記録素子基板及びインクジェットヘッド並びにその製造方法
【課題】封止信頼性を低下させることなく、記録素子基板と基板支持部材の接着面が従来技術よりも微細化させられるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】記録素子基板２に具備されている、基板支持部材１３と接着する突起８は、金属層９をエッチングマスクとして記録素子基板２をエッチングすることによって、記録素子基板２と同質かつ連続に形成される。したがって、突起８は、金属層９と金属層１４とが金属溶着するのに十分な平坦性を維持した状態で形成されるため、金属層９のバンプを厚くすることなく製造可能であり、安価に製造可能である。
【解決手段】記録素子基板２に具備されている、基板支持部材１３と接着する突起８は、金属層９をエッチングマスクとして記録素子基板２をエッチングすることによって、記録素子基板２と同質かつ連続に形成される。したがって、突起８は、金属層９と金属層１４とが金属溶着するのに十分な平坦性を維持した状態で形成されるため、金属層９のバンプを厚くすることなく製造可能であり、安価に製造可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は記録素子基板及びインクジェットヘッド並びにその製造方法に関する。詳しくは、記録素子基板を基板支持部材に保持固定するインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドに配列された複数の吐出口から微細な液滴状のインクを吐出して画像記録を行う。
【０００３】
一般に、インクジェットヘッドに具備されている記録素子基板は、切り出し方位が＜１００＞のシリコン単結晶基板（以下、単に「シリコン基板」と言う）を用いており、シリコン基板にはインクを吐出する為の吐出圧力発生素子が具備されている。また、吐出圧力発生素子へインクを送るため、シリコン基板を貫通するように供給口が設けられており、供給口から吐出圧力発生素子までインク流路が形成されている。吐出圧力発生素子から圧力を付与されたインクは、インク流路に設けられた吐出口より飛翔し、印刷紙などの記録面に着弾し、所望の画像を得る。
【０００４】
記録素子基板を保持固定する基板支持部材には、記録素子基板の供給口に対応して貫通口が設けられており、インクの流路を形成している。また、記録素子基板の吐出圧力発生素子の具備されている第１の面の反対に位置する第２の面には突起が形成されており、突起の先端と基板支持部材とが接着剤等を用いて固定されている。
【０００５】
図７は、多色（例えばシアン、マゼンダ、イエロー）のインクを吐出する記録素子基板１を一部破断して示す斜視図である。図８は記録素子基板１を支持部材１３上に固定した状態の一例を示す断面図である。
【０００６】
図７において、吐出口１２が平行して配列されてなる吐出口列１８に沿って、供給口１０が各々の色に対してシリコン基板２に形成されている。図８で示すように、供給口１０に対応して基板支持部材１３にも貫通口１６が形成される。従来では、シリコン基板２と基板支持部材１３とを接着する接着剤により、供給口１０と貫通口１６との接触部の封止を行ってきた。
【０００７】
近年のインクジェット記録装置は、高画質、高精彩、高スループットな製品を安価に消費者に提供することが求められている。インクジェット記録装置のコストを削減する手段として、インクジェットヘッドのコストを削減することが挙げられる。
【０００８】
これを達成する１つの方法として、シリコン基板の材料となるシリコンウェハ１枚からから採取するシリコン基板の個数を増加させる方法がある。すなわち、供給口と供給口との間隔を狭くすることでシリコン基板を縮小化し、シリコンウェハ１枚から採取する個数を増加させたい希望がある。
【０００９】
しかしながら、図８で示すように、供給口と供給口との間隔を狭くすると、シリコン基板２と基板支持部材１３との接着面が小さくなってしまい、接着剤の塗布が困難になる。また、接着面を十分に稼げないため、接着剤による十分な封止信頼性を保つことが難しくなる。封止信頼性の低下により、接着面からのインク漏れが発生し、吐出口からのインクの吐出量が不規則となり、記録品位の低下を招く虞がある。多色のインクを吐出するインクジェットヘッドにおいては、異なる色のインクの混在を招き、画質、精細の劣化となるかもしれない。
【００１０】
