JP6873836B2 - 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、液体から駆動回路や基板を保護する目的から保護層が形成されている。
特許文献１には、液体吐出ヘッド全体に保護層が形成されることが記載されている。

米国特許公開第２０１１／００１８９３８号明細書

特許文献１に記載されているような保護層を基板に形成し、保護層をパターニングした後で流路形成部材を形成する場合には、保護層と流路形成部材の位置精度が課題になる場合がある。例えば、流路形成部材とパターニングされた保護層の位置にズレが生じており、保護層により保護されるべき基板の部分が保護層に保護されていない状態で流路内に露出すると、この露出部分において保護層による保護機能を得ることができない。
従って、本発明は、パターニングした保護層と流路形成部材の位置精度を向上させ、液体吐出ヘッドの品質向上を可能とすることを目的とする。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、
エネルギー発生素子を有する基板と、流路を有する流路形成部材と、該流路から供給される液体を前記エネルギー発生素子で発生させたエネルギーにより吐出する吐出口と、前記基板の前記流路と接する部分に設けられた保護層と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
基板の流路を設ける面に保護層を形成する保護層形成工程と、
前記基板に形成された保護層上に前記流路の型材となる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層をマスクとして前記保護層をパターニングするパターニング工程と、
流路形成部材により前記犠牲層を被覆する犠牲層被覆工程と、
前記基板上から前記犠牲層を除去し、流路を形成する流路形成工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、高品質な液体吐出ヘッドを製造することが可能となる。

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実施形態を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態におけるパターニング工程を経た保護層の端と流路形成部材との接合形態を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態を示す図である。

特許文献１に記載されるような保護層を流路形成部材と吐出口を含む基板全体に形成する場合は、上述した以外にも、吐出する液体と、液体が流れる流路や吐出口を形成する部材との濡れ性が保護膜により変化する等の課題が発生する。課題を以下に示す。
（１）保護膜を形成することで所望の流抵抗を得ることが困難になる場合が考えられる。（２）吐出口付近の液の濡れ性が変化し、吐出口付近に液体の残留物が付着して吐出特性に影響を及ぼす場合や、吐出口付近の液体をクリーニングするためのワイパーを使用する際のクリーニング性能に影響を及ぼす場合がある。
（３）保護層と流路形成部材の密着性が弱い場合などは保護膜が剥がれることで品質や寿命に影響を及ぼす場合が考えられる。
（４）液体吐出ヘッドに保護テープ等の保護部材を貼り付けて出荷する場合があるが、保護層が存在することで保護部材との密着性に影響を及ぼすことで、保護部材を除去する際に製品へのダメージが入る場合が考えられる。
（５）液体吐出エネルギー発生素子の最表面にはコゲ対策あるいはキャビテーション対策に用いる機能膜を形成する場合があり、この機能膜と全体を覆う保護層を両立する材料選定が困難になる場合がある。
よって、保護膜を部分的に形成する方が好ましい場合が存在する。
他に、基板全体に保護層を形成した後に、流路形成部材と吐出口を形成する場合についても、前記機能膜と保護層を両立することが困難になる場合がある。また、保護層と流路形成部材との密着性の確保が困難になる場合がある。よって、保護膜を部分的に形成する方が好ましい場合が存在する。

本発明は、上記の各課題を検討し、保護層を部分的に設ける場合に、基板上でパターニングした保護層と流路形成部材の位置精度を向上させ、液体吐出ヘッドの品質向上を可能とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
本発明にかかる液体吐出ヘッドの製造方法により製造される液体吐出ヘッドは、液体吐出用のエネルギー発生素子を有する基板と、流路を有する流路形成部材と、流路から供給される液体をエネルギー発生素子で発生させたエネルギーにより吐出する吐出口を有する。更に、基板の少なくとも流路と接する部分には、保護層が設けられている。
上記構成の液体吐出ヘッドの製造方法は、以下の工程を有する。
（Ａ）基板の流路を設ける面に保護層を形成する保護層形成工程。
（Ｂ）基板に形成された保護層上に流路の型材となる犠牲層を形成する犠牲層形成工程。
（Ｃ）犠牲層をマスクとして保護層をパターニングするパターニング工程。
（Ｄ）流路形成部材により犠牲層を被覆する犠牲層被覆工程。
（Ｅ）基板上から犠牲層を除去し、流路を形成する流路形成工程。
基板上からの犠牲層の除去は、基板の厚み方向に基板を貫通する液体供給路を介して行うことが好ましく、本発明にかかる液体吐出ヘッドの製造方法は上記各工程に加えて、以下の工程（Ｆ）を有することができる。
（Ｆ）基板の厚さ方向に貫通し、流路と連通する液体供給路を基板に形成する液体供給路形成工程。
液体供給路形成工程（Ｆ）は、犠牲層被覆工程（Ｄ）の後に行っても、保護層形成工程（Ａ）の前に行ってもよい。
液体供給路形成工程（Ｆ）を犠牲層被覆工程（Ｄ）の後に行う場合には、液体供給路は犠牲層に到達するように設けられる。
液体供給路形成工程（Ｆ）を保護層形成工程（Ａ）の前に行う場合には、液体供給路は流路と連通する位置に設けられる。液体供給路を形成してから保護層を形成することにより、液体供給路の内壁及び／または基板の流路が形成される面と対向する面に保護層を形成することができる。
第一の面と、第一の面と対向する第二の面を有する基板を用い、吐出口を基板の第一の面または第二の面に設けることができる。更に、上記の工程（Ａ）〜（Ｅ）による流路の形成は、基板の第一の面上及び／または第二の面上において行うことができ、流路を設ける基板の面に応じて液体供給路形成工程を行う時期を選択することができる。

