JP6128991B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

液体吐出ヘッドはインクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられ、流路形成部材と基板とを有する。流路形成部材は基板上に設けられており、液体の流路や、場合によっては液体吐出口を形成している。基板には液体供給口が形成されており、液体供給口から流路に供給された液体は、液体吐出口から吐出されて紙等の記録媒体に着弾する。

一般的に、このような液体吐出ヘッド（チップ）は、１枚のウェハに複数の液体吐出ヘッドを一括で製造し、これを各液体吐出ヘッドの小片に切り分け部分で切り分けて製造される。

特許文献１には、ウェハ（基板）の表面側に流路形成部材を形成した後、ウェハの裏面側からエッチングを行うことで、ウェハに液体供給口と切り分け部分とを形成することが記載されている。

また、特許文献２には、ウェハの表面側に部材を形成した後、部材の間からウェハに未貫通の穴を形成し、さらに裏面側から研磨を行って未貫通の穴を貫通させることで、穴の部分を切り分け部分とすることが記載されている。

特開２０１０−１６２８７４号公報 特開２００２−２５９４８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、流路形成部材を形成した後でウェハを表面側から裏面側まで貫通させる加工（エッチング）を行うことになるので、ウェハの加工時間が長くかかり、流路形成部材を十分に保護する必要がある。従って、その分だけ製造時間やコストがかかる。また、特許文献２の方法では、部材の間からウェハに穴を形成するので、部材の形成精度及び穴の形成に高度な技術を要する。さらに、切り分け部分用の穴と液体供給口とを同時に形成するとなると、部材や穴の形成により高度な技術を要することになる。

このような課題を解決する為に、ウェハの表面側から液体供給口及び切り分け部分用の穴を形成しておき、穴を形成した後で表面側に流路形成部材を形成することが考えられる。この際、形成した穴に流路形成部材が落ち込むことを抑制する為に穴を充填することができるが、充填した材料は後で除去する必要がある。従って、穴を充填しなくても流路形成部材が落ち込まないように、穴を塞ぐようにドライフィルムを配置し、このドライフィルムを流路形成部材とすることが好ましい。配置したドライフィルムには、例えばフォトリソグラフィー工程によって流路や吐出口が形成される。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、フォトリソグラフィー工程において、露光後のＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）工程で加熱を行うと、ドライフィルムによって密閉空間となった穴（空洞部）の空気が膨張し、流路形成部材の形状に影響を与えることが分かった。これを、図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、ウェハ１の表面側から、穴２及び穴３を形成し、これらを塞ぐようにドライフィルム４を配置する。穴２は切り分け部分の少なくとも一部となる穴で、穴３は液体供給口の少なくとも一部となる穴である。穴２及び穴３は、ドライフィルムが配置されたことで密閉空間となる。次に、ＰＥＢ工程を行うと、この密閉空間で膨張した空気によって、密閉空間上のドライフィルムが変形してしまい、ドライフィルム４に変形部分５が形成される。特に、穴３上の変形部分は流路の一部となるので、結果的に流路形成部材の形状が変形してしまうこととなる。加熱は、フォトリソグラフィー工程でなくても必要な場合があり、加熱を行うとこのような変形が発生することがあった。

従って、本発明は、ウェハの表面側から供給口用の穴と切り分け用の穴とを形成し、その後でドライフィルムによってウェハの表面側に流路形成部材を形成し、これを加熱及び現像する場合であっても、流路形成部材を精度よく形成することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決することができる。即ち、本発明は、液体供給口を形成する基板と、該基板の表面側に流路形成部材とを有し、ウェハから切り分け部分で切り分けられることで製造される液体吐出ヘッドの製造方法であって、ウェハに、前記液体供給口の少なくとも一部となるウェハを貫通した第一の穴と、前記切り分け部分の少なくとも一部となるウェハを貫通しない第二の穴とを、ウェハの表面側から形成する工程と、前記ウェハの表面側に、前記第一の穴と第二の穴とを表面側で塞ぐようにドライフィルムを配置する工程と、前記第一の穴が前記ウェハを貫通した状態で、前記ドライフィルムを加熱及び現像することで、前記ドライフィルムから流路形成部材を形成する工程と、前記第二の穴がウェハを貫通するように、前記表面側の反対側である裏面側から前記ウェハを削ることで、前記ウェハから液体吐出ヘッドを切り分ける工程と、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。

