液体吐出ヘッド及びその製造方法
【課題】ゴミの目詰まりを抑制可能な液体吐出ヘッドの提供。
【解決手段】表面に開口し液体を吐出する吐出口１４と、吐出口１４に連通する液体流路９と、を構成する流路形成部材１１と、表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室１６と、第１の斜面に開口し、液体流路９と液体室１６とを繋ぐ液体経路５と、液体室１６の底部に設けられる第１の凹部１７と、を有する基板１と、を備える液体吐出ヘッド。
【解決手段】表面に開口し液体を吐出する吐出口１４と、吐出口１４に連通する液体流路９と、を構成する流路形成部材１１と、表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室１６と、第１の斜面に開口し、液体流路９と液体室１６とを繋ぐ液体経路５と、液体室１６の底部に設けられる第１の凹部１７と、を有する基板１と、を備える液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出する液体吐出ヘッドの及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリント法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が加熱による気化に伴って気泡を発生し、この気泡の成長に伴う膨張カによりインクジェット記録ヘッドの吐出口から液滴がプリント媒体に噴射される。この液滴により、文字やイメージなどの所定の画像情報がプリント媒体にプリントされる。この方法に用いられるインクジェット記録ヘッドは、一般的に以下の構成を備えている。
【０００３】
１．液体を吐出するための吐出口
２．吐出口に連通する液体流路
３．吐出エネルギー発生素子によって発生する熱を蓄熱するための蓄熱層
４．蓄熱層に配されて液体を吐出口から噴射させるための熱エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子
５．吐出エネルギー発生素子を液体から保護するパッシベイション層
また、上述の液体流路に連通し、この液体流路に液体を供給するための液体室を異方性エッチングやＹＡＧレーザー等による先導孔と異方性エッチングとを組み合わせた方法等により形成することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、液体流路と液体室とを吐出口より断面積の小さな複数の貫通孔によって液体経路を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３０７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結晶異方性エッチングにより形成された液体室はそのまま液体流路と直結しており、一般的に、液体が流れる通路の中で一番小さな断面積を有する部分は吐出口となっている。
【０００７】
近年、インクジェット記録ヘッドの吐出口径は、印字品位向上に伴って小さくなる傾向があり、インク中にゴミが混在すると吐出口で詰まる可能性が高くなる。このゴミ詰まりはインク不吐出などの印字不良の原因となる。
【０００８】
ゴミ詰まりを解決する手法として、特許文献１に記載されるように、インク室とインク流路とを吐出口より断面積の小さな貫通孔でインク経路を形成し、ゴミをインク室内に留めておく技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示される形状では、インク室内に溜まったゴミはインクが流動する際にインク室内で自由に動くことができるため、動いたゴミがインク経路に詰まることが懸念される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ゴミの目詰まりを抑制可能な液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室と、前記第１の斜面に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、前記液体室の底部に設けられる第１の凹部と、を有する基板と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【００１１】
また、本発明は、
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口する液体室と、前記液体室に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、を有する基板と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（ａ）表面側に吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板を用意する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の裏面側から第１の結晶異方性エッチング処理を施すことにより、＜１００＞面が底部に露出した状態に前記液体室を形成する工程と、
（ｃ）前記＜１００＞面にレーザーを用いて先導孔を形成した後、前記シリコン基板に第２の結晶異方性エッチング処理を施し、前記液体室の底部に第１の凹部を形成する工程と、
（ｄ）前記液体室の＜１１１＞面に前記シリコン基板の表面まで貫通する液体経路を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成によれば、ゴミの目詰まりを抑制可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の構成例を示す模式的な断面図及び斜視図である。
【図２】本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図３】図２（Ｃ）に続いて、本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図４】図３（Ｃ）に続いて、本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図５】本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図６】本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図７】本実施形態の第１の凹部の形状を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
１：シリコン基板
２：犠牲層
３：吐出エネルギー発生素子（例えばヒーター）
４：エッチングストップ層
５：液体経路（例えばインク経路）
６：シリコン酸化膜
７：密着性向上層
８：エッチングマスク層
９：液体流路（例えばインク流路）
１０：流路型材
１１：流路形成部材
１２：先導孔
１３：撥水材
１４：吐出口（例えばインク吐出口）
１５：保護材
１６：液体室（例えばインク室）
１７：第１の凹部
１８：第２の凹部
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材を備える。また、前記表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室と、第１の斜面に開口し、液体流路と液体室とを繋ぐ液体経路と、液体室の底部に設けられる第１の凹部と、を有する基板を備える。このような構成とすることにより、液体室の底部に設けられた凹部にゴミが溜まり易くなり、該凹部に沈殿したゴミがインク等の液体の流動によって動きにくくなる。したがって、本発明の構成とすることにより、ゴミの目詰まりを抑制可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。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。
【００１７】
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するが、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。
【００１８】
（実施形態１）
図１に本実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を説明するための概略図を示す。図１（ａ）はインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ線における模式的断面図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）の点線Ｂ部分の構成を示す模式的斜視図である。
【００１９】
図１に示すインクジェット記録ヘッドは、吐出エネルギー発生素子３が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１を有する。前記シリコン基板上１には、密着性向上層７としてポリアミド樹脂層が形成されている。また、シリコン基板１上には、流路形成部材１１が形成されている。流路形成部材１１は、インクを吐出するインク吐出口１４と、該インク吐出口１４に連通するインク流路９と、を構成する。吐出エネルギー発生素子３の上方にインク吐出口１４が形成されている。なお、インク吐出口１４が開口する面を表面とする。
【００２０】
シリコン基板１は、インク流路９に連通するインク経路５と、裏面に開口し、インク経路５にインクを供給するインク室１６と、インク室１６の底部に設けられた第１の凹部１７と、を有する。インク経路５はインク室１６とインク流路９とに連通している。インク室１６の底部にはインク室に連通する第１の凹部１７が形成されている。また、インク経路５のインク室１６における開口は、インク室１６の底部に設けられた第１の凹部１７の開口よりも裏面側に設けられている。また、インク経路５のインク流路９における開口は、吐出エネルギー発生素子３の２つの列の内側に設けられている。
