JP4261904B2

JP4261904B2 - Method for manufacturing substrate for ink jet recording head, and method for manufacturing ink jet recording head

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Publication number: JP4261904B2
Application number: JP2002379638A
Authority: JP
Inventors: 真照井; 和宏早川
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Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2009-05-13
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法、およびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、液体（インク）を吐出する微細な吐出口（以下、「オリフィス」と称す。）、それに通じる液流路、およびその液流路の一部に設けられた、インクを吐出させるための圧力を発生する吐出圧力発生部を複数備えている。そして、このようなインクジェット記録ヘッドを用いて高品位の画像を得るためには、オリフィスから吐出されるインクの液滴の体積、吐出速度を各オリフィスについて常に同じにすることが望ましい。これを達成する記録方法として、特開平４−１０９４０号〜特開平４−１０９４２号公報には、吐出圧力発生部に備えられる吐出圧力発生素子として電気熱変換素子を用い、これに記録情報に対応して駆動信号を印加して、インクに核沸騰を越える急激な温度上昇を生じさせる熱エネルギーを発生させ、それによってインク内に気泡を発生させ、この気泡を外気と連通させてインク液滴を吐出させる方法が開示されている。
【０００３】
この記録方法においては、その吐出されるインク液滴の体積が、吐出口の面積および吐出圧力発生素子とオリフィスとの距離（以下、「ＯＨ距離」と称す。）によってほぼ決まってくる。そこで、このような記録方法を実現するためのインクジェット記録ヘッドにおいては、より微小なインク液滴を吐出し、それによってより高精細な記録を可能にするため、ＯＨ距離を短くすることが求められている。また、吐出されるインク液滴の体積を精度よく所望の体積にするために、ＯＨ距離を正確に、また再現性良く設定できることが必要である。
【０００４】
従来、インクジェット記録ヘッドの製造方法としては、種々の方法が知られている。例えば、特開昭５７−２０８２５５号公報および特開昭５７−２０８２５６号公報には、吐出圧力発生素子が形成された基板上にインク流路およびオリフィス部からなるノズルを、感光性樹脂材料を使用してパターン形成し、この上にガラス板などの蓋を接合する方法が記載されている。また、特開昭６１−１５４９４７号公報には、強アルカリや有機溶剤などの液体によって溶解させることができる樹脂によってインク流路パターンを基板上に形成し、このパターンをエポキシ樹脂などで被覆してこの樹脂を硬化させ、基板を切り出した後、溶解可能な樹脂によって形成したパターンを溶出させて除去する方法が記載されている。
【０００５】
これらの製造方法は、いずれも、気泡の成長方向とインクの吐出方向とが異なる（ほぼ垂直）、すなわち、オリフィスが、吐出圧力発生素子の、インクと接する面にほぼ平行な方向に向かって開口しているタイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法である。このタイプのヘッドにおいては、オリフィスは基板の端部に配置され、したがって、基板の切断位置によって吐出圧力発生素子とオリフィスとの距離が設定されることになる。このため、これらの製造方法においては、吐出圧力発生素子とオリフィスとの距離を制御する上で、切断精度が非常に重要なファクターとなる。基板の切断は、ＩＣウエハーを切断する方法として公知であるダイシングソーなど、機械的手段を用いて行うことが一般的である。このような加工方法では、吐出させる微小なインク液滴の大きさを精度よく所定の大きさにする上で求められる程度に高い精度で安定して再現性の良い加工を実現することは難しい。
【０００６】
一方、気泡の成長方向と吐出方向とがほぼ同じ、すなわちオリフィスが吐出圧力発生素子の、インクと接する面に対向して配置されたタイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法としては、例えば、特開昭５８−８６５８号公報に記載された方法がある。この製造方法では、基体と、オリフィスが開口されるオリフィスプレートとなるドライフィルムとをパターニングされた別のドライフィルムを介して接合し、その後、フォトリソグラフィーによってオリフィスを形成している。また、特開昭６２−２６４９５７号公報には、吐出圧力発生素子が形成された基板と電鋳加工によって製造されたオリフィスプレートとをパターニングされたドライフィルムを介して接合する方法が記載されている。これらの製造方法では、基板とオリフィスプレートとの間に配置されるドライフィルムの高さを所定の高さに設定することによって、ＯＨ距離を高精度に再現性良く設定することができる。
【０００７】
しかし、これらの方法では、いずれもオリフィスプレートを、例えば２０μｍ以下のように非常に薄くかつ均一に作成することは困難である。また、たとえ非常に薄いオリフィスプレートを作成できたとしても、吐出圧力発生素子が形成された基板との接合工程はオリフィスプレートの脆弱性のためにきわめて困難となる。また、溶解可能な樹脂によってインク流路パターンを形成し、その上に被覆樹脂層を形成する方法を用い、この被覆樹脂層によって、オリフィスが開口される部分を構成する方法を用いても、この被覆樹脂層を極端に薄くするのは困難である。
【０００８】
このように、オリフィスプレート、あるいはオリフィスが開口される部分を構成する被覆樹脂層の厚さは極端に薄くするのは困難であるのに対して、吐出圧力発生素子はかなり薄くできる。したがって、通常、インク流路の高さＬＨ（吐出圧力発生素子が形成され、インク流路の、オリフィスが開口される壁面に対向する壁面を構成する、基板の表面と、オリフィスが開口される壁の内面との間の距離）と、インク吐出口の吐出面（オリフィスが開口される壁の外面）と吐出圧力発生素子の上面との距離である前述のＯＨ距離とは、ＯＨ≧ＬＨの関係にある。
【０００９】
したがって、従来の製造方法で得られるインクジェット記録ヘッドでは、ＯＨ距離を短くするためには、同時に、インク流路の高さＬＨを低くする必要がある。このようにインク流路の高さＬＨを低くすると、インクを吐出させた後、吐出圧力発生素子の部分にインクを再充填する、すなわちリフィルするのにかかる時間が長くなり、記録速度を速くするなどの目的で吐出周波数を高くするのが困難になるという問題が生じる。
【００１０】
このような問題に対し、従来、インクのリフィル速度を速くするために、各インク流路へと通じるインク供給口をできるだけ吐出圧力発生素子に近づける、すなわち、高さの低いインク流路を短くするという対応が成されていた。しかし、インク供給口の形成精度に限界があることや、インクを吐出させる際に生じる圧力などが多数配列されたノズル間で伝播して、インクの吐出が不安定になる、いわゆるクロストークを防止するという、インク流路としての役割を充分に果たさせる必要があることなどから、インク流路の長さを短くするのには自ずと限界があり、この方法では、根本的な問題解決には至らなかった。
【００１１】
これに対して、インク供給口の形成精度を高める方法が、特開平６−２３８９０４号公報に示されている。この方法では、基板の表側の、インク供給口の開口部となる部分に基板の表側から高精度に溝を加工し、これに基板裏面から形成した溝を接続して、インク供給口を、基板を貫通するスルーホールとして形成している。この方法によれば、吐出圧力発生素子が形成される、基板の表側から溝を形成しており、この溝の縁が最終的にインク供給口の縁となるため、インク供給口の縁を吐出圧力発生素子に対して精度良く所定の位置に形成することができる。このため、インク流路の長さを短く設定することが可能になる。また、このようにインク供給口の形成精度を高めることによって、各インク流路の長さを精度良く均一に所定の長さにして、各ノズルのインピーダンスが同じになるようにすることができる。その結果、各ノズルで達成可能な吐出周波数の上限がほぼ均一になるようにすることができ、ヘッドの吐出周波数を有効に高めることが可能になる。
【００１２】
また、ＯＨ距離を短くしてもヘッドの吐出周波数を高めることができるようにする方法が、特開平１０−３４９２８号公報、および特開平１０−９５１１９号公報に開示されている。この方法では、インク流路内に設けられた吐出圧力発生素子が形成された部分に対して、基板表面の他の部分を彫り込んで低くし、結果として、ＯＨ≦ＬＨとなるようにしている。したがって、この方法によれば、ＯＨ距離を短くしても、インク流路は、その断面積を十分に広くして、抵抗を小さくすることができ、結果として、ヘッドの吐出周波数を高くして高速記録を可能とすることができる。なお、この方法においても、ＯＨ距離は、基板上に樹脂などによって形成することができるノズル形成部材を精度良く形成することによって、高精度に再現性良く設定することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２３８９０４号公報には、基板の表側の面から形成した溝と裏側の面から形成した溝を接続することによって、インク供給口を、基板を貫通するスルーホールとして形成する方法が開示されていものの、この溝の、すなわちインク供給口の表面を保護する方法は示されていない。すなわち、基板として、一般的に用いられているシリコン基板を使用した場合、不用意にインク供給口を形成したのでは、インク供給口の側壁を構成するシリコン表面に、アルカリ性のインクに対する耐性を持たせることができない。
【００１４】
また、基板の表側の面と基板の裏側の面のそれぞれの溝を結晶異方性エッチングにより形成し、アルカリに対する耐性の高い＜１１１＞面を露出させたとしても、表側の面から形成した溝と裏側の面から形成した溝の接続部に形成される、２つの＜１１１＞面からなる凸部には、アルカリ性のインクに対する耐性を得ることが出来ない。また、２つの＜１１１＞面からなるこの凸部は、異方性エッチングにおけるエッチングレートが＜１１１＞面に比べて速く、このため、この凸部を所望のパターンを有するように形成するのは困難である。これは、異方性エッチングに限られた問題ではなく、ウエットエッチングを行った場合には、シリコンの表面が交わって形成される凸部でエッチングが進みやすいため、所望の形状を得ることが非常に難しい。
【００１５】
また、特開平１０−３４９２８号公報および特開平１０−９５１１９号公報には、基板の、インク流路の底面を構成する部分を吐出圧力発生素子が形成された部分よりも低くするために、基板を彫り込むことが記載されているが、彫り込んだ部分の表面を保護する方法は示されていない。このため、同様に、彫り込んだ部分の表面には、インクに対する耐性を必ずしも得ることができない。また、これらの公報には、基板の表側の面から彫り込んだ部分に接続するように、基板の裏面側からスルーホールとしてインク供給口を形成することが記載されている。この場合、やはり、基板の表側の面の彫り込んだ部分と基板の裏側の面から形成した供給口の交わる部分に生ずる凸部、すなわち、インク供給口の、基板の表側の面での開口の縁では、エッチングレートが速くなる。このため、インク供給口をウエットエッチングによって開口する場合には、インク供給口の開口の縁の形状を所望の形状にすることは困難であり、再現性も低い。特に、例えば、基板表面に、インク流路となる部分に沿って彫り込みを形成した場合、インク流路とインク供給口が交差する部分で、インク供給口の縁が丸くなってしまうといったことになり、このため、設計自由度が低くなってしまう。
【００１６】
さらに、基板表面に彫り込みを形成し、その後、ノズルを構成する部材の形成や、吐出圧力発生素子やその駆動回路などの半導体回路の形成などを行い、その後に、基板裏面からインク供給口を開口する場合、インク供給口を開口する工程では、ノズルを構成する部材や半導体回路にダメージを与えないようにする必要がある。このため、インク供給口を、ＫＯＨ、ＴＭＡＨのような強アルカリの薬液を使用する、高精度に加工することが可能な結晶異方性エッチングを用いて形成するのが困難になる。一方、サンドブラストやレーザー除去のような方法でインク供給口を開口する場合、これらの方法ではゴミが発生し、特に、近年求められているように微細なノズルを形成する場合には、このようにして発生したゴミがノズルつまりの原因となる危惧がある。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、基板の一方の面から彫り込んだ溝と、基板の一方の面の裏面から彫り込んだ溝とを接続して供給口を形成する工程を有する、インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法において、供給口の縁の形状を高精度に再現性良く形成することができる製造方法およびインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記のようなインクジェット記録ヘッドの製造方法によって、供給口の、基板の一方の面での開口の縁部における彫り込みにおいても、インクに対して高い耐性を有するインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明によるインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法は、インクを供給するための供給口を備えたインクジェット記録ヘッドに用いられるインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法において、
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、複数のエネルギー発生素子が設けられた一方の面の供給口が設けられる領域に部分的に設けられた第１の溝と、第１の溝を被覆するように前記一方の面に設けられたパッシベイション膜と、を有する基板を用意する工程と、
基板の一方の面の裏面から基板をエッチングすることにより、供給口となる第２の溝を形成して、被エッチング領域を基板の一方の面に到達させた後、第２の溝の幅を広げ、第１の溝を構成するシリコン基板の一部を除去して、パッシベイション膜のうち前記一方の面から第１の溝の一部までを一連して被覆していた部分を露出させる工程と、
パッシベイション膜のうち、第２の溝に露出した部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明のインクジェット記録ヘッド用基体を用いて製造したインクジェット記録ヘッドにおいて、基板の一方の面での供給口の縁は、基板の一方の面から形成した第１の溝の縁になる。したがって、この供給口の縁は、基板の一方の面に形成する他の構成、例えば吐出圧力発生素子などに対して、直接相対位置を定めることができ、精度良く所定の位置に形成することができる。