本発明によれば、ウェハの表面側から供給口用の穴と切り分け用の穴とを形成し、その後でドライフィルムによってウェハの表面側に流路形成部材を形成し、これを加熱及び現像する場合であっても、流路形成部材を精度よく形成することができる。

本発明によって製造される液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。図１は、本発明により製造される液体吐出ヘッドの一例を示す図である。液体吐出ヘッドは、液体供給口６を形成する基板７と、流路形成部材８とを有する。流路形成部材８は、基板７の表面７ａ側に形成されている。液体供給口６は、基板の表面７ａと、表面の反対側の面である裏面７ｂとを貫通している。基板７は、１枚のウェハから切り分けられて個々の基板となる。基板７は、エネルギー発生素子９を有する。エネルギー発生素子９としては、電気熱変換素子や圧電素子が挙げられる。エネルギー発生素子９には、エネルギー発生素子を駆動させるための制御信号入力電極が電気的に接続されている。基板７の表面側には、流路形成部材８が形成されており、流路形成部材８は液体の流路１０を形成している。また、流路形成部材８は液体吐出口１１も形成している。液体供給口６から流路１０に供給された液体は、エネルギー発生素子９によってエネルギーを与えられ、液体吐出口１１から吐出される。

このような液体吐出ヘッドの製造方法を、図２を用いて説明する。図２は、図１の液体吐出ヘッドのａ−ａ´断面を含むウェハの断面図を示す図である。

まず、図２（ａ）に示すように、表面７ａ側にエネルギー発生素子９を有する基板７を用意する。この時点では、基板はウェハから切り分けられておらず、基板７はウェハの一部である。基板７は、シリコンで形成されたシリコン基板であることが好ましい。この場合、ウェハは所謂シリコンウェハとなる。シリコン基板としては、表面の結晶方位が（１００）であることが好ましい。他にも、表面の結晶方位が（１１０）であるシリコン基板であってもよい。

次に、図２（ｂ）に示すように、ウェハの表面側に、エッチングマスク層１２を形成する。エッチングマスク層は、ウェハよりもエッチングによって消失しにくいものであればよく、例えば樹脂、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ_２等で形成する。エッチングマスク層には、開口１２ａ及び開口１２ｂが形成されている。エッチングマスク層は、エネルギー発生素子を覆う保護層や絶縁層として用いることもできる。このようにすれば、エッチングマスク層を除去する必要がなくなる。また、保護層や絶縁層を別途設けなくともよくなる。開口１２ａ及び開口１２ｂは、例えばフォトリソグラフィーや反応性イオンエッチングで形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、開口１２ａ及び開口１２ｂからウェハを加工し、ウェハの表面側から第一の穴１３と第二の穴１４とを形成する。第一の穴１３は、開口１２ａから形成されたものであり、ウェハを表面７ａから裏面７ｂまで貫通している。第一の穴１３は、液体供給口の少なくとも一部となる。第二の穴１４は、開口１２ｂから形成されたものであり、ウェハを貫通していない。第二の穴１４は、切り分け部分の少なくとも一部となる。切り分け部分とは、ウェハから各液体吐出ヘッドを切り分ける境目の部分である。第一の穴及び第二の穴の形成方法としては、例えば反応性イオンエッチングやウェットエッチング、機械加工等が挙げられる。また、これらを組み合わせて形成してもよい。尚、この時点で第二の穴１４を、ウェハを貫通した穴とした場合には、流路形成部材を形成する工程等においてウェハから液体吐出ヘッドが分離しやすくなり、液体吐出ヘッドを精度よく製造することが困難となる。

第一の穴と第二の穴とは、同じ工程で形成することができる。第一の穴及び第二の穴を反応性イオンエッチングで形成する場合、基板の表面と平行方向における開口の開口面積に関して、開口１２ａの開口面積を開口１２ｂの開口面積よりも広くすることが好ましい。このようにすることで、反応性イオンエッチングを一括で行った際に、開口１２ａからの加工速度が上がり、第一の穴１３がウェハを貫通し、第二の穴１４がウェハを貫通しない関係としやすい。

