JP6188354B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
インクジェット記録装置等の液体吐出装置は、液体吐出ヘッドから液体を吐出して記録媒体に着弾させることで、画像を記録媒体に形成する。液体吐出装置が有する液体吐出ヘッドは、基板と、基板の表面側に形成され、吐出口が形成された吐出口形成部材（ノズル層）とを有する。一般的に、基板としてはシリコンで形成されたシリコン基板が用いられている。一方、ノズル層は樹脂や金属等で形成されている。
基板の表面側には、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子が形成されている。また、基板には、基板を貫通し、エネルギー発生素子へ液体を供給する液体供給口が形成されている。液体供給口から供給された液体は、ノズル層が形成する流路を通り、エネルギー発生素子によってエネルギーを与えられ、吐出口から吐出される。
基板はノズル層を支える部材であり、高い強度が求められる。そこで、特許文献１には、液体供給口が形成された基板の強度を高めるために、液体供給口内に梁を形成する方法が記載されている。具体的には、まず基板裏面にマスクを形成し、次にレーザやドライエッチングによって基板を加工し、その後、基板両面側からエッチングを行うという方法である。基板裏面側にはマスクが形成されているので、基板裏面側にシリコン基板が残り、残ったシリコン基板が梁となる。
液体供給口内に梁を形成する場合、液体供給口の基板表面側の領域に梁を形成すると、基板の強度が向上するため好ましい。
しかしながら、基板の表面側、即ちエネルギー発生素子が形成されている側には、ノズル層等の様々な部材が形成されている。従って、特許文献１に記載されている基板の両面からエッチングを行う方法で液体供給口の基板表面側の領域に梁を形成することは容易ではない。液体供給口内に梁を形成した後にノズル層を形成することもできるが、この場合はノズル層が先に形成した液体供給口に落ち込むといった課題が発生することがある。
従って本発明は、基板の裏面側からの加工によって、液体供給口の基板表面側の領域に梁を容易に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される。即ち本発明は、液体供給口内に梁が形成されたシリコン基板を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、第一の面と前記第一の面と反対側の面である第二の面とを有するシリコン基板を用意する工程と、前記シリコン基板の第二の面側に、シリコンの変質領域を形成する工程と、前記シリコン基板に、前記第一の面の側から第一の異方性エッチングを行い、前記シリコン基板に未貫通の第一の液体供給口を形成する工程と、前記第一の液体供給口の底面から、前記第二の面に向かって延び、前記シリコン基板を第一の面側からみたときにシリコン基板を介して前記変質領域を内側に囲む、複数の未貫通孔を形成する工程と、前記複数の未貫通孔が形成されたシリコン基板に第二の異方性エッチングを行う工程と、を有し、前記シリコン基板に第二の異方性エッチングを行う工程において、前記シリコン基板を第二の面側からみて前記複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを異方性エッチングで消失させずに残し、前記複数の未貫通孔に挟まれた領域に残したシリコンを梁と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、基板の裏面側からの加工によって、液体供給口の基板表面側の領域に梁を容易に形成することができる。
図１に、本発明で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す。液体吐出ヘッドは、シリコンで形成されたシリコン基板１を有する。シリコン基板１は、第一の面（裏面）と、第一の面と反対側の面である第二の面（表面）を有する。液体吐出ヘッドを製造する上で、第一の面及び第二の面は、シリコンの結晶面方位が（１００）であることが好ましい。即ち、シリコン基板は（１００）基板であることが好ましい。
シリコン基板の第二の面側には、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子２が形成されている。エネルギー発生素子としては、例えばＴａＳｉＮ等の発熱抵抗体や、圧電素子が挙げられる。エネルギー発生素子は、シリコン基板と接触していても、シリコン基板に対して間隔を空けて一部中空状に形成されていてもよい。また、シリコン基板の第二の面側には、吐出口形成部材（ノズル層）１２が形成されている。吐出口形成部材には、液体が通る流路や吐出口１１が形成されている。
シリコン基板には、液体供給口が形成されている。図１では、第一の面側に位置する第一の液体供給口８と、第一の供給口よりもシリコン基板の第二の面側に位置する第二の液体供給口１０とが形成されており、第一の液体供給口と第二の液体供給口とで１つの液体供給口を構成している。
液体供給口内のうち、シリコン基板の第二の面側には、梁１３が形成されている。梁１３は、シリコン基板の一部、即ちシリコンで形成されている。液体供給口のシリコン基板の第二の面側に梁を形成することによって、液体供給口が形成されたシリコン基板の強度を高めることができる。
