JP2012192713A - Method of manufacturing ink discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットプリンター等に用いられるインク吐出ヘッドを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an ink discharge head used in an ink jet printer or the like.
インクジェットプリンター等に用いられる熱源駆動方式のインク吐出ヘッドは、熱源を用いてインクに気泡を発生させ、その気泡の膨張力によりインク液滴を吐出させるものである。このような熱源駆動方式のインク吐出ヘッドの製造方法の一例が、特許文献1に示されている。以下に図8を用いて、従来のインク吐出ヘッドであるインク吐出ヘッド5の製造方法を説明する。
A heat source driving type ink discharge head used in an inkjet printer or the like generates bubbles in ink using a heat source and discharges ink droplets by the expansion force of the bubbles. An example of a manufacturing method of such a heat source driving type ink discharge head is disclosed in
まず、シリコン基板51の両面に、LPCVD(Low Pressure ChemicalVapour Deposition)法によって窒化シリコン膜52が形成される。表側の窒化シリコン膜52の一部がCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングによって選択的に除去されることで、一部が開口した窒化シリコン膜52が形成される(図8(A))。次に、フッ化水素酸溶液を用いて、窒化シリコン膜52の開口部に存在するシリコンが多孔質シリコン層53に変性される。その後、窒化シリコン膜52が除去される(図8(B))。そして、多孔質シリコン層53上に、LPCVDにて窒化シリコンが成膜されることで、パッシベイション層54が形成される。シリコン基板51の裏側には、一部が選択的に除去された窒化シリコン層によって、マスク層55が形成される(図8(C))。水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによって、シリコンの(111)結晶面からなる面で囲まれたピラミッド状の溝がシリコン基板51に形成される(図8(D))。この状態から、さらにエッチングを進めることにより、埋め込み材料として機能する多孔質シリコン層53がKOH水溶液を用いた等方性エッチングによって除去され、パッシベイション層54によるメンブレンが形成される(図8(E))。このとき、パッシベイション層54はエッチングストップ層として機能している。この後、シリコン基板51の開口部分に存在するパッシベイション層54に対して、CF4ガスを用いた反応性イオンエッチングを基板裏面から行うことで、インク供給口Eが形成される(図8(F))。その後、シリコン基板51上に、吐出孔を有し、その内部にエネルギー発生素子としてのヒータを含むインク室が形成される。多孔質シリコン層53が除去されることで凹部が形成されるので、シリコン基板の個体差などに関らず、インク供給口Eの開口サイズを、精度よく調整できる、とされている。
First,
しかし、特許文献1に示される製造方法では、埋め込み材料として機能する多孔質シリコン層53が、KOH水溶液を用いた等方性エッチングにより除去される。KOH水溶液は、シリコン基板51に対してもエッチング性を有する。そのため、多孔質シリコン層53の除去の際に、シリコン基板51に対してもエッチングが進行することで、凹部の開口サイズが、所望のサイズよりも大きくなる可能性がある。また、凹部上に、パッシベイション層54が形成されるので、インク供給口Eを形成するために、パッシベイション層54に対して、CF4ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う工程が必要となる。反応性イオンエッチングなどのドライエッチングは、一般的に、ウェットエッチングなどと比較してエッチング速度が遅い。そのため、特許文献1に示される製造方法では、パッシベイション層54の除去に時間がかかる。
However, in the manufacturing method disclosed in
本発明は、上記問題を解決し、インク供給口の開口サイズが製造工程によって変動し難く、且つ、エッチングストップ層の除去にドライエッチングが不要なインク吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a method for manufacturing an ink discharge head in which the opening size of an ink supply port is not easily changed depending on the manufacturing process and does not require dry etching to remove the etching stop layer. To do.
