JP2007296694A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル密度が向上し、かつインクを良好に吐出させることができるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、基板１上に、複数のインク流路となる部分を占有する型材としての樹脂層８を、感光性樹脂を露光及び現像することによって形成する工程を有する。さらに、本発明の製造方法は、基板１および樹脂層８の上にノズル形成部材してのノズル層９を形成する工程と、ノズル層９に各インク流路に連通する複数のインク吐出口１１を形成する工程と、樹脂層８を除去する工程と、を有する。本発明の製造方法は、樹脂層８の露光時に露光光を反射する反射向上層としての金メッキ層１２を、ノズル層９の複数のインク流路同士を仕切る部分であるノズル壁の下側に形成する工程を有する。
【選択図】図３

Description

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、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録するための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。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。

一般的なインクジェット記録ヘッドとして、インクを吐出するための吐出圧エネルギー発生素子面に対してインク吐出が垂直方向に吐出するインクジェット記録ヘッドを例に述べる。近年、インクジェット記録ヘッドは、小型化、高密度化に対し、基板内に半導体製造技術を用いて、インク吐出圧エネルギー発生素子を駆動するための電気制御回路を内蔵した構成が提案されている。前記する高機能なインクジェット記録ヘッドは基板裏面より基板を貫通させて共通インク供給口を形成して、その基板の開口部の左右両側にノズルを多数配置することによって小型化、かつ高画質化を実現している。上述した高機能なインクジェット記録ヘッドの開口部片側のノズル列密度としては、６００ｄｐｉまでが製品化されている。

更にノズル列密度を向上させるためには、高精細なパターンを形成するための製造装置として高額な投資が必要になるため、ノズル列密度は６００ｄｐｉのままとし、共通インク供給口の両側のノズル位置を互いに半ピッチずらした構成が提案されている。それにより、記録時の実質的なノズル密度を２倍に向上させて１２００ｄｐｉとし、記録画像の高画質化を達成している。上記したような構造は、特許文献１に開示されている。

一方、一般的な金メッキ方法が特許文献２に開示されている。また、基板とノズル層との密着性に関し、密着向上層としてポリエーテルアミド樹脂を基板とノズル層との間に挟み込む構造が提案されている。このような構造は特許文献３に開示されている。
特開２００３−３１１９６４号公報 特開平０２−１５２２５１号公報 特開平１１−３４８２９０号公報

しかしながら、記録ヘッドによる記録画像の更なる高画質化を目指すためには、投資を最小限に抑えつつもノズル列の高密度化を図ることができる技術の開発を行っていく必要がある。

記録ヘッドの現状の製造方法では、現状から用いられている材料では型材のパターニング精度に一定の限界があるものの、従来のノズル密度（６００ｄｐｉ）までは、図４に示すように良好なノズル壁１０６を形成することが可能である。なお、ノズル壁１０６のアスペクト比（高さと幅との比）は４：３である。これに対し、ノズル密度を１２００ｄｐｉに向上させた場合には、感光性材料からなる型材の解像力が不足し、ノズル壁１０６を良好に形成できないという課題が発生する。例えば、図５に示すようにノズル壁１０６の端部とノズル密着向上層１０７との間に隙間が形成されてしまうと、隣接するノズル同士が連通してクロストークの影響を受けるため、インクを良好に吐出させることができない。

この対策としては、型材の材料を解像力のより高い材料に変更することが考えられる。しかし、解像力のより高い材料を直ちに開発することは困難である。他の対策としては、型材の厚みを小さくすることも考えられる。しかし、ノズル密度を１２００ｄｐｉに向上させた場合には各ノズル流路の流路幅が減少するため、ノズルへのインクのリフィル不足が発生しやすくなる。そのため、各ノズル流路の流路断面積を確保してそのようなリフィル不足を補うためには、各ノズル流路の高さを高くする必要がある。したがって、型材の厚みを小さくすることは現実的ではない。したがって、ノズル密度を向上させた場合に生じる問題を、上述した２つの対策によって解決することはできない。

そこで本発明は、ノズル密度が向上し、かつインクを良好に吐出させることができる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。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを吐出させるエネルギーを発生する複数のインク吐出圧エネルギー発生素子が設けられた基板上に、複数のインク流路となる部分を占有する型材を、感光性樹脂を露光及び現像することによって形成する工程と、前記基板および前記型材の上にノズル形成部材を形成する工程と、前記ノズル形成部材に、前記各インク流路に連通する複数のインク吐出口を形成する工程と、前記型材を除去する工程と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記型材の露光時に露光光を反射する反射向上層を、前記基板上の、前記ノズル形成部材の前記複数のインク流路同士を仕切る部分であるノズル壁の下側の位置に形成する工程を、前記型材を形成する工程の前に有していることを特徴とする。

