インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【課題】所期の目的に沿った流路の形状を有したインクジェット記録ヘッド、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッドの製造方法において、第一のシリコン層と、第二のシリコン層と、誘電体層と、を有するＳＯＩ基板を用意する。第一のシリコン層上に吐出口に連通する流路形成位置に合わせてシリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける。犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する。ＳＯＩ基板表面上に、エネルギ発生素子を形成する。第二のシリコン層と誘電体層とを、結晶異方性エッチングを行うことによりインク供給口を形成する。供給口に露出した部分のエッチングにより除去する。第一のシリコン層を、エッチングにより流路を形成する。エッチングストップ層の一部をエッチングして吐出口を形成する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッドの製造方法において、第一のシリコン層と、第二のシリコン層と、誘電体層と、を有するＳＯＩ基板を用意する。第一のシリコン層上に吐出口に連通する流路形成位置に合わせてシリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける。犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する。ＳＯＩ基板表面上に、エネルギ発生素子を形成する。第二のシリコン層と誘電体層とを、結晶異方性エッチングを行うことによりインク供給口を形成する。供給口に露出した部分のエッチングにより除去する。第一のシリコン層を、エッチングにより流路を形成する。エッチングストップ層の一部をエッチングして吐出口を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）で用いられるインクジェット記録ヘッドは、一般にオリフィスプレートに形成された微細な吐出口、液流路、および液流路の一部に設けられる液体吐出圧力発生部を複数具えている。またこれら液流路に連通し、ヘッドの基板に貫通孔として形成される供給口を具えていることが多い。
【０００３】
このようなインクジェット記録ヘッドは、吐出口に連通する流路それぞれに、発熱部（ヒータ）が設けられ、これらが記録素子を構成している。そして、そのヒータの発熱抵抗体に記録信号に応じた電気エネルギを選択的に印加することによって生じるエネルギを利用して、熱作用面上にインクを急激に加熱し、膜沸騰を生じさせ、その際に発生する気泡の圧力により吐出口からインクを吐出させる。
【０００４】
上述したようなヒータを用いた記録ヘッドとして、例えば特許文献１には、オリフィスプレートの液流路面側に液体吐出圧力発生部を具えた、所謂バックシュータ型（以降でもこの呼称を用いる）のインクジェット記録ヘッドが開示されている。バックシュータ型の記録ヘッドは、オリフィスプレートもしくはその一部と、基板面に液体吐出圧力発生部およびその駆動回路を、汎用の半導体製造方法により連続して形成することが可能である。
【０００５】
上記のバックシュータ型の記録ヘッドの基板は、例えば、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）技術により作製される。ＳＯＩ技術による絶縁物上の単結晶シリコン半導体層が形成された基板は、通常のシリコン集積回路を作製するバルクシリコン基板と比べて数々の優位点を有する。そのようなＳＯＩ基板を用いてバックシュータ型の記録ヘッドが特許文献２に開示されている。
【０００６】
特許文献２に開示のバックシュータ型記録ヘッドの製造方法は、以下のようなものである。
B１．中に誘電体層９０３を有するSOI基板９０１を用意する工程
B２．前記基板の前記誘電体層９０３より表側の面に液流路の壁を形成する位置に合わせて、前記誘電体層まで達する溝を設ける工程
B３．前記基板の表面および前記溝の表面に第一のエッチングストップ層９２０を形成する工程（図８（ａ））
B４．前記基板表面の第一のエッチングストップ層９２０上にエネルギ発生素子９０６およびその駆動回路を形成する工程
B５．前記SOI基板内の前記誘電体層９０３より裏側の面から誘電体層９０３まで到達する供給口９０８を形成する工程
B６．前記供給口９０８の内面に第二のエッチングストップ層９２１を形成する工程
B７．前記のエッチングストップ層９２１の前記誘電体層９０３と接触している部分を選択的に除去する工程（図８（ｂ））
B８．前記誘電体層９０３の前記供給口９０８内に露出した部分を除去する工程
B９．前記供給口９０８を介して、前記基板の前記誘電体層９０３と、前記第一のエッチングストップ層９２０とで囲まれる部分を等方的なエッチング手法により除去し、液流路９０９を形成する工程
B１０．前記第一のエッチングストップ層９２０をエッチングし、吐出口９１０を形成する工程（図８（ｃ））
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６０１９４５７号明細書
【特許文献２】米国特許第６９７９０７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらのB１からB１０までの工程によって作製されたインクジェット記録ヘッドは、第１のエッチングストップ層９２０と誘電体層９０３に囲まれた部分をエッチング手法により除去され、流路９０９が形成される。
【０００９】
また、上記の製造方法により作製されたインクジェット記録ヘッドでは、液流路の壁になる部分に第一のエッチングストップ層９２０を形成しなければならず、一般的にフォトリソ工程とRIEによるエッチング工程と、その内壁への成膜工程が必要であり、工程が煩雑になる。
【００１０】
さらに、工程Ｂ４においてエネルギ発生素子とその駆動回路の形成を行うため、溝は第一のエッチングストップ層９２０に埋められなければならず、これらの幅を、例えば２μｍ程度になる様に十分に狭くしなければならない。
【００１１】
一方、液流路の基板面に垂直な方向の寸法、すなわち、液流路の深さは一般的には１０μｍ以上がこのましいため、アスペクト比が５以上という高い溝を形成る必要がある。この場合、溝形成にかかる時間が大きく、生産性がよいとはいえない。
【００１２】
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、所期の目的に沿った液流路の形状を、有したインクジェット記録ヘッド、およびそのインクジェット記録ヘッドを工程的な負荷を少なくし、簡便に製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、該吐出口へと連通するインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、第一のシリコン層と、第二のシリコン層と、前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層の間に設けられた誘電体層と、を有するＳＯＩ基板を用意する工程と、前記第一のシリコン層の上に、シリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける工程と、前記犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する工程と、前記ＳＯＩ基板の表面の上に、前記エネルギ発生素子を形成する工程と、前記第二のシリコン層の一部と前記誘電体層の一部とを除去して、前記インク供給口を形成する工程と、前記第一のシリコン層に対して、エッチングを行い、被エッチング領域を前記犠牲層に到達させ、前記犠牲層を除去して前記流路を形成する工程と、前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上の構成によれば、誘電体層に沿って液流路を形成することができる。その結果、供給口と液流路との連通部を精度よく形成でき、かつ安定した基板を提供することができる。また、所期の目的に沿った液流路の形状を有したインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一部を破断して示した斜視図である。インクジェット記録ヘッド１のシリコン基板６の上には、複数の吐出口２と、液路３と、ヒータ４と、インク供給口５が設けられている。インクは、インク供給口５から各液路３に供給され、液路３に設けられたエネルギ発生素子としてのヒータ４の熱エネルギにより、インクは吐出口２から吐出される。エネルギ発生素子４は、ヒータに限られず、圧電素子等を用いることもできる。本形態の場合、吐出口２は、エネルギ発生素子４により、囲まれる、或いは挟まれる部分に設けられるが、これに限定されることはない。吐出口がエネルギ発生素子４の一方の側に隣接する形で存在してもよい。