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を、図２〜図４を用いて説明する。図２は図１に示すａ−ａ´における断面図であり、図３〜図４はシリコン基板の同様の箇所の断面図である。
図２で示される液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１を用意する。シリコン基板の両面側には、酸化膜１ａが形成されている。酸化膜１ａとしては、例えばＳｉＯ２が挙げられる。例えば酸化膜を除去してシリコンを露出させるには、酸化膜がＳｉＯ２の場合、バッファードフッ酸等を用いて除去することができる。
シリコン基板の第一の面（図１における上側の面）には、エッチングマスク４が形成されている。エッチングマスク４は、この後で行うエッチングに対して耐性を有するものであり、例えばポリアミドやポリイミドで形成することができる。エッチングマスク４には、開口部５が形成されている。開口部５は、例えばドライエッチングによってエッチングマスクの一部を除去して形成する。
シリコン基板の第二の面（図１における下側の面）側には、犠牲層６が形成されている。犠牲層は、後で行う異方性エッチングによってシリコン基板よりもエッチングされやすいものである。犠牲層を形成することによって、液体供給口の第二の面側の開口幅をより良好に制御することができる。犠牲層は、例えばＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ等で形成することができ、上述の酸化膜に覆われている。
酸化膜は、パッシベイション層３で覆われている。パッシベイション層３としては、例えばＳｉＯ２やＳｉＮが挙げられる。
シリコン基板には、開口部５に対応する位置に凹部１４が形成されている。凹部１４は、シリコン基板の第一の面から第二の面側に延びている。凹部１４は、例えばレーザの照射によって形成する。レーザとしては、例えばＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）を用いる。レーザの波長は、シリコン基板１を形成する材料であるシリコンを加工可能な波長であればよい。例えば、ＹＡＧレーザの２倍波（ＳＨＧ：波長５３２ｎｍ）も、ＴＨＧと同様にシリコンに対して比較的高い吸収率を有しており、用いることができる。また、凹部１４は、レーザのアブレーションによって形成してもいいし、他にも、例えば反応性イオンエッチングによって形成してもよい。凹部１４の直径（第一の面側からみたときの直径。円以外の形状の場合は円相当径。）は、５μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。５μｍ以上とすることで、この後の工程で行う異方性エッチングの際にエッチング液が凹部１４に入りやすくなる。また、１００μｍ以下とすることで、凹部１４同士が、凹部１４の形成時に重なってしまうことを抑制できる。
図２（ａ）におけるシリコン基板の厚みを７２５μｍとしたとき、凹部１４の、第一の面からの深さ（Ｘ１）は、１００μｍ以上４００μｍ以下とすることが好ましい。即ち、凹部１４の先端（凹部１４の第二の面側の端）から、シリコン基板の第二の面までの距離は、３２５μｍ以上６２５μｍ以下とすることが好ましい。尚、本発明において厚みや長さを規定する場合は、その最短距離を意味する。
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１の第一の面から異方性エッチングを行い、第一の液体供給口８を形成する。異方性エッチングに用いるエッチング液としては、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＫＯＨ（水酸化カリウム）等の強アルカリ溶液が挙げられる。異方性エッチングの際、エッチングマスク４がマスクとなり、開口部５からエッチングが進行する。
図２（ａ）におけるシリコン基板の厚みを７２５μｍとしたとき、第一の液体供給口の、第一の面からの深さ（Ｘ２）は、３００μｍ以上５５０μｍ以下とすることが好ましい。即ち、第一の液体供給口の底面から、シリコン基板の第二の面までの距離は、１７５μｍ以上４２５μｍ以下とすることが好ましい。１７５μｍ以上とすることで、液体供給口内に形成する梁の大きさを確保し、基板強度を高めることができる。また、４２５μｍ以下とすることで、この後の第二の液体供給口を形成する為の未貫通孔の深さを浅くすることができ、形成する未貫通孔の深さのばらつきを抑えることができる。
尚、ここまでは第一の液体供給口を形成する例について説明したが、本発明は第一の液体供給口を形成せず、後述する第二の液体供給口のみでシリコン基板の液体供給口を構成する形としてもよい。
次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第一の面と反対側の面である第二の面の側に延びる未貫通孔７を複数形成する。ここでは、第一の液体供給口が形成されているので、第一の面即ち液体供給口の底面から、第二の面の側に延びる未貫通孔を複数形成する。未貫通孔７は、最終的に液体供給口が形成される領域内に形成する。例えばシリコン基板を第一の面側からみたときに、液体供給口が形成される領域の中に未貫通孔７が配置されるように形成する。また、複数の未貫通孔を列状に配置し、複数の未貫通孔の列が形成されていることが好ましい。この場合、シリコン基板を第一の面側からみたときに、複数の未貫通孔の列は、液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線に対して実質的に対称に配置されていることが好ましい。このように実質的に対称な配置とすることで、液体供給口及び梁の形状が良好となる。尚、図２ではシリコン基板の短手方向の断面図が示されている。即ち、シリコン基板の長手方向とは、この短手方向に垂直で、かつ吐出口列に沿った方向である。
