JP5495623B2 - 基板の加工方法、液体吐出ヘッド用基板の製造方法および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板の加工方法、液体吐出ヘッドに使用される液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
吐出口から液体を吐出する液体吐出装置の一例として、液体であるインクを記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録装置がある。液体吐出装置は液体を吐出するための液体吐出ヘッドを備えている。
液体吐出ヘッドは、ノズル材が一面に形成された基板を有する。ノズル材には、液体を吐出する吐出口やノズルが形成されている。基板にはノズル材に液体を供給する液体供給口が形成されている。また、当該基板には液体を吐出するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子が設けられている。液体吐出ヘッドは、吐出エネルギー発生素子が発するエネルギーによって液体を吐出する。
液体吐出ヘッドとしては、基板に対し垂直な方向に液体を吐出する方式のインクジェットヘッド（以下、サイドシュータ型ヘッドと呼ぶ。）が知られている。サイドシュータ型ヘッドでは、基板に貫通穴（スルーホール）である液体供給口が設けられており、この液体供給口を介して液体吐出ヘッドに液体が供給される。この液体供給口を形成するために基板加工の技術が用いられている。
特許文献１には、サイドシュータ型の液体吐出ヘッドの製造方法が開示されている。特許文献１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法は、スルーホールの開口径のばらつきを防ぐために、以下の（Ａ）〜（Ｆ）の工程を有している。
（Ａ）基板一面のスルーホール形成部位に基板材料に対して選択的にエッチングが可能な犠牲層を形成する工程
（Ｂ）基板に形成された犠牲層を被覆するように耐エッチング性を有するエッチングストップ層を形成する工程
（Ｃ）犠牲層に対応した開口部を有するエッチングマスク層を前記基板の前記一面と対向する側の前記面に形成する工程
（Ｄ）前記開口部より犠牲層が露出するまで基板を結晶軸異方性エッチングにてエッチングする工程
（Ｅ）エッチングにより露出した部分より犠牲層をエッチングして除去する工程
（Ｆ）エッチングストップ層の一部を除去しスルーホールを形成する工程。
（Ｂ）基板に形成された犠牲層を被覆するように耐エッチング性を有するエッチングストップ層を形成する工程
（Ｃ）犠牲層に対応した開口部を有するエッチングマスク層を前記基板の前記一面と対向する側の前記面に形成する工程
（Ｄ）前記開口部より犠牲層が露出するまで基板を結晶軸異方性エッチングにてエッチングする工程
（Ｅ）エッチングにより露出した部分より犠牲層をエッチングして除去する工程
（Ｆ）エッチングストップ層の一部を除去しスルーホールを形成する工程。
特許文献２では、液体吐出ヘッドの製造方法において、異方性エッチングを行う前に、基板にレーザー光で非貫通穴を形成することが記載されている。
特許文献１のように、エッチングによって基板に液体供給口を形成する場合、エッチングに時間を要し、生産効率が低下するという課題があった。
また、特許文献２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法では、エッチングによって基板に液体供給口を形成する前に、基板の一面と対向する側の面にレーザー光で非貫通穴を形成する。しかし、レーザー光では、非貫通穴の深さを正確に制御することは困難である。
そのため、基板の一面側近傍に到達する穴を形成する場合、穴が貫通してしまう可能性がある。この場合、基板の一面側に設けられているノズル材がレーザー光によって損傷するという懸念がある。したがって、基板に、深い穴を安定的に形成することは困難である。
本発明の目的は上記背景技術の課題に鑑み、高い生産効率で安定的に、基板に穴を形成することができる方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、当該方法を利用した、液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。
本発明の目的は上記背景技術の課題に鑑み、高い生産効率で安定的に、基板に穴を形成することができる方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、当該方法を利用した、液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。