【００２１】
インク室１６は、裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する。インク室１６は例えばシリコンの結晶異方性エッチングにより形成することができる。インク経路５は、インク室１６の第１の斜面に開口し、インク室１６からインク流路９へとインクを供給する。
【００２２】
第１の凹部１７は、第１の斜面の端部から表面側に向かって広がる第２の斜面と、該第２の斜面の端部から表面側に向かって狭まる第３の斜面と、を有する。図１に示すように、第１の凹部１７は、ノズル列に亘って形成されている。第１の凹部１７は、例えば、第１の結晶異方性エッチング処理により形成したインク室１６の底部の＜１００＞面に先導孔を設けた後、第２の結晶異方性エッチング処理を施すことにより形成することができる。本実施形態のように、インク室１６と第１の凹部１７との境がくびれ形状となるように形成することで、第１の凹部１７でインク流動時にインクのよどみをより効果的に発生させることができ、第１の凹部１７に沈殿したゴミがさらに再浮上し難くすることができる。
【００２３】
また、インク室におけるインク経路の開口は、インク吐出口１４の表面開口よりも断面積が小さいことが好ましい。また、インク経路は、インク吐出口よりも断面積が小さい穴で構成されていることが好ましい。
【００２４】
インクジェット記録ヘッドは、インク室１６からインク経路５を介してインク流路９内に充填されたインク（液体）に、吐出エネルギー発生素子３が発生する圧力を加えることによってインク吐出口１４からインク液滴を吐出させる。そして、インク液滴を被記録媒体に付着させることにより記録する。
【００２５】
インク室１６は、シリコン基板１の裏面に設けられたシリコン酸化膜６をマスクとしてシリコンの結晶異方性エッチングによって形成することができる。
【００２６】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、装置に組み込まれた際に、インク吐出口１４が下を向くように設置されることが好ましい。このような構成とすることにより、ゴミが第１の凹部１７に重力で溜まり易くなる。
【００２７】
インクジェット記録ヘッドは、例えば、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等の装置、更に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。また、インクジェット記録ヘッドは、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなど種々の被記録媒体に記録することができる。なお、本明細書において、「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被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。
【００２８】
（実施形態２）
以下、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法について図を参照しながら説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００２９】
図２〜４は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程例を説明するための模式的斜視図（１）及び模式的断面図（２）である。
【００３０】
図２（Ａ）に示されるシリコン基板１（例えば６００〜９００μｍ厚）上には、発熱抵抗体等の吐出エネルギー発生素子３が複数個配置されている。また、シリコン基板１の裏面はシリコン酸化膜６で全面が覆われている。
【００３１】
また、シリコン基板１の上に犠牲層２が形成されている。この犠牲層２は、後工程でアルカリ性の溶液によるシリコン基板１のエッチングの際に、エッチング寸法を調整する役目を果たす。犠牲層２の幅は、例えば８０〜１５０μｍである。この犠牲層２はアルカリ溶液でエッチングされることが可能である。犠牲層２の材料としては、例えば、ポリシリコンや、エッチング速度の速いアルミ、アルミシリコン、アルミ銅、アルミシリコン銅などで形成される。
【００３２】
また、シリコン基板１及び犠牲層２の上には、エッチングストップ層４が設けられている。エッチングストップ層４としては、後工程の異方性エッチング時に犠牲層２が露出した後、アルカリ溶液でのエッチングが進行しないことが必要である。エッチングストップ層４としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコン等を用いることができる。また、ヒーターの裏面側に位置し蓄熱層として用いられる酸化シリコンや、ヒーターの上層に位置し保護膜として機能する窒化シリコン等をエッチングストップ層として用いることが好ましい。
【００３３】
また、図２（Ａ−２）に示すように、後工程においてインク経路５を形成する位置に相当する部分（５’）の蓄熱層及びエッチングストップ層（ＳｉＮ）４を除去しておくことが好ましい。これによりインク経路の形成を容易に行うことができる。
【００３４】
なお、ヒーターの配線やそのヒーターを駆動する為の半導体素子、又蓄熱層は不図示である。
【００３５】
次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面側、つまりエッチングストップ層４の上に、密着性向上層７を形成する。また、シリコン基板１の裏面側、つまりシリコン酸化膜６の上にエッチングマスク層８を形成する。密着性向上層７は、例えば、ポリアミド樹脂を用いてベーク処理及びパターニング処理して形成することができる。密着性向上層７は、ポジ型レジストをスピンコート等により塗布、露光、現像し、密着性向上層の材料をドライエッチング等によりパターニングすることができる。前記ポジ型レジストは剥離される。エッチングマスク層８も同様に形成できる。
【００３６】
次に、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の表面側、つまりエッチングストップ層４の上にインク流路の型となる流路型材１０を形成する。流路型材１０の厚さは、例えば１０〜２５μｍであり、ポジ型レジストをパターニングすることにより形成できる。
【００３７】
次に、図３（Ａ）に示すように、密着性向上層７及び流路型材１０の上に流路形成部材１１を形成する。流路形成部材１１の厚さは、例えば２０〜１００μｍである。流路形成部材１１は、樹脂材料をスピンコート法等により配置して形成できる。また流路形成部材１１の上に撥水材１３をドライフィルムのラミネート等により形成することができる。インク吐出口１４は、流路形成部材１１を紫外線やＤｅｅｐＵＶ光等による露光、現像を行ってパターニングすることにより形成できる。インク吐出口１４の直径は、例えば１０〜３０μｍである。
【００３８】
次に、図３（Ｂ）に示すように、流路型材１０や流路形成部材１１等が形成されているシリコン基板１の表面側及び側面側に保護材１５をスピンコート等によって形成し、基板を保護する。
【００３９】
次に、図３（Ｃ）に示すように、エッチング開始面となるシリコン面を露出した後、結晶異方性エッチングによりインク室１６を設ける。より具体的には、まず、エッチングマスク層８をマスクとして、シリコン基板１の裏面のシリコン酸化膜６を除去する。その後、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、シリコン基板１の裏面からエッチングを行ってシリコン基板１の＜１００＞面が露出したインク室１６を形成する。インク室１６はシリコン基板の厚さの１／２以上をエッチングすることにより形成することができる。
【００４０】
次に、図４（Ａ）に示すように、インク室１６の底部に露出した＜１００＞面にレーザーにて先導孔１２を形成する。先導孔１２は未貫通穴とし、２列並列に形成できる。レーザーとしては、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波のレーザーを用いることができる。
【００４１】
そして、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、エッチング面を犠牲層２内まで到達させて、図４（Ｂ）に示すように、インク室１６に連通する第１の凹部１７をシリコン基板１内に形成する。
【００４２】
次に、図４（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面全体にレジストをスプレーコート等により塗布する。続いて、第１の凹部１７より裏面側のインク室１６の第１の斜面に開口するように、インク経路５を形成する。インク経路５は、例えば高出力レーザー等を用いて流路型材１０に到達するまで穴を開けることにより形成することができる。また、インク経路５は、流路型材１０に近い位置までシリコン基板１に穴を開け、さらにドライエッチング等にてシリコン基板１の表面まで貫通させることにより形成することができる。インク経路５の直径は、例えば１０〜５０μｍである。レーザーとしては、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波のレーザーを用いることができる。
【００４３】
次に、図４（Ｄ）に示すように、シリコン基板１の裏面に設けたレジストを剥離する。続いて、エッチングマスク層８をドライエッチングで除去する。また、保護材１５を除去する。そして、流路型材１０をインク吐出口１４から溶出させ、インク流路９を形成し、インクジェット記録ヘッドを製造する。
【００４４】
