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JP3480235B2 - インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法

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JP3480235B2
JP3480235B2 JP09778097A JP9778097A JP3480235B2 JP 3480235 B2 JP3480235 B2 JP 3480235B2 JP 09778097 A JP09778097 A JP 09778097A JP 9778097 A JP9778097 A JP 9778097A JP 3480235 B2 JP3480235 B2 JP 3480235B2
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Seiko Epson Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク吐出の駆動
源に圧電体素子を使用するインクジェットプリンタヘッ
ドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液体あるいはインク吐出の駆動源である
電気−機械変換素子として、ＰＺＴからなる圧電素子を
使用した圧電タイプのインクジェットプリンタヘッドが
存在する。
【０００３】図１１は、このタイプのインクジェットプ
リンタヘッドの構造の一例を示した図である。１２はヘ
ッド基台、２９は共通電極（振動板）、３２は圧電素
子、３３はインク圧力室、３５はインク吐出用ノズル口
１３を有するノズルプレート、３６はインク供給口、３
７はリザーバ、３８はインクタンク口であり、この他に
図示されていない配線パターン、信号回路、インクタン
ク等から構成される。
【０００４】このようなインクジェットプリンタヘッド
は、一般にリソグラフィ技術を応用した工程によって製
造されている。図１２は、その製造工程の一例を簡単に
示す図であり、図１１におけるＡ−Ａ’の断面図で示さ
れている。
【０００５】まず、図１２（ａ）に示すように、表面に
熱酸化膜４０を形成したシリコン基板（ウエハ）３９上
に、共通電極２９、圧電体薄膜３０、上電極３１を順次
形成する。
【０００６】次いで、図１２（ｂ）に示すように、上電
極３１上にレジスト層１５を形成し、マスクを介して所
定のパターンに露光、現像して、レジスト層１５をパタ
ーンニングする。
【０００７】そして、図１２（ｃ）に示すように、レジ
スト層１５をマスクとして圧電体薄膜３０および上電極
３１をエッチングした後、レジスト層１５を剥離して、
圧電素子３２を得る。
【０００８】次に、図１２（ｄ）に示すように、圧電素
子３２を形成した反対側の面に、レジスト層１５を形成
し、マスクを介して所定のパターンに露光、現像して、
レジスト層１５をパターンニングする。
【０００９】そして、このレジスト層１５をマスクとし
て酸化膜４０およびシリコンウエハ３９をエッチングし
た後、レジスト層１５を剥離して、図１２（ｅ）に示す
ように、インク圧力室３３等が形成されたヘッド基台１
２を得る。
【００１０】こうして製造されたヘッド基台１２に、図
１２（ｆ）に示すように、インク圧力室３３に対応した
位置にインク吐出用ノズル口１３が形成されたノズルプ
レート３５を接着層を介する等して接合（接着）し、さ
らに、配線パターン、信号回路、インクタンク等を形成
してインクジェットプリンタヘッドを得る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】近年、パーソナルコン
ピュータの発達に伴い、インクジェットプリンタが急速
に普及しつつある。今後、インクジェットプリンタのさ
らなる普及のためには、低コスト化および高解像度化が
必要であり、それを実現するためは、インクジェットプ
リンタヘッドの低コスト化および高解像度化は必要不可
避の課題である。
【００１２】しかしながら、前述の従来技術では、ヘッ
ド基台の製造に非常に多くの工程を必要とし、飛躍的な
低コスト化は容易ではない。
【００１３】また、高解像度化に伴い、インク圧力室の
幅および高さ、インク圧力室を仕切る隔壁の幅（図１２
において、それぞれＷ、Ｈ、Ｗ’で示されている）を小
さくする必要がある。
【００１４】しかし、前述の従来技術では、インク圧力
室の高さは、使用するシリコンウエハの厚さとほぼ同じ
である。したがって、インク圧力室の高さを低くするに
は、さらに薄いシリコンウエハを使用しなければならな
い。ところが、現状でも約２００μmの厚さのものを用
いており、これよりさらに薄いシリコンウエハの使用
は、強度等の点でプロセス流動の際のハンドリングが困
難となる。
【００１５】さらには、前述の従来技術では、ヘッド基
台とノズルプレートを接着剤を用いて一体化させてお
り、高解像度化によってインク圧力室に接着剤がはみ出
さないようにするのが困難となる。
【００１６】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、安価で高解像度
化に対応可能なインクジェットヘッドを、簡単な工程に
より製造することが可能なインクジェットヘッドの製造
方法を提供するところにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ットヘッドの製造方法は、インク圧力室を形成するヘッ