本発明の一例としての基板の加工方法は、一方の面側にレーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層が設けられた基板を用意することと、前記基板の前記一方の面の裏面から前記一方の面に向って、レーザー光により前記基板に加工を行い、前記レーザー光を前記層に到達させることにより前記基板に孔を形成することと、前記裏面から前記孔を通じて前記基板に対してエッチング液でウェットエッチングを行うことと、を有し、前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層上に前記エッチング液に対して耐性を有する材料からなる層が設けられており、前記ウェットエッチングにおいて前記エッチング液を前記エッチング液に対して耐性を有する材料からなる層に到達させる。
本発明の一例によれば、高い生産効率で安定的に、基板に穴を形成することができる。
本発明によれば、高い生産効率で安定的に、基板に穴を形成することができる方法およびこれを利用した液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
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。
なお、以下の説明では、液体吐出ヘッドの一例としてインクジェット記録ヘッド（以下記録ヘッド）を例示して説明する。他の応用例として液体吐出ヘッドは、工業用途、医療用途等に応用が可能である。
また、同一の機能を有する構成には図面中同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。なお記録ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
図３は本実施形態に係る液体吐出ヘッドユニットの斜視図である。液体吐出ヘッドユニット１は、被記録媒体等にインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド２と、インク等の液体を内部に収容しているケース部２１と、記録動作等のための外部信号が入力される外部信号入力端子２２と、を有している。液体吐出ヘッドユニット１は、インクジェット記録装置（不図示）に装着されると、外部信号入力端子２２がインクジェット記録装置に電気的に接続されるように構成されている。
液体吐出ヘッド２の両端部には、外部信号入力端子２２に電気的に接続された電気的接続部が設けられ、電気的接続部を覆うように封止部材２３が形成されている。電気的接続部を封止部材２３で覆うことによって、液体吐出ヘッド２から吐出された液体が電気的接続部に接触することが防止されている。
図４は図３に示した液体吐出ヘッドのＡ−Ａ´線に沿った断面図である。液体吐出ヘッド２は、厚さ方向に貫通している供給口８が形成されたシリコン基板１０と、シリコン基板１０の一方の面である表面の上に設けられた樹脂製の流路形成部材３と、を有している。
流路形成部材３には、吐出口５が形成され、吐出口５と供給口８とを連通するように流路６が形成されている。シリコン基板１０の表面には、流路６内に配置された領域に、液体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として窒化タンタルなどの発熱体で形成された発熱素子７が設けられている。更に全体を覆うように、窒化ケイ素などで形成された保護層１１が設けられている。液体吐出ヘッド２では、発熱素子７が熱を発すると、発熱素子７に近接しているインク等の液体が瞬間的に加熱されて沸騰することで発生する発泡圧によって、吐出口５に近接している液体が吐出口５から吐出される。
流路形成部材３の、供給口８側の面には、放熱部材４が設けられていてもよい。放熱部材が設けられる場合には、放熱部材４は周囲を流路形成部材３に覆われることによって、流路形成部材３に保持されている。放熱部材４の供給口８側の端部は、流路形成部材３に覆われておらず、インクに直接接触する。放熱部材は熱伝導率が高い材料で形成され、本実施形態では、放熱部材４は、熱伝導率が高く、かつ、延性および展性に富み、耐食性に優れた金（Ａｕ）で形成されている。
図５は図３に示した液体吐出ヘッドユニット１の液体吐出ヘッドの部分を示した正面図である。図５では、説明の便宜上、封止部材２３は省略した。
発熱素子７および吐出口５は２列に配列されており、液体吐出ヘッド２の表面側の、発熱素子７の配列方向における両端部には、外部信号入力端子２２（図３参照）に電気的に接続された電気的接続部である複数の電極パッド９がそれぞれ設けられている。また、液体吐出ヘッド２の表面側には、電極パッド９に電気的に接続された電気配線（不図示）が設けられており、外部信号入力端子２２から電極パッド９に伝達された外部信号は、電気配線を介して発熱素子７などに伝達される。