以上のインクジェット記録ヘッドは、その後、ダイシングソー等により切断分離、チップ化し、吐出エネルギー発生素子３を駆動させる電気的接合を行うことができる。また、インク室にインクを供給するチップタンク部材を接続することができる。
【００４５】
以下、本発明の代表的な実施例について説明する。なお、以下に示す実施例の形態以外にも、例えば図７に示すように、インク室に連通する第１の凹部１７の形状を様々な形に形成してもよい。
【００４６】
（実施例１）
まず、図２（Ａ）に示すように、吐出エネルギー発生素子３（材質：ＴａＳｉＮ）を有する厚さ６２５μｍのシリコン基板１を用意した。シリコン基板１には、ドライバーやロジック回路（不図示）が複数個配置され、その上の流路形成部位に蓄熱層（不図示）及びエッチングストップ層（ＳｉＮ）４が形成されている。また、後工程においてインク経路５を形成する位置に相当する部分の蓄熱層及びエッチングストップ層（ＳｉＮ）４は除去されている。
【００４７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面側と裏面側にポリアミド樹脂を用いてそれぞれ密着性向上層７とエッチングマスク層８を形成した。
【００４８】
密着性向上層７及びエッチングマスク層８は、具体的には、以下の方法で形成した。まず、ポリアミド樹脂をスピンコートにて２μｍ厚でシリコン基板１の表面側及び裏面側に塗布し、オーブン炉にて１００℃／３０ｍｉｎ＋２５０℃／６０ｍｉｎベークして硬化させた。続いて、シリコン基板１の表面側及び裏面側にポジ型レジスト（東京応化社製、商品名：ＩＰ５７００）をスピンコートにより５μｍ厚で塗布した。続いて、表面側のポジ型レジストをフォトマスクを用いてｉ線ステッパーにて露光した。続いて、東京応化社製ＮＭＤ−３（商品名）にて現像して剥き出しになったポリアミド樹脂をＲＩＥ方式にてドライエッチングし、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってレジストを除去し、密着性向上層７を形成した。また、シリコン基板１の裏面側にポジ型レジストＩＰ５７００（商品名）をスピンコートにより５μｍ厚で塗布し、フォトマスクを用いてｉｈｇ線の投影露光装置にて一括露光した。続いて、東京応化社製ＮＭＤ−３（商品名）にて現像して剥き出しになったポリアミド樹脂をケミカルドライエッチングにてエッチングした。そして、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってレジストを除去し、エッチングマスク層８を形成した。
【００４９】
次に、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の表面側に流路型材１０を形成した。流路型材１０の形成は、まず、ポジ型の東京応化社製ＯＤＵＲ（商品名）をスピンコートにより１４μｍ厚で塗布した。続いて、フォトマスクを用いてｉｈｇ線の投影露光装置にて露光し、林純葉社製ＭＰ−５０５０（商品名）で現像し、流路パターンを有する流路型材１０を形成した。
【００５０】
次に、図３（Ａ）に示すように、流路型材１０及び密着性向上層７の上にインク吐出口１４を有する流路形成部材１１を形成した。流路形成部材の形成は、まず、流路型材１０等を形成したシリコン基板１の上にネガ型の感光性樹脂をスピンコートにより２５μｍ厚で塗布した。また、さらにネガ型感光性樹脂の上に撥水材１３をスピンコートにより０．５μｍ厚で塗布した。続いて、撥水材１３及びネガ型感光性樹脂にフォトマスクを用いてｉ線ステッパーにてインク吐出口を有するようなパターンに露光した。露光後、キシレン６０％とメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）４０％の混合液で現像を行い、オーブン炉で１４０℃／６０ｍｉｎにて硬化させ、インク吐出口１４を有する流路形成部材１１を形成した。
【００５１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、東京応化社製ＯＢＣ（商品名）を基板１の表面と側面が全て覆われるようにスピンコートにて４０μｍ厚で塗布し、保護材１４を形成した。
【００５２】
次に、図３（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面側のエッチングマスク層８をマスクとしてシリコン酸化膜６をエッチングし、インク室１６を形成するための異方性エッチングの開始面となるシリコン面を露出させた。シリコン酸化膜６のエッチングは、ダイキン工業社製ＢＨＦ−Ｕ（商品名）にて１５ｍｉｎ処理して行った。
【００５３】
そして、８３℃に加熱温調した関東化学社製ＴＭＡＨ−２２（商品名、水酸化テトラメチルアンモニウム）を異方性エッチング液として用いてシリコン基板をエッチングし、インク室１６を形成した。インク室１６の底部には＜１００＞面を露出しており、インク室の開口表面から該＜１００＞面までの深さは３５０μｍであった。エッチング時間の算出は、所望の厚み（μｍ）÷エッチングレート（ｍｉｎ）で行った。
【００５４】
次に、図４（Ａ）に示すように、インク室１６の底部に露出する＜１００＞面に、レーザー（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）にて先導孔１２を１６０μｍの深さで２列並列に形成した。この時、並列に形成した先導孔１２間の幅は犠牲層２の幅を超えない幅で形成した。ここでは、先導孔１２間の幅は２００μｍとした。
【００５５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、８３℃に加熱温調した関東化学社製ＴＭＡＨ−２２（商品名、水酸化テトラメチルアンモニウム）を異方性エッチング液として用い、インク室１６の底部に第１の凹部１７を形成した。異方性エッチングは、犠牲層２が除去されるまで行った。第１の凹部１７の側壁は＜１１１＞面が露出した状態である。
【００５６】
次に、図４（Ｃ）に示すように、第１の凹部１７の開口位置（インク室の底部）より裏面側のインク室１６の＜１１１＞面に開口するように、インク経路５を形成した。インク経路５の形成は、まず、シリコン基板１のインク室１６や第１の凹部１７を含む裏面にスプレー塗布によりＡＺマテリアル社製ＡＺ-Ｐ４６２０レジスト（商品名）を６μｍ厚で塗布した。続いて、レーザー（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）の出力を上げて、第１の凹部１７の開口位置より裏面側のインク室１６の＜１１１＞面に、エッチングストップ層４まで到達しない深さでレーザー孔を形成した。ここでは、シリコン基板の裏面から深さ２００μｍ位置の＜１１１＞面に、４００μｍの深さでレーザー孔を形成した。続いて、シリコン基板１の裏面側からＲＩＥ方式のドライエッチングを行い、レーザーで形成した孔を流路型材１０まで貫通させ、インク経路５を形成した。
【００５７】
次に、図４（Ｄ）に示すように、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってシリコン基板１の裏面にあるレジストを除去した。続いて、裏面よりエッチングマスク層８をケミカルドライエッチングにて除去した。続いて、キシレン１００％で保護材１５のＯＢＣを除去した。そして、４０℃に加熱温調した乳酸メチルに浸漬させ、２００ｋＨｚ／２００Ｗ超音波をかけることで流路型材１０をインク吐出口１４から溶出させ、インク流路９を形成した。
【００５８】
最後に、オーブン炉にて２００℃／６０ｍｉｎで流路形成部材１１を硬化させた。
【００５９】
以上のように、インク室１６の底部に第１の凹部１７を設けることで、第１の凹部１７内に沈殿したゴミが再浮上し難くなり、凹部にゴミを捕集することができる。本実施例のように、インク室１６と第１の凹部１７との境がくびれ形状となるように形成することで、第１の凹部１７でインク流動時にインクのよどみをより効果的に発生させることができ、第１の凹部１７に沈殿したゴミがさらに再浮上し難くすることができる。
【００６０】
くびれ形状を有する形態として、図４（Ｄ）に示した形態以外にも、図５（Ｂ）、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す形態等が挙げられる。なお、図７に示した形態は、第１の凹部の底部が基板内で閉口しており、第１の凹部の全ての壁面は基板を構成するシリコンが露出しているものである。例えば図５（Ｂ）の場合、流路型材１０形成と同時に犠牲層２上に型材を残すことで形成できる。また図７（Ｃ）の場合は図４（Ａ）の先導孔１２形成時に、犠牲層に到達出来ない深さにレーザー先導孔を形成することで形状を作ることが出来る。
【００６１】
（実施例２）
本実施形態の一例として、流路形成部材１１内に、前記第１の凹部１７に通じる第２の凹部１８を形成しても良い。以下、その実施例を示す。
【００６２】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）までの工程は、実施例１と同様に行った。
【００６３】
次に、図５（Ａ）に示すように、シリコン基板１の表面側に流路型材１０の材料としてポジ型の東京応化社製ＯＤＵＲ（商品名）をスピンコートにより１４μｍ厚で塗布する。フォトマスクを用いてｉｈｇ線の投影露光装置にて露光し、林純葉社製ＭＰ−５０５０（商品名）で現像し、インク流路パターン及び第２の凹部１８のパターンを有する流路型材１０を形成する。第２の凹部１８のパターンは犠牲層２の上側に形成することができる。
【００６４】
次に、実施例１と同様にして図３（Ａ）から図４（Ｃ）までの工程を行い、インク室１６の底部に第１の凹部１７及びインク経路１６を形成した。
【００６５】