【００２２】
これらのことから、本発明のインクジェト記録ヘッド用基板を用いて作製されるインクジェット記録ヘッドは、各ノズルについて、インクの供給径路のコンダクタンスを揃え、迅速で安定したリフィルが行われるものとすることができる。
【００２３】
また、この供給口の縁部において、基板の一方の面から第１の溝を形成することによって形成される彫り込みの部分には、パッシベイション膜が形成されているので、インクに対して高い耐性を有するようにすることができる。また、基板の一方の面の裏面から形成する第２の溝を、その側面に、アルカリに対する耐性の高い＜１１１＞面を表出させる結晶異方性エッチングによって形成すれば、この面についても、インクに対して高い耐性を有するようにすることができ、インクジェット記録ヘッド全体をインクに対した高い耐性を有するものとすることができる。
【００２４】
本発明のインクジェット記録ヘッド用基体において、基板の一方の面に形成する第１の溝は、複数並んで配置された吐出圧力発生部に対して、複数の吐出圧力発生部に亘って延びる構成としてもよいし、複数設けられた吐出圧力発生部のそれぞれに対して１つずつ設けてもよい。後者の場合、各液流路の間を仕切る流路壁を、各第１の溝の間の領域にまで延ばすことができ、流路壁の長さを長くして、クロストークが生じるのを防止することができる。
【００２６】
パッシベイション膜としては、無機膜、例えば、ＳｉＯ_X膜、ＳｉＮ_X膜、あるいはこの両方の膜を積層した膜を用いることができる。また、パッシベイション膜はポリエーテルアミドから構成してもよい。基板としては、結晶方位面が＜１００＞または＜１１０＞のものを用いることが可能で、このような基板を用いることによって、基板の一方の面の裏面からの第２の溝の形成を結晶異方性エッチングによって行い、第２の溝の側面に、アルカリに対して高い耐性を有する面を表出させることができる。
【００２９】
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複数備えた基板と、エネルギー発生素子に対応して設けられた流路と連通し、インクを吐出するための吐出口と、流路に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において、
エネルギー発生素子が設けられた一方の面の供給口が設けられる領域に部分的に設けられた第１の溝と、第１の溝を被覆するように前記一方の面に設けられたパッシベイション膜と、を有する基板を用意する工程と、
第１の溝が形成された基板上に流路の形状の流路形成層を設ける工程と、
流路形成層を被覆するように、基板上に流路の壁となるノズル形成層を設ける工程と、
ノズル形成層に吐出口を形成する工程と、
基板の一方の面の裏面から基板をエッチングすることにより、第２の溝を形成して、被エッチング領域を基板の一方の面に到達させた後、第２の溝の幅を広げ、第１の溝を構成するシリコン基板の一部を除去して、パッシベイション膜のうち前記一方の面から第１の溝の一部までを一連して被覆していた部分を露出させる工程と、
パッシベイション膜のうち、第２の溝に露出した部分を除去する工程と、
流路形成層を除去する工程と、
を有することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１〜１０を参照して、本発明の第１の実施形態の、インクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。図１〜９は、製造工程を時系列に示す模式図であり、各図の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図を示している。図１０は、図９に示す完成した状態のインクジェット記録ヘッドを、ノズル形成層を取り除いた状態で示す平面図である。
【００３２】
本実施形態において製造するインクジェット記録ヘッドは、図９，１０に示すように、インク（液体）を吐出させる圧力を発生する吐出圧力発生素子として、インクを加熱し発泡させて圧力を発生するヒーター（電気熱変換素子）１１０が形成された基板１を有している。なお、基板１には、ヒーター１１０を駆動するためのトランジスタなどを含む半導体回路や、記録ヘッドを記録装置本体側と電気的に接続するのための電極パッドが形成されているが、図面を分かりやすくするため、各図においては図示を省略している。
【００３３】
基板１には、スルーホールとしてインク供給口１０９が開口されており、ヒーター１１０は、このインク供給口１０９の両側に配置されている。図面では、分かりやすくするために、ヒーター１１０は３つのみを図示しているが、本実施形態の製造方法では、さらに多数のヒーター１１０を有するインクジェット記録ヘッドを製造できる。これらのヒーター１１０は、インク供給口１０９の両側にそれぞれ一列に並んで所定のピッチで配置され、両側の列におけるヒーター１１０の並びは半ピッチだけずれている。基板１上には、インク供給口１０９側から各ヒーター１１０上へと延びる流路１０７と、各ヒーター１１０の表面に対面する位置に開口したオリフィス、すなわち吐出口１０６とからなるノズルを形成するノズル形成層１０５が形成されている。
【００３４】
以下、本実施形態の製造工程について順を追って説明する。
【００３５】
本実施形態においては、基板１として結晶方位が＜１００＞のシリコン基板を用いた。そして、まず、この基板１上に、図１に示す表面エッチングマスク層２および裏面エッチングマスク層９９となるＳｉＮ_X膜を１００ｎｍ成膜した。次に、基板１の表側の窒化シリコン膜上にフォトリソグラフィプロセスにより所定のパターンのフォトレジストを形成した。そしてこのフォトレジストをマスクとして、窒化シリコン膜に対して、ＣＦ₄ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、ついで、フォトレジストを剥離した。これによって、図１（ａ）に示すように、基板１の表側の面上に、後の工程でヒーター１１０の各列を形成する部分の、インク供給口１０９寄りの部分に、ヒーター１１０の各列に沿って延びる開口を有する表面エッチングマスク層２を形成した。
【００３６】
次に、表面エッチングマスク層２をマスクとして結晶異方性エッチングを行い、基板１の表側の面に溝１００を形成した。この結晶異方性エッチングでは、エッチング液としてＴＭＡＨを、８３℃、濃度２２％の条件で用いた。この際のエッチングのレートは０．６８μｍ／ｍｉｎであった。
【００３７】
次に、図２に示すように、両側の各溝１００の外側に、各溝１００の長手方向に沿ってヒーター１１０を形成した。また、インク供給口１０９を後述するようにエッチングによって開口する際に溶解される材料からなる犠牲層１２０を両溝１００の間の、溝１００の長さ方向にヒーター１１０の列の全長以上に亘って延びる矩形の領域に形成した。本実施形態では、犠牲層１２０としては、ポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）を用い、これをフォト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って、所定の領域内に形成した。犠牲層１２０の膜厚は３０００Åとした。
【００３８】
次に、基板１の表側の面にＳｉＯ_Xを成膜し、これをパターニングして、図３に示すように保護膜（パッシベイション膜）９５を形成した。保護膜９５は、各溝１００の内面と、犠牲層１２０の上面および側面を覆っている。また、前の工程で基板１の裏面に形成したＳｉＮ_X膜、すなわち裏面エッチングマスク層９９を、犠牲層１２０の直下の領域を含む所定の領域を占める開口を形成するようにパターニングした。
【００３９】
次に、ノズルを形成するための工程として、図４に示すように、後工程においてエッチングして除去することにより流路１０７（図９参照）となる流路形成層１０４を形成した。流路形成層１０４は、犠牲層１２０および各溝１００上を覆う中央の領域と、この領域から各ヒーター１１０上へと延びる、それぞれ間に間隔を置いた領域とを有している。流路形成層１０４の、各ヒーター１１０上へと延びる領域間の間は、最終的に各流路１０７間を仕切る流路壁となる。なお、この流路形成層１０４として例えば樹脂を用いる場合、基板１の表側の面に形成した溝１００の深さと面積を調節することによって流路形成層１０４の膜厚に対して、溝１００が設けられていることによる影響を抑え、膜厚分布を向上させることが可能になる。
【００４０】
次に、図５に示すように、流路形成層１０４上にさらにノズル形成層１０５を形成した。ノズル形成層１０５には、各ヒーター１１０の上方に吐出口１０６を開口した。吐出口１０６は、フォトリソグラフィー技術などによって形成することができる。
【００４１】
次に、裏面エッチングマスク層９９をマスクとして結晶異方性エッチングを行い、図６に示すように、基板１の裏側の面から溝５を形成した。この結晶異方性エッチングを行うに際しては、ノズル形成層１０５を保護することを目的として、環化ゴムなどよりなる樹脂によって基板１の表面および外周部を被覆することが望ましい。エッチング液としては、ＴＭＡＨを、濃度２２％、８３℃の条件で用いた。このエッチングによって、犠牲層１２０は容易にエッチングされ、一方、ＳｉＯからなる保護膜９５は、このエッチングに対して耐性を有しており、エチングされることなく残される。
【００４２】
この際、本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、基板１の裏面からエッチングして溝５を形成する際、この溝５が、基板１の表側の面で、犠牲層１２０を形成した領域内で開口するようにしている。すなわち、こうなるように、基板１の裏面での、裏面エッチングマスク層９９の開口を形成する領域と、基板１の表側の面での、犠牲層１２０を形成する領域を調整している。
【００４３】
次に、さらに結晶異方性エッチングを続けることにより、溝５の幅を広げた。そして、図７に示すように、溝５を、基板１の表側の面側に形成した溝１００に接続するまで広げた。すなわち、保護膜９５の、溝１００の内面に形成した部分を、溝５内に露出させた。
【００４４】
次に、図８に示すように、ＳｉＯ_X膜からなる保護膜９５の、溝５内に露出した部分を基板１の裏面側からバッファード沸酸によりエッチングして除去した。
【００４５】
最後に、図９に示すように流路形成層１０４を溶解させて除去した。この際、前述のように、ノズル形成層１０５を保護するために環化ゴムなどよりなる樹脂を被覆していた場合には、流路形成層１０４を良好に効率的に除去するために、事前にこの樹脂を除去しておくのが望ましい。
【００４６】
最終的に流路形成層１０４を除去することによって、基板１の表側から形成した溝１００と、裏側から形成した溝５とが接続されてインク供給口１０９が形成され、また、このインク供給口１０９側から各吐出口１０６へと延びる流路１０７が形成される。インク供給口１０９の側壁の、流路１０７に沿った方向の断面形状は、異方性エッチングによって傾斜した側壁を有するように形成された２つの溝１００，５が接続されることによって、「く」の字型に折れ曲がった形状を有している。そして、このように断面形状が「く」の字型になった凸部の上面は保護膜９５によって覆われている。
【００４７】
以上説明した本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、インク供給口１０９の、基板１の表側の面での縁の位置は、基板１の表側から形成した溝１００の縁の位置によって設定できる。この溝１００は、基板１の表側に形成したヒーター１１０などの配置パターンに対して、同じ表側の面から直接アライメントして形成しているので、相対的な形成位置を容易に正確に設定することができる。また、基板１の表側は、半導体回路を形成する面であり、結晶欠陥の非常に少ない面であるので、この面に形成した溝１００は、寸法精度を高くするのが非常に容易である。これらのことから、溝１００の縁の位置は、したがって、インク供給口１０９の、基板１の表側の面での開口の縁の位置は非常に正確に設定することが可能となり、このため、インク供給口１０９の開口のこの縁からヒーター１１０の中心までの距離Ｌ１（図９，１０参照）を、非常に精度良く設定することができる。
【００４８】
ところで、本実施形態におけるように、基板に対して、異方性エッチングによって裏面よりスルーホールを形成する場合には、スルーホールの、基板の表側の面での開口の大きさが、基板の結晶欠陥、基板の厚みやオリフラ角度のばらつき、エッチング液濃度のばらつき、および、半導体工程における高温熱処理の影響などのためにばらついてしまうことがある。このために、スルーホールとして形成したインク供給口の、基板の表側の面での開口の大きさに、ノズルの並び方向にばらつきが生じた場合、各吐出圧力発生素子とインク供給口との間の距離（以下ＣＨ距離と称する。）にばらつきが生じることになり、各吐出エネルギー発生素子へのインクのリフィル特性が不均一になってしまう。このようなインクのリフィル特性のばらつきは、インクジェット記録ヘッドの動作周波数特性に多大な影響を及ぼす。すなわち、ＣＨ距離が長いノズルではインクのリフィルが遅くなり、このノズルにおいては、インクが充填された状態で次のインク吐出が行われるようにできる、動作周波数の上限が低くなる。このため、インクジェット記録ヘッドの動作周波数は、このＣＨ距離が長く、動作周波数の上限が低いノズルに合わせて比較的低くする必要が生じ、すなわち律速されてしまう。
【００４９】
これに対して、本実施形態の製造方法では、図６を参照して前述したように、基板１の裏面からのエッチングにおいて、形成される溝５の、基板１の表側での開口の縁が、犠牲層１２０を形成した領域内に位置するようにしている。したがって、エッチングを進めていくにつれて広がっていく、溝５の、基板１の表側での開口の縁は、基板１の表側に、エッチングに対して容易に溶解する犠牲層１２０が形成された領域と、耐性のある保護膜９５が形成された領域の境界部を通ることになる。この構成では、エッチングの過程で、上述のようにエッチング速度に多少のばらつきがあって、溝５の、基板１の表側での開口の大きさに多少の歪みが生じたとしても、この開口が広がっていく過程で、開口の縁が、一旦、犠牲層１２０と保護膜９の境界のところで揃えられるようにすることができる。すなわち、犠牲層１２０の働きによって、エッチングされている部分の端部が直線からずれた形状になる、また、製造を行う毎に、エッチング開始から同じ時間の間に形成される端部の位置がずれてしまうなどの、エッチング速度のばらつきによる影響を抑え、補正することができる。
【００５０】
そして、溝５を広げていくことによって、最終的に溝５と溝１００とを接続させている。この際、上述のように、犠牲層１２０の働きによってエッチング速度のばらつきの影響が抑えられるため、溝５は、溝１００に、その長さ方向に亘ってほぼ同時に、同様に接続させることができた。また、溝５と溝１００の接続部には凸部が形成されるが、この凸部は、その上面が保護膜９５によって覆われている。このため、従来技術におけるように、この凸部において、他の部分に比べてエッチングレートが速くなり、形状が損なわれるという現象も起きない。これらのことから、本実施形態の製造方法によれば、溝５を溝１００に接続させることによって形成される凸部を高精度に再現性良く形成することができる。また、したがって、この凸部からヒーター１１０の中心までの距離Ｌ２（図９，１０参照）を高精度に調整することができ、各ノズル間でのばらつきも小さく抑えることができる。
