インクジェットヘッド及びその製造方法
【課題】インクジェットヘッドを支持する支持基板に対する接合を良好におこなうことが可能で、かつ液体に対する耐性が高い壁面を有する供給口を備えたインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】面の結晶方位が｛１００｝であり、表面にインクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、前記吐出口と連通し、前記Ｓｉ基板上にインクを保持する流路と、前記Ｓｉ基板の前記表面とその裏面とを貫通して流路と連通し、該インク流路にインクを供給する供給口と、を有するインクジェットヘッドであって、前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を有するインクジェットヘッド。
【解決手段】面の結晶方位が｛１００｝であり、表面にインクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、前記吐出口と連通し、前記Ｓｉ基板上にインクを保持する流路と、前記Ｓｉ基板の前記表面とその裏面とを貫通して流路と連通し、該インク流路にインクを供給する供給口と、を有するインクジェットヘッドであって、前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を有するインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク等の記録液を吐出して記録を行うインクジェット記録方式（液体吐出記録方式）に適用されるインクジェットヘッドは、一般にインク流路と、該インク流路の一部に設けられるインク滴を吐出するためのエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記インク流路のインクをインク滴を吐出するためのエネルギー発生素子のエネルギーによって吐出するための微細なインク吐出口（「オリフィス」と呼ばれる）と、を備えている。
【０００３】
特許文献１には、エネルギー発生素子にインクを供給するための供給口を結晶異方性エッチングを用いて基板に形成する方法が開示されている。この方法では、例えば｛１００｝面の結晶方位を持つシリコンウエハに対して、｛１００｝面からエッチングする場合、エッチング開始面から深さ方向に５４．７°の傾斜で狭くなる｛１１１｝面が得られるように、エッチングが進行する。この｛１１１｝面は、シリコンの結晶面の中で、溶液に対してエッチングされにくい。
【０００４】
しかし一方では、供給口の表面側の開口面積を所定の値に設定した場合、裏面側の開口面積は表面側の開口面積よりも大きくなる。基板の裏面は、基板を支持する部材との接合部であるため、接合を良好に行うためには、基板の裏面に接合に必要な程度の面積をもつ部分を残すことが求められる。
【０００５】
｛１００｝面の結晶方位を持つ基板に対してドライエッチング法を用いてエッチングを行って、基板に垂直な面をもつ供給を形成することも可能であるが、この場合には、供給口を形成する面をエッチング耐性のある｛１１１｝面とすることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６１４３１９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つは、インクジェットヘッドを支持する支持基板に対する接合を良好におこなうことが可能で、かつ液体に対する耐性が高い壁面を有する供給口を備えたインクジェットヘッドを提供することである。また他の目的は、そのようなインクジェットヘッドを簡便に得ることができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るインクジェットヘッドは、面の結晶方位が｛１００｝であり、表面にインクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、前記吐出口と連通し、前記Ｓｉ基板上にインクを保持する流路と、前記Ｓｉ基板の前記表面とその裏面とを貫通して流路と連通し、該インク流路にインクを供給する供給口と、を有するインクジェットヘッドであって、前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インクに対する耐性の高い｛１１１｝面を壁面とするインク供給口を有しながら、インクジェットヘッド基板を支持基板に貼りあわせる際の密着力が高く、信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を模式的に示した断面図である。
【図２】従来の方法によるインクジェットヘッドを形成した状態を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の方法を用いてインク供給口を形成させた一例の状態を示す模式的断面図である。
【図４】基板に裏面より互いに平行な｛１１１｝面からなるインク供給口を４方向より形成した一例の状態を示す｛１００｝面を上面に見た模式的表面図である。
【図５】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図６】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図７】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の方法を用いてインク供給口を複数個並列させた状態を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の方法を用いてインク供給口を形成させた一例の状態を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明の方法を用いてインク供給口を形成させた一例の状態を示す模式的断面図である。
【図１２】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して、本発明を有する工程の一例を工程毎に詳細に説明する。図１（ａ）から（ｇ）は、本発明のインクジェットヘッドの製造方法を模式的に示したものである。
【００１２】
（工程１：インク流路、インク吐出口の形成）
まず、本発明では、エネルギー発生素子を有する基板１上に、光崩壊性ポジ型レジスト層３を形成する（図１（ａ））。
【００１３】
本発明に用いられる基板１としては、インクを吐出させるためのエネルギー発生素子（不図示）が含まれるＳｉ基板が用いられる。エネルギー発生素子としては、電気熱発生素子や圧電素子等が使用されるが、これに限られるものではない。また、エネルギー発生素子に電気熱発生素子を用いる場合には、発泡時の衝撃の緩和やインクからのダメージの軽減等の目的で、保護膜（不図示）が形成されていても良い。
【００１４】
光崩壊性ポジ型レジストとしては、一般的にはポリメチルイソプロペニルケトン（ＰＭＩＰＫ）やポリビニルケトン等の２９０ｎｍ付近に感光波長域を有するレジストや、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のメタクリル酸エステル単位から構成される高分子化合物のように２５０ｎｍ付近に感光波長域を持つレジストが用いられているが、これに限られるものではない。
【００１５】
光崩壊性ポジ型レジスト層３を形成後、引き続き光崩壊性ポジ型レジスト層３の所定領域を、露光及び現像過程からなるフォトリソ過程により除去し、インク流路パターン（構造体）４を形成する（図１（ｂ））。
【００１６】
まず、光崩壊性ポジ型レジスト層３に、インク流路パターンの描かれた石英マスク２を通して、電離放射線を照射する。この際、電離放射線としては、本発明に使用される光崩壊性ポジ型レジストの感光波長域である２９０ｎｍや２５０ｎｍ付近の波長域を含むものを使用する。これにより光崩壊性ポジ型レジスト層３の、電離照射線を照射した領域にて主鎖分解反応が生じ、その領域の現像液に対する溶解性が選択的に向上する。したがって、電離照射線が照射された光崩壊性ポジ型レジスト層３を現像することで、Ｓｉ基板上にインクを保持するインク流路となる構造体４を形成することができる。
【００１７】
前記現像液としては、溶解性の向上した露光部を溶解し、かつ未露光部を溶解しない溶剤であれば特に制限はない。
【００１８】
次に、構造体４上に、インク流路壁を形成するためのネガ型レジスト層５を被覆する（図１（ｃ））。
【００１９】
ネガ型レジスト層５のネガ型レジストとしては、カチオン重合・ラジカル重合などの反応を利用したものを使用できるが、これに限られるものではない。カチオン重合反応を利用したネガ型レジストを例にとると、ネガ型レジスト中に含まれる光カチオン開始剤から発生するカチオンにより、ネガ型レジスト中に含まれるカチオン重合可能なモノマーやポリマーの分子間での重合や架橋が進むことで硬化する。光カチオン開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩など、具体的にはＡＤＥＫＡから上市されている「ＳＰ−１７０」、「ＳＰ−１５０」（以上、商品名）等が挙げられる。
【００２０】
また、カチオン重合可能なモノマーやポリマーとしては、エポキシ基やビニルエーテル基やオキセタン基を有するものが適しているが、これらに限られるものではない。
【００２１】
