いられる酸化珪素や、インク吐出エネルギー発生素子３の上層に位置し保護膜として機能する窒化珪素等で構成することが好ましい。

次に、図１０Ａ（Ｂ）に示すように、基板１の表面側と裏面側にそれぞれポリエーテルアミド樹脂７，８を塗布し、ベーク工程によりそれらを硬化させる。そして、ポリエーテルアミド樹脂７をパターニングする為に、基板１の表面側にポジ型レジスト（不図示）をスピンコート等により塗布、露光、現像し、ポリエーテルアミド樹脂７をドライエッチング等によりパターニングした後、ポジ型レジストを除去する。同様に、ポリエーテルアミド樹脂８をパターニングする為に、基板１の裏面側にポジ型レジスト（不図示）をスピンコート等により塗布、露光、現像し、ポリエーテルアミド樹脂８をドライエッチング等によりパターニングした後、ポジ型レジストを除去する。

ここで、基板１の裏面をパターニングする裏面マスク８の開口幅がインク供給口１６の開口幅となるため、裏面マスク８の開口幅は、形成するインク供給口１６の開口幅に合わせて選定される。図１１に、図１０Ａ（Ｂ）に示した基板１を裏面側から見た平面図を示す。本実施形態では、裏面マスク８の開口部２８の短手方向の開口寸法は、大きい方の開口部２８の開口寸法Ｙ１が８００μｍ、小さい方の開口部２８の開口寸法Ｙ２が４００μｍである。

次に、図１０Ａ（Ｃ）に示すように、基板１の表面側にノズル流路となる型材料であるポジ型レジスト１０をパターニングする。

次に、図１０Ａ（Ｄ）に示すように、ポジ型レジスト１０上に被覆感光性樹脂１２をスピンコート等により形成する。さらに、被覆感光性樹脂１２上に、撥水材１３をドライフィルムをラミネートすること等によって形成する。そして、被覆感光性樹脂１２を紫外線やＤｅｅｐＵＶ光等によって露光、現像してパターニングすることにより、被覆感光性樹脂１２にインク吐出口１４を形成する。

次に、図１０Ｂ（Ｅ）に示すように、ポジ型レジスト１０及び被覆感光性樹脂１２等が形成されている基板１の表面及び側面を、スピンコート等によって保護材１５で覆う。

次に、図１０Ｂ（Ｆ）に示すように、基板１の裏面側から表側に向けて、レーザー加工により先導孔２０を形成する。この時、先導孔２０は犠牲層２の中心に対して左右対称に２列に形成する。先導孔２０の形成にはＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用い、そのレーザ光のパワーおよび周波数を適切な値に設定した。本実施形態では、先導孔２０の径を約φ４０μｍに形成した。先導孔２０の径は、約φ５〜１００μｍの径であることが望ましい。径が小さすぎると、この後に行われる異方性エッチングの際にエッチング液が先導孔２０内に入りにくくなる。また、径が大きすぎると、所望の深さの先導孔２０を形成するのに時間を要する。なお、先導孔２０の径を大きくする場合には、それに応じて、隣接する先導孔２０同士が重ならないように加工ピッチを設定する必要がある。また、各インク供給口１６において同じ条件で先導孔２０の加工を行うことで、基板１の表面側における各インク供給口１６の開口幅を同じにすることができる。

図１２に、図１０Ｂ（Ｆ）で先導孔２０を形成した際の基板１の裏面側の平面図を示す。基板１の表面側におけるインク供給口の開口予定位置１００（図６では点線で表示している犠牲層がある場合は犠牲層２）に対応した位置に、ポリエーテルアミド樹脂（裏面マスク）８の開口部２８が形成されている。この開口部２８は図１０（Ｂ）に示した工程で形成され、基板１に施される異方性エッチング用のマスクとして機能する。ここで、前述の近赤外線光を用いたシリコン基板厚み測定器を用いて、基板１の厚みを測定したところ６００μｍであった。犠牲層２の短手方向の幅は１５０μｍである。複数のインク供給口１６同士のピッチは１５００μｍである。短手方向における犠牲層２の中心から先導孔２０の中心までの距離Ｘは１００μｍとした。これらの寸法に基づき、式１に適合するように、レーザ光の照射パルス数を設定して先導孔２０の深さが４９０〜５３０μｍとなるようにし、先導孔２０を形成した。先導孔２０は、開口部２８内の領域に、開口部２８の短手方向に２００μｍのピッチで、かつその長手方向に１００μｍのピッチで複数形成した。

