JP5219439B2 - インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法に関するものである。

従来、液体であるインクを吐出するインクジェット記録ヘッドとしては、吐出エネルギを発生させるヒータの上方に向けてインクを吐出するタイプのインクジェット記録ヘッド（以下、サイドシュータ型ヘッドと称する）が知られている。このサイドシュータ型ヘッドでは、図３に示すように、表面にヒータ１０２が形成されたシリコン基板１０１に貫通穴であるインク供給口１１３が設けられ、裏面側からインク供給口１１３を介してインクを供給する方式が採用されている。

このサイドシュータ型ヘッドの製造方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１には、貫通穴であるインク供給口１１３の開口径のばらつきを防ぐため、以下の工程を有する製法が開示されている。

この製造方法は、
１）シリコン基板の表面のインク供給口形成部位に、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と、
２）シリコン基板上に犠牲層を被覆するように耐エッチング性を有するパッシベイション層を形成する工程と、
３）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シリコン基板の裏面に形成する工程と、
４）開口部より犠牲層が露出するまでシリコン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と、
５）シリコン基板のエッチング工程により露出した部分より犠牲層をエッチングし除去する工程と、
６）パッシベイション層の一部を除去しインク供給口を形成する工程と、を有している。

特許文献２には、シリコン基板の裏面に設けられたマスクを利用してドライエッチングを行った後に、同一のマスクを用いて結晶軸異方性エッチングにてエッチングを行うことでインクジェット記録ヘッドを製造する方法が開示されている。

これらの製造方法は、インクジェットヘッド記録用基板を小型化でき、コストダウンできる。特にカラーインク吐出用インクジェットヘッド用基板などの一つの基板に複数のインク供給口を設けるヘッドでは、小型化によるコストダウン効果が大きいため、小型化の要求が高くなっている。
特開平１０−１８１０３２号公報 米国特許第６８０５４３２号明細書

しかしながら、特許文献１の方法ではウェットでの異方性エッチングでインク供給口の形成を行うため、エッチング時間が長くなってしまう。また、特許文献１の方法は、シリコン結晶軸１１１面で開口寸法が決まるため、インク供給口の裏面開口寸法が広くなってしまい、さらなる小型化が困難である。

また、特許文献２に開示された方法は、ドライエッチングのマスクをウェットエッチングのマスクと共有しているため、シリコン基板の裏面のマスク幅とドライエッチングの掘り込み量によってインク供給口の裏面開口幅を決めている。そのため基板のシュリンクを行う場合、マスク開口寸法を小さく且つウェットの異方性エッチング時間を短くして、開口面のサイドエッチング量を抑えるために、ドライエッチングの掘り込み量を多くする必要がある。つまり、特許文献２の製造方法も、ドライエッチングに時間がかかるため生産効率が低くなってしまう場合がある。

そこで本発明は、インクジェット記録用基板を生産効率良く安定的に製造することを可能にするインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット用基板の製造方法は、インクを吐出する吐出エネルギを発生する吐出エネルギ発生素子が設けられたインク流路内にインクを供給するインク供給口が形成されたインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法において、表面にインク流路が形成されるシリコン基板の裏面に、インク供給口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、シリコン基板を裏面側からみたときに開口内に該開口の周に沿って溝を形成する工程であって、シリコン基板を裏面側からみたときにレーザースポット径どうしの一部が重なり合うように基板にレーザを照射することで、シリコン基板を貫通しない未貫通孔からなる溝を形成する工程と、溝の内側のシリコン基板のシリコンを機械的に除去する工程と、シリコンを機械的に除去したシリコン基板に対して、裏面側から異方性エッチングを行うことで貫通孔を形成する工程と、を有する。

本発明によれば、インクジェット記録用基板の小型化及びインク供給口の形成を生産性良く安定的に製造することができる。

次に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

本発明におけるインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法の特徴は、以下のとおりインク供給口の形成方法にある。

まず、例えばレーザ加工によって未貫通の穴を重ねあわせるようにして溝加工を行う。さらに、溝の内側をサンドブラスト法等の機械的な方法でシリコン中抜きを行う。シリコン中抜きは溝よりも浅い位置に留め、基板を貫通しないようにする。その後、ウェットでの異方性エッチングを行い、インク供給口を形成する。

