JP3743883B2 - インクジェットプリンタヘッドの形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギーを用いてインクを記録媒体に吐出する記録装置における大型のカラー用のインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェット方式のプリンタが広く用いられている。このインクジェット方式によるプリンタには、インクを加熱し気泡を発生させてその圧力でインク滴を飛ばすサーマル方式や、ピエゾ抵抗素子（圧電素子）の変形によってインク滴を飛ばすピエゾ方式等がある。
【０００３】
上記のサーマル方式には、インク滴の吐出方向により二通りの構成がある。一つは発熱素子の発熱面に平行な方向へインク滴を吐出する構成のサイドシュータ型と呼称されるものであり、他の一つは発熱素子の発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成のルーフシュータ型と呼称されるものである。
【０００４】
図５(a) は、そのようなルーフシュータ型のインクジェットプリンタに配設されるインクジェットプリンタヘッドのインク吐出面を模式的に示す平面図であり、同図(b) は、そのＡ−Ａ′断面矢視図、同図(c) は、このインクジェットプリンタヘッドが製造されるシリコンウェハを示す図である。
【０００５】
同図(c) に示すように、インクジェットプリンタヘッド（以下、単に印字ヘッドという）１は、シリコンウェハ２の上で、ＬＳＩ形成処理技術と薄膜形成処理技術とにより形成され、完成後にシリコンウェハ２から個々に切り出されて採取される。
【０００６】
同図(a) に示すように、印字ヘッド１のインク吐出面には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の４種類のインクを吐出する４列のオリフィス列３が形成されている。１列のオリフィス列３にはおよそ６４個、１２８個、又は２５６個等の多数のオリフィス４が例えば２５．４ｍｍ当り３００ドットの解像度（１ｍｍ当り約１２個の密度）で縦１列に並んで配置されている。これらの各オリフィス列３には不図示のインクカートリッジ等から各オリフィス列３に対応する色のインクがそれぞれ供給される。
【０００７】
この印字ヘッド１の内部構成は、同図(b) に示すように、ヘッドチップ５上に、ＬＳＩからなる駆動回路６と薄膜からなる抵抗発熱部７が形成されている。この抵抗発熱部７は後から形成されるオリフィス列３のオリフィス４の数だけ１列に並んで形成されている。そして、この抵抗発熱部７の一方の端部と駆動回路６とを接続する個別配線電極８が形成され、更に抵抗発熱部７の他方の端部と給電用端子９とを接続する共通電極１１が形成されている。そして、これらの上に隔壁１２が積層されている。
【０００８】
上記１列に並んで形成されている抵抗発熱部７に平行に延在してインク供給溝１３が穿設形成され、このインク供給溝１３に連通してヘッドチップ５の下面に貫通するインク供給孔１４が穿設されている。これらの上からオリフィス板１５が、熱と圧力を加えられて、下面の熱可塑性接着剤により隔壁１２上に接着されて積層されている。
【０００９】
このオリフィス板１５の積層により、隔壁１２の厚さに対応する高さおよそ１０μｍのインク流路１６が、抵抗発熱部７とインク供給溝１３間に形成される。この後、オリフィス板１５にはメタルマスク１７が形成され、このメタルマスク１７に従って、インクを吐出する上述のオリフィス４が形成される。同図(a) に示すシリコンウェハ２の直径が例えば６×２５．４ｍｍであるとすると、上述したような印字ヘッド１を９０個以上採取することができる。
【００１０】
このような印字ヘッド１を作るに際し、オリフィス板１５に上記のオリフィス４を形成するには、近年、高速ドライエッチングが出来て作業能率が上がるヘリコン波エッチング装置が用いられる。尚、ヘリコン波は、固体プラズマの中を伝搬する電磁波の一種で、別名ホイスラー（笛）波とも呼ばれ、高密度プラズマを発生させるものである。
【００１１】
図６(a) は、ヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図であり、同図(b) はそのウエハ固定用ステージの平面図、同図(c) は同図(a) の部分拡大図である。同図(a) に示すように、ヘリコン波エッチング装置は、プロセスチャンバー（処理室）１８を中心に、このプロセスチャンバー１８内に突設されるウエハ固定用ステージ１９を備えている。図５(c) に示したシリコンウエハ２は、図６(a) の矢印Ｇで示すように装置左方から搬入されて、上記のウエハ固定用ステージ１９上に載置される。
【００１２】
上記シリコンウエハ２は、メカチャック法（機構的に行う固定方法）又は静電チャック法（静電的に行う固定方法）で固定される。ウエハ固定用ステージ１９は、支持台２１上に、支持台２１と一体に構成され、この支持台２１を介して、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）バイアスが接地側交流電源２２から印加される。
【００１３】
また、このウエハ固定用ステージ１９には、低温サーキュレータ２３による不凍液が支持台２１を介して循環している。さらに、ウエハ固定用ステージ１９とシリコンウエハ２との間に生じている微細な隙間ｈに、熱伝導を促進するためのＨｅガスなどの冷媒ガス２４を、冷媒送入ポンプ２５から、支持台２１及びウエハ固定用ステージ１９内に配設された冷媒送入路２６を介し、ウエハ固定用ステージ１９のウエハ支持面に開口する冷媒吹き出し口２７から送入して、シリコンウエハ２の低温サーキュレータ２３による冷却を促進させる。
【００１４】
つまり、ヘリコン波エッチング装置のウエハ固定用ステージ１９を循環不凍液で−１０℃以下に冷却し、且つ、ウエハ固定用ステージ１９とシリコンウエハ２間に冷媒ガス２４を介在させることにより、ヘリコン波ドライエッチングの際のシリコンウェハ２の温度上昇を効果的に抑制するようにしている。
【００１５】
また、上記のプロセスチャンバー１８の周囲には、酸素（Ｏ2 ）プラズマ２８をプロセスチャンバー１８内に閉じ込めるためのマグネット（磁石）２９が配設され、プロセスチャンバー１８の上部中央にはソースチャンバー（源流室）３１が配置される。ソースチャンバー３１の周囲には上下二段にアンテナ３２が配設され、その外側には、プラズマを封じ込めるために、内外二重にインナーコイル（内コイル）３３とアウターコイル（外コイル）３４が配置されている。
【００１６】
このソースチャンバー３１の上部には、パイプライン３５が開口し、ここからプロセスガス（処理用酸素）が供給される。また、二段のアンテナ３２にはソースパワーサプライ（源流電源）３６から、例えば上記接地側交流電源２２のサイクルに対応する１３．５６ＭＨｚの電圧が印加される。
【００１７】
この構成により、ソースチャンバ３１内においてパイプライン３５から供給される処理用酸素がアンテナ３２によってプラズマ化され、インナーコイル３３及びアウターコイル３４によってプロセスチャンバー１８に送り込まれる。この酸素プラズマ２８を、プロセスチャンバー１８内で、支持台２１及びウエハ固定用ステージ１９を介してシリコンウエハ２に印加されているＲＦバイアス電圧で吸引・加速する。
【００１８】
プロセスチャンバー１８の周囲壁面に配設されているマグネット２９が上記酸素プラズマ２８の電子が壁面で消滅するのを防止する。これにより、酸素プラズマ２８は、均一な分布となってシリコンウエハ２、すなわち印字ヘッド１の表面に降り注ぎ、メタルマスク１７のパターン穴１７−１で露出しているオリフィス板１５表面に激突し、エッチングする。処理後のプロセスガスは、図６(a) の矢印Ｊで示すように装置右方に排出される。
【００１９】