未貫通孔７は、シリコン基板を貫通していない。よって、第一の面側には未貫通孔の開口があるが、第二の面側には開口がない。未貫通孔７の先端（未貫通孔７の第二の面側の端）から、シリコン基板の第二の面までの長さ（Ｘ３）は、１０μｍ以上７５μｍ以下とすることが好ましい。未貫通孔の先端を第二の面に近づけた方が液体供給口は早く形成できるが、Ｘ３を１０μｍ以上とすることで、第二の面側への未貫通孔形成の影響を抑制できる。例えば、未貫通孔をレーザで形成し、第二の面側に吐出口形成部材が形成されている場合、レーザを用いることによる吐出口形成部材への熱の影響を抑制することができる。また、Ｘ３を７５μｍ以下とすることで、この後の異方性エッチングによって液体供給口を貫通させるまでの時間を短くし、液体供給口内に形成する梁の大きさを確保し、基板強度を高めることができる。
未貫通孔７自体は、最終的に液体供給口の一部となる。シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンは、一部は異方性エッチングによって消失し、やはり液体供給口の一部となる。しかし、前記シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンの別の一部は、異方性エッチングで消失させずに残す。この部分を液体供給口内の梁とすることができる。尚、シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域とは、図２に示すようなシリコン基板の断面図において、未貫通孔に挟まれた領域は勿論、未貫通孔に挟まれていない領域も含む。即ち、図２に示すようなシリコン基板の断面図において未貫通孔に挟まれた領域よりも、さらに第一の面に近い側の領域も含む。
シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを、異方性エッチングによって消失させて、シリコンが消失した部分を液体供給口とする領域は、複数の未貫通孔の間隔を２５μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。２５μｍ以上とすることで、未貫通孔を形成した時点で未貫通孔同士が重なってしまうことを抑制できる。また、１００μｍ以下とすることで、この後の異方性エッチングの時間を短くし、液体供給口内に形成する梁の大きさを確保し、基板強度を高めることができる。
一方、シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを、異方性エッチングによって消失させず、残したシリコンを液体供給口内の梁とする領域は、複数の未貫通孔の間隔を１２０μｍ以上１０００μｍ以下とすることが好ましい。液体供給口内の梁とする領域における未貫通孔の間隔は、図２（ｃ）においてはＸ４で示される。Ｘ４を１２０μｍ以上とすることで、この後の異方性エッチングの時間を短くすることができる。さらに、異方性エッチングによって梁となる部分が消失することを抑制することができ、液体供給口内に形成する梁の大きさを確保し、基板強度を高めることができる。また、１０００μｍ以下とすることで、液体吐出ヘッドの液体吐出特性を高くすることができる。尚、複数の未貫通孔の間隔とは、最近接の２本の未貫通孔の間の最短距離のことをいう。
次に、図２（ｄ）に示すように、複数の未貫通孔を形成したシリコン基板に、第一の面から異方性エッチングを行い、シリコン基板に第二の液体供給口１０を形成する。第一の液体供給口８と第二の液体供給口１０とで、シリコン基板に１つの液体供給口が形成される。異方性エッチングに用いるエッチング液としては、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＫＯＨ（水酸化カリウム）等の強アルカリ溶液が挙げられる。
本発明では、シリコン基板に液体供給口を形成する工程において、シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを異方性エッチングで消失させずに残し、残したシリコンを梁１３とする。
本発明では、以上のようにして、シリコン基板の裏面（第一の面）からの加工によって、液体供給口内のシリコン基板の表面（第二の面）側の領域に梁を容易に形成することができる。また、本発明では、図２（ａ）の段階において、シリコン基板の第二の面側に吐出口形成部材を形成しておいても、液体供給口内のシリコン基板の表面（第二の面）側の領域に梁を容易に形成することができる。
本発明においては、犠牲層６を第二の面側の一部の領域に形成しないことも好ましい。この例を図３（ａ）に示す。犠牲層が存在している場合、犠牲層側からもエッチングが進行し、シリコンが消失する。従って、シリコンを残して梁を形成する部分に対応する位置に犠牲層を形成しないことで、シリコンをより十分に残し、梁を形成することができる。また、梁をシリコン基板の酸化膜１ａに接する位置に形成することができる。例えば、シリコン基板を第二の面側からみたときに、液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線と重なる位置に犠牲層を形成しないことが好ましい。このようにすることで、液体供給口の中心に梁を良好に形成することができる。