基板の第一の面と第二の面の両方に流路を有する液体吐出ヘッドは、以下の各部を有することができる。
（ａ）液体吐出用のエネルギー発生素子を有する基板。
（ｂ）基板の第一の面に設けられた第一の流路を有する流路形成部材。
（ｃ）基板の第一の面に対向する第二の面に設けられた第二の流路を有する流路形成部材。
（ｄ）基板の第一の面から第二の面まで貫通し、第一の流路と第二の流路を連通する液体供給路。
（ｅ）基板の第一の面の第一の流路と接する部分及び第二の面の前記第二の流路と接する部分、並びに、液体供給路の内壁に設けられた保護層。
（ｆ）第一の流路、第二の流路及び液体供給路を介して供給される液体をエネルギー発生素子からのエネルギーにより吐出する吐出口。
上記構成の液体吐出ヘッドの製造方法は、第一の流路を形成する第一流路形成工程と、第二の流路を形成する第二流路形成工程とを有することができる。これらの第一流路形成工程と第二流路形成工程には上記の工程（Ａ）〜（Ｅ）による流路形成方法を利用することができる。
第一の流路形成工程と第二の流路形成工程の組合せとしては、以下の２つの形態を挙げることができる。

（第一の流路形成工程と第二の流路形成工程の組合せの第一の形態）
第一の形態における第一の流路形成工程と第二の流路形成工程はそれぞれ以下の各工程を有する。
第一流路形成工程：
（１−１）基板の第一の面に保護層を形成する保護層形成工程。
（１−２）基板の第一の面に形成された保護層上に第一の流路の型材となる第一の犠牲層を形成する犠牲層形成工程。
（１−３）第一の犠牲層をマスクとして保護層をパターニングするパターニング工程。
（１−４）流路形成部材により第一の犠牲層を被覆する犠牲層被覆工程。
（１−５）基板の第一の面から第二の面に貫通し、第一の犠牲層に到達する液体供給路を形成する液体供給路形成工程。
（１−６）基板上から液体供給路を介して第一の犠牲層を除去し、流路を形成する流路形成工程。
第二流路形成工程：
（２−１）液体供給路の内壁面と、基板の第二の面に保護層を設ける保護層形成工程。
（２−２）基板の第二の面に形成された保護層上に第二の流路の型材となる第二の犠牲層を形成する犠牲層形成工程。
（２−３）第二の犠牲層をマスクとして保護層をパターニングするパターニング工程。
（２−４）流路形成部材により第二の犠牲層を被覆する犠牲層被覆工程。
（２−５）基板上から第二の犠牲層を除去し、第二の流路を形成する流路形成工程。

（第一の流路形成工程と第二の流路形成工程の組合せの第二の形態）
第二の形態における第一の流路形成工程と第二の流路形成工程はそれぞれ以下の各工程を有する。
第一流路形成工程：
（Ｉ−１）基板の第一の流路及び第二の流路と連通する位置に、基板の第一の面から第二の面に貫通する液体供給路を形成する液体供給路形成工程。
（Ｉ−２）基板の第一の面及び第二の面、並びに液体供給路の内壁面に保護層を形成する保護層形成工程。
（Ｉ−３）基板の第一の面に形成された保護層上に第一の流路の型材となる第一の犠牲層を形成する犠牲層形成工程。
（Ｉ−４）第一の犠牲層をマスクとして基板の第一の面の保護層をパターニングするパターニング工程。
（Ｉ−５）流路形成部材により第一の犠牲層を被覆する犠牲層被覆工程。
（Ｉ−６）基板上から液体供給路を介して第一の犠牲層を除去し、第一の流路を形成する流路形成工程。
第二流路形成工程：
（ＩＩ−１）基板の第二の面に形成された保護層上に第二の流路の型材となる第二の犠牲層を形成する犠牲層形成工程。
（ＩＩ−２）第二の犠牲層をマスクとして基板の第二の面の保護層をパターニングするパターニング工程。
（ＩＩ−４）流路形成部材により第二の犠牲層を被覆する犠牲層被覆工程。
（ＩＩ−５）基板上から第二の犠牲層を除去し、第二の流路を形成する流路形成工程。
なお、基板の両面に流路を設ける場合において、吐出口は、基板の第一の面側または第二の面側に設けることができる。また、第一の犠牲層及び前記第二の犠牲層の両方をドライフィルムで形成することができる。
以上説明した各液体吐出ヘッドの製造方法において、保護層形成工程では、基板の流路と接する部分全体に保護層を形成してもよいし、基板の流路と接する部分の保護が必要な部分に選択的に保護層を形成してもよい。また、基板の流路と接する部分以外に、必要に応じて保護層を設けることもできる。更に、保護層上には、流路の型材として利用される犠牲層の他に、基板の流路形成領域以外の保護が必要な部分に保護層を残すための犠牲層を設けてもよい。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明は、以下に示す材料や構造、製造方法等に限定されるものではない。

