液体吐出ヘッドの製造方法
【課題】本発明は、プルームやデブリーの影響を受けることなく、高精度な深さ精度で先導孔を形成することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記先導孔を形成する際に、前記基板及び前記樹脂層を透過したレーザ光を前記基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法である。
【解決手段】本発明は、表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記先導孔を形成する際に、前記基板及び前記樹脂層を透過したレーザ光を前記基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的には、インクジェット記録ヘッドの製造方法に関し、特にインク吐出部にインクを供給する流路構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、プリントヘッドの流体供給スロットを形成する方法が述べられている。特許文献１に記載の方法によれば、まずプリントヘッドを形成する基板裏面からレーザ加工もしくはドライエッチング加工を行い、その後基板表面までウェットエッチングを行い、貫通させている。この加工方法によれば、形成される流体供給スロットの幅を最小限に縮小させることが出来るため、同一ウェハ内の取り個数を増やすことができ、プリントヘッドのコストダウンが可能となる。
【０００３】
次に、特許文献２には、レーザ加工の進行を検知して加工を停止させる方法が述べられている。特許文献２に記載の方法によれば、加工用パルスレーザビームとは別の測定用レーザビームが用いられ、ビアホール内の絶縁樹脂層の表面と銅層の表面に各レーザビームが焦点を結んだ際の反射光を検出する。それぞれの反射光強度がピークに達する時間差より、ビアホールの底面から銅層表面までの厚さを測定する。測定値が所定の値以下になったら、加工用パルスレーザビームによる加工を停止させる。この特許文献２で述べられている測定手段は「共焦点顕微鏡」として認知されている技術である。
【０００４】
共焦点顕微鏡としては、例えば“Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｏｎｆｏｃａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”と題する非特許文献１においても論じられている。
【０００５】
その他、レーザ加工の進行を検知する手段として、非特許文献２にて青島らによるフェムト秒レーザを用いた計測手段が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４８８２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６２４０号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ；２１１−２１３（１９８２）；Ｈａｍｉｌｔｏｎ，Ｗｉｌｓｏｎ．
【非特許文献２】第６６回レーザ加工学会講演論文集
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、それぞれ以下に示すような欠点があった。
【０００８】
特許文献１に示すようなスロットをレーザ加工する場合、レーザ加工深さを高精度に制御することが技術的な課題となる。従来、レーザ加工深さは、レーザ照射時間、若しくはパルス数を規定することで設定される。レーザ加工深さが浅い、加工の初期段階においては、レーザ照射時間もしくはパルス数と加工深さとの関係は直線的な増加傾向を示す。しかし、加工が進展し、スロット深さ／幅で定義する「アスペクト比」が大きくなってくると、前記直線的な増加傾向が崩れ、スロット部の加工面において、加工深さの分布にバラツキが生じる。しかし、ウェットエッチングは基板全体を一様に溶解するため、例えば基板にレーザ加工により形成された複数の先導孔間で深さのバラツキがあると、ウェットエッチング後のスロット形状にバラツキが発生してしまう。スロット形状のバラツキはスロット内を供給される流体の流抵抗のバラツキの原因となり、その結果、製品性能にバラツキが生じる可能性がある。
【０００９】
上記レーザ加工深さのバラツキを低減させる手段として、特許文献２や、非特許文献２における青島らによるフェムト秒レーザを用いた計測手段が提案されている。しかし、これらの従来例では、レーザ光の入射方向と加工深さの計測方向が同一方向（同一側）であるために、レーザ加工深さの計測精度に問題があった。通常、パルスレーザ光を用いた加工では、レーザ照射に伴って、高温、高密度のイオン化領域（以下「プルーム」とも称す）や、被加工材料の粒子化（以下「デブリー」とも称す）が発生する。このため、レーザ加工と同時に同一側で計測を行うと、計測光は前記プルームやデブリーによって連続的に反射／屈折などの影響をうけ、計測精度が低下してしまう場合がある。また、レーザ加工範囲を拡大するためには光学系の集光倍率を下げる必要があるが、それに伴って計測の倍率も低下し、計測精度が低下してしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、
表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記先導孔を形成する際に、前記基板及び前記樹脂層を透過したレーザ光を前記基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００１１】
このような構成において、前記課題で示したプルームやデブリーはレーザ光の入射方向にのみ存在するため、本手段による計測精度はこれらの影響を受けることなく、基板内のレーザ加工位置が所望の場所に到達した際にレーザ加工を停止することができる。
【００１２】
また、従来例のように専用の測定用レーザ光を用いることがなく、計測装置を簡易かつ小型に構成することができる。さらに、レーザ加工の集光光学系とは別に検出部を設けるため、レーザ光の集光倍率が変化しても計測精度に影響を与えることはない。よって、前記課題で述べたような加工深さバラツキに左右されることなく、高精度な深さ精度で先導孔を形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法において、レーザ加工深さを高精度に計測し、アスペクト比の大きなスロットにおいても高精度に加工深さを制御することによって、インク供給口の幅を最小限に小さな領域までシュリンクすることが可能となる。更に、レーザ加工による深さを極限まで進めることで、基板厚さに対して、残る基板厚さを最小にすることで、その後に行うウェットエッチングの時間を最短にすることもできる。それによって、ウェハ内に配置される液体吐出ヘッド用基板のサイズをシュリンクすることが出来、故に、同一ウェハ内の取り個数を多くすることができる。よって、安価で、信頼性の高い液体吐出ヘッドを製造することが可能となる。
【００１４】
特に、前記ウェットエッチングによる工程は、強アルカリ性のエッチング液で、且つ、高温条件下で行うために、歩留まりの低下が発生する最大の要因に成っている。よって、前記ウェットエッチング工程を最短で行うことは、液体吐出ヘッドの製造において、歩留まりを向上することにつながる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のシステム構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明における共焦点顕微鏡の基本的な動作原理を説明するための概略図である。
【図３】開口が形成された犠牲層の上面概略図である。
【図４】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明するための工程概略図である。
【図５】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドのノズル配置を示す上面図である。
【図６】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドの基板断面図である。
【図７】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドの基板及び該基板上に形成されたインクジェットノズルの断面図である。
【図８】実施形態１におけるレーザ加工深さを検知する手段を説明するための概略図である。
【図９】実施形態１における開口が形成された犠牲層の上面透視図である。
【図１０】実施形態２におけるレーザ加工深さを検知するための手段を説明するための概略図である。
【図１１】実施形態３におけるレーザ加工深さを検知するための手段を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法である。また、先導孔を形成する際に、基板及び樹脂層を透過したレーザ光を基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することができる。
【００１７】
本発明の構成により、先導孔を所定の深さに高精度に制御して形成することができる。
【００１８】
とくに、極限の深さまで先導孔を形成することで、残る基板厚さを最小にすることでき、その後に行うウェットエッチングの時間を短縮することができる。
【００１９】
（システム構成）