【００１６】
なお、インクジェット記録ヘッドは、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などの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
【００１７】
さらに、「インク」または「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインクまたは記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す模式的断面図であり、図１におけるIIＦ−IIＦに沿った断面図である。
【００１９】
まず、第一の単結晶シリコン層（第一のシリコン層）２０１と、誘電体層２０３と、第二の単結晶シリコン層（第二のシリコン層）２０２とを有する直径１５０ｍｍのＳＯＩ基板２１５を用意する。本実施形態では、第一の単結晶シリコン層２０１は、主表面２１３が{１００}面である単結晶シリコン層であり、厚さは２５μｍである。また、誘電体層２０３は、酸化シリコン層であり、厚さは０．３μｍである。さらに、第二の単結晶シリコン層２０２は、主表面２１４が{１００}面である単結晶シリコン層であり、厚さは６００μｍである。
【００２０】
図２（ａ）は、主表面２１３が{１００}面である単結晶シリコンからなる第一の単結晶シリコン層２０１と、誘電体層２０３と、主表面２１４が{１００}面である単結晶シリコンからなる第二の単結晶シリコン層２０２により作製されたＳＯＩ基板２１５を示す図である。
【００２１】
次に、第一の単結晶シリコン層２０１が存在する面（以下、表面ともいう。）上に、犠牲層２０４となるアルミ層を液流路の形状に合わせてパターニングする。この犠牲層２０４には、犠牲層の角の部分に補償パターンを設けることにより、後述するエッチングが適切に行なわれるようにすることもできる。すなわち、液流路形成部と、供給口形成部の連結部分に、補償パターンを設けることにより、例えば、各々の液流路を仕切る壁であるリブの先端が形成される部分で、犠牲層をくびれた様な平面形状にすることができる。
【００２２】
なお、本実施形態では、犠牲層２０４には、アルカリに可溶なアルミニウムを用いたが、ポーラスシリコン、他の結晶シリコン、アモルファスシリコン等であってもよい。これらの場合、後述するＳＯＩ基板の犠牲層が設けられた裏面側から犠牲層２０４までエッチングを行う工程、犠牲層２０４を除去し液流路を形成する工程を、一回の結晶異方性エッチングにより行うことができる。
【００２３】
また、犠牲層２０４は、酸化シリコン等のフッ化水素により除去が可能な材料（フッ化水素に溶解可能な材料）を用い、誘電体層２０３は、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ等の無機層を用い、フッ化水素により除去され難い材料を用いてもよい。この場合、後述する犠牲層２０４を除去する工程は、フッ化水素を用いることができる。
【００２４】
次に、犠牲層２０４の上に、絶縁層を兼ねたエッチングストップ層２０５である窒化シリコン層を成膜する（被覆する）。酸化シリコンを用いることもできる。そしてさらに、汎用の半導体工程により、通電に応じて前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子である発熱抵抗体２０６とその駆動回路を形成する。この駆動回路は、回路上にメッキ等のコーティング技術により膜を追加し、オリフィスプレートを厚化してもよい。オリフィスプレートを厚化することにより、吐出口を長くすることができ、吐出させるインクの直進性を増すことができる。
【００２５】
最上面には窒化シリコンにより発熱抵抗体２０６の保護層２１２を形成する。また、第二の単結晶シリコン層２０２が存在する面（以下、裏面ともいう。）には、酸化シリコン層２０７を形成する。
【００２６】
図２（ｂ）は、裏面マスク層２０７、第二の単結晶シリコン層２０２、誘電体層２０３、犠牲層２０４、エッチングストップ層２０５、発熱抵抗体２０６、保護層２１２を積層した基板を示す。
【００２７】
なお、この後に、追加層として保護層２１２上にさらに、放熱部材としてメッキにより金を成長させてもよい。このとき、吐出口形成位置には予めドライフィルムをパターニングして設け、メッキ成長後にこれを除去することにより金が存在しないようにすることもできる。
【００２８】
次に、環化ゴム樹脂を基板表面側に塗布し、一時的な保護層２１１とする。裏面に存在する酸化シリコン層の供給口を形成する領域をエッチングして除去した後、第二の単結晶シリコン層２０２に対して誘電体層２０３まで、結晶異方性エッチングを行う。これにより第二のシリコン層２０２の一部と誘電体層２０３の一部とを除去して、供給口２０８を形成する。
【００２９】
図２（ｃ）は、誘電体層２０３まで供給口２０８が形成された基板を示す図である。
【００３０】
次に、供給口２０８を介して誘電体層２０３を除去した後、第一の単結晶シリコン層２０１に対し、結晶異方性エッチングを行い、被エッチング領域を犠牲層２０４であるアルミ層まで到達させる。
【００３１】
図２（ｄ）は、犠牲層２０４までエッチングを行った基板を示す図である。
【００３２】
エッチングを継続して犠牲層２０４を除去しつつ、犠牲層２０４のパターンに沿って液流路を形成する。
【００３３】
図２（ｅ）は、犠牲層２０４のパターンに沿い、底面が誘電体層２０３で形成された、液流路２０９が設けられた基板を示す図である。このとき、液流路の底面は誘電体層２０３で形成され、また側面は（１１１）結晶面で形成されることになる。
【００３４】
最後に、環化ゴムをキシレンにて除去した後、ＲＩＥによりエッチングストップ層２０５である窒化シリコン層をエッチングし、吐出口２１０を形成する。
【００３５】
図２（ｆ）は、吐出口２１０が形成された基板を示す図である。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す模式的断面図である。断面は図２のものと同様である。本実施形態は、ＳＯＩ基板の二つの単結晶シリコン層の結晶方位を互いにことならせた例である。
【００３７】
まず、第一の単結晶シリコン層（第一のシリコン層）と、誘電体層と、第二の単結晶シリコン層（第二のシリコン層）とを張り合わせて作製された直径１５０ｍｍのＳＯＩ基板３１４を用意する。本実施形態では、第一の単結晶シリコン層３０１は、主表面３１２が{１００}面である単結晶シリコン層であり、厚さは２５μｍである。また、誘電体層３０３は、酸化シリコン層であり、厚さは０．３μｍである。さらに、第二の単結晶シリコン層３０２は、主表面３１３が{１１０}面である単結晶シリコン層であり、厚さは６００μｍである。
【００３８】
図３（ａ）は、主表面３１２が{１００}面である単結晶シリコンからなる第一の単結晶シリコン層３０１と、誘電体層３０３と、主表面３１３が{１１０}面である単結晶シリコンからなる第二の単結晶シリコン層３０２により作製されたＳＯＩ基板を示す図である。
【００３９】
次に、第一の単結晶シリコン層３０１が存在する面（以下、表面ともいう。）上に、犠牲層３０４となるアルミ層を液流路の形状に合わせてパターニングする。この犠牲層３０４には、犠牲層の角の部分に補償パターンを設けることにより、後述するエッチングが適切に行なわれるようにすることもできる。すなわち、液流路形成部と、供給口形成部の連結部分に、補償パターンを設けることにより、例えば、各々の液流路を仕切る壁であるリブの先端が形成される部分で、犠牲層をくびれた様な平面形状にすることができる。
【００４０】