ヘリコン波エッチングは、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のように電極配置が平行平板型ではないが、それと同じように、酸素プラズマ２８に対してチップ基板１の電位が、酸素イオンを引き込む方向にある。これにより、工作物（オリフィス板１５）を酸素イオン３７がスバッタするのと同時に、ラジカル原子３８を利用して化学エッチングもしている。すなわち、上記のヘリコン波エッチングは、スパッタ（物理的エッチング）＋ラジカル反応（化学的エッチング）を使って異方性エッチングを高い選択比で行うことができる。
【００２０】
ところで、図５(a),(b) に示したような、１列のオリフィス列３に６４個〜２５６個程度のオリフィス４が形成された小型のヘッドチップ５から成る印字ヘッド１は、一般に１５×２０ｍｍ程度の大きさのものであり、通常は主として家庭用に使用されるシリアル式プリンタの印字ヘッドとして用いられ、プリンタのキャリッジにインクカートリッジと共に搭載され、用紙の幅方向すなわち印字主走査方向（図５(a) に示す印字ヘッド１では図の左右方向）に往復移動して印字を実行する。
【００２１】
ところが、近年、情報通信システムの一翼を担うものとしてプリンタの需要が急激に増えており、その需要の増加に伴って印字の高速化の要望が高まっている。一方、上述したシリアル式のプリンタでは、印字を高速に行うためには印字ヘッドとインクカートリッジを主走査方向に高速に往復移動させるか、あるいは印字ヘッドのオリフィス列を長大にする、つまり印字ヘッドを大型化する必要がある。しかし、いずれにしても、現今ビジネス用として一般化しているＡ４判の用紙に高速に印字を行うには、駆動の負荷が大きくなり過ぎて、キャリッジの往復移動の速度を現行よりも上げることは困難である。つまり、シリアル式のプリンタは、高速化が構造的に困難である。
【００２２】
そこで、高速印字にに対応させるためには、ライン式プリンタ用の長尺化（例えばＡ４サイズの用紙に印字する場合は実印字幅が約２１０ｍｍ必要）した印字ヘッドが必要である。
長尺印字ヘッドは、図５(a) の印字ヘッド１を９０度回転させ、その長手方向を延ばして、オリフィス列の長さを用紙幅方向の印字領域の長さと同じになるように形成する。
【００２３】
しかしながら、上記のような長尺のヘッドチップをシリコンウエハで作成するのでは、シリコンウエハは丸いものであるから、６×２５．４ｍｍφ以上の大型のシリコンウエハを用いても、上記のような長尺のヘッドチップは１枚のシリコンウエハからはその直径方向に沿って２個か３個程度しが取れない。したがって極めて歩留りが悪く高価なものとなって問題がある。
【００２４】
そこで、シリコンウエハの代わりにガラス基板を用いることが提案されており、これであると基板に対する取り数の問題は解決する。ところが、上述した駆動回路、発熱抵抗部、共通電極、個別配線電極、隔壁、インク供給溝、インク供給孔等が設けられて表面に複雑な凹凸部が形成されている特に上記のような大きなガラス基板上に多数形成される長尺のヘッドチップの表面（つまり隔壁の上面）に厚さ数十μｍのオリフィス板用薄膜体を均等に貼り付けるのは、従来の丸いシリコンウエハの上の小さく区切られたチップ基板の上に貼り付けるのとは異なり、作業がなかなか困難である。
【００２５】
図７(a) 〜(e) は、そのような作業の困難性を解決すべく提案されている長尺印字ヘッドの製造方法を示す図である。この製造方法は、先ず、同図(a) に示すように、支持ガラス基板４１上に、有機樹脂材料を塗布して硬化させて、後にオリフィスが形成されるオリフィス板となる硬化後の膜厚が数十μｍのオリフィス板層４２を形成する。
【００２６】
次に、このオリフィス板層４２上に、同図(b) に示すように、接着剤を塗布して乾燥させて乾燥後の膜厚が２〜５μｍの接着剤層４３を形成する。これにより、支持ガラス基板４１上にオリフィス板層４２と接着剤層４３が積層された支持体基板Ａが得られる。
【００２７】
続いて、同図(c) に示すように、本体ガラス基板４５上に内部構成４４が既に形成されて凹凸のある表面をなしている本体基板Ｂの上に、天地を逆にした支持体基板Ａを加圧、熱処理によって貼り付ける。
尚、上記の本体基板Ｂは、図では内部構成４４を均一な構成部分であるように示しているが、実際には、図５(b) に示したと同様の拡散層からなる駆動回路、厚さ１０００Å〜４５００Åの発熱抵抗部、厚さ０．５〜２．５μｍの多層構造の電極配線（共通電極、個別配線電極）及び高さ１０μｍの隔壁が本体ガラス基板４５上に配置されていて全体的に凹凸のある表面を形成しており、更に本体ガラス基板４５の表面( 内部構成４４が設けられている面) 側には、インク供給溝が凹設され、このインク供給溝に連通して基板裏面に貫通するインク供給孔が形成されているものである。
【００２８】
上記に続いて、同図(c) に示す支持ガラス基板４１を、同図(d) に示すように除去する。この処理はレジストを本体ガラス基板４５の露出面つまり底面と四方の側面に塗布してから例えばフッ酸によるウェトエッチングなどで支持ガラス基板４１のエッチングを行って除去する。これにより、サイズの大きなチップ基板でも、オリフィス板（オリフィス板層４２）を容易に貼設できると考えられた。尚、同図(d) に示す支持ガラス基板４１が除去されたオリフィス板層４２の上には、この後、同図(e) に示すように、メタルマスク層４６を形成し、これをパターン化し、このパターンに従ってエッチングして、オリフィスを形成する。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように支持ガラス基板を用いる方法は、確かにサイズの大きなチップ基板にオリフィス板（オリフィス板層４２）を容易に貼設できるが、上述したようにオリイス板は厚さ数十μｍ程度の樹脂薄膜であり且つ硬度がないこともあって、貼り付けの際に撓みや皺が発生して均一な貼り付けが難しく、インク供給溝部分におけるオリフィス板の落ち込みなども発生してインク供給の流れを阻害するという不具合もあり、不良品が発生して歩留りが悪いという問題があった。
【００３０】
また、将来解像度が更に微細化するに応じてインク流路の高さやオリフィス板の厚さ等を変化させていく必要があると思われるが、現在ではオリフィス板となるポリイミドフィルムの厚さには一定の制約あって自在に変更することが出来ないという問題もある。
【００３１】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、撓み、皺、落ち込み等が発生しない且つ自在な厚さのオリフィス板の形成が可能なインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
先ず、請求項１記載の発明のインクジェットプリンタヘッドの形成方法は、薄膜体を支持体上に覆設する工程と、上記支持体上に覆設された上記薄膜体上に接着剤を被着する工程と、上記薄膜体を加工するためのマスクを上記接着剤上に被着する工程と、上記マスクをパターン加工する工程と、エッチングにより上記接着剤を上記マスクパターンに則って加工し、更に該マスクパターンンに則って上記薄膜体をハーフエッチングして上記薄膜体にオリフィス板を形成する工程と、上記マスクを除去する工程と、インクを吐出させるための印字素子が形成された基板に上記オリフィス板を形成された上記薄膜体の上記接着剤面を張り合わせる工程と、上記支持体を除去する工程と、上記オリフィス板にインク吐出用のオリフィスを形成する工程と、よりなる。
【００３３】
上記オリフィスを形成する工程は、例えば請求項２記載のように、高密度プラズマによるドライエッチングである。
次に、請求項３記載の発明のインクジェットプリンタヘッドの形成方法は、薄膜体を支持体上に覆設する工程と、上記支持体上に覆設された前記薄膜体上に接着剤を被着する工程と、上記薄膜体を加工するためのマスクを上記接着剤上に被着する工程と、上記マスクをパターン加工する工程と、エッチングにより上記接着剤を上記マスクパターンに則って加工し、更に該マスクパターンンに則って上記薄膜体をハーフエッチングして上記薄膜体にオリフィス板を形成する工程と、上記マスクを除去する工程と、上記オリフィス板にインク吐出用のオリフィスを形成する工程と、インクを吐出させるための印字素子が形成された基板に上記オリフィス板と上記オリフィスとを形成された上記薄膜体の上記接着剤面を張り合わせる工程と、上記支持体を除去する工程と、よりなる。