上記課題を解決するために、本発明の一側面は、インクを吐出するためのエネルギーをインクに与えるエネルギー発生素子を一方の面に備えたシリコン製の基板の前記一方の面から、前記基板の途中部分まで伸びる凹部を形成する凹部形成工程と、前記基板をエッチングする際に用いられる第1溶媒に対して不溶な埋め込み材料を、前記凹部に埋め込む埋め込み工程と、前記エネルギー発生素子及び前記凹部を含み、前記インクを収容するインク室を、前記一方の面に形成するインク室形成工程と、前記基板の他方の面から前記凹部に向かって前記基板をエッチングし、前記基板を貫通するインク供給口を形成するエッチング工程と、前記埋め込み材料を可溶であって、前記基板に対してエッチング性を有さない第2溶媒を用いて、前記埋め込み材料を除去する埋め込み材料除去工程と、を備えることを特徴とするインク吐出ヘッドの製造方法である。 In order to solve the above-described problems, one aspect of the present invention provides a silicon substrate having an energy generating element for providing ink with energy for discharging ink. A recess forming step for forming a recess extending to the middle portion, a step of embedding in the recess a filling material insoluble in a first solvent used when etching the substrate, the energy generating element and the recess And an ink chamber forming step for forming an ink chamber for containing the ink on the one surface, and an ink supply port for etching the substrate from the other surface of the substrate toward the recess and penetrating the substrate An etching step for forming the burying material, and a second solvent that is soluble in the burying material and has no etching property with respect to the substrate. Embedding material removal step for removing only material, a manufacturing method of the ink jet head, characterized in that it comprises a.
これによれば、基板の一方の面に形成された凹部に埋め込み材料が埋め込まれる。この埋め込み材料は、基板をエッチングする際に用いられる第1溶媒に対して不溶である。そのため、基板の他方の面からエッチングを行う際に、埋め込み材料がエッチングストップ層として働きエッチングが止められるため、凹部はエッチングの影響を受けない。また、埋め込み材料の除去は、シリコン製の基板に対してエッチング性を有さない第2溶媒によって行われる。そのため、埋め込み材料の除去によっても、凹部はエッチングされない。従って、インク供給口の開口となる凹部のサイズが、製造工程によって変動し難い。従って、インク供給口の開口サイズを精度よく決定することが可能となる。また、埋め込み材料の除去が第2溶媒によって行われる(=ウェットエッチング)ため、エッチングストップ層の除去にドライエッチングが不要であり、製造時間の短縮に繋がる。 According to this, the embedding material is embedded in the recess formed in one surface of the substrate. This embedding material is insoluble in the first solvent used when etching the substrate. Therefore, when etching is performed from the other surface of the substrate, the embedding material serves as an etching stop layer to stop the etching, so that the recess is not affected by the etching. Further, the removal of the embedding material is performed with a second solvent that does not have etching properties with respect to the silicon substrate. For this reason, the recess is not etched even when the filling material is removed. Accordingly, the size of the concave portion serving as the opening of the ink supply port is unlikely to vary depending on the manufacturing process. Therefore, the opening size of the ink supply port can be determined with high accuracy. Further, since the removal of the filling material is performed by the second solvent (= wet etching), dry etching is not necessary for removing the etching stop layer, which leads to a reduction in manufacturing time.
さらに、前記インク室形成工程は、前記エネルギー発生素子を囲む流路壁を、前記一方の面に形成する流路壁形成工程と、前記流路壁によって区画される領域に対して、犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記流路壁及び前記犠牲層を覆うようにインク吐出するノズル孔を有するノズル層を形成するノズル層形成工程とを含み、前記犠牲層を可溶な第3溶媒を用いて、前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程をさらに備えてもよい。 Further, in the ink chamber forming step, a sacrificial layer is formed on the channel wall forming step of forming a channel wall surrounding the energy generating element on the one surface, and on a region partitioned by the channel wall. A sacrificial layer forming step for forming, and a nozzle layer forming step for forming a nozzle layer having nozzle holes for discharging ink so as to cover the flow path wall and the sacrificial layer, wherein the sacrificial layer is soluble in a third solvent. A sacrificial layer removing step of removing the sacrificial layer using the method may be further provided.
これによれば、インク室の形成に必要な犠牲層を除去する際にも、凹部のサイズが変動しない。従って、インク供給口の開口サイズをさらに精度よく決定することが可能となる。 According to this, even when the sacrificial layer necessary for forming the ink chamber is removed, the size of the recess does not vary. Therefore, the opening size of the ink supply port can be determined with higher accuracy.
さらに、前記埋め込み材料と前記犠牲層は、同一種類の溶媒に対して可溶な材料によって構成され、前記第2溶媒と前記第3溶媒とは、前記同一種類の溶媒であってよい。 Furthermore, the embedding material and the sacrificial layer may be made of a material that is soluble in the same type of solvent, and the second solvent and the third solvent may be the same type of solvent.
