JP2009202457A - Method for manufacturing liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head.
インクジェット記録方式(液体噴射記録方式)に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細なインク吐出口(以下、オリフィスと称す)、流路及び該流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。インクジェット記録ヘッドの製造方法が、特許文献1あるいは特許文献2に開示されている。 An ink jet recording head applied to an ink jet recording method (liquid jet recording method) generally includes a fine ink discharge port (hereinafter referred to as an orifice), a flow path, and a liquid discharge energy generating portion provided in a part of the flow path. There are several. A method of manufacturing an ink jet recording head is disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2.
特許文献2に開示された、インクジェット記録ヘッドの製造方法は、インク吐出圧力発生素子が形成されたSi基板上に溶解可能な固体層にてインク流路パターンを形成する。次に、インク流路パターン上に、インク流路壁となるエポキシ樹脂及び光カチオン重合開始剤を含む流路形成部材を形成し、フォトリソグラフィーによりインク吐出圧力発生素子上にオリフィスを形成する。次いでエッチング液を用い、Si基板を、異方性エッチング法を用いて、エッチング除去しインク供給口を形成し、該インク供給口を介して固体層を溶出した後、インク流路壁となる流路形成部材を硬化するものである。 In the method of manufacturing an ink jet recording head disclosed in Patent Document 2, an ink flow path pattern is formed by a soluble solid layer on a Si substrate on which an ink discharge pressure generating element is formed. Next, on the ink flow path pattern, a flow path forming member containing an epoxy resin and a cationic photopolymerization initiator serving as an ink flow path wall is formed, and an orifice is formed on the ink discharge pressure generating element by photolithography. Next, using an etching solution, the Si substrate is removed by etching using an anisotropic etching method to form an ink supply port, and after elution of the solid layer through the ink supply port, a flow that becomes an ink flow path wall is formed. The path forming member is cured.
異方性エッチング法に用いられる、エッチング液としては、特許文献2に開示されている、TMAHやKOHなど、結晶面によるエッチング速度差を生じるアルカリ系のエッチング液が挙げられる。この際、Si基板上に形成されたデバイス面をエッチング液から保護する為に予め保護膜形成を行う。この保護膜としては、アルカリエッチングにおける耐アルカリ性に優れ、機能素子を化学的に侵すことがなく、さらにエッチング後容易に除去可能なものであるものが好ましく、例えば、環化ゴム系の樹脂やワックスなどが挙げられる。特に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に優れるので、特に好ましい。
ところが、特許文献1及び2に開示されたインクジェット記録ヘッドの製造方法では、流路形成部材を硬化させる際に発生する応力によって液路を形成する固体層に欠陥が発生する場合がある。特に、吐出口の下方に発生した欠陥は、Si基板のエッチング時に発生する水素ガスが保護膜を透過することにより成長し、保護膜を破壊してパターニング不良を引き起こす場合があった。 However, in the method for manufacturing an ink jet recording head disclosed in Patent Documents 1 and 2, a defect may occur in the solid layer forming the liquid path due to the stress generated when the flow path forming member is cured. In particular, the defect generated below the discharge port grows when hydrogen gas generated during the etching of the Si substrate permeates the protective film, which may destroy the protective film and cause defective patterning.
固体層の欠陥は流路形成部材にインク吐出口を形成する段階、つまり流路形成部材の露光後の熱工程(露光後ベーク(PEB:Post Exposure Bake)工程)で発生する応力が原因となっていると思われる。 The defect of the solid layer is caused by the stress generated in the step of forming the ink discharge port in the flow path forming member, that is, the heat process after the exposure of the flow path forming member (post exposure bake (PEB) process). It seems that
本発明は前述した従来技術における課題を解決し、保護膜破壊によるパターニング不良の発生を抑制した、安定生産可能なインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供する事を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to provide an ink jet recording head capable of stable production and a method for manufacturing the same, in which the occurrence of patterning defects due to protective film destruction is suppressed.