これにより、予め形成された溝の内側のシリコンをサンドブラスト法等を用いて除去しておくことでウェットでの異方性エッチング処理時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。さらに、ウェットでの異方性エッチングのみによる製造方法に比べてインク供給口の裏面開口寸法を小さくすることができるのでインクジェット記録用基板の小型化を図ることができる。

また、本発明の製造方法は、サンドブラスト法等でシリコン中抜きを行う前に、シリコンを除去する周辺に溝加工が施されている。このため、サンドブラストによりクラック等が発生したとしても溝でクラックの成長を抑制することができ、安定したシリコン中抜き加工を行うことができる。

以下の実施形態においてこれを詳しく説明する。

図１は、本実施形態のインクジェット記録用基板の一部破断斜視図である。

このインクジェット記録用基板はインクを吐出するための吐出エネルギ発生素子２が所定のピッチで２列に並んで形成されたシリコン基板１を有する。

シリコン基板１上には、シリコン基板１とインク流路形成部材３との密着層である不図示のポリエーテルアミド樹脂が形成されている。さらにシリコン基板１上には、被覆感光性樹脂製のインク流路形成部材３が設けられている。インク流路形成部材３にはインク吐出口４が形成されている。インク吐出口４は、インク流路側壁及び吐出エネルギ発生素子２の上方に開口するように形成されている。また、インク流路形成部材３にはインク供給口５から各インク吐出口４に連通するインク流路が形成されている。インク供給口５は、シリコンを異方性エッチングすることにより、吐出エネルギ発生素子２の２つの列の間に形成されている。

このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口５からインク流路内に充填されたインクに、吐出エネルギ発生素子２が圧力を印加してインク吐出口４からインク液滴を吐出させ、被記録媒体にインクを付着させることにより記録を行う。

次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法について、図３Ａ〜図３Ｅを用いて詳細に説明する。

図２Ａ〜図２Ｅは本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的なインク供給口製造工程を示すための図１中Ａ―Ａ線で切断した断面模式図である。

図２Ａに示すシリコン基板１は、その表面に吐出エネルギ発生素子２がパターニングされた半導体基板であり、不図示の密着向上層であるポリエーテルアミド樹脂層が形成されている。さらに、ポリエーテルアミド樹脂の上層に、インク流路形成部材３を任意の厚さでスピンコート法により塗布し、フォトリソグラフィ法にて露光、現像を行うことで複数個のインク吐出口４が形成されている。また、シリコン基板１の裏面にはＳｉＯ₂層９が形成されており、このＳｉＯ₂層９上にマスク６がパターニングされている。マスク６にはインク供給口を開口するための開口７が形成されている。

次に図２Ｂに示すように、シリコン基板１の裏面側のマスク６に形成されている開口７の内周に沿って溝１０を形成する。溝１０は開口７の両側に形成する。

本実施形態における溝１０の加工方法は以下のとおりである。

シリコン基板１の裏面側から開口７の内側にレーザを照射する。レーザの照射によりシリコン基板１に孔が形成されるが、当該孔はシリコン基板１を貫通していない未貫通孔である。なお、本発明ではこの未貫通孔を先導孔とも称する。続いて同様に形成されるべきインク供給口５の長手方向にレーザースポット径をずらしてからレーザを照射する。なお、レーザースポット径は少なくとも１／２以上が重なり合うように照射する。このように、隣接する先導孔どうしの一部が重なり合い繋がることで、溝１０が形成されることとなる。本実施形態ではＹＡＧレーザの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用い、そのレーザ光パワーおよび周波数を適切な値に設定し、溝１０の幅を約φ４０μｍとした。

なお、本実施形態ではＹＡＧレーザの３倍波のレーザ光を用いて溝１０の加工を行ったが、本発明の溝加工の方法はこれに限定されるものではない。すなわち、シリコン基板１の材料であるシリコンに対して穴加工ができる波長であれば、加工に用いることができるレーザ光はこれに限られない。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する高い吸収率を有しており、これで溝加工をしても良い。さらに、本発明は、シリコン基板１に所望の溝を形成できるのであれば、どのような方法で加工するものであってもよい。