図１は、本発明にかかる製造方法により製造することができる液体吐出ヘッドの一例を示す図である。
図１に示す液体吐出ヘッド１０は、基板１と、基板１の第一の面１−１に設けられた流路形成部材６を有する。流路形成部材６には、吐出口７が設けられている。流路形成部材６と基板１により流路８が形成されている。
基板の第一の面１−１側には、液体吐出のためのエネルギー発生素子２が設けられており、エネルギー発生素子２で発生させたエネルギーが流路８内の液体に作用して、流路８と連通する吐出口７から液体が吐出される。
基板１には、第一の面１−１から第一の面１−１と対向する第二の面１−２まで貫通し、流路８と連通する液体供給路３が設けられている。
保護層４は、少なくとも基板１の第一の面１−１の流路８と接する部分に設けられる。図示した例では、基板１の第一の面１−１の流路８と接する部分に加えて、液体供給路３を形成する貫通口の内壁面及び基板１の第二の面１−２にも保護層４が連続層として形成されている。

基板１は、液体吐出ヘッド用として利用できるものであれば特に限定されない。トランジスタ等の半導体素子や回路が形成可能な基板が好ましい。このような基板の形成材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ等の金属や合金、ダイヤモンド、ＺｎＯ等の酸化物半導体、ＩｎＮ、ＧａＮ等の窒化物半導体、これらの半導体の２種以上の混合物、有機半導体等の半導体材料が挙げられる。また、ガラスやＡｌ_２Ｏ_３、樹脂、金属等の基板に、薄膜トランジスタ等を用いた回路が形成された基板、ＳＯＩ基板、樹脂製の基体に金属等を貼り合わせた基板等を用いてもよい。これらの中でも、シリコン基板を用いることが好ましい。
基板１には、エネルギー発生素子２を駆動するための回路（不図示）や接続端子（不図示）を形成することができる。エネルギー発生素子２としては、公知の素子を用いることができる。例えば、ＴａＳｉＮ等の熱エネルギーを用いる発熱抵抗素子、電磁波加熱素子、機械的エネルギーを用いるピエゾ素子、超音波素子、電気エネルギーや磁気エネルギーで液体を吐出する素子等が挙げられる。エネルギー発生素子２は、基板１の表面と接触していてもよいし、一部中空状に形成されていてもよい。エネルギー発生素子２は、絶縁層や保護層で覆われていてもよい。

保護層４の形成には、液体吐出ヘッドの基板の保護用として公知の材料、あるいはかかる保護層として使用可能な材料から、後述するパターニング工程においてパターニング可能な材料を選択して用いることができる。
流路形成部材６の形成材料は特に限定されない。流路形成部材用として公知の材料あるいは流路形成部材用として利用可能な材料から選択して流路形成部材の形成用として用いることができる。
保護層４と流路形成部材６は、同じ材料で形成してもよく、異なる材料で形成してもよい。感光性樹脂等の樹脂材料で形成する場合、感光性樹脂としては、ネガ型感光性樹脂やポジ型感光性樹脂のいずれでもよいが、ネガ型感光性樹脂で形成されていることが好ましい。ネガ型感光性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等を用いることができる。市販品では、ＥＨＰＥ−３１５０（商品名、株式会社ダイセル製）等を用いることができる。感光性樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。製造工程の自由度や製品の信頼性を考慮した場合、熱や薬品への耐性が高い樹脂であることが好ましく、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂のうち少なくとも１つであることが好ましい。これらの中でも、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
感光性樹脂には、光酸発生剤や増感剤、還元剤、密着向上添加剤、撥水剤、電磁波吸収部材等が含まれていてもよい。また、感光性樹脂には、熱可塑性樹脂や軟化点制御用樹脂や強度を高める樹脂等が添加されていてもよい。更に、感光性樹脂には、無機フィラーやカーボンナノチューブ等が含まれていてもよい。さらに、静電気対策等のため、導電性材料が含まれていてもよい。
また、保護層４または流路形成部材６は、金属材料、半導体材料、絶縁体材料等またはこれらを組み合わせることによって形成することができる。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｗ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｃｏ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｈｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、これらの２種以上の混合物や合金等の金属材料が挙げられる。また、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、これらの混合物や合金等も用いることができる。あるいは一般的な合金であるＳＵＳあるいは金属ガラス等を用いることができる。また、前記金属の酸化物、窒化物、窒酸化物、炭化物やフッ化物、ホウ化物やこれらの混合物等を用いることができる。保護層４または流路形成部材６は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＮ、ＢＮ等の半導体材料や、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、カーボンナノチューブ等の炭素材料を含んでいてもよい。
また、保護層４と流路形成部材６は１層構成または複数層構成とすることができる。更に、液体吐出ヘッドは、層や部材間の密着性を向上させる密着層、平坦化層、反射防止層、耐薬品層等を有していてもよい。これらの層は、任意の層の間に形成されていてもよい。また、これらの層に集積回路やＭＥＭＳ等のデバイスが形成されていてもよい。
図１に示す液体吐出ヘッドでは、流路形成部材６に吐出口７が設けられているが、液体吐出ヘッドの構成は図１に示す構成に限定されない。例えば、流路を有する流路形成部材６に対して、別部材としての吐出口形成部材を接合して流路８と吐出口７を基板１の第一の面１−１上に形成してもよい。