犠牲層２０４の材料については第１の実施形態と同様である。
【００４１】
次に、犠牲層３０４の上に、エッチングストップ層３０５と絶縁層を兼ねた窒化シリコン層を成膜する（被覆する）。そしてさらに、汎用の半導体工程により、吐出圧力発生素子である発熱抵抗体３０６とその駆動回路を形成する。この駆動回路は、回路上にメッキ等のコーティング技術により膜を追加し、オリフィスプレートを厚化してもよい。オリフィスプレートを厚化することにより、吐出口を長くすることができ、吐出させるインクの直進性を増すことができる。
【００４２】
最上面には窒化シリコン層を形成する。また、第二の単結晶シリコン層３０２が存在する面（以下、裏面ともいう。）には、酸化シリコン層３０７を形成する。
【００４３】
なお、駆動回路は、第一の単結晶シリコン層３０１にＭＯＳトランジスタを設けることもできる。
【００４４】
図３（ｂ）は、裏面マスク層３０７、第二の単結晶シリコン層３０４、誘電体層３０３、犠牲層３０４、エッチングストップ層３０５、発熱抵抗体３０６、窒化シリコン層３１２を積層した基板を示す。
【００４５】
なお、この後に、追加層としてメッキにより金を成長させてもよい。このとき、吐出口形成位置には予めドライフィルムをパターニングして設け、メッキ成長後にこれを除去することにより金が存在しないようにすることもできる。
【００４６】
次に、環化ゴム樹脂を基板表面側に塗布し、一時的な保護層とする（不図示）。裏面に存在する酸化シリコン層の供給口を形成する領域をエッチングして除去した後、パターンの角部分にレーザーにより誘電体層近くまでの深さの先導孔３１１を形成する。この先導孔は、後述する結晶異方性エッチングを行うとき、異方性エッチング液の流路となる孔である。この先導孔によりエッチングレートが早くなるとともに、先導孔の内面からエッチングが開始されるため、この先導孔によってエッチング開始面を決定することができる。そして、第二の単結晶シリコン層３０２に対して誘電体層３０３まで、結晶異方性エッチングを行い、供給口を形成する。
【００４７】
図３（ｃ）は、供給口３０８が形成された基板を示す図である。
【００４８】
次に、供給口３０８を介して誘電体層３０３を除去した後、第一の単結晶シリコン層３０１に対し、結晶異方性エッチングを行い、被エッチング領域を犠牲層３０４であるアルミ層まで到達させる。
【００４９】
図３（ｄ）は、犠牲層３０４までエッチングを行った基板を示す図である。
【００５０】
エッチングを継続して犠牲層３０４を除去しつつ、犠牲層３０４のパターンに沿って液流路を形成する。このとき、液流路の底面は誘電体層で形成されることになる。
【００５１】
図３（ｅ）は、犠牲層３０４のパターンに沿って形成された液流路３０９が設けられた基板を示す図である。
【００５２】
最後に、環化ゴムをキシレンにて除去した後、ＲＩＥによりエッチングストップ層３０５である窒化シリコン層をエッチングし、吐出口を形成する。
【００５３】
図３（ｆ）は、吐出口３１０が形成された基板を示す図である。
【００５４】
図４は、図３（ａ）〜（ｆ）を用いて説明された本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す、上面から見た図および破線IVＢ−IVＢ位置における断面図（図２のものと同様）である。なお、３１１は、第二の単結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示している。第二の単結晶シリコン層３０２は、主表面３１３が{１１０}面であり、供給口３０８の側面の、少なくとも２面３１５，３１６が、実質的に基板に垂直な（１１１）結晶面となる。このように、供給口３０８の側面を基板に垂直な（１１１）結晶面で形成することができることから、供給口３０８を高密度に配置することができることとなる。これにより、記録ヘッドの小型化が図られる。１枚のシリコンウエハから、複数の記録ヘッドを得ようとした場合、より多くの記録ヘッドを得ることができる。よって、生産性を工場させることができる。また、図４の上面（吐出口形成面）からから見た図に示すように、供給口３０８の溝の端部は、エッチングで形成する前に先導孔３１１が予め形成されていた位置である。エッチング前に先導孔３１１を形成しておくことによって、エッチングによる形状を定めることができる。
【００５５】
また、第一の単結晶シリコン層３０１は、主表面３１２が{１００}面であり、液流路３０９の側面の、少なくとも３面（例示的に３１７、３１８、３１９）を、実質的に（１１１）結晶面からなる側面とすることができる。
【００５６】
なお、駆動回路が、第一の単結晶シリコン層３０１にＭＯＳトランジスタを具える場合、引き出し方位＜１００＞の単結晶シリコン上に設けられるＭＯＳトランジスタは電子移動度の関係からその表面積を小さくすることができる。その結果、さらに記録ヘッドの小型化が図ることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、主表面が{１００}面の第一の単結晶シリコン層３０１と、主表面が{１１０}面である第二の単結晶シリコン層３０２とを用いた。しかしながら、主表面が{１１０}面の第一の単結晶シリコン層と、主表面が{１００}面の第二の単結晶シリコン層とを用いてもよい。すなわち、第一の単結晶シリコン層３０１と第二の単結晶シリコン層３０２の少なくともいずれか一方の単結晶シリコン層に主表面が{１１０}面の単結晶シリコンを用いることにより、基板に垂直な（１１１）結晶面を形成することができればよい。第一の単結晶シリコン層に主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用いることにより、液流路をエッチングにより形成するとき、基板に垂直な（１１１）結晶面を形成することができる。その結果、吐出口を高密度に配置することができ、記録ヘッドの吐出口表面の面積を小さくすることができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、第一の単結晶シリコン層と第二の単結晶シリコン層は、主表面が{１００}面および主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用いたが、本発明は、このような単結晶シリコン層の組み合わせに限定されない。
【００５９】
本実施形態では、第一の単結晶シリコン層（第一のシリコン層）に、主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用い、第二の単結晶シリコン層（第二のシリコン層）に、同じく主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用いる。これにより、液流路の配列の密度を高くすることができる。
【００６０】
図５は、本発明の第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す模式的断面図であり、図２と同様の断面である。
【００６１】
図５（ａ）は、厚さ２５μｍの主表面５１２が{１１０}面の第一の単結晶シリコン層５０１と、誘電体層５０３と、厚さ６００μｍの主表面５１３が{１１０}面の第二の単結晶シリコン層５０２からなる直径１５０ｍｍのＳＯＩ基板５１４を示す図である。
【００６２】
図５（ｂ）は、第１の実施形態と同様に、裏面マスク層５０７、第二の単結晶シリコン層５０２、誘電体層５０３、犠牲層５０４、エッチングストップ層５０５、発熱抵抗体５０６、窒化シリコン層を蓄積した基板を示す図である。
【００６３】
図５（ｃ）は、供給口５０８が第一の単結晶シリコン層５０１に形成された基板を示す図である。
【００６４】
図５（ｂ）から（ｆ）は、液流路５０９が形成された工程を示す図である。図５Ｅに示すように、エッチングにより、基板表面に対して約１５°傾斜した側面５１５をもつ液流路５０９が形成されることとなる。
【００６５】
図６は、図５（ａ）〜（ｆ）を用いて製造工程を説明された本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す、図６（ａ）は基板を上面から見た図、であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の破線VIＢ−VIＢ位置における断面図である。なお、５１１は、第二の単結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示している。