ド基台上に設けられた電気信号により変形する圧電素子
により、前記インク圧力室を加圧してインクを吐出する
インクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前
記ヘッド基台の製造工程は、前記ヘッド基台に応じた所
定の凹凸パターンを有する原盤を製造する第１工程と、
前記原盤の凹凸パターンを有する表面上に前記ヘッド基
台形成用材料を塗布、固化させることにより前記ヘッド
基台を形成する第２工程と、前記ヘッド基台を前記原盤
から剥離する第３工程と、前記ヘッド基台上にインク吐
出用ノズル口を形成する第４工程と、を含むことを特徴
とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【００１８】本発明は、要するに、原盤を型としてヘッ
ド基台を転写形成する方法である。前記原盤は、一旦製
造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できる
ため、２個目以降のヘッド基台の製造工程において省略
でき、工程数の減少および低コスト化を図ることができ
る。
【００１９】また、ノズルプレートが一体形成されるた
め、高解像度化が容易となる。
【００２０】第１工程として、具体的には例えば次の方
法がある。
【００２１】（１）原盤母材上に所定のパターンに応じ
たレジスト層を形成し、次いで、エッチングによって前
記原盤母材上に前記凹凸パターンを形成して前記原盤を
製造する工程。
【００２２】この工程によれば、エッチング条件を変え
ることにより、凹凸パターンの形状を高精度かつ自由に
制御することが可能である。
【００２３】前記原盤母材としては、シリコンウエハが
好適である。シリコンウエハをエッチングする技術は、
半導体デバイスの製造技術として用いられており、高精
度の加工が可能である。
【００２４】また、前記原盤母材としては、石英ガラス
も好適である。石英ガラスは、機械的強度、耐熱性、耐
薬品性等に優れ、さらには後述する、原盤とヘッド基台
界面に照射光を照射して剥離性を向上させる手段におい
て好適に用いられる短波長領域の光に対する透過性に優
れる。
【００２５】（２）第２の原盤上に所定のパターンに応
じたレジスト層を形成し、次いで、前記第２の原盤およ
びレジスト層を導体化し、さらに電気メッキ法により金
属を電着させて金属層を形成した後、この金属層を前記
第２の原盤およびレジスト層から剥離して前記原盤を製
造する工程。
【００２６】この工程のより得られた金属製原盤は、一
般に耐久性および剥離性に優れる。
【００２７】次に、前記ヘッド基台形成用材料は、エネ
ルギーの付与により硬化可能な物質であることが好まし
い。
【００２８】このような物質を利用すると、原盤上に塗
布する際には低粘性の液状の物質として取り扱うことが
できるため、原盤上の凹部の微細部にまでヘッド基台形
成用材料を容易に充填することが可能となり、したがっ
て、原盤上の凹凸パターンを精密に転写することが可能
となる。
【００２９】エネルギーとしては、光、熱、あるいは光
および熱の双方のいずれかであることが好ましい。こう
することで、汎用の露光装置やベイク炉、ホットプレー
トが利用でき、低設備コスト化、省スペース化を図るこ
とができる。
【００３０】また、前記ヘッド基台は、要求される機械
的強度、耐食性、耐熱性等の物性を満足し、かつ、原盤
上の凹部の微細部にまで容易に充填することが可能であ
れば、熱可塑性の物質により形成してもよい。
【００３１】このような物質としては、具体的には例え
ば、水和ガラスが好適である。
【００３２】水和ガラスは、低温で可塑性を示すガラス
材料であり、成形後に脱水処理を施すことにより機械的
強度、耐食性、耐熱性に優れたヘッド基台が得られる。
【００３３】また、第３工程では、原盤とヘッド基台の
材質の組み合わせによっては、密着性が高くなってしま
い、原盤からヘッド基台を剥離することが困難となる場
合がある。このような場合、以下にあげるいずれかの方
法、あるいは、２方法以上を併用することで、原盤から
の型抜きを良好に行うことができる。
【００３４】（３）前記原盤上に形成される凹凸パター
ンの凹部形状を、開口部が低部より大きいテーパ形状と
する方法。
【００３５】（４）前記凹凸パターンを有する原盤表面
に、前記ヘッド基台との密着性の低い材質からなる離型
層を形成する方法。
【００３６】（５）前記原盤とヘッド基台の界面に照射
光を照射する方法。
【００３７】この場合、照射光の照射により内部および
／または前記原盤との界面において剥離を生じせしめる
分離層を、原盤とヘッド基台との間に設けてもよい。こ
うすることで、ヘッド基台に直接ダメージを与えること
がなく、また、ヘッド基台形成用材料の選択の自由度も
増す。
【００３８】次に、第４工程としては、具体的には例え
ば次の方法がある。
【００３９】（６）リソグラフィ法により前記インク吐
出用ノズル口を形成する方法。
【００４０】（７）レーザ光により前記インク吐出用ノ
ズル口を形成する方法。
【００４１】（８）収束イオンビームにより前記インク
吐出用ノズル口を形成する方法。
【００４２】（９）放電加工により前記インク吐出用ノ
ズル口を形成する方法。
【００４３】さらに、本発明は上記各工程によって製造
されたインクジェットプリンタヘッドであることを特徴
とする。
【００４４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照にして説明する。
【００４５】図１は、本発明の実施形態におけるヘッド
基台を製造する工程を示す図である。