図１は、本発明のシステム構成の一例を示す概略図である。図１において、５９は、吐出エネルギー発生素子を備えた基板および樹脂層を表す。５１はレーザ発振器である。５２、５３はレーザ光を反射する第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーである。５４はレーザ光の外径を拡大するビームエキスパンダである。５５はレーザ光を所望の角度に反射するスキャナミラーである。５６はスキャナミラーで反射したレーザ光を基板上に集光する集光レンズである。５７は基板上に形成された位置合わせ用マークを認識するために設けられた位置合わせ用顕微鏡である。５８は基板及び樹脂層を透過したレーザ光を受光し、レーザ加工位置を検出するための共焦点顕微鏡である。５１０は基板を移動ステージ上に固定するための固定治具である。５１１は基板および治具５１０を紙面と垂直方向に移動するための第１の移動ステージである。５１２は基板および治具５１０および移動ステージ５１１を紙面と平行方向に移動するための第２の移動ステージである。５１３はスキャナミラー５５の動作を制御するスキャナミラー用コントローラである。５１４は位置合わせ用顕微鏡５７の動作を制御する位置合わせ用コントローラである。５１５は、共焦点顕微鏡５８の動作を制御するとともに、共焦点顕微鏡５８より出力される信号の処理を行う共焦点顕微鏡用コントローラである。５１６は第１の移動ステージ５１１及び第２の移動ステージ５１２の動作を制御する移動ステージ用コントローラである。５１７はレーザ発振器５１の動作を制御するレーザ発振器用コントローラである。５１８は、前記それぞれのコントローラ５１５、５１６、５１７を統合的に制御する上位コントローラである。５１９は上位コントローラ５１８に対して動作プログラムを入力するためのユーザインターフェースである。
【００２０】
基板としては例えばシリコン基板が用いられる。樹脂層は基板上に設けられ、インク流路やインク吐出口が形成される。図１では、基板が上側、樹脂層が下側になるように配置されている。
【００２１】
以下、上記システム構成における動作を順を追って説明する。まず、第１の移動ステージ５１１、第２の移動ステージ５１２を用いて基板の位置を調節し、基板上に形成された位置合わせ用マークを位置合わせ用顕微鏡５７で認識する。第１の移動ステージ５１１及び第２の移動ステージ５１２はステージ自体に備わった干渉計やリニアエンコーダ等の変位量検出手段によって位置情報を得る。位置合わせ用顕微鏡５７と集光レンズ５６の光軸との距離Ｌ１は既知である。ステージ位置情報と前記距離Ｌ１より、基板と集光レンズ５６の光軸との位置関係を計算し、基板を所望の位置に位置決めすることが可能となる。
【００２２】
次に、レーザ発振器用コントローラ５１７からの駆動信号に従って、レーザ発振器５１よりレーザ光が発せられる。
【００２３】
ここで言うレーザ光とは、基板に先導孔を形成するのに十分な出力を有し、パルス発振による高いピーク出力を有する。発振波長は、基板に対して一部が透過性を有する波長が選択され、例えばＮｄ：ＹＶＯ4レーザ結晶より発せられる波長１０６４ｎｍである。
【００２４】
ここで、レーザ光は、特に限定されるものではないが、例えばＹＡＧレーザーの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザー光を用いることもできる。レーザ光のパワー及び周波数は適宜選択されることができる。
【００２５】
先導孔は、特に限定されるものではないが、例えば穴又は溝の形状とすることができる。穴形状の場合、その径は例えば約φ５〜１００μｍである。溝形状はレーザ光を走査させることにより形成可能である。
【００２６】
レーザ発振器５１より発せられたレーザ光は、第１の反射ミラー５２及び第２の反射ミラー５３によって適切な方向に反射後、ビームエキスパンダ５４に入射し、所望の倍率に外径を拡大される。スキャナミラー５５によって反射角度が変調されたレーザ光は集光レンズ５６によって基板上に集光されると共に基板上を高速移動し、所望の寸法でレーザ加工を行う。レーザ加工によって基板に先導孔として孔もしくは溝が形成されるが、ここで一部のレーザ光は基板及び樹脂層を透過して共焦点顕微鏡５８に入射する。入射したレーザ光は電気信号に変換される。共焦点顕微鏡用コントローラ５１５によって信号処理された結果、先導孔におけるレーザ加工面の位置情報（レーザ加工位置に関する情報）が得られる。レーザ加工面が予め設定した位置に到達すると、上位コントローラ５１８がレーザ発振を停止し、加工を停止させることができる。
【００２７】
図１におけるスキャナミラー５５は１個であり、紙面と平行方向に反射方向を変調するが、このスキャナミラー以降に紙面と垂直方向に反射方向を変調する第２のスキャナミラーを追加することで、基板上で集光点を２次元方向に走査できる。
【００２８】
また、図１において、集光レンズ５６はスキャナミラー５５の後方に位置している。ここで、集光レンズ５６をスキャナミラー５５前方に置き、スキャナミラー５５の変調と同期させて集光レンズ５６の位置を光軸方向に変調することで、集光点を３次元方向に走査することも可能である。
【００２９】
（共焦点顕微鏡）
図２に、本発明における共焦点顕微鏡の基本的な動作原理を示す。６１は吐出エネルギー発生素子を備えたインクジェット記録ヘッド用の基板を表す。基板６１の表面上（図２において基板６１の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層が設けられている。６２は、開口が形成された犠牲層（以下「犠牲層」とも称す）である。なお、本発明における共焦点顕微鏡の基本的な動作について説明するために、基板表面に犠牲層が設けられている形態を例に挙げるが、本発明は必ずしも犠牲層が設けられている必要はない。しかし、精度良く液体供給口を形成する観点から、犠牲層が設けられている方が好ましい。また、この犠牲層には開口が必ずしも設けられている必要はなく、犠牲層が使用するレーザ光に対して透過性を有するならば犠牲層に開口を設ける必要はない。６３は、基板６１内にレーザ光で形成される孔もしくは溝形状の先導孔の最前面（レーザ加工面とも称す）を表す。６４は基板６１に対して一部透過性の波長を有するレーザ光である。６５は共焦点顕微鏡である。６６は共焦点顕微鏡６５内に配置された集光レンズである。６７は共焦点顕微鏡６５内に配置されたピンホールである。６８は共焦点顕微鏡６５内に配置された光検出器である。６９は信号処理部である。
【００３０】
ここで、集光レンズの焦点距離をｆ、集光レンズとピンホールの距離をＬとすると、ピンホールは集光レンズの反対側で距離Ｌ’の位置に光学的に共役な像６７’を結び、その関係式は、１／Ｌ’＝１／Ｌ＋１／ｆとなる。レーザ加工は、レーザ光６４が加工面６３上を高速で移動することで進行するが、レーザ光の一部は基板および犠牲層に形成された開口を透過して入射側と反対方向（基板表面側方向）に拡散する。拡散光は集光レンズ６６によって集光される。レーザ加工が進行し、レーザ加工面６３と共役像６７’の位置が一致するタイミングで、ピンホール中心を通過する光量が最大となる。言い換えれば、ピンホール６７を通過するレーザ光が最大の時、加工面はＬ’に位置している。よって光検出器６８からの電気信号が最大となるタイミングを信号処理部６９によって検出し、レーザ発振器を停止することによって、レーザ加工をＬ’の位置で高精度に停止することができる。
【００３１】
ここで、図３に開口が形成された犠牲層の上面概略図を示す。７０は犠牲層のレーザ加工領域の範囲内に形成された開口であり、直径をｄとする。犠牲層に設ける開口の形成方法としては、特に限定されるものではなく、一般に用いられるフォトリソグラフィ法を用いることができる。７１はレーザ加工領域の輪郭の一例を表す。図３における寸法としては、例えば、犠牲層６２の縦辺が１００μｍ、レーザ加工領域の縦辺が８０μｍ、ｄが２０μｍである。
【００３２】
犠牲層の開口中心はピンホールの中心と集光レンズを介して基板内部に結像するピンホールの光学的共役像中心とを結んだ光軸上に配置される。つまり、犠牲層に設けられた開口は、共焦点顕微鏡を構成するピンホールの中心と、共焦点顕微鏡の集光レンズを介して基板内に結像するピンホールの光学的共役像の中心と、を結んだ光軸上に前記開口の中心が配置されるように設けられていることが好ましい。
【００３３】
また、犠牲層の開口直径ｄは、最小値がレーザ光の波長以上であり、先導孔の径以下であることが好ましい。さらに、集光レンズ６６を介して基板内部に結像するピンホールの光学的共役像と犠牲層との距離をａ、集光レンズ６６の焦点距離ｆと有効径Ｄによって決定されるＦナンバーをＦｎｏ＝ｆ／Ｄと規定すると、犠牲層の開口直径ｄの最適値はａ／Ｆｎｏである。このような構成において、非透過性の犠牲層に形成された開口は、共焦点顕微鏡に不要なレーザ光が入射することを防止する「絞り」の作用を行う。開口を適切な大きさとすることにより、共焦点顕微鏡における分解能が向上する。よって、加工深さの計測精度が向上し、より高精度な深さ精度で先導孔を形成することができる。
【００３４】
開口直径は、概して集光光学系の絞りに相当する機能を発揮するため、小さいと解像度が向上するが感度が低下する。開口直径Ｄが前記ａ／Ｆｎｏを大幅に越えても共焦点顕微鏡は動作するが、加工面上を高速移動するレーザ光の拡散光が光ノイズ成分として光検出器に多量に入射することによって、解像度の低下や光強度の飽和を生じる場合がある。
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら示し、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。また、以下の説明では、本発明の適用例として、インクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッド等にも適用できる。液体吐出ヘッドとしては、インクジェット記録ヘッドの他にも、例えばカラーフィルター製造用ヘッド等も挙げられる。
【００３６】
（実施形態１）
本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
以下、本発明の製造方法によるインク流路形成の工程断面図を図４に示す。
【００３８】
図４（ａ）において、基板１０の表面に吐出エネルギー発生素子１１が形成されている。また、基板１０の上には、犠牲層１１が形成されている。また、基板１０、犠牲層１１及び吐出エネルギー発生素子１２の上には、パッシベーション膜９（メンブレン膜とも称す）が形成されている。また、パッシベーション膜９の上には、密着向上層１３ａが形成されている。また、基板の裏面には、熱酸化膜８が一面に成膜されている。また、熱酸化膜８上には、エッチングマスク１３ｂがパターン形成されている。
【００３９】
犠牲層１１としては、異方性エッチングのエッチング液で除去可能な材料が好ましく用いられ、例えば、アルミ、アルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）、アルミ銅（Ａｌ／Ｃｕ）、アルミシリコン銅（Ａｌ／Ｓｉ／Ｃｕ）などを用いることができる。また、レーザ光が透過する犠牲層としてはポリシリコン等がある。この犠牲層を設けることにより、精密に液体供給口を形成することができる。