【００３４】
上記オリフィスを形成する工程は、例えば請求項４記載のように、レーザ光によるエッチングである。そして、上記いずれの場合も、上記支持体を除去する工程は、例えば請求項５記載のように、上記支持体を溶解して又は剥離して除去する工程である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１(a) 〜(i) 及び図２(a) 〜(d) は、第１の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法を示す図である。尚、図１(i) は、同図(h) の丸Ｃで示す部分の拡大図である。
【００３６】
先ず、図１(a) に示すように、本例におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法は、ガラス又はアルミニュウム（Ａｌ）などから成る支持体４９に、ポリイミドなどの有機樹脂材料を例えばスピンコート法又はローラコート法等で極薄に塗布し、この塗布した有機樹脂材料層を硬化させて、厚さ２０〜５０μｍ程度の薄膜層５０を形成する。ポリイミドなどの有機系樹脂には熱硬化型あるいは紫外線硬化型の両タイプがあるが、いずれのタイプのものを用いてもよい。
【００３７】
続いて、同図(b) に示すように、上記薄膜層５０の上に、接着剤層５１を形成する。この接着剤層５１の材料としては、接着剤として一般的な熱可塑性のポリイミド樹脂を用いるのが好ましい。この熱可塑性のポリイミド樹脂を用いて例えばスピンコート法などで薄膜層５０の上に塗布し、乾燥後の膜厚が１〜１０μｍ程度になるように形成する。尚、この接着剤層５１は、これより後の工程で薄膜層５０を本体基板上に貼設する際に用いられる。
【００３８】
続いて、その接着剤層５１の上に、同図(c) に示すように、上記薄膜層５０を加工するためのマスク用のメタル層５２をスパッタ法などで蒸著する。このメタル層５２の厚さは０．５〜１μｍ程度とし、メタル材にはＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡｌなどを用いることができる。
【００３９】
このメタル層５２の上に、同図(d) に示すように、マスク用のレジスト層５３をスピンコート法などで厚さ１〜３μｍ程度に塗布する。そして、そのレジスト層５３に、 フォトリソグラフィー技術を用いて、同図(e) に示すように、インク流路（図５(b) のインク流路１６参照）と同一形状のレジストマスクパターン５３−１を形成する。
【００４０】
このレジストマスクパターン５３−１に従ってウェット又はドライエツチングにより、同図(f) に示すように、メタル層５２に、レジストマスクパターン５３−１と同一形成のメタルマスクパターン５２−１を形成し、この後、剥離液又は酸素プラズマアッシングなどにより、同図(g) に示すように、レジスト層５３を除去して、上記形成されたメタル層５２の面を露出させる。この同図(f) 及び同図(g) の段階で、メタルマスクパターン５２−１の中に、接着剤層５１の表面が外部に露出する。
【００４１】
尚、図では上記の接着剤層５１の厚さを薄膜層５０の厚さとさほど違わぬ厚さで示しているが、実際には接着剤層５１の厚さは薄膜層５０の厚さに比較すると１／１０程度と無視できる程度に薄いものである。以下の説明では、接着剤層５１の厚さは除外して説明する。
【００４２】
上記に続いて、高密度プラズマエッチング装置により、同図(h) 及び同図(i) に示すように、接着剤層５１及び薄膜層５０を、メタルマスクパターン５２−１に従ってドライエッチングにより、深さｄ１にハーフエッチングする。これにより、薄膜層５０には、ハーフエッチングで穿設された深さｄ１の将来インク流路５４となるべき空間部と、ハーフエッチングのため穿設されずに残った厚さｄ２の将来オリイス板５０−１となる部分、及びマスクによって初めから穿設されなかった高さｄ１の将来隔壁５０−２となるべき部分が同時に形成される。
【００４３】
尚、上記の高密度プラズマ源としては、図６(a),(c) に示したヘリコン波エッチング装置あるいはＥＣＲ、ＩＣＰ、ＴＣＰなどが上げられる。上記のヘリコン波エッチング装置による処理の一例としての各設定条件を以下に示す。
薄膜層材：ポリイミド（厚さ＝３０μｍ）
加工装置：ヘリコン波エッチング装置
ヘリコン波エッチング装置のパラメータ
ソースパワー：１０００Ｗ
バイアスパワー：５００Ｗ
コイルインナー電流：３５Ａ
コイルアウター電流：４０Ａ
プロセスガス：ガス酸素（流量＝５０ｓｃｃｍ）
プロセス圧：０．５Ｐａ
ステージ温度：−３０℃（Ｈｅ冷却式）
基板固定方法：メカチャック式
プラズマ発生位置からステージまでの距離：５０ｃｍ
エッチングレート：２．０μｍ／ｍｉｎ
面内分布：１０％以内（直径１５０ｍｍ）
プロセス時間：５分
上記の条件で処理することにより、インク流路５４の深さｄ１が１０μｍ、オリフィス板５０−１部分の厚さｄ２が２０μｍで、薄膜層５０が加工される。
【００４４】
この後、ウェットまたはドライエツチングにより、メタル層５２を除去して、図２(a) に示すように、接着剤層５１を露出させる。そして、同図(b) に示すように、上記の支持体４９、薄膜層５０、及び接着剤層５１からなる中間体５５の天地を逆にして図１(a) 〜図２(a) までは下向きとなっていた支持体４９の下面を上向きにし、それまで上向きであった接着剤層５１の面を下向きにして、ガラス又はセラミックス等の基板５６の上に発熱抵抗体５７と、その発熱部５７−１、共通電極５８と個別配線電極５９、更にインク供給溝６１とインク供給孔６２が形成されているメイン基板６０の上に重ね、真空下で加圧・熱処理して、接着剤層５１により中間体５５をメイン基板６０の面（端部の共通電極５８と個別配線電極５９の面）に貼り合わせる。
【００４５】
この後、ウェットエツチング等により、同図(c) に示すように、支持体４９を除去して、薄膜層５０の平坦な面を露出させる。これにより、薄膜層５０による図１(h),(i) に示した深さ（図２(c) では高さ）ｄ１のインク流路５４と高さｄ１の隔壁５０−２がメイン基板６０の上に形成されると共に、インク流路５４の上方に厚さｄ２のオリフィス板５０−１が形成される。
【００４６】
この後、図２(d) に示すように、薄膜層５０の上に、マスク用メタル層としてＴｉまたはＡｌのメタル薄膜６３を厚さ＝５０００〜１００００Å程度に形成し、特には図示しないが、レジスト層の塗布と、そのパターン化と、フォトリソグラフィーによって、マスクパターン６３−１を加工し、このマスクパターン６３−１に従ってドライエッチングを行って、薄膜層５０のオリフィス板５０−１の部分に、オリフィス６４を形成して、印字ヘッド６５が完成する。
【００４７】
このように、上記第１の実施の形態によれば、必要とするオリフィス板の厚さと隔壁の厚さとを合わせた厚さの薄膜層を支持体の上に形成してハーフエッチングによりオリフィス板と隔壁とインク流路を形成するので、インク流路の高さやオリフィス板の厚さを自在に設定することが出来るようになる。
【００４８】
また、オリフィス板と隔壁とが当初から一体であるので、隔壁間におけるオリフィス板の貼設状態が常に安定していて、従来のようにオリフィス板を単体で隔壁上に貼設する場合に比較して、作業が容易であると共に弛みや皺が発生する不具合が解消されて、印字ヘッド製造の歩留りが向上する。
【００４９】
ところで、上記第１の実施の形態では、インク流路と隔壁とオリフィス板とを形成した薄膜層をメイン基板に貼り合わせた後に、ドライエッチングでオリィスを形成しているが、上記のように薄膜層をメイン基板に貼り合わせる前に、例えばエキシマレーザなどを用いて、薄膜層のオリフィス板部分にオリフィスを形成するようにしても良い。
【００５０】