このようなネガ型レジストをスピンコート法、ダイレクトコート法、ラミネート転写法などの方法によって前記構造体４上に塗布することでネガ型レジスト層５を形成する。
【００２２】
次いで、必要に応じて撥インク層（不図示）をネガ型レジスト層５上に形成する。この場合撥インク層は、ネガ型レジストと同様に架橋可能な感光性を有することが望ましい。また、ネガ型レジストと相溶しないことも重要である。なお、撥インク層は、スピンコート法、ダイレクトコート法、ラミネート転写法等の方法で形成することができる。
【００２３】
次に、ネガ型レジスト層５の所定部分にインク吐出口６を形成する（図１（ｄ））。
【００２４】
この工程では、インク吐出口６となる部分を遮光して、インク吐出口６となる部分以外の領域に光を照射することで、ネガ型レジストを硬化させる。この際、撥インク層の樹脂も同時に硬化させ、その後現像することで、インク吐出口６を形成する。ネガ型レジスト層５と、撥インク層の現像液としては、露光部が溶解せず、未露光部を完全に取り除くことができ、かつその下に配置されている光崩壊性ポジ型レジスト（構造体４）を溶解しない現像液が最適である。例えば、メチルイソブチルケトンやメチルイソブチルケトン／キシレンの混合溶媒等が使用可能である。光崩壊性ポジ型レジストを溶解しないことが重要である理由としては、一般的には、一枚の基板上に複数のヘッドが配置され、切断工程を経てインクジェットヘッドとして使用される。このため、切断時のごみ対策として、インク流路パターンを形成する光崩壊性ポジ型レジストを、切断工程後に溶解除去するのが望ましい。
【００２５】
上記のようなインク流路、インク吐出口を形成する工程は、次に示すインク供給口を形成する工程の後に行ってもよい。その際には、形成されているインク供給口を樹脂により埋める処理や別の基板で形成したインク流路を貼り合わせることで、形成可能である。
【００２６】
（工程２：インク供給口の形成）
次いでインク供給口を形成する工程について説明する。
【００２７】
シリコン基板には、｛１００｝面及び｛１１０｝面及び｛１１１｝面の結晶方位を表面に有するものを選択することが多い。しかし、｛１００｝面以外の結晶方位を表面に用いると基板上にＭＯＳトランジスタを形成する際にシリコン基板内の電子・正孔の電解効果移動度が面内において均一でない。そのため、面内依存性やバラツキの発生する原因となる。また界面特性が良質でないため、良質なゲート絶縁膜が形成しにくくリーク電流等の不具合が生じやすくなる。このため、表面上に駆動回路を形成するＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野においては｛１００｝面を表面に有している基板が適している。基板の厚さとしては、インクジェットヘッドの基板に求められる強度を考慮して選択する。
【００２８】
インク供給口８を形成する方法としては、異方性エッチングやレーザー加工やドライエッチングなどが一般的に用いられるが、これに限られるものではない。
【００２９】
一般的にインク供給口を形成する方法としては、基板内の大きな体積をくり抜いて形成する必要があるため、タクト効率を考慮し、エッチングマスクを表面に形成した後に異方性エッチングする方法を用いることが多い。しかしながら、この方法では基板内に四角錘形状にインク供給口が形成されるため、目的の開口面積をエッチング終了面で形成するためには、エッチング開始面の開口面積（Ｗ）を広く設置する必要がある（図２）。このようにエッチング開始面に大きな開口部を設置すると、エッチング開始面と支持基板を接着する際に十分な接着面積（Ｓ）が取れない。接着面積が少ないインクジェットヘッドでは、接着部からのインクの染み出し等、不良の発生も起こり易くなるためヘッドとしての信頼性が低くなる。そのため、必要な接着面積を確保するためにはインク供給口を形成する密度・大きさには限界があった。
【００３０】
また、インク供給口をドライエッチングを用いて垂直方向に方形状に形成する方法であれば、裏面の開口面積は大きく設置する必要がなく、インク供給口を高密度で形成可能である。しかし、表面に｛１００｝面の結晶方位を有する基板を用いた際には、インク供給口壁面は｛１００｝面に垂直な｛１１０｝面となるため、インクに対する信頼性の観点に懸念がある。また、インク供給口壁面を垂直に｛１１１｝面で形成するためには、基板表面を｛１１０｝面にする必要がある。これは前述した通り、基板上にＭＯＳトランジスタ等を形成する際にシリコン基板内の電子・正孔の電解効果移動度が面内において均一でないため、面内依存性やバラツキの発生する要因となり得る。また界面特性が良質でないため、良質なゲート絶縁膜が形成しにくくリーク電流等の不具合が生じやすくなる懸念がある。
【００３１】
そこで本発明者は鋭意検討の結果、インク供給口を｛１１１｝面に平行な方向に方形状又はスリット状に形成することで、所望の開口面積を有する表面の開口部を形成しながら、裏面の開口部を小面積で形成することが可能であることを見出した。すなわち、インク供給口の壁面の４面がすべて｛１１１｝面からなり、一組以上の平行な面を有する形状とすることで、従来の四角錘形状より大幅に裏面の開口面積を縮小することができる（図３）。
【００３２】
これにより、インクへの耐性がある｛１１１｝面で囲まれたインク供給口を有しながら、大幅に支持基板との接着面積（Ｓ）を向上することでインク染み出し等の不良の発生を抑制した信頼性の高いインクジェットヘッドを作製することができる。更に、一つのインク供給口が有する裏面の開口面積（Ｗ）が縮小されることにより、従来と比較してノズル流路密度の向上したインクジェットヘッドを形成することが可能であり、またインクジェットヘッド自身をシュリンクして設計することも可能となる。また、独立したインク供給口を表面側に複数設けて並べることが容易になるため、インク循環されるインク流路を形成することも可能である。
【００３３】
以下に、インク供給口を｛１１１｝面にほぼ平行な方向に方形状又はスリット状に形成する方法の一例を示す。
【００３４】
まず、表面の吐出口が形成されたネガ型レジスト層５をエッチング耐性のある保護膜７により保護する（図１（ｅ））。該保護膜７は、後述する裏面にインク供給口８を形成する工程を行う際に、表面のネガ型レジスト層５に形成されたインク流路パターンにダメージがなく、保護膜７を除去した際に表面の撥水性に影響がないものを選ぶ必要がある。例えば、「ＯＢＣ」（商品名、東京応化製）等が挙げられる。
【００３５】
次いで、裏面より表面の開口部に向けて｛１１１｝面６０にほぼ平行な方向から乾式法で表面の開口面積をなぞるようにＳｉ基板１を掘り込み、互いに対向し、ほぼ平行に形成される｛１１１｝面７０を有するインク供給口８を形成することができる（図１（ｆ））。供給口８の壁面である、互いに対向する｛１１１｝面７０ａ、７０ｂ同士は、基板１の裏面から表面に向かってお互いが沿うように、ほぼ平行に設けられる。前記Ｓｉ基板を乾式法で掘り込む手段としては、レーザー又はドライエッチングを用いることが可能であるが、これに限られるものではない。
【００３６】
表面が｛１００｝面であるＳｉ基板では、互いに平行でない｛１１１｝面は４面存在するため、該４面のうちの１面に対して平行な方向から基板を掘り込むことで、互いにほぼ平行に沿って形成される二つの｛１１１｝面で構成される壁の組を有する方形状又はスリット状のインク供給口を形成可能である。更に、表面の開口部を固定しながら、１組のほぼ平行な｛１１１｝面以外のある１面上で基板を掘り込む方向をずらすことで、スリットの長さが徐々に短くなるインク供給口を形成することも可能である。
【００３７】
また、前記４面のうち隣接する２面の交わる直線方向に基板を掘り込むことで、２組のほぼ平行な｛１１１｝面を有する方形状又はスリット状のインク供給口を形成可能である。２組のほぼ平行な｛１１１｝面を有するインク供給口は、インク供給口の壁面４面全てが｛１１１｝面に囲まれているため、インクに対するＳｉの溶出が抑えられ、好ましい。
【００３８】
Ｓｉ基板に供給口を形成する際に、用いられるレーザーとしては、Ｓｉが吸収を有するレーザー波長域であり、Ｓｉを加工するために必要な光強度を有していることが必要である。一般的なレーザー加工機として市販されている、ＣＯ2紫外線レーザー及び固体ＹＡＧレーザー等は、基本波・２倍波・３倍波等も含めてＳｉに対して十分な吸収強度を有しておりＳｉ加工として用いられることが可能であるが、これに限られるものではない。更にレーザーの加工精度及び加工効率を向上させるためのガスやプラズマの導入、加工中に発生する熱やデブリ（ゴミ）等を除去するための水処理等のアシスト技術を用いてもよい。
【００３９】
Ｓｉ基板に供給口を形成する際に、Ｓｉ除去手段として本発明に用いられるドライエッチングとしては、ボッシュプロセスやＤＲＩＥ等の直線方向に深堀できるドライエッチング手段であれば用いることが可能であるが、これらに限られるものではない。表面に｛１００｝面の結晶方位を有する基板では、｛１１１｝面を二組有する方向が４方向存在する（図４）。このため、ドライエッチングを用いた方法でインク供給口を形成する場合には、例えば、基板にマスク形状を形成しドライエッチング方向に基板を傾けエッチングを行った後に、再度マスク形状を形成し直し異なる方向に基板を傾けドライエッチングを行う。この操作を繰り返すことで、２方向以上のインク供給口を形成することが可能である。
【００４０】
ここで、図８を用いて他の形態についても説明する。図８は、図１と同様の断面図である。
