JP2008201129A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】供給口が保護膜によって効果的に被覆され、インクの基板への進入が抑制されたインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を一方の面側に有する基板と、基板の一方の面から一方の面の裏面である他方の面へと貫通して設けられ、インクを供給するための供給口と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、一方の面側の開口と他方の面側の開口間を貫通し供給口となる貫通孔と、貫通孔の他方の面側の開口の領域内にまで張り出した第１の保護層と、を有する基板を用意する工程と、少なくとも第１の保護層の他方の面側の開口の領域内にまで張り出した部分と貫通孔の内壁とを連続して被覆するように第２の保護層を形成する工程と、第２の保護層のうち一方の面側の開口に対応する部分を除去する工程と、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。
【選択図】図２
【解決手段】インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を一方の面側に有する基板と、基板の一方の面から一方の面の裏面である他方の面へと貫通して設けられ、インクを供給するための供給口と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、一方の面側の開口と他方の面側の開口間を貫通し供給口となる貫通孔と、貫通孔の他方の面側の開口の領域内にまで張り出した第１の保護層と、を有する基板を用意する工程と、少なくとも第１の保護層の他方の面側の開口の領域内にまで張り出した部分と貫通孔の内壁とを連続して被覆するように第２の保護層を形成する工程と、第２の保護層のうち一方の面側の開口に対応する部分を除去する工程と、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。
【選択図】図２
Description
本発明は、インクジェット記録ヘッドの製造方法に関するものである。
インクジェット記録ヘッド（以下「記録ヘッド」と呼ぶ場合もある。）の分野では、基板を貫通する供給口を有する構造が、数々の目的により提案されている。特開平９−１１４７８号公報（特許文献１）には、インク中に基板材料（例えば、シリコン）が溶出しないように、供給口の壁面に保護層を形成することが記載されている。
特開平９−１１４７８号公報
しかしながら、供給口の壁面に露出している保護層と機能層との界面に、インクが徐々に浸透してしまうことが懸念される。このとき、浸透したインクが基板に到達し、さらにその浸透ルートを介してインクが容易に循環してしまうと、インク中への基板材料の溶出量が増大し、吐出口のつまりなどの不具合を引き起こすことが懸念される。
本発明は以上を鑑みなされたものであり、供給口が保護膜によって効果的に被覆され、インクの基板への進入が抑制されたインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
本発明の一例は以下である。
インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を一方の面上に有する基板と、
前記基板の一方の面から前記一方の面の裏面である他方の面へと貫通して設けられ、インクを供給するための供給口と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記一方の面側の開口と前記他方の面側の開口間を貫通し前記供給口となる貫通孔と、前記貫通孔の前記他方の面側の開口の領域内にまで張り出した第１の保護層と、を有する基板を用意する工程と、
少なくとも前記第１の保護層の前記他方の面側の開口の領域内にまで張り出した部分と前記貫通孔の内壁とを連続して被覆するように第２の保護層を形成する工程と、
前記第２の保護層のうち前記一方の面側の開口に対応する部分を除去する工程と、
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。
前記基板の一方の面から前記一方の面の裏面である他方の面へと貫通して設けられ、インクを供給するための供給口と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記一方の面側の開口と前記他方の面側の開口間を貫通し前記供給口となる貫通孔と、前記貫通孔の前記他方の面側の開口の領域内にまで張り出した第１の保護層と、を有する基板を用意する工程と、
少なくとも前記第１の保護層の前記他方の面側の開口の領域内にまで張り出した部分と前記貫通孔の内壁とを連続して被覆するように第２の保護層を形成する工程と、
前記第２の保護層のうち前記一方の面側の開口に対応する部分を除去する工程と、
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。