放熱部材４は、発熱素子７の２つの列の間に、発熱素子７の配列方向に沿って直線状に延びるように形成されている。したがって、各発熱素子７の近傍には放熱部材４が配置されており、発熱素子７が発した熱は、放熱部材４によって吐出口５の配列方向に拡散される。このように、液体吐出ヘッド２では、発熱素子７が発した熱が発熱素子７の近傍の部分に蓄積されずに拡散されるため、温度上昇が抑制される。
更に、放熱部材４は、液体吐出ヘッド２の両端部の電極パッド９に接続されており、発熱素子７が発した熱は、放熱部材７と電極パッド９とを介して、液体吐出ヘッドユニット１の外部信号入力端子２２側へ放出される。これにより、液体吐出ヘッド２の放熱性は向上する。
また、放熱部材４は、液体に直接接触する位置に配置されているため、効率的にインク等の液体の放熱をすることができる。これにより、インク等の液体の温度が上昇することが良好に抑制されるため、インクが変質することを防止することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る液体吐出ヘッドユニット１は、発熱素子２が発した熱を放熱部材４が液体吐出ヘッド２から放出するので、高い放熱性を有する。
（第１の実施形態）
以下では、本発明の一例の基板の加工方法の一例としての液体吐出ヘッド用基板の製造方法を説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施例に係る基板に穴を形成する方法を示すステップ図である。
（第１の実施形態）
以下では、本発明の一例の基板の加工方法の一例としての液体吐出ヘッド用基板の製造方法を説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施例に係る基板に穴を形成する方法を示すステップ図である。
基板に穴を形成する方法は、準備工程、レーザーストップ層形成工程、先導穴形成工程、及びエッチング工程を有している。
準備工程では基板１０１を準備する（図１（ａ）参照。）。基板１０１としては、例えばシリコン基板を用いることが出来る。基板１０１の一面には、液体を吐出するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子１０３が形成されている。
また、基板１０１の一面には犠牲層１０６が形成されている。犠牲層１０６は、基板１０１の一面であって、後の工程で貫通穴が形成される部分に設けられている。犠牲層１０６としては、アルミ、アルミシリコン、アルミ銅、またはアルミシリコン銅など、アルカリ溶液に対してエッチング速度の速い材料を用いることが好ましい。
後述のレーザーストップ層形成工程を実施する前に、吐出エネルギー発生素子１０３、犠牲層１０６、及び基板１０１の一面を覆うように、エッチングストップ層１０２を形成することが望ましい。エッチングストップ層１０２は、ウェットエッチングに使用されるエッチング液に対する耐性（耐エッチング性）を有する材料からなり、吐出エネルギー発生素子１０３を保護する保護層として機能する。エッチングストップ層１０２は酸化珪素や窒化珪素などから成る。
レーザーストップ層形成工程では、基板１０１の一面側に、レーザー光の透過を抑制するレーザーストップ層１０８を形成する（図１（ｂ）参照。）。具体的には、基板１０１の一面側であって、後の工程で先導穴が形成される部分に、レーザーストップ層１０８を形成する。
レーザーストップ層１０８は基板１０１に設けられた犠牲層１０６に対応して設けられており、対応する犠牲層１０６の幅と同程度に形成される。
レーザーストップ層１０８は、レーザー光の透過を抑制し、レーザー光に対して耐性を有する層である。レーザーストップ層１０８は、後の工程で使用するレーザー光の吸収率が、基板におけるレーザー光の吸収率より十分に低い材料であれば良い。そのような材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、及び銅（Ｃｕ）などの金属材料が挙げられる。このような金属材料はめっき法で形成することができる。
液体吐出用基板では、基板１０１の一面側に、配線層１０７と材料層であるノズル材１１０とをさらに形成する。配線層１０７は、吐出エネルギー発生素子１０３に電力を供給するために設けられる。また、ノズル材１１０は、液体を吐出するための吐出口と、当該吐出口と連通したノズルと、を有している。レーザーストップ層１０８は、材料層であるノズル材に覆われる。
先導穴形成工程では、基板１０１の一面と対向する側の面からレーザー光を照射して、当該面からレーザーストップ層１０８に到達する孔（以下、先導穴１０９と呼ぶ。）を形成する（図１（ｃ）参照。）。
具体的には、基板１０１の一面と対向する側の面に開口部を有するエッチングマスク層１０５を形成し、当該開口部を通じて基板１０１にレーザー光を照射する。先導穴形成工程では、レーザー光を用いたアブレーション加工によって、先導穴１０９が形成される。