このような課題に対して、記録素子基板と基板支持部材との接着力を高める方法として、特許文献１では接着剤以外の封止方法が開示されている。特許文献１によれば、はんだバンプを用いて記録素子基板と基板支持部材とを溶着するとともに、異なる色のインクの流路を隔てる流体隔壁を形成する。しかしながら、はんだバンプは一般に数百ミクロンのパターンで形成されるため、記録素子基板と支持部材の接着面を狭くしようとすると、はんだバンプの大きさが弊害となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１９２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の、接着剤やはんだ以外の方法で封止する方法としては、ファインパターンでバンプを形成し、溶着させる方法が挙げられる。バンプを形成する一般的な技術として、金バンプ形成に代表される金属めっき法がある。しかしながら、金属めっき法で形成した記録素子基板上のバンプを基板支持部材と接着するためには、接着面の平坦性を確保するか、平坦性を無視できるほどの高さを有するバンプを形成する必要がある。
【００１３】
特に、シリコン基板に供給口や突起を形成する際、レーザー加工等で行われるが、欠けやばりが発生し、平坦性を低下させてしまう。一般的に、接着面の平坦性を高めるにはＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の平坦化処理が必須である。また、高バンプ形成には多くのめっき時間を必要とする。平坦化処理、高バンプ形成ともに、所望の形状を得るためには製造コストが高くなる課題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、封止信頼性を低下させることなく、記録素子基板と基板支持部材の接着面が従来技術よりも微細化させられるインクジェットヘッド及びその製造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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、インクを吐出する為の記録素子基板と、該記録素子基板を貫通するように設けられ、インクの流路となる供給口と、記録素子基板の一方の面から突出する突起と、該突起と当接し、且つ記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、突起の先端に設けられた第１の金属層と、基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、インクを吐出する為の記録素子基板と、該記録素子基板を貫通するように設けられ、インクの流路となる供給口と、記録素子基板の一方の面から突出するように形成され、供給口を囲うように配されている突起と、該突起と当接し、且つ記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、突起の先端に設けられた第１の金属層と、基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、記録素子基板の一方の面に、第１の金属層を形成する工程と、第１の金属層を覆い、且つ一方の面の一部を露出するようにレジストを形成する工程と、レジストが形成されていない記録素子基板の露出部より、エッチングにより供給口を形成する工程と、
レジストを除去する工程と、第１の金属層をエッチングマスクとして記録素子基板をエッチングすることで、突起を形成する工程と、突起の先端に残存する第１の金属層と第２の金属層とを溶着させる工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、封止信頼性を低下させることなく、記録素子基板と基板支持部材の接着面が従来技術よりも微細化させられる。また、このようなインクジェットヘッドを安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の形態である記録素子基板の代表的な断面図。
【図２】本発明の第１の形態であるインクジェットヘッドの代表的な断面図。
【図３】本発明の第２の形態である貫通電極を具備したインクジェットヘッドの代表的な断面図。
【図４】本発明の第１の形態であるインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図。
【図５】本発明の第２の形態である貫通電極付きインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施例でインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図。
【図７】従来の多色のインクを吐出する記録素子基板を一部破断して示す斜視図。
【図８】従来の記録素子基板を支持部材の上に固定した状態の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、後述する実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をこの技術分野における通常の知識を有する者に十分に説明するために提供されるものである。
