JP5305691B2 - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関する。
インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドに配列された複数のインク吐出口から微細な液滴状のインクを吐出して画像記録を行う。
一般に、インクジェットヘッドには基板表面の結晶方位が（１００）面のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも言う）に表と裏を貫通したインク供給口が形成されている。しかし、シリコンはインクにより腐食されるため、インク供給口のインクによる腐食の進行を防がなければならない課題があった。
従来の技術では、インク供給口はアルカリ液体による結晶異方性エッチングにより形成されている。このエッチングでは、エッチング面としてシリコンの最密面である（１１１）面が露出する。シリコンの（１１１）面のエッチングレートが、他の結晶面のエッチングレートに比べて非常に遅いことを利用して、インク供給口のインクによる腐食の進行の防止を図っていた。
ところが、近年のインクジェットプリンタは、高画質、高精彩、高スループットな製品を安価に消費者に提供することが求められている。インクジェットプリンタのコストを削減する手段として、プリントヘッドのコストを削減する手段がある。これを達成する一つの方法として、１ウェハからのチップ取り個数を増加させる方法がある。
従来技術に取り上げた、結晶異方性エッチングを用いてのインク供給口の形成では、シリコン基板平面に対して、５４．７°という角度をなすインク供給口になってしまい、所望するインク供給口幅よりも広い面積を占有してしまう。そこで、従来のなす角（５４．７°）よりも大きい角度でインク供給口を形成し、必要最小限の供給口占有面積にすることで、１ウェハ当りのチップの取り個数を向上させたい希望がある。
しかしながら、上記条件でインク供給口を形成すると、その内壁が（１１１）面では無いために、シリコン基板をインクから保護するための保護膜を形成する必要がある。
そこで、インク供給口の壁面を保護する技術として、特許文献１に開示されているような構成がある。
特許文献１に開示されたインクジェットヘッドを、図２を用いて説明する。図２に示すインクジェットヘッドは、記録素子と流路が形成されたガラス基板２５０と、ガラスメッシュ材料とエポキシ樹脂フィルムとが積層された回路基板２００とが接着フィルム３６０を介して接合された構造が示されている。回路基板２００には、インクの供給口となるガラス基板２５０を貫通する開孔３５０と対応する部位に開孔２１０が設けられ、該開孔２１０の端部に保護膜が形成されている。この保護膜は、回路基板の端部に、Ｎｉからなるメッキの下地となる金属膜２０−１とが設けられ、下地金属膜上に金メッキ２０−２が施され、更に、有機樹脂からなる保護膜２０−３が形成されている。
供給口を形成した後に流路を形成しようとすると、基板剛性の低下やスピンコート法が適用できない事情により、流路精度が低下してしまう。このため、シリコン基板を用いたインクジェットヘッドは、基板の一方の面に流路を形成する材料が配されているため、インクの供給口の形成は裏面からの加工により行うことが好ましい。
しかしながら、特許文献１に開示された回路基板の開孔の側面の保護膜の構造は、裏面からの加工で形成することが難しい構造であり、流路が形成されたシリコン基板では適用することが困難である。
一方、貫通電極の形成方法ではあるが、特許文献２には、図３に示す様に裏面より開孔を形成し、開孔の側壁部に保護膜を形成する技術が開示されている。特許文献２では、シリコン基板の両面に、熱酸化膜からなる第一の保護膜１２０と、第一の保護膜１２０と基板１１０とを貫通する開孔１７０が形成され、開孔１７０の側壁部に第二の保護膜１３０が形成されている。
この、第一の保護膜１２０と第二の保護膜１３０とは、熱酸化法により形成された酸化膜である。尚、第二の保護膜１３０としてＣＶＤ法等で形成した酸化膜を使用することが可能であることが開示されている。
しかしながら、貫通電極とは異なり、熱発泡型のインクジェットヘッドの場合、液滴を吐出させるために、基板にヒートサイクルが加わるため、物質の熱膨張に起因する応力が、第一の保護膜と第二の保護膜の界面に断続的に加わる。
熱酸化膜の場合、基板のシリコンと酸素が反応し、酸化シリコン膜が形成されるため、体積の膨張が生じることが知られている。開孔の側壁部に露出したシリコン面を熱酸化法により酸化させて得られる第二の保護膜と第一の保護膜との間には第二の保護膜によるストレスが加えられた状態である。このため、ヒートサイクルによるストレスが印加された場合、第一の保護膜と第二の保護膜との間にクラックが発生し、該クラックを介してインクが染みこむ場合がある。
尚、熱酸化以外のプラズマＣＶＤ法又はスパッタ法により成膜することができることが開示されている。一方、ＣＶＤ法等の成膜方法を用いた場合、１μｍ以上の膜厚の酸化シリコン膜の成長は、装置の生産性を阻害する場合がある。
しかしながら、貫通電極とは異なり、熱発泡型のインクジェットヘッドの場合、液滴を吐出させるために、基板にヒートサイクルが加わる。保護膜の材料が酸化シリコン物あるいはシリコン窒化物のような無機材料の場合、同一の材料であっても熱膨張に起因する応力が、第一の保護膜と第二の保護膜の界面に断続的に加わり、界面にクラックが生じる場合がある。