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板の上面に、液体を吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路と、該吐出口からの液体の吐出のための記録素子と、前記シリコン基板の下面の開口から前記流路に連通する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
シリコン基板上に記録素子を形成する工程と、
前記記録素子を覆う第1の保護膜を形成する工程と、
前記第1の保護膜上に流路となる部分を占める溶解可能な固体層を形成する工程と、
前記固体層を覆う流路形成部材を形成する工程と、
前記流路形成部材の前記記録素子に対向する位置に吐出口を形成する工程と、
前記固体層の前記吐出口の下に位置する領域を除去して、前記第1の保護層まで到着する貫通孔を形成する工程と、
前記流路形成部材を覆い、かつ貫通孔内を充填する第2の保護膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の下面に、エッチング用マスクを形成する工程と、
前記エッチング用マスクにより保護されていない面からエッチングを行い、前記シリコン基板の下面から前記第1の保護膜を貫通して前記固体層に達する液体供給口を形成する工程と、
前記第2の保護膜を除去する工程と、
前記液体供給口および前記吐出口を介して前記固体層を前記シリコン基板上から除去する工程と、
前記流路形成部材を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
The method of manufacturing a liquid discharge head according to the present invention includes a discharge port for discharging a liquid, a flow path communicating with the discharge port, a recording element for discharging the liquid from the discharge port, In a method of manufacturing a liquid discharge head having a liquid supply port communicating with the flow path from the opening on the lower surface of the silicon substrate,
Forming a recording element on a silicon substrate;
Forming a first protective film covering the recording element;
Forming a dissolvable solid layer occupying a portion to be a flow path on the first protective film;
Forming a flow path forming member covering the solid layer;
Forming a discharge port at a position of the flow path forming member facing the recording element;
Removing a region of the solid layer located under the discharge port to form a through-hole that reaches the first protective layer;
Forming a second protective film that covers the flow path forming member and fills the inside of the through hole;
Forming an etching mask on the lower surface of the silicon substrate;
Etching from a surface that is not protected by the etching mask, and forming a liquid supply port that reaches the solid layer from the lower surface of the silicon substrate through the first protective film;
Removing the second protective film;
Removing the solid layer from the silicon substrate via the liquid supply port and the discharge port;
Curing the flow path forming member;
A method for manufacturing a liquid discharge head, comprising:
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、保護膜破壊によるパターニング不良発生を抑制した、インクジェット記録ヘッドインクジェット記録ヘッドを安定して生産することが可能となる。 According to the method for manufacturing an ink jet recording head of the present invention, it is possible to stably produce an ink jet recording head that suppresses occurrence of patterning failure due to destruction of a protective film.
本発明者は前述した従来技術における問題点を解決すべく鋭意研究した。その結果、流路となる溶解可能な固体層を流路形状にパターニングする際に、後に形成される吐出口の下方に存在する固体層をパターニングで除去し、保護膜を充填させる空間を形成することによりパターニング不良の発生を抑制できることを見いだした。 The inventor has intensively studied to solve the problems in the prior art described above. As a result, when the dissolvable solid layer that becomes the flow path is patterned into the flow path shape, the solid layer existing below the discharge port to be formed later is removed by patterning to form a space for filling the protective film. Thus, it has been found that the occurrence of patterning defects can be suppressed.
つまり、エッチング時のパターニング不良の原因となる吐出口下方の固体層の体積を減少させることにより欠陥の発生を減少させ、さらに、保護膜を充填させる空間を形成することにより保護膜の充填量を増加する。これによりエッチング時の保護膜破壊を防ぐ膜強度を得ることができ、パターニング不良の発生を抑制するインクジェット記録ヘッドを得られる事が判明した。 In other words, by reducing the volume of the solid layer below the discharge port that causes patterning failure during etching, the occurrence of defects is reduced, and further, the amount of filling of the protective film is reduced by forming a space for filling the protective film. To increase. As a result, it has been found that a film strength that prevents destruction of the protective film during etching can be obtained, and an ink jet recording head that suppresses the occurrence of patterning defects can be obtained.
本発明のシリコン基板の上面に、液体を吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路と、該吐出口からの液体の吐出のための記録素子と、シリコン基板の下面の開口から流路に連通する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドは、少なくとも以下の製造工程を有する。
(1)シリコン基板の上に、記録素子を形成する工程。
(2)記録素子を覆う第1の保護膜を形成する工程。
(3)第1の保護膜上に流路となる部分を占める溶解可能な固体層を形成する工程。
(3)固体層を覆う流路形成部材を形成する工程。
(4)流路形成部材の記録素子に対向する位置に吐出口を形成する工程。
(5)固体層の前記吐出口の下に位置する領域を除去して、第1の保護層まで到着する貫通孔を形成する工程。
(6)流路形成部材を覆い、かつ貫通孔内を充填する第2の保護膜を形成する工程。
(7)シリコン基板の下面に、エッチング用マスクを形成する工程。
(8)エッチング用マスクにより保護されていない面からエッチングを行い、シリコン基板の下面から第1の保護膜を貫通して固体層に達する液体供給口を形成する工程。
(9)第2の保護膜を除去する工程。
(10)液体供給口および吐出口を介して固体層をシリコン基板上から除去する工程。
(11)流路形成部材を硬化させる工程。
On the upper surface of the silicon substrate of the present invention, a discharge port for discharging a liquid, a flow channel communicating with the discharge port, a recording element for discharging the liquid from the discharge port, and a flow channel from the opening on the lower surface of the silicon substrate A liquid discharge head having a liquid supply port communicating with the above has at least the following manufacturing steps.