次に、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってシリコン基板１裏面のレジストを除去した。続いて、裏面よりエッチングマスク層８をケミカルドライエッチングにて除去した。続いて、第１の凹部の底部に露出しているエッチングストップ層（ＳｉＮ）４をケミカルドライエッチングにて除去した。続いて、キシレン１００％で保護材１５のＯＢＣ（商品名）を除去した。
【００６６】
次に、図５（Ｂ）ｎｉ示すように、４０℃に加熱温調した乳酸メチルに浸漬し２００ｋＨｚ／２００Ｗ超音波をかけることにより流路型材１０をインク吐出口１４及び第１の凹部１７から溶出させ、インク流路９及び第２の凹部１８を形成した。
【００６７】
最後に、オーブン炉にて２００℃／６０ｍｉｎで流路形成部材１１を完全に硬化させた。
【００６８】
本実施例のように、第１の凹部１７に連通する第２の凹部１８を流路形成部材内に形成することにより、さらに深い凹部を形成することができ、より多くのゴミを該凹部に溜めることができる。
【００６９】
（実施例３）
本実施形態の一例として、第１の凹部１７を砲弾型に形成しても良い。図６の砲弾型を形成するには図４（Ａ）の先導孔１２形成時に、犠牲層近くまでレーザー先導孔を形成することで、短時間で犠牲層にエッチングを到達させて犠牲層を除去出来る。そのため、横方向への広がりが進行する前にエッチングを終了できるため、円柱状先細り形状の、いわゆる砲弾形状の第１の凹部１７の形成が可能となる。
【００７０】
図２（Ａ）から図３（Ｃ）までの工程は、実施例１と同様に行った。
【００７１】
次に、インク室１６の底部に露出する＜１００＞面上に、レーザー（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）にて先導孔１２を２６０μｍの深さで２列並列に形成した。ここでは、先導孔１２間の幅は８０μｍに形成した。
【００７２】
次に、図６（Ａ）に示すように、８３℃に加熱温調した関東化学社製ＴＭＡＨ−２２（商品名、水酸化テトラメチルアンモニウム）を異方性エッチング液として用い、犠牲層２が完全に除去された状態までシリコン基板１のエッチングを行い、砲弾型の第１の凹部１７を形成した。第１の凹部１７は、第１の斜面の端部から表面側に向かって垂直方向の壁面を有していた。
【００７３】
そして、実施例１と同様に図４（Ｃ）の工程を行うことにより、図６（Ｂ）の形態を形成した。
【００７４】
本実施例における製法の効果として、第１の凹部１７を形成するための異方性エッチングを実施例１及び２よりも短時間で形成することが可能であり、工数の増加を抑えることができる。図７（Ｄ）に示した形状も本実施例と同様に工数の増加を抑えて、異方性エッチングをより短い時間で形成することができる。
【００７５】
以上の実施例で形成した凹部を有するインクジェット記録ヘッドを用いてインク流動試験を行った結果、凹部にインクのよどみが発生し、本実施形態のインクジェット記録ヘッドがゴミの再浮上を抑える効果を有することが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出する液体吐出ヘッドの及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリント法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が加熱による気化に伴って気泡を発生し、この気泡の成長に伴う膨張カによりインクジェット記録ヘッドの吐出口から液滴がプリント媒体に噴射される。この液滴により、文字やイメージなどの所定の画像情報がプリント媒体にプリントされる。この方法に用いられるインクジェット記録ヘッドは、一般的に以下の構成を備えている。
【０００３】
１．液体を吐出するための吐出口
２．吐出口に連通する液体流路
３．吐出エネルギー発生素子によって発生する熱を蓄熱するための蓄熱層
４．蓄熱層に配されて液体を吐出口から噴射させるための熱エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子
５．吐出エネルギー発生素子を液体から保護するパッシベイション層
また、上述の液体流路に連通し、この液体流路に液体を供給するための液体室を異方性エッチングやＹＡＧレーザー等による先導孔と異方性エッチングとを組み合わせた方法等により形成することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、液体流路と液体室とを吐出口より断面積の小さな複数の貫通孔によって液体経路を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３０７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結晶異方性エッチングにより形成された液体室はそのまま液体流路と直結しており、一般的に、液体が流れる通路の中で一番小さな断面積を有する部分は吐出口となっている。
【０００７】
近年、インクジェット記録ヘッドの吐出口径は、印字品位向上に伴って小さくなる傾向があり、インク中にゴミが混在すると吐出口で詰まる可能性が高くなる。このゴミ詰まりはインク不吐出などの印字不良の原因となる。
【０００８】
ゴミ詰まりを解決する手法として、特許文献１に記載されるように、インク室とインク流路とを吐出口より断面積の小さな貫通孔でインク経路を形成し、ゴミをインク室内に留めておく技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示される形状では、インク室内に溜まったゴミはインクが流動する際にインク室内で自由に動くことができるため、動いたゴミがインク経路に詰まることが懸念される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ゴミの目詰まりを抑制可能な液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室と、前記第１の斜面に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、前記液体室の底部に設けられる第１の凹部と、を有する基板と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【００１１】
また、本発明は、
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口する液体室と、前記液体室に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、を有する基板と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（ａ）表面側に吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板を用意する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の裏面側から第１の結晶異方性エッチング処理を施すことにより、＜１００＞面が底部に露出した状態に前記液体室を形成する工程と、
（ｃ）前記＜１００＞面にレーザーを用いて先導孔を形成した後、前記シリコン基板に第２の結晶異方性エッチング処理を施し、前記液体室の底部に第１の凹部を形成する工程と、
（ｄ）前記液体室の＜１１１＞面に前記シリコン基板の表面まで貫通する液体経路を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成によれば、ゴミの目詰まりを抑制可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の構成例を示す模式的な断面図及び斜視図である。
【図２】本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図３】図２（Ｃ）に続いて、本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図４】図３（Ｃ）に続いて、本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図５】本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図６】本実施形態の製造方法を説明するための模式的な斜視工程図及び断面工程図である。
【図７】本実施形態の第１の凹部の形状を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
１：シリコン基板
２：犠牲層
３：吐出エネルギー発生素子（例えばヒーター）
４：エッチングストップ層
５：液体経路（例えばインク経路）
６：シリコン酸化膜
７：密着性向上層
８：エッチングマスク層
９：液体流路（例えばインク流路）
１０：流路型材
１１：流路形成部材
１２：先導孔
１３：撥水材
１４：吐出口（例えばインク吐出口）
１５：保護材
１６：液体室（例えばインク室）
１７：第１の凹部
１８：第２の凹部
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材を備える。また、前記表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室と、第１の斜面に開口し、液体流路と液体室とを繋ぐ液体経路と、液体室の底部に設けられる第１の凹部と、を有する基板を備える。このような構成とすることにより、液体室の底部に設けられた凹部にゴミが溜まり易くなり、該凹部に沈殿したゴミがインク等の液体の流動によって動きにくくなる。したがって、本発明の構成とすることにより、ゴミの目詰まりを抑制可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。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。
【００１７】