（第一の実施形態）
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の第一の実施形態を、図２を用いて具体的に説明する。図２では、図１のＡ−Ａ’断面に対応する部分を模式的に示している。
なお、本実施形態においては、基板の吐出口が設けられる側の面を第一の面とし、第一面に対向する面を第二の面とする。
先ず、図２（Ａ）のようにエネルギー発生素子２が形成された基板を準備する。次に、図２（Ｂ）のように、基板１の第一の面１−１の少なくとも流路８が形成される部分を含む領域に保護層４が形成される（保護層形成工程）。保護層４の形成には、スピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、ナノインプリント法、ディッピング法、ドライフィルムを用いた形成方法等を用いればよい。また、保護層の形成には、スパッタリング、真空蒸着、分子線エピタキシー、レーザー堆積、電子ビーム蒸着等の物理気相堆積法（ＰＶＤ）を用いることもできる。また、保護層は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、蒸着重合等を含む化学反応を利用した化学気相堆積法（ＣＶＤ）で形成してもよい。ＣＶＤにおいて、熱、プラズマ、電磁波、触媒等を組み合わせて用いてもよい。またこれらの成膜法を組み合わせて保護層を形成してもよい。保護層を形成した後、熱や電磁波や電子ビームやプラズマ等を用いた処理を行ってもよい。
次に、図２（Ｃ）のように保護層４上に犠牲層５が形成される（犠牲層形成工程）。犠牲層を形成するための材料は特に限定されず、流路形成用として公知の材料あるいは犠牲層用として利用し得る材料から選択して用いることができる。例えば、樹脂材料、金属材料、半導体材料、絶縁体材料等またはこれらを組み合わせて犠牲層を形成することができる。形成方法としては、保護層の形成方法に記載した手法を用いればよい。例えば、基板上に設けた犠牲層形成用の材料からなる層を加工して、犠牲層を形成することができる。この加工には、犠牲層形成用の材料の種類に応じて、熱処理、露光及び現像処理、並びにエッチング処理等から選択した１つ以上を用いることができる。
後の工程で保護層をエッチングする場合や、犠牲層の上に流路形成部材を形成する場合において、犠牲層の側壁が基板と形成する角度が９０℃以下であると好ましい。なお、犠牲層の側壁が基板と形成する角度が９０℃以下とは、犠牲層の流路形成部材側との接触面積が基板側との接触面積と同じか、あるいは犠牲層の流路形成部材側との接触面積が基板側との接触面積よりも小さくなるように犠牲層の側壁が形成されていることを意味する。
犠牲層は１層構成または複数層構成とすることができる。
保護層４は、図２（Ｄ）のように犠牲層５をマスクとしてパターニングされる。
パターニング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング、電子ビーム加工、レーザー加工、サンドブラスト加工等の化学的、物理的な方法を用いればよく、保護層４が感光性を有する場合はリソグラフィー法を用いてもよい。
リソグラフィー法の場合は、保護層４に照射する電磁波や電子線を吸収してマスクとしての機能を有する材料から犠牲層５を形成するとよい。犠牲層５が保護層４のマスクを兼ねることで、保護層４と流路８の位置精度が向上する効果が得られる。
なお、ウェットエッチングを用いる場合には、保護層の除去対象領域以外の部分をウェットエッチングから保護する層や部材を、公知の材料及び方法により保護層の除去対象領域以外の部分に設けておく。