エッチングマスク層１０５は、基板１０１の一面側に設けられたレーザーストップ層１０８に対応した開口部を有している。エッチングマスク層１０５としては、ポリエーテルアミド樹脂を用いることができる。
レーザーストップ層１０８はレーザー光の透過を十分に抑制するため、実質的に加工されず、レーザー光を反射する。そのため、レーザー光の出力を正確に調整する必要はなく、容易に先導穴１０９を形成することができる。
また、レーザー光がレーザーストップ層１０８を通過しないため、基板１０１の一面側に形成されている材料層であるノズル材１１０の損傷を防ぐことが出来る。
レーザー光としては、ＹＡＧレーザーの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。レーザー光の周波数は適切な値に設定される。本実施形態では、レーザーストップ層１０８として金（Ａｕ）を用いる。金は、ＹＡＧレーザーの基本波である１０６４ｎｍの波長を有するレーザー光の吸収率が約２％と低く、レーザー光に対して耐性を有している。
それに対して、基板１０１として用いられるシリコンは、ＹＡＧレーザーの基本波を１０％以上吸収する。そのため、レーザー光が照射されると、シリコン基板が削られて、先導穴１０９が形成される。
エッチング工程では、異方性エッチングによって、先導穴１０９の径を所望の大きさに広げる（図１（ｄ）参照。）。具体的には、エッチングマスク層１０５をエッチング液に対する保護膜として、エッチングにより先導穴１０９を所望の径になるまで広げる。このようにして、基板１０１に所望の径の、供給口としての穴１１２を形成することができる。
エッチング液としては、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いることができる。先導穴１０９の底部近傍に位置するエッチングストップ層１０２は耐エッチング性を有しているため、エッチング液から吐出エネルギー発生素子１０３やノズル材１１０などを保護する機能を有する。
先導穴形成工程において、レーザー光のビーム径を円形にすることは困難であるため、先導穴１０９の口径を円形に成形することは難しい。また、レーザー光で形成した先導穴１０９の側面には凸凹が形成されてしまう。さらに、レーザー光で、径の大きい先導穴１０９を形成するには、多大な時間を要する。
そのため、レーザー光で径の小さい先導穴１０９を形成した後に、エッチング工程において、先導穴１０９の径を広げることにより、所望の径の穴１１２を安定的に形成することができる。また、エッチング液が先導穴１０９に入り込むため、異方性エッチングに要する時間（ＡＥ時間）が大幅に削減され、生産効率が向上する。
基板１０１に形成された穴１１２を液体吐出ヘッドの液体供給口として用いる場合、穴１１２の底部近傍に残っている犠牲層１０６及びエッチングストップ層１０２の一部を除去すれば良い。
図１では、基板１０１に形成する穴１１２は１つのみ示されているが、複数の穴を同時に形成しても良い。
上記実施形態では、基板１０１の一面側に材料層としてノズル材が形成される場合について説明したが、材料層はノズル材に限定されない。材料層としては、例えば樹脂層が挙げられる。本発明によれば、先導穴形成工程において、レーザーストップ層を覆う材料層をレーザー光から保護することができる。
（第２の実施形態）
次に、第１実施形態に係る基板の製造方法を利用した、液体吐出ヘッドの製造方法について詳細に説明する。液体吐出ヘッドとしては、液体であるインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドや、医療分野において液状薬剤を霧状として肺吸入させる際に使用される吸入装置などで液体を微小な液滴として噴霧吐出するヘッドなどが挙げられる。
（第２の実施形態）
次に、第１実施形態に係る基板の製造方法を利用した、液体吐出ヘッドの製造方法について詳細に説明する。液体吐出ヘッドとしては、液体であるインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドや、医療分野において液状薬剤を霧状として肺吸入させる際に使用される吸入装置などで液体を微小な液滴として噴霧吐出するヘッドなどが挙げられる。
図２（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示すステップ図である。液体吐出ヘッドの製造方法は、準備工程、配線工程、レーザーストップ層形成工程、ノズル材形成工程、先導穴形成工程、及びエッチング工程を有している。
まず、準備工程として基板１０１を準備する（図２（ａ）参照）。基板１０１の一面には、液体吐出ヘッドから液体を吐出するエネルギーを発生するための吐出エネルギー発生素子１０３が形成されている。吐出エネルギー発生素子１０３は、基板１０１にどのように配置されていても良い。