供給口が保護膜によって効果的に被覆され、インクの基板への進入が抑制されたインクジェット記録ヘッドを提供する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では，同一の機能を有する構成には図面中同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。
なお、本発明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、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、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記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を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こととする。
さらに、「インク」または「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインクまたは記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。
まず、本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）について説明する。図５は、本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッドを示す模式図である。
本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドは、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２が所定のピッチで形成された基板１を有している。基板１にはインクを供給する供給口１３が、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。基板上には、流路形成部材６によって、各エネルギー発生素子の上方に開口する吐出口１６と、供給口１３から各吐出口に連通する個別のインクの流路１７が形成されている。なお、供給口１３の形状は、特に限定されないが、基板１の面と供給口１３の内壁の成す角が垂直に近い形態が好ましい。
このインクジェット記録ヘッドは、吐出口１６が形成された面が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、供給口１３を介して流路内に充填されたインクに、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、吐出口１６からインク液滴を吐出させ、これを記録媒体に付着させることによって記録を行う。
次いで本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例について、図１を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を工程順に説明する模式的断面図であり、図５におけるＩ−Ｉ’を通り基板に垂直な面の位置で見た図である。
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を工程順に説明する模式的断面図であり、図５におけるＩ−Ｉ’を通り基板に垂直な面の位置で見た図である。
まず、シリコンの基板１を準備し、この基板１の一方の面１８上に素子絶縁膜３を形成する。この後、この素子絶縁膜３上にインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子２とその駆動回路を所望の個数、形成する。更にこの上に素子保護膜４及び、必要に応じて金属膜１２を形成する（図１（ａ））。
また、ここでは、エネルギー発生素子２を駆動するための電気制御回路を形成する工程については特に言及しないが、素子絶縁膜３上には実際には電気制御回路が形成されている。
次に、基板１上にスピンコートやロールコーターなどでフォトレジスト層を均一に形成した後、フォトリソグラフィーによってそのパターニングを行う。これによって、基板１の一方の面１８上のエネルギー発生素子２に対応する位置にフォトレジストからなる流路用型材５を形成する（図１（ｂ））。この液流路用型材５の材質としては、除去可能な樹脂材料であって、ポジ型フォトレジストを使用する。このポジ型フォトレジストとしては、例えば、Ｄｅｅｐ−ＵＶレジスト、ＯＤＵＲ−１０１０（東京応化工業社製）、ＡＺ−４９０３（ヘキスト社製）、ＰＭＥＲ−ＰＧ７９００（東京応化工業社製）などから適宜、選択して用いることができる。
更に、流路用型材５上に、流路形成部材となる層を形成したのち、この層のエネルギー発生素子２及び液流路用型材５に対応する位置にインクの吐出口１６を形成し、流路形成部材６とする（図１（ｃ））。