更に、第一の保護膜と第二の保護膜とが無機材料と有機材料の場合、それらの密着性を十分に確保することは困難である。
特開２００１−２７０１１８号公報
特開２００４−９５８４９号公報
本発明は、基板裏面からの加工のみにより、基板に形成された信頼性の高いインク供給口保護膜の構成、及び、その構成を容易に形成するための製法を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
本発明の液体吐出ヘッドの第一の態様は、基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドであって、
前記第一の保護膜及び前記第二の保護膜は、前記流路と前記供給口との接続部において、一方の保護膜の端面の全てが他方の保護膜により覆われ、且つ、他方の保護膜の端面の一部が一方の保護膜により覆われている
ことを特徴とする液体吐出ヘッドである。
前記第一の保護膜及び前記第二の保護膜は、前記流路と前記供給口との接続部において、一方の保護膜の端面の全てが他方の保護膜により覆われ、且つ、他方の保護膜の端面の一部が一方の保護膜により覆われている
ことを特徴とする液体吐出ヘッドである。
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の第１の態様は、
基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程と、
前記基板の下面から前記基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
その後、前記供給口を介し前記樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程と、を有し、
前記樹脂パターンが前記第一の保護膜に接して形成され、
前記供給口を設ける工程が、
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程と、
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程と、
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程と、
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護膜を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（５）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程と、
前記基板の下面から前記基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
その後、前記供給口を介し前記樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程と、を有し、
前記樹脂パターンが前記第一の保護膜に接して形成され、
前記供給口を設ける工程が、
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程と、
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程と、
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程と、
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護膜を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（５）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の第２の態様は、
基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程と、
前記基板の下面から前記基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
その後、前記供給口を介し前記樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程と、を有し、
前記樹脂パターンが前記第一の保護膜に接して形成され、
前記供給口を設ける工程が、
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程と、
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程と、
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程と、
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護膜を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（５）工程（４）を経て得られた開孔内の構造に対して、上記（２）〜（４）の工程を１回または複数回繰り返し、前記開孔の底部に該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（６）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程と、