【００４６】本発明のヘッド基台の製造方法は、図１
（ａ）に示すように、製造しようとするヘッド基台に応
じた凹凸パターンを有する原盤１０を製造する第１工程
と、図１（ｂ）に示すように、原盤１０の凹凸パターン
を有する表面上にヘッド基台形成用材料を塗布、固化さ
せることによりヘッド基台１２を形成する第２工程と、
図１（ｃ）に示すように、このヘッド基台１２を原盤１
０から剥離する第３工程と、図１（ｄ）に示すように、
ヘッド基台１２上にインク吐出用ノズル口１３を形成す
る第４工程と、からなる。
【００４７】以下、各工程について詳述する。
【００４８】（第１工程）製造しようとするヘッド基台
に応じた凹凸パターンを有する原盤１０を製造する工程
である。
【００４９】図２は、第１工程の第１の実施形態におけ
る原盤を製造する工程を示す図である。
【００５０】具体的には、以下の方法により行う。
【００５１】まず、図２（ａ）に示すように、原盤母材
１４上にレジスト層１５を形成する。
【００５２】原盤母材１４は、表面をエッチングして原
盤とするためのもので、ここではシリコンウエハが用い
られる。シリコンウエハをエッチングする技術は、半導
体デバイスの製造技術において確立されており、高精度
なエッチングが可能である。なお、原盤母材１４は、エ
ッチング可能な材料であれば、シリコンウエハに限定さ
れるものではなく、例えば、ガラス、石英、樹脂、金
属、セラミックなどの基板あるいはフィルム等が利用で
きる。
【００５３】レジスト層１５を形成する物質としては、
例えば、半導体デバイス製造において一般に用いられて
いる、クレゾールノボラック系樹脂に感光剤としてジア
ゾナフトキノン誘導体を配合した市販のポジ型のレジス
トをそのまま利用できる。ここで、ポジ型のレジストと
は、露光された領域が現像液により選択的に除去可能と
なるレジストのことである。
【００５４】レジスト層１５を形成する方法としては、
スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、
ロールコート法、バーコート法等の方法を用いることが
可能である。
【００５５】次に、図２（ｂ）に示したように、マスク
１６をレジスト層１５の上に配置し、マスク１６を介し
てレジスト層１５の所定領域のみに光１７を照射して、
露光領域１８を形成する。
【００５６】マスク１６は、図２（ｅ）に示す凹部１１
に対応した領域においてのみ、光１７が透過するように
パターン形成されたものである。
【００５７】また、凹部１１は製造しようとするインク
ジェットヘッドのインク圧力室、インク供給口、リザー
バ等を形成する隔壁の形状および配列に応じて形成され
る。
【００５８】そして、レジスト層１５を露光した後、所
定の条件で現像処理を行うと、図２（ｃ）に示すよう
に、露光領域１８のレジストのみが選択的に除去されて
原盤母材１４が露出し、それ以外の領域はレジスト層１
５により覆われたままの状態となる。
【００５９】こうしてレジスト層１５がパターニングさ
れると、図２（ｄ）に示すように、このレジスト層１５
をマスクとして原盤母材１４を所定の深さエッチングす
る。
【００６０】エッチングの方法としてはウエット方式ま
たはドライ方式があるが、原盤母材１４の材質、エッチ
ング断面形状やエッチングレート等の諸特性において要
求される仕様に応じて適宜選択される。制御性の点から
いうとドライ方式の方が優れており、エッチングガス
種、ガス流量、ガス圧、バイアス電圧等の条件を変更す
ることにより、凹部１１を矩形に加工したり、テーパー
を付けたりと、所望の形状にエッチングすることができ
る。とりわけ、誘導結合型（ＩＣＰ）方式、エレクトロ
ンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）方式、ヘリコン波励起
方式等の高密度プラズマのエッチング方式は、原盤母材
１４を深くエッチングするのに好適である。
【００６１】次に、エッチング完了後に、図２（ｅ）に
示すように、レジスト層１５を除去して、ヘッド基台に
応じた凹凸パターンを有する原盤１０とする。
【００６２】上記実施形態では、原盤母材上に凹凸パタ
ーンを形成するに際し、ポジ型のレジストを用いたが、
露光領域が現像液に対して不溶化し、未露光領域が現像
液により選択的に除去可能となるネガ型のレジストを用
いても良く、この場合には、上記マスク１６とはパター
ンが反転したマスクが用いられる。あるいは、マスクを
使用せずに、レーザ光あるいは電子線によって直接レジ
ストをパターン状に露光しても良い。
【００６３】次に、第１工程の第２の実施形態について
説明する。
【００６４】図３および図４は、第１工程の第２の実施
形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【００６５】具体的には、以下の方法により行う。
【００６６】まず、図３（ａ）に示すように、第２の原
盤２０上にレジスト層１５を形成する。
【００６７】第２の原盤２０は、プロセス流動における
レジスト層１５の支持体としての役目を担うものであ
り、プロセス流動に必要な機械的強度や薬液耐性等のプ
ロセス耐性を有し、レジスト層１５を形成する物質との
ぬれ性、密着性が良好なものであれば特に限定されるも
のではなく、例えば、ガラス、石英、シリコンウエハ、
樹脂、金属、セラミックなどの基板が利用できる。ここ
では、表面を酸化セリウム系の研磨剤を用いて平坦に研
磨した後、洗浄、乾燥したガラス製原盤を用いる。
【００６８】また、レジスト層１５を形成する物質およ