なお、本実施形態ではＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用いて先導孔２０の加工を行ったが、基板１の材料であるシリコンに対して穴加工ができる波長であれば、加工に用いることができるレーザ光はこれに限られない。例えば、ＹＡＧレーザの２倍波（ＳＨＧ：波長５３２ｎｍ）も、ＴＨＧと同様にシリコンに対する高い吸収率を有しており、これで先導孔２０を形成してもよい。

次に、図１０Ｂ（Ｇ）に示すように、基板１の裏面側の開口部２８（図１２参照）内のＳｉＯ₂膜６を除去して、基板１の異方性エッチングの開始面となるＳｉ面を露出した後、インク供給口１６を形成していく。具体的にはまず、ポリエーテルアミド樹脂８を裏面マスクとして、開口部２８内における基板１の裏面のＳｉＯ₂膜６を除去する。その後、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、シリコン基板１の裏面からエッチングを行って、犠牲層２にいたるインク供給口１６を形成する。このエッチングにおいては、先導孔２０の先端からエッチングが進行していき、先導孔２０の先端において基板１の裏面に対して５４．７°の角度に形成される＜１１１＞面が、犠牲層２に至る。犠牲層２はエッチング液によって等方エッチングされ、インク供給口１６はその上端が犠牲層２の形状に形成される。また、インク供給口１６の短手方向の断面は、＜１１１＞面によって“＜＞”型形状に形成される。本実施形態では、隣接するインク供給口１６同士の間では“＜＞”型形状の頂点の深さ位置が互いに１４０μｍ前後ずれて形成されている。

最後に、図１０Ｂ（Ｈ）に示すように、エッチングストップ層４の、インク供給口１６の開口部を覆う部分をドライエッチングにて除去する。次に、ポリエーテルアミド樹脂８及び保護材１５を除去する。更に、ポジ型レジスト１０を、インク吐出口１４及びインク供給口１６から溶出させることにより、インク流路及び発泡室を形成する。

以上の工程により、ノズル部が形成された基板１が完成する。そして、その基板１をダイシングソー等によって切断分離してチップ化し、各チップにおいて、インク吐出エネルギー発生素子３を駆動させる電気配線の接合を行った後、インク供給用の部材を接続することで、インクジェット記録ヘッドが完成する。

なお、本実施形態では、厚さ６００μｍの基板１を用いてインクジェットヘッド用基板を製造したが、これよりも薄い、もしくは厚い基板に対しても、本発明のインクジェットヘッド用基板の製造方法を適用することができる。その際には、式（１）及び式（２）を満たすように、先導孔２０の深さ及び開口部２８の寸法を適宜変更する。

上記では、裏面マスク８の開口部２８の短手方向の開口寸法を変えることによって、インク供給口１６の“＜＞”型形状の頂点の深さ位置を変える例について説明した。

また、本実施形態では、シリコン基板上にインクの流路を形成する部材を形成した後に、先導孔２０の形成を行う例の説明を行った。しかし、本発明はこれに限定されず、先導孔２０とエッチングマスクが形成されたシリコン基板を用意した後に、シリコン基板上に流路を形成する部材を設けてもよい。