これによれば、同一種類の溶媒によって、埋め込み材料と犠牲層とが除去される。したがって、吐出ヘッドを製造するための工程数を減らすことが可能となる。 According to this, the filling material and the sacrificial layer are removed by the same kind of solvent. Therefore, it is possible to reduce the number of steps for manufacturing the ejection head.
さらに、前記埋め込み材料と前記犠牲層は、同一種類の材料によって構成され、前記流路壁形成工程は、前記埋め込み工程の前に実行され、前記埋め込み工程及び前記犠牲層形成工程は、同一の工程として実行されてもよい。 Furthermore, the embedding material and the sacrificial layer are made of the same type of material, the flow path wall forming step is executed before the embedding step, and the embedding step and the sacrificial layer forming step are the same step. May be executed as
これによれば、埋め込み材料と犠牲層を同一材料で構成するとともに、埋め込み工程と犠牲層形成工程が同一の工程で行われる。従って、吐出ヘッドを製造するための工程数をさらに減らすことが可能となる。 According to this, the embedding material and the sacrificial layer are made of the same material, and the embedding step and the sacrificial layer forming step are performed in the same step. Accordingly, it is possible to further reduce the number of steps for manufacturing the ejection head.
さらに、前記犠牲層は、前記埋め込み材料と別種の材料であって、前記ノズル層に対して相溶性を示さないとともにアルカリに対して可溶な材料によって構成されてもよい。 Furthermore, the sacrificial layer may be made of a material different from the embedding material, which is not compatible with the nozzle layer and is soluble in alkali.
これによれば、犠牲層がノズル層に対して相溶性を示さない。従って、犠牲層の上にノズル層を形成する際に、ノズル層の接触部分が荒れない。従って、ノズル層のインク室側の面を精度よく形成できるとともに、インク室の高さも精度よく決定することが可能となる。 According to this, the sacrificial layer does not exhibit compatibility with the nozzle layer. Therefore, when the nozzle layer is formed on the sacrificial layer, the contact portion of the nozzle layer is not roughened. Accordingly, the surface of the nozzle layer on the ink chamber side can be formed with high accuracy, and the height of the ink chamber can be determined with high accuracy.
また、前記犠牲層形成工程の後に、前記犠牲層と前記流路壁とが同一平面上に位置するように、前記犠牲層及び前記流路壁の表面を平坦化する平坦化工程をさらに備え、前記ノズル層形成工程は、前記平坦化工程の後に実行されてもよい。 Further, after the sacrificial layer forming step, further comprising a flattening step of flattening the surface of the sacrificial layer and the flow path wall so that the sacrificial layer and the flow path wall are located on the same plane, The nozzle layer forming step may be performed after the planarization step.
これによれば、犠牲層と流路壁とが同一平面上の位置まで平坦化が行われ、その上にノズル層が形成される。従って、ノズル層のインク室側の面を精度よく形成できるとともに、インク室の高さも精度よく決定することが可能となる。 According to this, the sacrificial layer and the flow path wall are flattened to a position on the same plane, and the nozzle layer is formed thereon. Accordingly, the surface of the nozzle layer on the ink chamber side can be formed with high accuracy, and the height of the ink chamber can be determined with high accuracy.
本発明によれば、インク供給口の開口サイズが製造工程によって変動し難く、且つ、エッチングストップ層の除去にドライエッチングが不要なインク吐出ヘッドの製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing an ink ejection head in which the opening size of the ink supply port is not easily changed depending on the manufacturing process and does not require dry etching for removing the etching stop layer.