【００５１】
このように、本実施形態の製造方法によれば、各ノズルについて、インク供給口１０９から流路１０７へ至るインク供給経路を高精度に再現性良く所定の形状にすることができ、そのノズル間でのばらつきも小さく抑えることができる。このため、各ノズルに至るインクの供給経路のコンダクタンスを各ノズル間で揃えることができ、高い周波数でインクを吐出することができる、したがって高速記録を行うことができるインクジェット記録ヘッドを精度良く製造することができる。実際、本実施形態にしたがって試作したインクジェット記録ヘッドでは、全ノズルにおいて、２５ｋＨｚの吐出周波数で良好にインクを吐出することができ、すなわち吐出周波数の上限が２５ｋＨｚ以上であることを確認できた。
【００５２】
また、本実施形態によれば、基板１の裏側から形成した溝５と、基板１の表側から形成した溝１００との接続部に形成される凸部には、その上面に保護膜９５が形成されている。このため、この凸部では、従来技術におけるようにインクに対する耐性が低くなるのを抑えることができる。そして、溝５を結晶異方性エッチングによって形成し、したがって、その側面に、アルカリに対する耐性の高い＜１１１＞面を形成していることと合わせて、本実施形態のインクジェット記録ヘッドにおけるインク供給径路は、例えばアルカリインクなどを使用しても、インクに対して高い耐性を有しており、インクにシリコンが溶出することはほとんどない。実際、本実施形態にしたがって試作したインクジェット記録ヘッドに対して、インクを充填して保存試験を行い、試験後のインクを分析したが、問題となるレベルの、シリコンなどの溶出は認められなかった。
【００５３】
また、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、基板１の表側から形成した溝１００の内面全体を保護膜９５によって覆っている。このため、溝１００を等方性ウエットエッチングや、異方性あるいは等方性のドライエッチングによって形成しても、インクに対して高い耐性を有するようにすることができる。また、この保護膜９５には、基板１の表側の面に形成された半導体回路などを保護する機能を果たさせることもできる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、基板１の裏側から溝５をエッチングする際、基板１の表側に保護膜９５が形成されているため、半導体回路等が形成された基板１の表側の面にエッチング液が接触することはない。したがって、半導体回路等に悪影響を与えることなく、異方性エッチングを行うことができる。そして、このような、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、サンドブラストやレーザー除去のような方法でインク供給口を形成する場合に比べて、ゴミの発生を抑えることができる。実際、本実施形態にしたがって試作したインクジェット記録ヘッドに対して、耐久試験を行った結果、１０⁹回までインク吐出を行っても、ゴミ詰まりなどの問題が生じることはなく、安定してインクを吐出させることができた。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、インクに対して高い耐性を有し、また、各ノズルにおけるインク供給特性を揃えることができ、したがって、インクを安定して精度良く供給できるインクジェット記録ヘッドを製造することができた。
【００５６】
なお、本実施形態において、基板１としては、その表面の結晶方位面が＜１００＞のものを用いる例を示したが、結晶方位面が＜１１０＞のものを用いてもよい。後者の場合にも、結晶異方性エッチングによって、基板１の裏面から、側面に結晶方位＜１１１＞の、インクに対する耐性の高い面を有する溝を形成することができる。また、基板１の裏側からの溝５の形成は、異方性のないウエットエッチングによって行ってもよく、この場合にも、基板１の表側から形成した溝１００との間に形成される凸部の形状を再現性良く高精度に調整することができる。
【００５７】
基板１の表側から形成する溝１００は、結晶異方性エッチングによって形成する例を示したが、等方性のウエットエッチング，等方性のドライエッチング、異方性のドライエッチングを用いて形成してもよい。いずれの場合でも、前述のように、この溝１００の内面には、保護膜９５を形成するため、インクに対して高い耐性を持たせることができる。
【００５８】
裏面エッチングマスク層９９としては、ＳｉＮ_X膜を用いる例を示したが、ＳｉＯ_Xを用いてもよい。犠牲層１２０としては、多結晶シリコン膜を用いる例を示したが、溝５を形成するためのウエットエッチングによって容易に溶解される他の膜を用いることができ、例えば、アルミによって形成してもよい。
【００５９】
保護膜９５としては、ＳｉＯ_X膜を形成する例を示したが、溝５を形成するためのウエットエッチングに対して、特に、結晶異方性エッチングに用いる、ＫＯＨ,ＴＭＡＨのような強アルカリの薬液に対して耐性のある他の膜を用いることができる。保護膜９５としては、より具体的には、ＳｉＯ_X膜の他、ＳｉＮ_X膜を用いてもよく、また、ＳｉＯ_X膜とＳｉＮ_X膜の２層から形成してもよい。また、ポリエーテルアミドによって形成した膜なども保護膜９５として用いることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、図１１〜２０を参照して、本発明の第２の実施形態の、インクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。図１１〜１９は、製造工程を時系列に示す模式図であり、各図の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図を示している。図２０は、図１９に示す完成した状態のインクジェット記録ヘッドを、ノズル形成層を取り除いた状態で示す平面図である。これらの図において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付している。また、各図においては、第１の実施形態におけるのと同様に、分かりやすくするために、ノズルは３つのみを示しており、基板１上に形成されたヒーター１１０を駆動するためのトランジスタなどを含む半導体回路や、記録ヘッドを記録装置本体側と電気的に接続するのための電極パッドなどは図示を省略している。
【００６１】
本実施形態において製造するインクジェット記録ヘッドは、図１９，２０に示すように、第１の実施形態と同様、インク供給口１０９がスルーホールとして形成され、このインク供給口１０９の両側にヒーター１１０が形成された基板１を有している。そして、基板１上には、各ヒーターの上方に開口する吐出口１０６と、インク供給口１０９側から各吐出口１０６へと延びる流路１６０とからなるノズルを形成するノズル形成層１０５が形成されている。本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドでは、この流路１６０は、インク供給口１０９側の端部の底面がインク供給口１０９側に向かって斜め下方に傾斜した形状を有しており、すなわち彫り込み部が形成されている。
【００６２】
ところで、近年、インクジェット記録ヘッドについては、吐出するインクのドット径を小さくして高画質の画像を出力させる技術が開発されてきている。吐出するインクドット径を小さくする方法としては、吐出口の大きさを小さくすることと、ＯＨ距離を短くすることが１つの方法として上げられる。しかし、吐出口を小さくした場合、ゴミが吐出口に詰まりやすくなるとい問題が生じる。このため、ヘッド部材のクリーン化、ヘッドの製造現場のクリーン化などを、より高いレベルで実施する必要が生じ、それには大変なコストがかかる。このようにヘッドの製造の効率性の観点からは、吐出口面積はあまり小さくせず、むしろ大きなままとして、ＯＨ距離を短くすることによってインクドット径を小さくすることが望まれる。そのようにすることにより、ゴミつまりを生じにくくできるばかりでなく、ヒーターから吐出口へのインクの経路の抵抗が小さくなるため、インクを吐出させる圧力が小さくて済み、ヒーターを小さくすることが可能になる。それによって、ヘッドの昇温を抑えることができ、吐出前のインク中に含まれる水分がヘッドの外へと蒸発して、吐出口付近のインクの粘度が高くなり、次回のインク吐出時に、インクが吐出されにくくなるといった現象を抑えることが可能になる。
【００６３】
しかしながら、本実施形態におけるように、ヒーター１１０に対向する位置に吐出口１０６が配置されているインクジェット記録ヘッドにおいて、単純にＯＨ距離を短くした場合には、流路１６０の高さが低くなってしまう。このために、各ノズルにおけるリフィルが遅くなり、記録ヘッドの動作周波数の上限が確実に低くなってしまう。
【００６４】
これに対して、本実施形態において製造するインクジェット記録ヘッドでは、流路１６０に、インク供給口１０９側の端部で底面がインク供給口１０９側に向かって低くなるように彫り込み部を設けており、これによって、流路１６０の流抵抗を小さくすることができる。このため、ＯＨ距離を短くしても、リフィルを速くすることができ、記録ヘッドの動作周波数の上限を高く維持することができる。また、この構成では、流路１６０の長さを短くすることなく、その抵抗を小さくすることができるので、インク吐出時にヒーター１１０によって発生する圧力が他のノズルのインクに振動を生じさせるなど、他のノズルからのインク吐出に悪影響を与える、いわゆるクロストークも起こりにくい。
【００６５】
以下、本実施形態の製造工程について順を追って説明する。
【００６６】
本実施形態においては、基板１として結晶方位面が＜１００＞のシリコン基板を用いた。そして、まず、この基板１上に、図１１に示す表面エッチングマスク層３および裏面エッチングマスク層９９となるＳｉＮ_X膜を１００ｎｍ成膜した。そして、基板１の表側のＳｉＮ_X膜上にフォトリソグラフィプロセスにより所定のパターンのフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとして、ＳｉＮ_X膜に対して、ＣＦ₄ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、次いで、フォトレジストを剥離して、所定のパターンの表面エッチングマスク層３を形成した。本実施形態では、この表面エッチングマスク層３には、図１１（ａ）に示すように、各流路１６０（図１９参照）の底面となる位置にそれぞれ開口を形成した。
【００６７】
次に、この表面エッチングマスク層３をマスクとして結晶異方性エッチングを行い、基板１の表側の面に溝１０１を形成した。したがって、溝１０１は、各流路１６０の底面となる位置に、各ノズル毎に形成されている。なお、この結晶異方性エッチングでは、エッチング液としてＴＭＡＨを、８３℃、濃度２２％の条件で用いた。この際のエッチングのレートは０．６８μｍ／ｍｉｎであった。
【００６８】
次に、図１２に示すように、各溝１０１の、インク供給口１０９（図１９参照）側となる側とは反対側の位置に、ヒーター１１０を形成した。また、犠牲層１２０を、両側に形成されるノズルに対応して、両側に１列ずつ並んで配置された溝１０１の両列の間の、両列の並び方向にヒーター１１０の列の全長以上に亘って延びる矩形の領域に形成した。本実施形態では、犠牲層１２０としては、ポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）を用い、これをフォト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って、所定の領域内に形成した。犠牲層１２０の膜厚は３０００Åとした。
【００６９】
次に、基板１の表側の面にＳｉＯ_Xを成膜し、これをパターニングして、図１３に示すように保護膜（パッシベイション膜）９５を形成した。保護膜９５は、各溝１０１の内面と、犠牲層１２０の上面および側面を覆っている。また、前の工程で基板１の裏面に、堆積させて形成したＳｉＮ_X膜、すなわち裏面エッチングマスク層９９を、犠牲層１２０の直下の領域を含む所定の領域を占める開口を形成するようにパターニングした。
【００７０】
次に、ノズルを形成するための工程として、図１４に示すように、後の工程においてエッチングして除去することにより流路１６０（図１９参照）となる流路形成層１１４を形成した。本実施形態においては、流路形成層１１４の、犠牲層１２０上の中央の領域から、各ヒーター１１０上へと延びる領域への分岐点は、各溝１０１よりも犠牲層１２０の中央寄りの位置に位置している。したがって、溝１０１は、最終的に各流路壁の間の領域に、すなわち流路１０７の底面に位置することになる。なお、本実施形態においては、各溝１０１の深さは、第１の実施形態における溝１００と同じにしたが、溝１０１の面積は溝１００の面積よりも小さい。このため、流路形成層１０４を樹脂を塗布して形成した際、その膜厚分布は、第１の実施形態におけるよりも容易に均一にすることができた。
【００７１】
次に、図１５に示すように、流路形成層１０４上にさらにノズル形成層１０５を形成した。ノズル形成層１０５には、各ヒーター１１０の上方に吐出口１０６を開口させた。
【００７２】
次に、裏面エッチングマスク層９９をマスクとして結晶異方性エッチングを行い、図１６に示すように溝５を形成した。この結晶異方性エッチングを行うに際しては、ノズル形成層１０５を保護することを目的として、環化ゴムなどよりなる樹脂によって基板１表面と外周部を被覆することが望ましい。エッチング液としては、ＴＭＡＨを、濃度２２％、８３℃の条件で用いた。このエッチングによって、犠牲層１２０は容易に溶解され、一方、ＳｉＯからなる保護膜９５は、このエッチングに対して耐性を有しており、エッチングされることなく残される。
【００７３】
この際、本実施形態では、図１６（ｂ）に示すように、基板１の裏面からエッチングして形成した溝５の、基板１の表側の面での開口が、犠牲層１２０を形成した領域内に位置するようにしている。
【００７４】
次に、さらに結晶異方性エッチングを続けることにより、図１７に示すように、溝５が基板１の表側の面に形成した溝１０１に接続するまで溝５の幅を広げた。すなわち、保護膜９５の、溝１０１の内面に形成した部分を、溝５内に露出させた。
【００７５】
次に、図１８に示すように、ＳｉＯ_X膜からなる保護膜９５の、溝５内に露出した部分を基板１の裏面側からバッファード沸酸によりエッチングして除去した。
【００７６】
最後に、図１９に示すように、流路形成層１０４を溶解させて除去した。この際、前述のように、ノズル形成層１０５を保護するために、環化ゴムなどよりなる樹脂を被覆していた場合には、流路形成層１０４を効率的に良好に除去するために、事前にこの樹脂を除去しておくのが望ましい。
【００７７】
最終的に流路形成層１０４を除去することによって、基板１の表側から形成した溝１００と、裏側から形成した溝５とが接続されてインク供給口１０９が形成され、また、このインク供給口１０９側から各吐出口１０６へと延びる流路１６０が形成される。この流路１６０の、インク供給口１０９側の縁の部分には、最初に基板１の表側に形成した溝１０１の一部が残されており、これによって、底面がインク供給口１０９側に向かって窪んだ部分が形成されている。この窪んだ部分の表面には保護膜９５が形成されている。この流路１６０の、インク供給口１０９側に向かって窪んだ部分はインク供給口１０９に接続され、この接続部は流路１０７に沿った方向の断面形状が「く」の字型に折れ曲がった形状になっており、すなわち、流路１６０とインク供給口１０９のこの接続部には、凸部が形成されている。