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するが、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。
【００１８】
（実施形態１）
図１に本実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を説明するための概略図を示す。図１（ａ）はインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ線における模式的断面図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）の点線Ｂ部分の構成を示す模式的斜視図である。
【００１９】
図１に示すインクジェット記録ヘッドは、吐出エネルギー発生素子３が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１を有する。前記シリコン基板上１には、密着性向上層７としてポリアミド樹脂層が形成されている。また、シリコン基板１上には、流路形成部材１１が形成されている。流路形成部材１１は、インクを吐出するインク吐出口１４と、該インク吐出口１４に連通するインク流路９と、を構成する。吐出エネルギー発生素子３の上方にインク吐出口１４が形成されている。なお、インク吐出口１４が開口する面を表面とする。
【００２０】
シリコン基板１は、インク流路９に連通するインク経路５と、裏面に開口し、インク経路５にインクを供給するインク室１６と、インク室１６の底部に設けられた第１の凹部１７と、を有する。インク経路５はインク室１６とインク流路９とに連通している。インク室１６の底部にはインク室に連通する第１の凹部１７が形成されている。また、インク経路５のインク室１６における開口は、インク室１６の底部に設けられた第１の凹部１７の開口よりも裏面側に設けられている。また、インク経路５のインク流路９における開口は、吐出エネルギー発生素子３の２つの列の内側に設けられている。
【００２１】
インク室１６は、裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する。インク室１６は例えばシリコンの結晶異方性エッチングにより形成することができる。インク経路５は、インク室１６の第１の斜面に開口し、インク室１６からインク流路９へとインクを供給する。
【００２２】
第１の凹部１７は、第１の斜面の端部から表面側に向かって広がる第２の斜面と、該第２の斜面の端部から表面側に向かって狭まる第３の斜面と、を有する。図１に示すように、第１の凹部１７は、ノズル列に亘って形成されている。第１の凹部１７は、例えば、第１の結晶異方性エッチング処理により形成したインク室１６の底部の＜１００＞面に先導孔を設けた後、第２の結晶異方性エッチング処理を施すことにより形成することができる。本実施形態のように、インク室１６と第１の凹部１７との境がくびれ形状となるように形成することで、第１の凹部１７でインク流動時にインクのよどみをより効果的に発生させることができ、第１の凹部１７に沈殿したゴミがさらに再浮上し難くすることができる。
【００２３】
また、インク室におけるインク経路の開口は、インク吐出口１４の表面開口よりも断面積が小さいことが好ましい。また、インク経路は、インク吐出口よりも断面積が小さい穴で構成されていることが好ましい。
【００２４】
インクジェット記録ヘッドは、インク室１６からインク経路５を介してインク流路９内に充填されたインク（液体）に、吐出エネルギー発生素子３が発生する圧力を加えることによってインク吐出口１４からインク液滴を吐出させる。そして、インク液滴を被記録媒体に付着させることにより記録する。
【００２５】
インク室１６は、シリコン基板１の裏面に設けられたシリコン酸化膜６をマスクとしてシリコンの結晶異方性エッチングによって形成することができる。
【００２６】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、装置に組み込まれた際に、インク吐出口１４が下を向くように設置されることが好ましい。このような構成とすることにより、ゴミが第１の凹部１７に重力で溜まり易くなる。
【００２７】
インクジェット記録ヘッドは、例えば、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等の装置、更に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。また、インクジェット記録ヘッドは、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなど種々の被記録媒体に記録することができる。なお、本明細書において、「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被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。
【００２８】
（実施形態２）
以下、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法について図を参照しながら説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００２９】
図２〜４は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程例を説明するための模式的斜視図（１）及び模式的断面図（２）である。
【００３０】
図２（Ａ）に示されるシリコン基板１（例えば６００〜９００μｍ厚）上には、発熱抵抗体等の吐出エネルギー発生素子３が複数個配置されている。また、シリコン基板１の裏面はシリコン酸化膜６で全面が覆われている。
【００３１】
また、シリコン基板１の上に犠牲層２が形成されている。この犠牲層２は、後工程でアルカリ性の溶液によるシリコン基板１のエッチングの際に、エッチング寸法を調整する役目を果たす。犠牲層２の幅は、例えば８０〜１５０μｍである。この犠牲層２はアルカリ溶液でエッチングされることが可能である。犠牲層２の材料としては、例えば、ポリシリコンや、エッチング速度の速いアルミ、アルミシリコン、アルミ銅、アルミシリコン銅などで形成される。
【００３２】
また、シリコン基板１及び犠牲層２の上には、エッチングストップ層４が設けられている。エッチングストップ層４としては、後工程の異方性エッチング時に犠牲層２が露出した後、アルカリ溶液でのエッチングが進行しないことが必要である。エッチングストップ層４としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコン等を用いることができる。また、ヒーターの裏面側に位置し蓄熱層として用いられる酸化シリコンや、ヒーターの上層に位置し保護膜として機能する窒化シリコン等をエッチングストップ層として用いることが好ましい。
【００３３】
また、図２（Ａ−２）に示すように、後工程においてインク経路５を形成する位置に相当する部分（５’）の蓄熱層及びエッチングストップ層（ＳｉＮ）４を除去しておくことが好ましい。これによりインク経路の形成を容易に行うことができる。
【００３４】
なお、ヒーターの配線やそのヒーターを駆動する為の半導体素子、又蓄熱層は不図示である。
【００３５】
次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面側、つまりエッチングストップ層４の上に、密着性向上層７を形成する。また、シリコン基板１の裏面側、つまりシリコン酸化膜６の上にエッチングマスク層８を形成する。密着性向上層７は、例えば、ポリアミド樹脂を用いてベーク処理及びパターニング処理して形成することができる。密着性向上層７は、ポジ型レジストをスピンコート等により塗布、露光、現像し、密着性向上層の材料をドライエッチング等によりパターニングすることができる。前記ポジ型レジストは剥離される。エッチングマスク層８も同様に形成できる。
【００３６】
次に、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の表面側、つまりエッチングストップ層４の上にインク流路の型となる流路型材１０を形成する。流路型材１０の厚さは、例えば１０〜２５μｍであり、ポジ型レジストをパターニングすることにより形成できる。
【００３７】
次に、図３（Ａ）に示すように、密着性向上層７及び流路型材１０の上に流路形成部材１１を形成する。流路形成部材１１の厚さは、例えば２０〜１００μｍである。流路形成部材１１は、樹脂材料をスピンコート法等により配置して形成できる。また流路形成部材１１の上に撥水材１３をドライフィルムのラミネート等により形成することができる。インク吐出口１４は、流路形成部材１１を紫外線やＤｅｅｐＵＶ光等による露光、現像を行ってパターニングすることにより形成できる。インク吐出口１４の直径は、例えば１０〜３０μｍである。
【００３８】
次に、図３（Ｂ）に示すように、流路型材１０や流路形成部材１１等が形成されているシリコン基板１の表面側及び側面側に保護材１５をスピンコート等によって形成し、基板を保護する。
【００３９】
次に、図３（Ｃ）に示すように、エッチング開始面となるシリコン面を露出した後、結晶異方性エッチングによりインク室１６を設ける。より具体的には、まず、エッチングマスク層８をマスクとして、シリコン基板１の裏面のシリコン酸化膜６を除去する。その後、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、シリコン基板１の裏面からエッチングを行ってシリコン基板１の＜１００＞面が露出したインク室１６を形成する。インク室１６はシリコン基板の厚さの１／２以上をエッチングすることにより形成することができる。
【００４０】