吐出エネルギー発生素子１０３としては、例えばヒータを用いることが出来る。ヒータの一例として、電熱変換素子（ＴａＮ）が挙げられる。なお、吐出エネルギー発生素子１０３は入力電極（不図示）と電気的に接続されている。この入力電極を介して、吐出エネルギー発生素子を駆動させるための制御信号が送られる。
本実施形態では、基板１０１として結晶軸（１００）のシリコン基板を用いる。また、基板１０１の厚みは６２５μｍ程度に形成されている。基板１０１の一面側には犠牲層１０６が形成されている。また、吐出エネルギー発生素子１０３及び犠牲層１０６の形成場所及び材料は、第１の実施形態と同様である。また、基板１０１の一面と対向する側の面は、酸化膜１０４で覆われている。
第１の実施形態と同様に、レーザーストップ層形成工程を実施する前に、基板１０１の一面側を覆うエッチングストップ層１０２を形成することが望ましい。エッチングストップ層１０２は、耐エッチング性を有する材料からなる。
次に、配線層形成工程及びレーザーストップ層形成工程を実施する（図２（ｂ）参照）。配線層形成工程では、吐出エネルギー発生素子１０３に電力を供給するための配線層１０７を、基板１０１の一面側に形成する。配線層１０７はめっき法によってパターニングすることができる。配線層１０７としては、例えば金（Ａｕ）のような金属を用いることができる。
また、レーザーストップ層形成工程では、基板１０１の一面側、つまりエッチングストップ層１０２の一面にレーザーストップ層１０８を形成する。レーザーストップ層形成工程は、第１の実施形態と同様に形成することができる。
レーザーストップ層１０８と配線層１０７とを同種の金属にすることも好ましい態様の１つである。これにより、配線層形成工程とレーザーストップ工程とを、同時に実施することができ、製造時間の短縮を図ることができる。
配線層形成工程とレーザーストップ層形成工程とを同時に行う場合、配線層１０７及びレーザーストップ層１０８の厚さは、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。これは、配線層１０７の電気抵抗を小さくし、さらに後の工程で形成するノズル材の表面（吐出口が形成される側の面。）を平坦にするためである。
すなわち、配線層１０７の厚さが０．５μｍ未満の場合、配線抵抗が高くなる。また、配線層１０７及びレーザーストップ層１０８の厚さが５．０μｍより厚い場合、ノズル材の表面に凹凸が形成されてしまう。ノズル材表面の凹凸は、液体の吐出性能を低下させる一要因となる。
次に、ノズル材形成工程として、基板１０１の一面側にノズル材１１０を形成する（図２（ｃ）参照）。ノズル材１１０には液体吐出ヘッドが液体を吐出するための吐出口２０２、及び吐出口２０２と連通したノズル２０３が形成される。
具体的には、まず、基板１０１の一面側であって、ノズルとなるべき部分に型材料２０１を積層する。型材料２０１としてはポジ型レジストを用いることができる。その後、ノズル材１１０である被覆感光性樹脂を、基板１０１の一面側に塗布する。吐出口２０２は、ノズル材１１０を露光、現像することで形成することができる。
ノズル材形成工程は、上記方法に限定されず、任意の公知の方法によって形成することができる。
次に、先導穴形成工程として、基板１０１の一面と対向する側の面からレーザー光を照射して、当該面からレーザーストップ層１０８に到達する先導穴１０９を形成する（図２（ｄ）参照。）。先導穴形成工程は第１の実施形態と同様に実施することができる。
本実施形態では、先導穴１０９の直径を約４０μｍとした。先導穴１０９の直径は、約５μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。これは、直径が小さすぎると、後に実施するエッチング工程においてエッチング液が先導穴１０９に入り難くなり、直径が大きすぎると、先導穴１０９の形成に多大な時間を要するためである。
次に、エッチング工程として、異方性エッチングによって、先導穴１０９の径を所望の大きさまで広げ、液体供給口１１１を形成する（図２（ｅ）参照。）。具体的にはまず、ポリエーテルアミド樹脂からなるエッチングマスク層１０５を保護膜として、エッチングマスク層１０５の開口部に露出した酸化膜１０４を除去する。
その後、第１の実施形態と同様に、基板１０１を異方性エッチングする。これにより、先導穴１０９は液体供給口１１１となる。
その後、液体供給口１１１の底部近傍にある犠牲層１０６及びエッチングストップ層１０２の一部を除去することで、液体供給口１１１とノズル材１１０に形成されているノズル２０３とを連通させる（図２（ｆ）参照。）。また、レーザーストップ層を除去することも可能である。
具体的には、犠牲層１０６は等方性エッチングにて除去される。また、エッチングストップ層１０２の犠牲層１０６に接触していた部分をエッチングによって除去する。そして、ノズル材１１０によって覆われている型材料２０１を除去することで、液体吐出ヘッドを製造することができる。型材料２０１は、遠紫外線を全面照射して、溶解除去することができる。