また、図３（ａ）では、凹部１４を形成していない。図３においては、これらの点以外については図２に関する説明と同様にして、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すような方法で液体吐出ヘッドを製造する。
本発明においては、シリコン基板の第二の面側に、シリコンの変質領域を形成しておくことも好ましい。このようにすることで、梁をシリコン基板の第二の面から良好に離間した位置に形成することができる。このような構成であれば、液体の供給がより良好となる。また、吐出口形成部材や、流路の型となる型材等を、シリコン基板の第二の面側に良好に配置することができる。尚、変質とは、シリコンのアモルファス化を意味する。図４を用いて、シリコン基板の第二の面側に変質領域１５を形成した例を示す。
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１を用意する。基本的には図２（ａ）と同じであるが、図４（ａ）では、シリコン基板の第二の面側にシリコンの変質領域１５を形成している。第二の面側に犠牲層６が形成されている場合は、シリコン基板を第二の面の側からみたときに、犠牲層と変質領域とが重ならないようにすることが好ましい。変質領域の形成方法としては、シリコン基板の内部にレーザの焦点を集光させ、多光子吸収のレーザ加工を行う方法が挙げられる。レーザとしては、例えばＹＡＧレーザの基本波（波長１０６０ｎｍ）が挙げられる。他にも、シリコンに対して多光子吸収ができるレーザであればよく、例えばフェムト秒レーザを用いることもできる。変質領域は、シリコン基板の長手方向に沿って複数列形成することが好ましい。
変質領域に関して、シリコン基板の短手方向に沿った方向の幅（Ｘ５）は、１２０μｍ以上１０００μｍ以下とすることが好ましい。ここでの幅とは、図４（ａ）に示す通り、シリコン基板の短手方向に関して最も離れた２つの変質領域の間隔のことをいう。Ｘ５を１２０μｍ以上とすることで、梁を第二の面から離間した位置に良好に形成することができる。また、１０００μｍ以下とすることで、液体吐出ヘッドの液体吐出特性を高くすることができる。また、変質領域の、第二の面からの深さ（Ｘ６）は、２μｍ以上１２０μｍ以下とすることが好ましい。Ｘ６を２μｍ以上とすることで、梁を第二の面から離間した位置に良好に形成することができる。また、Ｘ６を１２０μｍ以下とすることで、図４（ｄ）における異方性エッチングによって梁が消失してしまうことを抑制できる。尚、変質領域の幅や深さは、近赤外光による測定及びレーザ変位計により測定することができる。
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１の第一の面から異方性エッチングを行い、第一の液体供給口８を形成する。この工程は、図２（ｂ）で説明した内容と同様である。
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第一の面と反対側の面である第二の面の側に延びる未貫通孔７を複数形成する。ここでは、第一の液体供給口が形成されているので、第一の面即ち液体供給口の底面から、第二の面の側に延びる未貫通孔を複数形成する。未貫通孔７は、最終的に液体供給口が形成される領域内に形成する。例えばシリコン基板を第一の面側からみたときに、液体供給口が形成される領域の中に未貫通孔７が配置されるように形成する。また、複数の未貫通孔を列状に配置し、複数の未貫通孔の列が形成されていることが好ましい。この場合、シリコン基板を第一の面側からみたときに、複数の未貫通孔の列は、液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線に対して実質的に対称に配置されていることが好ましい。このように実質的に対称な配置とすることで、液体供給口及び梁の形状が良好となる。
未貫通孔７の先端（未貫通孔７の第二の面側の端）から、シリコン基板の第二の面までの長さ（Ｘ３）は、１０μｍ以上７５μｍ以下とすることが好ましい。未貫通孔の先端を第二の面に近づけた方が液体供給口は早く形成できるが、Ｘ３を１０μｍ以上とすることで、第二の面側への未貫通孔形成の影響を抑制できる。例えば、未貫通孔をレーザで形成し、第二の面側に吐出口形成部材が形成されている場合、レーザを用いることによる吐出口形成部材への熱の影響を抑制することができる。また、Ｘ３を７５μｍ以下とすることで、この後の異方性エッチングによって液体供給口を貫通させるまでの時間を短くし、液体供給口内に形成する梁の大きさを確保し、基板強度を高めることができる。
変質領域を形成している場合、未貫通孔７の形成位置は変質領域との関係で決まる。具体的には、シリコン基板を第一の面側からみたときに、未貫通孔７が、シリコン基板を介して変質領域１５を内側に囲むような配置とすることが好ましい。