流路形成部材６に用いられる材料としては、素子保護膜４との接着性、機械的強度、寸法安定性、耐蝕性の面で優れたものを選択して用いることが好ましい。具体的には、熱硬化、紫外線硬化および電子ビーム硬化が可能な液状の硬化性材料が好ましい。中でもエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ジグリコールジアルキルカーボネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ネガ型フォトレジスト樹脂等が好ましく使用される。流路形成部材６の材料として、液状の硬化性材料を用いる場合には、例えば、カーテンコート、ロールコート、スプレーコート等の公知の手段を用い、これを素子保護膜４及び流路用型材５上に塗布することによって、所望の厚さに積層することができる。
吐出口１６を形成する方法は、使用する流路形成部材６の構成材料によって適宜、選択すればよい。例えば、フォトリソグラフィーの後、溶剤による除去を行ったり、ドライエッチング、ウエットエッチング、ドリル加工、サンドブラスト、レーザ加工、イオンミーリングを含む物理的加工法などを使用することができる。
次に、基板１の裏面に、第１の保護層７を形成する（図１（ｄ））。第１の保護層７は例えば、成膜法（ＣＶＤ、スパッタリング）、真空成膜や塗布により形成することができる。第１の保護層７を形成する材料としては酸化シリコン、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ等が利用可能である。
なお、この時、請求項１に記載の「基板」とは、基板１及び第１保護層７からなる層を表す。また、基板１の一方の面１８と反対側の面上に設けた第１保護層７の他方の面１４を裏とする。このように請求項１に記載の「基板」は、明細書においては、基板及び第１保護層を設けたものに相当する。
この後、保護層７上にフォトレジスト（図示していない）を塗布した後、リソグラフィー技術を用いてパターニングすることによりレジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクをマスクに用いて保護層７をエッチングして開口１２を形成する。次に、レジストマスクを除去した後、この保護層７をマスクに用いて、基板１をその厚み方向１５にエッチングしてインクの供給口となるスルーホール１３を形成する。このように他方の面１４側から基板１及び保護層７の全体にわたってドライエッチングを行うことにより、スルーホールを形成する。そして、基板１の上に設けられた素子絶縁層３を、スルーホール１３の一方の面１８側の開口から露出させる。このスルーホール１３及び開口１２は、一方の面１８側の開口と他方の面１４側の開口間を貫通して供給口となる貫通孔に相当する。なお、この際、レジストマスクを除去せずに、これをマスクに用いてスルーホール１３を形成しても良い。この際、保護層７と基板１のエッチング条件を調節することによって、開口１２の断面積（基板１の面方向に平行な断面の面積）をスルーホール１３の断面積（基板１の面方向に平行な断面の面積）よりも小さくする（図１（ｅ））。この結果、第１の保護層７は、開口１２の一部の領域内に張り出した形状となる。このとき形成されるスルーホール１３の形状は特に制限がない。本実施形態では、図１（ｅ）に示されるように、裏面１４とスルーホール１３の内壁との成す角がほぼ垂直である形状のものを例示する。
このためには、基板１のエッチングを、基板１の厚み方向１５だけでなく、厚み方向１５と垂直な方向（基板１の面方向）２１にも進むような条件に設定する必要がある。より具体的には、（Ｉ）厚み方向１５に異方性エッチングを行うと共に厚み方向１５と垂直な方向２１へのエッチングレートを調節する方法と、（ＩＩ）厚み方向１５への異方性エッチングと等方性エッチングを組み合わせる方法とが挙げられる。これについては後述する。
なお、この工程では、同時にエネルギー発生素子やその駆動回路に電流を供給するための貫通電極用のスルーホールを作成しても良い。ここでは、その詳細な説明は省略する。
次に、第１の保護層７をマスク、液流路用型材５をエッチングストッパ層に用いて、エッチングにより素子絶縁膜３と素子保護膜４を除去する（図２（ａ））。これによって、液流路用型材５が露出する。
この後、裏面１４側から第１の保護層とスルーホール１３の側壁とを連続して被覆するように第２の保護層８を形成する（図２（ｂ））。この際、液流路用型材５が第１の層に相当し、第２の保護層８は液流路用型材５に接触するように設けられることとなる。この第２の保護層８の形成には、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの公知の成膜法や塗布法を使用することができる。この工程によって第１の保護層７及びスルーホール１３の内壁の全面に第２の保護層８が形成される。また、図１（ｅ）に示す状態で第２の保護層８を形成することもできる。この際、素子絶縁膜３が第１の層に相当し、第２の保護層８は絶縁膜３を被覆するように設けられることとなる。