【００２０】
図１は、本発明の第１の形態である記録素子基板１の代表的な断面図である。図１に示すように、記録素子基板１は、シリコン基板２と、インクの流路を形成する流路形成部材３とを有する。シリコン基板２の流路形成部材３が具備される面には、耐腐食性を向上させるために熱酸化膜６が形成されており、熱酸化膜６の上にインクに吐出圧力を付与する吐出圧力発生素子４が具備されている。また、吐出圧力発生素子４を駆動する駆動回路５も同様に熱酸化膜の上に具備されており、駆動回路５と吐出圧力発生素子４とは電気配線等で電気的に接続されている。
【００２１】
さらに、吐出圧力発生素子４及び駆動回路５をインクと絶縁するためにパッシベイション膜７が熱酸化膜６の上に形成されており、圧力発生素子４及び駆動回路５はパッシベイション膜７によって埋没されている。流路形成部材３とパッシベイション膜７によって形成される空間がインク流路１１となっており、流路形成部材３の吐出圧力発生素子４に対向する位置には吐出口１２が設けられている。吐出圧力発生素子４によって圧力を付与されたインクは吐出口１２から吐出する。
【００２２】
また、シリコン基板２には、インク流路１１にインクを供給する供給口１０がシリコン基板２を貫通するように具備されている。シリコン基板２の、吐出圧力発生素子４が具備される第１の面の反対側に位置する第２の面に、シリコン基板２と同質且つ連続に、突起８が供給口１０を囲うように形成されている。さらに突起８の先端にはシリコン基板２を溶着固定するための金属層９が具備されている。突起８及び金属層９は、一般的なフォトソリ／エッチングにより形成することが可能なため、５〜５０μｍのピッチで形成が可能である。
【００２３】
突起８及び金属層９を形成する位置においても、フォトソリ／エッチングを行うことで高精度に配置することが可能となり、供給口１０の近傍に突起８及び金属層９を形成することが可能である。
【００２４】
第１の金属層９の材質には、インクに溶出しない不活性な金属、又はインクに溶出しない金属を含む合金より選択できる。例えば、金や白金が適用できる。また、第１の金属層９の厚さは、金属溶着が可能な厚さ以上であれば良く、５００〜３００００Åより選択できる。金属層の形成方法としては、平坦性に影響を及ぼさない手法より選択可能であり、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、スクリーン印刷法などから選択できる。必要であれば、その後パターニングを行ってもよい。
【００２５】
また、後述のインクジェットヘッドの製造方法によれば、金属層９を有する突起８は、他の物質と金属接合をする際に十分な平坦性を有しており、一般的なバンプ接合のような高厚みを有するバンプは必要とせず、製造コストが安価となる。突起８の高さは、製造コストを鑑みて決定すればよく、例えば５〜５００μｍより選択可能となる。
【００２６】
なお、図１では供給口１０や突起８は矩形で表してあるが、本発明においてはそれらの形状を規定するものではない。例えば、供給口１０や突起８は、シリコン基板２の平面に対してテーバーを有していてもよく、曲線状となっていてもよい。
【００２７】
図２は、前述の記録素子基板１の突起８と基板支持部材１３とを当接し、保持固定した際の構成を表すものである。基板支持部材１３の材質としては、平坦性が高く加工性が良いものから選択可能であり、シリコン単結晶基板やアルミナ等の無機化合物の焼結体より選択可能である。シリコン単結晶基板においては、耐腐食性を向上させるために、表面に酸化膜を形成してもよい。
【００２８】
基板支持部材１３には、第２の金属層１４が具備されており、第２の金属層１４が記録素子基板１に形成された第１の金属層９と金属溶着されることによって、基板支持部材１３と記録素子基板１とが接着される。
【００２９】
第２の金属層１４の材質には、第１の金属層９と同様に、インクに溶出しない不活性な金属、又はインクに溶出しない金属を含む合金より選択できる。例えば、金や白金が適用でき、金属層１４の厚さは、１０００〜５００００Åより選択できる。また、金属層の形成方法としては、平坦性に影響を及ぼさない手法より選択可能であり、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、スクリーン印刷法などから選択でき、必要であれば、その後にパターニングを行ってもよい。
【００３０】
第１の金属層９と第２の金属層１４とを金属溶着することにより、供給口１０及び貫通口１６を通過するインクが金属接合された箇所から流出するのを防止する流体隔壁１５が形成可能となる。金属接合の方法としては、例えば超音波溶着により接合できる。