図３(a),(b),(c) は、第２の実施の形態としての、薄膜層をメイン基板に貼り合わせる前にオリフィスを形成する例を説明する図である。同図(a) に示すように、図２(a) に示した中間体５５の状態で、直ちに、マスク６６とレーザ装置６７により、オリフィス板５０−１にオリフィス６８を穿設する。このとき、レーザによる穿設孔の特徴として、オリフィス６８は底の抜けたすり鉢状に形成される。
【００５１】
この後、図２(b) の場合と同様に中間体５５の天地を逆にして、図３(b) に示すようにメイン基板６０の上に重ね、圧力と熱を加えて、同図(c) に示すように貼りつけて、支持体４９を除去する。これにより、オリフィス板５０−１には、先端を切除された円錐の形状をしたオリフィス６８が配置される。このような円錐状のオリフィスは、インクの吐出特性が安定していることが経験上判明している。
【００５２】
尚、上記の図１(h),(i) に示した工程では、薄膜層５０にインク流路と隔壁とオリフィス板を形成する際に、ヘリコン波エッチング装置のパラメータのバイアスパワーを５００Ｗに設定して、酸素イオンによる物理的エッチングとラジカル原子を利用して化学エッチングを併用しているが（図６(c) の酸素イオン３７及びラジカル原子３８参照）、バイアスパワーを０Ｗ（バイアス電源をオフ）にして、ラジカル原子３８のラジカル反応による化学的エッチングを主力にしたエッチングを行うようにしても良い。
【００５３】
図４(a) は、ヘリコン波エッチング装置のバイアスパワーを５００Ｗに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図であり、同図(b) は、バイアスパワーを０Ｗに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図である。同図(a) は、図１(h),(i) 又は図２(a) の中間体５５を再掲したものであり、この図４(a) に示すように、バイアスパワーを５００Ｗにしてエッチングした場合ではオリフィス板と隔壁との境界部分は垂直な形状で加工される。他方、バイアスパワーを０Ｗでエッチングした場合は、図４(b) に示すように、オリフィス板と隔壁との境界部分はＲ９０°の範囲で傾斜面６９が形成される。
【００５４】
尚、上記実施の形態では、いずれも、支持体４９を溶解（ウエットエツチング）して除去するように説明しているが、支持体４９は溶解して除去すると限るものではない。例えば薄膜層５０ほどには薄くなく、上記実施の形態の場合のように剛体でもない、つまり薄膜層５０よりは厚くて且つ柔軟性があるような素材を用いて支持体を構成し、この面に、弱接着性の接着剤を介して薄膜層５０を形成し、図２(b) から同図(c) となる支持体除去の工程では、支持体４９を薄膜層５０から剥離するようにしてもよい。このようにすれば、エッチングの場合のように、メイン基板６０の周囲に保護レジストを設ける必要が無く、作業能率が向上する。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、必要とするオリフィス板の厚さと隔壁の厚さとを合わせた厚さの薄膜層を支持体の上に形成してハーフエッチングによりオリフィス板と隔壁とインク流路を形成するので、インク流路の高さやオリフィス板の厚さを自由に設定することが可能となる。
【００５６】
また、オリフィス板と隔壁とが当初から一体であるので、隔壁間におけるオリフィス板の貼設状態が常に安定していて、従来のようにオリフィス板を単体で隔壁上に貼設する場合に比較して、作業が容易であると共に弛みや皺が発生する不具合が解消されて、印字ヘッド製造の歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) 〜(h) は第１の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法を示す図であり、(i) は(h) の丸Ｃで示す部分の拡大図である。
【図２】 (a) 〜(d) は第１の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法を示す図１に続く図である。
【図３】 (a),(b),(c) は第２の実施の形態としての薄膜層をメイン基板に貼り合わせる前にオリフィスを形成する例を説明する図である。
【図４】 (a) はヘリコン波エッチング装置のバイアスパワーをオンに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図、(b) はバイアスパワーをオフに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図である。
【図５】 (a) は従来のインクジェットプリンタヘッドのインク吐出面を模式的に示す平面図、(b) はそのＡ−Ａ′断面矢視図、(c) はこのインクジェットプリンタヘッドが製造されるシリコンウェハを示す図である。
【図６】 (a) はオリフィスを加工するヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図、(b) はそのウエハ固定用ステージの平面図、(c) は(a) の部分拡大図である。
【図７】 (a) 〜(e) は従来の大型ガラス基板による長尺印字ヘッドの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１ 印字ヘッド
２ シリコンウェハ
３ オリフィス列
４ オリフィス
５ ヘッドチップ
６ 駆動回路
７ 抵抗発熱部
８ 個別配線電極
９ 給電用端子
１１ 共通電極
１２ 隔壁
１３ インク供給溝
１４ インク供給孔
１５ オリフィス板
１６ インク流路
１７ メタルマスク
１８ プロセスチャンバー
１９ ウエハ固定用ステージ
２１ 支持台
２２ 接地側交流電源
２３ 低温サーキュレータ
２４ 冷媒ガス
２５ 冷媒送入ポンプ
２６ 冷媒送入路
２７ 冷媒吹き出し口
２８ 酸素プラズマ
２９ マグネット
３１ ソースチャンバー
３２ アンテナ
３３ インナーコイル
３４ アウターコイル
３５ パイプライン
３６ ソースパワーサプライ
３７ 酸素イオン
３８ ラジカル原子
４１ 支持ガラス基板
４２ オリフィス板層
４３ 接着剤層
４４ 内部構成
４５ 本体ガラス基板
Ａ 支持体基板
Ｂ 本体基板
４９ 支持体
５０ 薄膜層
５０−１オリフィス板
５０−２ 隔壁
５１ 接着剤層
５２ メタル層
５２−１ メタルマスクパターン
５３ レジスト層
５３−１ レジストマスクパターン
５４ インク流路
５５ 中間体
５６ 基板
５７ 発熱抵抗体
５７−１ 発熱部
５８ 共通電極
５９ 個別配線電極
６０ メイン基板
６１ インク供給溝
６２ インク供給孔
６３ メタル薄膜
６３−１ マスクパターン
６４ オリフィス
６５ 印字ヘッド
６６ マスク
６７ レーザ装置
６８ オリフィス
６９ 傾斜面
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギーを用いてインクを記録媒体に吐出する記録装置における大型のカラー用のインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェット方式のプリンタが広く用いられている。このインクジェット方式によるプリンタには、インクを加熱し気泡を発生させてその圧力でインク滴を飛ばすサーマル方式や、ピエゾ抵抗素子（圧電素子）の変形によってインク滴を飛ばすピエゾ方式等がある。
【０００３】
上記のサーマル方式には、インク滴の吐出方向により二通りの構成がある。一つは発熱素子の発熱面に平行な方向へインク滴を吐出する構成のサイドシュータ型と呼称されるものであり、他の一つは発熱素子の発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成のルーフシュータ型と呼称されるものである。
【０００４】
図５(a) は、そのようなルーフシュータ型のインクジェットプリンタに配設されるインクジェットプリンタヘッドのインク吐出面を模式的に示す平面図であり、同図(b) は、そのＡ−Ａ′断面矢視図、同図(c) は、このインクジェットプリンタヘッドが製造されるシリコンウェハを示す図である。