<第1実施形態>
以下に図面を参照しつつ、本発明に係る第1実施形態を示す。まず、図1及び図2を用いて、インク吐出ヘッド1の構成について説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the
[インク吐出ヘッド1の構成]
図1に示されるように、インク吐出ヘッド1は、一方向に整列した複数の吐出孔Aを有する。この吐出孔Aのそれぞれは、個別に設けられたインク室CH(図2参照)にそれぞれ連通する。インク室CH内には、インクを吐出するためのエネルギー発生素子として機能するヒータ12(図2参照)が、それぞれ設けられる。インク吐出ヘッド1の下面からインク室CHへとつながるインク供給口Bによって、インク室CHへとインクが供給される。インク室CHに供給されたインクは、ヒータ12の加熱によりその一部が気泡となる。この気泡によって押し出されたインク室CH内のインクは、吐出孔Aから吐出する。
[Configuration of Ink Ejection Head 1]
As shown in FIG. 1, the
図2は、インク吐出ヘッド1を、複数の吐出孔Aの整列方向と直交する方向に切断した断面(即ち、図1のa―a断面)の図である。インク吐出ヘッド1の層構造は、基板11とインク室壁部15とから主に構成される。基板11には、インク供給口Bが開口する。インク供給口Bは、基板11の一方の面(例えば、上面)側に形成された凹部11aと、基板11の他方の面(例えば、下面)側に形成された孔部11bとで区画される。なお、凹部11aは、本実施形態では、断面形状が台形である。しかし、これに限定されず、任意の断面形状であって差し支えない。基板11の上面であって、インク室CHの内部には、ヒータ12が形成される。インク室壁部15は、基板11から上方に立設される流路壁部15bと、その流路壁部の上端から横方向に延出するノズル層部15aとで構成される。流路壁部15bは、ヒータ12及びインク供給口Bを囲う。なお、流路壁部15bは、ヒータ12及びインク供給口Bを全周に渡って囲う様態であっても、一部や一辺が開口した状態で囲う様態であっても、どちらでも差し支えない。ノズル層部15aのヒータ12に対向する位置には、吐出孔Aが形成される。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
[インク吐出ヘッド1の製造方法]
以下、図3を用いて、インク吐出ヘッド1の製造工程を説明する。
[Method for Manufacturing Ink Discharge Head 1]
Hereinafter, the manufacturing process of the
図3(A)に示されるように、まず、シリコン製の基板11上に、ヒータ12が形成される。ヒータ12は、例えば、TaNやTaAlなどの抵抗発熱体を、200〜1000Å程度の厚みになるように、反応性スパッタリング法によってヒータ12の形成位置に堆積することで形成される。
As shown in FIG. 3A, first, a
次に、図3(B)に示されるように、基板11の上面に凹部11aが形成される。凹部11aの形成は、例えば基板11の表面に酸化シリコンの薄膜層が形成されている場合、エッチングなどによって行われる。具体的には、先ず、凹部11aに対応する位置に開口を有するフォトレジストが、フォトリソグラフィプロセスにより形成される。そして、このフォトレジストをマスクとして、フッ化水素酸溶液を用いて酸化シリコンが基板11の上面側からエッチングによって除去される。即ち、酸化シリコンで構成される薄膜層の、エッチングによって除去された部分が、凹部11aに対応する。あるいは、機械的カットなどによって、凹部11aが形成されてもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(C)に示されるように、凹部11aに対して、埋め込み材料13が埋め込まれる。埋め込み材料13は、基板11をエッチングする際に用いられる第1溶媒(例えば、KOH水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液)に対して不溶な材料である。具体的な例としては、KOH水溶液やTMAH水溶液などのアルカリに対して不溶で、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、シクロヘキサンなどの有機溶剤に可溶なプロテクトワックスなどが、埋め込み材料13として利用可能である。埋め込み材料13は、凹部11aの形成後、スピンコートなどで塗布される。埋め込み材料13の塗布後に、凹部11aの形成時のマスクとしてのフォトレジストと、フォトレジスト上の埋め込み材料とを除去するリストオフ法により、凹部11aにのみ埋め込み材料が残される。または、凹部11aの形成後、フォトレジストを除去し、凹部11aにインクジェット法を用いて、埋め込み材料を充填してもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, the embedding