上記本発明によれば、ノズル密度が向上し、かつインクを良好に吐出させることができる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。

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。

図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの模式的な斜視図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出圧エネルギー発生素子２が所定のピッチで２列に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、共通インク供給口１３が、インク吐出圧エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。シリコン基板１上に設けられたノズル形成部材としてのノズル層９には、各インク吐出圧エネルギー発生素子２の上方に開口するインク吐出口１１と、共通インク供給口１３から各インク吐出口１１に連通するインク流路が形成されている。

このインクジェット記録ヘッドは、共通インク供給口１３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。そして共通インク供給口１３を介してインク流路内に充填されたインクに、インク吐出圧エネルギー発生素子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１１からインク液滴を吐出させ、記録媒体に付着させることによって記録を行う。

図２は図１のＡ−Ａ’線に沿った部分断面図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出エネルギー発生素子２を有するシリコン基板１の表面上に、反射向上層として所定のパターニングが行われた金メッキ層１２が配置されている。この反射向上層としての金メッキ層１２は、後述する製造工程中に見られる型材の解像力が不足する箇所に配置されている。具体的に本実施形態の構成では、ノズル層９の隣接するインク流路を仕切る部分であるノズル壁６の下部における解像力が不足するため、ノズル壁６の下側に金メッキ層１２が配置されている。

この金メッキ層１２をパターニングする工程は、シリコン基板１とＴＡＢ（不図示）とを接続するためにシリコン基板１上に設けられたコンタクトパッド（不図示）上に形成される金メッキと同一の工程にて形成することが可能である。そのため、コンタクトパッド上に形成する金メッキ用のマスクを変更するだけで金メッキ層１２を形成することが可能であり、記録ヘッドの製造の大規模なコストアップにはならない。なお、金メッキ層１２の厚みはコンタクトパッド上の金メッキと同じであり、本実施形態では３．５〜５μｍとした。

さらに、ノズル層９をシリコン基板１に密着させるノズル密着向上層７が、基板１の所定の部分および金メッキ層１２を覆うようにパターニングされている。ノズル密着向上層７は、必要性がなければ形成されていなくてもよい。ノズル密着向上層７の材料にはポリエーテルアミド樹脂が用いられている。具体的に本実施形態では、ノズル密着向上層７の材料には日立化成（株）のＨＩＭＡＬ−１２００（製品名）を使用した。ノズル密着向上層７の厚みは２μｍとした。

上述したように、本実施形態では、型材である樹脂層８の解像力が不足する箇所に、反射向上層として金メッキ層１２が予め配置されている。そのため、型材のパターニング工程において、ノズル壁６の下部における型材の解像力を向上させることが可能になっている。本実施形態では、型材をなす樹脂層８の材料には溶媒に溶解可能な樹脂（東京応化製のＯＤＵＲ）を使用し、その厚さを１６μｍとした。ただし、樹脂層８のノズル密着向上層７の上に形成されている部分の厚さは、ノズル密着向上層７の厚さ２μｍを差し引いた１４μｍとなる。更に、樹脂層８の上には、所定のパターンにパターニングされたノズル層９が設けられている。本実施形態では、ノズル層９の厚さは２６μｍとした。

なお、上記の各寸法はあくまでも一例に過ぎず、本願の特許の請求範囲を何ら制限するものではない。

図３（Ａ）〜（Ｈ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す模式的断面図である。図３（Ａ）〜（Ｈ）の各図は、図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面に相当している。

図３（Ａ）に示したシリコン基板１は、表面の結晶方位面が＜１００＞面である。本実施形態ではそのような結晶方位面を有するシリコン基板１を用いた例について説明するが、本発明はそれに制限されるものではない。シリコン基板１上には熱酸化膜５が形成されており、さらにその上には絶縁層であるシリコン酸化膜３が形成されている。シリコン酸化膜３の上には、発熱抵抗体等のインク吐出圧エネルギー発生素子２が複数個配置されている。

次に、図３（Ｂ）に示すように、インク吐出圧エネルギー発生素子２及び電気信号回路の保護膜として機能するシリコン窒化膜４をシリコン基板１上に成膜する。その後、耐キャビテーション膜としてのタンタル膜１４を所定の位置（例えば素子２の上方の位置）にパターニングする。さらに、後の露光工程において型材の解像力が不足する部分（本実施形態ではノズル壁６の下側となる部分）に金メッキ層１２をパターニングする。この金メッキ層１２は、基板１上に設けられたコンタクトパッド（不図示）の上に形成される金メッキ層と同一工程にてパターニングを行う。