第二の穴はウェハを貫通しないが、その深さはウェハの厚み、即ち第一の穴の深さに対して５０％以上とすることが好ましい。５０％未満だと、後の工程でウェハを削る時間が長くなってしまい、液体吐出ヘッドの製造に影響を与える。より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは７０％以上である。また、加工時のウェハの強度を保つために、第一の穴の深さに対して９５％以下とすることが好ましい。９５％を超えると、第二の穴の底部分のウェハの残存厚みが非常に薄くなり、ウェハの強度が低下し、ウェハから基板が分離されてしまう可能性がある。より好ましくは９０％以下、さらに好ましくは８０％以下である。

尚、第一の穴及び第二の穴は、それぞれ、溝のように例えば長手方向に連続的に形成されていてもよい。或いは、長手方向に不連続で形成されていてもよい。短手方向においても同様である。不連続の場合、例えば後でエッチングをすることでつなげてもよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、第一の穴１３と第二の穴１４とを形成したウェハの表面側に、ウェハの表面側で第一の穴１３と第二の穴１４とを塞ぐようにドライフィルムを配置する。さらに、マスク１５を用いてドライフィルムを露光し、加熱（ＰＥＢ工程）することで、ドライフィルムに潜像パターンを形成する。即ち、第一の穴１３がウェハを貫通した状態で、ドライフィルムの加熱を行う。ドライフィルムは、例えばポリエステル等の基材上に形成された乾燥状態のフィルムのことをいう。ドライフィルムがウェハに転写された後は、基材は除去する。ドライフィルムは、感光性を有したドライフィルムであることが好ましい。特にネガ型の感光性樹脂で形成したドライフィルムであることが好ましい。形成材料としては、例えばエポキシ樹脂が挙げられる。

ドライフィルムの潜像パターン４ａは、第一の穴１３を塞ぐ部分で、最終的に除去されて流路となる部分である。潜像パターン４ｂは、第二の穴１４を塞ぐ部分で、最終的に除去されて切り分け部分の上方に位置する部分である。潜像パターン４ｃは、流路形成部材８の一部となる部分である。ＰＥＢ工程でドライフィルムを加熱すると、図２（ｄ）に示すように、潜像パターン４ｂでは変形が発生する。これは、潜像パターン４ｂの下方にある、密閉空間である第二の穴１４の空気が膨張する為である。しかし、この部分は切り分け部分の上方に位置する部分であり、流路形成部材の形状にはほとんど影響を与えない。一方、潜像パターン４ａでは、変形がほとんど発生しない。これは、潜像パターン４ａの下方にある第一の穴１３がウェハを貫通しており、第一の穴１３が密閉空間ではなく、空気を逃がすことができる為である。尚、潜像パターン４ｃの下方には実質的に穴が形成されていないので、潜像パターン４ｃが変形することはほとんどない。

潜像パターン４ｂの部分、即ちドライフィルムの第二の穴１４を塞ぐ部分は、露光によって硬化させないことが好ましい。ドライフィルムがネガ型である場合、ドライフィルムの第二の穴１４を塞ぐ部分は露光しないようにマスクをすることが好ましい。この部分を硬化させると、場合によっては変形が流路形成部材に影響を与えることがある。

次に、図２（ｅ）に示すように、ドライフィルム上に吐出口形成部材を形成する。吐出口形成部材は、流路の一部、図２（ｅ）においては流路の上壁を形成している。即ち、図２（ｅ）における吐出口形成部材は、流路形成部材の一部である。図２（ｅ）では、潜像パターン４ａを現像（除去）せずに残した状態でその上に吐出口形成部材を形成しているが、潜像パターン４ａを現像してから吐出口形成部材を形成してもよい。吐出口形成部材には、例えば露光を行い、潜像パターン１１ａを形成する。潜像パターン１１ａは、吐出口の形状が潜像された部分である。

吐出口形成部材は、樹脂で形成することが好ましく、感光性樹脂で形成することがより好ましい。吐出口形成部材は、スピンコートやダイレクトコートによって形成してもよいし、ドライフィルムとして下方のドライフィルム上に積層してもよい。吐出口形成部材を露光する場合には、下方のドライフィルムと吐出口形成部材の感度を分離する必要がある。この場合には、吐出口形成部材はドライフィルムで形成することが好ましい。尚、ここでは吐出口形成部材をさらに形成する形態を説明したが、１層のドライフィルムのみで流路と吐出口を形成する流路形成部材を形成してもよい。