【００７８】
以上説明した本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、流路１６０における、インク供給口１０９側の端部の彫り込み部の、基板１の表側の面での縁の位置は、基板１の表側から形成した溝１０１の縁の位置によって設定できる。この溝１０１は、基板１の表側に形成したヒーターなどのパターンに対して、同じ表側の面から直接アライメントして形成しているので、相対的な形成位置を容易に正確に設定することができる。また、基板１の表側は、半導体回路を形成する面であり、結晶欠陥の非常に少ない面であるので、この面に形成した溝１０１は、寸法精度を高くするのが非常に容易である。これらのことから、溝１０１の縁の位置は、したがって、流路１６０における、インク供給口１０９側の端部の彫り込み部の、基板１の表側の面での開口の縁の位置は非常に正確に設定することが可能となり、このため、この彫り込み部のこの縁からヒーター１１０の中心までの距離Ｌ１’（図９，１０参照）を非常に精度良く設定することができる。
【００７９】
また、本実施形態の製造方法においても、基板１の裏面からのエッチングにおいて、形成される溝５の、基板１の表側での開口の縁が、犠牲層１２０を形成した領域内に位置するようにしている。したがって、第１の実施形態において説明したのと同様に、基板の結晶欠陥、基板の厚みやオリフラ角度のばらつき、エッチング液濃度のばらつき、および、半導体工程における高温熱処理の影響などのために、形成される溝５の、基板１の表側での開口の縁が直線からずれた形状になるといった影響を犠牲層１２０の働きによって抑え、補正することができる。このため、溝５を各溝１０１に同時に、同様に接続することができた。
【００８０】
また、溝５と溝１０１の接続部に形成される凸部において、その上面に保護膜９５が形成されているので、この部分でエッチングレートが速くなり、形状が損なわれるという現象も発生しない。このため、本実施形態によれば、インク供給口１０９と流路１６０の接続部を高精度に再現性良く形成することができる。したがって、インク供給口１０９と流路１６０との接続部からヒーター１１０の中心までの距離Ｌ２’（図１９，２０参照）を高精度に調整することができる。また、各流路１６０間の流路壁についても、そのインク供給口１０９側の端部の形状を再現性良く高精度に調整することができる。
【００８１】
このように、本実施形態の製造方法によれば、各流路１６０の、インク供給口１６０側の端部に再現性良く高精度に彫り込み部を形成することができ、したがって、各流路１６０の形状を精度良く均一にして、そのコンダクタンスを揃えることができる。また、各流路１６０の、インク供給口１６０側の端部に彫り込み部を形成することによって、ＯＨ距離を短く設定したとしても、各流路１６０の抵抗を小さく抑えることができる。このため、高い周波数でインクを吐出することができる、したがって高速記録を行うことができるインクジェット記録ヘッドを精度良く製造することができる。実際、本実施形態にしたがって試作したインクジェット記録ヘッドでは、全ノズルにおいて、６０ｋＨｚの吐出周波数で良好にインクを吐出させることができ、すなわち吐出周波数の上限が６０ｋＨｚ以上であることを確認できた。比較実験として、彫り込み部のない流路を有する以外は本実施形態のヘッドと同様の構成のヘッドにおいて吐出周波数を確認したところ、４５ｋＨｚであり、彫り込み部を形成することによって、吐出周波数の上限を高めることができることを確認できた。
【００８２】
また、本実施形態の製造方法によれば、上述のように、流路壁についても、そのインク供給口１０９側の端部の形状を再現性良く高精度に調整することができ、このため、クロストークが生じるのを防止することができる。実際、本実施形態にしたがって試作した、ノズルのピッチが６００ｄｐｉ（４２．５μｍ間隔）のインクジェット記録ヘッドでは、インク吐出に際してクロストークが生じないことを確認できた。
【００８３】
また、本実施形態においても、各流路１６０とインク供給口１０９との接続部に形成される凸部には、その上面に保護膜９５が形成されており、また、インク供給口１０９の側面には、異方性エッチングによって＜１１１＞面が形成されているので、この凸部は、例えばアルカリインクを用いた場合でも、このインクに対して高い耐性を有している。また、各流路１６０の彫り込み部の表面には保護膜９５が形成されているので、この部分もインクに対して高い耐性を有している。これらのことから、本実施形態によれば、インクに対して高い耐性を有するインクジェット記録ヘッドを製造できる。実際、本実施形態にしたがって試作したインクジェット記録ヘッドに対して、インクを充填して保存試験を行い、試験後のインクを分析したが、問題となるレベルの、シリコンなどの溶出は認められなかった。
【００８４】
また、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、基板１の表側から形成した溝１０１の内面全体を保護膜９５によって覆っている。このため、溝１０１を等方性ウエットエッチングや、異方性あるいは等方性のドライエッチングによって形成しても、インクに対して高い耐性を有するようにすることができる。また、この保護膜９５には、基板１の表側の面に形成された半導体回路などを保護する機能を果たさせることもできる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、基板１の裏側から溝５をエッチングする際、基板１の表側に保護膜９５が形成されているため、半導体回路等が形成された基板１の表側の面にエッチング液が接触することはない。したがって、半導体回路などに悪影響を与えることなく、異方性エッチングを行うことができる。そして、このような、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、サンドブラストやレーザー除去のような方法でインク供給口を形成する場合に比べて、ゴミの発生を小さく抑えることができる。実際、本実施形態にしたがって試作したインクジェット記録ヘッドに対して、耐久試験を行った結果、１０⁹回までインク吐出を行っても、ゴミ詰まりなどの問題が生じることはなく、安定してインクを吐出させることができることが確認された。
【００８６】
以上のように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、インクに対して高い耐性を有し、また、各ノズルにおけるインク供給特性を揃えることができ、したがって、インクを安定して精度良く供給できるインクジェット記録ヘッドを製造することができた。
【００８７】
なお、本実施形態においても、基板１としては、その表面の結晶方位面が＜１００＞のものの他、結晶方位面が＜１１０＞のものを用いてもよい。また、基板１の裏側からの溝５の形成は、異方性のないウエットエッチングによって行ってもよい。基板１の表側から形成する溝１０１は、結晶異方性エッチングの他、等方性のウエットエッチング，等方性のドライエッチング、異方性のドライエッチングを用いて形成してもよい。裏面エッチングマスク層９９としては、ＳｉＮ_X膜の他、ＳｉＯ_X膜を用いてもよい。犠牲層１２０としては、多結晶シリコン膜の他、アルミによって形成したものを用いてもよい。保護膜９５としては、ＳｉＯ_X膜、ＳｉＮ_X膜、ＳｉＯ_X膜とＳｉＮ_X膜の２層からなる膜、ポリエーテルアミドによって形成した膜などを用いることができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、供給口が基板のスルーホールとして形成され、基板の一方の面での供給口の開口の縁部において、基板の一方の面に彫り込みが設けられたインクジェット記録ヘッドを、この彫り込みの部分の形状を再現性良く高精度に所定の形状に形成して製造することができる。したがって、本発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドは、高精細な記録を可能とするため、ＯＨ距離を短くしても、インクの供給経路の流抵抗を小さく抑えて、迅速なリフィルが行われるものとすることができる。また、彫り込みの形状を各ノズルに対して均一にすることができ、安定したリフィルが行われるようにすることができる。これらのことから、本発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドは、高精細な記録を行うことができ、かつ、安定して高速に記録を行うこともできる。
【００８９】
また、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、彫り込みの部分の形状を再現性良く高精度に所定の形状にすることができるので、この部分やその周辺の構成の設計の自由度を高めることができる。また、本発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドは、彫り込みの部分にパッシベイション膜が形成されており、したがって、インクに対する耐性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の、インクジェット記録ヘッドの製造方法における一工程を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図２】図１とは異なる他の工程を示す模式図である。
【図３】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図４】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図５】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図６】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図７】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図８】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図９】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図１０】図１〜９に示す工程を経て作製されたインクジェット記録ヘッドの、ノズル形成層を取り除いた状態で示す平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の、インクジェット記録ヘッドの製造方法における一工程を示す模式図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図１２】図１とは異なる他の工程を示す模式図である。
【図１３】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図１４】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図１５】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図１６】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図１７】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図１８】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図１９】図１とは異なるさらに他の工程を示す模式図である。
【図２０】図１１〜１９に示す工程を経て作製されたインクジェット記録ヘッドの、ノズル形成層を取り除いた状態で示す平面図である。
【符号の説明】
１基板
２，３表面エッチングマスク層
５，１００，１０１溝
９５保護膜
９９裏面エッチングマスク層
１０４，１１４流路形成層
１０５ノズル形成層
１０６吐出口
１０７，１６０流路
１０９インク供給口
１１０ヒーター
１２０犠牲層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an ink jet recording head.Substrate manufacturing method and inkjet recording headHow to makeTo the lawRelated.
[0002]
[Prior art]
An ink jet recording head applied to an ink jet recording method (liquid jet recording method) is generally a fine discharge port (hereinafter referred to as “orifice”) for discharging liquid (ink), a liquid flow path leading to the fine discharge port, and its There are provided a plurality of discharge pressure generating portions that are provided in a part of the liquid flow path and generate pressure for discharging ink. In order to obtain a high-quality image using such an ink jet recording head, it is desirable that the volume and discharge speed of ink droplets discharged from the orifices are always the same for each orifice. As a recording method for achieving this, JP-A-4-10940 to JP-A-4-10942 use an electrothermal conversion element as a discharge pressure generating element provided in a discharge pressure generating unit, and correspond to the recording information. Then, a drive signal is applied to generate thermal energy that causes the ink to undergo a rapid temperature rise that exceeds nucleate boiling, thereby generating bubbles in the ink and communicating these bubbles with the outside air to create ink droplets. A method of discharging is disclosed.