【００４０】
パッシベーション膜９としては、例えば、Ｐ−ＳｉＯ／Ｐ−ＳｉＮ膜を用いることができる。
【００４１】
密着向上層１３ａとしては、例えば、ＨＩＭＡＬ（商品名、日立化成社製）を用いることができ、フォトリソグラフィプロセスによってパターン形成することができる。また、エッチングマスク１３ｂとしても、例えば、ＨＩＭＡＬ（商品名、日立化成社製）を用いることができ、フォトリソグラフィプロセスによってパターン形成することができる。
【００４２】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えばＰＭＩＰＫ（ポリメチルイソプロペニルケトン）を用いてインク流路の型材となるポジ型レジスト層１４を形成する。ＰＭＩＰＫを主成分とした塗布型レジストは、（株）東京応化工業から商品名「ＯＤＵＲ―１０１０」として市販されている。この被膜は汎用的なスピンコート法にて形成できる。ポジ型レジスト膜１４を例えば２３０〜３５０ｎｍの波長を有する露光光で露光し、現像することで、図３（ｂ）に示すようなパターンが形成される。
【００４３】
次に、図４（ｃ）に示すように、前記ポジ型レジスト層１４を覆うように液流路構造体材料を塗布し、被覆樹脂層１５を形成する。塗布する液流路構造体材料は例えば特許第３１４３３０７号公報に記載されるエポキシ樹脂を主に含む感光性材料を用いることができる。この感光性材料は、好ましくはキシレン等の芳香族系溶剤に溶解して塗布すれば、ＰＭＩＰＫとの相溶を防止できる。さらに、被覆樹脂層１５に露光・現像により吐出口１７を形成する。一般的には液流路構造体材料はネガ型特性のものを用いるため、吐出口となる部分に光を照射させないフォトマスク（不図示）を適用する。
【００４４】
また、流路形成層上に撥水性被膜１６を形成する場合は、特開２０００−３２６５１５号公報に記載されるように、感光性撥水材層を形成し、流路形成層と一括に露光・現像することにより、吐出口１７を形成することが可能である。この時、感光性を有する撥水性皮膜１６の形成はラミネートにより実施することが可能である。その後、流路形成層１５と感光性を有する撥水性皮膜１６を同時に露光する。現像はキシレン等の芳香族系溶剤を適用することが好ましい。
【００４５】
次に、図４（ｄ）に示すように、流路形成層１５の上に、該流路形成層をアルカリ溶液から保護するために、例えば環化イソプレンを塗布し、保護膜１９を形成する。環化イソプレンは東京応化工業社より商品名「ＯＢＣ」として上市されている。その後、レーザ加工機を用いて、裏面側に形成された熱酸化膜８と、基板１０を同時に加工し、共通インク供給口２０を形成する。この時、基板裏面から共通インク供給口２０の平坦面までの距離は、例えば５００μｍである。また、用いた基板の厚さは例えば６２５μｍで、サイズは６インチサイズ（Φ１５０ｍｍ）である。
【００４６】
次に、図４（ｅ）に示すように、後述する本実施形態におけるレーザ加工機を用いて、加工深さを基板表面側（樹脂層表面側とも把握できる）から検知しながら先導孔を形成する。先導孔の形成は例えばレーザ光を走査することで形成可能である。また、先導孔は、深さが約１２０〜１２４μｍ（残りの基板厚さ：１〜５μｍ）になるように先導孔を形成する。
【００４７】
次に、図４（ｆ）に示すように、異方性エッチングによりシリコン基板をエッチングし、液体供給口を形成する。異方性エッチングに用いるエッチング液は例えばアルカリ溶液を用いることができる。エッチングは、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）（例えば２２ｗｔ％溶液，８３℃）に２〜１０分間浸漬させることにより実施できる。前記基板表面に形成された犠牲層１２は、シリコン基板の前記異方性エッチングにより一緒に除去される。その後、基板１０裏面の熱酸化膜８とエッチングマスク１３ｂを除去する。
【００４８】
次に、図４（ｇ）に示すように、犠牲層１２上に形成されていたパッシベーション膜９を除去する。
【００４９】
最後に、図４（ｈ）に示すように、基板をキシレン等の溶解溶液に浸漬して保護膜１９を除去した。その後、全面露光により、液流路の型材であるポジ型レジスト層１４を分解する。例えば３３０ｎｍ以下の波長の光を照射すれば、レジスト材料は低分子化合物に分解され、溶剤により除去し易くなる。この工程により、図４（ｈ）の断面図に示すとおり、インク供給口と吐出口とが連通するインク流路２２が形成される。
【００５０】
図５は、吐出エネルギー発生素子１１に対して対称なインク流路（液体流路）２２が形成されるインクジェット記録ヘッドを構成する１色のノズル配置を上面から見た図である。中央に配置された独立インク供給口２１とその両側に配置された独立インク供給口２１の間に、吐出エネルギー発生素子１１と、該吐出エネルギー発生素子１１に対称なインク流路２２が形成されている。該配置によって、吐出エネルギー発生素子１１へは、対称なインク流路２２を介して、両側の独立インク供給口２１からインクが充填される。そして、前記独立インク供給口２１は、基板裏面側に配置されている共通インク供給口２０に連通している。
【００５１】
図６は、図４（ｅ）までの工程が終了した時点での断面拡大図を示している。
【００５２】
図７は、図４（ｇ）までの工程が終了した時点での断面拡大図を示している。
【００５３】
図８に、本実施形態における共焦点顕微鏡を用いてレーザ加工位置（深さ）を検知するための構成を示す。
【００５４】
１８０は共焦点顕微鏡である。１８１はレーザ光に対して透明な窓である。１８２は集光レンズである。１８３は集光レンズを光軸方向に動かすアクチュエータである。１８４はピンホール部である。１８５はレーザ光の波長に感度を有する光検出器である。１９０は吐出エネルギー発生素子を備えた基板（例えばシリコン基板）を表す。また、基板１９０の表面上（図８において基板１９０の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層、及び開口を有する犠牲層１９３が設けられている。１７９はレーザ光であり、該レーザ光は基板１９０に対して半透過性を有する波長である、波長１０６４ｎｍのダイオード励起固体レーザである。１９１は形成途中又は形成された先導孔（レーザ加工領域とも称す）である。１９２は先導孔における最前面（レーザ加工面とも称す）である。犠牲層１９３はレーザ光が通過できるような開口を３箇所有し、レーザ光１７９が非透過性のアルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）膜で構成されている。１９４は光受光器１８５からの信号を処理する信号処理コントローラである。ピンホール１８４は、例えば金属薄板に微小な穴が形成された部品でレーザ光で損傷しない様にレーザ波長に対して高反射性の金薄膜が蒸着されている。ピンホール径は集光レーザ光の回折による広がりに対し、１／３以下程度が適切であるとされている。ピンホール径が小さくなるにつれ、得られる光量も小さくなることから、光検出器の感度とのバランスにより決定され、本実施形態では例えば５μｍ程度とすることができる。
【００５５】
図９に、開口が形成された犠牲層の上面図を示す。なお、図９は説明を簡略化するために犠牲層を透視して図示している。１６２は開口が形成されたアルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）膜犠牲層であり、１７０は犠牲層に形成された開口であり、該開口１７０はレーザ加工領域の範囲内に形成されている。１７１はレーザ加工領域の輪郭である。本実施形態では、開口１７０の直径は例えば１０μｍとすることができる。
【００５６】
次に、上記構成における動作を順を追って説明する。基板１９０上にレーザ光１７９を集光させることによってレーザ加工が進行し、先導孔１９１を形成する。先導孔１９１の底面であるレーザ加工面１９２は加工時間とともに下方（基板表面側方向）に進行する。ここで、図中Ｙ（図１０参照）の位置を所望の加工停止位置とする。犠牲層１９３に形成された開口を通過したレーザ光１７９は、透明窓１８１、集光レンズ１８２、ピンホール１８４を経由して光検出器１８５に入射する。
【００５７】
以下に信号処理の原理について説明する。ピンホール部１８４に形成されたピンホールは、集光レンズ１８２を介して基板１９０内に光学共役像を形成する。本実施形態では３箇所のピンホール部１８４が、共役像１８４’をそれぞれ形成する。次に、アクチュエータ１８３にコントローラ１１５より一定の周波数と振幅を有する駆動信号を入力して集光レンズ１８２を光軸方向に駆動する。その結果、共役像１８４’はδの範囲で往復移動（揺動）する。本実施形態では、例えば、駆動信号に三角波を用い、共役像１８４’を周波数１００Ｈｚ、振幅５０μｍで往復移動させることができる。アクチュエータ１８３としては、例えば圧電素子を用いることができるが、ボイスコイルや超音波モータ、その他電気／磁気／機械的な駆動手段を用いても構わない。
【００５８】
レーザ光１７９はレーザ加工面１９２上で高速に移動しながら加工が進展するが、一部は基板１９０を透過して入射側と反対方向に拡散する。拡散光は犠牲層１９３に設けられた開口を通過し、集光レンズ１８２によって集光される。レーザ加工が進行し、加工面１９２がδの可動範囲内に達し、レーザ加工面１９２と共役像１８４’の位置が一致するタイミングで、ピンホール中心を通過する光量が最大となる。３つの光検出器１８５からの電気信号を平均化すると共に、信号が最大となるタイミングを信号処理部１１５によって検出し、レーザ発振器を停止することによって、レーザ加工をδの範囲内で所定の位置に、高精度に停止することができる。
【００５９】
このような構成において、位置が異なるピンホールはそれぞれ異なるレーザ加工位置を検出することができる。よって、それぞれのピンホールから得られる信号を適切に処理することによって、レーザ加工による加工深さの進行をより高精度に計測することが可能となり、より高精度な深さ精度で先導孔を形成することができる。
【００６０】
本実施形態では、犠牲層に設けられた開口、および開口に応じて設けられたピンホールの個数は３つであったが、加工部の寸法や求める精度に応じて適宜に個数を設定できる。また、光検出部はそれぞれ独立した構成としたが、寸法に応じてＣＣＤやポジションセンサ・ダイオード等の受光素子を使用してもよい。