パターニング工程における犠牲層と保護層の基板からの除去に関する選択比を大きくすることで、犠牲層の形状を保持し、後に形成される流路の位置精度を向上させる効果が得られる。例えば、パターニングにエッチングを利用する場合には、この選択比として、犠牲層と保護層のエッチングレートの比が用いられる。
かかる選択比は２倍以上あることがパターンを形成する上で好ましく、５倍以上であればより精度が向上するためより好ましく、１０倍以上であればさらに精度が向上するため更に好ましい。犠牲層にほぼダメージを与えない液やガスを用いて、保護層をエッチングする方法を用いればさらによい。
また、犠牲層の厚みに対する保護層の厚みの比が小さいほど、犠牲層の寸法精度に与える影響が小さくなり、犠牲層の精度が高まる効果が得られる。犠牲層の厚みに占める保護層の厚みの割合は、保護層の保護機能が得られる範囲内で、５０％以下が好ましく、２５％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。
犠牲層５は流路の型材としての機能も兼ねている。なお、流路の型材として利用しない犠牲層を、流路を形成する部分以外にマスクとして設けることもでき、このような犠牲層により基板の配線部に保護層を残してこれを保護してもよい。
次に、図２（Ｅ）のように、犠牲層５を被覆する流路形成部材６が形成される（犠牲層被覆工程）。流路形成部材は公知の技術を用いて形成すればよい。
更に、基板１に、基板１の第一の面１−１から第二の面１−２に貫通する貫通口からなる液体供給路３が形成される（液体供給路形成工程）。液体供給路３は、犠牲層５に到達するように設けられる。即ち、例えばエッチングにより液体供給路３を形成する場合には、エッチング面が犠牲層５に到達する。そして流路形成部材６に吐出口７が形成された後、型材としての犠牲層５を基板１上から除去する。これにより、図２（Ｆ）に示す流路８が形成される（流路形成工程）。これらの工程は公知の技術により行うことができる。犠牲層５の除去ルートは、液体吐出ヘッドの構成に応じて選択することができる。例えば、吐出口７をふさいだ状態で液体供給路３を介して犠牲層を除去してもよいし、吐出口７を開口した状態で液体供給路３および吐出口７を介して犠牲層を除去してもよい。

（第二の実施形態）
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の第二の実施形態を、図３を用いて具体的に説明する。図３においても、図１のＡ−Ａ’断面に対応する部分を模式的に示している。
本実施形態においても、基板の吐出口が設けられる側の面を第一の面とし、第一面に対向する面を第二の面とする。また、本実施形態においても、第一の実施形態で説明した各種材料及び各種方法を用いることができる。
先ず、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基板１の第一の面１−１から第二の面１−２に貫通する貫通口からなる液体供給路３を形成した後、保護層４を形成する。本実施形態では液体供給路を形成する貫通口の内壁面及び基板１の第二の面１−２にも保護層を形成することが可能であり、液体吐出ヘッドの信頼性が向上する効果が得られる。
次に、図３（Ｃ）に示すように、保護層４の上に犠牲層５が形成される。なお、犠牲層を形成する面には、液体供給路３が開口した部分が含まれており、犠牲層５の形成には、ドライフィルムを用いることが好ましい。犠牲層５の形成にドライフィルムを用いることで、液体供給路３が開口した部分を有する基板１の第一の面１−１に犠牲層５を所望の領域に高精度に形成が可能となる効果が得られる。
図３（Ｄ）及び（Ｅ）に示す通り、犠牲層５をマスクとして保護層４をパターニングしてから、流路形成部材６で犠牲層５を被覆する。更に、図３（Ｆ）に示す通り、流路形成部材６に吐出口７を形成した後、型材としての犠牲層５を基板１上から除去し、流路８が形成される。

以上、第一及び第二の実施形態により、基板１の吐出口７が設けられる第一の面１−１上での流路８の形成について説明したが、この流路形成方法は、基板１の第二の面１−２側における流路形成に用いることもできる。

（第三の実施形態）
保護層のパターニングにおいて、エッチングを用いることで、パターニング工程後の保護層のエッチングにより生じる端部の形状を、基板から犠牲層方向に順テーパー形状または逆テーパー形状に形成する第三の実施形態について説明する。
図４（Ａ）は図３に示す工程を用いて製造された液体吐出ヘッドの構成を示す。図４（Ｂ）〜（Ｄ）は途中の工程における保護層端部近傍の拡大図である。
図４（Ｂ）に示すように、犠牲層５をマスクとして保護層４をエッチングすることで、基板１となす角度が９０℃未満の順テーパーのエッチング端が生じるように保護層４をエッチングすることができる。即ち、エッチング後の保護層４の犠牲層５との接触面が基板１の第一の面１−１との接触面よりも小さくなるように、エッチングにより生じる保護層４の端部（エッチング端部）が連続的あるいは段階的に傾斜する面として形成される。
保護層のエッチング端部を順テーパーにすることで保護層の剥がれや欠け等が起こりにくくなり、歩留りが向上する効果が得られる。
保護層のエッチング端部を順テーパーに形成するためのエッチング条件は、目的とする順テーパー形状が得られる条件とすればよい。例えば、保護層４を２層以上に、例えば、２以上の異なる層により形成し、これらの層にエッチングレート差を設けておくことで精度良く順テーパー形状を形成することができる。この場合は、基板側から犠牲層側へエッチングレートが順に高くなるように各層を設計すればよい。テーパー角度は、犠牲層と保護層の密着性により制御することができる。犠牲層の形成用材料として熱硬化性の材料を用いる場合には、犠牲層のベーク温度によって犠牲層と保護層の密着性を制御することができる。例えば、犠牲層のベーク温度を上げると保護層との密着性が向上してテーパーがつきにくくなる材料を犠牲層の形成に用いる場合には、ベーク温度でテーパー角度を調整することができる。また、犠牲層と保護層の密着性を向上させるためのシランカップリング材料を用いた前処理を行うことでテーパー角度を調整することができる。
犠牲層と保護層の組み合わせは、保護層のエッチング時に犠牲層が消失しないように選択される。犠牲層がノボラック樹脂やアクリル樹脂を主成分とするポジ型レジスト等のポジ型の感光性樹脂であれば、保護層のエッチングには、フッ酸、バッファードフッ酸、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、リン酸等の酸を用いたウェットエッチングや、フッ素、塩素、酸素、窒素、アルゴン等を用いた化学的あるいは物理的なドライエッチングを用いることができる。上述したポジ型感光性樹脂では、アルカリ性の溶液であるＫＯＨや水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を用いるとレジスト溶解が起こる場合があるため、この場合は犠牲層として環化ゴムを選べばよい。
犠牲層形成用材料として、エポキシ樹脂やアクリル樹脂を主成分とするネガ型レジスト等のネガ型感光性樹脂材料や、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルアミド等の感光性を有さない樹脂材料を選べば、エッチングの種類に対する自由度が高くなる。例えば、エッチングに、酸やアルカリを用いたウェットエッチングや、化学的あるいは物理的なドライエッチングを用いることが可能となる。犠牲層がアルミニウムからなる場合は、保護層形成用材料として、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ等のフッ素を用いたドライエッチングで除去可能な材料を選べば選択比がとりやすい。他にもＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）分野で用いられている公知の技術を用いて、保護膜と犠牲層を選択すればよい。