本実施形態では、エッチング工程において異方性エッチングに要した時間（ＡＥ時間）は１時間であった。一方、先導穴形成工程を実施せず、エッチング工程のみで液体供給口を形成した場合、ＡＥ時間は１６時間であった。このように、エッチング工程の前に、先導穴形成工程によって先導穴１０９を形成しておくことで、製造時間を大幅に短縮することが出来る。
さらに、ＡＥ時間の短縮に伴い、液体供給口１１１の径は小さくなる。そのため、基板１０１に複数の液体供給口１１１を形成する場合、それぞれの液体供給口１１１間の間隔を狭くすることができる。したがって、液体吐出ヘッドのサイズを小さくすることができる。
上記の実施形態では、基板単体を図示して、液体吐出用基板の製造方法を説明した。実際には、基板１０１はウエハ単位で製造されることが好ましい。また、上述の工程は、可能な限りその順番を入れ替えても構わない。
以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
（第３の実施形態）
図６（ａ）は、図４に示した液体吐出ヘッドの放熱部材４の部分を示した拡大断面図である。放熱部材４はキノコ形状に形成されており、流路形成部材３に覆われた傘の部分が係止部となって、流放熱部材４が流路形成部材３から外れることを妨げている。したがって、供給口８から流路６に流れ込む液体から放熱部材４に加わる力などによって、放熱部材４が流路形成部材３から外れることを防止できる。
（第３の実施形態）
図６（ａ）は、図４に示した液体吐出ヘッドの放熱部材４の部分を示した拡大断面図である。放熱部材４はキノコ形状に形成されており、流路形成部材３に覆われた傘の部分が係止部となって、流放熱部材４が流路形成部材３から外れることを妨げている。したがって、供給口８から流路６に流れ込む液体から放熱部材４に加わる力などによって、放熱部材４が流路形成部材３から外れることを防止できる。
放熱部材は、図６（ａ）に示すようなキノコ形状に限らず、放熱部材４が流路形成部材３から外れることを妨げる係止部を備えていればよい。たとえば、図６（ｂ）に示すような、流路形成部材の表面から内部にかけて広がるテーパ形状の場合にも、テーパ形状の側面が係止部となって放熱部材が流路形成部材から外れることを防止できる。また、図６（ｃ）に示すように、放熱部材の、流路形成部材の表面に配置された部分を広く形成して、放熱部材の、液体に接触する部分の面積を増大させることによって、放熱性能を向上させることも可能である。また、図６（ｄ）に示すように、放熱部材を流路形成部材の表面から突出するように形成して、放熱部材の、液体に接触する部分の面積を増大させることも可能である。
次に、図７を参照して本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。図７は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造過程における断面図である。なお、図７においては、１つの液体吐出ヘッド２について示したが、実際にはウエハ単位で加工を行った後にダイシングにより個々の液体吐出ヘッド２に切り分ける。
まず、図７（ａ）に示すように、表面に発熱素子７およびエッチング犠牲層１２が形成され、更に表面の全体を覆うように保護層１１が形成されたシリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０の他方の面である裏面には、エッチングマスクである二酸化ケイ素層１３とポリアミド層１４とが形成されている。発熱素子７には、電極パッド９に電気配線を介して電気的に接続された制御信号入力電極（不図示）が設けられている。シリコン基板１０には、結晶方位が（１００）で、厚さ６２５μｍのものが用いられている。
次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の表面側のエッチング犠牲層１２に対向する位置に金属層である放熱部材４を形成する。放熱部材４は金によって厚さが約４μｍで、供給口８側の端部の幅が約４０μｍになるように形成した。
放熱部材は、厚く形成されるほど熱伝導性が高くなるため放熱性能が向上する。放熱部材を厚く形成することを試みたところ、厚さが５．０μｍより大きい場合には、形状にばらつきが発生することがあったが、厚さが５．０μｍ以下である場合には形状のばらつきは見られなかった。放熱部材の形状にばらつきが発生すると、良好に放熱することができない部分が生じることがあるため、放熱部材の厚さは５．０μｍ以下にすることが望ましい。
放熱部材４を形成する工程において、電極パッド９および電気配線も同様に金によって形成する。放熱部材４と電極パッド９と電気配線とを、同一の組成を有する材料によって同一の工程で形成することによって、製造効率を向上させることができる。