【００６１】
（実施形態例２）
本実施形態における共焦点顕微鏡の構成を説明するための概略図を図１０に示す。同図において、８０は共焦点顕微鏡である。８１はレーザ光に対して透明な窓である。８２は集光レンズである。８３、８４はピンホール部である。８５、８６はレーザ光の波長に感度を有する光検出器である。９０は吐出エネルギー発生素子を備えた基板を表す。また、基板９０の表面上（図１０において基板９０の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層、及び開口を有する犠牲層９３が設けられている。７９はレーザ光であり、該レーザ光は基板９０に対して半透過性を有する波長１０６４ｎｍのダイオード励起固体レーザである。９１は形成途中又は形成された先導孔（レーザ加工領域とも称す）である。９２は先導孔における最前面（レーザ加工面とも称す）である。犠牲層９３はレーザ光が通過できるような開口を３箇所有し、レーザ光７９が非透過性のアルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）膜で構成される。９４は光受光器８５、８６からの信号を処理する信号処理コントローラである。ピンホール８３、８４は、例えば金属薄板に微小な穴が形成された部品でレーザ光で損傷しない様にレーザ波長に対して高反射性の金薄膜が蒸着されている。ピンホール径は集光レーザ光の回折による広がりに対し、１／３以下程度とすることが適切であるとされている。ピンホール径が小さくなるにつれ、得られる光量も小さくなることから、光検出器の感度とのバランスにより決定され、本実施形態では５μｍ程度とすることが好ましい。
【００６２】
次に、上記構成におけるレーザ加工を順を追って説明する。基板９０上にレーザ光７９を集光させることによってレーザ加工が進行し、先導孔９１を形成する。先導孔９１の底面であるレーザ加工面９２は加工時間とともに下方（基板表面側方向）に進行する。開口を通過したレーザ光７９は、透明窓８１、集光レンズ８２、ピンホール８３を経由して光検出器８５、８６に入射する。
【００６３】
以下に信号処理の原理について説明する。ピンホール８３、８４は、集光レンズ８２を介して基板９０内に光学共役像を形成する。本実施例では２箇所のピンホール８３と１箇所のピンホール８４が、それぞれ共役像８３’、８４’を形成する。ピンホール８３と８４は集光レンズ８２に対する距離が異なるため、共役像８３’、８４’も異なる位置Ｘ、Ｙに形成される。本実施形態では、例えば位置Ｘと位置Ｙの間隔が５０μｍになる様に設定することができる。
【００６４】
レーザ光７９は加工面９２上で高速に移動しながら加工が進展するが、一部は基板９０を透過して入射側と反対方向に拡散する。拡散光は犠牲層９３に設けられた開口を通過し、集光レンズ８２によって集光される。レーザ加工が進行し、レーザ加工面９２と共役像８３’、８４’の位置が一致するタイミングでピンホール中心を通過する光量が最大となる。よって、レーザ加工の進行に伴ってレーザ加工面９２が位置Ｘを通過する前後において、光検出部８５の出力はコントローラ１５で示す波形Ａを示す。同様に、レーザ加工面９２が位置Ｙを通過する前後において、光検出部８６の出力はコントローラ１５で示す波形Ｂを示す。波形Ａ、Ｂを用いて信号処理を行い、波形Ａ、Ｂが交差するタイミングで上位コントローラにトリガ信号を出力する。上位コントローラはトリガ信号入力後、直ちにレーザ発振器の発振を停止するため、本実施形態の構成によって位置Ａ、Ｂの中間でレーザ加工を高精度に停止することができる。
【００６５】
本実施形態では、犠牲層に設けられた開口、および開口に応じて設けられたピンホール部の個数は３つの場合について説明したが、加工部の寸法や求める精度に応じて適宜に設定でき、複数設けることができる。また、光検出部はそれぞれ独立した構成としたが、寸法に応じてＣＣＤやポジションセンサ・ダイオード等の受光素子を使用してもよい。
【００６６】
（実施形態３）
本実施形態における共焦点顕微鏡の構成を説明するための概略図を図１１に示す。同図において、２８０は共焦点顕微鏡である。２８１はレーザ光に対して透明な窓である。２８２は集光レンズである。２８３、２８４はピンホールである。２８５、２８６はレーザ光の波長に感度を有する光検出器である。２９０は吐出エネルギー発生素子を備えた基板を表す。また、基板２９０の表面上（図１１において基板２９０の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層、及び開口を有する犠牲層２９３が設けられている。２７９はレーザ光であり、該レーザ光としては基板２９０に対して半透過性を有する波長１０６４ｎｍのダイオード励起固体レーザが選択される。２９１は形成途中又は形成された先導孔である。２９２は先導孔における最前面（レーザ加工面とも称す）である。犠牲層２９３はレーザ光２７９が透過性する膜で構成され、例えばＰｏｌｙＳｉ膜で構成されることができる。２９４は光受光器２８５、２８６からの信号を処理する信号処理コントローラである。ピンホール２８３、２８４は、例えば金属薄板に微小な穴が形成された部品でレーザ光で損傷しないようにレーザ波長に対して高反射性の金薄膜が蒸着されている。ピンホール径は集光レーザ光の回折による広がりに対し、１／３以下程度が適切であるとされている。ピンホール径が小さくなるにつれ、得られる光量も小さくなることから、光検出器の感度とのバランスにより決定され、本実施形態において例えば５μｍ程度とすることができる。
【００６７】
次に、上記構成におけるレーザ加工を順を追って説明する。基板２９０上にレーザ光２７９を集光させるによってレーザ加工が進行し、先導孔２９１が形成する。先導孔２９１におけるレーザ加工面２９２は加工時間とともに下方（基板表面側方向）に進行する。犠牲層２９３を通過したレーザ光２７９は、透明窓２８１、集光レンズ２８２、ピンホール部２８３を経由して光検出器２８５、２８６に入射する。
【００６８】
以下に信号処理の原理について説明する。ピンホール部２８３、２８４に形成されたピンホールは、集光レンズ２８２を介して基板２９０内に光学共役像を形成する。本実施形態では２箇所のピンホール２８３と１箇所のピンホール２８４が、それぞれ共役像２８３’、２８４’を形成する。ピンホール２８３と２８４は集光レンズ２８２に対して距離が異なるため、共役像２８３’、２８４’も異なる位置Ｘ、Ｙに形成される。本実施形態では、位置Ｘと位置Ｙの間隔が５０μｍになるように設定している。
【００６９】
レーザ加工は、レーザ光２７９がレーザ加工面２９２上を高速で移動することで進行するが、この時、レーザ光の一部は基板２９０を透過して入射側と反対方向に拡散する。拡散光は犠牲層２９３を透過し、集光レンズ２８２によって集光される。レーザ加工が進行し、レーザ加工面２９２と共役像２８３’、２８４’の位置が一致するタイミングでピンホール中心を通過する光量が最大となる。よって、レーザ加工の進行に伴ってレーザ加工面２９２が位置Ｘを通過する前後において、光検出部２８５の出力はコントローラ２９４で示す波形Ａを示す。同様に、レーザ加工面２９２が位置Ｙを通過する前後において、光検出部２８６の出力はコントローラ２９４で示す波形Ｂを示す。波形Ａ、Ｂを用いて信号処理を行い、波形Ａ、Ｂが交差するタイミングで上位コントローラにトリガ信号を出力する。上位コントローラはトリガ信号入力後、直ちにレーザ発振器の発振を停止するため、本構成によって位置Ａ、Ｂの中間でレーザ加工を高精度に停止することができる。
【００７０】
本実施形態では、ピンホールの個数は３つの場合について説明したが、加工部の寸法や求める精度に応じて適宜に個数を設定できる。また、光検出部はそれぞれ独立した構成としたが、寸法に応じてＣＣＤやポジションセンサ・ダイオード等の受光素子を使用してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０、５９、６１、９０、１９０、２９０ 基板
１７ 吐出口
２０ 共通インク供給口
２２ インク流路
５８、６５、８０、１８０、２８０ 共焦点顕微鏡
７９、１７９、２７９ レーザ光
１９１ 先導孔（レーザ加工領域）
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的には、インクジェット記録ヘッドの製造方法に関し、特にインク吐出部にインクを供給する流路構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、プリントヘッドの流体供給スロットを形成する方法が述べられている。特許文献１に記載の方法によれば、まずプリントヘッドを形成する基板裏面からレーザ加工もしくはドライエッチング加工を行い、その後基板表面までウェットエッチングを行い、貫通させている。この加工方法によれば、形成される流体供給スロットの幅を最小限に縮小させることが出来るため、同一ウェハ内の取り個数を増やすことができ、プリントヘッドのコストダウンが可能となる。
【０００３】
次に、特許文献２には、レーザ加工の進行を検知して加工を停止させる方法が述べられている。特許文献２に記載の方法によれば、加工用パルスレーザビームとは別の測定用レーザビームが用いられ、ビアホール内の絶縁樹脂層の表面と銅層の表面に各レーザビームが焦点を結んだ際の反射光を検出する。それぞれの反射光強度がピークに達する時間差より、ビアホールの底面から銅層表面までの厚さを測定する。測定値が所定の値以下になったら、加工用パルスレーザビームによる加工を停止させる。この特許文献２で述べられている測定手段は「共焦点顕微鏡」として認知されている技術である。
【０００４】
共焦点顕微鏡としては、例えば“Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｏｎｆｏｃａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”と題する非特許文献１においても論じられている。
【０００５】
その他、レーザ加工の進行を検知する手段として、非特許文献２にて青島らによるフェムト秒レーザを用いた計測手段が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４８８２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６２４０号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ；２１１−２１３（１９８２）；Ｈａｍｉｌｔｏｎ，Ｗｉｌｓｏｎ．