図４（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、流路形成部材６を、保護層のエッチング端部と接触するように設けることで、保護層の剥がれを抑えることが可能となり、さらなる歩留り向上の効果が得られる。
一方、保護層のエッチング端部が逆テーパーに形成された場合、すなわち、テーパー角が９０°を超える場合においても、逆テーパーに形成された保護層のエッチング端部を流路形成部材６と接触させることで保護層を下から支える構造を得ることができる。その結果、保護層の欠けが起こりにくくなり、歩留まりが向上する効果が得られる。保護層のエッチング端部と流路形成部材の良好な接合状態を得るには、ウェットプロセス、ドライフィルムを用いた方法、ＰＶＤ及びＣＶＤの少なくとも１つの方法を用いて流路形成部材を形成することが好ましい。ウェットプロセスでは、ポジ型あるいはネガ型の感光性樹脂などの感光性樹脂と溶剤を含む塗布液を基板上に塗布して塗布層を形成する。次に、乾燥等の方法で塗布層から溶媒を除去した後、マスクを用いた露光、現像液による現像を行い、流路形成部材を得る方法を挙げることができる。基板及び保護層のエッチング端部とのより良好な密着性を得るという観点からは、流路形成部材の形成にウェットプロセスを用いることが好ましい。この場合、ウェットプロセスに用いる溶媒に対して溶解性を有していない材料を選択して犠牲層を形成すればよい。また、犠牲層がウェットプロセスに用いる溶媒に対して溶解性を有している場合には、溶剤の含有量が少なく犠牲層への影響がないドライフィルムを用いる方法や、ＰＶＤあるいはＣＶＤを流路形成部材の形成に利用すればよい。ドライフィルムあるいはＰＶＤあるいはＣＶＤあるいはこれらの１つ以上により犠牲層を被覆する流路形成部材の一部を形成した後、ウェットプロセスにより流路形成部材の残りに部分を形成してもよい。この場合は犠牲層を保護する効果を先に形成した流路形成部材の一部が担うため、犠牲層にダメージを与えずにウェットプロセスによって流路形成部材の形成を完了することができる。
保護層のパターニングにエッチングを用いる場合には、犠牲層をマスクとして保護層をエッチングした後、さらに基板の保護層が除去された領域にエッチングにより溝を形成してもよい。基板がシリコン基板の場合はボッシュプロセスを用いて、基板に溝を形成すればよい。このようにすると、後で流路形成部材と基板の接地面積を増やすことができて、基板と流路形成部材の密着性を向上させる効果が得られる。

（第四の実施形態）
図５に第四の実施形態を示す。
本実施形態では、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す通り、保護層４を、基板１の第一の面１−１の流路に接する部分の保護の必要な部分及び第二の面の保護が必要な部分に選択的に設けている。本実施形態は、このように保護層を設ける位置を変更した以外は、図３に示す第二の実施形態と同様に行うことができる。
保護層４の部分的な形成は、例えば、コゲ対策あるいはキャビテーション対策としての機能膜が設けられる場合に対応して行われる。保護層４の部分的な形成には、保護層４を基板１の第一の面１−１上に設けた後に公知の方法を用いてパターニングを行う方法や、保護層形成位置を規制するマスクを用いたＰＶＤまたはＣＶＤを用いて保護層を形成する方法等を利用することができる。