び方法としては、上記第１の実施形態において説明した
物質および方法と同一のものが利用できるため説明を省
略する。
【００６９】次に、図３（ｂ）に示したように、マスク
２１をレジスト層１５の上に配置し、マスク２１を介し
てレジスト層１５の所定領域のみに光１７を照射して、
露光領域１８を形成する。
【００７０】マスク２１は、製造しようとする原盤１０
の凸部に相当する領域においてのみ、光１７が透過する
ようにパターン形成されたもので、図２のマスク１６と
パターンが反転した関係にある。
【００７１】そして、レジスト層１５を露光した後、所
定の条件で現像処理を行うと、図３（ｃ）に示すよう
に、露光領域１８のレジストのみが選択的に除去され
て、レジスト層１５がパターニングされる。
【００７２】そして次に、図４（ａ）に示すように、レ
ジスト層１５および第２の原盤２０上に導体化層２２を
形成して表面を導体化する。
【００７３】導体化層２２としては、例えば、Ｎｉを５
００Å〜１０００Åの厚みで形成すればよい。導体化層
２２の形成方法としては、スパッタリング、ＣＶＤ、蒸
着、無電解メッキ法等の方法を用いることが可能であ
る。
【００７４】そしてさらに、この導体化層２２により導
体化されたレジスト層１５および第２の原盤２０を陰極
とし、チップ状あるいはボール状のＮｉを陽極として、
電気メッキ法によりさらにＮｉを電着させて、図４
（ｂ）に示すように金属層２３を形成する。
【００７５】電気メッキ液の組成の一例を以下に示す。
【００７６】 スルファミン酸ニッケル：５００ｇ／ｌ ホウ酸 ： ３０ｇ／ｌ 塩化ニッケル ： ５ｇ／ｌ レベリング剤 ：１５ｍｇ／ｌ 次いで、図４（ｃ）に示すように、導体化層２２および
金属層２３を第２の原盤２０から剥離した後、必要に応
じて洗浄して、これを原盤１０とする。
【００７７】なお、導体化層２２は、必要に応じて剥離
処理を施すことにより金属層２３から除去してもよい。
【００７８】また、第２の原盤２０は、耐久性の許す限
り、再生、洗浄処理を施すことにより再利用可能であ
る。
【００７９】上記第２の実施形態においても上記第１の
実施形態同様、ネガ型のレジストを用いても良く、この
場合には、上記マスク２１、すなわち、図２のマスク１
６と同様のパターンを有するマスクが用いられる。ある
いは、マスクを使用せずに、レーザ光あるいは電子線に
よって直接レジストをパターン状に露光しても良い。
【００８０】（第２工程）第１工程において製造した原
盤１０の凹凸パターンを有する表面上に、ヘッド基台形
成用材料を塗布、固化させることによりヘッド基台１２
を形成する工程である。
【００８１】ヘッド基台形成用材料としては、インクジ
ェットヘッドのヘッド基台として要求される機械的強度
や耐食性等の特性を満足するものであり、かつ、プロセ
ス耐性を有するものでれば特に限定されるものではな
く、種々の物質が利用できるが、エネルギーの付与によ
り硬化可能な物質であることが好ましい。
【００８２】このような物質を利用すると、原盤上に塗
布する際には低粘性の液状の物質として取り扱うことが
できる。そのため、原盤上の凹部の微細部にまでヘッド
基台形成用材料を容易に充填することが可能となり、し
たがって、原盤上の凹凸パターンを精密に転写すること
が可能となる。
【００８３】エネルギーとしては、光、熱、あるいは光
および熱の双方のいずれかであることが好ましい。こう
することで、汎用の露光装置やベイク炉、ホットプレー
トが利用でき、低設備コスト化、省スペース化を図るこ
とができる。
【００８４】このような物質としては、具体的に例え
ば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹
脂、ノボラック系樹脂、スチレン系樹脂、ポリイミド系
等の合成樹脂、ポリシラザン等のケイ素系ポリマが利用
できる。
【００８５】このようなヘッド基台形成用材料を原盤１
０上に塗布する。
【００８６】ヘッド基台形成用材料を塗布する方法とし
ては、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコー
ト法、ロールコート法、バーコート法等が利用できる。
【００８７】ヘッド基台形成用材料に溶剤成分を含むも
のは、熱処理を行って溶剤を除去する。
【００８８】そして、ヘッド基台形成用材料に応じた硬
化処理を施すことにより、固化させてヘッド基台１２を
形成する。
【００８９】また、ヘッド基台形成用材料として熱可塑
性の物質を利用してもよい。このような物質としては、
水和ガラスが好適である。水和ガラスとは、数〜数十ｗ
ｔ％の水を含有した常温で固体のガラスであり、低温
（組成によっては１００℃以下）で可塑性を示す。この
水和ガラスをヘッド基台に成形後に、脱水処理を施すと
機械的強度、耐食性、耐熱性に優れたヘッド基台が得ら
れる。
【００９０】（第３工程）第２工程において原盤１０上
に形成したヘッド基台１２を、原盤１０から剥離する工
程である。
【００９１】剥離方法としては、具体的に例えば、ヘッ
ド基台１２が形成された原盤１０を固定し、ヘッド基台
１２を吸着保持して機械的に引き剥がす。
【００９２】剥離に際し、原盤１０とヘッド基台１２の
材質の組み合わせによっては密着性が高くなり、原盤１
０からヘッド基台１２を剥離することが困難となる場合
がある。
【００９３】このような場合、例えば図５に示すよう
に、原盤１０上に形成される凹凸パターンの凹部形状
を、開口部が低部より大きいテーパ形状とすることが好
ましい。こうすることで、剥離の際に原盤１０とヘッド
基台１２との間に働く摩擦力等の応力を低減できるた