次に、エッチングを行うことにより、スルーホール１３の側壁上にのみ第２の保護層が残留するように第２の保護層８を除去する（図２（ｃ））。すなわち、第２の保護層８のうち流路用型材５を被覆し、裏面側の開口１２と対向する部分Ｄ（図２（ｂ）の破線枠部分）を除去する。このとき、開口１２の部分からスルーホール内部を選択的にエッチングすることもできるし、基板の裏面側全面をエッチングすることもできる。
なお、この際、従来技術では、第２の保護層８の全体がエッチングされ、第１の保護層７が露出する場合がある。また、基板裏面からのエッチングのため、第２の保護層８のＤ部分の第２の保護層８は、開口１２の付近Ｅ（図２（ｂ）の破線枠部分）の第２の保護層８に比べてエッチングレートが遅い。このため、Ｄ部分の第２の保護層８を完全に除去するまでエッチングを行うと、開口１２の付近Ｅ（図２（ｂ）の破線枠部分）はエッチングが過剰に進行して、基板１が露出する懸念がある。
これに対して、本実施形態では、第１および第２の保護層が、開口１２に対して張り出し、厚みをもった形状をとっている。このため、Ｄ部分の第２の保護層８を除去するエッチングを行った場合であっても、Ｅ部分では、保護層が残留して基板を良好に被覆する状態とすることができる。すなわち、この場合には、第２の保護層のうち、一方の面側の開口に対応する部分と、第１の保護層の他方の面側の開口の領域内にまで張り出した部分を覆っている箇所の一部とが一括してエッチングされることとなる。
なお、スルーホールの側壁上にのみ保護層を残留させるためには、エッチング時間、エッチングレート等のエッチング条件を調節すれば良い。エッチング条件としては、より具体的には、比較的、高い真空度の中でエッチングを行ったり、基板にかかるＲＦ印加電圧を高くしてエッチングを行ったり、これらの両方の条件設定を行うことが好ましい。このような条件でエッチングを行うことで、イオンの入射角度の垂直成分を多くすることができる。また、これ以外にも、Ａｒガスのような重い原子ガスを混合してエッチングをしても良い。ＥＣＲエッチングの他、通常の平行平板ＲＩＥ装置やＩＣＰエッチング装置など、他のプラズマ源を有するエッチングも使用可能である。この後、流路用型材５を除去し流路１９を形成する。（図２（ｄ））。
本発明の製造方法では、以上の工程により、インクジェット記録ヘッドを製造することができる。なお、第１の保護層の開口寸法、スルーホールの開口寸法、第２の保護層の膜厚の関係によって、第２の保護層の端部は図３及び４のようになる。図３、４において、（ａ）は、インクジェット記録ヘッドの模式的断面図で、図１と同様の断面である。（ｂ）はその部分拡大図である。
図３は、スルーホール１３の内壁に第２の保護層８、開口１２の内壁に第１の保護層７が設けられ、開口１２とスルーホール１３の寸法が同じインクジェット記録ヘッドを示している。
また、図４は、第１の保護層７が、開口１２の内部に張り出し、第２の保護層８は、第１の保護層７との接点部分で厚みが他の部分に比べて大きくなっている状態をしめしている。また、第１の保護層と７と第２の保護層８の開口１２側の端部が一致している。
上記図３及び４の何れの場合であっても、第２の保護層の端部を第１の保護層によって十分に保護することができる。このため、使用時において、第１の保護層７が設けられた基板１へのインクの進入が防止され、インクの基板１への侵食を効果的に抑制できる。その後、必要な電気接続を行い記録ヘッドが完成する。
以下では実施例をもって本発明を説明するが、これらは本発明の範囲を何ら限定するものではない。
（実施例１）
図１、２を参照して実施例について説明する。
まず、厚さ４００μｍの基板１を準備し、この基板１の一方の面上に熱ＣＶＤ法により厚さ０．４５μｍのＳｉＯ2からなる素子絶縁膜３を形成した。次に、汎用の半導体プロセス技術によりエネルギー発生素子２を形成した後、プラズマＣＶＤ法により厚さ０．３μｍのＳｉＮからなる素子保護膜４を形成した（図１（ａ））。
図１、２を参照して実施例について説明する。
まず、厚さ４００μｍの基板１を準備し、この基板１の一方の面上に熱ＣＶＤ法により厚さ０．４５μｍのＳｉＯ2からなる素子絶縁膜３を形成した。次に、汎用の半導体プロセス技術によりエネルギー発生素子２を形成した後、プラズマＣＶＤ法により厚さ０．３μｍのＳｉＮからなる素子保護膜４を形成した（図１（ａ））。
この後、基板１の一方の面上にポリメチルイソプロペニルケトンを主材料とするポジ型フォトレジスト樹脂を厚さ１２μｍで塗布した。この後、フォトリソグラフィーを行うことによってパターニングし、エネルギー発生素子２に対応する位置に液流路用型材５を形成した（図１（ｂ））。
次に、基板の一方の面上に、カチオン重合型エポキシ樹脂をスピンコートにより厚さ１２μｍで塗布した。この後、露光装置（ＭＰＡ６００−ＦＡ（商品名）、キヤノン社製）を使用して約１Ｊ／ｃｍ2の条件で露光を行った。この後、未露光部分をキシレンと、メチルイソブチルケトンの混合液で除去することで、流路形成部材６とインク吐出口１６を形成した（図１（ｃ））。この後、プラズマＣＶＤ法により、基板１の裏面上に厚さ０．２μｍのＳｉＯ2層７を設けた（図１（ｄ））。