（第五の実施形態）
図６に第五の実施形態を示す。
本実施形態は、先に説明した「第一の流路形成工程と第二の流路形成工程の組合せの第二の形態」に対応する。
本実施形態では、基板の吐出口が形成される面を第一の面とする。
なお、第二の犠牲層及び第二の流路形成部材の形成には、第一の実施形態で説明した材料及び形成方法を利用することができる。
まず、図６（Ａ）に示すように、基板１の吐出口が設けられた第一の面１−１側に吐出口７及び第一の流路８を有する第一の流路形成部材６を形成する。この流路形成部材６の形成には、図３に示す第二の実施形態が利用できる。
次に、図６（Ｂ）に示すように、基板１の第二の面１−２に第二の犠牲層５’を形成する。その後、第二の犠牲層５’をマスクとして、保護層４をパターニングしてから、第二の犠牲層５’を被覆する第二の流路形成部材を形成する。次に、基板１上から第二の犠牲層５’を除去し、図４（Ｃ）に示す第二の流路８’を有する第二の流路形成部材６’を形成する。
犠牲層５’は、吐出口７をふさいだ状態で液体供給路３及び開口部９を介して除去してもよいし、吐出口７を開口した状態で液体供給路３、開口部９及び吐出口７を介して除去してもよい。
第二の流路形成部材に形成した開口部９は、異物等の混入を防止するフィルターとしての機能を有していてもよい。また実装部材との接続部材として用いてもよく、流抵抗を制御する機能や、１つのチップ内に複数列が存在する場合に列を分離する機能を有していてもよい。開口部９の形状、大きさ、数は限定されず、１つの貫通口に対して複数の形状、大きさ、数の開口が混在していてもよい。また１つの基板の複数の貫通口に対して、複数の形状、大きさ、数の開口が混在していてもよい。
このように基板の両面に形成する場合の形成順番は問わず、どちらの面から形成してもよい。

なお、上記の各実施形態において、保護層がナンバリングやアライメントマーク等の識別記号としての機能を有していてもよい。例えば、基板の流路内以外の識別記号を設ける箇所に、犠牲層をマスクとして標識記号に保護層をパターニングして残すことにより、保護層によって識別記号を形成することができる。
更に、犠牲層にナンバリングやアライメントマーク等の識別記号としての機能を付与することもできる。例えば、基板の流路内以外の識別記号を設ける箇所に、識別記号にパターニングされた犠牲層を設け、この犠牲層を流路形成部材で被覆して、基板から除去せずに流路形成部材に内包させる。このようにすることによって、犠牲層による識別記号（表示）を設けることができる。

本発明の製造方法により製造された液体吐出ヘッドを用いることにより、液体吐出システムを構成することができる。液体吐出システムとは、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や携帯機器等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業装置等を示す。液体吐出する対象物は２次元的な構造体でもよく、３次元的な構造体でもよく、空間に対して吐出してもよい。また、かかる液体吐出システムは半導体製造装置や医療用装置や３Ｄプリンタ等の造形装置に応用することもできる。

以下、実施例により本発明にかかる液体吐出ヘッドの製造方法を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

＜実施例１＞
図２（Ａ）に示すように、シリコンからなる基板１にＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子２を形成した。次に、図２（Ｂ）に示すように、保護層４として厚み４００ｎｍのＳｉＣＮからなる層をプラズマＣＶＤで形成し、厚み５０ｎｍのＴａからなる層をスパッタで形成した。次に、図２（Ｃ）に示すように、犠牲層用として、ポジ型感光性樹脂（商品名；ＯＤＵＲ１０１０、東京応化製）を基板１の表面に厚み２０μｍで塗布し、ステッパー（商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋、キヤノン製）によって部位選択的に露光し、現像により犠牲層５を形成した。
次に、図２（Ｄ）に示すように、犠牲層５をマスクとしてＳｉＣＮとＴａからなる保護層４を、エッチングガスとしてＣＦ_４、Ｏ_２及びＮ_２を用いたドライエッチングによりエッチングした。
次に、図２（Ｅ）に示すように、犠牲層５を被覆するように流路形成部材６を形成した。
流路形成部材６は以下の方法により形成した。
ネガ型感光性樹脂（商品名；ＥＨＰＥ−３１５０、ダイセル化学製）をスピンコートで基板１の犠牲層５が形成された面に所望とする流路形成部材の厚さが得られるように塗布し、塗布層のバックリンスとサイドリンスを行った。続いて、塗布層にホットプレートでのベーク処理を行った。さらに、塗布層の表面にフッ素系樹脂をスリットコートで塗布し、ホットプレートでのベーク処理を行い、流路形成部材６を得た。
次に、流路形成部材６を前記ステッパーで部位選択的に露光し、現像して吐出口７を設け、更に、ホットプレートでのベーク処理を行った。続いて、流路形成部材６を環化ゴムで保護し、基板１にレーザー加工およびＴＭＡＨ水溶液を用いた異方性エッチングにより液体供給路３となる貫通口を形成した。そして液体供給路３を介して保護層４をエッチングガスとしてＣＦ_４、Ｏ_２及びＮ_２を用いたドライエッチングにより犠牲層５まで貫通させた。その後、環化ゴム、犠牲層５をキシレンおよび乳酸メチルを用いて基板１から除去し、図２（Ｆ）に示す流路８を得た。
以上のようにして、液体吐出ヘッドを製造した。