【０００５】
同図(c) に示すように、インクジェットプリンタヘッド（以下、単に印字ヘッドという）１は、シリコンウェハ２の上で、ＬＳＩ形成処理技術と薄膜形成処理技術とにより形成され、完成後にシリコンウェハ２から個々に切り出されて採取される。
【０００６】
同図(a) に示すように、印字ヘッド１のインク吐出面には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の４種類のインクを吐出する４列のオリフィス列３が形成されている。１列のオリフィス列３にはおよそ６４個、１２８個、又は２５６個等の多数のオリフィス４が例えば２５．４ｍｍ当り３００ドットの解像度（１ｍｍ当り約１２個の密度）で縦１列に並んで配置されている。これらの各オリフィス列３には不図示のインクカートリッジ等から各オリフィス列３に対応する色のインクがそれぞれ供給される。
【０００７】
この印字ヘッド１の内部構成は、同図(b) に示すように、ヘッドチップ５上に、ＬＳＩからなる駆動回路６と薄膜からなる抵抗発熱部７が形成されている。この抵抗発熱部７は後から形成されるオリフィス列３のオリフィス４の数だけ１列に並んで形成されている。そして、この抵抗発熱部７の一方の端部と駆動回路６とを接続する個別配線電極８が形成され、更に抵抗発熱部７の他方の端部と給電用端子９とを接続する共通電極１１が形成されている。そして、これらの上に隔壁１２が積層されている。
【０００８】
上記１列に並んで形成されている抵抗発熱部７に平行に延在してインク供給溝１３が穿設形成され、このインク供給溝１３に連通してヘッドチップ５の下面に貫通するインク供給孔１４が穿設されている。これらの上からオリフィス板１５が、熱と圧力を加えられて、下面の熱可塑性接着剤により隔壁１２上に接着されて積層されている。
【０００９】
このオリフィス板１５の積層により、隔壁１２の厚さに対応する高さおよそ１０μｍのインク流路１６が、抵抗発熱部７とインク供給溝１３間に形成される。この後、オリフィス板１５にはメタルマスク１７が形成され、このメタルマスク１７に従って、インクを吐出する上述のオリフィス４が形成される。同図(a) に示すシリコンウェハ２の直径が例えば６×２５．４ｍｍであるとすると、上述したような印字ヘッド１を９０個以上採取することができる。
【００１０】
このような印字ヘッド１を作るに際し、オリフィス板１５に上記のオリフィス４を形成するには、近年、高速ドライエッチングが出来て作業能率が上がるヘリコン波エッチング装置が用いられる。尚、ヘリコン波は、固体プラズマの中を伝搬する電磁波の一種で、別名ホイスラー（笛）波とも呼ばれ、高密度プラズマを発生させるものである。
【００１１】
図６(a) は、ヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図であり、同図(b) はそのウエハ固定用ステージの平面図、同図(c) は同図(a) の部分拡大図である。同図(a) に示すように、ヘリコン波エッチング装置は、プロセスチャンバー（処理室）１８を中心に、このプロセスチャンバー１８内に突設されるウエハ固定用ステージ１９を備えている。図５(c) に示したシリコンウエハ２は、図６(a) の矢印Ｇで示すように装置左方から搬入されて、上記のウエハ固定用ステージ１９上に載置される。
【００１２】
上記シリコンウエハ２は、メカチャック法（機構的に行う固定方法）又は静電チャック法（静電的に行う固定方法）で固定される。ウエハ固定用ステージ１９は、支持台２１上に、支持台２１と一体に構成され、この支持台２１を介して、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）バイアスが接地側交流電源２２から印加される。
【００１３】
また、このウエハ固定用ステージ１９には、低温サーキュレータ２３による不凍液が支持台２１を介して循環している。さらに、ウエハ固定用ステージ１９とシリコンウエハ２との間に生じている微細な隙間ｈに、熱伝導を促進するためのＨｅガスなどの冷媒ガス２４を、冷媒送入ポンプ２５から、支持台２１及びウエハ固定用ステージ１９内に配設された冷媒送入路２６を介し、ウエハ固定用ステージ１９のウエハ支持面に開口する冷媒吹き出し口２７から送入して、シリコンウエハ２の低温サーキュレータ２３による冷却を促進させる。
【００１４】
つまり、ヘリコン波エッチング装置のウエハ固定用ステージ１９を循環不凍液で−１０℃以下に冷却し、且つ、ウエハ固定用ステージ１９とシリコンウエハ２間に冷媒ガス２４を介在させることにより、ヘリコン波ドライエッチングの際のシリコンウェハ２の温度上昇を効果的に抑制するようにしている。
【００１５】
また、上記のプロセスチャンバー１８の周囲には、酸素（Ｏ2 ）プラズマ２８をプロセスチャンバー１８内に閉じ込めるためのマグネット（磁石）２９が配設され、プロセスチャンバー１８の上部中央にはソースチャンバー（源流室）３１が配置される。ソースチャンバー３１の周囲には上下二段にアンテナ３２が配設され、その外側には、プラズマを封じ込めるために、内外二重にインナーコイル（内コイル）３３とアウターコイル（外コイル）３４が配置されている。
【００１６】
このソースチャンバー３１の上部には、パイプライン３５が開口し、ここからプロセスガス（処理用酸素）が供給される。また、二段のアンテナ３２にはソースパワーサプライ（源流電源）３６から、例えば上記接地側交流電源２２のサイクルに対応する１３．５６ＭＨｚの電圧が印加される。
【００１７】
この構成により、ソースチャンバ３１内においてパイプライン３５から供給される処理用酸素がアンテナ３２によってプラズマ化され、インナーコイル３３及びアウターコイル３４によってプロセスチャンバー１８に送り込まれる。この酸素プラズマ２８を、プロセスチャンバー１８内で、支持台２１及びウエハ固定用ステージ１９を介してシリコンウエハ２に印加されているＲＦバイアス電圧で吸引・加速する。
【００１８】
プロセスチャンバー１８の周囲壁面に配設されているマグネット２９が上記酸素プラズマ２８の電子が壁面で消滅するのを防止する。これにより、酸素プラズマ２８は、均一な分布となってシリコンウエハ２、すなわち印字ヘッド１の表面に降り注ぎ、メタルマスク１７のパターン穴１７−１で露出しているオリフィス板１５表面に激突し、エッチングする。処理後のプロセスガスは、図６(a) の矢印Ｊで示すように装置右方に排出される。
【００１９】
ヘリコン波エッチングは、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のように電極配置が平行平板型ではないが、それと同じように、酸素プラズマ２８に対してチップ基板１の電位が、酸素イオンを引き込む方向にある。これにより、工作物（オリフィス板１５）を酸素イオン３７がスバッタするのと同時に、ラジカル原子３８を利用して化学エッチングもしている。すなわち、上記のヘリコン波エッチングは、スパッタ（物理的エッチング）＋ラジカル反応（化学的エッチング）を使って異方性エッチングを高い選択比で行うことができる。
【００２０】
ところで、図５(a),(b) に示したような、１列のオリフィス列３に６４個〜２５６個程度のオリフィス４が形成された小型のヘッドチップ５から成る印字ヘッド１は、一般に１５×２０ｍｍ程度の大きさのものであり、通常は主として家庭用に使用されるシリアル式プリンタの印字ヘッドとして用いられ、プリンタのキャリッジにインクカートリッジと共に搭載され、用紙の幅方向すなわち印字主走査方向（図５(a) に示す印字ヘッド１では図の左右方向）に往復移動して印字を実行する。
【００２１】
ところが、近年、情報通信システムの一翼を担うものとしてプリンタの需要が急激に増えており、その需要の増加に伴って印字の高速化の要望が高まっている。一方、上述したシリアル式のプリンタでは、印字を高速に行うためには印字ヘッドとインクカートリッジを主走査方向に高速に往復移動させるか、あるいは印字ヘッドのオリフィス列を長大にする、つまり印字ヘッドを大型化する必要がある。しかし、いずれにしても、現今ビジネス用として一般化しているＡ４判の用紙に高速に印字を行うには、駆動の負荷が大きくなり過ぎて、キャリッジの往復移動の速度を現行よりも上げることは困難である。つまり、シリアル式のプリンタは、高速化が構造的に困難である。