【００３１】
また、金属溶着によって作成された記録素子基板１と基板支持部材１３との間のインクが流入する開口部以外の一部又は全部の空間に、接着性及び封止性を高める封止材を充填してもよい。封止材によって、記録素子基板１と基板支持部材１３の接着力が増加し、また、金属層９と金属層１４との接着箇所からインクが流出した場合でも他のインクが通過する供給口及び貫通口に流入が防止される。したがって、封止材を充填することで、流体隔壁１５の封止信頼性が向上する。
【００３２】
封止材の充填方法としては、アンダーフィル法が好適に用いられる。金属溶着により形成された流体隔壁１５が存在するため、封止材の滴下量の制御が容易となる。具体的には、封止材を多く滴下しても、流体隔壁１５が存在するため、インクが通過する貫通口１６および供給口１０に封止材が流れ込まない。
【００３３】
次に、本発明の第１の形態である記録素子基板１の製造方法について、図４（ａ）〜（ｈ）を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｈ）は、各工程における記録素子基板１の断面図である。
【００３４】
まず、吐出圧力発生素子４、駆動回路５、熱酸化膜６、パッシベイション膜７及び流路形成部材３が具備されたシリコン基板２を用意する。現段階では、シリコン基板２には図１における供給口１０及び突起８は形成されていない。
【００３５】
次に、工程（１）にて図４（ａ）で示すように、シリコン基板２の第２の面に、第１の金属層９を形成する。形成方法としては、前述したように、真空蒸着、スパッタ及びＣＶＤ等の真空成膜技術を用いて形成できる。
【００３６】
続いて、工程（２）にて図４（ｂ）で示すように、第１の金属層９をパターニングする。パターニング方法としては、フォトレジストでマスキングを行い、金属層９を除去したい部分に露光／現像により開口を設ける。次に金属層９に対応したエッチング方法にてエッチングし、その後フォトレジストを除去して達成される。エッチング方法は金属層９に拠るが、例えば金属層９が金であれば、ヨウ素、ヨウ化カリウム溶液にてウェットエッチングが可能である。また、金属層９はフォトリソ／エッチングにより所望のパターンを高精度に実現が可能である。
【００３７】
工程（３）では、図４（ｃ）で示すように、シリコン基板２の金属層９の具備されている第２の面に供給口１０を形成するためのレジスト１４を設ける。このとき、工程（２）においてパターニングされた金属層９はレジスト１４の下に埋没される。レジスト１４は供給口１０を形成するためのエッチングマスク性と金属層９の埋没性より選択され、取り扱い易さを考慮するとスピンコートが可能な液体フォトレジストや、すでにシート状に成形されたドライフィルムレジストなどが好適である。
【００３８】
工程（４）にて、図４（ｄ）で示すように、工程（３）で形成したレジスト１４の供給口１０が形成される所望の位置に開口部１５を設け、シリコン基板２を露出させる。レジスト１４として、前述のようなフォトレジストやドライフィルムレジストのような感光性を有する材料を用いていれば、露光／現象にて開口部１５を形成可能であり、形成位置についても精度良くすることが可能となりうる。
【００３９】
工程（５）にて、供給口１０をシリコン基板２の露出部、すなわちレジスト１４の開口部１５より形成する。形成方法としては、実現したい供給口１０の形状により選択可能であるが、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）、ＣＤＥ（ＣｈｅｍｉｃａｌＤｒｙＥｔｃｈｉｎｇ）、結晶異方性エッチングその他ウェットエッチングが適用できうる。図４（ｅ）での供給口１０の形成方法は、デポジションステップとエッチングステップを繰り返してシリコン基板２を除去する、いわゆるボッシュプロセスというドライエッチング法を用いて、シリコン基板２に対して垂直に供給口１０を形成した場合を示している。
【００４０】
工程（６）にて、レジスト１４を除去する。除去方法としては選択されたレジストに対応した剥離液を用いる。また、Ｏ２を主体としたガスを用いたドライエッチングで除去しても良い（図４（ｆ））。
【００４１】
工程（７）にて、シリコン基板２の金属層９が具備されている第２の面より全面エッチングを行う。このとき、金属層９はエッチングマスクとして機能するため、金属層９の直下のシリコン基板２は膜減りしない。したがって、金属層９の直下のシリコン基板２の箇所は当初の厚さを維持し、図４（ｇ）で示すような突起８が形成される。突起８の先端は、シリコン基板２の平坦性を維持した状態のため、非常に良好な平坦度を有する。エッチング方法としては、求める形状にもよるが、ＲＩＥ、ＣＤＥ、結晶異方性エッチングその他ウェットエッチングが適用できうる。