【非特許文献２】第６６回レーザ加工学会講演論文集
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、それぞれ以下に示すような欠点があった。
【０００８】
特許文献１に示すようなスロットをレーザ加工する場合、レーザ加工深さを高精度に制御することが技術的な課題となる。従来、レーザ加工深さは、レーザ照射時間、若しくはパルス数を規定することで設定される。レーザ加工深さが浅い、加工の初期段階においては、レーザ照射時間もしくはパルス数と加工深さとの関係は直線的な増加傾向を示す。しかし、加工が進展し、スロット深さ／幅で定義する「アスペクト比」が大きくなってくると、前記直線的な増加傾向が崩れ、スロット部の加工面において、加工深さの分布にバラツキが生じる。しかし、ウェットエッチングは基板全体を一様に溶解するため、例えば基板にレーザ加工により形成された複数の先導孔間で深さのバラツキがあると、ウェットエッチング後のスロット形状にバラツキが発生してしまう。スロット形状のバラツキはスロット内を供給される流体の流抵抗のバラツキの原因となり、その結果、製品性能にバラツキが生じる可能性がある。
【０００９】
上記レーザ加工深さのバラツキを低減させる手段として、特許文献２や、非特許文献２における青島らによるフェムト秒レーザを用いた計測手段が提案されている。しかし、これらの従来例では、レーザ光の入射方向と加工深さの計測方向が同一方向（同一側）であるために、レーザ加工深さの計測精度に問題があった。通常、パルスレーザ光を用いた加工では、レーザ照射に伴って、高温、高密度のイオン化領域（以下「プルーム」とも称す）や、被加工材料の粒子化（以下「デブリー」とも称す）が発生する。このため、レーザ加工と同時に同一側で計測を行うと、計測光は前記プルームやデブリーによって連続的に反射／屈折などの影響をうけ、計測精度が低下してしまう場合がある。また、レーザ加工範囲を拡大するためには光学系の集光倍率を下げる必要があるが、それに伴って計測の倍率も低下し、計測精度が低下してしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、
表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記先導孔を形成する際に、前記基板及び前記樹脂層を透過したレーザ光を前記基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００１１】
このような構成において、前記課題で示したプルームやデブリーはレーザ光の入射方向にのみ存在するため、本手段による計測精度はこれらの影響を受けることなく、基板内のレーザ加工位置が所望の場所に到達した際にレーザ加工を停止することができる。
【００１２】
また、従来例のように専用の測定用レーザ光を用いることがなく、計測装置を簡易かつ小型に構成することができる。さらに、レーザ加工の集光光学系とは別に検出部を設けるため、レーザ光の集光倍率が変化しても計測精度に影響を与えることはない。よって、前記課題で述べたような加工深さバラツキに左右されることなく、高精度な深さ精度で先導孔を形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法において、レーザ加工深さを高精度に計測し、アスペクト比の大きなスロットにおいても高精度に加工深さを制御することによって、インク供給口の幅を最小限に小さな領域までシュリンクすることが可能となる。更に、レーザ加工による深さを極限まで進めることで、基板厚さに対して、残る基板厚さを最小にすることで、その後に行うウェットエッチングの時間を最短にすることもできる。それによって、ウェハ内に配置される液体吐出ヘッド用基板のサイズをシュリンクすることが出来、故に、同一ウェハ内の取り個数を多くすることができる。よって、安価で、信頼性の高い液体吐出ヘッドを製造することが可能となる。
【００１４】
特に、前記ウェットエッチングによる工程は、強アルカリ性のエッチング液で、且つ、高温条件下で行うために、歩留まりの低下が発生する最大の要因に成っている。よって、前記ウェットエッチング工程を最短で行うことは、液体吐出ヘッドの製造において、歩留まりを向上することにつながる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のシステム構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明における共焦点顕微鏡の基本的な動作原理を説明するための概略図である。
【図３】開口が形成された犠牲層の上面概略図である。
【図４】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明するための工程概略図である。
【図５】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドのノズル配置を示す上面図である。
【図６】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドの基板断面図である。
【図７】実施形態１におけるインクジェット記録ヘッドの基板及び該基板上に形成されたインクジェットノズルの断面図である。
【図８】実施形態１におけるレーザ加工深さを検知する手段を説明するための概略図である。
【図９】実施形態１における開口が形成された犠牲層の上面透視図である。
【図１０】実施形態２におけるレーザ加工深さを検知するための手段を説明するための概略図である。
【図１１】実施形態３におけるレーザ加工深さを検知するための手段を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法である。また、先導孔を形成する際に、基板及び樹脂層を透過したレーザ光を基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することができる。
【００１７】
本発明の構成により、先導孔を所定の深さに高精度に制御して形成することができる。
【００１８】
とくに、極限の深さまで先導孔を形成することで、残る基板厚さを最小にすることでき、その後に行うウェットエッチングの時間を短縮することができる。
【００１９】
（システム構成）
図１は、本発明のシステム構成の一例を示す概略図である。図１において、５９は、吐出エネルギー発生素子を備えた基板および樹脂層を表す。５１はレーザ発振器である。５２、５３はレーザ光を反射する第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーである。５４はレーザ光の外径を拡大するビームエキスパンダである。５５はレーザ光を所望の角度に反射するスキャナミラーである。５６はスキャナミラーで反射したレーザ光を基板上に集光する集光レンズである。５７は基板上に形成された位置合わせ用マークを認識するために設けられた位置合わせ用顕微鏡である。５８は基板及び樹脂層を透過したレーザ光を受光し、レーザ加工位置を検出するための共焦点顕微鏡である。５１０は基板を移動ステージ上に固定するための固定治具である。５１１は基板および治具５１０を紙面と垂直方向に移動するための第１の移動ステージである。５１２は基板および治具５１０および移動ステージ５１１を紙面と平行方向に移動するための第２の移動ステージである。５１３はスキャナミラー５５の動作を制御するスキャナミラー用コントローラである。５１４は位置合わせ用顕微鏡５７の動作を制御する位置合わせ用コントローラである。５１５は、共焦点顕微鏡５８の動作を制御するとともに、共焦点顕微鏡５８より出力される信号の処理を行う共焦点顕微鏡用コントローラである。５１６は第１の移動ステージ５１１及び第２の移動ステージ５１２の動作を制御する移動ステージ用コントローラである。５１７はレーザ発振器５１の動作を制御するレーザ発振器用コントローラである。５１８は、前記それぞれのコントローラ５１５、５１６、５１７を統合的に制御する上位コントローラである。５１９は上位コントローラ５１８に対して動作プログラムを入力するためのユーザインターフェースである。
【００２０】
基板としては例えばシリコン基板が用いられる。樹脂層は基板上に設けられ、インク流路やインク吐出口が形成される。図１では、基板が上側、樹脂層が下側になるように配置されている。
【００２１】
以下、上記システム構成における動作を順を追って説明する。まず、第１の移動ステージ５１１、第２の移動ステージ５１２を用いて基板の位置を調節し、基板上に形成された位置合わせ用マークを位置合わせ用顕微鏡５７で認識する。第１の移動ステージ５１１及び第２の移動ステージ５１２はステージ自体に備わった干渉計やリニアエンコーダ等の変位量検出手段によって位置情報を得る。位置合わせ用顕微鏡５７と集光レンズ５６の光軸との距離Ｌ１は既知である。ステージ位置情報と前記距離Ｌ１より、基板と集光レンズ５６の光軸との位置関係を計算し、基板を所望の位置に位置決めすることが可能となる。
【００２２】
次に、レーザ発振器用コントローラ５１７からの駆動信号に従って、レーザ発振器５１よりレーザ光が発せられる。
【００２３】
ここで言うレーザ光とは、基板に先導孔を形成するのに十分な出力を有し、パルス発振による高いピーク出力を有する。発振波長は、基板に対して一部が透過性を有する波長が選択され、例えばＮｄ：ＹＶＯ4レーザ結晶より発せられる波長１０６４ｎｍである。
【００２４】
ここで、レーザ光は、特に限定されるものではないが、例えばＹＡＧレーザーの３倍波（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）のレーザー光を用いることもできる。レーザ光のパワー及び周波数は適宜選択されることができる。
【００２５】
先導孔は、特に限定されるものではないが、例えば穴又は溝の形状とすることができる。穴形状の場合、その径は例えば約φ５〜１００μｍである。溝形状はレーザ光を走査させることにより形成可能である。
【００２６】