【００６６】
液流路５０９は少なくとも平行な２面の実質的に（１１１）結晶面からなる側面５１５，５１８を有している。このとき、基板に垂直な（１１１）結晶面が、供給口５０８の側面５１６，５１７に、また各々の液流路間の壁になるよう各層の結晶方位が選択されている。これにより、記録ヘッドのサイズを小さくし、かつ液流路が高密度に配置された記録ヘッドを作製することができる。
【００６７】
（第４の実施形態）
本実施形態の基板は、第２の実施形態において、図３（ａ）に示す状態で、第1の単結晶シリコン層３０１から誘電体層３０３に向かって、先導孔を形成するものである。犠牲層パターンの角が位置することとなる部分と、第一の単結晶シリコン層であって供給口の真上の部分とに、レーザー、ＲＩＥ、イオンミリング等により誘電体層近くまでの深さの先導孔を形成する。これにより、特に、液流路の底面および奥側の面の形状を所望のものとすることができる。
【００６８】
第２の実施形態における液流路は、基板表面に対して垂直な（１１１）結晶面と、基板表面に対して約１５°傾斜している（１１１）結晶面とにより、形成されている。本実施形態では、さらに、先導孔を形成し、先導孔によりエッチング開始面を決定することにより、第２の実施形態における基板表面に対して約１５°傾斜した（１１１）結晶面を、基板表面に対して垂直な（１１１）結晶面とすることができる。
【００６９】
図７は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す、基板を上面から見た図および破線VIIＢ−VIIＢ位置における断面図である。なお、７１１は第二の結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示し、７１２は第一の結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示している。先導孔７１２を形成することにより、図６で示す基板表面に対して約１５°で傾斜している（１１１）結晶面５１５に相当する液流路の壁面を、図７に示す壁面７１５のように、基板表面に対して垂直な（１１１）結晶面とすることができる。その結果、流路部分の体積を変えずに、流路長さを小さくすることができ、さらに記録ヘッドの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド示す図である。
【図８】従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
２０１、３０１、５０１ 第１の単結晶シリコン層
２０２、３０２、５０２ 第２の単結晶シリコン層
２０３、３０３、５０３ 誘電体層
２０５、３０５、５０５ エッチングストップ層
２０６、３０６、５０６ 発熱抵抗体
２０７、３０７、５０７ 裏面マスク層
２０８、３０８、５０８ 供給口
２０９、３０９、５０９ 液流路
２１０、３１０、５１０ 吐出口
２１１ 保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）で用いられるインクジェット記録ヘッドは、一般にオリフィスプレートに形成された微細な吐出口、液流路、および液流路の一部に設けられる液体吐出圧力発生部を複数具えている。またこれら液流路に連通し、ヘッドの基板に貫通孔として形成される供給口を具えていることが多い。
【０００３】
このようなインクジェット記録ヘッドは、吐出口に連通する流路それぞれに、発熱部（ヒータ）が設けられ、これらが記録素子を構成している。そして、そのヒータの発熱抵抗体に記録信号に応じた電気エネルギを選択的に印加することによって生じるエネルギを利用して、熱作用面上にインクを急激に加熱し、膜沸騰を生じさせ、その際に発生する気泡の圧力により吐出口からインクを吐出させる。
【０００４】
上述したようなヒータを用いた記録ヘッドとして、例えば特許文献１には、オリフィスプレートの液流路面側に液体吐出圧力発生部を具えた、所謂バックシュータ型（以降でもこの呼称を用いる）のインクジェット記録ヘッドが開示されている。バックシュータ型の記録ヘッドは、オリフィスプレートもしくはその一部と、基板面に液体吐出圧力発生部およびその駆動回路を、汎用の半導体製造方法により連続して形成することが可能である。
【０００５】
上記のバックシュータ型の記録ヘッドの基板は、例えば、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）技術により作製される。ＳＯＩ技術による絶縁物上の単結晶シリコン半導体層が形成された基板は、通常のシリコン集積回路を作製するバルクシリコン基板と比べて数々の優位点を有する。そのようなＳＯＩ基板を用いてバックシュータ型の記録ヘッドが特許文献２に開示されている。
【０００６】
特許文献２に開示のバックシュータ型記録ヘッドの製造方法は、以下のようなものである。
B１．中に誘電体層９０３を有するSOI基板９０１を用意する工程
B２．前記基板の前記誘電体層９０３より表側の面に液流路の壁を形成する位置に合わせて、前記誘電体層まで達する溝を設ける工程
B３．前記基板の表面および前記溝の表面に第一のエッチングストップ層９２０を形成する工程（図８（ａ））
B４．前記基板表面の第一のエッチングストップ層９２０上にエネルギ発生素子９０６およびその駆動回路を形成する工程
B５．前記SOI基板内の前記誘電体層９０３より裏側の面から誘電体層９０３まで到達する供給口９０８を形成する工程
B６．前記供給口９０８の内面に第二のエッチングストップ層９２１を形成する工程
B７．前記のエッチングストップ層９２１の前記誘電体層９０３と接触している部分を選択的に除去する工程（図８（ｂ））
B８．前記誘電体層９０３の前記供給口９０８内に露出した部分を除去する工程
B９．前記供給口９０８を介して、前記基板の前記誘電体層９０３と、前記第一のエッチングストップ層９２０とで囲まれる部分を等方的なエッチング手法により除去し、液流路９０９を形成する工程
B１０．前記第一のエッチングストップ層９２０をエッチングし、吐出口９１０を形成する工程（図８（ｃ））
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６０１９４５７号明細書
【特許文献２】米国特許第６９７９０７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらのB１からB１０までの工程によって作製されたインクジェット記録ヘッドは、第１のエッチングストップ層９２０と誘電体層９０３に囲まれた部分をエッチング手法により除去され、流路９０９が形成される。
【０００９】
また、上記の製造方法により作製されたインクジェット記録ヘッドでは、液流路の壁になる部分に第一のエッチングストップ層９２０を形成しなければならず、一般的にフォトリソ工程とRIEによるエッチング工程と、その内壁への成膜工程が必要であり、工程が煩雑になる。
【００１０】
さらに、工程Ｂ４においてエネルギ発生素子とその駆動回路の形成を行うため、溝は第一のエッチングストップ層９２０に埋められなければならず、これらの幅を、例えば２μｍ程度になる様に十分に狭くしなければならない。
【００１１】
一方、液流路の基板面に垂直な方向の寸法、すなわち、液流路の深さは一般的には１０μｍ以上がこのましいため、アスペクト比が５以上という高い溝を形成る必要がある。この場合、溝形成にかかる時間が大きく、生産性がよいとはいえない。
【００１２】