次に、図3(D)に示されるように、ヒータ12及び凹部11aを覆うようにして、感光性ポジ型レジストを載置し乾燥させることで、基板11の上面に犠牲層14が形成される。犠牲層14は、インク吐出ヘッド1の完成時にインク室CHとなる領域に対応して形成される。本実施形態では、感光性ポジ型レジストとして、東京応化工業(株)のPMER、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)のAZが使用される。感光性ポジ型レジストは、埋め込み材料13と異なり、アルカリ溶液には可溶だが、後述のインク室壁部15を可溶な有機溶媒には不溶である。
Next, as shown in FIG. 3D, a
次に、図3(E)に示されるように、犠牲層14を覆うようにして、インク室壁部15が形成される。インク室壁部15の犠牲層14上に形成された領域が、ノズル層部15aとなる。犠牲層14から左右にはみ出し、犠牲層14の横に位置するインク室壁部15の領域は、流路壁部15bとなる。本実施形態では、例えば、紫外線硬化性イミド、紫外線硬化性シリコン樹脂、紫外線硬化性エポキシ等の紫外線硬化性樹脂が、犠牲層14を覆うようにスピンコート法などで塗布される。具体的には、例えば、日本化薬(株)の光硬化エポキシ樹脂SU−8などである。この樹脂の溶剤はシクロヘキサンなどの有機溶剤であるが、犠牲層14は有機溶剤に可溶しないため、犠牲層54の上に塗布しても材料同士で溶け合うクロスミキシングは生じない。吐出孔Aの形成は、例えば、フォトリソグラフィーによって行われる。具体的には、犠牲層14上に塗布された紫外線硬化性樹脂上の、吐出孔Aに対応する位置にフォトマスクが載置される。その後、紫外線が照射され、吐出孔A以外の位置の紫外線硬化性樹脂が硬化する。そして、現像液(例えば、キシレンなど)にインク吐出ヘッド1が浸される。紫外線硬化性樹脂の硬化した部分と、犠牲層14とは、現像液に対して不溶である。そのため、フォトマスクによって紫外線に晒されていない吐出孔Aに対応する位置の紫外線硬化性樹脂のみが溶解する。これによって、吐出孔Aが形成される。
Next, as shown in FIG. 3E, the
次に、図3(F)に示されるように、基板11の下面から凹部11aに向かって、基板11がエッチングされる。具体的には、先ず、開口を有するマスク層が、基板11の下面に形成される。基板11の下面に予め酸化シリコン膜が形成されている場合、フォトリソグラフィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクとして、フッ化水素酸溶液を用いて酸化シリコン膜がエッチングによって除去される。その後、フォトレジストが溶解される。これにより、酸化シリコンによってマスク層が形成される。マスク層の開口サイズは、基板11を異方性エッチングすることで形成される孔部11bが凹部11aの下面に到達した際に、凹部11aの下面の面積よりも孔部11bの上面の面積が小さくなるように設定される。マスク層の形成後に、TMAH溶液を用いて基板11の下面からウェットエッチングを行う。基板11の下面から上面に向かってエッチングが進むが、埋め込み材料13はアルカリに対して不溶なため、埋め込み材料13がエッチングストップ層として機能し、エッチングは凹部11aの下面で止まる。これにより、孔部11bが形成される。凹部11aと孔部11bによって、基板11を貫通するインク供給口Bが形成される。なお、基板11の下面に酸化シリコン膜が形成されない場合、LPCVDによって窒化シリコン膜によるエッチングマスクが基板11の下面に作成されても差し支えない。
Next, as shown in FIG. 3F, the
次に、図3(G)に示されるように、埋め込み材料13が除去される。埋め込み材料13の除去は、埋め込み材料13を可溶であって、基板11に対してエッチング性を有さない第2溶媒に対して、基板11を浸すことで行われる。第2溶媒としては、例えば、キシレンなどの有機溶剤が用いられる。ここで、インク孔Aを形成する際にも、インク吐出ヘッド1は有機溶剤に浸されている(図3(E)参照)。しかし、インク孔Aの形成段階では、犠牲層14と基板11によって、埋め込み材料13にまで有機溶剤は到達しない。今、孔部11bが形成されているため、有機溶剤が埋め込み材料13に到達し、埋め込み材料13は除去される。
Next, as shown in FIG. 3G, the embedding
最後に、図3(H)に示されるように、犠牲層14が除去される。犠牲層14の除去は、基板11を不溶な犠牲層溶解溶液(PGMEAなど)に浸すことで行われる。以上で、インク吐出ヘッド1の製造が完了する。
Finally, as shown in FIG. 3H, the
<第2実施形態>
図4を用いて、本発明の第2実施形態に係るインク吐出ヘッド2の構成について説明する。なお、インク吐出ヘッド2の概観は、図1に示されるインク吐出ヘッド1と同じである。インク吐出ヘッド2は、その断面構造において、インク吐出ヘッド1と相違する。
Second Embodiment
The configuration of the
[インク吐出ヘッド2の構成]