吐出口形成部材に加熱を行うと、変形部分１１ｂが形成される。変形部分１１ｂは、第二の穴１４の上方の部分であり、第二の穴１４での空気の膨張や、潜像パターン４ｂの変形の影響によって変形して形成される。変形部分１１ｂは、切り分け部分の上方に位置する部分なので、流路形成部材の形状にはほとんど影響を与えない。

次に、図２（ｆ）に示すように、潜像パターン４ａ、潜像パターン４ｂ、潜像パターン１１ａ、変形部分１１ｂの除去を行う。これによって、流路形成部材８に、流路１０と液体吐出口１１とが形成される。ここでは、潜像パターン４ａ、潜像パターン４ｂ、潜像パターン１１ａ、変形部分１１ｂを一括して除去した例を説明したが、潜像パターン４ａ、潜像パターン４ｂ、潜像パターン１１ａ、変形部分１１ｂは別々に除去してもよい。また、例えば液体吐出口１１を露光及び現像ではなく、反応性イオンエッチングやレーザー照射で形成した場合には、吐出口パターンの除去は必要でなくなる。

この段階においても、第一の穴１３はウェハを貫通しているが、第二の穴１４はウェハを貫通していない。続いて、図２（ｇ）に示すように、第二の穴１３がウェハを貫通するように、裏面側からウェハを削る。削る方法としては、機械的な研磨（ＣＭＰ）や反応性イオンエッチング等が挙げられる。

第二の穴１４がウェハを貫通すると、第二の穴を含む部分が切り分け部分となり、この部分でウェハから液体吐出ヘッドを切り分けることができる。同時に、第一の穴１３は液体供給口６となる。図２（ｇ）では、液体吐出ヘッドが２つ形成された様子が示されている。

このように、本発明によれば、密閉空間の空気の膨張による流路形成部材の変形を抑制し、精度の高い流路形成部材を有する液体吐出ヘッドを製造することができる。

以下、実施例を用い、本発明をより具体的に説明する。

（実施例１）
まず、図２（ａ）に示すように、表面７ａ側にエネルギー発生素子９を有する基板（ウェハ）７を用意した。エネルギー発生素子はＴａＳｉＮとし、基板としてはシリコン基板の（１００）基板を用いた。基板の厚みは７００μｍとした。エネルギー発生素子上には、ＳｉＯ_２及びＳｉＮをプラズマＣＶＤで成膜し、これを絶縁保護層とした。

次に、図２（ｂ）に示すように、エッチングマスク層１２を形成した。エッチングマスク層１２は、樹脂（商品名；ＴＨＭＲ−ｉＰ５７００ ＨＰ、東京応化工業製）を用い、厚さ１０μｍとした。続いてフォトリソグラフィー工程によって開口１２ａ及び開口１２ｂを形成した。基板の表面と平行方向に関して、開口１２ａの開口幅は１００μｍ、開口１２ｂの開口幅は４０μｍとした。また、基板の表面と平行方向に関して、開口１２ａの開口面積は１００００μｍ^２、開口１２ｂの開口面積は１６００μｍ^２とした。

次に、図２（ｃ）に示すように、開口１２ａ及び開口１２ｂから反応性イオンエッチングにてウェハを加工し、ウェハの表面側から第一の穴１３と第二の穴１４とを形成した。反応性イオンエッチングはボッシュプロセスとし、開口面積によるエッチングレートの差を利用することで、ウェハを貫通した第一の穴１３と、ウェハを貫通しない第二の穴１４とを同時に形成した。第一の穴１３の深さはウェハの厚みと同じ７００μｍ、第二の穴の深さは５６０μｍとした。

次に、図２（ｄ）に示すように、第一の穴１３と第二の穴１４とを形成したウェハの表面側に、ウェハの表面側で第一の穴１３と第二の穴１４とを塞ぐようにドライフィルムを配置した。ドライフィルムとしては、エポキシ樹脂を含むネガ型の感光性ドライフィルムを用いた。さらに、マスク１５を用いてドライフィルムを露光し、加熱（ＰＥＢ工程）することで、ドライフィルムに潜像パターンを形成した。露光の際の露光量は６０００Ｊ／ｍ^２、加熱は５０℃５分の条件で行った。