次に、図４（Ａ）に示すように、インク室１６の底部に露出した＜１００＞面にレーザーにて先導孔１２を形成する。先導孔１２は未貫通穴とし、２列並列に形成できる。レーザーとしては、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波のレーザーを用いることができる。
【００４１】
そして、ＴＭＡＨを異方性エッチング液として用い、エッチング面を犠牲層２内まで到達させて、図４（Ｂ）に示すように、インク室１６に連通する第１の凹部１７をシリコン基板１内に形成する。
【００４２】
次に、図４（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面全体にレジストをスプレーコート等により塗布する。続いて、第１の凹部１７より裏面側のインク室１６の第１の斜面に開口するように、インク経路５を形成する。インク経路５は、例えば高出力レーザー等を用いて流路型材１０に到達するまで穴を開けることにより形成することができる。また、インク経路５は、流路型材１０に近い位置までシリコン基板１に穴を開け、さらにドライエッチング等にてシリコン基板１の表面まで貫通させることにより形成することができる。インク経路５の直径は、例えば１０〜５０μｍである。レーザーとしては、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波のレーザーを用いることができる。
【００４３】
次に、図４（Ｄ）に示すように、シリコン基板１の裏面に設けたレジストを剥離する。続いて、エッチングマスク層８をドライエッチングで除去する。また、保護材１５を除去する。そして、流路型材１０をインク吐出口１４から溶出させ、インク流路９を形成し、インクジェット記録ヘッドを製造する。
【００４４】
以上のインクジェット記録ヘッドは、その後、ダイシングソー等により切断分離、チップ化し、吐出エネルギー発生素子３を駆動させる電気的接合を行うことができる。また、インク室にインクを供給するチップタンク部材を接続することができる。
【００４５】
以下、本発明の代表的な実施例について説明する。なお、以下に示す実施例の形態以外にも、例えば図７に示すように、インク室に連通する第１の凹部１７の形状を様々な形に形成してもよい。
【００４６】
（実施例１）
まず、図２（Ａ）に示すように、吐出エネルギー発生素子３（材質：ＴａＳｉＮ）を有する厚さ６２５μｍのシリコン基板１を用意した。シリコン基板１には、ドライバーやロジック回路（不図示）が複数個配置され、その上の流路形成部位に蓄熱層（不図示）及びエッチングストップ層（ＳｉＮ）４が形成されている。また、後工程においてインク経路５を形成する位置に相当する部分の蓄熱層及びエッチングストップ層（ＳｉＮ）４は除去されている。
【００４７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面側と裏面側にポリアミド樹脂を用いてそれぞれ密着性向上層７とエッチングマスク層８を形成した。
【００４８】
密着性向上層７及びエッチングマスク層８は、具体的には、以下の方法で形成した。まず、ポリアミド樹脂をスピンコートにて２μｍ厚でシリコン基板１の表面側及び裏面側に塗布し、オーブン炉にて１００℃／３０ｍｉｎ＋２５０℃／６０ｍｉｎベークして硬化させた。続いて、シリコン基板１の表面側及び裏面側にポジ型レジスト（東京応化社製、商品名：ＩＰ５７００）をスピンコートにより５μｍ厚で塗布した。続いて、表面側のポジ型レジストをフォトマスクを用いてｉ線ステッパーにて露光した。続いて、東京応化社製ＮＭＤ−３（商品名）にて現像して剥き出しになったポリアミド樹脂をＲＩＥ方式にてドライエッチングし、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってレジストを除去し、密着性向上層７を形成した。また、シリコン基板１の裏面側にポジ型レジストＩＰ５７００（商品名）をスピンコートにより５μｍ厚で塗布し、フォトマスクを用いてｉｈｇ線の投影露光装置にて一括露光した。続いて、東京応化社製ＮＭＤ−３（商品名）にて現像して剥き出しになったポリアミド樹脂をケミカルドライエッチングにてエッチングした。そして、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってレジストを除去し、エッチングマスク層８を形成した。
【００４９】
次に、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の表面側に流路型材１０を形成した。流路型材１０の形成は、まず、ポジ型の東京応化社製ＯＤＵＲ（商品名）をスピンコートにより１４μｍ厚で塗布した。続いて、フォトマスクを用いてｉｈｇ線の投影露光装置にて露光し、林純葉社製ＭＰ−５０５０（商品名）で現像し、流路パターンを有する流路型材１０を形成した。
【００５０】
次に、図３（Ａ）に示すように、流路型材１０及び密着性向上層７の上にインク吐出口１４を有する流路形成部材１１を形成した。流路形成部材の形成は、まず、流路型材１０等を形成したシリコン基板１の上にネガ型の感光性樹脂をスピンコートにより２５μｍ厚で塗布した。また、さらにネガ型感光性樹脂の上に撥水材１３をスピンコートにより０．５μｍ厚で塗布した。続いて、撥水材１３及びネガ型感光性樹脂にフォトマスクを用いてｉ線ステッパーにてインク吐出口を有するようなパターンに露光した。露光後、キシレン６０％とメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）４０％の混合液で現像を行い、オーブン炉で１４０℃／６０ｍｉｎにて硬化させ、インク吐出口１４を有する流路形成部材１１を形成した。
【００５１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、東京応化社製ＯＢＣ（商品名）を基板１の表面と側面が全て覆われるようにスピンコートにて４０μｍ厚で塗布し、保護材１４を形成した。
【００５２】
次に、図３（Ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面側のエッチングマスク層８をマスクとしてシリコン酸化膜６をエッチングし、インク室１６を形成するための異方性エッチングの開始面となるシリコン面を露出させた。シリコン酸化膜６のエッチングは、ダイキン工業社製ＢＨＦ−Ｕ（商品名）にて１５ｍｉｎ処理して行った。
【００５３】
そして、８３℃に加熱温調した関東化学社製ＴＭＡＨ−２２（商品名、水酸化テトラメチルアンモニウム）を異方性エッチング液として用いてシリコン基板をエッチングし、インク室１６を形成した。インク室１６の底部には＜１００＞面を露出しており、インク室の開口表面から該＜１００＞面までの深さは３５０μｍであった。エッチング時間の算出は、所望の厚み（μｍ）÷エッチングレート（ｍｉｎ）で行った。
【００５４】
次に、図４（Ａ）に示すように、インク室１６の底部に露出する＜１００＞面に、レーザー（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）にて先導孔１２を１６０μｍの深さで２列並列に形成した。この時、並列に形成した先導孔１２間の幅は犠牲層２の幅を超えない幅で形成した。ここでは、先導孔１２間の幅は２００μｍとした。
【００５５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、８３℃に加熱温調した関東化学社製ＴＭＡＨ−２２（商品名、水酸化テトラメチルアンモニウム）を異方性エッチング液として用い、インク室１６の底部に第１の凹部１７を形成した。異方性エッチングは、犠牲層２が除去されるまで行った。第１の凹部１７の側壁は＜１１１＞面が露出した状態である。
【００５６】
次に、図４（Ｃ）に示すように、第１の凹部１７の開口位置（インク室の底部）より裏面側のインク室１６の＜１１１＞面に開口するように、インク経路５を形成した。インク経路５の形成は、まず、シリコン基板１のインク室１６や第１の凹部１７を含む裏面にスプレー塗布によりＡＺマテリアル社製ＡＺ-Ｐ４６２０レジスト（商品名）を６μｍ厚で塗布した。続いて、レーザー（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）の出力を上げて、第１の凹部１７の開口位置より裏面側のインク室１６の＜１１１＞面に、エッチングストップ層４まで到達しない深さでレーザー孔を形成した。ここでは、シリコン基板の裏面から深さ２００μｍ位置の＜１１１＞面に、４００μｍの深さでレーザー孔を形成した。続いて、シリコン基板１の裏面側からＲＩＥ方式のドライエッチングを行い、レーザーで形成した孔を流路型材１０まで貫通させ、インク経路５を形成した。
【００５７】
次に、図４（Ｄ）に示すように、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってシリコン基板１の裏面にあるレジストを除去した。続いて、裏面よりエッチングマスク層８をケミカルドライエッチングにて除去した。続いて、キシレン１００％で保護材１５のＯＢＣを除去した。そして、４０℃に加熱温調した乳酸メチルに浸漬させ、２００ｋＨｚ／２００Ｗ超音波をかけることで流路型材１０をインク吐出口１４から溶出させ、インク流路９を形成した。
【００５８】
最後に、オーブン炉にて２００℃／６０ｍｉｎで流路形成部材１１を硬化させた。
【００５９】
以上のように、インク室１６の底部に第１の凹部１７を設けることで、第１の凹部１７内に沈殿したゴミが再浮上し難くなり、凹部にゴミを捕集することができる。本実施例のように、インク室１６と第１の凹部１７との境がくびれ形状となるように形成することで、第１の凹部１７でインク流動時にインクのよどみをより効果的に発生させることができ、第１の凹部１７に沈殿したゴミがさらに再浮上し難くすることができる。
【００６０】