【００２２】
そこで、高速印字にに対応させるためには、ライン式プリンタ用の長尺化（例えばＡ４サイズの用紙に印字する場合は実印字幅が約２１０ｍｍ必要）した印字ヘッドが必要である。
長尺印字ヘッドは、図５(a) の印字ヘッド１を９０度回転させ、その長手方向を延ばして、オリフィス列の長さを用紙幅方向の印字領域の長さと同じになるように形成する。
【００２３】
しかしながら、上記のような長尺のヘッドチップをシリコンウエハで作成するのでは、シリコンウエハは丸いものであるから、６×２５．４ｍｍφ以上の大型のシリコンウエハを用いても、上記のような長尺のヘッドチップは１枚のシリコンウエハからはその直径方向に沿って２個か３個程度しが取れない。したがって極めて歩留りが悪く高価なものとなって問題がある。
【００２４】
そこで、シリコンウエハの代わりにガラス基板を用いることが提案されており、これであると基板に対する取り数の問題は解決する。ところが、上述した駆動回路、発熱抵抗部、共通電極、個別配線電極、隔壁、インク供給溝、インク供給孔等が設けられて表面に複雑な凹凸部が形成されている特に上記のような大きなガラス基板上に多数形成される長尺のヘッドチップの表面（つまり隔壁の上面）に厚さ数十μｍのオリフィス板用薄膜体を均等に貼り付けるのは、従来の丸いシリコンウエハの上の小さく区切られたチップ基板の上に貼り付けるのとは異なり、作業がなかなか困難である。
【００２５】
図７(a) 〜(e) は、そのような作業の困難性を解決すべく提案されている長尺印字ヘッドの製造方法を示す図である。この製造方法は、先ず、同図(a) に示すように、支持ガラス基板４１上に、有機樹脂材料を塗布して硬化させて、後にオリフィスが形成されるオリフィス板となる硬化後の膜厚が数十μｍのオリフィス板層４２を形成する。
【００２６】
次に、このオリフィス板層４２上に、同図(b) に示すように、接着剤を塗布して乾燥させて乾燥後の膜厚が２〜５μｍの接着剤層４３を形成する。これにより、支持ガラス基板４１上にオリフィス板層４２と接着剤層４３が積層された支持体基板Ａが得られる。
【００２７】
続いて、同図(c) に示すように、本体ガラス基板４５上に内部構成４４が既に形成されて凹凸のある表面をなしている本体基板Ｂの上に、天地を逆にした支持体基板Ａを加圧、熱処理によって貼り付ける。
尚、上記の本体基板Ｂは、図では内部構成４４を均一な構成部分であるように示しているが、実際には、図５(b) に示したと同様の拡散層からなる駆動回路、厚さ１０００Å〜４５００Åの発熱抵抗部、厚さ０．５〜２．５μｍの多層構造の電極配線（共通電極、個別配線電極）及び高さ１０μｍの隔壁が本体ガラス基板４５上に配置されていて全体的に凹凸のある表面を形成しており、更に本体ガラス基板４５の表面( 内部構成４４が設けられている面) 側には、インク供給溝が凹設され、このインク供給溝に連通して基板裏面に貫通するインク供給孔が形成されているものである。
【００２８】
上記に続いて、同図(c) に示す支持ガラス基板４１を、同図(d) に示すように除去する。この処理はレジストを本体ガラス基板４５の露出面つまり底面と四方の側面に塗布してから例えばフッ酸によるウェトエッチングなどで支持ガラス基板４１のエッチングを行って除去する。これにより、サイズの大きなチップ基板でも、オリフィス板（オリフィス板層４２）を容易に貼設できると考えられた。尚、同図(d) に示す支持ガラス基板４１が除去されたオリフィス板層４２の上には、この後、同図(e) に示すように、メタルマスク層４６を形成し、これをパターン化し、このパターンに従ってエッチングして、オリフィスを形成する。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように支持ガラス基板を用いる方法は、確かにサイズの大きなチップ基板にオリフィス板（オリフィス板層４２）を容易に貼設できるが、上述したようにオリイス板は厚さ数十μｍ程度の樹脂薄膜であり且つ硬度がないこともあって、貼り付けの際に撓みや皺が発生して均一な貼り付けが難しく、インク供給溝部分におけるオリフィス板の落ち込みなども発生してインク供給の流れを阻害するという不具合もあり、不良品が発生して歩留りが悪いという問題があった。
【００３０】
また、将来解像度が更に微細化するに応じてインク流路の高さやオリフィス板の厚さ等を変化させていく必要があると思われるが、現在ではオリフィス板となるポリイミドフィルムの厚さには一定の制約あって自在に変更することが出来ないという問題もある。
【００３１】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、撓み、皺、落ち込み等が発生しない且つ自在な厚さのオリフィス板の形成が可能なインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
先ず、請求項１記載の発明のインクジェットプリンタヘッドの形成方法は、薄膜体を支持体上に覆設する工程と、上記支持体上に覆設された上記薄膜体上に接着剤を被着する工程と、上記薄膜体を加工するためのマスクを上記接着剤上に被着する工程と、上記マスクをパターン加工する工程と、エッチングにより上記接着剤を上記マスクパターンに則って加工し、更に該マスクパターンンに則って上記薄膜体をハーフエッチングして上記薄膜体にオリフィス板を形成する工程と、上記マスクを除去する工程と、インクを吐出させるための印字素子が形成された基板に上記オリフィス板を形成された上記薄膜体の上記接着剤面を張り合わせる工程と、上記支持体を除去する工程と、上記オリフィス板にインク吐出用のオリフィスを形成する工程と、よりなる。
【００３３】
上記オリフィスを形成する工程は、例えば請求項２記載のように、高密度プラズマによるドライエッチングである。
次に、請求項３記載の発明のインクジェットプリンタヘッドの形成方法は、薄膜体を支持体上に覆設する工程と、上記支持体上に覆設された前記薄膜体上に接着剤を被着する工程と、上記薄膜体を加工するためのマスクを上記接着剤上に被着する工程と、上記マスクをパターン加工する工程と、エッチングにより上記接着剤を上記マスクパターンに則って加工し、更に該マスクパターンンに則って上記薄膜体をハーフエッチングして上記薄膜体にオリフィス板を形成する工程と、上記マスクを除去する工程と、上記オリフィス板にインク吐出用のオリフィスを形成する工程と、インクを吐出させるための印字素子が形成された基板に上記オリフィス板と上記オリフィスとを形成された上記薄膜体の上記接着剤面を張り合わせる工程と、上記支持体を除去する工程と、よりなる。
【００３４】
上記オリフィスを形成する工程は、例えば請求項４記載のように、レーザ光によるエッチングである。そして、上記いずれの場合も、上記支持体を除去する工程は、例えば請求項５記載のように、上記支持体を溶解して又は剥離して除去する工程である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１(a) 〜(i) 及び図２(a) 〜(d) は、第１の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法を示す図である。尚、図１(i) は、同図(h) の丸Ｃで示す部分の拡大図である。
【００３６】
先ず、図１(a) に示すように、本例におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法は、ガラス又はアルミニュウム（Ａｌ）などから成る支持体４９に、ポリイミドなどの有機樹脂材料を例えばスピンコート法又はローラコート法等で極薄に塗布し、この塗布した有機樹脂材料層を硬化させて、厚さ２０〜５０μｍ程度の薄膜層５０を形成する。ポリイミドなどの有機系樹脂には熱硬化型あるいは紫外線硬化型の両タイプがあるが、いずれのタイプのものを用いてもよい。