次に、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の表面側の発熱素子７に近接する位置に流路パターン層１５を形成する。流路パターン層１５は、後に除去されて流路６になる部分であるため、容易に溶解して除去することができるポジ型感光性樹脂を用いて形成する。流路パターン層１５は、ポジ型感光性樹脂を溶媒に溶解したものをシリコン基板１０の表面側に塗布、露光した後、メチルイソブチルケトンを用いて現像することによって厚さ１２μｍに形成した。露光にはウシオ電機株式会社製ＵＸ−３０００（商品名）を用いた。
次に、図７（ｄ）に示すように、シリコン基板１０の表面側に流路形成部材３を形成する。流路形成部材３は、ネガ型感光性樹脂をメチルイソブチルケトンに溶解させたものを塗布し、９０℃で４分間プリベークして形成した。ネガ型感光性樹脂には、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤からなる樹脂組成物を用いた。流路形成部材３は、放熱部材４を露出しないように被覆するように設けることができる。
次に、図７（ｅ）に示すように、流路形成部材３に吐出口５を形成する。吐出口５は、流路形成部材３に、吐出口マスクパターンを介して露光をした後に、メチルイソブチルケトンで現像を行うことによって直径１０μｍに形成した。露光にはキヤノン株式会社製マスクアライナＭＰＡ−６００Ｓｕｐｅｒ（商品名）を用いた。
次に、図７（ｆ）に示すように、シリコン基板１０にレーザー光を照射して先導穴１６を形成する。その際、放熱部材４がレーザー光の透過を抑制するレーザーストップ層として機能する。したがって、流路形成部材３は、先導穴１６を形成する際にレーザー光によって損傷を受けない。
次に、図７（ｇ）に示すように、供給口８および流路６を形成する。供給口８は、先導穴１６を通じてシリコン基板１０に対してエッチングを行うことにより形成し、流路６は、供給口８および吐出口５から流路パターン層１５を除去することにより形成した。供給口８を形成することで、放熱部材４が供給口と対向する位置で露出する。
最後に、流路形成部材３を完全に硬化させることにより液体吐出ヘッド２が得られる。流路形成部材３の硬化は、２００℃で１時間加熱することにより行った。
最後に、流路形成部材３を完全に硬化させることにより液体吐出ヘッド２が得られる。流路形成部材３の硬化は、２００℃で１時間加熱することにより行った。
同様のプロセスで放熱部材を様々な厚さに形成した液体吐出ヘッドを作製し、キヤノン株式会社製インクＢＣＩ−７Ｃ（商品名）を用いて連続記録試験を行った。その結果、放熱部材の厚さが０．５μｍ未満の場合には、記録された画像の質の低下が見られた。一方、放熱部材の厚さが０．５μｍ以上の場合には記録された画像の質は良好に保たれていた。これにより、放熱部材の厚さを０．５μｍ以上にすることにより、液体吐出ヘッドの温度の上昇が効果的に抑制されることがわかった。
なお、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法では、放熱部材が流路形成部材に設けられているが、放熱部材は、発熱素子に近傍の、インク等の吐出液体が接触する位置に設けられていればよい。たとえば、放熱部材は、保護層の、流路内に配置された部分に設けられていても同様の効果を得ることができる。
１０１ 基板
１０２ エッチングストップ層
１０３ 吐出エネルギー発生素子
１０６ 犠牲層
１０７ 配線層
１０８ レーザーストップ層
１０９ 先導穴
１１０ ノズル材
１１２ 穴
１０２ エッチングストップ層
１０３ 吐出エネルギー発生素子
１０６ 犠牲層
１０７ 配線層
１０８ レーザーストップ層
１０９ 先導穴
１１０ ノズル材
１１２ 穴
Claims (14)
- 一方の面側にレーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層が設けられた基板を用意することと、
前記基板の前記一方の面の裏面から前記一方の面に向って、レーザー光により前記基板に加工を行い、前記レーザー光を前記層に到達させることにより前記基板に孔を形成することと、
前記裏面から前記孔を通じて前記基板に対してエッチング液でウェットエッチングを行うことと、を有し、
前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層上に前記エッチング液に対して耐性を有する材料からなる層が設けられており、前記ウェットエッチングにおいて前記エッチング液を前記エッチング液に対して耐性を有する材料からなる層に到達させることを特徴とする基板の加工方法。 - 前記レーザー光によるアブレーション加工により前記基板に前記孔を形成する、請求項１に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザー光がＹＡＧレーザーの基本波である、請求項１または２に記載の基板の加工方法。