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示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態の製造方法が適用されるインクジェットヘッド用基板の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッド用基板の製造方法を示す図である。 インク供給口の長手方向に先導孔を１列だけ形成した場合を示す断面図である。 図３に示したインクジェットヘッド用基板の製造方法を適用したインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。 図３に示したインクジェットヘッド用基板の製造方法を適用したインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。 図５Ｂ（Ｆ）で先導孔を形成した際の基板の裏面側を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッド用基板の断面図である。 先導孔を用いない従来の製造方法によって形成されたインクジェットヘッド用基板の断面図である。 断面の頂点の深さ位置が異なる複数のインク供給口を有するインクジェットヘッド用基板の断面図である。 図９に示したインクジェットヘッド用基板を含むインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。 図９に示したインクジェットヘッド用基板を含むインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。 図１０Ａ（Ｂ）に示した基板１を裏面側から見た平面図である。 図１０Ｂ（Ｆ）に示した工程で先導孔が形成された基板の裏面側を示す平面図である。 先導孔形成工程のシーケンスを示す図である。 先導孔が形成された基板の裏面側を示す平面図である。 先導孔が形成された基板の裏面側を示す平面図である。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 犠牲層
３ 吐出エネルギー発生素子
４ エッチングストップ層
８ 裏面マスク
１４ インク吐出口
１６ インク供給口

Claims (20)