未貫通孔７自体は、最終的に液体供給口の一部となる。シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンは、一部は異方性エッチングによって消失してやはり液体供給口の一部となる。しかし、シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンの別の一部は、異方性エッチングで消失させずに残すことで、液体供給口内の梁とすることができる。
シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを、異方性エッチングによって消失させて、シリコンが消失した部分を液体供給口とする領域は、複数の未貫通孔の間隔を２５μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。２５μｍ以上とすることで、未貫通孔を形成した時点で未貫通孔同士が重なってしまうことを抑制できる。また、１００μｍ以下とすることで、この後の異方性エッチングの時間を短くし、液体供給口内に形成する梁の大きさを確保し、基板強度を高めることができる。
一方、シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを、異方性エッチングによって消失させず、残したシリコンを液体供給口内の梁とする領域は、複数の未貫通孔の間隔を１２０μｍ以上１０００μｍ以下とすることが好ましい。液体供給口内の梁とする領域における未貫通孔の間隔は、図４（ｃ）においてはＸ７で示される。Ｘ７を１２０μｍ以上とすることで、この後の異方性エッチングの時間を短くすることができる。さらに、異方性エッチングによって梁となる部分が消失することを抑制することができ、液体供給口内に形成する梁の大きさを確保し、基板強度を高めることができる。また、１０００μｍ以下とすることで、液体吐出ヘッドの液体吐出特性を高くすることができる。
次に、図４（ｄ）に示すように、複数の未貫通孔を形成したシリコン基板に、第一の面から異方性エッチングを行い、シリコン基板に第二の液体供給口１０を形成する。この工程に関しては、図２（ｄ）で説明した内容と同様である。但し、図４においては変質領域が形成されているので、梁が形成される位置が図２で説明した位置とは異なる。即ち、図４（ｅ）に示すように、梁１３がシリコン基板の第二の面から離間した位置に形成される。これは、変質領域が異方性エッチングによってエッチングされて消失する為である。
このように、変質領域を形成する場合でも、シリコン基板の裏面（第一の面）からの加工によって、液体供給口の基板表面（第二の面）側の領域に梁を容易に形成することができる。また、この場合においては、梁をシリコン基板の第二の面から離間した位置に形成することができる。酸化膜１ａが形成されている場合は、酸化膜１ａからより離間した位置に形成することができる。このような位置に梁を形成すると、液体のリフィル特性等の点で好ましい。
以上の本発明の液体吐出ヘッドの製造方法に対し、図５に、本発明とは異なる従来の方法によって液体吐出ヘッドを製造した例を示す。
まず、図５（ａ）に示すようなシリコン基板１を用意する。
次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第二の面側に延びる未貫通孔を複数形成する。
次に、図５（ｃ）に示すように、異方性エッチングによって液体供給口１０を形成する。このとき、液体供給口１０内にシリコンを残さず、梁を形成しない。例えば、図５（ｂ）において、Ｘ８で示す長さが２００μｍであっても、Ｘ９が１１０μｍとすると、梁を残さないようにすることができる。
まず、図５（ａ）に示すようなシリコン基板１を用意する。
次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第二の面側に延びる未貫通孔を複数形成する。
次に、図５（ｃ）に示すように、異方性エッチングによって液体供給口１０を形成する。このとき、液体供給口１０内にシリコンを残さず、梁を形成しない。例えば、図５（ｂ）において、Ｘ８で示す長さが２００μｍであっても、Ｘ９が１１０μｍとすると、梁を残さないようにすることができる。
このような方法によって製造した液体吐出ヘッドは、シリコン基板の第二の面（表面）側に梁が形成されておらず、強度が低くなる。
以下に本発明を実施例にてより具体的に説明する。尚、実施例１〜１０は参考例である。
＜実施例１＞
図２に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。
図２に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。
まず、図２（ａ）に示すように、（１００）基板であるシリコン基板１を用意した。シリコン基板１の厚みは７２５μｍである。酸化膜１ａはＳｉＯ２とした。エッチングマスク４はポリアミドとした。開口部５はドライエッチングによって７．５ｍｍの幅で形成した。犠牲層６はＡｌ−Ｃｕ、パッシベイション層３はＳｉＮとした。
シリコン基板の開口部５内に対応する位置に、ＹＡＧレーザの３倍波によって凹部１４を形成した。凹部１４の直径は２５μｍとした。また、Ｘ１は２００μｍとした。即ち、凹部１４の先端（凹部１４の第二の面側の端）から、シリコン基板の第二の面までの距離は、５２５μｍとした。凹部１４の間隔は４００μｍとした。