図4に示されるように、インク吐出ヘッド2の層構造は、基板21、流路壁23及びノズル層26から主に構成される。基板21の上面であって、インク室CHの内部には、には、ヒータ22が形成される。なお、基板21の形状は、インク供給口Dの形状などにおいて、図2に示される基板11と同じであるため、詳細な説明は省略される。流路壁23は、基板21から上方に立設される。ノズル層26は、流路壁23の上端から横方向に延出する。ノズル層26のヒータ22に対向する位置には、吐出孔Cが形成される。インク吐出ヘッド2は、流路壁23とノズル層26とが異なる層である点において、前記した実施形態における吐出ヘッド1と相違する。
[Configuration of Ink Ejection Head 2]
As shown in FIG. 4, the layer structure of the
[インク吐出ヘッド2の製造方法]
以下、図5及び図6を用いて、インク吐出ヘッド2の製造工程を説明する。
[Method for Manufacturing Ink Discharge Head 2]
Hereinafter, the manufacturing process of the
先ず、図5(A)に示されるように、シリコン製の基板21上に、ヒータ22が形成される。この工程は、図3(A)に示される工程と同様であるため、説明は省略される。
First, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(B)に示されるように、基板21の上面に凹部21aが形成される。凹部11aは、図3(B)に示される凹部11aと同様の方法によって形成される。
Next, as shown in FIG. 5B, a
次に、図5(C)に示されるように、基板21上のヒータ22及び凹部21aを囲むように、流路壁23が、基板21の上面に形成される。本実施形態では、流路壁23は、完全に硬化したエポキシ樹脂で形成される。なお、流路壁23は、ヒータ22及び凹部21aを全周に渡って囲う様態であっても、一部や一辺が開口した状態で囲う様態であっても、どちらでも差し支えない。また、流路壁23の膜厚は、例えば10−30μm程度になるように調整されてよい。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図5(D)に示されるように、埋め込み材料24が、流路壁23、ヒータ22及び凹部21aを覆うようにして、基板21の上面に塗布される。本実施形態では、埋め込み材料24は、図3(C)における埋め込み材料13とは異なり、凹部21aに完全には埋め込まれない。埋め込み材料24は、図3(C)に示される埋め込み材料13と同様の材料で構成される。そのため、埋め込み材料24も、TMAH水溶液などの基板21をエッチングする第1溶媒に対して不溶である。従って、凹部21aの下面さえ覆われていれば、基板21をエッチングする際に、埋め込み材料24がエッチストップ層として機能する。即ち、埋め込まれるとは、完全に埋め込まれた状態はもちろんのこと、下面が覆われる程度に一部だけ埋め込まれた状態も含む。
Next, as illustrated in FIG. 5D, the embedding
次に、図5(E)に示されるように、流路壁23によって区画され、ヒータ22及び凹部21a含む領域に、犠牲層25が形成される。犠牲層25は、流路壁23の上面も覆う領域にも形成される。即ち、犠牲層25は、埋め込み材料24の全面を覆うように形成される。犠牲層25の形成は、例えば、流路壁23によって形成された空間に、半硬化樹脂を注入し乾燥させることで行われる。本実施形態では、半硬化樹脂として、東レ(株)のポリイミド材、フォトニースが半硬化状態で使用される。フォトニースは、アルカリ溶液には可溶であるが、有機溶剤には不溶である。また、犠牲層25として、ノボラック樹脂が利用されても良い。具体例としては、旭有機材工業(株)製のEP4080G、EP4050GなどをPGMEAなどの有機溶媒に溶解させたものが利用される。ノボラック樹脂は、キシレンやトルエンなどには溶解性が極めて低いが、アルカリ水溶液やアセトンなどには溶解する。
Next, as shown in FIG. 5E, a
形成された犠牲層25の上面は、図5(E)に示されるように凸凹している。具体的には、流路壁23の上に形成された半硬化樹脂は、流路壁23に囲まれた部分よりも凸になる。そこで、図5(F)に示されるように、犠牲層25の上面が平坦になるように、犠牲層25が上面から削除される。ここで、犠牲層25及び埋め込み材料24が流路壁23の上に残っていると、隣接するインク室の間が連通する可能性がある。そのため、犠牲層25と流路壁23とが同一平面上に位置するまで、換言すれば、流路壁23の上面が露出するまで、犠牲層25が平坦化されるのが望ましい。このとき、流路壁23の上面も僅かながら削除されてよい。なお、犠牲層25の平坦化は、例えば、研磨、研削、切削などの機械加工によって行われる。あるいは、機械加工による粗平坦化の後で、インクヘッド2を犠牲層溶解溶液に浸すことで、犠牲層25を上面から溶解させるなどの微細平坦化が行われてもよい。
The upper surface of the formed
次に、図5(G)に示されるように、流路壁23及び犠牲層25を覆うように、ノズル層26が形成される。ノズル層26には、ヒータ22に対向する位置に、インク吐出するノズル孔Cが設けられる。ノズル層26は、図3(E)に示されるインク室壁部15と同様の材料、同様の形成方法によって形成される。犠牲層25が平坦化されているため、ノズル層26を精度良く形成することができ、後記するインク室CHの体積を精度良く決定できる。