レーザ発振器５１より発せられたレーザ光は、第１の反射ミラー５２及び第２の反射ミラー５３によって適切な方向に反射後、ビームエキスパンダ５４に入射し、所望の倍率に外径を拡大される。スキャナミラー５５によって反射角度が変調されたレーザ光は集光レンズ５６によって基板上に集光されると共に基板上を高速移動し、所望の寸法でレーザ加工を行う。レーザ加工によって基板に先導孔として孔もしくは溝が形成されるが、ここで一部のレーザ光は基板及び樹脂層を透過して共焦点顕微鏡５８に入射する。入射したレーザ光は電気信号に変換される。共焦点顕微鏡用コントローラ５１５によって信号処理された結果、先導孔におけるレーザ加工面の位置情報（レーザ加工位置に関する情報）が得られる。レーザ加工面が予め設定した位置に到達すると、上位コントローラ５１８がレーザ発振を停止し、加工を停止させることができる。
【００２７】
図１におけるスキャナミラー５５は１個であり、紙面と平行方向に反射方向を変調するが、このスキャナミラー以降に紙面と垂直方向に反射方向を変調する第２のスキャナミラーを追加することで、基板上で集光点を２次元方向に走査できる。
【００２８】
また、図１において、集光レンズ５６はスキャナミラー５５の後方に位置している。ここで、集光レンズ５６をスキャナミラー５５前方に置き、スキャナミラー５５の変調と同期させて集光レンズ５６の位置を光軸方向に変調することで、集光点を３次元方向に走査することも可能である。
【００２９】
（共焦点顕微鏡）
図２に、本発明における共焦点顕微鏡の基本的な動作原理を示す。６１は吐出エネルギー発生素子を備えたインクジェット記録ヘッド用の基板を表す。基板６１の表面上（図２において基板６１の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層が設けられている。６２は、開口が形成された犠牲層（以下「犠牲層」とも称す）である。なお、本発明における共焦点顕微鏡の基本的な動作について説明するために、基板表面に犠牲層が設けられている形態を例に挙げるが、本発明は必ずしも犠牲層が設けられている必要はない。しかし、精度良く液体供給口を形成する観点から、犠牲層が設けられている方が好ましい。また、この犠牲層には開口が必ずしも設けられている必要はなく、犠牲層が使用するレーザ光に対して透過性を有するならば犠牲層に開口を設ける必要はない。６３は、基板６１内にレーザ光で形成される孔もしくは溝形状の先導孔の最前面（レーザ加工面とも称す）を表す。６４は基板６１に対して一部透過性の波長を有するレーザ光である。６５は共焦点顕微鏡である。６６は共焦点顕微鏡６５内に配置された集光レンズである。６７は共焦点顕微鏡６５内に配置されたピンホールである。６８は共焦点顕微鏡６５内に配置された光検出器である。６９は信号処理部である。
【００３０】
ここで、集光レンズの焦点距離をｆ、集光レンズとピンホールの距離をＬとすると、ピンホールは集光レンズの反対側で距離Ｌ’の位置に光学的に共役な像６７’を結び、その関係式は、１／Ｌ’＝１／Ｌ＋１／ｆとなる。レーザ加工は、レーザ光６４が加工面６３上を高速で移動することで進行するが、レーザ光の一部は基板および犠牲層に形成された開口を透過して入射側と反対方向（基板表面側方向）に拡散する。拡散光は集光レンズ６６によって集光される。レーザ加工が進行し、レーザ加工面６３と共役像６７’の位置が一致するタイミングで、ピンホール中心を通過する光量が最大となる。言い換えれば、ピンホール６７を通過するレーザ光が最大の時、加工面はＬ’に位置している。よって光検出器６８からの電気信号が最大となるタイミングを信号処理部６９によって検出し、レーザ発振器を停止することによって、レーザ加工をＬ’の位置で高精度に停止することができる。
【００３１】
ここで、図３に開口が形成された犠牲層の上面概略図を示す。７０は犠牲層のレーザ加工領域の範囲内に形成された開口であり、直径をｄとする。犠牲層に設ける開口の形成方法としては、特に限定されるものではなく、一般に用いられるフォトリソグラフィ法を用いることができる。７１はレーザ加工領域の輪郭の一例を表す。図３における寸法としては、例えば、犠牲層６２の縦辺が１００μｍ、レーザ加工領域の縦辺が８０μｍ、ｄが２０μｍである。
【００３２】
犠牲層の開口中心はピンホールの中心と集光レンズを介して基板内部に結像するピンホールの光学的共役像中心とを結んだ光軸上に配置される。つまり、犠牲層に設けられた開口は、共焦点顕微鏡を構成するピンホールの中心と、共焦点顕微鏡の集光レンズを介して基板内に結像するピンホールの光学的共役像の中心と、を結んだ光軸上に前記開口の中心が配置されるように設けられていることが好ましい。
【００３３】
また、犠牲層の開口直径ｄは、最小値がレーザ光の波長以上であり、先導孔の径以下であることが好ましい。さらに、集光レンズ６６を介して基板内部に結像するピンホールの光学的共役像と犠牲層との距離をａ、集光レンズ６６の焦点距離ｆと有効径Ｄによって決定されるＦナンバーをＦｎｏ＝ｆ／Ｄと規定すると、犠牲層の開口直径ｄの最適値はａ／Ｆｎｏである。このような構成において、非透過性の犠牲層に形成された開口は、共焦点顕微鏡に不要なレーザ光が入射することを防止する「絞り」の作用を行う。開口を適切な大きさとすることにより、共焦点顕微鏡における分解能が向上する。よって、加工深さの計測精度が向上し、より高精度な深さ精度で先導孔を形成することができる。
【００３４】
開口直径は、概して集光光学系の絞りに相当する機能を発揮するため、小さいと解像度が向上するが感度が低下する。開口直径Ｄが前記ａ／Ｆｎｏを大幅に越えても共焦点顕微鏡は動作するが、加工面上を高速移動するレーザ光の拡散光が光ノイズ成分として光検出器に多量に入射することによって、解像度の低下や光強度の飽和を生じる場合がある。
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら示し、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。また、以下の説明では、本発明の適用例として、インクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッド等にも適用できる。液体吐出ヘッドとしては、インクジェット記録ヘッドの他にも、例えばカラーフィルター製造用ヘッド等も挙げられる。
【００３６】
（実施形態１）
本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
以下、本発明の製造方法によるインク流路形成の工程断面図を図４に示す。
【００３８】
図４（ａ）において、基板１０の表面に吐出エネルギー発生素子１１が形成されている。また、基板１０の上には、犠牲層１１が形成されている。また、基板１０、犠牲層１１及び吐出エネルギー発生素子１２の上には、パッシベーション膜９（メンブレン膜とも称す）が形成されている。また、パッシベーション膜９の上には、密着向上層１３ａが形成されている。また、基板の裏面には、熱酸化膜８が一面に成膜されている。また、熱酸化膜８上には、エッチングマスク１３ｂがパターン形成されている。
【００３９】
犠牲層１１としては、異方性エッチングのエッチング液で除去可能な材料が好ましく用いられ、例えば、アルミ、アルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）、アルミ銅（Ａｌ／Ｃｕ）、アルミシリコン銅（Ａｌ／Ｓｉ／Ｃｕ）などを用いることができる。また、レーザ光が透過する犠牲層としてはポリシリコン等がある。この犠牲層を設けることにより、精密に液体供給口を形成することができる。
【００４０】
パッシベーション膜９としては、例えば、Ｐ−ＳｉＯ／Ｐ−ＳｉＮ膜を用いることができる。
【００４１】
密着向上層１３ａとしては、例えば、ＨＩＭＡＬ（商品名、日立化成社製）を用いることができ、フォトリソグラフィプロセスによってパターン形成することができる。また、エッチングマスク１３ｂとしても、例えば、ＨＩＭＡＬ（商品名、日立化成社製）を用いることができ、フォトリソグラフィプロセスによってパターン形成することができる。
【００４２】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えばＰＭＩＰＫ（ポリメチルイソプロペニルケトン）を用いてインク流路の型材となるポジ型レジスト層１４を形成する。ＰＭＩＰＫを主成分とした塗布型レジストは、（株）東京応化工業から商品名「ＯＤＵＲ―１０１０」として市販されている。この被膜は汎用的なスピンコート法にて形成できる。ポジ型レジスト膜１４を例えば２３０〜３５０ｎｍの波長を有する露光光で露光し、現像することで、図３（ｂ）に示すようなパターンが形成される。
【００４３】
次に、図４（ｃ）に示すように、前記ポジ型レジスト層１４を覆うように液流路構造体材料を塗布し、被覆樹脂層１５を形成する。塗布する液流路構造体材料は例えば特許第３１４３３０７号公報に記載されるエポキシ樹脂を主に含む感光性材料を用いることができる。この感光性材料は、好ましくはキシレン等の芳香族系溶剤に溶解して塗布すれば、ＰＭＩＰＫとの相溶を防止できる。さらに、被覆樹脂層１５に露光・現像により吐出口１７を形成する。一般的には液流路構造体材料はネガ型特性のものを用いるため、吐出口となる部分に光を照射させないフォトマスク（不図示）を適用する。
【００４４】
また、流路形成層上に撥水性被膜１６を形成する場合は、特開２０００−３２６５１５号公報に記載されるように、感光性撥水材層を形成し、流路形成層と一括に露光・現像することにより、吐出口１７を形成することが可能である。この時、感光性を有する撥水性皮膜１６の形成はラミネートにより実施することが可能である。その後、流路形成層１５と感光性を有する撥水性皮膜１６を同時に露光する。現像はキシレン等の芳香族系溶剤を適用することが好ましい。
【００４５】
次に、図４（ｄ）に示すように、流路形成層１５の上に、該流路形成層をアルカリ溶液から保護するために、例えば環化イソプレンを塗布し、保護膜１９を形成する。環化イソプレンは東京応化工業社より商品名「ＯＢＣ」として上市されている。その後、レーザ加工機を用いて、裏面側に形成された熱酸化膜８と、基板１０を同時に加工し、共通インク供給口２０を形成する。この時、基板裏面から共通インク供給口２０の平坦面までの距離は、例えば５００μｍである。また、用いた基板の厚さは例えば６２５μｍで、サイズは６インチサイズ（Φ１５０ｍｍ）である。
【００４６】