【００３７】
続いて、同図(b) に示すように、上記薄膜層５０の上に、接着剤層５１を形成する。この接着剤層５１の材料としては、接着剤として一般的な熱可塑性のポリイミド樹脂を用いるのが好ましい。この熱可塑性のポリイミド樹脂を用いて例えばスピンコート法などで薄膜層５０の上に塗布し、乾燥後の膜厚が１〜１０μｍ程度になるように形成する。尚、この接着剤層５１は、これより後の工程で薄膜層５０を本体基板上に貼設する際に用いられる。
【００３８】
続いて、その接着剤層５１の上に、同図(c) に示すように、上記薄膜層５０を加工するためのマスク用のメタル層５２をスパッタ法などで蒸著する。このメタル層５２の厚さは０．５〜１μｍ程度とし、メタル材にはＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡｌなどを用いることができる。
【００３９】
このメタル層５２の上に、同図(d) に示すように、マスク用のレジスト層５３をスピンコート法などで厚さ１〜３μｍ程度に塗布する。そして、そのレジスト層５３に、 フォトリソグラフィー技術を用いて、同図(e) に示すように、インク流路（図５(b) のインク流路１６参照）と同一形状のレジストマスクパターン５３−１を形成する。
【００４０】
このレジストマスクパターン５３−１に従ってウェット又はドライエツチングにより、同図(f) に示すように、メタル層５２に、レジストマスクパターン５３−１と同一形成のメタルマスクパターン５２−１を形成し、この後、剥離液又は酸素プラズマアッシングなどにより、同図(g) に示すように、レジスト層５３を除去して、上記形成されたメタル層５２の面を露出させる。この同図(f) 及び同図(g) の段階で、メタルマスクパターン５２−１の中に、接着剤層５１の表面が外部に露出する。
【００４１】
尚、図では上記の接着剤層５１の厚さを薄膜層５０の厚さとさほど違わぬ厚さで示しているが、実際には接着剤層５１の厚さは薄膜層５０の厚さに比較すると１／１０程度と無視できる程度に薄いものである。以下の説明では、接着剤層５１の厚さは除外して説明する。
【００４２】
上記に続いて、高密度プラズマエッチング装置により、同図(h) 及び同図(i) に示すように、接着剤層５１及び薄膜層５０を、メタルマスクパターン５２−１に従ってドライエッチングにより、深さｄ１にハーフエッチングする。これにより、薄膜層５０には、ハーフエッチングで穿設された深さｄ１の将来インク流路５４となるべき空間部と、ハーフエッチングのため穿設されずに残った厚さｄ２の将来オリイス板５０−１となる部分、及びマスクによって初めから穿設されなかった高さｄ１の将来隔壁５０−２となるべき部分が同時に形成される。
【００４３】
尚、上記の高密度プラズマ源としては、図６(a),(c) に示したヘリコン波エッチング装置あるいはＥＣＲ、ＩＣＰ、ＴＣＰなどが上げられる。上記のヘリコン波エッチング装置による処理の一例としての各設定条件を以下に示す。
薄膜層材：ポリイミド（厚さ＝３０μｍ）
加工装置：ヘリコン波エッチング装置
ヘリコン波エッチング装置のパラメータ
ソースパワー：１０００Ｗ
バイアスパワー：５００Ｗ
コイルインナー電流：３５Ａ
コイルアウター電流：４０Ａ
プロセスガス：ガス酸素（流量＝５０ｓｃｃｍ）
プロセス圧：０．５Ｐａ
ステージ温度：−３０℃（Ｈｅ冷却式）
基板固定方法：メカチャック式
プラズマ発生位置からステージまでの距離：５０ｃｍ
エッチングレート：２．０μｍ／ｍｉｎ
面内分布：１０％以内（直径１５０ｍｍ）
プロセス時間：５分
上記の条件で処理することにより、インク流路５４の深さｄ１が１０μｍ、オリフィス板５０−１部分の厚さｄ２が２０μｍで、薄膜層５０が加工される。
【００４４】
この後、ウェットまたはドライエツチングにより、メタル層５２を除去して、図２(a) に示すように、接着剤層５１を露出させる。そして、同図(b) に示すように、上記の支持体４９、薄膜層５０、及び接着剤層５１からなる中間体５５の天地を逆にして図１(a) 〜図２(a) までは下向きとなっていた支持体４９の下面を上向きにし、それまで上向きであった接着剤層５１の面を下向きにして、ガラス又はセラミックス等の基板５６の上に発熱抵抗体５７と、その発熱部５７−１、共通電極５８と個別配線電極５９、更にインク供給溝６１とインク供給孔６２が形成されているメイン基板６０の上に重ね、真空下で加圧・熱処理して、接着剤層５１により中間体５５をメイン基板６０の面（端部の共通電極５８と個別配線電極５９の面）に貼り合わせる。
【００４５】
この後、ウェットエツチング等により、同図(c) に示すように、支持体４９を除去して、薄膜層５０の平坦な面を露出させる。これにより、薄膜層５０による図１(h),(i) に示した深さ（図２(c) では高さ）ｄ１のインク流路５４と高さｄ１の隔壁５０−２がメイン基板６０の上に形成されると共に、インク流路５４の上方に厚さｄ２のオリフィス板５０−１が形成される。
【００４６】
この後、図２(d) に示すように、薄膜層５０の上に、マスク用メタル層としてＴｉまたはＡｌのメタル薄膜６３を厚さ＝５０００〜１００００Å程度に形成し、特には図示しないが、レジスト層の塗布と、そのパターン化と、フォトリソグラフィーによって、マスクパターン６３−１を加工し、このマスクパターン６３−１に従ってドライエッチングを行って、薄膜層５０のオリフィス板５０−１の部分に、オリフィス６４を形成して、印字ヘッド６５が完成する。
【００４７】
このように、上記第１の実施の形態によれば、必要とするオリフィス板の厚さと隔壁の厚さとを合わせた厚さの薄膜層を支持体の上に形成してハーフエッチングによりオリフィス板と隔壁とインク流路を形成するので、インク流路の高さやオリフィス板の厚さを自在に設定することが出来るようになる。
【００４８】
また、オリフィス板と隔壁とが当初から一体であるので、隔壁間におけるオリフィス板の貼設状態が常に安定していて、従来のようにオリフィス板を単体で隔壁上に貼設する場合に比較して、作業が容易であると共に弛みや皺が発生する不具合が解消されて、印字ヘッド製造の歩留りが向上する。
【００４９】
ところで、上記第１の実施の形態では、インク流路と隔壁とオリフィス板とを形成した薄膜層をメイン基板に貼り合わせた後に、ドライエッチングでオリィスを形成しているが、上記のように薄膜層をメイン基板に貼り合わせる前に、例えばエキシマレーザなどを用いて、薄膜層のオリフィス板部分にオリフィスを形成するようにしても良い。
【００５０】
図３(a),(b),(c) は、第２の実施の形態としての、薄膜層をメイン基板に貼り合わせる前にオリフィスを形成する例を説明する図である。同図(a) に示すように、図２(a) に示した中間体５５の状態で、直ちに、マスク６６とレーザ装置６７により、オリフィス板５０−１にオリフィス６８を穿設する。このとき、レーザによる穿設孔の特徴として、オリフィス６８は底の抜けたすり鉢状に形成される。
【００５１】
この後、図２(b) の場合と同様に中間体５５の天地を逆にして、図３(b) に示すようにメイン基板６０の上に重ね、圧力と熱を加えて、同図(c) に示すように貼りつけて、支持体４９を除去する。これにより、オリフィス板５０−１には、先端を切除された円錐の形状をしたオリフィス６８が配置される。このような円錐状のオリフィスは、インクの吐出特性が安定していることが経験上判明している。
【００５２】
尚、上記の図１(h),(i) に示した工程では、薄膜層５０にインク流路と隔壁とオリフィス板を形成する際に、ヘリコン波エッチング装置のパラメータのバイアスパワーを５００Ｗに設定して、酸素イオンによる物理的エッチングとラジカル原子を利用して化学エッチングを併用しているが（図６(c) の酸素イオン３７及びラジカル原子３８参照）、バイアスパワーを０Ｗ（バイアス電源をオフ）にして、ラジカル原子３８のラジカル反応による化学的エッチングを主力にしたエッチングを行うようにしても良い。
【００５３】