- 前記材料は金、銀または銅のいずれかである、請求項１から３のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- 前記基板は配線層を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層と前記配線層とは同種の金属で形成されている、請求項５に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層と前記配線層とは同じ工程で製造される、請求項５または６に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層の厚さが０．５μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- 液体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一方の面に備えた基板と、前記基板の前記一方の面と前記一方の面の裏面とを連通するように前記基板に設けられ、エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
一方の面側にレーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層が設けられた基板を用意することと、
前記基板の前記一方の面の裏面から前記一方の面に向い前記基板にレーザー光により加工を行い、前記レーザー光を前記層に到達させることにより前記基板に孔を形成することと、
前記裏面から前記孔を通じて前記基板に対してエッチング液でウェットエッチングを行うことにより前記供給口を形成することと、を有し、
前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層上に前記エッチング液に対して耐性を有する材料からなる層が設けられており、前記ウェットエッチングにおいて前記エッチング液を前記エッチング液に対して耐性を有する材料からなる層に到達させることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 前記層が設けられた前記基板を用意することは、
前記基板上に前記材料からなる層を設けることと、
前記層の一部を利用して前記エネルギー発生素子に電気的に接続される配線層を形成することと、を含み、前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層と前記配線層とは同じ工程で製造される、請求項９に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 液体を吐出口から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一方の面に備えた基板と、前記吐出口と連通する流路を形成するための流路形成部材と、前記基板の前記一方の面と前記一方の面の裏面とを連通し、前記流路に液体を供給するための供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
一方の面側にレーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層が設けられた基板を用意することと、
前記層上に、前記層が露出しないように前記流路形成部材となる部材を設けることと、
前記基板の前記一方の面の裏面から前記一方の面に向って、レーザー光により前記基板に加工を行い、レーザー光を前記層に到達させることにより前記基板に孔を形成することと、
前記裏面から前記孔を通じて前記基板に対してウェットエッチングを行うことにより前記供給口を形成することと、を有し、
前記供給口を形成した後に、前記層の一部が前記供給口と対向するように前記層を露出する液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記基板は前記エネルギー発生素子に電気的に接続される配線層を有する、請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層と前記配線層とは同種の金属で形成されている、請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記レーザー光の透過を抑制することが可能な材料からなる層と前記配線層とは同じ工程で製造される、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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