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、所期の目的に沿った液流路の形状を、有したインクジェット記録ヘッド、およびそのインクジェット記録ヘッドを工程的な負荷を少なくし、簡便に製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、該吐出口へと連通するインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、第一のシリコン層と、第二のシリコン層と、前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層の間に設けられた誘電体層と、を有するＳＯＩ基板を用意する工程と、前記第一のシリコン層の上に、シリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける工程と、前記犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する工程と、前記ＳＯＩ基板の表面の上に、前記エネルギ発生素子を形成する工程と、前記第二のシリコン層の一部と前記誘電体層の一部とを除去して、前記インク供給口を形成する工程と、前記第一のシリコン層に対して、エッチングを行い、被エッチング領域を前記犠牲層に到達させ、前記犠牲層を除去して前記流路を形成する工程と、前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上の構成によれば、誘電体層に沿って液流路を形成することができる。その結果、供給口と液流路との連通部を精度よく形成でき、かつ安定した基板を提供することができる。また、所期の目的に沿った液流路の形状を有したインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一部を破断して示した斜視図である。インクジェット記録ヘッド１のシリコン基板６の上には、複数の吐出口２と、液路３と、ヒータ４と、インク供給口５が設けられている。インクは、インク供給口５から各液路３に供給され、液路３に設けられたエネルギ発生素子としてのヒータ４の熱エネルギにより、インクは吐出口２から吐出される。エネルギ発生素子４は、ヒータに限られず、圧電素子等を用いることもできる。本形態の場合、吐出口２は、エネルギ発生素子４により、囲まれる、或いは挟まれる部分に設けられるが、これに限定されることはない。吐出口がエネルギ発生素子４の一方の側に隣接する形で存在してもよい。
【００１６】
なお、インクジェット記録ヘッドは、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などの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
【００１７】
さらに、「インク」または「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインクまたは記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す模式的断面図であり、図１におけるIIＦ−IIＦに沿った断面図である。
【００１９】
まず、第一の単結晶シリコン層（第一のシリコン層）２０１と、誘電体層２０３と、第二の単結晶シリコン層（第二のシリコン層）２０２とを有する直径１５０ｍｍのＳＯＩ基板２１５を用意する。本実施形態では、第一の単結晶シリコン層２０１は、主表面２１３が{１００}面である単結晶シリコン層であり、厚さは２５μｍである。また、誘電体層２０３は、酸化シリコン層であり、厚さは０．３μｍである。さらに、第二の単結晶シリコン層２０２は、主表面２１４が{１００}面である単結晶シリコン層であり、厚さは６００μｍである。
【００２０】
図２（ａ）は、主表面２１３が{１００}面である単結晶シリコンからなる第一の単結晶シリコン層２０１と、誘電体層２０３と、主表面２１４が{１００}面である単結晶シリコンからなる第二の単結晶シリコン層２０２により作製されたＳＯＩ基板２１５を示す図である。
【００２１】
次に、第一の単結晶シリコン層２０１が存在する面（以下、表面ともいう。）上に、犠牲層２０４となるアルミ層を液流路の形状に合わせてパターニングする。この犠牲層２０４には、犠牲層の角の部分に補償パターンを設けることにより、後述するエッチングが適切に行なわれるようにすることもできる。すなわち、液流路形成部と、供給口形成部の連結部分に、補償パターンを設けることにより、例えば、各々の液流路を仕切る壁であるリブの先端が形成される部分で、犠牲層をくびれた様な平面形状にすることができる。
【００２２】
なお、本実施形態では、犠牲層２０４には、アルカリに可溶なアルミニウムを用いたが、ポーラスシリコン、他の結晶シリコン、アモルファスシリコン等であってもよい。これらの場合、後述するＳＯＩ基板の犠牲層が設けられた裏面側から犠牲層２０４までエッチングを行う工程、犠牲層２０４を除去し液流路を形成する工程を、一回の結晶異方性エッチングにより行うことができる。
【００２３】
また、犠牲層２０４は、酸化シリコン等のフッ化水素により除去が可能な材料（フッ化水素に溶解可能な材料）を用い、誘電体層２０３は、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ等の無機層を用い、フッ化水素により除去され難い材料を用いてもよい。この場合、後述する犠牲層２０４を除去する工程は、フッ化水素を用いることができる。
【００２４】
次に、犠牲層２０４の上に、絶縁層を兼ねたエッチングストップ層２０５である窒化シリコン層を成膜する（被覆する）。酸化シリコンを用いることもできる。そしてさらに、汎用の半導体工程により、通電に応じて前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子である発熱抵抗体２０６とその駆動回路を形成する。この駆動回路は、回路上にメッキ等のコーティング技術により膜を追加し、オリフィスプレートを厚化してもよい。オリフィスプレートを厚化することにより、吐出口を長くすることができ、吐出させるインクの直進性を増すことができる。
【００２５】
最上面には窒化シリコンにより発熱抵抗体２０６の保護層２１２を形成する。また、第二の単結晶シリコン層２０２が存在する面（以下、裏面ともいう。）には、酸化シリコン層２０７を形成する。
【００２６】
図２（ｂ）は、裏面マスク層２０７、第二の単結晶シリコン層２０２、誘電体層２０３、犠牲層２０４、エッチングストップ層２０５、発熱抵抗体２０６、保護層２１２を積層した基板を示す。
【００２７】
なお、この後に、追加層として保護層２１２上にさらに、放熱部材としてメッキにより金を成長させてもよい。このとき、吐出口形成位置には予めドライフィルムをパターニングして設け、メッキ成長後にこれを除去することにより金が存在しないようにすることもできる。
【００２８】
次に、環化ゴム樹脂を基板表面側に塗布し、一時的な保護層２１１とする。裏面に存在する酸化シリコン層の供給口を形成する領域をエッチングして除去した後、第二の単結晶シリコン層２０２に対して誘電体層２０３まで、結晶異方性エッチングを行う。これにより第二のシリコン層２０２の一部と誘電体層２０３の一部とを除去して、供給口２０８を形成する。
【００２９】
図２（ｃ）は、誘電体層２０３まで供給口２０８が形成された基板を示す図である。
【００３０】
次に、供給口２０８を介して誘電体層２０３を除去した後、第一の単結晶シリコン層２０１に対し、結晶異方性エッチングを行い、被エッチング領域を犠牲層２０４であるアルミ層まで到達させる。
【００３１】
図２（ｄ）は、犠牲層２０４までエッチングを行った基板を示す図である。
【００３２】
エッチングを継続して犠牲層２０４を除去しつつ、犠牲層２０４のパターンに沿って液流路を形成する。
【００３３】
図２（ｅ）は、犠牲層２０４のパターンに沿い、底面が誘電体層２０３で形成された、液流路２０９が設けられた基板を示す図である。このとき、液流路の底面は誘電体層２０３で形成され、また側面は（１１１）結晶面で形成されることになる。
【００３４】
最後に、環化ゴムをキシレンにて除去した後、ＲＩＥによりエッチングストップ層２０５である窒化シリコン層をエッチングし、吐出口２１０を形成する。
【００３５】
図２（ｆ）は、吐出口２１０が形成された基板を示す図である。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す模式的断面図である。断面は図２のものと同様である。本実施形態は、ＳＯＩ基板の二つの単結晶シリコン層の結晶方位を互いにことならせた例である。
【００３７】
まず、第一の単結晶シリコン層（第一のシリコン層）と、誘電体層と、第二の単結晶シリコン層（第二のシリコン層）とを張り合わせて作製された直径１５０ｍｍのＳＯＩ基板３１４を用意する。本実施形態では、第一の単結晶シリコン層３０１は、主表面３１２が{１００}面である単結晶シリコン層であり、厚さは２５μｍである。また、誘電体層３０３は、酸化シリコン層であり、厚さは０．３μｍである。さらに、第二の単結晶シリコン層３０２は、主表面３１３が{１１０}面である単結晶シリコン層であり、厚さは６００μｍである。