【００４１】
図８（ａ）は図１（ｅ）に示される状態である。次いで図８（ｂ）に示されるように前述した乾式方法（レーザー、ドライエッチング法等）を使用して、基板に穴３０を形成する穴３０は｛１１１｝に沿って、ほぼ平行に形成される。このとき穴３０の内壁面の加工バリや溶融物等の不要部分に対しては、次いで結晶異方性エッチングを少量追加することで溶解除去することが可能であり、清浄な｛１１１｝面７０を備えた供給口８へ整形することが可能である。結晶異方性エッチングとしてはウェットエッチングが用いられる。
【００４２】
表面に｛１００｝面の結晶方位を有する基板では、４面がすべて｛１１１｝面からなる方形状のインク供給口を４方向に形成可能なため、基板中にてインク供給口同士が互いに交差した形状も形成可能である（図１１）。インク供給口の交差は最大４つまで行うことが可能である。このような場合では、加工中に発生するデブリ等がもう一方のインク供給口内に入り込むため、結晶異方性エッチングによる溶解除去やアシスト技術等による除去処理を行うことが望ましい。
【００４３】
（工程３：インク流路の連通）
その後、ネガ型レジスト層５上の保護膜７を除去し、インク流路パターン４を形成するポジ型レジストを除去して、インク吐出口６と連通するインク流路２０を形成する（図１（ｇ））。
【００４４】
この工程では、インク流路パターン４を形成するポジ型レジスト上に電離放射線を照射し、ポジ型レジストの分解反応を起こすことで、除去液に対する溶解性を向上させる。電離放射線としては、前記光崩壊性ポジ型レジスト層３のパターニングの際に使用したものと同様のものが使用できる。ただし、本工程ではインク流路パターン４を除去してインク流路を形成することが目的であるため、電離照射線はマスクを介さずに全面に照射することができる。その後、光崩壊性ポジ型レジスト層３のパターニングの際に使用した現像液と同様のものを用いて、インク流路パターン４を形成するポジ型レジストを完全に取り除くことが可能である。この工程では、パターニング性を考慮する必要がなく、ポジ型レジストを溶解可能で、ネガ型レジスト層５及び撥インク層に影響しない溶剤を用いることができる。以上の工程により、インクジェットヘッドを作製することができる。
【００４５】
また、上記のような形成工程に対して、インク供給口を形成する工程２の後に、インク流路、インク吐出口を形成する工程１を行ってもよい。その際には、基板にインク供給口が形成されているため、樹脂によりインク供給口を埋める処理や、別の基板で形成したインク流路を貼り合わせることで工程１を行うことが可能である。
【００４６】
インク供給口形成後に別の基板で作製したインク流路を貼り合わせて形成する場合には、インク供給口を乾式で形成する際にインク流路壁への影響を考慮することなく貫通させることが可能であり、乾式での形成条件を詳細に調整する必要がない点で有利である。しかしながら、インク流路を貼り合わせる際にアライメントずれの補正や、インク供給口を埋めた処理剤の除去等の付加的な工程が必要となるため、インク流路及びインク供給口の加工負荷・必要精度により選択することが可能である。
【実施例】
【００４７】
以下に本発明に係る実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１）
本実施例においては、上記実施形態に係る製造方法によって、インクジェットヘッドを製造した。
【００４９】
まず、図１（ａ）に示す基板１として、エネルギー発生素子としての電気熱変換素子（ヒータ）と、これを駆動するためのドライバーやロジック回路が形成されたシリコン基板を準備した。
【００５０】
次いで、基板１上に、ポリメチルイソプロペニルケトン（商品名：「ＯＤＵＲ−１０１０」、東京応化工業株式会社製）を樹脂濃度が２０ｗｔ％になるように調節し、スピンコート法によって塗布した。その後、ホットプレート上にて１２０℃で３分間、引き続き窒素置換されたオーブンにて、１５０℃で３０分間のプリベークを行い、１５μｍ膜厚の光崩壊性ポジ型レジスト層３（図１（ａ））を形成した。次いで、光崩壊性ポジ型レジスト層３上にＤｅｅｐ−ＵＶ露光装置（商品名：「ＵＸ−３０００」、ウシオ電機株式会社製）を用いて、流路パターンの描かれたマスク２を介して、１８０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量でＤｅｅｐ−ＵＶ光を照射した。その後、非極性溶剤であるメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）／キシレン＝２／３の溶液により現像し、さらにキシレンを用いてリンス処理を行うことで、基板１上に、図１（ｂ）に示すインク流路パターン（構造体）４を形成した。
【００５１】
その後、構造体４上にネガ型レジストを塗布して、図１（ｃ）に示すネガ型レジスト層５を形成した。ネガ型レジストには以下の組成のレジスト溶液を使用した。
・「ＥＨＰＥ−３１５０」（商品名、ダイセル化学工業株式会社製） １００質量部
・「ＨＦＡＢ」（商品名、セントラル硝子株式会社製） ２０質量部
・「Ａ−１８７」（商品名、日本ユニカー株式会社製） ５質量部
・「ＳＰ１７０」（商品名、株式会社ＡＤＥＫＡ製） ２質量部
・キシレン ８０質量部。
【００５２】
より具体的には、上記組成のレジスト溶液をスピンコート法によって塗布し、ホットプレート上にて９０℃で３分間のプリベークを行い、２０μｍ（平板上）のネガ型レジスト層５を形成した。さらに、ネガ型レジスト層５上に感光性を有する以下の組成の樹脂からなる撥インク層（不図示）をラミネート法により形成した。
・「ＥＨＰＥ−３１５０」（商品名、ダイセル化学工業株式会社製） ３５質量部
・２，２−ビス（４−グリシジルオキシフェニル）ヘキサフロロプロパン ２５質量部
・１，４−ビス（２−ヒドロキシヘキサフロロイソプロピル）ベンゼン ２５質量部
・３−（２−パーフルオロヘキシル）エトキシ−１，２−エポキシプロパン １６質量部
・「Ａ−１８７」（商品名、日本ユニカー株式会社製） ４質量部
・「ＳＰ１７０」（商品名、株式会社ＡＤＥＫＡ製） １．５質量部
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル ２００質量部。
【００５３】
次いで、「マスクアライナーＭＰＡ６００ＦＡ」（商品名、キヤノン株式会社製）を用い、吐出口６（図１（ｄ））のパターンが描かれたマスクを介して、３０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量にてパターン露光した。
【００５４】
次いで、９０℃で１８０秒のＰＥＢ（ポストベーク）を行い、メチルイソブチルケトン／キシレン＝２／３溶液を用いて現像し、キシレンを用いてリンス処理を行うことで、図１（ｄ）などに示す吐出口６を形成した。
【００５５】
次に、撥インク層の全面に「ＯＢＣ」（商品名、東京応化株式会社製）を塗布して、図１（ｅ）に示す保護膜７を形成した。
【００５６】
次いで、基板１の裏面にインク供給口８となる穴を、レーザーを用いて形成した。まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板１に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きを保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向に走査することで基板中に｛１１１｝面に平行な方形状のインク供給口形状を形成した。該インク供給口形状は表面に形成したインク流路パターン（構造体４）の任意の場所に向かって加工を行い、連通させた。この際、図５に示すように左右の裏面レーザー加工開始面１１（点線部）より表面のインク供給口開口部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。なお、符号９はインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を指示していて、エネルギー発生素子９は、吐出口６に対向するように設けられている。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬して方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行うことで、図１（ｆ）に示す二つの｛１１１｝面７０を持つインク供給口８を二つ形成した。
【００５７】
次いで、保護膜７をキシレンにて除去した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ露光装置「ＵＸ−３０００」（商品名、ウシオ電機製）を用いて撥インク層上から７０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量で全面露光し、インク流路パターンを形成する構造体４を可溶化した。その後、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬することで、構造体４を除去した（図１（ｇ））。
【００５８】
（実施例２）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００５９】
まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きはそのままに保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向にレーザー光を走査することで基板中に｛１１１｝面に平行な板状の供給口形状を形成した。この際、図６に示すように裏面の左右のレーザー加工開始面１１（点線部）が長方形になるように走査し、表面のインク供給口開口予定部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。なお、符号５０は供給口からエネルギー発生素子９に至る経路にもうけられる柱状の部材であり、流路内のゴミをトラップために設けられる。８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することでスリット状の供給口形状に対して異方性エッチングを行うことで、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した。
【００６０】
（実施例３）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００６１】
まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きはそのままに保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向にレーザー光を走査することで基板中に｛１１１｝面に平行な方形状の供給口形状を形成した。この際、図１０に示すように形成される方形状の供給口形状が平行になるように、表面のインク供給口開口部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することで、方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行うことで、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した（図９）。
【００６２】
（実施例４）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００６３】
まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きはそのままに保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向にレーザー光を走査することで、基板中に｛１１１｝面に平行な方形状の供給口形状を形成した。この際、図１２に示すように形成される方形状の供給口形成予定形状４０が互いに交差するように、表面のインク供給口開口部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することで方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行い、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した（図１１）。
【００６４】
（実施例５）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００６５】
まず、「Ｐｅｇａｓｕｓ」（商品名、住友精密社製）のドライエッチング装置を用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つように基板を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにドライエッチングを行った。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することで方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行い、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した（図１０）。
【００６６】
以上のようにして実施例１〜５の製造方法で製造したインクジェットヘッド基板を用いインクタンク等を搭載したインクジェットユニットをプリンターに搭載し、吐出及び記録評価を行ったところ、安定した印字が行われ、得られた印字物は高品位であった。
【００６７】
（比較例１）
本発明の効果を確認すべく、次のようにして比較対象となるインクジェットヘッドを製造した。本比較例では、実施例１の基板１の裏面に共通供給口を有するインクジェットヘッドを作製した。実施例１の基板１の裏面に共通供給口を形成する工程では、まず撥インク層上に、保護層７として「ＯＢＣ」（商品名、東京応化製）を全面に塗布した。そして基板の裏面にポリエーテルアミド樹脂（商品名：「ＨＩＭＡＬ」、日立化成製）を用いてスリット状のエッチングマスクを形成し、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬した。これによりシリコン基板に対して異方性エッチングを行い、共通供給口を形成した。また、エッチングマスクの形状は実施例１で形成するエッチング終了面の開口部を含む形状となるように、エッチング開始面での形状を調整した。
【００６８】
次いで保護層７である「ＯＢＣ」（商品名）をキシレンにて除去した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ露光装置「ＵＸ−３０００」（商品名、ウシオ電機製）を用いて撥インク層上から７０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量で全面に露光した。これにより、インク流路パターンを形成するポジ型レジストを可溶化した。そして乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬することで、インク流路パターンを除去し、インクジェットヘッドを作製した。
【００６９】
以上のようにして製造したインクジェットヘッド基板では、上記基板を支持基板に貼りあわせる際に、エッチング開始面で開口部が大面積であることによる接着不足が要因と見られるインクの染み出しが見られた。
【符号の説明】
【００７０】
１ 基板
２ マスク
３ 光崩壊性ポジ型レジスト
４ インク流路パターン（構造体）
５ ネガ型レジスト層
６ インク吐出口
７ 保護層（保護膜）
８ インク供給口
９ エネルギー発生素子
１０ インク供給口開口部
１１ レーザー加工開始面
２０ インク流路
３０ 穴
４０ 供給口形成予定形状
５０ 柱状の部材
６０、７０、７０ａ、７０ｂ ｛１１１｝面
Ｓ 接着面積
Ｗ 開口面積
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク等の記録液を吐出して記録を行うインクジェット記録方式（液体吐出記録方式）に適用されるインクジェットヘッドは、一般にインク流路と、該インク流路の一部に設けられるインク滴を吐出するためのエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記インク流路のインクをインク滴を吐出するためのエネルギー発生素子のエネルギーによって吐出するための微細なインク吐出口（「オリフィス」と呼ばれる）と、を備えている。
【０００３】
特許文献１には、エネルギー発生素子にインクを供給するための供給口を結晶異方性エッチングを用いて基板に形成する方法が開示されている。この方法では、例えば｛１００｝面の結晶方位を持つシリコンウエハに対して、｛１００｝面からエッチングする場合、エッチング開始面から深さ方向に５４．７°の傾斜で狭くなる｛１１１｝面が得られるように、エッチングが進行する。この｛１１１｝面は、シリコンの結晶面の中で、溶液に対してエッチングされにくい。
【０００４】
しかし一方では、供給口の表面側の開口面積を所定の値に設定した場合、裏面側の開口面積は表面側の開口面積よりも大きくなる。基板の裏面は、基板を支持する部材との接合部であるため、接合を良好に行うためには、基板の裏面に接合に必要な程度の面積をもつ部分を残すことが求められる。
【０００５】
｛１００｝面の結晶方位を持つ基板に対してドライエッチング法を用いてエッチングを行って、基板に垂直な面をもつ供給を形成することも可能であるが、この場合には、供給口を形成する面をエッチング耐性のある｛１１１｝面とすることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６１４３１９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つは、インクジェットヘッドを支持する支持基板に対する接合を良好におこなうことが可能で、かつ液体に対する耐性が高い壁面を有する供給口を備えたインクジェットヘッドを提供することである。また他の目的は、そのようなインクジェットヘッドを簡便に得ることができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るインクジェットヘッドは、面の結晶方位が｛１００｝であり、表面にインクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、前記吐出口と連通し、前記Ｓｉ基板上にインクを保持する流路と、前記Ｓｉ基板の前記表面とその裏面とを貫通して流路と連通し、該インク流路にインクを供給する供給口と、を有するインクジェットヘッドであって、前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インクに対する耐性の高い｛１１１｝面を壁面とするインク供給口を有しながら、インクジェットヘッド基板を支持基板に貼りあわせる際の密着力が高く、信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を模式的に示した断面図である。