1. シリコンにより形成される基板にインク供給口を形成することを含むインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、
   前記基板の一方の面に、前記インク供給口を形成する部分に対応した開口部を有するエッチングマスク層を形成する工程と、
   前記エッチングマスク層の前記開口部を通じて、前記基板に複数の未貫通穴を、前記開口部の長手方向に少なくとも２列に配列して形成する工程と、
   前記開口部より前記基板を結晶異方性エッチングにてエッチングし、前記インク供給口を形成する工程と、
   を有するインクジェットヘッド用基板の製造方法。
2. 前記未貫通穴を前記開口部の長手方向に延びる中心線に対して対称に配置することを含む、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
3. 前記基板の前記一方の面の裏面における前記インク供給口を形成する予定の領域の短手方向の寸法をＬ、前記基板の厚さをＴ、前記領域の長手方向に延びる中心線からの前記未貫通穴の中心までの距離をＸ、前記未貫通穴の深さをＤとしたときに、
   Ｔ−（Ｘ−Ｌ／２）×ｔａｎ５４．７°≧Ｄ≧Ｔ−Ｘ×ｔａｎ５４．７°
   の関係を満たすように前記未貫通穴を形成することを含む、請求項１に記載のインクジェット用基板の製造方法。
4. 形成される前記開口部の前記短手方向の寸法をＹ、前記基板の前記エッチングマスク層が形成された面の裏面における前記インク供給口を形成する予定の領域の短手方向の寸法をＬ、前記基板の厚さをＴとしたときに、
   （Ｔ／ｔａｎ５４．７°）×２＋Ｌ≧Ｙ
   の関係を満たすように前記エッチングマスク層を形成することを含む、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
5. 予め測定された前記基板の厚みに基づいて、前記未貫通穴の形成条件を変更することを含む、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
6. 予め測定された前記基板の厚みに基づいて、前記未貫通穴の深さを変更することを含む、請求項５に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
7. 予め測定された前記基板の厚みに基づいて、前記領域の長手方向に延びる中心線から前記未貫通穴の中心までの距離を変更することを含む、請求項５に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
8. 前記開口部は前記開口部の短手方向において隣接して形成され、かつ前記開口部の前記短手方向における寸法が互いに隣接する前記開口部で異なっている、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
9. 前記互いに隣接する前記開口部のうちの一方の前記開口部の短手方向における寸法をＹ１、他方の前記開口部の短手方向における寸法をＹ２としたときに、
   （Ｔ／ｔａｎ５４．７°）×２＋Ｌ≧Ｙ１、
   （Ｔ／ｔａｎ５４．７°）×２＋Ｌ≧Ｙ２、および
   Ｙ１＞Ｙ２、またはＹ２＜Ｙ１
   の関係を満たす、請求項８に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
10. 前記エッチングを行う前に、前記基板の前記一方の面の裏面におけるインク供給口を形成する予定の領域にシリコンよりもエッチング速度が速い材料からなる犠牲層を形成する工程を有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
11. 耐エッチング性を有するパッシベイション層を前記犠牲層を被覆するように形成する工程を有する、請求項１０に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
12. インクを供給するためのインク供給口が形成されるシリコン基板であって、
    前記シリコン基板の一方の面に形成された、前記インク供給口が形成される部分に対応した開口部を有するエッチングマスク層と、
    前記開口部の中に、前記開口部の長手方向に少なくとも２列に配列して形成された未貫通穴と、
    を有するシリコン基板。
13. 前記未貫通穴は、前記開口部の長手方向に延びる中心線に対して対称に配置されている、請求項１２に記載のシリコン基板。
14. 前記シリコン基板の前記一方の面の裏面における前記インク供給口が形成される領域の短手方向の寸法をＬ、前記シリコン基板の厚さをＴ、前記領域の長手方向に延びる中心線から前記未貫通穴の中心までの距離をＸ、前記未貫通穴の深さをＤとしたときに、
    Ｔ−（Ｘ−Ｌ／２）×ｔａｎ５４．７°≧Ｄ≧Ｔ−Ｘ×ｔａｎ５４．７°
    の関係を満たすように前記未貫通穴が形成されている、請求項１２または１３に記載のシリコン基板。
15. シリコンよりもエッチング速度が速い材料からなる犠牲層が前記領域に形成されている、請求項１２に記載のシリコン基板。
16. 耐エッチング性を有するパッシベイション層が前記犠牲層を被覆するように形成されている、請求項１５に記載のシリコン基板。
17. シリコン基板にインク供給口を形成することを含むインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、
    請求項１２に記載のシリコン基板を用意する工程と、
    前記開口部より結晶異方性エッチングを行い前記インク供給口を形成する工程と、
    を有する、インクジェットヘッドの製造方法。
18. インクを吐出する吐出口と、インクを吐出するために用いられるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、インクを供給するためのインク供給口と、前記インク供給口と前記吐出口と連通する流路と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、
    請求項１２に記載の前記シリコン基板であって、前記シリコン基板の前記一方の面の裏面に前記エネルギー発生素子が形成されている前記シリコン基板を用意する工程と、
    前記シリコン基板の前記エネルギー発生素子が形成されている面上に、前記流路および前記吐出口を形成する部材を形成する工程と、
    前記開口部より前記基板を結晶異方性エッチングにてエッチングし、前記インク供給口を形成する工程と、
    を有するインクジェットヘッドの製造方法。
19. インクを吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が表面に形成され、かつ該エネルギー発生素子へインクを供給する複数のインク供給口が並んで形成されたシリコン基板と、
    インク吐出口と、該インク吐出口と前記インク供給口とを連通する複数のインク流路を形成する流路形成部材と、
    を有するインクジェットヘッドにおいて、
    前記各インク供給口は、前記複数のインク供給口の並び方向における幅が、前記シリコン基板の裏面側における前記インク供給口の開口部から前記シリコン基板のある深さ位置まで次第に広がり、該深さ位置を断面の最大幅である頂点として前記シリコン基板の表面側に向かって次第に狭まる形状を有しており、
    前記各インク供給口における前記頂点の深さ位置が、互いに隣接する前記インク供給口同士で異なっているインクジェットヘッド。
20. インクを吐出する吐出口と、インクを供給するためのインク供給口と、前記インク供給口と前記吐出口と連通する流路と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、前記基板の一方の面に、前記インク供給口を形成する部分に対応した開口部を有するエッチングマスク層を形成する工程と、
    前記一方の面の裏面に前記流路を形成するための流路形成部材を形成する工程と、
    前記エッチングマスク層の前記開口部を通じて、前記基板に複数の未貫通穴を、前記開口部の長手方向に少なくとも２列に配列して形成する工程と、
    前記開口部より前記基板を結晶異方性エッチングにてエッチングし、前記インク供給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ヘッドの製造方法。

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