【００３８】
図３（ａ）は、主表面３１２が{１００}面である単結晶シリコンからなる第一の単結晶シリコン層３０１と、誘電体層３０３と、主表面３１３が{１１０}面である単結晶シリコンからなる第二の単結晶シリコン層３０２により作製されたＳＯＩ基板を示す図である。
【００３９】
次に、第一の単結晶シリコン層３０１が存在する面（以下、表面ともいう。）上に、犠牲層３０４となるアルミ層を液流路の形状に合わせてパターニングする。この犠牲層３０４には、犠牲層の角の部分に補償パターンを設けることにより、後述するエッチングが適切に行なわれるようにすることもできる。すなわち、液流路形成部と、供給口形成部の連結部分に、補償パターンを設けることにより、例えば、各々の液流路を仕切る壁であるリブの先端が形成される部分で、犠牲層をくびれた様な平面形状にすることができる。
【００４０】
犠牲層２０４の材料については第１の実施形態と同様である。
【００４１】
次に、犠牲層３０４の上に、エッチングストップ層３０５と絶縁層を兼ねた窒化シリコン層を成膜する（被覆する）。そしてさらに、汎用の半導体工程により、吐出圧力発生素子である発熱抵抗体３０６とその駆動回路を形成する。この駆動回路は、回路上にメッキ等のコーティング技術により膜を追加し、オリフィスプレートを厚化してもよい。オリフィスプレートを厚化することにより、吐出口を長くすることができ、吐出させるインクの直進性を増すことができる。
【００４２】
最上面には窒化シリコン層を形成する。また、第二の単結晶シリコン層３０２が存在する面（以下、裏面ともいう。）には、酸化シリコン層３０７を形成する。
【００４３】
なお、駆動回路は、第一の単結晶シリコン層３０１にＭＯＳトランジスタを設けることもできる。
【００４４】
図３（ｂ）は、裏面マスク層３０７、第二の単結晶シリコン層３０４、誘電体層３０３、犠牲層３０４、エッチングストップ層３０５、発熱抵抗体３０６、窒化シリコン層３１２を積層した基板を示す。
【００４５】
なお、この後に、追加層としてメッキにより金を成長させてもよい。このとき、吐出口形成位置には予めドライフィルムをパターニングして設け、メッキ成長後にこれを除去することにより金が存在しないようにすることもできる。
【００４６】
次に、環化ゴム樹脂を基板表面側に塗布し、一時的な保護層とする（不図示）。裏面に存在する酸化シリコン層の供給口を形成する領域をエッチングして除去した後、パターンの角部分にレーザーにより誘電体層近くまでの深さの先導孔３１１を形成する。この先導孔は、後述する結晶異方性エッチングを行うとき、異方性エッチング液の流路となる孔である。この先導孔によりエッチングレートが早くなるとともに、先導孔の内面からエッチングが開始されるため、この先導孔によってエッチング開始面を決定することができる。そして、第二の単結晶シリコン層３０２に対して誘電体層３０３まで、結晶異方性エッチングを行い、供給口を形成する。
【００４７】
図３（ｃ）は、供給口３０８が形成された基板を示す図である。
【００４８】
次に、供給口３０８を介して誘電体層３０３を除去した後、第一の単結晶シリコン層３０１に対し、結晶異方性エッチングを行い、被エッチング領域を犠牲層３０４であるアルミ層まで到達させる。
【００４９】
図３（ｄ）は、犠牲層３０４までエッチングを行った基板を示す図である。
【００５０】
エッチングを継続して犠牲層３０４を除去しつつ、犠牲層３０４のパターンに沿って液流路を形成する。このとき、液流路の底面は誘電体層で形成されることになる。
【００５１】
図３（ｅ）は、犠牲層３０４のパターンに沿って形成された液流路３０９が設けられた基板を示す図である。
【００５２】
最後に、環化ゴムをキシレンにて除去した後、ＲＩＥによりエッチングストップ層３０５である窒化シリコン層をエッチングし、吐出口を形成する。
【００５３】
図３（ｆ）は、吐出口３１０が形成された基板を示す図である。
【００５４】
図４は、図３（ａ）〜（ｆ）を用いて説明された本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す、上面から見た図および破線IVＢ−IVＢ位置における断面図（図２のものと同様）である。なお、３１１は、第二の単結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示している。第二の単結晶シリコン層３０２は、主表面３１３が{１１０}面であり、供給口３０８の側面の、少なくとも２面３１５，３１６が、実質的に基板に垂直な（１１１）結晶面となる。このように、供給口３０８の側面を基板に垂直な（１１１）結晶面で形成することができることから、供給口３０８を高密度に配置することができることとなる。これにより、記録ヘッドの小型化が図られる。１枚のシリコンウエハから、複数の記録ヘッドを得ようとした場合、より多くの記録ヘッドを得ることができる。よって、生産性を工場させることができる。また、図４の上面（吐出口形成面）からから見た図に示すように、供給口３０８の溝の端部は、エッチングで形成する前に先導孔３１１が予め形成されていた位置である。エッチング前に先導孔３１１を形成しておくことによって、エッチングによる形状を定めることができる。
【００５５】
また、第一の単結晶シリコン層３０１は、主表面３１２が{１００}面であり、液流路３０９の側面の、少なくとも３面（例示的に３１７、３１８、３１９）を、実質的に（１１１）結晶面からなる側面とすることができる。
【００５６】
なお、駆動回路が、第一の単結晶シリコン層３０１にＭＯＳトランジスタを具える場合、引き出し方位＜１００＞の単結晶シリコン上に設けられるＭＯＳトランジスタは電子移動度の関係からその表面積を小さくすることができる。その結果、さらに記録ヘッドの小型化が図ることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、主表面が{１００}面の第一の単結晶シリコン層３０１と、主表面が{１１０}面である第二の単結晶シリコン層３０２とを用いた。しかしながら、主表面が{１１０}面の第一の単結晶シリコン層と、主表面が{１００}面の第二の単結晶シリコン層とを用いてもよい。すなわち、第一の単結晶シリコン層３０１と第二の単結晶シリコン層３０２の少なくともいずれか一方の単結晶シリコン層に主表面が{１１０}面の単結晶シリコンを用いることにより、基板に垂直な（１１１）結晶面を形成することができればよい。第一の単結晶シリコン層に主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用いることにより、液流路をエッチングにより形成するとき、基板に垂直な（１１１）結晶面を形成することができる。その結果、吐出口を高密度に配置することができ、記録ヘッドの吐出口表面の面積を小さくすることができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、第一の単結晶シリコン層と第二の単結晶シリコン層は、主表面が{１００}面および主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用いたが、本発明は、このような単結晶シリコン層の組み合わせに限定されない。
【００５９】
本実施形態では、第一の単結晶シリコン層（第一のシリコン層）に、主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用い、第二の単結晶シリコン層（第二のシリコン層）に、同じく主表面が{１１０}面の単結晶シリコン層を用いる。これにより、液流路の配列の密度を高くすることができる。
【００６０】
図５は、本発明の第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す模式的断面図であり、図２と同様の断面である。
【００６１】
図５（ａ）は、厚さ２５μｍの主表面５１２が{１１０}面の第一の単結晶シリコン層５０１と、誘電体層５０３と、厚さ６００μｍの主表面５１３が{１１０}面の第二の単結晶シリコン層５０２からなる直径１５０ｍｍのＳＯＩ基板５１４を示す図である。
【００６２】