【００４２】
ところで、工程（７）で全面エッチングすることを考慮して、工程（５）において図４（ｅ）に示すように供給口１０を形成する際に、シリコン基盤２をすべて除去する必要はない。つまり、工程（５）ではハーフエッチングを行い、工程（７）の全面エッチングで残りのシリコン基板２を除去してシリコン基板２を貫通する供給口１０を形成してもよい。この様な工程を踏むことで、供給口１０のオーバーエッチングを抑制することが出来る。
【００４３】
次いで、供給口１０の位置にある熱酸化膜６とパッシベイション７膜をＲＩＥによって除去することによって、供給口１０とインク流路１１が接続される。
【００４４】
最後に工程（８）にて図４（ｈ）に示すように、シリコン基盤２の突起８の先端に残存する第１の金属層９と、基板支持部材１３に具備されている第２の金属層１４とを金属接合することによって保持固定する。前述のとおり、第１の金属層９を有する突起８は、金属接合するために十分な平坦性を有しているため、バンプ等の段差吸収するための構造体が無くとも大面積での接合が容易に行える。
【００４５】
以上の工程で作製されたインクジェットヘッドでは、ファインパターンによって平坦性を維持したまま突起８の形成が可能となり、接着面が微細であっても金属溶着によって十分な封止信頼性が得られ、インク染み込みが低減できうる。また、突起８は位置精度よく形成されるため、供給口１０の近傍に設けることが可能であり、記録素子基板１を微細化することが可能である。
【００４６】
次に、図３に示すものは、本発明の第２の形態である貫通電極付きインクジェットヘッドの構成である。シリコン基板２に具備されている吐出圧力発生素子４の駆動回路５と電気的接続を有し、シリコン基板２を貫通して突起８を有する面へ電極を露出させた貫通電極１６を有する場合における記録素子基板１である。
【００４７】
本発明の第２の構成及び製造方法を用いれば、第１の金属層９と第２の金属層１４との金属接合のほかに、貫通電極１６と支持部材１３に具備された配線層１７との接続も一括で行うことが可能となる。支持部材１３に形成される配線層１７は一般的に配線に用いられる金属であればよく、アルミ、金などが好適である。このとき、第２の金属層１４と同材料を用いることで、配線層１７と第２の金属層１４を同時に形成することもできる。
【００４８】
図５（ａ）〜（ｈ）を用いて、本発明の第２の形態である貫通電極１６を具備する記録素子基板１の製造方法について説明する。なお、処理方法等は第１の形態と同じため、詳細については省略する。
【００４９】
まず、吐出圧力発生素子４、駆動回路５、熱酸化膜６、パッシベイション膜７及び流路形成部材３が具備され、貫通電極１６を有するシリコン基板２を用意する。また、貫通電極１６はシリコン基板２に具備されている駆動回路５と電気的に接続されている。現段階では、シリコン基板２には図３における供給口１０及び突起８は形成されていない。
【００５０】
次に、工程（１）にて図５（ａ）に示すように、シリコン基板２の吐出圧力発生素子４が具備されている第１の面とは反対の第２の面に、第１の金属層９を形成する。続いて、工程（２）にて図５（ｂ）で示すように、第１の金属層９をパターニングする。貫通電極１６が金属層９と同種の金属であり、金属層９のエッチングにより貫通電極１６も除去される場合には貫通電極１６の存在する個所もマスクする必要がある。
【００５１】
工程（３）では図５（ｃ）で示すように、シリコン基板２の金属層９の具備されている面に供給口１０を形成するためのレジスト１４を設ける。このとき、工程（２）においてパターニングされた金属層９及び貫通電極１６はレジスト１４の下に埋没される。工程（４）において、図５（ｄ）で示すように、工程（３）で形成したレジスト１４を供給口１０が形成される所望の位置に開口部１５を設ける。次に工程（５）にて図５（ｅ）で示すように、供給口１０をレジスト１４の開口部１５より形成し、工程（６）にて、レジスト１４を除去する（図５（ｆ））。
【００５２】
さらに工程（７）にて、シリコン基板２の金属層９が具備されている第２の面より全面エッチングを行う。このとき、金属層９はエッチングマスクとして機能するため、図５（ｇ）で示すような突起８が形成される。また、貫通電極１６もエッチングされずにシリコン基板２がエッチバックすることで、シリコン基板２から突出した形状となる。
【００５３】
エッチング方法としては、求める形状および金属層９と貫通電極１６とのエッチング選択比にもよるが、ＲＩＥ、ＣＤＥ、結晶異方性エッチングその他ウェットエッチングが適用できうる。貫通電極１６が金より形成されていれば、例えば前述したボッシュプロセスが適用できる。
【００５４】