(1) A step of forming a recording element on a silicon substrate.
(2) A step of forming a first protective film covering the recording element.
(3) A step of forming a dissolvable solid layer that occupies a portion serving as a flow path on the first protective film.
(3) A step of forming a flow path forming member that covers the solid layer.
(4) A step of forming the discharge port at a position facing the recording element of the flow path forming member.
(5) The process of removing the area | region located under the said discharge outlet of a solid layer, and forming the through-hole which arrives at a 1st protective layer.
(6) A step of forming a second protective film that covers the flow path forming member and fills the through hole.
(7) A step of forming an etching mask on the lower surface of the silicon substrate.
(8) A step of etching from the surface not protected by the etching mask to form a liquid supply port that reaches the solid layer from the lower surface of the silicon substrate through the first protective film.
(9) A step of removing the second protective film.
(10) A step of removing the solid layer from the silicon substrate through the liquid supply port and the discharge port.
(11) A step of curing the flow path forming member.
吐出口と、固体層の吐出口下に設けられる貫通孔かなる保護膜充填空間とは連結されているので、吐出口の口径と保護膜充填空間の口径とは同一であることが好ましいが、吐出口と保護空間とは異なった工程で形成されるので、若干の位置ズレが生じる場合がある。このため、吐出口の口径が、保護膜充填空間の口径よりも大きいことが好ましく、保護膜充填空間の口径が、吐出口の口径をyμm、使用するマスクアライナの位置精度をxμmとしたときに(y×(0.5)1/2)μm以上、(y−2x)μm以下であることが好ましい。 Since the discharge port and the protective film filling space which is a through hole provided below the discharge port of the solid layer are connected, it is preferable that the diameter of the discharge port and the diameter of the protective film filling space are the same, Since the discharge port and the protective space are formed by different processes, there may be a slight misalignment. For this reason, it is preferable that the diameter of the discharge port is larger than the diameter of the protective film filling space, when the diameter of the protective film filling space is y μm and the positional accuracy of the mask aligner to be used is x μm. It is preferably (y × (0.5) 1/2 ) μm or more and (y−2x) μm or less.
なお、吐出口及び保護膜充填空間の口径は、円形の場合は直径であり、円形でない場合は、断面の輪郭上の2点間の最大距離をいう。 In addition, the diameter of the discharge port and the protective film filling space is the diameter in the case of a circle, and the maximum distance between two points on the contour of the cross section when it is not a circle.
吐出口と保護膜充填空間とが、フォトリソグラフィー法とエッチング法とを用いて形成される場合、使用するマスクアライナの位置合わせ精度により口径が決定される。 When the discharge port and the protective film filling space are formed using a photolithography method and an etching method, the diameter is determined by the alignment accuracy of the mask aligner to be used.
固体層は、ポジ型感光性材料である事が好ましく、ポジ型感光性材料としてはポリメチルイソプロペニルケトンである事がより好ましい。 The solid layer is preferably a positive photosensitive material, and more preferably polymethylisopropenyl ketone as the positive photosensitive material.
また、流路形成部材は、エポキシ樹脂のカチオン重合化合物であることが好ましい。 Further, the flow path forming member is preferably a cationic polymerization compound of an epoxy resin.
更に、第2の保護膜が環化ゴム系のコーティング材であることが好ましい。 Furthermore, the second protective film is preferably a cyclized rubber-based coating material.
(実施例)
実施例の液体吐出圧発生素子に電熱変換素子を用いた液体吐出ヘッドの製造方法を、図面を用いて説明する。尚、本実施例では記憶素子として、電熱変換素子を用いたが、ヒータ等の素子を用いることができる。
(Example)
A method of manufacturing a liquid discharge head using an electrothermal conversion element as the liquid discharge pressure generating element of the embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an electrothermal conversion element is used as the memory element, but an element such as a heater can be used.