[0003]
In this recording method, the volume of the ejected ink droplet is substantially determined by the area of the ejection port and the distance between the ejection pressure generating element and the orifice (hereinafter referred to as “OH distance”). Therefore, in an ink jet recording head for realizing such a recording method, it is required to shorten the OH distance in order to discharge smaller ink droplets and thereby enable higher definition recording. ing. Further, in order to accurately set the volume of the ejected ink droplets to a desired volume, it is necessary that the OH distance can be set accurately and with good reproducibility.
[0004]
Conventionally, various methods are known as a method for manufacturing an ink jet recording head. For example, JP-A-57-208255 and JP-A-57-208256 use a photosensitive resin material for a nozzle having an ink flow path and an orifice on a substrate on which a discharge pressure generating element is formed. A method is described in which a pattern is formed and a lid such as a glass plate is joined thereon. JP-A-61-154947 discloses that an ink flow path pattern is formed on a substrate with a resin that can be dissolved by a liquid such as a strong alkali or an organic solvent, and this pattern is covered with an epoxy resin or the like. A method is described in which after the resin is cured and the substrate is cut out, the pattern formed by the soluble resin is eluted and removed.
[0005]
In any of these manufacturing methods, the bubble growth direction and the ink ejection direction are different (substantially perpendicular), that is, the orifice opens in a direction substantially parallel to the surface of the ejection pressure generating element in contact with the ink. The manufacturing method of the type of inkjet recording head. In this type of head, the orifice is disposed at the end of the substrate, and therefore the distance between the discharge pressure generating element and the orifice is set according to the cutting position of the substrate. Therefore, in these manufacturing methods, cutting accuracy is a very important factor in controlling the distance between the discharge pressure generating element and the orifice. The substrate is generally cut using a mechanical means such as a dicing saw known as a method for cutting an IC wafer. In such a processing method, it is difficult to realize stable and highly reproducible processing with high accuracy to the extent required for accurately setting the size of the small ink droplets to be ejected to a predetermined size.
[0006]
On the other hand, as a method of manufacturing an ink jet recording head of the type in which the bubble growth direction and the discharge direction are substantially the same, that is, the orifice is disposed opposite the surface of the discharge pressure generating element that contacts the ink, for example, There is a method described in Japanese Patent No. 58-8658. In this manufacturing method, a substrate and a dry film to be an orifice plate in which an orifice is opened are bonded via another patterned dry film, and then the orifice is formed by photolithography. Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-264957 describes a method of joining a substrate on which a discharge pressure generating element is formed and an orifice plate manufactured by electroforming via a patterned dry film. . In these manufacturing methods, the OH distance can be set with high accuracy and high reproducibility by setting the height of the dry film disposed between the substrate and the orifice plate to a predetermined height.
[0007]
However, in any of these methods, it is difficult to make the orifice plate very thin and uniform, for example, 20 μm or less. Even if a very thin orifice plate can be produced, the bonding process with the substrate on which the discharge pressure generating element is formed becomes extremely difficult due to the fragility of the orifice plate. Further, even if a method of forming an ink flow path pattern with a soluble resin and forming a coating resin layer thereon and using this coating resin layer to form a portion where an orifice is opened, this method can be used. It is difficult to make the coating resin layer extremely thin.
[0008]
As described above, it is difficult to extremely reduce the thickness of the orifice resin plate or the coating resin layer constituting the portion where the orifice is opened, whereas the discharge pressure generating element can be considerably reduced. Therefore, usually, the height LH of the ink flow path (the surface of the substrate constituting the wall surface of the ink flow path opposite to the wall surface where the discharge pressure generating element is formed and the orifice is opened, and the wall where the orifice is opened And the above-mentioned OH distance, which is the distance between the discharge surface of the ink discharge port (the outer surface of the wall where the orifice is opened) and the upper surface of the discharge pressure generating element, OH ≧ LH It is in.
[0009]
Therefore, in the ink jet recording head obtained by the conventional manufacturing method, it is necessary to simultaneously reduce the height LH of the ink flow path in order to shorten the OH distance. If the height LH of the ink flow path is lowered in this way, after the ink is ejected, the time required for refilling the ink into the ejection pressure generating element, that is, the time required for refilling becomes longer, and the recording speed is increased. For this purpose, it becomes difficult to increase the discharge frequency.
[0010]
Conventionally, in order to increase the ink refill speed, the ink supply port leading to each ink flow path is as close as possible to the ejection pressure generating element, that is, the ink flow path having a low height is shortened. The correspondence was made. However, there is a limit to the accuracy of forming the ink supply port, and the pressure generated when ink is ejected propagates between the arranged nozzles, preventing ink discharge from becoming unstable and preventing so-called crosstalk. Because there is a need to fulfill the role of the ink flow path, there is a limit to shortening the length of the ink flow path, and this method does not solve the fundamental problem. It did not come.
[0011]
On the other hand, a method for improving the formation accuracy of the ink supply port is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-238904. In this method, a groove is formed with high accuracy from the front side of the substrate in a portion to be an opening of the ink supply port on the front side of the substrate, and a groove formed from the back side of the substrate is connected to this to connect the ink supply port to the substrate. It is formed as a through hole that penetrates through. According to this method, the groove is formed from the front side of the substrate where the discharge pressure generating element is formed, and the edge of the groove finally becomes the edge of the ink supply port. It can be accurately formed at a predetermined position with respect to the pressure generating element. For this reason, the length of the ink flow path can be set short. In addition, by increasing the accuracy of forming the ink supply port in this way, the length of each ink flow path can be accurately and uniformly set to a predetermined length so that the impedance of each nozzle can be the same. As a result, the upper limit of the discharge frequency that can be achieved by each nozzle can be made substantially uniform, and the discharge frequency of the head can be effectively increased.
[0012]
A method for increasing the ejection frequency of the head even when the OH distance is shortened is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-34928 and 10-95119. In this method, the other portion of the substrate surface is engraved and lowered with respect to the portion where the discharge pressure generating element provided in the ink flow path is formed, and as a result, OH ≦ LH. Therefore, according to this method, even if the OH distance is shortened, the ink channel can have a sufficiently large cross-sectional area to reduce the resistance, and as a result, the ejection frequency of the head can be increased. High-speed recording can be made possible. Also in this method, the OH distance can be set with high accuracy and good reproducibility by accurately forming a nozzle forming member that can be formed of resin or the like on the substrate.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, Japanese Patent Laid-Open No. 6-238904 discloses a method of forming an ink supply port as a through hole penetrating a substrate by connecting a groove formed from the front surface of the substrate and a groove formed from the back surface. However, a method for protecting the surface of the groove, that is, the ink supply port is not shown. That is, when a commonly used silicon substrate is used as the substrate, if the ink supply port is inadvertently formed, the silicon surface constituting the side wall of the ink supply port has resistance to alkaline ink. I can not let you.
[0014]
Moreover, even if the grooves on the front side surface and the back side surface of the substrate are formed by crystal anisotropic etching to expose the <111> surface having high resistance to alkali, the grooves formed from the front side surface The convex portion formed by two <111> surfaces formed at the connecting portion of the groove formed from the back surface cannot be resistant to alkaline ink. In addition, this convex portion composed of two <111> planes has a higher etching rate in anisotropic etching than the <111> plane, and therefore this convex portion is formed to have a desired pattern. Have difficulty. This is not a problem limited to anisotropic etching. When wet etching is performed, it is very easy to obtain a desired shape because the etching easily proceeds at the convex portions formed by the intersection of the silicon surfaces. It is difficult.
[0015]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-34928 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-95119 disclose a substrate in order to make the portion constituting the bottom surface of the ink flow path lower than the portion where the discharge pressure generating element is formed. However, it does not show how to protect the surface of the engraved part. For this reason, similarly, the surface of the engraved portion cannot always have resistance to ink. In addition, these publications describe that an ink supply port is formed as a through hole from the back surface side of the substrate so as to connect to a portion carved from the front surface of the substrate. In this case, the convex portion generated at the intersection of the supply port formed from the engraved portion of the front surface of the substrate and the back surface of the substrate, that is, the edge of the opening of the ink supply port on the front surface of the substrate Then, the etching rate becomes faster. For this reason, when the ink supply port is opened by wet etching, it is difficult to make the edge shape of the opening of the ink supply port a desired shape, and the reproducibility is also low. In particular, for example, when engraving is formed on the surface of the substrate along the portion that becomes the ink flow path, the edge of the ink supply port becomes round at the intersection of the ink flow path and the ink supply port. For this reason, the degree of freedom in design becomes low.
[0016]
Furthermore, engraving is formed on the surface of the substrate, after which the members constituting the nozzle are formed, the semiconductor circuit such as the discharge pressure generating element and its drive circuit is formed, and then the ink supply port is opened from the back of the substrate In this case, in the step of opening the ink supply port, it is necessary not to damage the members constituting the nozzle and the semiconductor circuit. For this reason, it becomes difficult to form the ink supply port using crystal anisotropic etching that uses a strong alkali chemical such as KOH or TMAH and can be processed with high accuracy. On the other hand, when the ink supply port is opened by a method such as sandblasting or laser removal, dust is generated by these methods, particularly when a fine nozzle is formed as required recently. There is a risk that the generated dust will cause nozzle clogging.
[0017]
  Therefore, the object of the present invention is toon the other handGrooves carved from the surface of the boardBack side of one sideInkjet recording head having a step of forming a supply port by connecting a groove carved fromSubstrateManufacturing method that can form the edge shape of the supply port with high accuracy and good reproducibilityLawYoBiiInk jet recording headManufacturing methodIs to provide. Another object of the present invention is to provide an ink jet recording head as described above.Depending on the manufacturing method ofSupply port, substrateon the other handAnother object of the present invention is to provide an ink jet recording head having high resistance to ink even in the engraving at the edge of the opening on the surface.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an ink jet recording head substrate according to the present invention is provided.Manufacturing methodIsIn a method for manufacturing an ink jet recording head substrate used in an ink jet recording head having a supply port for supplying ink,
  A first groove partially provided in a region provided with a supply port on one surface provided with a plurality of energy generating elements, which generates energy used to eject ink; and a first groove Providing a substrate having a passivation film provided on the one surface so as to cover;
  By etching the substrate from the back surface of one surface of the substrate, a second groove serving as a supply port is formed, and after the region to be etched reaches one surface of the substrate, the width of the second groove is reduced. Spreading and removing a part of the silicon substrate constituting the first groove to expose a part of the passivation film that has been continuously covered from the one surface to a part of the first groove. Process,
  Removing a portion of the passivation film exposed to the second groove;
It is characterized by having.
[0021]
  BookIn an inkjet recording head manufactured using the substrate for an inkjet recording head of the invention,on the other handThe edge of the supply port at the surface of the substrateon the other handFormed from the face ofFirstBecome the edge of the groove. Therefore, the edge of this supply portOne sideThe relative position can be determined directly with respect to other components formed in the above, for example, the discharge pressure generating element, and can be formed at a predetermined position with high accuracy.
[0022]
From these facts, the ink jet recording head manufactured using the ink jet recording head substrate of the present invention is such that the conductance of the ink supply path is made uniform for each nozzle so that quick and stable refilling is performed. it can.
[0023]
  AlsoAt the edge of this supply port,on the other handFrom the aspect ofFirstIn the engraved part formed by forming the groove,PassivationSince the film is formed, the ink can have high resistance. Also the boardBack side of one sideForm fromSecondIf the groove is formed by crystal anisotropic etching that exposes a <111> plane having high resistance to alkali on its side surface, this surface can also have high resistance to ink. The entire inkjet recording head can be highly resistant to ink.
[0024]
  In the ink jet recording head substrate of the present invention, the substrateOne sideTo formFirstThe groove may be configured to extend over the plurality of discharge pressure generating units with respect to the plurality of discharge pressure generating units arranged side by side, or one groove is provided for each of the plurality of discharge pressure generating units. May be. In the latter case, the flow path walls separating the liquid flow paths areFirstIt can be extended to the area between the grooves, and the length of the channel wall can be increased to prevent crosstalk.
[0026]
  PaAs the passivation film, an inorganic film such as SiO_XFilm, SiN_XA film or a film obtained by stacking both films can be used. Also, PaThe passivation film may be composed of polyetheramide.. BaseAs the plate, those having a crystal orientation plane of <100> or <110> can be used, and by using such a substrate,Back side of one sidefromSecondGroove formation is performed by crystal anisotropic etching,SecondA surface having high resistance to alkali can be exposed on the side surface of the groove.