図４(a) は、ヘリコン波エッチング装置のバイアスパワーを５００Ｗに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図であり、同図(b) は、バイアスパワーを０Ｗに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図である。同図(a) は、図１(h),(i) 又は図２(a) の中間体５５を再掲したものであり、この図４(a) に示すように、バイアスパワーを５００Ｗにしてエッチングした場合ではオリフィス板と隔壁との境界部分は垂直な形状で加工される。他方、バイアスパワーを０Ｗでエッチングした場合は、図４(b) に示すように、オリフィス板と隔壁との境界部分はＲ９０°の範囲で傾斜面６９が形成される。
【００５４】
尚、上記実施の形態では、いずれも、支持体４９を溶解（ウエットエツチング）して除去するように説明しているが、支持体４９は溶解して除去すると限るものではない。例えば薄膜層５０ほどには薄くなく、上記実施の形態の場合のように剛体でもない、つまり薄膜層５０よりは厚くて且つ柔軟性があるような素材を用いて支持体を構成し、この面に、弱接着性の接着剤を介して薄膜層５０を形成し、図２(b) から同図(c) となる支持体除去の工程では、支持体４９を薄膜層５０から剥離するようにしてもよい。このようにすれば、エッチングの場合のように、メイン基板６０の周囲に保護レジストを設ける必要が無く、作業能率が向上する。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、必要とするオリフィス板の厚さと隔壁の厚さとを合わせた厚さの薄膜層を支持体の上に形成してハーフエッチングによりオリフィス板と隔壁とインク流路を形成するので、インク流路の高さやオリフィス板の厚さを自由に設定することが可能となる。
【００５６】
また、オリフィス板と隔壁とが当初から一体であるので、隔壁間におけるオリフィス板の貼設状態が常に安定していて、従来のようにオリフィス板を単体で隔壁上に貼設する場合に比較して、作業が容易であると共に弛みや皺が発生する不具合が解消されて、印字ヘッド製造の歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) 〜(h) は第１の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法を示す図であり、(i) は(h) の丸Ｃで示す部分の拡大図である。
【図２】 (a) 〜(d) は第１の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの形成方法を示す図１に続く図である。
【図３】 (a),(b),(c) は第２の実施の形態としての薄膜層をメイン基板に貼り合わせる前にオリフィスを形成する例を説明する図である。
【図４】 (a) はヘリコン波エッチング装置のバイアスパワーをオンに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図、(b) はバイアスパワーをオフに設定してエッチングを行った場合のオリフィス板と隔壁との境界部分の形状を示す図である。
【図５】 (a) は従来のインクジェットプリンタヘッドのインク吐出面を模式的に示す平面図、(b) はそのＡ−Ａ′断面矢視図、(c) はこのインクジェットプリンタヘッドが製造されるシリコンウェハを示す図である。
【図６】 (a) はオリフィスを加工するヘリコン波エッチング装置を模式的に示す図、(b) はそのウエハ固定用ステージの平面図、(c) は(a) の部分拡大図である。
【図７】 (a) 〜(e) は従来の大型ガラス基板による長尺印字ヘッドの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１ 印字ヘッド
２ シリコンウェハ
３ オリフィス列
４ オリフィス
５ ヘッドチップ
６ 駆動回路
７ 抵抗発熱部
８ 個別配線電極
９ 給電用端子
１１ 共通電極
１２ 隔壁
１３ インク供給溝
１４ インク供給孔
１５ オリフィス板
１６ インク流路
１７ メタルマスク
１８ プロセスチャンバー
１９ ウエハ固定用ステージ
２１ 支持台
２２ 接地側交流電源
２３ 低温サーキュレータ
２４ 冷媒ガス
２５ 冷媒送入ポンプ
２６ 冷媒送入路
２７ 冷媒吹き出し口
２８ 酸素プラズマ
２９ マグネット
３１ ソースチャンバー
３２ アンテナ
３３ インナーコイル
３４ アウターコイル
３５ パイプライン
３６ ソースパワーサプライ
３７ 酸素イオン
３８ ラジカル原子
４１ 支持ガラス基板
４２ オリフィス板層
４３ 接着剤層
４４ 内部構成
４５ 本体ガラス基板
Ａ 支持体基板
Ｂ 本体基板
４９ 支持体
５０ 薄膜層
５０−１オリフィス板
５０−２ 隔壁
５１ 接着剤層
５２ メタル層
５２−１ メタルマスクパターン
５３ レジスト層
５３−１ レジストマスクパターン
５４ インク流路
５５ 中間体
５６ 基板
５７ 発熱抵抗体
５７−１ 発熱部
５８ 共通電極
５９ 個別配線電極
６０ メイン基板
６１ インク供給溝
６２ インク供給孔
６３ メタル薄膜
６３−１ マスクパターン
６４ オリフィス
６５ 印字ヘッド
６６ マスク
６７ レーザ装置
６８ オリフィス
６９ 傾斜面
Claims (5)
- 薄膜体を支持体上に覆設する工程と、
前記支持体上に覆設された前記薄膜体上に接着剤を被着する工程と、
前記薄膜体を加工するためのマスクを前記接着剤上に被着する工程と、
前記マスクをパターン加工する工程と、
エッチングにより前記接着剤を前記マスクパターンに則って加工し、更に該マスクパターンに則って前記薄膜体をハーフエッチングして前記薄膜体にオリフィス板を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
インクを吐出させるための印字素子が形成された基板に、前記オリフィス板を形成された前記薄膜体の前記接着剤面を張り合わせる工程と、
前記支持体を除去する工程と、
前記オリフィス板にインク吐出用のオリフィスを形成する工程と、
よりなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの形成方法。 - 前記オリフィスを形成する工程は、高密度プラズマによるドライエッチングであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの形成方法。
- 薄膜体を支持体上に覆設する工程と、
前記支持体上に覆設された前記薄膜体上に接着剤を被着する工程と、
前記薄膜体を加工するためのマスクを前記接着剤上に被着する工程と、
前記マスクをパターン加工する工程と、
エッチングにより前記接着剤を前記マスクパターンに則って加工し、更に該マスクパターンに則って前記薄膜体をハーフエッチングして前記薄膜体にオリフィス板を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記オリフィス板にインク吐出用のオリフィスを形成する工程と、
インクを吐出させるための印字素子が形成された基板に前記オリフィス板と前記オリフィスとを形成された前記薄膜体の前記接着剤面を張り合わせる工程と、
前記支持体を除去する工程と、
よりなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの形成方法。 - 前記オリフィスを形成する工程は、レーザ光によるエッチングであることを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタヘッドの形成方法。
- 前記支持体を除去する工程は、前記支持体を溶解して又は剥離して除去する工程であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットプリンタヘッドの形成方法。
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