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１の第一の面からＴＭＡＨの２２質量％溶液を用いて異方性エッチングを行い、第一の液体供給口８を形成した。ＴＭＡＨ溶液の温度は８０℃、エッチング時間は６時間とした。Ｘ２は３５０μｍとした。即ち、第一の液体供給口の底面からシリコン基板の第二の面までの距離は３７５μｍとした。
次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第一の面と反対側の面である第二の面の側に延びる未貫通孔７を、ＹＡＧレーザの３倍波によって１１６本形成した。複数の未貫通孔は列状に配置し、複数の未貫通孔の列を形成した。シリコン基板を第一の面側からみたときに、複数の未貫通孔の列は、液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線に対して実質的に対称に配置した。未貫通孔の直径は２５μｍ、Ｘ３は２５μｍとした。また、シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを、異方性エッチングによって消失させて、シリコンが消失した部分を液体供給口とする領域に関しては、複数の未貫通孔の間隔を６０μｍとした。一方、シリコン基板を第二の面側からみて複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを、異方性エッチングによって消失させず、残したシリコンを液体供給口内の梁とする領域に関しては、複数の未貫通孔の間隔、即ちＸ４を２００μｍとした。
次に、図２（ｄ）に示すように、複数の未貫通孔を形成したシリコン基板に、第一の面からＴＭＡＨの２２質量％溶液を用いて異方性エッチングを行った。ＴＭＡＨ溶液の温度は８０℃、エッチング時間は２．５時間とし、シリコン基板に第二の液体供給口１０を形成した。
以上のようにして、液体吐出ヘッドを製造した。製造した液体吐出ヘッドのシリコン基板の断面を電子顕微鏡で観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例２＞
実施例１に対して、Ｘ４を１２０μｍとした。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
実施例１に対して、Ｘ４を１２０μｍとした。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例３＞
実施例１に対して、Ｘ４を１０００μｍとした。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
実施例１に対して、Ｘ４を１０００μｍとした。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例４＞
実施例１に対して、Ｘ４を１１０μｍとした。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に、実施例１と比較するとやや小さいものの、梁が形成されていることが確認できた。
実施例１に対して、Ｘ４を１１０μｍとした。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に、実施例１と比較するとやや小さいものの、梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例５＞
実施例１に対して、図２（ａ）の段階において、シリコン基板の第二の面側に吐出口形成部材を形成しておいた。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
実施例１に対して、図２（ａ）の段階において、シリコン基板の第二の面側に吐出口形成部材を形成しておいた。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例６＞
実施例５に対して、Ｘ３を１０μｍとした。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
実施例５に対して、Ｘ３を１０μｍとした。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例７＞
実施例５に対して、Ｘ３を７５μｍとした。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
実施例５に対して、Ｘ３を７５μｍとした。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例８＞
実施例５に対して、Ｘ３を５μｍとした。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。但し、吐出口形成部材を電子顕微鏡で観察すると、実施例１の吐出口形成部材と比較して僅かに変形している箇所があった。
実施例５に対して、Ｘ３を５μｍとした。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。但し、吐出口形成部材を電子顕微鏡で観察すると、実施例１の吐出口形成部材と比較して僅かに変形している箇所があった。
＜実施例９＞
実施例５に対して、Ｘ３を８０μｍとした。さらに、図２（ｄ）における異方性エッチングを２．８時間で行った。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に、実施例５と比較するとやや小さいものの、梁が形成されていることが確認できた。