くびれ形状を有する形態として、図４（Ｄ）に示した形態以外にも、図５（Ｂ）、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す形態等が挙げられる。なお、図７に示した形態は、第１の凹部の底部が基板内で閉口しており、第１の凹部の全ての壁面は基板を構成するシリコンが露出しているものである。例えば図５（Ｂ）の場合、流路型材１０形成と同時に犠牲層２上に型材を残すことで形成できる。また図７（Ｃ）の場合は図４（Ａ）の先導孔１２形成時に、犠牲層に到達出来ない深さにレーザー先導孔を形成することで形状を作ることが出来る。
【００６１】
（実施例２）
本実施形態の一例として、流路形成部材１１内に、前記第１の凹部１７に通じる第２の凹部１８を形成しても良い。以下、その実施例を示す。
【００６２】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）までの工程は、実施例１と同様に行った。
【００６３】
次に、図５（Ａ）に示すように、シリコン基板１の表面側に流路型材１０の材料としてポジ型の東京応化社製ＯＤＵＲ（商品名）をスピンコートにより１４μｍ厚で塗布する。フォトマスクを用いてｉｈｇ線の投影露光装置にて露光し、林純葉社製ＭＰ−５０５０（商品名）で現像し、インク流路パターン及び第２の凹部１８のパターンを有する流路型材１０を形成する。第２の凹部１８のパターンは犠牲層２の上側に形成することができる。
【００６４】
次に、実施例１と同様にして図３（Ａ）から図４（Ｃ）までの工程を行い、インク室１６の底部に第１の凹部１７及びインク経路１６を形成した。
【００６５】
次に、ローム社製リムーバ１１１２Ａ（商品名）によってシリコン基板１裏面のレジストを除去した。続いて、裏面よりエッチングマスク層８をケミカルドライエッチングにて除去した。続いて、第１の凹部の底部に露出しているエッチングストップ層（ＳｉＮ）４をケミカルドライエッチングにて除去した。続いて、キシレン１００％で保護材１５のＯＢＣ（商品名）を除去した。
【００６６】
次に、図５（Ｂ）ｎｉ示すように、４０℃に加熱温調した乳酸メチルに浸漬し２００ｋＨｚ／２００Ｗ超音波をかけることにより流路型材１０をインク吐出口１４及び第１の凹部１７から溶出させ、インク流路９及び第２の凹部１８を形成した。
【００６７】
最後に、オーブン炉にて２００℃／６０ｍｉｎで流路形成部材１１を完全に硬化させた。
【００６８】
本実施例のように、第１の凹部１７に連通する第２の凹部１８を流路形成部材内に形成することにより、さらに深い凹部を形成することができ、より多くのゴミを該凹部に溜めることができる。
【００６９】
（実施例３）
本実施形態の一例として、第１の凹部１７を砲弾型に形成しても良い。図６の砲弾型を形成するには図４（Ａ）の先導孔１２形成時に、犠牲層近くまでレーザー先導孔を形成することで、短時間で犠牲層にエッチングを到達させて犠牲層を除去出来る。そのため、横方向への広がりが進行する前にエッチングを終了できるため、円柱状先細り形状の、いわゆる砲弾形状の第１の凹部１７の形成が可能となる。
【００７０】
図２（Ａ）から図３（Ｃ）までの工程は、実施例１と同様に行った。
【００７１】
次に、インク室１６の底部に露出する＜１００＞面上に、レーザー（ＴＨＧ：波長３５５ｎｍ）にて先導孔１２を２６０μｍの深さで２列並列に形成した。ここでは、先導孔１２間の幅は８０μｍに形成した。
【００７２】
次に、図６（Ａ）に示すように、８３℃に加熱温調した関東化学社製ＴＭＡＨ−２２（商品名、水酸化テトラメチルアンモニウム）を異方性エッチング液として用い、犠牲層２が完全に除去された状態までシリコン基板１のエッチングを行い、砲弾型の第１の凹部１７を形成した。第１の凹部１７は、第１の斜面の端部から表面側に向かって垂直方向の壁面を有していた。
【００７３】
そして、実施例１と同様に図４（Ｃ）の工程を行うことにより、図６（Ｂ）の形態を形成した。
【００７４】
本実施例における製法の効果として、第１の凹部１７を形成するための異方性エッチングを実施例１及び２よりも短時間で形成することが可能であり、工数の増加を抑えることができる。図７（Ｄ）に示した形状も本実施例と同様に工数の増加を抑えて、異方性エッチングをより短い時間で形成することができる。
【００７５】
以上の実施例で形成した凹部を有するインクジェット記録ヘッドを用いてインク流動試験を行った結果、凹部にインクのよどみが発生し、本実施形態のインクジェット記録ヘッドがゴミの再浮上を抑える効果を有することが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室と、前記第１の斜面に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、前記液体室の底部に設けられる第１の凹部と、を有する基板と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の凹部は、前記第１の斜面の端部から表面側に向かって広がる第２の斜面と、該第２の斜面の端部から表面側に向かって狭まる第３の斜面と、を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の凹部は、前記第１の斜面の端部から表面側に向かって垂直方向の壁面を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記液体室における前記液体経路の開口は、前記吐出口の前記表面における開口よりも断面積が小さい請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記液体経路は、前記吐出口よりも断面積が小さい穴で構成されている請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記液体室は、第１の結晶異方性エッチング処理により形成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第１の凹部は、前記第１の結晶異方性エッチング処理により形成された前記液体室の底部の＜１００＞面に先導孔を設けた後、第２の結晶異方性エッチング処理を施すことにより形成されている請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記第１の凹部に連通する第２の凹部が前記流路形成部材内に設けられている請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第１の凹部の底部は、前記基板の表面側に設けられた前記第２の結晶異方性エッチング処理に対するエッチングストップ層が露出している請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記第１の凹部の底部は前記基板内で閉口しており、該第１の凹部の全ての壁面は前記基板を構成するシリコンが露出している請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口する液体室と、前記液体室に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、を有する基板と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（ａ）表面側に吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板を用意する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の裏面側から第１の結晶異方性エッチング処理を施すことにより、＜１００＞面が底部に露出した状態に前記液体室を形成する工程と、
（ｃ）前記＜１００＞面にレーザーを用いて先導孔を形成した後、前記シリコン基板に第２の結晶異方性エッチング処理を施し、前記液体室の底部に第１の凹部を形成する工程と、
（ｄ）前記液体室の＜１１１＞面に前記シリコン基板の表面まで貫通する液体経路を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記第１の凹部は、前記第１の結晶異方性エッチング処理により形成された＜１１１＞面からなる第１の斜面の端部から表面側に向かって広がる第２の斜面と、該第２の斜面の端部から表面側に向かって狭まる第３の斜面と、を有する請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の凹部は、前記第１の結晶異方性エッチング処理により形成された＜１１１＞面からなる第１の斜面の端部から表面側に向かって垂直方向の壁面を有する請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記液体室における前記液体経路の開口は、前記吐出口の前記表面における開口よりも断面積が小さい請求項１１乃至１３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記液体経路は、前記吐出口よりも断面積が小さい穴で構成されている請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ｃ）において、前記レーザーは、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波である請求項１１乃至１５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｄ）において、前記液体経路は、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波のレーザーを用いて未貫通穴を形成した後、ドライエッチングすることにより形成する請求項１１乃至１６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｄ）において、前記液体経路は、前記シリコン基板の裏面側からＲＩＥ方式のドライエッチングにより形成する請求項１１乃至１６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