結晶軸(100)のSi単結晶からなる基板1上に、電熱変換素子2を複数個形成した後、全面に膜厚10μmのシリコン酸化膜からなる保護層4を形成した。保護層4をキャビテーションから保護するために、電熱変換素子2を覆う保護層4上に、Taからなるキャビテーション保護層5を形成した。基板1の保護層4が形成された面と対向する面には、シリコン酸化膜からなる裏面保護膜3が形成されている(図1(a)参照)。保護層4には、シリコン酸化膜以外に、シリコン窒化膜、あるいは、シリコン酸窒化膜等のシリコン系の絶縁膜を用いることができる。
A plurality of electrothermal conversion elements 2 were formed on a substrate 1 made of Si single crystal having a crystal axis (100), and then a
なお、電熱変換素子2には、それを動作させる制御信号を入力するための電極(不図示)が接続されている。 The electrothermal conversion element 2 is connected to an electrode (not shown) for inputting a control signal for operating the electrothermal conversion element 2.
次に、保護層4上にスピンコートによってポリエーテルアミド層を成膜して100℃で30分間加熱し、次いで250℃で1時間加熱し、塗布溶剤を蒸発させ、厚さ2.0μmの層にした。その後、ポリエーテルアミド層上にノボラック系ポジ型レジストを塗布してパターニングし、ノボラック系ポジ型レジストをマスクとしてO2アッシングによりポリエーテルアミド層のパターニングを行った。その後に、マスクとして使用したノボラック系ポジ型レジストを剥離することによって、ポリエーテルアミドからなる密着層6を形成した(図1(b)参照)。
Next, a polyetheramide layer is formed on the
続いて、ポリメチルイソプロペニルケトンを適当な溶媒に溶解させたものを、スピンコートにより成膜し、120℃で6分間ベークすることにより、厚さ15μmの流路パターン7を構成するための膜を形成した(図1(c)参照)。その後、ウシオ電機株式会社製露光装置UX3000(商品名)を用いて、15J/cm2のエネルギーで露光・現像を行い、流路パターン7を形成した。この際、後に形成される吐出口の下方に存在するポリメチルイソプロペニルケトンを、吐出口と同形状にパターニングし、口径13μmの保護膜充填空間8を形成した(図1(d)参照)。 Subsequently, a film in which polymethylisopropenyl ketone is dissolved in a suitable solvent is formed by spin coating and baked at 120 ° C. for 6 minutes to form a flow path pattern 7 having a thickness of 15 μm. (See FIG. 1C). Thereafter, using an exposure apparatus UX3000 (trade name) manufactured by Ushio Electric Co., Ltd., exposure / development was performed with an energy of 15 J / cm 2 to form a flow path pattern 7. At this time, polymethyl isopropenyl ketone existing below the discharge port formed later was patterned in the same shape as the discharge port to form a protective film filling space 8 having a diameter of 13 μm (see FIG. 1D).
尚、保護膜充填空間8の口径は、後述の吐出口10の口径と等しいことが好ましいが、使用するマスクアライナの位置精度(x)μmを考慮する必要がある。マスクの位置合わせのズレを考慮して、吐出口の口径(y)μm、マスクアライナの位置精度(x)μmとした場合、保護充填空間の表面積が吐出口の面積の50%となるy×(0.5)1/2μm以上、(y−2x)μm以下にすることが好ましい。 Although the diameter of the protective film filling space 8 is preferably equal to the diameter of the discharge port 10 described later, it is necessary to consider the positional accuracy (x) μm of the mask aligner to be used. In consideration of misalignment of the mask, when the diameter of the discharge port (y) μm and the position accuracy of the mask aligner (x) μm, the surface area of the protective filling space is 50% of the area of the discharge port y × It is preferable to set it to (0.5) 1/2 μm or more and (y−2x) μm or less.
その後、エポキシ樹脂100部、カチオン重合開始剤2部、添加剤5部からなる流路形成部材9を形成した(図1(e)参照)。その後、キヤノン株式会社製マスクアライナMPA−600(商品名)により、マスク(図示せず)を用いて露光・現像を行って、流路形成部材9に、口径16μmの吐出口10を形成した(図1(f)参照)。 Thereafter, a flow path forming member 9 composed of 100 parts of an epoxy resin, 2 parts of a cationic polymerization initiator, and 5 parts of an additive was formed (see FIG. 1 (e)). Thereafter, exposure and development were performed using a mask (not shown) with a mask aligner MPA-600 (trade name) manufactured by Canon Inc. to form a discharge port 10 having a diameter of 16 μm in the flow path forming member 9 ( (Refer FIG.1 (f)).
電熱変換素子2と吐出口10はほぼ一直線に並んでいる。 The electrothermal conversion element 2 and the discharge port 10 are arranged substantially in a straight line.