前記基板の下面から前記基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
その後、前記供給口を介し前記樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程と、を有し、
前記樹脂パターンが前記第一の保護膜に接して形成され、
前記供給口を設ける工程が、
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程と、
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程と、
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程と、
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護膜を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（５）工程（４）を経て得られた開孔内の構造に対して、上記（２）〜（４）の工程を１回または複数回繰り返し、前記開孔の底部に該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（６）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
本発明の構成にすると、お互いの保護膜が２面以上で接しているため、密着力を向上させることができる。更に、液体と基板との距離が、保護膜が食い込んだ分だけ長くなり、界面の流体の染み込みを低減させることができる。
また、本発明では、液体供給口を基板の裏面からの加工にのみより製造することができる。
本発明の液体吐出ヘッドは、基板としてシリコン基板の様な吐出されるインク等の液体に対し腐食される場合がある材料を用いても、十分に開孔の側面が保護された液体吐出ヘッドを得ることができる。
本発明の液体吐出ヘッドは、基板と、基板の一方の面（上面あるいは表面（おもて面）に、第一の保護膜、記録素子、流路及び該流路に連通する吐出口が形成されている。基板の他方の面（下面または裏面）からは、基板と第一の保護膜とを貫通し、流路と接続され、流路に液体を供給する供給口が形成されており、さらに、供給口の側面を保護する第二の保護膜が設けられている。第一の保護膜及び第二の保護膜は、流路と供給口との接続部において一方の保護膜の端面が、他方の保護膜により覆われ、且つ、他方の保護膜の端面の一部が一方の保護膜により覆われている。具体的には以下の構造を有する。
（Ａ）第一の保護膜の端面が第二の保護膜で覆われており、第二の保護層の端面の一部が第一の保護膜で覆われた構造。
（Ｂ）第二の保護膜の端面が第一の保護膜で覆われており、第一の保護膜の端面の一部が第二の保護層で覆われた構造。
（Ａ）第一の保護膜の端面が第二の保護膜で覆われており、第二の保護層の端面の一部が第一の保護膜で覆われた構造。
（Ｂ）第二の保護膜の端面が第一の保護膜で覆われており、第一の保護膜の端面の一部が第二の保護層で覆われた構造。
つまり、本発明の液体吐出ヘッドでは、液体を流路に供給する供給口の基板面を覆う保護膜の端部が、流路と供給口との接続部において一方の保護膜により単に覆われるのではなく、少なくとも一方の保護膜の端部が段差を有した、ひさし状の形状をしている。このひさし状の端部を他方の保護膜が覆うことで、第一の保護膜と第二の保護膜の界面の距離が長くなり、仮に、界面に液体が染みこんだ場合であっても、液体が基板に到達するまでの時間が長くなり、基板が液体に晒されるまでの時間が長くなる。
更に、第一の保護膜及び第二の保護膜の少なくとも一方の保護膜が、２層以上の層の積層膜であっても良い。
段差は、２段以上の段差を持っていても良い。
段差により第一の保護膜と第二の保護膜との界面の距離が長くなる。又、互いに段差を持った状態で接合しているので、第一の保護膜と第二の保護膜との接着強度が大きくなり、酸化シリコンのような無機材料からなる第一の保護膜と、有機樹脂からなる第二の保護膜とを用いても、十分な接着強度が得られる。この結果、記録素子として、吐出時に発熱させられる発熱素子を用い、第一の保護膜と第二の保護膜とにヒートサイクル（発熱と冷却とが交互に起こる）が加わる液体吐出ヘッドに用いることが可能となる。
有機樹脂膜としては、ポリパラキシリレン、ポリモノクロロパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレン、ポリテトラフルオロパラキシリレン、その他ポリパラキシリレン誘導体、ポリ尿素樹脂、及び、ポリイミド樹脂からなる群から選ばれた１以上の有機材料を用いることが好ましい。
本発明の基板と、基板の一方の面に、第一の保護膜、記録素子、流路及び該流路に連通する吐出口が形成され、基板及び第一の保護膜とを貫通し、流路と接続され、流路に液体を供給する供給口と、供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドの製造方法としては以下の方法がある。
（第一の方法）
第一の方法は以下の工程を有する。
・基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程。
・基板の下面から基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。・その後、供給口を介し樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程。