次に、図４（ｅ）に示すように、後述する本実施形態におけるレーザ加工機を用いて、加工深さを基板表面側（樹脂層表面側とも把握できる）から検知しながら先導孔を形成する。先導孔の形成は例えばレーザ光を走査することで形成可能である。また、先導孔は、深さが約１２０〜１２４μｍ（残りの基板厚さ：１〜５μｍ）になるように先導孔を形成する。
【００４７】
次に、図４（ｆ）に示すように、異方性エッチングによりシリコン基板をエッチングし、液体供給口を形成する。異方性エッチングに用いるエッチング液は例えばアルカリ溶液を用いることができる。エッチングは、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）（例えば２２ｗｔ％溶液，８３℃）に２〜１０分間浸漬させることにより実施できる。前記基板表面に形成された犠牲層１２は、シリコン基板の前記異方性エッチングにより一緒に除去される。その後、基板１０裏面の熱酸化膜８とエッチングマスク１３ｂを除去する。
【００４８】
次に、図４（ｇ）に示すように、犠牲層１２上に形成されていたパッシベーション膜９を除去する。
【００４９】
最後に、図４（ｈ）に示すように、基板をキシレン等の溶解溶液に浸漬して保護膜１９を除去した。その後、全面露光により、液流路の型材であるポジ型レジスト層１４を分解する。例えば３３０ｎｍ以下の波長の光を照射すれば、レジスト材料は低分子化合物に分解され、溶剤により除去し易くなる。この工程により、図４（ｈ）の断面図に示すとおり、インク供給口と吐出口とが連通するインク流路２２が形成される。
【００５０】
図５は、吐出エネルギー発生素子１１に対して対称なインク流路（液体流路）２２が形成されるインクジェット記録ヘッドを構成する１色のノズル配置を上面から見た図である。中央に配置された独立インク供給口２１とその両側に配置された独立インク供給口２１の間に、吐出エネルギー発生素子１１と、該吐出エネルギー発生素子１１に対称なインク流路２２が形成されている。該配置によって、吐出エネルギー発生素子１１へは、対称なインク流路２２を介して、両側の独立インク供給口２１からインクが充填される。そして、前記独立インク供給口２１は、基板裏面側に配置されている共通インク供給口２０に連通している。
【００５１】
図６は、図４（ｅ）までの工程が終了した時点での断面拡大図を示している。
【００５２】
図７は、図４（ｇ）までの工程が終了した時点での断面拡大図を示している。
【００５３】
図８に、本実施形態における共焦点顕微鏡を用いてレーザ加工位置（深さ）を検知するための構成を示す。
【００５４】
１８０は共焦点顕微鏡である。１８１はレーザ光に対して透明な窓である。１８２は集光レンズである。１８３は集光レンズを光軸方向に動かすアクチュエータである。１８４はピンホール部である。１８５はレーザ光の波長に感度を有する光検出器である。１９０は吐出エネルギー発生素子を備えた基板（例えばシリコン基板）を表す。また、基板１９０の表面上（図８において基板１９０の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層、及び開口を有する犠牲層１９３が設けられている。１７９はレーザ光であり、該レーザ光は基板１９０に対して半透過性を有する波長である、波長１０６４ｎｍのダイオード励起固体レーザである。１９１は形成途中又は形成された先導孔（レーザ加工領域とも称す）である。１９２は先導孔における最前面（レーザ加工面とも称す）である。犠牲層１９３はレーザ光が通過できるような開口を３箇所有し、レーザ光１７９が非透過性のアルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）膜で構成されている。１９４は光受光器１８５からの信号を処理する信号処理コントローラである。ピンホール１８４は、例えば金属薄板に微小な穴が形成された部品でレーザ光で損傷しない様にレーザ波長に対して高反射性の金薄膜が蒸着されている。ピンホール径は集光レーザ光の回折による広がりに対し、１／３以下程度が適切であるとされている。ピンホール径が小さくなるにつれ、得られる光量も小さくなることから、光検出器の感度とのバランスにより決定され、本実施形態では例えば５μｍ程度とすることができる。
【００５５】
図９に、開口が形成された犠牲層の上面図を示す。なお、図９は説明を簡略化するために犠牲層を透視して図示している。１６２は開口が形成されたアルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）膜犠牲層であり、１７０は犠牲層に形成された開口であり、該開口１７０はレーザ加工領域の範囲内に形成されている。１７１はレーザ加工領域の輪郭である。本実施形態では、開口１７０の直径は例えば１０μｍとすることができる。
【００５６】
次に、上記構成における動作を順を追って説明する。基板１９０上にレーザ光１７９を集光させることによってレーザ加工が進行し、先導孔１９１を形成する。先導孔１９１の底面であるレーザ加工面１９２は加工時間とともに下方（基板表面側方向）に進行する。ここで、図中Ｙ（図１０参照）の位置を所望の加工停止位置とする。犠牲層１９３に形成された開口を通過したレーザ光１７９は、透明窓１８１、集光レンズ１８２、ピンホール１８４を経由して光検出器１８５に入射する。
【００５７】
以下に信号処理の原理について説明する。ピンホール部１８４に形成されたピンホールは、集光レンズ１８２を介して基板１９０内に光学共役像を形成する。本実施形態では３箇所のピンホール部１８４が、共役像１８４’をそれぞれ形成する。次に、アクチュエータ１８３にコントローラ１１５より一定の周波数と振幅を有する駆動信号を入力して集光レンズ１８２を光軸方向に駆動する。その結果、共役像１８４’はδの範囲で往復移動（揺動）する。本実施形態では、例えば、駆動信号に三角波を用い、共役像１８４’を周波数１００Ｈｚ、振幅５０μｍで往復移動させることができる。アクチュエータ１８３としては、例えば圧電素子を用いることができるが、ボイスコイルや超音波モータ、その他電気／磁気／機械的な駆動手段を用いても構わない。
【００５８】
レーザ光１７９はレーザ加工面１９２上で高速に移動しながら加工が進展するが、一部は基板１９０を透過して入射側と反対方向に拡散する。拡散光は犠牲層１９３に設けられた開口を通過し、集光レンズ１８２によって集光される。レーザ加工が進行し、加工面１９２がδの可動範囲内に達し、レーザ加工面１９２と共役像１８４’の位置が一致するタイミングで、ピンホール中心を通過する光量が最大となる。３つの光検出器１８５からの電気信号を平均化すると共に、信号が最大となるタイミングを信号処理部１１５によって検出し、レーザ発振器を停止することによって、レーザ加工をδの範囲内で所定の位置に、高精度に停止することができる。
【００５９】
このような構成において、位置が異なるピンホールはそれぞれ異なるレーザ加工位置を検出することができる。よって、それぞれのピンホールから得られる信号を適切に処理することによって、レーザ加工による加工深さの進行をより高精度に計測することが可能となり、より高精度な深さ精度で先導孔を形成することができる。
【００６０】
本実施形態では、犠牲層に設けられた開口、および開口に応じて設けられたピンホールの個数は３つであったが、加工部の寸法や求める精度に応じて適宜に個数を設定できる。また、光検出部はそれぞれ独立した構成としたが、寸法に応じてＣＣＤやポジションセンサ・ダイオード等の受光素子を使用してもよい。
【００６１】
（実施形態例２）
本実施形態における共焦点顕微鏡の構成を説明するための概略図を図１０に示す。同図において、８０は共焦点顕微鏡である。８１はレーザ光に対して透明な窓である。８２は集光レンズである。８３、８４はピンホール部である。８５、８６はレーザ光の波長に感度を有する光検出器である。９０は吐出エネルギー発生素子を備えた基板を表す。また、基板９０の表面上（図１０において基板９０の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層、及び開口を有する犠牲層９３が設けられている。７９はレーザ光であり、該レーザ光は基板９０に対して半透過性を有する波長１０６４ｎｍのダイオード励起固体レーザである。９１は形成途中又は形成された先導孔（レーザ加工領域とも称す）である。９２は先導孔における最前面（レーザ加工面とも称す）である。犠牲層９３はレーザ光が通過できるような開口を３箇所有し、レーザ光７９が非透過性のアルミシリコン（Ａｌ／Ｓｉ）膜で構成される。９４は光受光器８５、８６からの信号を処理する信号処理コントローラである。ピンホール８３、８４は、例えば金属薄板に微小な穴が形成された部品でレーザ光で損傷しない様にレーザ波長に対して高反射性の金薄膜が蒸着されている。ピンホール径は集光レーザ光の回折による広がりに対し、１／３以下程度とすることが適切であるとされている。ピンホール径が小さくなるにつれ、得られる光量も小さくなることから、光検出器の感度とのバランスにより決定され、本実施形態では５μｍ程度とすることが好ましい。
【００６２】
次に、上記構成におけるレーザ加工を順を追って説明する。基板９０上にレーザ光７９を集光させることによってレーザ加工が進行し、先導孔９１を形成する。先導孔９１の底面であるレーザ加工面９２は加工時間とともに下方（基板表面側方向）に進行する。開口を通過したレーザ光７９は、透明窓８１、集光レンズ８２、ピンホール８３を経由して光検出器８５、８６に入射する。
【００６３】
以下に信号処理の原理について説明する。ピンホール８３、８４は、集光レンズ８２を介して基板９０内に光学共役像を形成する。本実施例では２箇所のピンホール８３と１箇所のピンホール８４が、それぞれ共役像８３’、８４’を形成する。ピンホール８３と８４は集光レンズ８２に対する距離が異なるため、共役像８３’、８４’も異なる位置Ｘ、Ｙに形成される。本実施形態では、例えば位置Ｘと位置Ｙの間隔が５０μｍになる様に設定することができる。
【００６４】
レーザ光７９は加工面９２上で高速に移動しながら加工が進展するが、一部は基板９０を透過して入射側と反対方向に拡散する。拡散光は犠牲層９３に設けられた開口を通過し、集光レンズ８２によって集光される。レーザ加工が進行し、レーザ加工面９２と共役像８３’、８４’の位置が一致するタイミングでピンホール中心を通過する光量が最大となる。よって、レーザ加工の進行に伴ってレーザ加工面９２が位置Ｘを通過する前後において、光検出部８５の出力はコントローラ１５で示す波形Ａを示す。同様に、レーザ加工面９２が位置Ｙを通過する前後において、光検出部８６の出力はコントローラ１５で示す波形Ｂを示す。波形Ａ、Ｂを用いて信号処理を行い、波形Ａ、Ｂが交差するタイミングで上位コントローラにトリガ信号を出力する。上位コントローラはトリガ信号入力後、直ちにレーザ発振器の発振を停止するため、本実施形態の構成によって位置Ａ、Ｂの中間でレーザ加工を高精度に停止することができる。