め、原盤１０からの型抜きを良好に行うことができる。
【００９４】また、図６に示すように、原盤１０の凹凸
パターンを有する表面上に、ヘッド基台１２との密着性
の低い材質からなる離型層２４を形成しても同様の効果
が得られる。離型層２４としては、原盤１０およびヘッ
ド基台１２の材質に合わせて適宜選択すればよい。
【００９５】また、図７に示すように、剥離する前に、
原盤１０とヘッド基台１２の界面に照射光２５を照射し
て、原盤１０とヘッド基台１２との密着力を低減または
消失させて、原盤１０からの型抜きを良好に行えるよう
にしてもよい。この方法は、照射光２５により原盤１０
とヘッド基台１２の界面において、原子間または分子間
の種々の結合力を低減または消失させること、実際に
は、アブレーション等の現象を発生させて界面剥離に至
らしめるものである。
【００９６】さらには、照射光２５によりヘッド基台１
２から気体が放出され、分離効果が発現される場合もあ
る。すなわち、ヘッド基台１２に含有されていた成分が
気化して放出されて分離に寄与する。
【００９７】照射光２５としては、例えば、エキシマレ
ーザ光が好ましい。エキシマレーザは、短波長領域で高
エネルギーを出力する装置が実用化されており、極めて
短時間の処理が可能となる。よって、界面近傍において
のみアブレーションが引き起こされ、原盤１０およびヘ
ッド基台１２に温度衝撃をほとんど与えることがない。
【００９８】なお、照射光２５としては、原盤１０とヘ
ッド基台１２の界面において界面剥離を起こさせるもの
であればエキシマレーザ光に限定されるものではなく、
種々の光（放射線）が利用可能である。
【００９９】この場合、原盤１０は照射光２５に対して
透過性を有することが必要である。透過率は１０％以上
であることが好ましくは、さらに好ましくは５０％以上
である。透過率が低すぎると、照射光の原盤透過時の減
衰が大きくなり、アブレーション等の現象を起こすのに
要する光量が大きくなる。石英ガラスは、短波長領域の
透過率が高く、機械的強度や耐熱性においても優れてい
るため、原盤材料として好適である。
【０１００】また、図８に示すように、照射光２５によ
り原盤１０との界面において剥離を生じせしめる分離層
２６を原盤１０とヘッド基台１２との間に設けてもよ
い。分離層２６内および／または界面においてアブレー
ション剥離が起こるようにすることで、原盤１０および
ヘッド基台１２に直接衝撃を与えることがない。
【０１０１】分離層２６としては、具体的には例えば、
非晶質シリコン、酸化ケイ素、ケイ酸化合物、酸化チタ
ン、チタン酸化合物、酸化ジルコニウム、ジルコン酸化
合物、酸化ランタン、ランタン酸化合物などの各種酸化
物セラミックス、（強）誘電体あるいは半導体、窒化ケ
イ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化セラミッ
クス、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド、
ポリイミド等の有機高分子材料、Ａｌ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｍ
ｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｇｄ、
Ｓｍの中から選ばれた１種または２種以上の合金、等が
利用でき、これらの中からプロセス条件、原盤１０およ
びヘッド基台１２の材質等に応じて適宜選択される。
【０１０２】分離層２６の形成方法としては、特に限定
されるものではなく、分離層２６の組成や形成膜厚に応
じて適宜選択される。具体的には例えば、ＣＶＤ、蒸
着、スパッタリング、イオンプレーティング等の各種気
層成長法、電気メッキ、無電解メッキ、ラングミュア・
ブロジェット（ＬＢ）法、スピンコート法、ディッピン
グ法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート
法等が利用できる。
【０１０３】分離層２６の厚さは、剥離目的や分離層２
６の組成等により異なるが、通常は、１ｎｍ〜２０μm
であることが好ましく、さらに好ましくは１０ｎｍ〜２
０μm、さらに好ましくは４０ｎｍ〜１μm程度である。
分離層２６の厚さが薄すぎるとヘッド基台１２へのダメ
ージが大きくなり、また、膜厚が厚すぎると、分離層２
６の良好な剥離性を確保するために必要な照射光の光量
を大きくしなければならない。なお、分離層２６の膜厚
は、できるだけ均一であることが好ましい。
【０１０４】そして、剥離後に分離層２６の残骸を洗浄
処理等を施すことにより除去する。
【０１０５】（第４工程）第３工程において得られたヘ
ッド基台１２上にインク吐出用ノズル口１３を形成する
工程である。
【０１０６】インク吐出用ノズル口１３の形成方法とし
ては、特に限定されるものではなく、具体的に例えば、
リソグラフィ法、レーザ加工、ＦＩＢ加工、放電加工等
が利用できる。
【０１０７】図９は、リソグラフィ法によりインク吐出
用ノズル口１３を形成する工程を示す図である。具体的
には、以下の方法により行う。
【０１０８】まず、図９（ａ）に示すように、ヘッド基
台１２上にレジスト層１５を形成する。
【０１０９】レジスト層１５を形成する物質および方法
としては、図２において説明した物質および方法と同一
のものが利用できるため説明を省略する。
【０１１０】次に、図９（ｂ）に示したように、マスク
２７をレジスト層１５の上に配置し、マスク２７を介し
てレジスト層１５の所定領域のみに光１７を照射して、
露光領域１８を形成する。