[0029]
  Main departureMysterious LeeThe manufacturing method of the ink jet recording head is as follows:A substrate having a plurality of energy generating elements that generate energy used for discharging ink, a flow path provided in correspondence with the energy generating elements, an ejection port for ejecting ink, and a flow In a manufacturing method of an ink jet recording head having a supply port for supplying ink to a path,
  A first groove partially provided in a region where a supply port on one surface provided with an energy generating element is provided, and a passivation provided on the one surface so as to cover the first groove A step of preparing a substrate having a film;
  Providing a flow path forming layer in the shape of a flow path on the substrate on which the first groove is formed;
  Providing a nozzle forming layer which becomes a wall of the flow path on the substrate so as to cover the flow path forming layer;
  Forming a discharge port in the nozzle forming layer;
  The second groove is formed by etching the substrate from the back surface of the one surface of the substrate, the etching region reaches one surface of the substrate, the width of the second groove is increased, and the first groove Removing a part of the silicon substrate that constitutes the groove, exposing a portion of the passivation film that has been covered in series from the one surface to a part of the first groove;
  Removing a portion of the passivation film exposed to the second groove;
  Removing the flow path forming layer;
It is characterized by having.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0031]
(First embodiment)
With reference to FIGS. 1-10, the manufacturing method of the inkjet recording head of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIGS. 1-9 is a schematic diagram which shows a manufacturing process in time series, (a) of each figure shows a top view, (b) shows sectional drawing cut | disconnected along the AA line of (a). Yes. FIG. 10 is a plan view showing the completed inkjet recording head shown in FIG. 9 with the nozzle forming layer removed.
[0032]
As shown in FIGS. 9 and 10, the ink jet recording head manufactured in the present embodiment is a discharge pressure generating element that generates a pressure for discharging ink (liquid). It has a substrate 1 on which an electrothermal conversion element 110 is formed. The substrate 1 is provided with a semiconductor circuit including a transistor for driving the heater 110 and an electrode pad for electrically connecting the recording head to the recording apparatus main body side. For ease of illustration, illustration is omitted in each figure.
[0033]
An ink supply port 109 is opened as a through hole in the substrate 1, and the heaters 110 are arranged on both sides of the ink supply port 109. In the drawing, for ease of understanding, only three heaters 110 are illustrated. However, in the manufacturing method of the present embodiment, an ink jet recording head having a larger number of heaters 110 can be manufactured. These heaters 110 are arranged in a line on each side of the ink supply port 109 at a predetermined pitch, and the arrangement of the heaters 110 in both the lines is shifted by a half pitch. On the substrate 1, a nozzle forming a nozzle including a flow path 107 extending from the ink supply port 109 side to each heater 110 and an orifice opened at a position facing the surface of each heater 110, that is, a discharge port 106. A formation layer 105 is formed.
[0034]
Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described in order.
[0035]
In this embodiment, a silicon substrate having a crystal orientation <100> is used as the substrate 1. First, on this substrate 1, SiN to be the surface etching mask layer 2 and the back surface etching mask layer 99 shown in FIG._XA film was formed to a thickness of 100 nm. Next, a photoresist having a predetermined pattern was formed on the silicon nitride film on the front side of the substrate 1 by a photolithography process. Then, using this photoresist as a mask, CF is applied to the silicon nitride film._FourReactive ion etching was performed using a gas, and then the photoresist was peeled off. As a result, as shown in FIG. 1 (a), each portion of the heater 110 is formed on a portion near the ink supply port 109 in a portion where each row of the heater 110 is formed in a later step on the front surface of the substrate 1. A surface etching mask layer 2 having openings extending along the columns was formed.
[0036]
Next, crystal anisotropic etching was performed using the surface etching mask layer 2 as a mask to form a groove 100 on the front surface of the substrate 1. In this crystal anisotropic etching, TMAH was used as an etchant under conditions of 83 ° C. and a concentration of 22%. The etching rate at this time was 0.68 μm / min.
[0037]
Next, as shown in FIG. 2, the heater 110 was formed outside the grooves 100 on both sides along the longitudinal direction of the grooves 100. Further, a sacrificial layer 120 made of a material that is dissolved when the ink supply port 109 is opened by etching as will be described later is provided over the entire length of the row of heaters 110 between the grooves 100 in the length direction of the grooves 100. It was formed in a rectangular area extending. In the present embodiment, a polysilicon film (polycrystalline silicon film) is used as the sacrificial layer 120, and this is formed in a predetermined region by patterning using a photolithography technique. The thickness of the sacrificial layer 120 was 3000 mm.
[0038]
Next, SiO2 is applied to the front surface of the substrate 1._XWas formed and patterned to form a protective film (passivation film) 95 as shown in FIG. The protective film 95 covers the inner surface of each groove 100 and the upper and side surfaces of the sacrificial layer 120. Also, the SiN formed on the back surface of the substrate 1 in the previous step_XThe film, that is, the back surface etching mask layer 99 was patterned so as to form an opening occupying a predetermined region including a region immediately below the sacrificial layer 120.
[0039]
Next, as a process for forming the nozzle, as shown in FIG. 4, a flow path forming layer 104 to be a flow path 107 (see FIG. 9) was formed by etching and removing in a later process. The flow path forming layer 104 has a central region that covers the sacrificial layer 120 and the grooves 100, and a region that extends from the region to the heater 110 and that is spaced from each other. Between the regions of the flow path forming layer 104 extending onto the heaters 110, the flow path walls that finally partition the flow paths 107 are formed. When, for example, a resin is used as the flow path forming layer 104, the groove 100 is formed with respect to the thickness of the flow path forming layer 104 by adjusting the depth and area of the groove 100 formed on the front surface of the substrate 1. It is possible to suppress the influence of being provided and improve the film thickness distribution.
[0040]
Next, as shown in FIG. 5, a nozzle forming layer 105 was further formed on the flow path forming layer 104. In the nozzle forming layer 105, an ejection port 106 was opened above each heater 110. The discharge port 106 can be formed by a photolithography technique or the like.
[0041]
Next, crystal anisotropic etching was performed using the back surface etching mask layer 99 as a mask, and grooves 5 were formed from the back surface of the substrate 1 as shown in FIG. When performing this crystal anisotropic etching, it is desirable to cover the surface and the outer periphery of the substrate 1 with a resin made of cyclized rubber or the like for the purpose of protecting the nozzle forming layer 105. As an etchant, TMAH was used under the conditions of a concentration of 22% and 83 ° C. By this etching, the sacrificial layer 120 is easily etched, while the protective film 95 made of SiO is resistant to this etching and is left without being etched.
[0042]
At this time, in this embodiment, as shown in FIG. 6B, when the groove 5 is formed by etching from the back surface of the substrate 1, the groove 5 forms the sacrificial layer 120 on the front surface of the substrate 1. An opening is formed in the formed region. That is, the region where the opening of the back surface etching mask layer 99 is formed on the back surface of the substrate 1 and the region where the sacrificial layer 120 is formed on the front surface of the substrate 1 are adjusted so as to be like this.
[0043]
Next, the width of the groove 5 was increased by continuing the crystal anisotropic etching. And as shown in FIG. 7, the groove | channel 5 was extended until it connected to the groove | channel 100 formed in the surface side of the board | substrate 1 surface side. That is, a portion of the protective film 95 formed on the inner surface of the groove 100 was exposed in the groove 5.
[0044]
Next, as shown in FIG._XA portion of the protective film 95 made of a film exposed in the groove 5 was removed by etching with buffered hydrofluoric acid from the back side of the substrate 1.
[0045]
Finally, the flow path forming layer 104 was dissolved and removed as shown in FIG. At this time, as described above, in the case where a resin made of cyclized rubber or the like is coated to protect the nozzle forming layer 105, in order to remove the flow path forming layer 104 effectively and efficiently, It is desirable to remove this resin.
[0046]
Finally, by removing the flow path forming layer 104, the groove 100 formed from the front side of the substrate 1 and the groove 5 formed from the back side are connected to form the ink supply port 109, and this ink supply port A flow path 107 extending from the 109 side to each discharge port 106 is formed. The cross-sectional shape of the side wall of the ink supply port 109 in the direction along the flow path 107 is such that the two grooves 100 and 5 formed so as to have a side wall inclined by anisotropic etching are connected to each other. It has a shape that is bent into a letter shape. In addition, the upper surface of the convex portion having a cross-sectional shape of “<” is covered with a protective film 95.
[0047]
According to the inkjet recording head manufacturing method of the present embodiment described above, the position of the edge of the ink supply port 109 on the front side surface of the substrate 1 depends on the position of the edge of the groove 100 formed from the front side of the substrate 1. Can be set. Since the groove 100 is formed by directly aligning the arrangement pattern such as the heater 110 formed on the front side of the substrate 1 from the same front side surface, the relative formation position can be easily and accurately set. Can do. Further, since the front side of the substrate 1 is a surface on which a semiconductor circuit is formed and is a surface having very few crystal defects, it is very easy to increase the dimensional accuracy of the groove 100 formed on this surface. Accordingly, the position of the edge of the groove 100 and therefore the position of the edge of the opening of the ink supply port 109 on the front surface of the substrate 1 can be set very accurately. A distance L1 (see FIGS. 9 and 10) from the edge of the opening of the supply port 109 to the center of the heater 110 can be set with very high accuracy.
[0048]
By the way, as in the present embodiment, when a through hole is formed on the substrate from the back surface by anisotropic etching, the size of the opening of the through hole on the front surface of the substrate is the crystal of the substrate. Variations may occur due to defects, variations in substrate thickness and orientation flat angle, variations in etchant concentration, and the effects of high-temperature heat treatment in the semiconductor process. For this reason, if the ink supply port formed as a through hole has a variation in the size of the opening on the front surface of the substrate in the nozzle alignment direction, the gap between each discharge pressure generating element and the ink supply port Distance (hereinafter referred to as “CH distance”) varies, and ink refill characteristics to each ejection energy generating element become non-uniform. Such variations in the refill characteristics of the ink greatly affect the operating frequency characteristics of the ink jet recording head. That is, the refilling of the ink is delayed at the nozzle having a long CH distance, and the upper limit of the operating frequency at which the next ink discharge can be performed in this nozzle is reduced. For this reason, the operating frequency of the ink jet recording head needs to be relatively low in accordance with a nozzle having a long CH distance and a low upper limit of the operating frequency, that is, the speed is limited.
[0049]
On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, as described above with reference to FIG. 6, the edge of the opening of the groove 5 to be formed on the front side of the substrate 1 is formed in the etching from the back surface of the substrate 1. The sacrificial layer 120 is located in the region where the sacrificial layer 120 is formed. Therefore, the edge of the opening on the front side of the substrate 1 of the groove 5 that spreads as the etching proceeds advances from the region where the sacrificial layer 120 that is easily dissolved in the etching is formed on the front side of the substrate 1. , It passes through the boundary portion of the region where the resistant protective film 95 is formed. In this configuration, even if there is some variation in the etching rate as described above during the etching process, and the opening of the groove 5 on the front side of the substrate 1 is somewhat distorted, In the process of spreading, the edge of the opening can be once aligned at the boundary between the sacrificial layer 120 and the protective film 9. That is, due to the action of the sacrificial layer 120, the end portion of the etched portion has a shape deviated from a straight line, and the position of the end portion formed during the same time from the start of etching every time manufacturing is performed. It is possible to suppress and correct the influence of variations in the etching rate, such as deviation.
[0050]
Then, by expanding the groove 5, the groove 5 and the groove 100 are finally connected. At this time, as described above, the influence of the variation in the etching rate is suppressed by the action of the sacrificial layer 120. Therefore, the groove 5 can be connected to the groove 100 in the same manner almost simultaneously in the length direction. It was. A convex portion is formed at the connection portion between the groove 5 and the groove 100, and the upper surface of the convex portion is covered with a protective film 95. For this reason, as in the prior art, the phenomenon that the etching rate is increased and the shape is not deteriorated in the convex portion as compared with other portions. From these facts, according to the manufacturing method of the present embodiment, the convex portion formed by connecting the groove 5 to the groove 100 can be formed with high accuracy and good reproducibility. Accordingly, the distance L2 (see FIGS. 9 and 10) from the convex portion to the center of the heater 110 can be adjusted with high accuracy, and variation among the nozzles can be suppressed to a small level.
[0051]
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the ink supply path from the ink supply port 109 to the flow path 107 can be formed with high accuracy and high reproducibility for each nozzle. It is possible to reduce the variation in. Therefore, the conductance of the ink supply path to each nozzle can be made uniform between the nozzles, and an ink jet recording head capable of ejecting ink at a high frequency and thus capable of performing high-speed recording is manufactured with high accuracy. be able to. In fact, it was confirmed that the ink jet recording head prototyped according to the present embodiment was able to discharge ink favorably at a discharge frequency of 25 kHz for all nozzles, that is, the upper limit of the discharge frequency was 25 kHz or more.