【図２】従来の方法によるインクジェットヘッドを形成した状態を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の方法を用いてインク供給口を形成させた一例の状態を示す模式的断面図である。
【図４】基板に裏面より互いに平行な｛１１１｝面からなるインク供給口を４方向より形成した一例の状態を示す｛１００｝面を上面に見た模式的表面図である。
【図５】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図６】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図７】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の方法を用いてインク供給口を複数個並列させた状態を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の方法を用いてインク供給口を形成させた一例の状態を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明の方法を用いてインク供給口を形成させた一例の状態を示す模式的断面図である。
【図１２】本発明で形成されたインクジェットヘッドを表面の斜視方向より観察した状態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して、本発明を有する工程の一例を工程毎に詳細に説明する。図１（ａ）から（ｇ）は、本発明のインクジェットヘッドの製造方法を模式的に示したものである。
【００１２】
（工程１：インク流路、インク吐出口の形成）
まず、本発明では、エネルギー発生素子を有する基板１上に、光崩壊性ポジ型レジスト層３を形成する（図１（ａ））。
【００１３】
本発明に用いられる基板１としては、インクを吐出させるためのエネルギー発生素子（不図示）が含まれるＳｉ基板が用いられる。エネルギー発生素子としては、電気熱発生素子や圧電素子等が使用されるが、これに限られるものではない。また、エネルギー発生素子に電気熱発生素子を用いる場合には、発泡時の衝撃の緩和やインクからのダメージの軽減等の目的で、保護膜（不図示）が形成されていても良い。
【００１４】
光崩壊性ポジ型レジストとしては、一般的にはポリメチルイソプロペニルケトン（ＰＭＩＰＫ）やポリビニルケトン等の２９０ｎｍ付近に感光波長域を有するレジストや、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のメタクリル酸エステル単位から構成される高分子化合物のように２５０ｎｍ付近に感光波長域を持つレジストが用いられているが、これに限られるものではない。
【００１５】
光崩壊性ポジ型レジスト層３を形成後、引き続き光崩壊性ポジ型レジスト層３の所定領域を、露光及び現像過程からなるフォトリソ過程により除去し、インク流路パターン（構造体）４を形成する（図１（ｂ））。
【００１６】
まず、光崩壊性ポジ型レジスト層３に、インク流路パターンの描かれた石英マスク２を通して、電離放射線を照射する。この際、電離放射線としては、本発明に使用される光崩壊性ポジ型レジストの感光波長域である２９０ｎｍや２５０ｎｍ付近の波長域を含むものを使用する。これにより光崩壊性ポジ型レジスト層３の、電離照射線を照射した領域にて主鎖分解反応が生じ、その領域の現像液に対する溶解性が選択的に向上する。したがって、電離照射線が照射された光崩壊性ポジ型レジスト層３を現像することで、Ｓｉ基板上にインクを保持するインク流路となる構造体４を形成することができる。
【００１７】
前記現像液としては、溶解性の向上した露光部を溶解し、かつ未露光部を溶解しない溶剤であれば特に制限はない。
【００１８】
次に、構造体４上に、インク流路壁を形成するためのネガ型レジスト層５を被覆する（図１（ｃ））。
【００１９】
ネガ型レジスト層５のネガ型レジストとしては、カチオン重合・ラジカル重合などの反応を利用したものを使用できるが、これに限られるものではない。カチオン重合反応を利用したネガ型レジストを例にとると、ネガ型レジスト中に含まれる光カチオン開始剤から発生するカチオンにより、ネガ型レジスト中に含まれるカチオン重合可能なモノマーやポリマーの分子間での重合や架橋が進むことで硬化する。光カチオン開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩など、具体的にはＡＤＥＫＡから上市されている「ＳＰ−１７０」、「ＳＰ−１５０」（以上、商品名）等が挙げられる。
【００２０】
また、カチオン重合可能なモノマーやポリマーとしては、エポキシ基やビニルエーテル基やオキセタン基を有するものが適しているが、これらに限られるものではない。
【００２１】
このようなネガ型レジストをスピンコート法、ダイレクトコート法、ラミネート転写法などの方法によって前記構造体４上に塗布することでネガ型レジスト層５を形成する。
【００２２】
次いで、必要に応じて撥インク層（不図示）をネガ型レジスト層５上に形成する。この場合撥インク層は、ネガ型レジストと同様に架橋可能な感光性を有することが望ましい。また、ネガ型レジストと相溶しないことも重要である。なお、撥インク層は、スピンコート法、ダイレクトコート法、ラミネート転写法等の方法で形成することができる。
【００２３】
次に、ネガ型レジスト層５の所定部分にインク吐出口６を形成する（図１（ｄ））。
【００２４】
この工程では、インク吐出口６となる部分を遮光して、インク吐出口６となる部分以外の領域に光を照射することで、ネガ型レジストを硬化させる。この際、撥インク層の樹脂も同時に硬化させ、その後現像することで、インク吐出口６を形成する。ネガ型レジスト層５と、撥インク層の現像液としては、露光部が溶解せず、未露光部を完全に取り除くことができ、かつその下に配置されている光崩壊性ポジ型レジスト（構造体４）を溶解しない現像液が最適である。例えば、メチルイソブチルケトンやメチルイソブチルケトン／キシレンの混合溶媒等が使用可能である。光崩壊性ポジ型レジストを溶解しないことが重要である理由としては、一般的には、一枚の基板上に複数のヘッドが配置され、切断工程を経てインクジェットヘッドとして使用される。このため、切断時のごみ対策として、インク流路パターンを形成する光崩壊性ポジ型レジストを、切断工程後に溶解除去するのが望ましい。
【００２５】
上記のようなインク流路、インク吐出口を形成する工程は、次に示すインク供給口を形成する工程の後に行ってもよい。その際には、形成されているインク供給口を樹脂により埋める処理や別の基板で形成したインク流路を貼り合わせることで、形成可能である。
【００２６】
（工程２：インク供給口の形成）
次いでインク供給口を形成する工程について説明する。
【００２７】
シリコン基板には、｛１００｝面及び｛１１０｝面及び｛１１１｝面の結晶方位を表面に有するものを選択することが多い。しかし、｛１００｝面以外の結晶方位を表面に用いると基板上にＭＯＳトランジスタを形成する際にシリコン基板内の電子・正孔の電解効果移動度が面内において均一でない。そのため、面内依存性やバラツキの発生する原因となる。また界面特性が良質でないため、良質なゲート絶縁膜が形成しにくくリーク電流等の不具合が生じやすくなる。このため、表面上に駆動回路を形成するＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野においては｛１００｝面を表面に有している基板が適している。基板の厚さとしては、インクジェットヘッドの基板に求められる強度を考慮して選択する。
【００２８】
インク供給口８を形成する方法としては、異方性エッチングやレーザー加工やドライエッチングなどが一般的に用いられるが、これに限られるものではない。
【００２９】
一般的にインク供給口を形成する方法としては、基板内の大きな体積をくり抜いて形成する必要があるため、タクト効率を考慮し、エッチングマスクを表面に形成した後に異方性エッチングする方法を用いることが多い。しかしながら、この方法では基板内に四角錘形状にインク供給口が形成されるため、目的の開口面積をエッチング終了面で形成するためには、エッチング開始面の開口面積（Ｗ）を広く設置する必要がある（図２）。このようにエッチング開始面に大きな開口部を設置すると、エッチング開始面と支持基板を接着する際に十分な接着面積（Ｓ）が取れない。接着面積が少ないインクジェットヘッドでは、接着部からのインクの染み出し等、不良の発生も起こり易くなるためヘッドとしての信頼性が低くなる。そのため、必要な接着面積を確保するためにはインク供給口を形成する密度・大きさには限界があった。
【００３０】