【０１１１】マスク２７は、図９（ｅ）に示すインク吐
出用ノズル口１３に対応した領域においてのみ、光１７
が透過するようにパターン形成されたものである。
【０１１２】そして、レジスト層１５を露光した後、所
定の条件で現像処理を行うと、図９（ｃ）に示すよう
に、露光領域１８のレジストのみが選択的に除去されて
ヘッド基台１２が露出し、それ以外の領域はレジスト層
１５により覆われたままの状態となる。
【０１１３】こうしてレジスト層１５がパターン化され
ると、図９（ｄ）に示すように、このレジスト層１５を
マスクとしてヘッド基台１２を貫通するまでエッチング
する。
【０１１４】エッチングの方法としてはウエット方式ま
たはドライ方式があるが、インクジェット基台１２の材
質に応じて、エッチング断面形状、エッチングレート、
面内均一性等の点から適宜選択される。制御性の点から
いうとドライ方式の方が優れており、例えば、平行平板
型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）方式、誘導
結合型（ＩＣＰ）方式、エレクトロンサイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン
方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチン
グ方式等の装置が利用でき、エッチングガス種、ガス流
量、ガス圧、バイアス電圧等の条件を変更することによ
り、インク吐出用ノズル口１３を矩形に加工したり、テ
ーパーを付けたりと、所望の形状にエッチングすること
ができる。
【０１１５】次に、エッチング完了後に、図９（ｅ）に
示すように、レジスト層１５を除去すると、インク吐出
用ノズル口１３が形成しされたヘッド基台１２が得られ
る。
【０１１６】また、レーザ加工に用いるレーザ装置とし
ては、各種気体レーザ、固体レーザ（半導体レーザ）等
が利用できるが、ＫｒＦ等のエキシマレーザ、ＹＡＧレ
ーザ、Ａｒレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、ＣＯ２レーザ等
が好適に用いられ、その中でもエキシマレーザが好適で
ある。
【０１１７】エキシマレーザは、短波長領域で高エネル
ギーのレーザ光を出力するため、極めて短時間で加工が
でき、よって、生産性が高い。
【０１１８】リソグラフィ法によれば、一度に複数箇所
のインク吐出用ノズル口１３を形成することが可能であ
るが、設備コストおよび材料コストが高く、必要となる
設備スペースも広くなる。
【０１１９】一方、レーザ加工、ＦＩＢ加工および放電
加工は、インク吐出用ノズル口１３を一箇所毎に形成す
るため生産性に劣るが、低設備コスト化、低材料コスト
化および省スペース化に優れる。
【０１２０】以上に述べたヘッド基台の製造方法によれ
ば、原盤１０は、一旦製造すればその後、耐久性の許す
限り何度でも使用できるため、２枚目以降の導光体の製
造工程において省略でき、工程数の減少および低コスト
化を図ることができる。
【０１２１】次に、上記実施形態において形成されたヘ
ッド基台１２に、圧電素子を形成する工程の一例を、図
１０を用いて説明する。この工程よれば、圧電素子は、
一旦、第３の原盤２８上に形成されてから、ヘッド基台
１２上に転写される。 具体的には、以下の方法により
行う。
【０１２２】まず、図１０（ａ）に示すように、第３の
原盤２８上に共通電極２９、圧電体薄膜３０および上電
極３１を順次積層する。
【０１２３】第３の原盤２８は、圧電体薄膜３０および
上電極３１をパターニングして素子化する際の支持体と
しての役目を担うものであり、プロセス耐性、特に、耐
熱性や機械的強度を有するものが好ましい。また、圧電
体薄膜３０および上電極３１をパターニングした後の工
程においてヘッド基台１２と接合（接着）された後、共
通電極２９と第３の原盤２８との界面で剥離されること
になるため、第３の原盤２８は共通電極２９と密着性の
あまり高くないものが好ましい。
【０１２４】共通電極２９および上電極３１としては、
導電率の高いものであれば特に限定されるものではな
く、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｉｎ等が利用で
きる。また、共通電極２９および上電極３１の形成方法
としては、これらの材質や形成膜厚に応じて適宜選択す
れば良く、例えば、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ、電
気メッキ、無電解メッキ等が利用できる。
【０１２５】圧電体薄膜３０としては、インクジェット
プリンタ用には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）系が
好適である。ＰＺＴ系の成膜方法としては、ゾルゲル法
が好適である。ゾルゲル法によれば、簡便な方法でで良
質の薄膜が得られる。
【０１２６】所定の成分に調整したＰＺＴ系ゾルを、共
通電極２９上にスピンコートで塗布して仮焼成するとい
う工程を所定回数繰り返すことにより非晶質のゲル薄膜
を形成し、その後さらに本焼成してペロブスカイト結晶
構造を有する圧電体薄膜３０を得る。
【０１２７】なお、圧電体薄膜３０の形成方法として
は、ゾルゲル法以外にスパッタ法を用いてもい。
【０１２８】次に、図１０（ｂ）に示すように、図１０
（ｃ）のヘッド基台１２のインク圧力室３３のパターン
に応じて、圧電体薄膜３０および上電極３１をパターニ
ングして圧電素子３２とする。
【０１２９】パターニング方法としては、例えば、図１