Next, as shown in FIG. 5G, the
次に、図5(H)に示されるように、基板21の下面から凹部21aに向かって、基板21がエッチングされる。この工程は、図3(F)に示される工程と同様である。基板21の下面から上面に向かって進んだエッチングは、埋め込み材料24によって凹部21aの下面で止まり、孔部21bが形成される。凹部21aと孔部21bによって、基板21を貫通するインク供給口Dが形成される。
Next, as shown in FIG. 5H, the
次に、図6(A)に示されるように、埋め込み材料24が除去される。埋め込み材料24の除去は、図3(G)に示される工程と同様の方法によって行われる。
Next, as shown in FIG. 6A, the embedding
最後に、図6(B)に示されるように、犠牲層25が除去される。犠牲層25の除去は、図3(H)に示される工程と同一の方法で行われる。以上のようにして、インク吐出ヘッド2が形成される。
Finally, as shown in FIG. 6B, the
<第3実施形態>
図7を用いて、第3実施形態に係るインク吐出ヘッド3の製造方法を説明する。なお、インク吐出ヘッド3は、図2に示されるインク吐出ヘッド1と同様の構成であるが、その製造方法において相違する。
<Third Embodiment>
A method of manufacturing the
図7(A)及び図7(B)に示される工程は、図3(A)及び図3(B)に示される工程と同一であるため、説明は省略される。 Since the steps shown in FIGS. 7A and 7B are the same as the steps shown in FIGS. 3A and 3B, description thereof is omitted.
図7(C)に示される工程では、犠牲層33が、ヒータ32及び凹部31aを覆うようにして、基板31の上面に塗布される。このとき、犠牲層33は、凹部31aにも浸入し、凹部31aの下面を覆う。ここで、犠牲層33は、基板31をエッチングする際に用いられる第1溶媒(例えば、KOH水溶液)に対して不溶な材料で構成される。即ち、本実施形態では、犠牲層33は、前記した実施形態における埋め込み材料を兼ねる。
In the step shown in FIG. 7C, the sacrificial layer 33 is applied to the upper surface of the
次に、図3(E)と同様の工程にて、図7(D)に示されるように、インク室壁部34が形成される。
Next, in the same process as FIG. 3E, the
次に、図3(F)と同様の工程にて、図7(E)に示されるように、基板31が下面からエッチングされる。犠牲層33は第1溶媒に不溶なので、基板31の下面から上面に向かって進んだエッチングは、凹部31aの下面で止まる。これにより、孔部31bが形成される。凹部31aと孔部31bによって、基板31を貫通するインク供給口Fが形成される。
Next, in the same process as FIG. 3F, as shown in FIG. 7E, the
最後に、図7(F)に示されるように、犠牲層33が除去される。犠牲層33の除去は、図3(G)や図6(A)などに示される、埋め込み材料を溶解可能な溶媒を用いて行われる。 Finally, as shown in FIG. 7F, the sacrificial layer 33 is removed. The removal of the sacrificial layer 33 is performed using a solvent that can dissolve the embedding material, as shown in FIGS. 3G and 6A.
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその一例を述べる。 The present invention is not limited to the embodiments described so far, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention. An example is described below.
前記した実施形態では、ノズル層は、溶媒に溶解させた樹脂を塗布・乾燥させて形成された。しかし、フィルム状の光硬化性樹脂やノズル孔が形成されたフィルム状の樹脂を載置して、ノズル層が形成されても差し支えない。 In the above-described embodiment, the nozzle layer is formed by applying and drying a resin dissolved in a solvent. However, it is possible to form a nozzle layer by placing a film-like photocurable resin or a film-like resin having nozzle holes formed thereon.