次に、レジストマスク（図示していない）を形成した後、ＣＦ4ガス等を用いてＲＩＥ装置によりエッチング行うことによって、ＳｉＯ2層７をエッチングして断面が円形の開口１２を形成した。次に、引き続きレジストマスクをマスクに用いて、以下のように基板１のエッチングを行った。まず、下記条件でエッチングを行った。
使用装置：ＩＣＰ−ＲＩＥエッチング装置
使用ガス：ＳＦ6（１０〜２００ｓｃｃｍ）とＯ2（０．５〜６０ｓｃｃｍ）の混合ガス。
使用装置：ＩＣＰ−ＲＩＥエッチング装置
使用ガス：ＳＦ6（１０〜２００ｓｃｃｍ）とＯ2（０．５〜６０ｓｃｃｍ）の混合ガス。
これにより、断面が円形のスルーホール１３を形成した。この際、開口１２の径は６０μｍ、スルーホール１３の径は６４μｍとなり、開口はスルーホールよりも断面積が小さくなった（図１（ｅ））。
次に、先の工程で使用したレジストマスクをマスクとして用い、液流路用型材５をエッチングストッパ層に用いて、ＣＦ4ガス等を用いてＲＩＥ装置にてエッチングを行うことにより素子絶縁膜３と素子保護膜４を除去した（図２（ａ））。
次に、レジストマスクを除去した後、ＣＶＤ法により、第１の保護層７上とスルーホール１３の内壁に厚さ３μｍのポリパラキシレンの層８を形成した（図２（ｂ））。次に、以下の条件でエッチングを行いポリパラキシリレン層８のうちＥ（図２（ｂ）参照）の部分を除去した（図２（ｃ））。
使用装置：日立製作所製Ｍ３１８
使用ガス：酸素 ５０ｓｃｃｍ。
使用装置：日立製作所製Ｍ３１８
使用ガス：酸素 ５０ｓｃｃｍ。
この後、ＵＶランプ照射装置を使用して基板表面側から露光した後、乳酸メチル中に浸漬し、超音波を付与することによって流路用型材５を除去した（図２（ｄ））。
１ 基板
２ 吐出圧力発生素子
３ 素子絶縁膜
４ 素子保護膜
５ 流路用型材
６ オリフィスプレート
７ 第１の保護層
８ 第２の保護層
１２ 開口
１３ スルーホール
１４ 裏面
１６ オリフィス
２ 吐出圧力発生素子
３ 素子絶縁膜
４ 素子保護膜
５ 流路用型材
６ オリフィスプレート
７ 第１の保護層
８ 第２の保護層
１２ 開口
１３ スルーホール
１４ 裏面
１６ オリフィス
Claims (7)
- インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を一方の面上に有する基板と、
前記基板の一方の面から前記一方の面の裏面である他方の面へと貫通して設けられ、インクを供給するための供給口と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記一方の面側の開口と前記他方の面側の開口間を貫通し前記供給口となる貫通孔と、前記貫通孔の前記他方の面側の開口の領域内にまで張り出した第１の保護層と、を有する基板を用意する工程と、
少なくとも前記第１の保護層の前記他方の面側の開口の領域内にまで張り出した部分と前記貫通孔の内壁とを連続して被覆するように第２の保護層を形成する工程と、
前記第２の保護層のうち前記一方の面側の開口に対応する部分を除去する工程と、
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。 - 前記第２の保護層のうち、前記一方の面側の開口に対応する部分と前記第１の保護層の前記他方の面側の開口の領域内にまで張り出した部分を覆っている箇所の一部とを一括してエッチングして除去す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。
- 前記第２の保護層はポリパラキシリレンで形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記第１の保護層は酸化シリコンで形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記第１の保護層はＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、又はＳｉＯＣで形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記基板を用意する工程において、前記基板の一方の面上に第１の層を有する基板を用意し、
前記第２の保護層を形成する工程において、前記基板上に設けられた第１の層に接触させるように第２の保護層を形成することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。 - 前記エッチングはドライエッチングであり、前記他方の面側から前記基板の全体にわたって前記ドライエッチングを行うことにより、内壁が被覆された前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項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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