次に図２Ｃで、メカマスク１１で、シリコン基板１の裏面のマスク６を覆い隠すようにマスキングを行う。メカマスク１１にもマスク６の開口７に対応する位置に開口１１ａが形成されているが、溝１０はメカマスク１１で覆われている。すなわち、メカマスク１１の開口１１ａの幅はマスク６の開口７の幅よりも狭い。なお、メカマスク１１は以下に説明するサンドブラスト加工に対してマスキングとしての機能を果たすため、例えば金属製とするのが好ましい。

メカマスク１１でマスキングされた状態で、シリコン基板１の裏面側からサンドブラスト装置等で機械的に研磨材を高圧で吹き付ける。これにより、溝１０の内側部分のシリコンを中抜き加工し、未貫通のシリコン中抜き部１２を形成する。シリコン中抜き部１２は溝１０よりも内側に形成されるようにする。また、サンドブラストによるシリコンの除去深さは溝１０の深さよりも浅くなるように形成するのが好ましい。本実施形態の製造方法は、サンドブラストにより機械的にシリコンを除去するため、ウェットでの異方性エッチングのみによりインク供給口を形成する製造方法に加工時間を短縮することができる。

本実施形態の場合、サンドブラスト加工する前に溝１０を形成しておき、溝１０の内側であって、かつ、シリコンの除去深さが溝１０の深さよりも浅くなるように中抜き加工している。よって、サンドブラスト加工によりクラック等が発生したとしても、溝１０が存在することでクラックが溝１０より外側にまで成長するのを防止することができる。このため、本実施形態によれば、安定したシリコン中抜き加工を行うことができる。

次に、図２Ｄに示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を異法性エッチング液として用い、シリコン基板１の裏面からエッチングを行う。これによりシリコン基板１の裏面からインク流路形成部材３に至るインク供給口５を形成する。ウェットでの異方性エッチングのみでインク供給口５を形成する方法は、シリコン基板１の裏面からエッチングを開始するため、開口寸法がシリコン結晶軸１１１面で決まる。

一方、本実施形態の方法は、機械的なシリコン除去と組み合わせてインク供給口５を形成する。このため、図２Ｄに示すように、インク供給口５の開口寸法が、ウェットでの異方性エッチングのみによるものに比べ小さくすることができる。よって、本実施形態の製造方法によれば、インクジェット記録ヘッドを小型化することができる。

最後に図２Ｅに示すように、インク供給口５を開口しているマスク６及び保護膜８をドライエッチングにより除去する。

以上の工程により、インク流路形成部材とインク供給口が形成された基板が完成する。そして、その基板をダイシングソー等によって切断分離してチップ化する。各チップにおいて、吐出エネルギ発生素子２を駆動させる電気配線の接続を行った後、インク供給用のチップタンク部材を接続することで、インクジェット記録ヘッドが完成する。

本発明のインクジェット記録用基板の一例の一部破断斜視図である。 インク供給口が形成されるインクジェット記録用基板の断面図である。 溝が形成されたインクジェット記録用基板の断面図である。 シリコン中抜き部が形成されたインクジェット記録用基板の断面図である。 異方エッチングが行われたインクジェット記録用基板の断面図である。 インク供給口が形成されたインクジェット記録用基板の断面図である。 従来のインクジェット記録用基板の一例の断面図である。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 吐出エネルギ発生素子
４ インク吐出口
５ インク供給口
６ マスク
７ 開口
１０ 溝
１２ シリコン中抜き部

Claims (3)

1. インクを吐出する吐出エネルギを発生する吐出エネルギ発生素子が設けられたインク流路内にインクを供給するインク供給口が形成されたインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法において、
   表面に前記インク流路が形成されるシリコン基板の裏面に、前記インク供給口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、
   前記シリコン基板を前記裏面側からみたときに前記開口内に該開口の周に沿って溝を形成する工程であって、前記シリコン基板を前記裏面側からみたときにレーザースポット径どうしの一部が重なり合うように前記基板にレーザを照射することで、前記シリコン基板を貫通しない未貫通孔からなる前記溝を形成する工程と、
   前記溝の内側の前記シリコン基板のシリコンを機械的に除去する工程と、
   前記シリコンを機械的に除去した前記シリコン基板に対して、前記裏面側から異方性エッチングを行うことで貫通孔を形成する工程と、を有するインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法。
2. 前記シリコンを機械的に除去する際の除去深さは、前記溝の深さよりも浅い、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法。
3. サンドブラストにより前記シリコンを機械的に除去する、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法。

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