（第一の方法）
第一の方法は以下の工程を有する。
・基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程。
・基板の下面から基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。・その後、供給口を介し樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程。
樹脂パターンは第一の保護膜に接して形成されており、供給口を設ける工程が以下の工程を有する。
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程。
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程。
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程。
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護層を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程。
（５）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程。
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程。
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程。
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護層を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程。
（５）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。
（第２の方法）
第２の方法は以下の工程を有する。
・基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程。
・基板の下面から基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。・その後、供給口を介し樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程。
第２の方法は以下の工程を有する。
・基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程。
・基板の下面から基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。・その後、供給口を介し樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程。
樹脂パターンは第一の保護膜に接して形成されており、供給口を設ける工程が以下の工程を有する。
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程。
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程。
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程。
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護層を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程。
（５）工程（４）を経て得られた開孔内の構造に対して、上記（２）〜（４）の工程を１回または複数回繰り返し、前記開孔の底部に該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程。
（６）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程。
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程。
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程。
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護層を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程。
（５）工程（４）を経て得られた開孔内の構造に対して、上記（２）〜（４）の工程を１回または複数回繰り返し、前記開孔の底部に該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程。
（６）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程。
以下、添付した図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、後述する実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をこの技術分野における通常の知識を有する者に十分に説明するために提供されるものである。