[0052]
Further, according to the present embodiment, the protective film 95 is formed on the upper surface of the convex portion formed at the connecting portion between the groove 5 formed from the back side of the substrate 1 and the groove 100 formed from the front side of the substrate 1. Has been. For this reason, in this convex part, it can suppress that the tolerance with respect to an ink becomes low like the prior art. Then, the groove 5 is formed by crystal anisotropic etching, and therefore, the ink supply path in the ink jet recording head of this embodiment is combined with the fact that the <111> surface having high resistance to alkali is formed on the side surface. For example, even if alkaline ink or the like is used, it has high resistance to ink and silicon hardly elutes into the ink. Actually, the ink-jet recording head prototyped according to the present embodiment was filled with ink and subjected to a storage test, and the ink after the test was analyzed, but no elution of silicon or the like at a problematic level was observed. .
[0053]
In the ink jet recording head of this embodiment, the entire inner surface of the groove 100 formed from the front side of the substrate 1 is covered with the protective film 95. For this reason, even if the groove 100 is formed by isotropic wet etching or anisotropic or isotropic dry etching, it is possible to have high resistance to ink. Further, the protective film 95 can also function to protect a semiconductor circuit or the like formed on the front side surface of the substrate 1.
[0054]
Further, in the present embodiment, when the groove 5 is etched from the back side of the substrate 1, the protective film 95 is formed on the front side of the substrate 1. Will not touch. Therefore, anisotropic etching can be performed without adversely affecting the semiconductor circuit or the like. In addition, according to the method of manufacturing the ink jet recording head of this embodiment, it is possible to suppress the generation of dust compared to the case where the ink supply port is formed by a method such as sandblasting or laser removal. Actually, as a result of performing an endurance test on the ink jet recording head manufactured according to the present embodiment, 10⁹Even if the ink was discharged up to once, problems such as dust clogging did not occur, and ink could be discharged stably.
[0055]
As described above, according to the present embodiment, an ink jet recording head that has high resistance to ink and that can provide uniform ink supply characteristics in each nozzle, and thus can supply ink stably and accurately. Could be manufactured.
[0056]
In the present embodiment, as the substrate 1, an example in which the crystal orientation plane of the surface is <100> is shown, but a substrate having a crystal orientation plane of <110> may be used. Even in the latter case, a groove having a highly resistant surface with respect to ink having a crystal orientation <111> on the side surface can be formed from the back surface of the substrate 1 by crystal anisotropic etching. Further, the formation of the groove 5 from the back side of the substrate 1 may be performed by wet etching without anisotropy. In this case as well, a convex portion formed between the groove 100 formed from the front side of the substrate 1 Can be adjusted with high reproducibility and high accuracy.
[0057]
The groove 100 formed from the front side of the substrate 1 is formed by crystal anisotropic etching, but is formed by using isotropic wet etching, isotropic dry etching, or anisotropic dry etching. May be. In any case, as described above, since the protective film 95 is formed on the inner surface of the groove 100, the ink can have high resistance.
[0058]
As the back surface etching mask layer 99, SiN_XAlthough an example using a film was shown, SiO_XMay be used. Although an example using a polycrystalline silicon film has been shown as the sacrificial layer 120, another film that can be easily dissolved by wet etching for forming the groove 5 can be used. Good.
[0059]
As the protective film 95, SiO_XAlthough an example of forming a film has been shown, it is resistant to wet etching for forming the groove 5, particularly resistant to strong alkaline chemicals such as KOH and TMAH used for crystal anisotropic etching. These films can be used. More specifically, the protective film 95 is made of SiO._XIn addition to the film, SiN_XA film may be used, and SiO_XFilm and SiN_XYou may form from two layers of a film | membrane. A film formed of polyether amide can also be used as the protective film 95.
[0060]
(Second Embodiment)
Next, with reference to FIGS. 11-20, the manufacturing method of the inkjet recording head of the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. FIGS. 11 to 19 are schematic views showing the manufacturing process in time series, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view cut along the line AA in (a). Yes. FIG. 20 is a plan view showing the completed ink jet recording head shown in FIG. 19 with the nozzle forming layer removed. In these drawings, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Further, in each drawing, as in the first embodiment, for ease of understanding, only three nozzles are shown, such as a transistor for driving the heater 110 formed on the substrate 1. A semiconductor circuit including the electrode pad and electrode pads for electrically connecting the recording head to the recording apparatus main body are not shown.
[0061]
In the ink jet recording head manufactured in this embodiment, as shown in FIGS. 19 and 20, as in the first embodiment, the ink supply port 109 is formed as a through hole, and heaters 110 are provided on both sides of the ink supply port 109. It has the substrate 1 formed. A nozzle forming layer 105 is formed on the substrate 1 to form a nozzle including an ejection port 106 opened above each heater and a flow path 160 extending from the ink supply port 109 side to each ejection port 106. ing. In the ink jet recording head according to this embodiment, the flow path 160 has a shape in which the bottom surface of the end portion on the ink supply port 109 side is inclined obliquely downward toward the ink supply port 109 side. Is formed.
[0062]
By the way, in recent years, with respect to an ink jet recording head, a technique for outputting a high-quality image by reducing the dot diameter of ink to be ejected has been developed. As a method for reducing the diameter of the ink dots to be discharged, one method is to reduce the size of the discharge port and to shorten the OH distance. However, when the discharge port is made small, there arises a problem that dust tends to clog the discharge port. For this reason, it is necessary to carry out cleaning of the head member, cleaning of the head manufacturing site, and the like at a higher level, which is very expensive. As described above, from the viewpoint of the head manufacturing efficiency, it is desirable to reduce the ink dot diameter by shortening the OH distance while keeping the discharge port area not so small but rather large. By doing so, not only dust clogging is difficult to occur, but also the resistance of the ink path from the heater to the ejection port is reduced, so that the pressure for ejecting ink can be reduced, and the heater can be made smaller. become. As a result, the temperature rise of the head can be suppressed, the moisture contained in the ink before ejection evaporates to the outside of the head, the viscosity of the ink near the ejection port increases, and the ink is ejected at the next ink ejection. It becomes possible to suppress the phenomenon that it becomes difficult to be discharged.
[0063]
However, in the ink jet recording head in which the discharge port 106 is disposed at a position facing the heater 110 as in the present embodiment, when the OH distance is simply shortened, the height of the flow path 160 becomes low. End up. For this reason, refilling at each nozzle is delayed, and the upper limit of the operating frequency of the recording head is surely lowered.
[0064]
On the other hand, in the ink jet recording head manufactured in the present embodiment, the flow path 160 is provided with an engraved portion so that the bottom surface at the end on the ink supply port 109 side becomes lower toward the ink supply port 109 side. Thereby, the flow resistance of the flow path 160 can be reduced. For this reason, even if the OH distance is shortened, refilling can be accelerated and the upper limit of the operating frequency of the recording head can be maintained high. Further, in this configuration, since the resistance can be reduced without reducing the length of the flow path 160, the pressure generated by the heater 110 at the time of ink ejection causes the ink of other nozzles to vibrate, etc. So-called crosstalk that adversely affects ink ejection from other nozzles is also less likely to occur.
[0065]
Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described in order.
[0066]
In the present embodiment, a silicon substrate having a crystal orientation plane of <100> is used as the substrate 1. First, on this substrate 1, SiN to be the front surface etching mask layer 3 and the back surface etching mask layer 99 shown in FIG._XA film was formed to a thickness of 100 nm. And SiN on the front side of the substrate 1_XA photoresist having a predetermined pattern is formed on the film by a photolithography process, and SiN is used as a mask._XCF against the membrane_FourReactive ion etching was performed using a gas, and then the photoresist was peeled off to form a surface etching mask layer 3 having a predetermined pattern. In this embodiment, as shown in FIG. 11A, openings are formed in the surface etching mask layer 3 at positions corresponding to the bottom surfaces of the respective channels 160 (see FIG. 19).
[0067]
Next, crystal anisotropic etching was performed using the surface etching mask layer 3 as a mask to form a groove 101 on the front surface of the substrate 1. Therefore, the groove 101 is formed for each nozzle at a position that becomes the bottom surface of each flow path 160. In this crystal anisotropic etching, TMAH was used as an etchant at 83 ° C. and a concentration of 22%. The etching rate at this time was 0.68 μm / min.
[0068]
Next, as shown in FIG. 12, the heater 110 was formed in the position on the opposite side to the side which becomes the ink supply port 109 (refer FIG. 19) side of each groove | channel 101. As shown in FIG. In addition, the sacrificial layer 120 corresponds to the nozzles formed on both sides, and is longer than the total length of the rows of the heaters 110 in the row direction between the rows of the grooves 101 arranged in a row on both sides. It formed in the rectangular area | region extended over. In the present embodiment, a polysilicon film (polycrystalline silicon film) is used as the sacrificial layer 120, and this is formed in a predetermined region by patterning using a photolithography technique. The thickness of the sacrificial layer 120 was 3000 mm.
[0069]
Next, SiO2 is applied to the front surface of the substrate 1._XThen, this was patterned and a protective film (passivation film) 95 was formed as shown in FIG. The protective film 95 covers the inner surface of each groove 101 and the upper and side surfaces of the sacrificial layer 120. Also, SiN formed by deposition on the back surface of the substrate 1 in the previous step._XThe film, that is, the back surface etching mask layer 99 was patterned so as to form an opening occupying a predetermined region including a region immediately below the sacrificial layer 120.
[0070]
Next, as a process for forming the nozzle, as shown in FIG. 14, a flow path forming layer 114 to be a flow path 160 (see FIG. 19) was formed by etching and removing in a later process. In the present embodiment, the branch point of the flow path forming layer 114 from the central region on the sacrificial layer 120 to the region extending onto each heater 110 is a position closer to the center of the sacrificial layer 120 than each groove 101. Is located. Therefore, the groove 101 is finally located in a region between the flow channel walls, that is, on the bottom surface of the flow channel 107. In this embodiment, the depth of each groove 101 is the same as that of the groove 100 in the first embodiment, but the area of the groove 101 is smaller than the area of the groove 100. For this reason, when the flow path forming layer 104 is formed by applying a resin, the film thickness distribution can be made uniform more easily than in the first embodiment.
[0071]
Next, as shown in FIG. 15, a nozzle forming layer 105 was further formed on the flow path forming layer 104. In the nozzle formation layer 105, the discharge port 106 was opened above each heater 110.
[0072]
Next, crystal anisotropic etching was performed using the back surface etching mask layer 99 as a mask to form the grooves 5 as shown in FIG. When this crystal anisotropic etching is performed, it is desirable to cover the surface and the outer periphery of the substrate 1 with a resin made of cyclized rubber or the like for the purpose of protecting the nozzle forming layer 105. As an etchant, TMAH was used under the conditions of a concentration of 22% and 83 ° C. By this etching, the sacrificial layer 120 is easily dissolved, while the protective film 95 made of SiO is resistant to this etching and is left without being etched.
[0073]
At this time, in this embodiment, as shown in FIG. 16B, the opening on the surface of the front surface of the substrate 1 of the groove 5 formed by etching from the back surface of the substrate 1 is a region where the sacrificial layer 120 is formed. It is located inside.
[0074]
Next, by continuing further crystal anisotropic etching, the width of the groove 5 was increased until the groove 5 was connected to the groove 101 formed on the front surface of the substrate 1 as shown in FIG. That is, a portion of the protective film 95 formed on the inner surface of the groove 101 was exposed in the groove 5.
[0075]
Next, as shown in FIG._XA portion of the protective film 95 made of a film exposed in the groove 5 was removed by etching with buffered hydrofluoric acid from the back side of the substrate 1.
[0076]
Finally, as shown in FIG. 19, the flow path forming layer 104 was dissolved and removed. At this time, as described above, in order to protect the nozzle forming layer 105, in the case where a resin made of cyclized rubber or the like is coated, in order to efficiently and satisfactorily remove the flow path forming layer 104, It is desirable to remove this resin in advance.
[0077]
Finally, by removing the flow path forming layer 104, the groove 100 formed from the front side of the substrate 1 and the groove 5 formed from the back side are connected to form the ink supply port 109, and this ink supply port A flow path 160 extending from the 109 side to each discharge port 106 is formed. A part of the groove 101 formed first on the front side of the substrate 1 is left at the edge portion of the flow path 160 on the ink supply port 109 side, whereby the bottom surface faces the ink supply port 109 side. A recessed part is formed. A protective film 95 is formed on the surface of the recessed portion. A portion of the flow channel 160 that is recessed toward the ink supply port 109 is connected to the ink supply port 109, and the connection portion is bent into a “<” shape in cross section along the flow channel 107. In other words, a convex portion is formed at this connecting portion between the flow path 160 and the ink supply port 109.