次に、図２（ｅ）に示すように、ドライフィルム上に吐出口形成部材を形成した。吐出口形成部材としては、エポキシ樹脂を含むネガ型の感光性ドライフィルムを用いた。吐出口形成部材には露光を行い、加熱（ＰＥＢ工程）することで、ドライフィルムに潜像パターン１１ａを形成した。露光の際の露光量は２０００Ｊ／ｍ^２、加熱は９０℃４分の条件で行った。加熱（ＰＥＢ）の際には、第一の穴１３がウェハを貫通した状態であった。

次に、図２（ｆ）に示すように、潜像パターン４ａ、潜像パターン４ｂ、潜像パターン１１ａ、変形部分１１ｂを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートにて溶解除去し、流路形成部材８に流路１０と液体吐出口１１とを形成した。

最後に、図２（ｇ）に示すように、第二の穴１３がウェハを貫通するように、ＣＭＰによって裏面側からウェハを１５０μｍ削った。第二の穴１４のウェハを貫通した部分を含む部分を切り分け部分とし、この部分でウェハから液体吐出ヘッドを切り分けた。

以上のようにして、液体吐出ヘッドを製造した。製造された液体吐出ヘッドは、精度よく流路形成部材が形成されたものであった。

（実施例２）
実施例１では、図２（ｃ）において、反応性イオンエッチングによって第一の穴１３と第二の穴１４とを形成した。実施例２では、図２（ｃ）のかわりに、レーザー照射とウェットエッチングによって第一の穴１３と第二の穴１４とを形成した。実施例１と同様の部分は省略して説明する。

図３（ａ）に示すように、開口１２ａ及び開口１２ｂからレーザーを照射し、基板７に第一の穴１３と第二の穴１４とを形成した。照射したレーザーは、ＹＡＧレーザーの第３高調波（波長３５５ｎｍ）で、出力１０Ｗ、周波数１００ＫＨｚとした。第一の穴１３はウェハを貫通させ、第二の穴１４はウェハを貫通させなかった。また、第一の穴１３は開口１２ａ内に複数、第二の穴１４は開口１２ｂ内に１つ形成した。

次に、図３（ｂ）に示すように、２２質量％のテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）水溶液にて、ウェハをウェットエッチングした。エッチング条件としては、エッチング温度を８３℃、エッチング時間を２時間とした。ウェットエッチングを行った後でも、第一の穴１３はウェハを貫通し、第二の穴１４はウェハを貫通していなかった。

これ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。製造された液体吐出ヘッドは、精度よく流路形成部材が形成されたものであった。

Claims (9)

1. 液体供給口を形成する基板と、該基板の表面側に流路形成部材とを有し、ウェハから切り分け部分で切り分けられることで製造される液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   ウェハに、前記液体供給口の少なくとも一部となるウェハを貫通した第一の穴と、前記切り分け部分の少なくとも一部となるウェハを貫通しない第二の穴とを、ウェハの表面側から形成する工程と、
   前記ウェハの表面側に、前記第一の穴と第二の穴とを表面側で塞ぐようにドライフィルムを配置する工程と、
   前記第一の穴が前記ウェハを貫通した状態で、前記ドライフィルムを加熱及び現像することで、前記ドライフィルムから流路形成部材を形成する工程と、
   前記第二の穴がウェハを貫通するように、前記表面側の反対側である裏面側から前記ウェハを削ることで、前記ウェハから液体吐出ヘッドを切り分ける工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第一の穴と第二の穴とは、前記ウェハの表面側に形成したエッチングマスクの開口から形成し、前記基板はエネルギー発生素子を有し、前記エッチングマスクは該エネルギー発生素子を覆う請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記ウェハはシリコンで形成されたシリコンウェハである請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記ドライフィルムはネガ型の感光性ドライフィルムである請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記第二の穴の深さは、前記第一の穴の深さに対して５０％以上、９５％以下である請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記第一の穴と第二の穴とは、前記ウェハの表面側に形成したエッチングマスクの開口から形成し、該エッチングマスクは、前記第一の穴を形成するための開口と、前記第二の穴を形成するための開口とを有し、前記第一の穴を形成するための開口の基板の表面と平行方向の開口面積は、前記第二の穴を形成するための開口の基板の表面と平行方向の開口面積よりも広い請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記第一の穴と第二の穴との形成を、反応性イオンエッチングによって行う請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記第一の穴と第二の穴との形成を、ウェットエッチングによって行う請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記ドライフィルムの前記第二の穴を塞ぐ部分には露光を行わない請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
   

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