本発明の第一の実施形態は、第一の保護膜及び第二の保護膜の流路側の端部が、一方の保護膜の端面が、他方の保護膜で覆われ、且つ、他方の保護膜の端面の一部が一方の保護膜により覆われた構造である。
以下、図１（ａ）および（ｂ）を用いて構造を詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）では、単結晶シリコンからなる基板１１の両面に形成された熱酸化シリコン膜１２が形成されている。一方の熱酸化シリコン膜１２上には、記録素子１３が設けられ、記録素子１３を覆うようＰＥＣＶＤによる酸化シリコン膜１４が設けられている。ＰＥＣＶＤによる酸化シリコン膜１４上には、オリフィスプレート１６で囲われた液体流路２３が設けられている。オリフィスプレート１６の記録素子１３に対応する部位には液体吐出口１７が設けられている。液体流路２３の記録素子１３と対向する領域が圧力発生室となる。ここで、熱酸化シリコン膜１２とＰＥＣＶＤによる酸化シリコン膜１４との積層膜を第一の保護膜とする。
記録素子としては、ヒータ、発熱抵抗素子等を用いることができる。
基板１１を貫通し、液体流路２３と接続される液体供給口２０の壁面はポリパラキシリレン樹脂膜２１（以下、第二の保護膜と称す）で覆われている。
図１（ａ）では、第二の保護膜の端面は、第一の保護膜により覆われ、第一の保護膜の端面は、一部が第二の保護膜により覆われた構造をしている。
尚、ここで第一の保護膜の端面とは、第一の保護膜の基板１１の表面に対して垂直な面であり、第二の保護膜の端面は、第二の保護膜の基板に平行な面である。
図１（ｂ）では、第一の保護膜の端面は、第二の保護膜により覆われ、第二の保護膜の端面は、一部が第一の保護膜により覆われた構造をしている。
第一の保護膜と第二の保護膜とを図１（ａ）あるいは図１（ｂ）のような構造にすると、互いの保護膜が２面以上で接した構造となる。第一の保護膜と第二の保護膜との界面の長さが、従来の一方の保護膜の端面が他方の保護膜により覆われた従来の構造よりも、本発明の端面の構造の方が、界面の長さが、保護膜が食い込んだ分だけ長くなる。界面の長さが長くなったことで、流体の染み込みを低減することができる。
更に、第一の保護膜と第二の保護膜との界面の長さが長くなり、且つ、密着力が向上しうる。
第一の保護膜としては、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を用いることが好ましい。また、第一の保護膜は、酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜が積層された積層膜であっても良い。
図４は、液体供給口の壁面が、基板平面に対して角度をなして形成された変形例を示している。結晶異方性エッチングによって形成された液体供給口の場合、この角度は５４．７°となる。ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工、サンドブラスト、及び、その他機械加工において形成された場合でも、液体供給口に傾斜（テーパー）があってもよい。
図６及び７は、図１（ａ）及び（ｂ）の他の変形例で、図１（ａ）及び（ｂ）では一段の段差で保護膜が組み合わせられていたが、図６及び７では２段の段差で保護膜が組み合わされている。段差は、２段以上であっても良い。
第二の保護膜には、基板をインク等の液体から保護するための、耐インク（液体）性を有した膜であることが好ましい。耐インク（液体）性を持った膜としては、有機樹脂膜を用いる場合、ポリパラキシリレン膜、ポリモノクロロパラキシリレン膜、ポリジクロロパラキシリレン膜、ポリテトラフルオロパラキシリレン膜、その他ポリパラキシリレン誘導体膜（以下、ポリパラキシリレン樹脂膜と称す）、ポリ尿素樹脂膜、及び、ポリイミド樹脂膜からなる群から選ばれた膜あるいはこれらの膜を組み合わせた積層膜であっても良い。
無機材料からなる膜の場合、酸化シリコン膜を用いることが好ましい。
ポリパラキシリレン樹脂膜を用いる場合は、材料コストと要求される耐熱性より好適な種類を選択可能である。また、これらの膜が積層された膜であってもよい。例えば、液体供給口に酸化シリコン膜を成膜した後ポリパラキシリレン樹脂膜を積層して成膜を行ってもよい。こうすることにより親水基をもつ酸化シリコン膜にシランカップリング剤の効果が高く出て、ポリパラキシリレン樹脂膜の密着力が向上する。
図１（ａ）の構造の製造方法を、図５（ａ）〜（ｆ）の模式的工程断面図を用いて説明する。
本実施形態では、基板１として単結晶シリコン基板を用いた。単結晶シリコン基板は、表面の結晶方位面が、（１００）面である単結晶シリコンウェハを用いることが好ましく、基板の厚さは、１０〜１０００μｍ程度であることが好ましい。
基板１に第一の保護膜２を形成する（図５（ａ）参照）。
第一の保護膜２としては、例えば、酸化シリコン膜が好適である。形成方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、又は、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法等で形成することができる。酸化シリコン膜以外に、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜あるいはこれらの膜の積層膜でもよい。酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜あるいはこれらの膜の積層膜を総称してシリコン系絶縁膜と称する。