また、インク供給口をドライエッチングを用いて垂直方向に方形状に形成する方法であれば、裏面の開口面積は大きく設置する必要がなく、インク供給口を高密度で形成可能である。しかし、表面に｛１００｝面の結晶方位を有する基板を用いた際には、インク供給口壁面は｛１００｝面に垂直な｛１１０｝面となるため、インクに対する信頼性の観点に懸念がある。また、インク供給口壁面を垂直に｛１１１｝面で形成するためには、基板表面を｛１１０｝面にする必要がある。これは前述した通り、基板上にＭＯＳトランジスタ等を形成する際にシリコン基板内の電子・正孔の電解効果移動度が面内において均一でないため、面内依存性やバラツキの発生する要因となり得る。また界面特性が良質でないため、良質なゲート絶縁膜が形成しにくくリーク電流等の不具合が生じやすくなる懸念がある。
【００３１】
そこで本発明者は鋭意検討の結果、インク供給口を｛１１１｝面に平行な方向に方形状又はスリット状に形成することで、所望の開口面積を有する表面の開口部を形成しながら、裏面の開口部を小面積で形成することが可能であることを見出した。すなわち、インク供給口の壁面の４面がすべて｛１１１｝面からなり、一組以上の平行な面を有する形状とすることで、従来の四角錘形状より大幅に裏面の開口面積を縮小することができる（図３）。
【００３２】
これにより、インクへの耐性がある｛１１１｝面で囲まれたインク供給口を有しながら、大幅に支持基板との接着面積（Ｓ）を向上することでインク染み出し等の不良の発生を抑制した信頼性の高いインクジェットヘッドを作製することができる。更に、一つのインク供給口が有する裏面の開口面積（Ｗ）が縮小されることにより、従来と比較してノズル流路密度の向上したインクジェットヘッドを形成することが可能であり、またインクジェットヘッド自身をシュリンクして設計することも可能となる。また、独立したインク供給口を表面側に複数設けて並べることが容易になるため、インク循環されるインク流路を形成することも可能である。
【００３３】
以下に、インク供給口を｛１１１｝面にほぼ平行な方向に方形状又はスリット状に形成する方法の一例を示す。
【００３４】
まず、表面の吐出口が形成されたネガ型レジスト層５をエッチング耐性のある保護膜７により保護する（図１（ｅ））。該保護膜７は、後述する裏面にインク供給口８を形成する工程を行う際に、表面のネガ型レジスト層５に形成されたインク流路パターンにダメージがなく、保護膜７を除去した際に表面の撥水性に影響がないものを選ぶ必要がある。例えば、「ＯＢＣ」（商品名、東京応化製）等が挙げられる。
【００３５】
次いで、裏面より表面の開口部に向けて｛１１１｝面６０にほぼ平行な方向から乾式法で表面の開口面積をなぞるようにＳｉ基板１を掘り込み、互いに対向し、ほぼ平行に形成される｛１１１｝面７０を有するインク供給口８を形成することができる（図１（ｆ））。供給口８の壁面である、互いに対向する｛１１１｝面７０ａ、７０ｂ同士は、基板１の裏面から表面に向かってお互いが沿うように、ほぼ平行に設けられる。前記Ｓｉ基板を乾式法で掘り込む手段としては、レーザー又はドライエッチングを用いることが可能であるが、これに限られるものではない。
【００３６】
表面が｛１００｝面であるＳｉ基板では、互いに平行でない｛１１１｝面は４面存在するため、該４面のうちの１面に対して平行な方向から基板を掘り込むことで、互いにほぼ平行に沿って形成される二つの｛１１１｝面で構成される壁の組を有する方形状又はスリット状のインク供給口を形成可能である。更に、表面の開口部を固定しながら、１組のほぼ平行な｛１１１｝面以外のある１面上で基板を掘り込む方向をずらすことで、スリットの長さが徐々に短くなるインク供給口を形成することも可能である。
【００３７】
また、前記４面のうち隣接する２面の交わる直線方向に基板を掘り込むことで、２組のほぼ平行な｛１１１｝面を有する方形状又はスリット状のインク供給口を形成可能である。２組のほぼ平行な｛１１１｝面を有するインク供給口は、インク供給口の壁面４面全てが｛１１１｝面に囲まれているため、インクに対するＳｉの溶出が抑えられ、好ましい。
【００３８】
Ｓｉ基板に供給口を形成する際に、用いられるレーザーとしては、Ｓｉが吸収を有するレーザー波長域であり、Ｓｉを加工するために必要な光強度を有していることが必要である。一般的なレーザー加工機として市販されている、ＣＯ2紫外線レーザー及び固体ＹＡＧレーザー等は、基本波・２倍波・３倍波等も含めてＳｉに対して十分な吸収強度を有しておりＳｉ加工として用いられることが可能であるが、これに限られるものではない。更にレーザーの加工精度及び加工効率を向上させるためのガスやプラズマの導入、加工中に発生する熱やデブリ（ゴミ）等を除去するための水処理等のアシスト技術を用いてもよい。
【００３９】
Ｓｉ基板に供給口を形成する際に、Ｓｉ除去手段として本発明に用いられるドライエッチングとしては、ボッシュプロセスやＤＲＩＥ等の直線方向に深堀できるドライエッチング手段であれば用いることが可能であるが、これらに限られるものではない。表面に｛１００｝面の結晶方位を有する基板では、｛１１１｝面を二組有する方向が４方向存在する（図４）。このため、ドライエッチングを用いた方法でインク供給口を形成する場合には、例えば、基板にマスク形状を形成しドライエッチング方向に基板を傾けエッチングを行った後に、再度マスク形状を形成し直し異なる方向に基板を傾けドライエッチングを行う。この操作を繰り返すことで、２方向以上のインク供給口を形成することが可能である。
【００４０】
ここで、図８を用いて他の形態についても説明する。図８は、図１と同様の断面図である。
【００４１】
図８（ａ）は図１（ｅ）に示される状態である。次いで図８（ｂ）に示されるように前述した乾式方法（レーザー、ドライエッチング法等）を使用して、基板に穴３０を形成する穴３０は｛１１１｝に沿って、ほぼ平行に形成される。このとき穴３０の内壁面の加工バリや溶融物等の不要部分に対しては、次いで結晶異方性エッチングを少量追加することで溶解除去することが可能であり、清浄な｛１１１｝面７０を備えた供給口８へ整形することが可能である。結晶異方性エッチングとしてはウェットエッチングが用いられる。
【００４２】
表面に｛１００｝面の結晶方位を有する基板では、４面がすべて｛１１１｝面からなる方形状のインク供給口を４方向に形成可能なため、基板中にてインク供給口同士が互いに交差した形状も形成可能である（図１１）。インク供給口の交差は最大４つまで行うことが可能である。このような場合では、加工中に発生するデブリ等がもう一方のインク供給口内に入り込むため、結晶異方性エッチングによる溶解除去やアシスト技術等による除去処理を行うことが望ましい。
【００４３】
（工程３：インク流路の連通）
その後、ネガ型レジスト層５上の保護膜７を除去し、インク流路パターン４を形成するポジ型レジストを除去して、インク吐出口６と連通するインク流路２０を形成する（図１（ｇ））。
【００４４】
この工程では、インク流路パターン４を形成するポジ型レジスト上に電離放射線を照射し、ポジ型レジストの分解反応を起こすことで、除去液に対する溶解性を向上させる。電離放射線としては、前記光崩壊性ポジ型レジスト層３のパターニングの際に使用したものと同様のものが使用できる。ただし、本工程ではインク流路パターン４を除去してインク流路を形成することが目的であるため、電離照射線はマスクを介さずに全面に照射することができる。その後、光崩壊性ポジ型レジスト層３のパターニングの際に使用した現像液と同様のものを用いて、インク流路パターン４を形成するポジ型レジストを完全に取り除くことが可能である。この工程では、パターニング性を考慮する必要がなく、ポジ型レジストを溶解可能で、ネガ型レジスト層５及び撥インク層に影響しない溶剤を用いることができる。以上の工程により、インクジェットヘッドを作製することができる。
【００４５】
また、上記のような形成工程に対して、インク供給口を形成する工程２の後に、インク流路、インク吐出口を形成する工程１を行ってもよい。その際には、基板にインク供給口が形成されているため、樹脂によりインク供給口を埋める処理や、別の基板で形成したインク流路を貼り合わせることで工程１を行うことが可能である。
【００４６】
インク供給口形成後に別の基板で作製したインク流路を貼り合わせて形成する場合には、インク供給口を乾式で形成する際にインク流路壁への影響を考慮することなく貫通させることが可能であり、乾式での形成条件を詳細に調整する必要がない点で有利である。しかしながら、インク流路を貼り合わせる際にアライメントずれの補正や、インク供給口を埋めた処理剤の除去等の付加的な工程が必要となるため、インク流路及びインク供給口の加工負荷・必要精度により選択することが可能である。
【実施例】
【００４７】
以下に本発明に係る実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１）
本実施例においては、上記実施形態に係る製造方法によって、インクジェットヘッドを製造した。
【００４９】
まず、図１（ａ）に示す基板１として、エネルギー発生素子としての電気熱変換素子（ヒータ）と、これを駆動するためのドライバーやロジック回路が形成されたシリコン基板を準備した。
【００５０】