２に示すリソグラフィ法が利用できるため説明を省略す
る。
【０１３０】次に、図１０（ｃ）に示すように、共通電
極２９および圧電素子３２が形成された第３の原盤２８
に、図１の工程によって得られたヘッド基台１２を接
合、もしくは接着層３４を介して貼り合わせる。
【０１３１】接着層３４としては、ヘッド基台１２、共
通電極２９および圧電素子３２の材質に応じて適宜選択
すれば良い。
【０１３２】そして、図１０（ｄ）に示すように、ヘッ
ド基台１２、共通電極２９および圧電素子３２を一体的
に第３の原盤上２８から剥離する。
【０１３３】もし、第３の原盤２８と共通電極２９との
密着性が高く、剥離が困難となる場合には、前記図７の
工程で説明したのと同様に、照射光を照射することによ
り剥離を促進させてもよく、さらには、図８に示すよう
に分離層を設けてもよい。
【０１３４】こうしてヘッド基台１２上に圧電素子３２
が形成されると、この後さらに、配線パターン、信号回
路、インクタンク等と組み合わせてインクジェットプリ
ンタヘッドを得る。
【０１３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンク吐出用ノズル一体型のインクジェットプリンタヘッ
ドを簡単な工程により製造できるため、安価で高解像度
に対応できるインクジェットプリンタヘッドを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるヘッド基台を製造す
る工程を示す図である。
【図２】本発明の第１工程の第１の実施形態における原
盤を製造する工程を示す図である。
【図３】本発明の第１工程の第２の実施形態における原
盤を製造する工程を示す図である。
【図４】本発明の第１工程の第２の実施形態における原
盤を製造する工程を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における原盤を示す図であ
る。
【図６】本発明の実施形態における離型層が形成された
原盤を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における照射光を照射する工
程を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態における照射光を照射する工
程を説明する図である。
【図９】本発明の実施形態におけるインク吐出用ノズル
口を形成する工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるヘッド基台上に圧
電素子を形成する工程を示す図である。
【図１１】インクジェットプリンタヘッドの構造の一例
を示す図である。
【図１２】インクジェットプリンタヘッドの従来の製造
工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 原盤 １１ 凹部 １２ ヘッド基台 １３ インク吐出用ノズル口 １４ 原盤母材 １５ レジスト層 １６ マスク １７ 光 １８ 露光領域 １９ エッチャント ２０ 第２の原盤 ２１ マスク ２２ 導体化層 ２３ 金属層 ２４ 離型層 ２５ 照射光 ２６ 分離層 ２７ マスク ２８ 第３の原盤 ２９ 共通電極 ３０ 圧電体薄膜 ３１ 上電極 ３２ 圧電素子 ３３ インク圧力室 ３４ 接着層 ３５ ノズルプレート ３６ インク供給口 ３７ リザーバ ３８ インクタンク口 ３９ シリコン基板（ウエハ） ４０ 熱酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−23993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−118877（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−131244（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−45950（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−23994（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インク圧力室を形成するヘッド基台上に
    設けられた圧電素子により、前記インク圧力室を加圧し
    てインクを吐出するインクジェットプリンタヘッドの製
    造方法において、 前記ヘッド基台に応じた所定の凹凸パターンを有する原
    盤を製造する第１工程と、前記原盤の表面上に前記ヘッ
    ド基台形成用材料を塗布した後に硬化させて前記ヘッド
    基台を形成する第２工程と、前記ヘッド基台を前記原盤
    から剥離する第３工程と、前記ヘッド基台上にインク吐
    出用ノズル口を形成する第４工程とを有し、前記第３工程において、前記原盤とヘッド基台の界面に
    照射光を照射することにより、前記ヘッド基台を前記原
    盤から剥離せしめること を特徴とするインクジェットプ
    リンタヘッドの製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記第１工程は、原盤母材上に所定のパターンに応じた
    レジスト層を形成し、次いで、エッチングによって前記
    原盤母材上に前記凹凸パターンを形成して前記原盤を製
    造する工程を含むことを特徴とするインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記原盤母材は、シリコンウエハであることを特徴とす
    るインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記原盤母材は、石英ガラスであることを特徴とするイ
    ンクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記第１工程は、第２の原盤上に所定のパターンに応じ
    たレジスト層を形成し、次いで、前記第２の原盤および
    レジスト層を導体化し、さらに電気メッキ法により金属
    を電着させて金属層を形成した後、該金属層を前記第２
    の原盤およびレジスト層から剥離して前記原盤を製造す
    る工程を含むことを特徴とするインクジェットプリンタ
    ヘッドの製造方法。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記ヘッド基台形成用材料は、エネルギーの付与により
    硬化可能な物質であることを特徴とするインクジェット
    プリンタヘッドの製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記エネルギーは、光、熱、あるいは光および熱の双方
    のいずれかであることを特徴とするインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記ヘッド基台は、熱可塑性の物質により形成されるこ
    とを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方
    法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載のインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法において、 前記熱可塑性の物質は、水和ガラスであること特徴とす
    るインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載のインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法において、 前記原盤上に形成された凹凸パターンの凹部形状は、開
    口部が低部より大きいテーパ形状であることを特徴とす
    るインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載のインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法において、 前記凹凸パターンを有する原盤表面に、前記ヘッド基台
    との密着性の低い材質からなる離型層が形成されている
    ことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造
    方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載のインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法において、 前記原盤とヘッド基台との間に分離層を設け、前記原盤
    と分離層の界面に前記照射光を照射することにより、前
    記分離層の内部および／または前記原盤との界面におい
    て、前記ヘッド基台を前記原盤から剥離せしめることを
    特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１に記載のインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法において、 前記第４工程は、リソグラフィ法により前記インク吐出
    用ノズル口を形成することを特徴とするインクジェット
    プリンタヘッドの製造方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１に記載のインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法において、 前記第４工程は、レーザ光により前記インク吐出用ノズ
    ル口を形成することを特徴とするインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１に記載のインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法において、 前記第４工程は、収束イオンビームにより前記インク吐
    出用ノズル口を形成することを特徴とするインクジェッ
    トプリンタヘッドの製造方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１に記載のインクジェットプリ
    ンタヘッドの製造方法において、 前記第４工程は、放電加工により前記インク吐出用ノズ
    ル口を形成することを特徴とするインクジェットプリン
    タヘッドの製造方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１から請求項１６のいずれかに
    記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法により
    製造されたことを特徴とするインクジェットプリンタヘ
    ッド。
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