第一の保護膜２の膜厚は、５００ｎｍから５０００ｎｍ程度が好ましい。また、熱酸化法で酸化シリコン膜を形成する場合、基板の両面に第一の保護膜を形成しても良い。両面に第一の保護膜を形成すると、後の開孔３を形成する工程において、エッチングマスクとして機能させることができる。
次に、図５（ｂ）に示すように、基板裏面より第一の保護膜２に到達するまで、所望の開口幅で基板を除去し、開孔３を形成する。開孔形成方法としては、デポジションステップとエッチングステップを繰り返して基板を除去する、いわゆるボッシュプロセスというドライエッチング法を用いることができる。その場合、第一の保護膜２の材料として、酸化シリコン、或は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−ｐｈｏｓｐｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）を用いれば、基板との選択比を十分にとることができる。更に、基板裏面に形成するエッチングマスクにも酸化シリコンが好適に使用できる。
開孔の形成方法としては、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、ＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、その他ドライエッチング法、結晶異方性エッチング法、その他ウェットエッチング法、レーザー加工法、サンドブラスト法、及び、その他機械加工法を用いることもできる。必要であれば、各々選択比が取れるレジストを基板裏面に形成した後、所望のパターンにパターニングして基板除去を行ってもよい。
次に、図５（ｃ）に示すように、第一の保護膜２を、形成した開孔を介して、貫通しない程度に裏面より掘り込む。掘り込む深さは、第一の保護膜２の厚さに対して、１０％から９０％程度が好ましい。
掘り込み方法としては、第一の保護膜２の種類にもよるが、ＲＩＥ法、イオンミリング法、レーザー加工法、及び、その他機械加工法を用いることができる。例えば、第一の保護膜２が酸化シリコンである場合、ＲＩＥ法を用いることができる。
次に、図５（ｄ）に示すように、基板裏面より、形成した開孔に第二の保護膜４を形成する。
第二の保護膜４は、例えば、ポリパラキシリレン樹脂膜、ポリ尿素樹脂膜、ポリイミド樹脂膜及び、酸化シリコン膜が好適に使用できうる。ポリパラキシリレン樹脂膜を用いる場合は、材料コストと要求される耐熱性より好適な種類を選択可能である。ただし、ポリテトラフルオロパラキシリレン膜は基板への付着速度が遅いため、基板を冷却しながら成膜させる。形成方法としては、それぞれ、ポリパラキシリレン樹脂膜であればＣＶＤ、ポリ尿素樹脂膜であれば蒸着重合、ポリイミド樹脂膜であればスパッタ、ディッピング及びスプレー塗布、酸化シリコン膜であればＣＶＤ及びスパッタが好適に使用できうる。第二の保護膜４の厚さは１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
次に、図５（ｅ）に示すように、開孔３の底部に形成された第二の保護膜４を、基板裏面より開孔を介して除去する。
除去方法としては、ＲＩＥ法、イオンミリング法、レーザー加工法、サンドブラスト法、その他機械加工法の一つ或は複数を用いることで可能となる。例えば、第二の保護膜４がポリパラキシリレン樹脂膜の場合、エッチングマスクにドライフィルムレジストを用いたＲＩＥ法によって除去することができる。
最後に、図５（ｆ）に示すように、第一の保護膜２の残りの膜を除去する。第一の保護膜２が酸化シリコンであれば、第二の保護膜４を除去した後、エッチング条件を変えたＲＩＥ法を用いて第一の保護膜２を除去することができる。
除去方法としては、第一の保護膜２と第一の保護膜２との材料によるが、ＲＩＥ法、ＣＤＥ法、その他ドライエッチング法、ウェットエッチング法、イオンミリング法、レーザー加工法、及び、その他機械加工法の一つ或は複数より可能となる。
以上の工程により、図１（ａ）に示す保護膜構成を容易に形成することができる。
図６の構造を得るためには、液体供給口２０の開孔３の底部に形成された第二の保護膜４を除去後（図５（ｅ）参照）、第一の保護膜２の一部を除去し、その後、更に、第二の保護膜４を形成する。次に、開孔３の底部に形成された第２の保護膜４を除去し、その後、第一の保護膜を除去することで得ることができる。
また、図１（ｂ）の構成を有するような、保護膜付き開孔付き基板の製造方法についても、前述したような工程を応用することで容易に形成可能になりうる事は、当業者であれば理解できよう。
（実施例）
以下、実施例により本発明を用いた液体吐出ヘッドの作成を、図８に示す工程断面図を用い、更に詳しく説明する。
以下、実施例により本発明を用いた液体吐出ヘッドの作成を、図８に示す工程断面図を用い、更に詳しく説明する。
表面の結晶面方位が＜１００＞の単結晶シリコンからなるシリコン基板１１の両面に熱酸化法を用い、膜厚５００ｎｍの酸化シリコン膜１２を形成した（図８（ａ）参照）。
次に、記録素子１３とそれを駆動するための駆動回路（不図示）を基板１１の一方の面に通常の半導体製造方法を用いて形成した（記録素子を形成した面を表面と記す）。
次に、記録素子と駆動回路をインク等の液体から絶縁・保護するために、膜厚１０００ｎｍの酸化シリコン膜１４を、ＰＥＣＶＤ法を用いて成膜した。