次いで、基板１上に、ポリメチルイソプロペニルケトン（商品名：「ＯＤＵＲ−１０１０」、東京応化工業株式会社製）を樹脂濃度が２０ｗｔ％になるように調節し、スピンコート法によって塗布した。その後、ホットプレート上にて１２０℃で３分間、引き続き窒素置換されたオーブンにて、１５０℃で３０分間のプリベークを行い、１５μｍ膜厚の光崩壊性ポジ型レジスト層３（図１（ａ））を形成した。次いで、光崩壊性ポジ型レジスト層３上にＤｅｅｐ−ＵＶ露光装置（商品名：「ＵＸ−３０００」、ウシオ電機株式会社製）を用いて、流路パターンの描かれたマスク２を介して、１８０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量でＤｅｅｐ−ＵＶ光を照射した。その後、非極性溶剤であるメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）／キシレン＝２／３の溶液により現像し、さらにキシレンを用いてリンス処理を行うことで、基板１上に、図１（ｂ）に示すインク流路パターン（構造体）４を形成した。
【００５１】
その後、構造体４上にネガ型レジストを塗布して、図１（ｃ）に示すネガ型レジスト層５を形成した。ネガ型レジストには以下の組成のレジスト溶液を使用した。
・「ＥＨＰＥ−３１５０」（商品名、ダイセル化学工業株式会社製） １００質量部
・「ＨＦＡＢ」（商品名、セントラル硝子株式会社製） ２０質量部
・「Ａ−１８７」（商品名、日本ユニカー株式会社製） ５質量部
・「ＳＰ１７０」（商品名、株式会社ＡＤＥＫＡ製） ２質量部
・キシレン ８０質量部。
【００５２】
より具体的には、上記組成のレジスト溶液をスピンコート法によって塗布し、ホットプレート上にて９０℃で３分間のプリベークを行い、２０μｍ（平板上）のネガ型レジスト層５を形成した。さらに、ネガ型レジスト層５上に感光性を有する以下の組成の樹脂からなる撥インク層（不図示）をラミネート法により形成した。
・「ＥＨＰＥ−３１５０」（商品名、ダイセル化学工業株式会社製） ３５質量部
・２，２−ビス（４−グリシジルオキシフェニル）ヘキサフロロプロパン ２５質量部
・１，４−ビス（２−ヒドロキシヘキサフロロイソプロピル）ベンゼン ２５質量部
・３−（２−パーフルオロヘキシル）エトキシ−１，２−エポキシプロパン １６質量部
・「Ａ−１８７」（商品名、日本ユニカー株式会社製） ４質量部
・「ＳＰ１７０」（商品名、株式会社ＡＤＥＫＡ製） １．５質量部
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル ２００質量部。
【００５３】
次いで、「マスクアライナーＭＰＡ６００ＦＡ」（商品名、キヤノン株式会社製）を用い、吐出口６（図１（ｄ））のパターンが描かれたマスクを介して、３０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量にてパターン露光した。
【００５４】
次いで、９０℃で１８０秒のＰＥＢ（ポストベーク）を行い、メチルイソブチルケトン／キシレン＝２／３溶液を用いて現像し、キシレンを用いてリンス処理を行うことで、図１（ｄ）などに示す吐出口６を形成した。
【００５５】
次に、撥インク層の全面に「ＯＢＣ」（商品名、東京応化株式会社製）を塗布して、図１（ｅ）に示す保護膜７を形成した。
【００５６】
次いで、基板１の裏面にインク供給口８となる穴を、レーザーを用いて形成した。まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板１に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きを保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向に走査することで基板中に｛１１１｝面に平行な方形状のインク供給口形状を形成した。該インク供給口形状は表面に形成したインク流路パターン（構造体４）の任意の場所に向かって加工を行い、連通させた。この際、図５に示すように左右の裏面レーザー加工開始面１１（点線部）より表面のインク供給口開口部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。なお、符号９はインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を指示していて、エネルギー発生素子９は、吐出口６に対向するように設けられている。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬して方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行うことで、図１（ｆ）に示す二つの｛１１１｝面７０を持つインク供給口８を二つ形成した。
【００５７】
次いで、保護膜７をキシレンにて除去した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ露光装置「ＵＸ−３０００」（商品名、ウシオ電機製）を用いて撥インク層上から７０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量で全面露光し、インク流路パターンを形成する構造体４を可溶化した。その後、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬することで、構造体４を除去した（図１（ｇ））。
【００５８】
（実施例２）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００５９】
まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きはそのままに保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向にレーザー光を走査することで基板中に｛１１１｝面に平行な板状の供給口形状を形成した。この際、図６に示すように裏面の左右のレーザー加工開始面１１（点線部）が長方形になるように走査し、表面のインク供給口開口予定部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。なお、符号５０は供給口からエネルギー発生素子９に至る経路にもうけられる柱状の部材であり、流路内のゴミをトラップために設けられる。８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することでスリット状の供給口形状に対して異方性エッチングを行うことで、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した。
【００６０】
（実施例３）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００６１】
まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きはそのままに保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向にレーザー光を走査することで基板中に｛１１１｝面に平行な方形状の供給口形状を形成した。この際、図１０に示すように形成される方形状の供給口形状が平行になるように、表面のインク供給口開口部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することで、方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行うことで、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した（図９）。
【００６２】
（実施例４）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００６３】
まず、「Ｈｙｐｅｒ Ｒａｐｉｄ」（商品名、ＬＵＭＥＲＡ社製）のピコ秒レーザーを用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つようにレーザー光を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにレーザー照射を行った。ウエハに対するレーザー光の傾きはそのままに保ちながら照射光を表面のＸＹ方向及び深さ方向にレーザー光を走査することで、基板中に｛１１１｝面に平行な方形状の供給口形状を形成した。この際、図１２に示すように形成される方形状の供給口形成予定形状４０が互いに交差するように、表面のインク供給口開口部１０に向かってレーザー加工を行い形成した。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することで方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行い、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した（図１１）。
【００６４】
（実施例５）
基板１の裏面にインク供給口８を形成する工程について以下のように変更する以外は、実施例１と同様の工程でインクジェットヘッドを作製した。
【００６５】
まず、「Ｐｅｇａｓｕｓ」（商品名、住友精密社製）のドライエッチング装置を用いて、｛１００｝面及び｛１１０｝面に対して共に５４．７°の傾斜角度を持つように基板を傾け、基板に対して｛１１１｝面に平行になるようにドライエッチングを行った。更に、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬することで方形状の供給口形状に対して異方性エッチングを行い、４面が｛１１１｝面からなるインク供給口８を形成した（図１０）。
【００６６】