実施例５に対して、Ｘ３を８０μｍとした。さらに、図２（ｄ）における異方性エッチングを２．８時間で行った。これ以外は実施例５と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例５と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に、実施例５と比較するとやや小さいものの、梁が形成されていることが確認できた。
＜実施例１０＞
図３に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。基本的には部材や加工方法に関して、実施例１と同様とした。但し、図３に示すように、シリコン基板を第二の面側からみたときに、液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線と重なる位置に犠牲層を形成しないようにした。また、図３（ａ）に示すように、凹部１４を形成しなかった。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。また、実施例１とは異なり、梁はシリコン基板の酸化膜１ａに接する位置に形成されていた。
図３に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。基本的には部材や加工方法に関して、実施例１と同様とした。但し、図３に示すように、シリコン基板を第二の面側からみたときに、液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線と重なる位置に犠牲層を形成しないようにした。また、図３（ａ）に示すように、凹部１４を形成しなかった。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。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。また、実施例１とは異なり、梁はシリコン基板の酸化膜１ａに接する位置に形成されていた。
＜実施例１１＞
図４に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。
図４に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。
まず、図４（ａ）に示すように、（１００）基板であるシリコン基板１を用意した。シリコン基板１の厚みは７２５μｍである。酸化膜１ａはＳｉＯ２とした。エッチングマスク４はポリアミドとした。開口部５はドライエッチングによって７．５ｍｍの幅で形成した。犠牲層６はＡｌ−Ｃｕ、パッシベイション層３はＳｉＮとした。
シリコン基板の開口部５内に対応する位置に、ＹＡＧレーザの３倍波によって凹部１４を形成した。凹部１４の直径は２５μｍとした。Ｘ１は２００μｍとした。即ち、凹部１４の先端（凹部１４の第二の面側の端）から、シリコン基板の第二の面までの距離は、５２５μｍとした。凹部１４の間隔は４００μｍとした。
次に、シリコン基板の第二の面側にシリコンの変質領域１５を形成した。変質領域は、ＹＡＧレーザの基本波を用い、シリコン基板の内部にレーザの焦点を集光させ、多光子吸収のレーザ加工を行う方法で形成した。また、シリコン基板を第二の面の側からみたときに、犠牲層と変質領域とが重ならないようにし、変質領域はシリコン基板の長手方向に沿って複数列形成した。また、Ｘ５は２００μｍ、Ｘ６は５０μｍとした。
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１の第一の面から異方性エッチングを行い、第一の液体供給口８を形成した。この工程は、実施例１の図２（ｂ）で説明した内容と同様とした。
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第一の面と反対側の面である第二の面の側に延びる未貫通孔７を複数形成した。この工程も、実施例１の図２（ｃ）で説明した内容と基本的に同様とした。但し、シリコン基板を第一の面側からみたときに、未貫通孔７が、シリコン基板を介して変質領域１５を内側に囲むような配置とした。さらに、Ｘ７は２００μｍとした。
次に、図４（ｄ）に示すように、複数の未貫通孔を形成したシリコン基板に、第一の面からＴＭＡＨ溶液で異方性エッチングを行い、シリコン基板に第二の液体供給口１０を形成した。ＴＭＡＨ溶液の温度は８０℃、エッチング時間は２時間とした。
以上のようにして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に良好な梁が形成されていることが確認できた。また、実施例１とは異なり、梁をシリコン基板の酸化膜１ａからより離れた位置に形成することができた。
＜比較例１＞
図５に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。
まず、図５（ａ）に示すようなシリコン基板１を用意した。ここでは、凹部１４を形成しない以外は実施例１と同様とした。
次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第二の面側に延びる未貫通孔をＹＡＧレーザの３倍波によって複数形成した。ここで、Ｘ８を２００μｍ、Ｘ９を１１０μｍとした。