[0078]
According to the ink jet recording head manufacturing method of the present embodiment described above, the position of the edge of the engraved portion at the end on the ink supply port 109 side in the flow path 160 on the front surface of the substrate 1 is the substrate 1. It can be set by the position of the edge of the groove 101 formed from the front side. Since the groove 101 is formed by directly aligning the pattern such as a heater formed on the front side of the substrate 1 from the same front side surface, the relative formation position can be set easily and accurately. . Further, since the front side of the substrate 1 is a surface on which a semiconductor circuit is formed and is a surface with very few crystal defects, it is very easy to increase the dimensional accuracy of the groove 101 formed on this surface. From these facts, the position of the edge of the groove 101 is, therefore, the position of the edge of the opening on the surface on the front side of the substrate 1 of the engraved part on the ink supply port 109 side in the flow path 160 is very accurate. Therefore, the distance L1 ′ (see FIGS. 9 and 10) from the edge of the engraved portion to the center of the heater 110 can be set with very high accuracy.
[0079]
Also in the manufacturing method of the present embodiment, the edge of the opening of the groove 5 to be formed on the front side of the substrate 1 is located in the region where the sacrificial layer 120 is formed in the etching from the back surface of the substrate 1. I have to. Therefore, in the same manner as described in the first embodiment, it is formed due to the crystal defect of the substrate, the variation of the substrate thickness and the orientation flat angle, the variation of the etching solution concentration, and the influence of the high temperature heat treatment in the semiconductor process. The influence of the sacrificial layer 120 is able to suppress and correct the influence of the groove 5 having a shape in which the edge of the opening on the front side of the substrate 1 deviates from a straight line. Therefore, the groove 5 could be connected to each groove 101 at the same time.
[0080]
In addition, since the protective film 95 is formed on the upper surface of the convex portion formed at the connecting portion between the groove 5 and the groove 101, the phenomenon that the etching rate increases at this portion and the shape is not lost does not occur. For this reason, according to this embodiment, the connection part of the ink supply port 109 and the flow path 160 can be formed with high accuracy and good reproducibility. Therefore, the distance L2 ′ (see FIGS. 19 and 20) from the connection portion between the ink supply port 109 and the flow path 160 to the center of the heater 110 can be adjusted with high accuracy. In addition, the shape of the end portion on the ink supply port 109 side of the flow path wall between the flow paths 160 can be adjusted with high reproducibility and high accuracy.
[0081]
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the engraved portion can be formed with high reproducibility and high accuracy at the end of each flow channel 160 on the ink supply port 160 side. The shape can be made uniform with high accuracy and the conductance can be made uniform. Further, by forming the engraved portion at the end of each flow channel 160 on the ink supply port 160 side, even if the OH distance is set to be short, the resistance of each flow channel 160 can be kept small. For this reason, an ink jet recording head capable of ejecting ink at a high frequency and hence capable of performing high speed recording can be manufactured with high accuracy. In fact, in the ink jet recording head that was prototyped according to the present embodiment, it was confirmed that ink could be discharged satisfactorily at a discharge frequency of 60 kHz for all nozzles, that is, the upper limit of the discharge frequency was 60 kHz or more. As a comparative experiment, the discharge frequency was confirmed in a head having the same configuration as that of the head of the present embodiment except that a flow path without an engraved portion was found, and the upper limit of the discharge frequency was determined by forming the engraved portion. We were able to confirm that it could be increased.
[0082]
In addition, according to the manufacturing method of the present embodiment, as described above, the shape of the end portion on the ink supply port 109 side of the flow path wall can be adjusted with high reproducibility and high accuracy. Crosstalk can be prevented from occurring. In fact, it was confirmed that crosstalk does not occur when ink is ejected in the ink jet recording head manufactured according to this embodiment and having a nozzle pitch of 600 dpi (42.5 μm interval).
[0083]
Also in this embodiment, a protective film 95 is formed on the upper surface of the convex portion formed at the connection portion between each flow path 160 and the ink supply port 109, and the side surface of the ink supply port 109 is also formed. Since the <111> plane is formed by anisotropic etching, the convex portion has high resistance to the ink even when, for example, an alkaline ink is used. Further, since the protective film 95 is formed on the surface of the engraved portion of each flow path 160, this portion also has high resistance to ink. Therefore, according to the present embodiment, an ink jet recording head having high resistance to ink can be manufactured. Actually, the ink-jet recording head prototyped according to the present embodiment was filled with ink and subjected to a storage test, and the ink after the test was analyzed, but no elution of silicon or the like at a problematic level was observed. .
[0084]
In the ink jet recording head of this embodiment, the entire inner surface of the groove 101 formed from the front side of the substrate 1 is covered with the protective film 95. For this reason, even if the groove 101 is formed by isotropic wet etching or anisotropic or isotropic dry etching, the groove 101 can have high resistance to ink. Further, the protective film 95 can also function to protect a semiconductor circuit or the like formed on the front side surface of the substrate 1.
[0085]
Further, in the present embodiment, when the groove 5 is etched from the back side of the substrate 1, the protective film 95 is formed on the front side of the substrate 1, so that the etching solution is formed on the front side surface of the substrate 1 on which the semiconductor circuit or the like is formed. Will not touch. Therefore, anisotropic etching can be performed without adversely affecting the semiconductor circuit or the like. According to the method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment, the generation of dust can be suppressed as compared with the case where the ink supply port is formed by a method such as sandblasting or laser removal. Actually, as a result of performing an endurance test on the ink jet recording head manufactured according to the present embodiment, 10⁹It was confirmed that even if the ink was discharged up to once, problems such as clogging of dust did not occur, and ink could be discharged stably.
[0086]
As described above, according to the method of manufacturing the ink jet recording head of the present embodiment, the ink has high resistance, and the ink supply characteristics in each nozzle can be made uniform. An ink jet recording head that can be supplied with high accuracy could be manufactured.
[0087]
Also in the present embodiment, as the substrate 1, a substrate having a crystal orientation plane of <110> in addition to a crystal orientation plane of <100> may be used. Further, the grooves 5 from the back side of the substrate 1 may be formed by wet etching without anisotropy. The groove 101 formed from the front side of the substrate 1 may be formed by using isotropic wet etching, isotropic dry etching, or anisotropic dry etching in addition to crystal anisotropic etching. As the back surface etching mask layer 99, SiN_XBesides film, SiO_XA membrane may be used. As the sacrificial layer 120, a polycrystalline silicon film or a layer formed of aluminum may be used. As the protective film 95, SiO_XFilm, SiN_XFilm, SiO_XFilm and SiN_XA film composed of two layers of a film, a film formed of polyether amide, or the like can be used.
[0088]
【The invention's effect】
  As explained above, according to the present invention,, OfferingThe inlet is formed as a through hole in the board,on the other handIn terms ofOfferingAt the edge of the opening of the feed opening,OneAn ink jet recording head having a surface engraved can be manufactured by forming the shape of the engraved portion into a predetermined shape with high reproducibility and high accuracy. Therefore, according to the present invention,Was manufacturedInkjet recording heads enable high-definition recording, so even if the OH distance is shortened, ink supplySutraRapid refilling can be performed while keeping the flow resistance of the road small. Further, the engraved shape can be made uniform for each nozzle, and a stable refill can be performed. From these facts, according to the present invention,Was manufacturedInkjet recording headFineRecording can be performed, and recording can be performed stably and at high speed.
[0089]
  In addition, according to the method of manufacturing an ink jet recording head of the present invention, the shape of the engraved portion can be made into a predetermined shape with high reproducibility and high accuracy, so the degree of freedom in designing the configuration of this portion and its surroundings Can be increased. In addition, according to the present invention,Was manufacturedInkjet recording head on engraved partPassivationA film is formed, and therefore can be highly resistant to ink.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are schematic views showing one step in a method of manufacturing an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1A being a plan view, and FIG. 1B being FIG. It is sectional drawing cut | disconnected along the AA line | wire.
FIG. 2 is a schematic diagram showing another process different from FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing still another process different from FIG.
4 is a schematic view showing still another process different from FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a schematic view showing still another process different from FIG. 1;
6 is a schematic diagram showing still another process different from FIG. 1. FIG.
7 is a schematic diagram showing still another process different from FIG. 1. FIG.
FIG. 8 is a schematic view showing still another process different from FIG. 1;
FIG. 9 is a schematic view showing still another process different from FIG.
FIG. 10 is a plan view of the ink jet recording head manufactured through the steps shown in FIGS. 1 to 9 with the nozzle forming layer removed.
FIGS. 11A and 11B are schematic views showing one step in the method of manufacturing an ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention, FIG. 11A being a plan view, and FIG. 11B being FIG. It is sectional drawing cut | disconnected along the AA line | wire.
12 is a schematic view showing another process different from FIG. 1. FIG.
13 is a schematic diagram showing still another process different from FIG. 1. FIG.
14 is a schematic view showing still another process different from FIG. 1. FIG.
15 is a schematic view showing still another process different from FIG. 1. FIG.
16 is a schematic diagram showing still another process different from FIG. 1. FIG.
FIG. 17 is a schematic view showing still another process different from FIG.
FIG. 18 is a schematic view showing still another process different from FIG.
FIG. 19 is a schematic diagram showing still another process different from FIG. 1;
20 is a plan view showing the ink jet recording head manufactured through the steps shown in FIGS. 11 to 19 with the nozzle forming layer removed. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2,3 Surface etching mask layer
5,100,101 groove
95 Protective film
99 Back side etching mask layer
104, 114 channel formation layer
105 Nozzle formation layer
106 Discharge port
107,160 flow path
109 Ink supply port
110 Heater
120 Sacrificial layer

Claims

In a method for manufacturing an ink jet recording head substrate used in an ink jet recording head having a supply port for supplying ink,
A first groove partly provided in a region where the supply port is provided on one surface provided with a plurality of energy generating elements, which generates energy used for ejecting ink; and Providing a substrate having a passivation film provided on the one surface so as to cover the groove;
Etching the substrate from the back surface of the one surface of the substrate to form a second groove serving as the supply port, and allowing the etched region to reach the one surface of the substrate, A width of the second groove is widened, a part of the silicon substrate constituting the first groove is removed, and a series from the one surface of the passivation film to a part of the first groove is formed. And exposing the covered part,
Removing a portion of the passivation film exposed to the second groove;
A method for producing a substrate for an ink jet recording head, comprising:

2. The method of manufacturing a substrate for an ink jet recording head according to claim 1, wherein a plurality of the first grooves are provided independently so as to correspond to each of the plurality of energy generating elements.

The method for manufacturing a substrate for an ink jet recording head according to claim 1, wherein the passivation film is made of polyetheramide.

3. The method for manufacturing a substrate for an ink jet recording head according to claim 1, wherein the passivation film is an inorganic film.

A substrate provided with a plurality of energy generating elements that generate energy used for discharging ink, a flow path provided corresponding to the energy generating element, and a discharge port for discharging ink; In a method for manufacturing an ink jet recording head having a supply port for supplying ink to the flow path,
A first groove partially provided in a region where the supply port is provided on one surface where the energy generating element is provided, and provided on the one surface so as to cover the first groove Providing a substrate having a passivation film;
Providing a flow path forming layer in the shape of the flow path on the substrate on which the first groove is formed;
Providing a nozzle forming layer serving as a flow path wall on the substrate so as to cover the flow path forming layer;
Forming the discharge port in the nozzle forming layer;
The second groove is formed by etching the substrate from the back surface of the one surface of the substrate, and the etched region reaches the one surface of the substrate, and then the second groove is formed. The width is widened, a part of the silicon substrate constituting the first groove is removed, and the passivation film is continuously covered from the one surface to a part of the first groove. Exposing the exposed portion;
Removing a portion of the passivation film exposed to the second groove;
Removing the flow path forming layer;
An ink jet recording head manufacturing method comprising:

The said 1st groove | channel is provided with two or more independently in the position adjacent to the said energy generating element corresponding to each of the said several energy generating element of the said board | substrate. A method for manufacturing an inkjet recording head.

7. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 5, wherein the passivation film is made of polyether amide.

The flow path forming layer is provided on a portion of the passivation film that covers the first groove, and the portion that becomes the flow path wall corresponds to each of the adjacent energy generating elements. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 6, wherein the nozzle forming layer is provided on the substrate so as to be positioned between them.

9. The nozzle forming layer is provided on the passivation film made of polyetheramide at a position between the first grooves corresponding to adjacent energy generating elements. Manufacturing method of the inkjet recording head.