【００６５】
本実施形態では、犠牲層に設けられた開口、および開口に応じて設けられたピンホール部の個数は３つの場合について説明したが、加工部の寸法や求める精度に応じて適宜に設定でき、複数設けることができる。また、光検出部はそれぞれ独立した構成としたが、寸法に応じてＣＣＤやポジションセンサ・ダイオード等の受光素子を使用してもよい。
【００６６】
（実施形態３）
本実施形態における共焦点顕微鏡の構成を説明するための概略図を図１１に示す。同図において、２８０は共焦点顕微鏡である。２８１はレーザ光に対して透明な窓である。２８２は集光レンズである。２８３、２８４はピンホールである。２８５、２８６はレーザ光の波長に感度を有する光検出器である。２９０は吐出エネルギー発生素子を備えた基板を表す。また、基板２９０の表面上（図１１において基板２９０の下側に相当する）には、密着向上層や流路形成層等の樹脂層、及び開口を有する犠牲層２９３が設けられている。２７９はレーザ光であり、該レーザ光としては基板２９０に対して半透過性を有する波長１０６４ｎｍのダイオード励起固体レーザが選択される。２９１は形成途中又は形成された先導孔である。２９２は先導孔における最前面（レーザ加工面とも称す）である。犠牲層２９３はレーザ光２７９が透過性する膜で構成され、例えばＰｏｌｙＳｉ膜で構成されることができる。２９４は光受光器２８５、２８６からの信号を処理する信号処理コントローラである。ピンホール２８３、２８４は、例えば金属薄板に微小な穴が形成された部品でレーザ光で損傷しないようにレーザ波長に対して高反射性の金薄膜が蒸着されている。ピンホール径は集光レーザ光の回折による広がりに対し、１／３以下程度が適切であるとされている。ピンホール径が小さくなるにつれ、得られる光量も小さくなることから、光検出器の感度とのバランスにより決定され、本実施形態において例えば５μｍ程度とすることができる。
【００６７】
次に、上記構成におけるレーザ加工を順を追って説明する。基板２９０上にレーザ光２７９を集光させるによってレーザ加工が進行し、先導孔２９１が形成する。先導孔２９１におけるレーザ加工面２９２は加工時間とともに下方（基板表面側方向）に進行する。犠牲層２９３を通過したレーザ光２７９は、透明窓２８１、集光レンズ２８２、ピンホール部２８３を経由して光検出器２８５、２８６に入射する。
【００６８】
以下に信号処理の原理について説明する。ピンホール部２８３、２８４に形成されたピンホールは、集光レンズ２８２を介して基板２９０内に光学共役像を形成する。本実施形態では２箇所のピンホール２８３と１箇所のピンホール２８４が、それぞれ共役像２８３’、２８４’を形成する。ピンホール２８３と２８４は集光レンズ２８２に対して距離が異なるため、共役像２８３’、２８４’も異なる位置Ｘ、Ｙに形成される。本実施形態では、位置Ｘと位置Ｙの間隔が５０μｍになるように設定している。
【００６９】
レーザ加工は、レーザ光２７９がレーザ加工面２９２上を高速で移動することで進行するが、この時、レーザ光の一部は基板２９０を透過して入射側と反対方向に拡散する。拡散光は犠牲層２９３を透過し、集光レンズ２８２によって集光される。レーザ加工が進行し、レーザ加工面２９２と共役像２８３’、２８４’の位置が一致するタイミングでピンホール中心を通過する光量が最大となる。よって、レーザ加工の進行に伴ってレーザ加工面２９２が位置Ｘを通過する前後において、光検出部２８５の出力はコントローラ２９４で示す波形Ａを示す。同様に、レーザ加工面２９２が位置Ｙを通過する前後において、光検出部２８６の出力はコントローラ２９４で示す波形Ｂを示す。波形Ａ、Ｂを用いて信号処理を行い、波形Ａ、Ｂが交差するタイミングで上位コントローラにトリガ信号を出力する。上位コントローラはトリガ信号入力後、直ちにレーザ発振器の発振を停止するため、本構成によって位置Ａ、Ｂの中間でレーザ加工を高精度に停止することができる。
【００７０】
本実施形態では、ピンホールの個数は３つの場合について説明したが、加工部の寸法や求める精度に応じて適宜に個数を設定できる。また、光検出部はそれぞれ独立した構成としたが、寸法に応じてＣＣＤやポジションセンサ・ダイオード等の受光素子を使用してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０、５９、６１、９０、１９０、２９０ 基板
１７ 吐出口
２０ 共通インク供給口
２２ インク流路
５８、６５、８０、１８０、２８０ 共焦点顕微鏡
７９、１７９、２７９ レーザ光
１９１ 先導孔（レーザ加工領域）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記先導孔を形成する際に、前記基板及び前記樹脂層を透過したレーザ光を前記基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記基板の表面には前記レーザ光に対して非透過な犠牲層が形成されており、該犠牲層は前記先導孔を加工する範囲内に少なくとも１つの開口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記犠牲層に設けられた開口は、前記共焦点顕微鏡を構成するピンホールの中心と、前記共焦点顕微鏡の集光レンズを介して前記基板内に結像する前記ピンホールの光学的共役像の中心と、を結んだ光軸上に前記開口の中心が配置されるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層の開口の直径ｄは、レーザ光の波長以上であり、前記先導孔の径以下であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記共焦点顕微鏡で検知される前記ピンホール中心を通過する光量が最大に達した時点で、前記レーザ光による前記先導孔の形成を停止することを特徴とする請求項３又は４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記共焦点顕微鏡を構成するピンホールが複数設けられており、前記集光レンズを光軸方向に揺動させ、前記共焦点顕微鏡で検知される前記複数のピンホールの中心を通過する光量の平均が最大に達した時点で、前記レーザ光による前記先導孔の形成を停止することを特徴とする請求項３又は４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記共焦点顕微鏡を構成する複数のピンホールは、少なくとも１つのピンホールが他のピンホールとは前記基板との距離が異なって配置されることを特徴とする、請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
表面に液滴を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する樹脂層を有する基板の裏面よりレーザ光を照射して先導孔を形成し、前記先導孔を形成した後に異方性エッチングを行い、前記流路に連通する液体供給口を形成する工程を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記先導孔を形成する際に、前記基板及び前記樹脂層を透過したレーザ光を前記基板の表面側で共焦点顕微鏡により受光することにより、前記先導孔のレーザ加工深さを検出することを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記基板の表面には前記レーザ光に対して非透過な犠牲層が形成されており、該犠牲層は前記先導孔を加工する範囲内に少なくとも１つの開口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記犠牲層に設けられた開口は、前記共焦点顕微鏡を構成するピンホールの中心と、前記共焦点顕微鏡の集光レンズを介して前記基板内に結像する前記ピンホールの光学的共役像の中心と、を結んだ光軸上に前記開口の中心が配置されるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層の開口の直径ｄは、レーザ光の波長以上であり、前記先導孔の径以下であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記共焦点顕微鏡で検知される前記ピンホール中心を通過する光量が最大に達した時点で、前記レーザ光による前記先導孔の形成を停止することを特徴とする請求項３又は４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記共焦点顕微鏡を構成するピンホールが複数設けられており、前記集光レンズを光軸方向に揺動させ、前記共焦点顕微鏡で検知される前記複数のピンホールの中心を通過する光量の平均が最大に達した時点で、前記レーザ光による前記先導孔の形成を停止することを特徴とする請求項３又は４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記共焦点顕微鏡を構成する複数のピンホールは、少なくとも１つのピンホールが他のピンホールとは前記基板との距離が異なって配置されることを特徴とする、請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６７９７２（Ｐ２０１１−６７９７２Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８９２４（Ｐ２００９−２１８９２４）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【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２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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