図５（ｂ）は、第１の実施形態と同様に、裏面マスク層５０７、第二の単結晶シリコン層５０２、誘電体層５０３、犠牲層５０４、エッチングストップ層５０５、発熱抵抗体５０６、窒化シリコン層を蓄積した基板を示す図である。
【００６３】
図５（ｃ）は、供給口５０８が第一の単結晶シリコン層５０１に形成された基板を示す図である。
【００６４】
図５（ｂ）から（ｆ）は、液流路５０９が形成された工程を示す図である。図５Ｅに示すように、エッチングにより、基板表面に対して約１５°傾斜した側面５１５をもつ液流路５０９が形成されることとなる。
【００６５】
図６は、図５（ａ）〜（ｆ）を用いて製造工程を説明された本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す、図６（ａ）は基板を上面から見た図、であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の破線VIＢ−VIＢ位置における断面図である。なお、５１１は、第二の単結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示している。
【００６６】
液流路５０９は少なくとも平行な２面の実質的に（１１１）結晶面からなる側面５１５，５１８を有している。このとき、基板に垂直な（１１１）結晶面が、供給口５０８の側面５１６，５１７に、また各々の液流路間の壁になるよう各層の結晶方位が選択されている。これにより、記録ヘッドのサイズを小さくし、かつ液流路が高密度に配置された記録ヘッドを作製することができる。
【００６７】
（第４の実施形態）
本実施形態の基板は、第２の実施形態において、図３（ａ）に示す状態で、第1の単結晶シリコン層３０１から誘電体層３０３に向かって、先導孔を形成するものである。犠牲層パターンの角が位置することとなる部分と、第一の単結晶シリコン層であって供給口の真上の部分とに、レーザー、ＲＩＥ、イオンミリング等により誘電体層近くまでの深さの先導孔を形成する。これにより、特に、液流路の底面および奥側の面の形状を所望のものとすることができる。
【００６８】
第２の実施形態における液流路は、基板表面に対して垂直な（１１１）結晶面と、基板表面に対して約１５°傾斜している（１１１）結晶面とにより、形成されている。本実施形態では、さらに、先導孔を形成し、先導孔によりエッチング開始面を決定することにより、第２の実施形態における基板表面に対して約１５°傾斜した（１１１）結晶面を、基板表面に対して垂直な（１１１）結晶面とすることができる。
【００６９】
図７は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す、基板を上面から見た図および破線VIIＢ−VIIＢ位置における断面図である。なお、７１１は第二の結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示し、７１２は第一の結晶シリコン層に形成された先導孔が存在した位置を示している。先導孔７１２を形成することにより、図６で示す基板表面に対して約１５°で傾斜している（１１１）結晶面５１５に相当する液流路の壁面を、図７に示す壁面７１５のように、基板表面に対して垂直な（１１１）結晶面とすることができる。その結果、流路部分の体積を変えずに、流路長さを小さくすることができ、さらに記録ヘッドの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド示す図である。
【図８】従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
２０１、３０１、５０１ 第１の単結晶シリコン層
２０２、３０２、５０２ 第２の単結晶シリコン層
２０３、３０３、５０３ 誘電体層
２０５、３０５、５０５ エッチングストップ層
２０６、３０６、５０６ 発熱抵抗体
２０７、３０７、５０７ 裏面マスク層
２０８、３０８、５０８ 供給口
２０９、３０９、５０９ 液流路
２１０、３１０、５１０ 吐出口
２１１ 保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、該吐出口へと連通するインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第一のシリコン層と、第二のシリコン層と、前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層の間に設けられた誘電体層と、を有するＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記第一のシリコン層の上に、シリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の表面の上に、前記エネルギ発生素子を形成する工程と、
前記第二のシリコン層の一部と前記誘電体層の一部とを除去して、前記インク供給口を形成する工程と、
前記第一のシリコン層に対して、エッチングを行い、被エッチング領域を前記犠牲層に到達させ、前記犠牲層を除去して前記流路を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記誘電体層は、フッ化水素に溶解可能な材料を用いることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層とは、結晶方位が異なるシリコン層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記第一のシリコン層は、主表面が{１１０}面のシリコン層からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子とを含む基板表面を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記基板は、第一のシリコン層と、第二のシリコン層とを具え、
前記第一のシリコン層には、前記吐出口に連通する液流路が形成され、
前記第二のシリコン層には、前記流路と連通しインクを供給するための供給口が形成され、
前記液流路は、少なくとも２つの（１１１）結晶面で構成され、前記供給口は、少なくとも２つの（１１１）結晶面で構成され、前記液流路および前記供給口の少なくとも一方の前記結晶面は、前記基板表面と垂直であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層とは、引き出し方位が異なるシリコン層であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子とを含む基板を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記基板は、第一のシリコン層と、第二のシリコン層とを具え、
前記第一のシリコン層には、前記吐出口に連通するインクの流路が形成され、
前記第二のシリコン層には、前記流路と連通し前記インクを供給するための供給口が形成され、
前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層とは、引き出し方位が異なることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記第一のシリコン層は、主表面が{１１０}面のシリコン層からなることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記第二のシリコン層は、主表面が{１１０}面のシリコン層からなることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、前記吐出口へと通じるインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第一のシリコン層と、前記第一のシリコン層と結晶方位が異なる第二のシリコン層と、前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層の間に設けられた誘電体層を有するＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記第一のシリコン層の上にエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の上に、前記エネルギ発生素子を形成する工程と、