以上のようにして実施例１〜５の製造方法で製造したインクジェットヘッド基板を用いインクタンク等を搭載したインクジェットユニットをプリンターに搭載し、吐出及び記録評価を行ったところ、安定した印字が行われ、得られた印字物は高品位であった。
【００６７】
（比較例１）
本発明の効果を確認すべく、次のようにして比較対象となるインクジェットヘッドを製造した。本比較例では、実施例１の基板１の裏面に共通供給口を有するインクジェットヘッドを作製した。実施例１の基板１の裏面に共通供給口を形成する工程では、まず撥インク層上に、保護層７として「ＯＢＣ」（商品名、東京応化製）を全面に塗布した。そして基板の裏面にポリエーテルアミド樹脂（商品名：「ＨＩＭＡＬ」、日立化成製）を用いてスリット状のエッチングマスクを形成し、８０℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液中に浸漬した。これによりシリコン基板に対して異方性エッチングを行い、共通供給口を形成した。また、エッチングマスクの形状は実施例１で形成するエッチング終了面の開口部を含む形状となるように、エッチング開始面での形状を調整した。
【００６８】
次いで保護層７である「ＯＢＣ」（商品名）をキシレンにて除去した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ露光装置「ＵＸ−３０００」（商品名、ウシオ電機製）を用いて撥インク層上から７０００ｍＪ／ｃｍ2の露光量で全面に露光した。これにより、インク流路パターンを形成するポジ型レジストを可溶化した。そして乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬することで、インク流路パターンを除去し、インクジェットヘッドを作製した。
【００６９】
以上のようにして製造したインクジェットヘッド基板では、上記基板を支持基板に貼りあわせる際に、エッチング開始面で開口部が大面積であることによる接着不足が要因と見られるインクの染み出しが見られた。
【符号の説明】
【００７０】
１ 基板
２ マスク
３ 光崩壊性ポジ型レジスト
４ インク流路パターン（構造体）
５ ネガ型レジスト層
６ インク吐出口
７ 保護層（保護膜）
８ インク供給口
９ エネルギー発生素子
１０ インク供給口開口部
１１ レーザー加工開始面
２０ インク流路
３０ 穴
４０ 供給口形成予定形状
５０ 柱状の部材
６０、７０、７０ａ、７０ｂ ｛１１１｝面
Ｓ 接着面積
Ｗ 開口面積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面の結晶方位が｛１００｝であり、表面にインクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、
前記吐出口と連通し、前記Ｓｉ基板上にインクを保持する流路と、
前記Ｓｉ基板の前記表面とその裏面とを貫通して流路と連通し、該インク流路にインクを供給する供給口と、を有するインクジェットヘッドであって、
前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を有するインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を二組有する請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記基板には、前記供給口が複数設けられ、前記複数のインク供給口は前記表面側においてそれぞれ独立して前記流路と連通するための開口を有する請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記複数の供給口が、１つのインク流路に連通する請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記複数の供給口が、前記基板中で互いに交差する請求項３又は４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
インクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を表面に有するＳｉ基板と、前記Ｓｉ基板を貫通し、前記エネルギー発生素子にインクを供給するための供給口と、を有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
面の結晶方位が｛１００｝である前記Ｓｉ基板に加工を行うことにより、前記表面の裏面から前記表面に向かって、前記Ｓｉ基板が有する｛１１１｝面に沿った穴を前記Ｓｉ基板の裏面に形成する工程と、
前記穴から前記Ｓｉ基板に対して結晶異方性のウェットエッチングを行って前記供給口を形成する工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記供給口の内壁面が互いに対向する二つの｛１１１｝面となるように結晶異方性エッチングを行う請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
ドライエッチング法を使用して前記Ｓｉ基板に加工を行うことにより前記Ｓｉ基板に前記穴を形成する請求項６又は７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記Ｓｉ基板にレーザーを照射して前記Ｓｉ基板に前記穴を形成する請求項６又は７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記Ｓｉ基板に前記穴を複数設け、前記複数の穴のそれぞれから、前記Ｓｉ基板に対して結晶異方性のウェットエッチングを行って複数の前記供給口を形成する請求項６から９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】
面の結晶方位が｛１００｝であり、表面にインクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、
前記吐出口と連通し、前記Ｓｉ基板上にインクを保持する流路と、
前記Ｓｉ基板の前記表面とその裏面とを貫通して流路と連通し、該インク流路にインクを供給する供給口と、を有するインクジェットヘッドであって、
前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を有するインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記供給口の壁面が、互いに対向する二つの｛１１１｝面を二組有する請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記基板には、前記供給口が複数設けられ、前記複数のインク供給口は前記表面側においてそれぞれ独立して前記流路と連通するための開口を有する請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記複数の供給口が、１つのインク流路に連通する請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記複数の供給口が、前記基板中で互いに交差する請求項３又は４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
インクを吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を表面に有するＳｉ基板と、前記Ｓｉ基板を貫通し、前記エネルギー発生素子にインクを供給するための供給口と、を有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
面の結晶方位が｛１００｝である前記Ｓｉ基板に加工を行うことにより、前記表面の裏面から前記表面に向かって、前記Ｓｉ基板が有する｛１１１｝面に沿った穴を前記Ｓｉ基板の裏面に形成する工程と、
前記穴から前記Ｓｉ基板に対して結晶異方性のウェットエッチングを行って前記供給口を形成する工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記供給口の内壁面が互いに対向する二つの｛１１１｝面となるように結晶異方性エッチングを行う請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
ドライエッチング法を使用して前記Ｓｉ基板に加工を行うことにより前記Ｓｉ基板に前記穴を形成する請求項６又は７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記Ｓｉ基板にレーザーを照射して前記Ｓｉ基板に前記穴を形成する請求項６又は７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記Ｓｉ基板に前記穴を複数設け、前記複数の穴のそれぞれから、前記Ｓｉ基板に対して結晶異方性のウェットエッチングを行って複数の前記供給口を形成する請求項６から９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１６２８８７（Ｐ２０１０−１６２８８７Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８２６９５（Ｐ２００９−２８２６９５）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]