前記工程（ａ）において、前記前記シリコン基板の表面であって前記第１の凹部の表面側に相当する位置に犠牲層が形成されている請求項１１乃至１８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２０】
前記工程（ａ）において、前記シリコン基板及び前記犠牲層の表面にエッチングストップ層が形成されており、
前記工程（ｃ）において、前記エッチングストップ層が露出するまで前記第２の結晶異方性エッチング処理を行い、前記第１の凹部を形成する請求項１９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２１】
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間に、前記シリコン基板の表面側に前記液体流路のパターンを有する流路型材を形成する工程と、前記流路型材の上に前記吐出口を有する前記流路形成部材を形成する工程と、を有する請求項１９又は２０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２２】
前記流路型材は、前記液体流路のパターンに加え、前記犠牲層の上側にも配置されている請求項２１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２３】
前記工程（ｃ）の後、前記第１の凹部の底部に露出する前記エッチングストップ層をドライエッチングにより除去した後に前記流路型材を除去することにより、前記第１の凹部に連通する第２の凹部を前記流路形成部材に形成する請求項２２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口し、裏面側から表面側に向かって狭くなる第１の斜面を有する液体室と、前記第１の斜面に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、前記液体室の底部に設けられる第１の凹部と、を有する基板と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の凹部は、前記第１の斜面の端部から表面側に向かって広がる第２の斜面と、該第２の斜面の端部から表面側に向かって狭まる第３の斜面と、を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の凹部は、前記第１の斜面の端部から表面側に向かって垂直方向の壁面を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記液体室における前記液体経路の開口は、前記吐出口の前記表面における開口よりも断面積が小さい請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記液体経路は、前記吐出口よりも断面積が小さい穴で構成されている請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記液体室は、第１の結晶異方性エッチング処理により形成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第１の凹部は、前記第１の結晶異方性エッチング処理により形成された前記液体室の底部の＜１００＞面に先導孔を設けた後、第２の結晶異方性エッチング処理を施すことにより形成されている請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記第１の凹部に連通する第２の凹部が前記流路形成部材内に設けられている請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第１の凹部の底部は、前記基板の表面側に設けられた前記第２の結晶異方性エッチング処理に対するエッチングストップ層が露出している請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記第１の凹部の底部は前記基板内で閉口しており、該第１の凹部の全ての壁面は前記基板を構成するシリコンが露出している請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
表面に開口し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、を構成する流路形成部材と、
前記表面と反対側の裏面に開口する液体室と、前記液体室に開口し、前記液体流路と前記液体室とを繋ぐ液体経路と、を有する基板と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（ａ）表面側に吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板を用意する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の裏面側から第１の結晶異方性エッチング処理を施すことにより、＜１００＞面が底部に露出した状態に前記液体室を形成する工程と、
（ｃ）前記＜１００＞面にレーザーを用いて先導孔を形成した後、前記シリコン基板に第２の結晶異方性エッチング処理を施し、前記液体室の底部に第１の凹部を形成する工程と、
（ｄ）前記液体室の＜１１１＞面に前記シリコン基板の表面まで貫通する液体経路を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記第１の凹部は、前記第１の結晶異方性エッチング処理により形成された＜１１１＞面からなる第１の斜面の端部から表面側に向かって広がる第２の斜面と、該第２の斜面の端部から表面側に向かって狭まる第３の斜面と、を有する請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の凹部は、前記第１の結晶異方性エッチング処理により形成された＜１１１＞面からなる第１の斜面の端部から表面側に向かって垂直方向の壁面を有する請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記液体室における前記液体経路の開口は、前記吐出口の前記表面における開口よりも断面積が小さい請求項１１乃至１３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記液体経路は、前記吐出口よりも断面積が小さい穴で構成されている請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ｃ）において、前記レーザーは、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波である請求項１１乃至１５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｄ）において、前記液体経路は、ＹＡＧの基本波又は第２若しくは第３高調波のレーザーを用いて未貫通穴を形成した後、ドライエッチングすることにより形成する請求項１１乃至１６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｄ）において、前記液体経路は、前記シリコン基板の裏面側からＲＩＥ方式のドライエッチングにより形成する請求項１１乃至１６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
前記工程（ａ）において、前記前記シリコン基板の表面であって前記第１の凹部の表面側に相当する位置に犠牲層が形成されている請求項１１乃至１８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２０】
前記工程（ａ）において、前記シリコン基板及び前記犠牲層の表面にエッチングストップ層が形成されており、
前記工程（ｃ）において、前記エッチングストップ層が露出するまで前記第２の結晶異方性エッチング処理を行い、前記第１の凹部を形成する請求項１９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２１】
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間に、前記シリコン基板の表面側に前記液体流路のパターンを有する流路型材を形成する工程と、前記流路型材の上に前記吐出口を有する前記流路形成部材を形成する工程と、を有する請求項１９又は２０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２２】
前記流路型材は、前記液体流路のパターンに加え、前記犠牲層の上側にも配置されている請求項２１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２３】
前記工程（ｃ）の後、前記第１の凹部の底部に露出する前記エッチングストップ層をドライエッチングにより除去した後に前記流路型材を除去することにより、前記第１の凹部に連通する第２の凹部を前記流路形成部材に形成する請求項２２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２１１６８（Ｐ２０１２−１２１１６８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１７３９（Ｐ２０１０−２７１７３９）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【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２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]