次に、図５（ｃ）に示すように、複数の未貫通孔を形成したシリコン基板に、第一の面からＴＭＡＨの２２質量％溶液を用いて異方性エッチングを行い、シリコン基板に第二の液体供給口１０を形成した。ＴＭＡＨ溶液の温度は８０℃、エッチング時間は６時間とした。
図５に示す方法で液体吐出ヘッドを製造した。
まず、図５（ａ）に示すようなシリコン基板１を用意した。ここでは、凹部１４を形成しない以外は実施例１と同様とした。
次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板に、シリコン基板の第一の面から第二の面側に延びる未貫通孔をＹＡＧレーザの３倍波によって複数形成した。ここで、Ｘ８を２００μｍ、Ｘ９を１１０μｍとした。
次に、図５（ｃ）に示すように、複数の未貫通孔を形成したシリコン基板に、第一の面からＴＭＡＨの２２質量％溶液を用いて異方性エッチングを行い、シリコン基板に第二の液体供給口１０を形成した。ＴＭＡＨ溶液の温度は８０℃、エッチング時間は６時間とした。
以上のようにして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例１と同様にしてシリコン基板の断面を観察したところ、液体供給口のシリコン基板の第二の面側の領域に梁は確認できなかった。
Claims (12)
- 液体供給口内に梁が形成されたシリコン基板を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
第一の面と前記第一の面と反対側の面である第二の面とを有するシリコン基板を用意する工程と、
前記シリコン基板の第二の面側に、シリコンの変質領域を形成する工程と、
前記シリコン基板に、前記第一の面の側から第一の異方性エッチングを行い、前記シリコン基板に未貫通の第一の液体供給口を形成する工程と、
前記第一の液体供給口の底面から、前記第二の面に向かって延び、前記シリコン基板を第一の面側からみたときにシリコン基板を介して前記変質領域を内側に囲む、複数の未貫通孔を形成する工程と、
前記複数の未貫通孔が形成されたシリコン基板に第二の異方性エッチングを行う工程と、を有し、
前記シリコン基板に第二の異方性エッチングを行う工程において、前記シリコン基板を第二の面側からみて前記複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンを異方性エッチングで消失させずに残し、前記複数の未貫通孔に挟まれた領域に残したシリコンを梁とすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第二の異方性エッチングでシリコンを消失させない領域では、複数の未貫通孔の間隔を１２０μｍ以上１０００μｍ以下とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記未貫通孔の先端から前記シリコン基板の第二の面までの長さは、１０μｍ以上７５μｍ以下である請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記複数の未貫通孔に挟まれた領域のシリコンは、一部の領域を異方性エッチングによって消失させて液体供給口とし、前記領域では複数の未貫通孔の間隔を２５μｍ以上１００μｍ以下とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記複数の未貫通孔によって複数の未貫通孔の列が形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記シリコン基板を第一の面側からみたときに、前記複数の未貫通孔の列は、前記液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線に対して対称に配置されている請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記異方性エッチングを行う際、前記シリコン基板の第二の面側には犠牲層が形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記シリコン基板を第二の面側からみたときに、液体供給口が形成される領域のシリコン基板の長手方向に沿う中心線と重なる位置には、前記犠牲層が形成されていない請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記シリコン基板を前記第二の面の側からみたときに、前記犠牲層と前記変質領域とが重ならない請求項７または８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記変質領域の前記シリコン基板の短手方向の幅が１２０μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記変質領域の前記第二の面からの深さが２μｍ以上１２０μｍ以下である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第一の異方性エッチングを行う前に、前記シリコン基板の第一の異方性エッチングを行う領域に、前記第一の面から前記第二の面に向かって延びる複数の凹部を形成する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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