前記した実施形態では、埋め込み材料と犠牲層が別種の材料で構成される場合は、それぞれ別種の溶剤によって除去された。しかし、埋め込み材料と犠牲層が別種の材料であっても、同一の溶剤に可溶であれば、両者を同一工程にて除去することが可能になる。 In the above-described embodiment, when the filling material and the sacrificial layer are made of different types of materials, they are removed by different types of solvents. However, even if the embedding material and the sacrificial layer are different types of materials, both can be removed in the same step as long as they are soluble in the same solvent.
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うインク吐出ヘッドの製造方法もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 Although the present invention has been described above in connection with the most practical and preferred embodiments at the present time, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein. The invention can be changed as appropriate without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a method for manufacturing an ink discharge head with such a change is also included in the technical scope. Must be understood.
1,2,3,5 インク吐出ヘッド
11,21,31,51 基板
11a,21a,31a 凹部
11b,21b,31b 孔部
12,22,32 ヒータ
13,24 埋め込み材料
14,25,33 犠牲層
15,34 インク室壁部
23 流路壁
26 ノズル層
1, 2, 3, 5 Ink discharge heads 11, 21, 31, 51
Claims (6)
前記基板をエッチングする際に用いられる第1溶媒に対して不溶な埋め込み材料を、前記凹部に埋め込む埋め込み工程と、
前記エネルギー発生素子及び前記凹部を含み、前記インクを収容するインク室を、前記一方の面に形成するインク室形成工程と、
前記基板の他方の面から前記凹部に向かって前記基板をエッチングし、前記基板を貫通するインク供給口を形成するエッチング工程と、
前記埋め込み材料を可溶であって、前記基板に対してエッチング性を有さない第2溶媒を用いて、前記埋め込み材料を除去する埋め込み材料除去工程と、
を備えることを特徴とするインク吐出ヘッドの製造方法。 A recess forming step for forming a recess extending from the one surface of the silicon substrate provided with an energy generating element on one surface to give energy for discharging ink to the middle portion of the substrate;
An embedding step of embedding an embedding material insoluble in a first solvent used when etching the substrate into the recess;
An ink chamber forming step of forming, on the one surface, an ink chamber that contains the energy generating element and the concave portion and stores the ink;
An etching step of etching the substrate from the other surface of the substrate toward the recess and forming an ink supply port penetrating the substrate;
A burying material removal step of removing the burying material using a second solvent that is soluble in the burying material and has no etching property to the substrate;
An ink discharge head manufacturing method comprising:
前記エネルギー発生素子を囲む流路壁を、前記一方の面に形成する流路壁形成工程と、
前記流路壁によって区画される領域に対して、犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記流路壁及び前記犠牲層を覆うようにインク吐出するノズル孔を有するノズル層を形成するノズル層形成工程とを含み、
前記犠牲層を可溶な第3溶媒を用いて、前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程をさらに備える、
請求項1に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。 The ink chamber forming step includes
A flow path wall forming step of forming a flow path wall surrounding the energy generating element on the one surface;
A sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer for the region partitioned by the flow path wall;
Forming a nozzle layer having a nozzle hole for discharging ink so as to cover the flow path wall and the sacrificial layer, and
A sacrificial layer removing step of removing the sacrificial layer using a soluble third solvent;
The method for manufacturing an ink ejection head according to claim 1.
前記第2溶媒と前記第3溶媒とは、前記同一種類の溶媒である、
請求項2に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。 The embedding material and the sacrificial layer are made of a material that is soluble in the same type of solvent,
The second solvent and the third solvent are the same type of solvent,
A method for manufacturing the ink ejection head according to claim 2.
前記流路壁形成工程は、前記埋め込み工程の前に実行され、
前記埋め込み工程及び前記犠牲層形成工程は、同一の工程として実行される、請求項3に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。 The embedding material and the sacrificial layer are made of the same kind of material,
The flow path wall forming step is performed before the embedding step,
The method of manufacturing an ink ejection head according to claim 3, wherein the embedding step and the sacrificial layer forming step are performed as the same step.
請求項2に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。 The sacrificial layer is made of a material different from the filling material and not compatible with the nozzle layer.
A method for manufacturing the ink ejection head according to claim 2.
前記ノズル層形成工程は、前記平坦化工程の後に実行される、
請求項2〜5の何れかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法。 After the sacrificial layer forming step, further comprising a flattening step of flattening the surface of the sacrificial layer and the flow path wall so that the sacrificial layer and the flow path wall are located on the same plane,
The nozzle layer forming step is performed after the planarization step.
A method for manufacturing an ink ejection head according to claim 2.
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-
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