即ち、表面には、最初に形成した熱酸化による酸化シリコン膜と、次に形成したＰＥＣＶＤによる酸化シリコン膜により、約１５００ｎｍの酸化シリコン層が形成された（図８（ｂ）参照）。
次に、基板表面に図８（ｃ）に示すように、後述の処理により溶出可能な、液体流路型材１５となる、ポリメチルイソプロペニルケトンを主材としたポジ型レジスト（東京応化工業（株）製 ＯＤＵＲ）をスピンコートし、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光により露光・現像を行って、所望のパターンを形成した。
この液体流路型材１５の上にオリフィスプレート１６となるカチオン重合型エポキシ樹脂をスピンコートし、露光・現像を行って液体吐出口１７を形成した（図８（ｄ）参照）。
次に、基板裏面の熱酸化シリコン膜を、ポジレジスト１８（東京応化工業（株）製 ＯＦＰＲ）をマスクとして、ＣＦ4ガスを主としたＲＩＥ法によりパターニングして、液体供給口を形成する際の位置を規定する開口１９を形成した。（図８（ｅ）参照）。ポジレジスト１８は、後に続くドライエッチングのマスクとしても機能させるために、ここでの剥離は行わない。
その後、図８（ｆ）に示すように、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置を用いて、基板裏面の酸化シリコン膜の開口部からドライエッチングを行い、液体供給口２０を形成した。エッチングガスには、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスを用い、エッチングステップとデポジションステップを交互に行うボッシュプロセスを適用した。このとき、基板１１の表面に形成した酸化シリコン膜１２がエッチング停止層として機能した。
次に、裏面より形成した液体供給口２０を介して、ＣＦ4ガスを主としたＲＩＥにより表面の酸化シリコン層を７００ｎｍ除去（貫通しない程度除去）した。ここで、マスクとして機能していたポジレジストを剥離した（図８（ｇ）参照）。
次に、図８（ｈ）に示すように、基板１１の裏面に膜厚３μｍのポリパラキシリレン樹脂膜２１を、ＣＶＤ法を用いて成膜した。ポリパラキシリレン樹脂膜２１は、液体供給口の壁面及び底面に均一な膜厚で形成された。
次に、図９（ｉ）に示すように、液体供給口２０の底面に形成されたポリパラキシリレン樹脂膜２１を、ドライフィルムレジスト２２をマスクとして、Ｏ2ガスを主としたＲＩＥ法を用いて除去した。
ドライフィルムレジスト２２を剥離した後に、裏面より液体供給口を介して、残りの酸化シリコン層を、ＣＦ4ガスを主としたＲＩＥ法を用いて除去し、基板１１の表面と裏面が貫通した。この際は、表面に形成された液体流路型材１５がエッチング停止層として機能した（図９（ｊ）参照）。
その後、液体流路型材であるポジレジストをオリフィスプレート上からＵＶ光を照射して感光させ、乳酸メチルに浸漬し溶出させ、液体流路２３を形成した。最後に、十分に水洗、乾燥した後、ダイサーでウェハを各々のチップ状態に分離することで、液体吐出ヘッドが完成した（図９（ｋ）参照）。
（保護性の向上実験）
本発明の構成により、基板をインク等の液体から保護する保護膜の保護性能が向上することを確認するために、以下に示す実験を行った。
本発明の構成により、基板をインク等の液体から保護する保護膜の保護性能が向上することを確認するために、以下に示す実験を行った。
サンプルは、表面の結晶面方位が＜１００＞の単結晶シリコンからなるシリコン基板の両面に熱酸化法を用い、膜厚５００ｎｍの第一の酸化シリコン膜を形成した後、膜厚１０００ｎｍの第二の酸化シリコン膜を、基板１１の一方の面にＰＥＣＶＤ法を用いて成膜した。
その後、第一の酸化シリコン膜が露出した面にフォトレジスト膜を形成し、通常のリソグラフィー法を用いて、開口を形成した。該開口を介し、第一の酸化シリコン膜をエッチング除去した後、ボッシュプロセスを用いて基板をエッチングし基板のもう一方の面に形成された第一の酸化膜に達する開孔を形成した。
実験例は、その後、上述の開口を介して、更に、７００ｎｍ酸化シリコン膜をエッチング除去した。
次に、膜厚２μｍのポリパラキシリレン樹脂膜を、ＣＶＤ法を用いて成膜した後、ドライフィルムレジスト２２をマスクとして、Ｏ2ガスを主としたＲＩＥ法を用い、開孔底部に形成されたポリパラキシリレン樹脂膜を除去した。
最後に、残りの第一の保護膜（酸化シリコン膜）をＲＩＥ法で除去し、実験例のサンプルとした。
比較例は、基板に開孔を形成後、第一の保護膜を除去せずに膜厚２μｍのポリパラキシリレン樹脂膜を成膜し、Ｏ２ガスを主としたＲＩＥ法で、開孔底部のポリパラキシリレン樹脂膜を除去した。
最後に、開孔より第一の保護膜をＲＩＥ法で全て除去して、比較例のサンプルとした。
次に、ｐＨ９に調整された３０ｍｌのインクを入れたテフロンジャーに両サンプルを浸漬し、密閉した。インクと基板との反応速度を加速させるために、７０℃に設定された恒温槽に５週間保持した後、サンプルを取り出し、よく水洗を行った。十分に乾燥させた後、第一の保護膜２と第二の保護膜４との界面付近を、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）により加工し、断面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）により観察した。