前記第二のシリコン層から前記誘電体層に向い、結晶異方性エッチングを行うことにより前記インク供給口を形成する工程と、
前記誘電体層の前記供給口を通じて露出した部分を、除去する工程と、
前記第一のシリコン層に対して、結晶異方性エッチングを行うことによりインクの流路を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記インク供給口を形成する工程はさらに、前記第二のシリコン層に対し、結晶異方性エッチングに用いるエッチング液の先導孔を形成する工程を有することを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、該吐出口へと連通するインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
シリコン基板を用意する工程と、
前記シリコン基板の上に、シリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の前記犠牲層を被覆した領域の上に前記エネルギ発生素子を形成する工程と、
前記シリコン基板に対して、前記犠牲層が設けられた面の裏面側からエッチングを行い
被エッチング領域を前記犠牲層に到達させ、前記犠牲層を除去して、前記流路と前記供給口と、を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、該吐出口へと連通するインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第一のシリコン層と、第二のシリコン層と、前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層の間に設けられた誘電体層と、を有するＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記第一のシリコン層の上に、シリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の表面の上に、前記エネルギ発生素子を形成する工程と、
前記第二のシリコン層の一部と前記誘電体層の一部とを除去して、前記インク供給口を形成する工程と、
前記第一のシリコン層に対して、エッチングを行い、被エッチング領域を前記犠牲層に到達させ、前記犠牲層を除去して前記流路を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記誘電体層は、フッ化水素に溶解可能な材料を用いることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層とは、結晶方位が異なるシリコン層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記第一のシリコン層は、主表面が{１１０}面のシリコン層からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子とを含む基板表面を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記基板は、第一のシリコン層と、第二のシリコン層とを具え、
前記第一のシリコン層には、前記吐出口に連通する液流路が形成され、
前記第二のシリコン層には、前記流路と連通しインクを供給するための供給口が形成され、
前記液流路は、少なくとも２つの（１１１）結晶面で構成され、前記供給口は、少なくとも２つの（１１１）結晶面で構成され、前記液流路および前記供給口の少なくとも一方の前記結晶面は、前記基板表面と垂直であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層とは、引き出し方位が異なるシリコン層であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子とを含む基板を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記基板は、第一のシリコン層と、第二のシリコン層とを具え、
前記第一のシリコン層には、前記吐出口に連通するインクの流路が形成され、
前記第二のシリコン層には、前記流路と連通し前記インクを供給するための供給口が形成され、
前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層とは、引き出し方位が異なることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記第一のシリコン層は、主表面が{１１０}面のシリコン層からなることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記第二のシリコン層は、主表面が{１１０}面のシリコン層からなることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、前記吐出口へと通じるインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
第一のシリコン層と、前記第一のシリコン層と結晶方位が異なる第二のシリコン層と、前記第一のシリコン層と前記第二のシリコン層の間に設けられた誘電体層を有するＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記第一のシリコン層の上にエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の上に、前記エネルギ発生素子を形成する工程と、
前記第二のシリコン層から前記誘電体層に向い、結晶異方性エッチングを行うことにより前記インク供給口を形成する工程と、
前記誘電体層の前記供給口を通じて露出した部分を、除去する工程と、
前記第一のシリコン層に対して、結晶異方性エッチングを行うことによりインクの流路を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記インク供給口を形成する工程はさらに、前記第二のシリコン層に対し、結晶異方性エッチングに用いるエッチング液の先導孔を形成する工程を有することを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
インクの吐出口と、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、該吐出口へと連通するインクの流路と、前記流路と連通しインクを供給するためのインク供給口と、を具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
シリコン基板を用意する工程と、
前記シリコン基板の上に、シリコンに対して選択的にエッチングが可能な材料により犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層を覆うようにエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の前記犠牲層を被覆した領域の上に前記エネルギ発生素子を形成する工程と、
前記シリコン基板に対して、前記犠牲層が設けられた面の裏面側からエッチングを行い
被エッチング領域を前記犠牲層に到達させ、前記犠牲層を除去して、前記流路と前記供給口と、を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の一部を除去して前記吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１１４５８９（Ｐ２００８−１１４５８９Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６６７０３（Ｐ２００７−２６６７０３）
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【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２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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