エポキシ樹脂としては、ダイセル化学工業株式会社製のEHPE3150(商品名)、カチオン重合開始剤としては、株式会社アデカ製SP−172(商品名)を用いた。添加剤としては、日硝株式会社製SILQUEST A−187(商品名)を用いた。 As the epoxy resin, EHPE3150 (trade name) manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., and SP-172 (trade name) manufactured by Adeka Corporation was used as the cationic polymerization initiator. As an additive, SILQUEST A-187 (trade name) manufactured by Nissho Corporation was used.
次いで、保護膜形成材料をスピンコートによる成膜後、80℃〜120℃で乾燥させて、エッチング保護膜11を形成した。 Subsequently, after forming the protective film forming material by spin coating, the protective film forming material was dried at 80 ° C. to 120 ° C. to form the etching protective film 11.
基板1の裏面(保護層4が形成されているのと反対側の面)には裏面保護膜3が形成されている。この裏面保護膜3をマスクとしてSiの異方性エッチングを行うことによって、液体供給口12を形成した(図2(a)参照)。
A back surface
次いで、液体供給口12の底面に露出したは裏面保護膜3を除去した後、流路パターン7を除去し、さらに流路形成部材9を硬化させるために、200℃1時間加熱を行い、液体吐出ヘッドを得た(図2(b)参照)。
Subsequently, after removing the back surface
従来技術の場合、流路パターン7に本発明の保護膜充填空間8が形成されていない。このため、本発明の図2(a)に対応する図は、図2(c)のようになる。 In the case of the prior art, the protective film filling space 8 of the present invention is not formed in the flow path pattern 7. Therefore, the diagram corresponding to FIG. 2A of the present invention is as shown in FIG.
なお、表1に示すように、本実施例の保護膜充填空間を設けた製造方法と、従来の製造方法と、を比較すると、実施例の製造方法を用いることで、保護膜破壊によるパターニング不良の発生が抑制されることが確認された。 In addition, as shown in Table 1, when the manufacturing method provided with the protective film filling space of the present example is compared with the conventional manufacturing method, the patterning failure due to the protective film destruction is obtained by using the manufacturing method of the example. It was confirmed that the occurrence of was suppressed.
1 基板
2 記録素子(電熱変換素子)
3 裏面保護膜
4 保護層
5 キャビテーション保護膜
6 密着層
7 流路パターン
8 保護膜充填空間
9 流路構成部材
10 吐出口
11 エッチング保護膜
12 インク供給口
1 Substrate 2 Recording element (electrothermal conversion element)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
シリコン基板の上に記録素子を形成する工程と、
前記記録素子を覆う第1の保護膜を形成する工程と、
前記第1の保護膜上に流路となる部分を占める溶解可能な固体層を形成する工程と、
前記固体層を覆う流路形成部材を形成する工程と、
前記流路形成部材の前記記録素子に対向する位置に吐出口を形成する工程と、
前記固体層の前記吐出口の下に位置する領域を除去して、前記第1の保護層まで到着する貫通孔を形成する工程と、
前記流路形成部材を覆い、かつ貫通孔内を充填する第2の保護膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の下面に、エッチング用マスクを形成する工程と、
前記エッチング用マスクにより保護されていない面からエッチングを行い、前記シリコン基板の下面から前記第1の保護膜を貫通して前記固体層に達する液体供給口を形成する工程と、
前記第2の保護膜を除去する工程と、
前記液体供給口および前記吐出口を介して前記固体層を前記シリコン基板上から除去する工程と、
前記流路形成部材を硬化させる工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 On the upper surface of the silicon substrate, a discharge port for discharging the liquid, a flow channel communicating with the discharge port, a recording element for discharging the liquid from the discharge port, and an opening on the lower surface of the silicon substrate to the flow channel A liquid discharge head having a liquid supply port communicating therewith,
Forming a recording element on a silicon substrate;
Forming a first protective film covering the recording element;
Forming a dissolvable solid layer occupying a portion to be a flow path on the first protective film;
Forming a flow path forming member covering the solid layer;
Forming a discharge port at a position of the flow path forming member facing the recording element;
Removing a region of the solid layer located under the discharge port to form a through-hole that reaches the first protective layer;
Forming a second protective film that covers the flow path forming member and fills the inside of the through hole;
Forming an etching mask on the lower surface of the silicon substrate;
Etching from a surface that is not protected by the etching mask, and forming a liquid supply port that reaches the solid layer through the first protective film from the lower surface of the silicon substrate;
Removing the second protective film;
Removing the solid layer from the silicon substrate via the liquid supply port and the discharge port;
And a step of curing the flow path forming member.
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