比較例では、基板であるシリコンの侵食が、縦横方向に約数μｍ程度進行したのに対して、実験例では、シリコンの侵食が、大幅に小さくなっていた。
これらの結果により、本発明の効果は明白で、一方の保護膜が、もう一方の保護膜に食い込んだ形状により、基板保護性が向上した。
１ 基板
２ 第１の保護膜
３ 開孔
４ 第二の保護膜
１１ 基板
１２ 熱酸化シリコン膜
１３ 記録素子
１４ 酸化シリコン膜
１５ 液体流路型材
１６ オリフィスプレート
１７ インク吐出口
１８ ポジレジスト
１９ 開孔
２０ 液体供給口
２１ パリレン樹脂膜
２３ 液体流路
２ 第１の保護膜
３ 開孔
４ 第二の保護膜
１１ 基板
１２ 熱酸化シリコン膜
１３ 記録素子
１４ 酸化シリコン膜
１５ 液体流路型材
１６ オリフィスプレート
１７ インク吐出口
１８ ポジレジスト
１９ 開孔
２０ 液体供給口
２１ パリレン樹脂膜
２３ 液体流路
Claims (6)
- 基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドであって、
前記第一の保護膜及び前記第二の保護膜は、前記流路と前記供給口との接続部において、一方の保護膜の端面の全てが他方の保護膜により覆われ、且つ、他方の保護膜の端面の一部が一方の保護膜により覆われていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第一の保護膜及び前記第二の保護膜の少なくとも一方の保護膜が、２層以上の層の積層膜であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第一の保護膜がシリコン系絶縁膜からなり、前記第二の保護膜が有機樹脂膜からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記有機樹脂膜が、ポリパラキシリレン及びその誘導体、ポリ尿素樹脂、及び、ポリイミド樹脂からなる群から選ばれた１以上の有機材料からなる膜であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
- 基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程と、
前記基板の下面から前記基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
その後、前記供給口を介し前記樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程と、を有し、
前記樹脂パターンが前記第一の保護膜に接して形成され、
前記供給口を設ける工程が、
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程と、
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程と、
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程と、
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護膜を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（５）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 基板と、前記基板の上面に設けられた第一の保護膜及び記録素子と、流路及び該流路に連通する吐出口と、前記基板の下面に開口した開口から前記基板と前記第一の保護膜とを貫通し、前記流路と接続され、前記流路に液体を供給する供給口と、前記供給口の側面を保護する第二の保護膜とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上面に、第一の保護膜、記録素子、流路となる樹脂パターン及び該樹脂パターンを覆うオリフィスプレートを形成する工程と、
前記基板の下面から前記基板の上面に設けられた樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、
その後、前記供給口を介し前記樹脂パターンを除去し、流路を形成する工程と、を有し、
前記樹脂パターンが前記第一の保護膜に接して形成され、
前記供給口を設ける工程が、
（１）前記基板の下面から前記第一の保護膜に達する開孔を設ける工程と、
（２）次に、前記開孔に露出した前記第一の保護膜の一部を除去する工程と、
（３）その後、少なくとも前記開孔の内表面に第二の保護膜を形成する工程と、
（４）前記開孔内の前記第一の保護膜の残りの部分の上に形成された第二の保護膜を、該開孔の側面にある第二の保護膜を残しつつ除去し、該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（５）工程（４）を経て得られた開孔内の構造に対して、上記（２）〜（４）の工程を１回または複数回繰り返し、前記開孔の底部に該第一の保護膜の残りの部分を露出させる工程と、
（６）その後、前記開孔内に露出した前記第一の保護膜の残りの部分を除去し、樹脂パターンに到達する供給口を設ける工程と、を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
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