＜実施例２＞
図２（Ａ）に示すように、シリコンからなる基板１にＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子２を形成した。次に、図２（Ｂ）に示すように、保護層４として厚み２００ｎｍのＴａをスパッタで形成した。次に、図２（Ｃ）に示すように、犠牲層用として、ポリイミド（商品名：ＰＩ２６１１ 日立化成デュポンマイクロシステムズ社製）を用い、該材料をスピンコートで塗布してオーブンで脱水縮合させて基板上にポリイミド層を配置した。ポジ型の感光性を有するフォトレジストをポリイミド層上に塗布し、該フォトレジストを所望のパターンにパターニングしてパターニング用のマスクを形成した。このパターニング用のマスクを用いて、酸素を主体としたリアクティブイオンエッチングによりポリイミド層をパターニングし、その後、マスクを剥離して犠牲層５を得た。
次に、図２（Ｄ）に示すように、犠牲層５をマスクとして保護層４をＣＦ_４、Ｏ_２及びＮ_２を用いたドライエッチングによりエッチングした。
次に、図２（Ｅ）に示すように、犠牲層５を被覆するように流路形成部材６を形成した。流路形成部材６として、ＳｉＯＮからなる層をＣＶＤで形成した。次に、図２（Ｆ）に示すように、基板１に貫通口からなる液体供給路３をレジストマスクとボッシュプロセスを用いて形成した。その後、流路形成部材６に吐出口７を形成し、犠牲層５を、液体供給路３を利用して、酸素を主成分とするケミカルドライエッチングにより除去し、流路８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。
＜実施例３＞
図３（Ａ）に示すように、ＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子２を有するシリコンからなる基板１に貫通口からなる液体供給路３を実施例２と同様にして形成した。次に、図３（Ｂ）に示すように、保護層４として厚み２００ｎｍのＳｉＯと厚み１００ｎｍのＡｌＯをＡＬＤでこの順に形成した。次に、図３（Ｃ）に示すように、犠牲層用として、厚み１０μｍでドライフィルム化したポジ型感光性樹脂（商品名；ＯＤＵＲ１０１０、東京応化製）を基板１の表面に転写した。さらに、ステッパー（商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋、キヤノン製）によって部位選択的に露光し、現像して犠牲層５を得た。
次に、図３（Ｄ）に示すように、犠牲層５をマスクとして保護層４をバッファードフッ酸でウェットエッチングした。
次に、図３（Ｅ）に示すように、流路形成部材用として、ネガ型感光性樹脂（商品名；１５７Ｓ７０、ジャパンエポキシレジン製）を主成分とするドライフィルムを形成し、犠牲層５を覆うように転写した。さらに、転写されたドライフィルムの表面にフッ素系樹脂をスリットコートで塗布し、ホットプレートでベークを行い、流路形成部材６を得た。
次に、流路形成部材６を前記ステッパーで部位選択的に露光し、現像して吐出口７を形成し、続いてオーブンでベークを行った。その後、犠牲層５を剥離し、オーブンでベークを行い、図３（Ｆ）に示す流路８を得た。
以上のようにして、液体吐出ヘッドを製造した。

１ 基板
２ エネルギー発生素子
３ 貫通口
４ 保護層
５ 犠牲層
６ 流路形成部材
７ 吐出口
８ 流路
１０ 液体吐出ヘッド

Claims (11)

1. エネルギー発生素子を有する基板と、流路を有する流路形成部材と、該流路から供給される液体を前記エネルギー発生素子で発生させたエネルギーにより吐出する吐出口と、前記基板の前記流路と接する部分に設けられた保護層と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   基板の流路を設ける面に保護層を形成する保護層形成工程と、
   前記基板に形成された保護層上に前記流路の型材となる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
   前記犠牲層をマスクとして前記保護層をパターニングするパターニング工程と、
   流路形成部材により前記犠牲層を被覆する犠牲層被覆工程と、
   前記基板上から前記犠牲層を除去し、流路を形成する流路形成工程と、
   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. 前記基板に該基板の厚さ方向に貫通する液体供給路を形成する液体供給路形成工程を有し、前記流路形成工程における前記基板上からの前記犠牲層の除去が、該液体供給路を介して行われる請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記犠牲層被覆工程の後に前記液体供給路形成工程を有し、前記液体供給路が前記犠牲層に到達するように設けられる請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記保護層形成工程の前に前記液体供給路形成工程を有し、該液体供給路形成工程において前記液体供給路が前記流路と連通する位置に設けられ、かつ、前記保護層形成工程において前記液体供給路の内壁面にも保護層が形成される請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記基板が、前記吐出口が設けられる側の第一の面と、該第一の面と対向する第二の面を有し、前記流路が該第一の面上で形成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記基板が、前記吐出口が設けられる側の第一の面と、該第一の面と対向する第二の面を有し、前記流路が該第二の面上で形成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記犠牲層をドライフィルムで形成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記パターニング工程を経た保護層の端と前記流路形成部材が接して接合される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記パターニング工程をエッチングにより行い、前記保護層のエッチングにより生じる端部が前記基板から前記犠牲層へ向けて順テーパーまたは逆テーパーに形成される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記保護層がエッチングレートの異なる２以上の層からなる請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記流路形成部材を、ドライフィルムによる形成方法、物理気相堆積法（ＰＶＤ）及び化学気相堆積法（ＣＶＤ）の少なくとも１つを用いて形成する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

Images