次に、図３（Ｃ）に示すように、シリコン窒化膜４及び金メッキ層１２上に密着向上層７を形成し、所定のパターニングを行う。本実施形態における密着向上層７は、熱可塑性樹脂であるポリエーテルアミド樹脂からなる。この密着向上層７は、後述するノズル層９との密着性を向上させる役割を有している。密着向上層７を構成するポリエーテルアミド樹脂は、スピンコート等によりシリコン基板１上に塗布し、ポジ型レジスト（不図示）を利用してパターンを形成することが可能である。

次に、図３（Ｄ）に示すように、基板１上のインク吐出圧エネルギー発生素子２を含む領域に、インク流路部となるパターンをなす樹脂層８を溶媒に溶解可能な感光性樹脂で形成する。溶媒に溶解可能な樹脂は、例えば東京応化製のＯＤＵＲである。樹脂層８は、そのような樹脂をスピンコート等によって塗布した後、紫外線やＤｅｅｐＵＶ光等による露光、現像を行うことでパターニングされる。

次に、図３（Ｅ）に示すように、樹脂層８上に感光性樹脂からなるノズル層９をスピンコート等により形成する。さらに、ノズル層９に紫外線やＤｅｅｐＵＶ光等による露光、現像を行って、インク吐出口１１を形成する。

次に、図３（Ｆ）に示すように、シリコン基板１の裏面側の熱酸化膜５をパターニングし、シリコン基板１の異方性エッチングの開始面となる面を露出させた後、シリコン異方性エッチングを行ってシリコン基板１に共通インク供給口１３を形成する。この共通インク供給口１３は、シリコン基板１に化学的なエッチング、例えばＴＭＡＨやＫＯＨの強アルカリ溶液による異方性エッチングを施して形成する。

次に、図３（Ｇ）に示すように、シリコン酸化膜３をフッ酸液を用いてウエットエッチングによって除去する。その後、シリコン窒化膜４をドライエッチング等によって除去する。

最後に、図３（Ｈ）に示すように、樹脂層８をインク吐出口１１およびインク供給口１３から溶出させることにより、ノズル層９内にインク流路および発泡室を含むノズル部が形成される。なお、この工程中において溶媒中で基板１に超音波浸漬を行うことで、樹脂層８の除去を迅速かつ良好に行うことができる。

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。

本実施形態によれば、上述したように、型材である樹脂層８の解像力が不足する箇所に反射向上層として金メッキ層１２が配置される。そのため、型材（樹脂層８）の露光及び現像によるパターニング工程において露光光が金メッキ層１２で反射して樹脂層８に照射されるので、樹脂層８に照射される露光光の光量が増大する。その結果、ノズル壁６を形成する型材（樹脂層８）の解像力が向上する。そのため、従来から用いられている感光性材料を型材に用いた場合であっても、例えば樹脂層８の厚みが１４μｍである場合、ノズル壁６の幅を７μｍに形成することが可能になった。すなわち、ノズル壁６のアスペクト比（高さと幅との比）を従来の４：３から約２：１に向上させることが可能になった。これにより、共通インク供給口１３の片側におけるノズル密度を従来の６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉに向上させることが可能になり、記録ヘッドの記録画像の品位を大幅に向上させることが可能になった。さらに、将来的には、電気制御回路を内蔵した基板１の小面積化によるコストダウンをも展開していくことが可能となった。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの模式的な斜視図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った部分断面図である。 図１に示したインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す模式的断面図である。 ６００ｄｐｉのノズル密度を有する従来のインクジェット記録ヘッドのノズル壁を示す断面図である。 １２００ｄｐｉのノズル密度を有する従来のインクジェット記録ヘッドのノズル壁を示す断面図である。

符号の説明

１ シリコン基板
２ インク吐出圧エネルギー発生素子
６ ノズル壁
７ 密着向上層
８ 樹脂層（型材）
９ ノズル層
１１ インク吐出口
１３ 共通インク供給口

Claims (3)

1. インクを吐出させるエネルギーを発生する複数のインク吐出圧エネルギー発生素子が設けられた基板上に、複数のインク流路となる部分を占有する型材を、感光性樹脂を露光及び現像することによって形成する工程と、
   前記基板および前記型材の上にノズル形成部材を形成する工程と、
   前記ノズル形成部材に、前記各インク流路に連通する複数のインク吐出口を形成する工程と、
   前記型材を除去する工程と、
   を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
   前記型材の露光時に露光光を反射する反射向上層を、前記基板上の、前記ノズル形成部材の前記複数のインク流路同士を仕切る部分であるノズル壁の下側の位置に形成する工程を、前記型材を形成する工程の前に有してい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. 前記ノズル形成部材と前記基板および前記反射向上層との密着性を向上させる密着向上層を、前記ノズル形成部材と前記基板および前記反射向上層との間に形成する工程をさらに有している、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。
3. 前記反射向上層は金メッキからなる、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。

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