このように金属層９をエッチングマスクとして全面エッチングを行うと、金属層９及び貫通電極１６は当初の厚さを維持し、第１の金属層９を有する突起８が形成され、貫通電極１６がシリコン基板２より突出する。そのため、第１の金属層９を有する突起８と貫通電極１６の平坦度は非常に良好となる。
【００５５】
ところで、工程（７）で全面エッチングすることを考慮して、工程（５）にて供給口１０を形成する際に、シリコン基板２を全て除去する必要はない。つまり、工程（５）ではハーフエッチングを行い、工程（７）の全面エッチングにて残りのシリコン基板２を除去して供給口１０を形成してもよい。このような工程を踏むことで、供給口１０部のオーバーエッチングを少なくすることが出来る。
【００５６】
次いで、供給口１０の位置にある熱酸化膜６とパッシベイション７膜をＲＩＥによって除去することによって、供給口１０とインク流路１１が接続される。
【００５７】
最後に工程（８）にて図５（ｈ）に示すように、シリコン基板２をエッチバックして形成された第１の金属層９を有する突起８と貫通電極１６とを支持部材１３に形成した第２の金属層１４と配線層１７とを接合する。前述のとおり、第１の金属層９を有する突起８及び貫通電極１６は金属接合するために十分な平坦性を有しているため、バンプ等の段差吸収するための構造体が無くても大面積での接合が容易に行える。
【００５８】
以上のように作製されたインクジェットヘッドでは、ファインパターンによって平坦性を維持したまま突起８の形成が可能となり、接着面が微細であっても金属溶着によって十分な封止信頼性が得られ、インク染み込みが低減できうる。また、突起８は位置精度よく形成されるため、供給口１０の近傍に設けることが可能であり、記録素子基板１を微細化することが可能である。同時に、貫通電極１６と配線層１７との電気的な接続も達成可能となる。
【００５９】
（実施例１）
以下、実施例により本発明の第１の形態であるインクジェットヘッドの製造方法を図６（ａ）〜（ｈ）を用いて、より詳しく説明する。
【００６０】
基本厚さ３００μｍでインゴット引き出し方位が＜１００＞の単結晶シリコンウェハをシリコン基板２として用意した。
【００６１】
次に、図６（ａ）に示すように、シリコン基板２の片面に熱酸化膜６を形成し、さらに吐出圧力発生素子４と、吐出圧力発生素子４を駆動する駆動回路５とを熱酸化膜６上に配置した。インクと、吐出圧力発生素子４及び駆動回路５とを絶縁するためのパッシベイション膜７を形成した後、吐出口１２を具備した流路形成部材３をパッシベイション膜７の上に具備した。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板２の吐出圧力発生素子４が具備されている第１の面とは反対の第２の面に金属層９を成膜した。金属層９の材料として金を用い、真空蒸着により膜厚２０００Åで成膜した。
【００６３】
続いて、ポジ型のフォトレジストを金属層９の上にスピンコートし、露光・現象により所望のパターンにパターニングを行い、金をウェットエッチングした。金エッチング液には、よう素とよう化カリウムの混合液（ＡＵＲＵＭ−３０２；関東化学（株）製）を用いた。３０℃に調整された金エッチング液に５分間浸漬し、取り出し後よく水洗いを行い乾燥させ、フォトレジストを剥離し、図６（ｃ）のようになった。
【００６４】
再びポジ型のフォトレジストをシリコン基板２の金属層９を成膜した面に塗布し、先ほどパターニングした金属層９はフォトレジストによって覆われた。このフォトレジストをパターニングし、供給口１０を形成する個所のフォトレジストを開口させた。この開口によりシリコン基板２のエッチングを開始し、シリコン基板２の厚さ方向に２７０μｍエッチングしてエッチングを止め、図６（ｄ）のようになった。シリコン基板２のエッチングには、不図示の（ＩＣＰＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッチング装置を用いて、ドライエッチングを行った。エッチングガスには、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスを用い、エッチングステップとデポジションステップを交互に行うボッシュプロセスを適用した。
【００６５】
続いて、ポジ型レジストを剥離した（図６（ｅ））。
【００６６】
さらに供給口１０の残ったシリコン基板２を除去するために、さらにボッシュプロセスによりドライエッチングをシリコン基板２の金属層９を成膜した面の全面に行った。その結果、図６（ｆ）のように、金属層９が存在する個所では、金属層９がマスクとなりエッチングが進行しなかった。それにより、シリコン基板２の金属層９が具備されている面に突起８が形成された。この工程により、金属層９を有する突起８が非常に平坦に形成された。供給口１０のエッチングは、シリコン基板２の熱酸化膜６でストップした。
【００６７】
次に、図６（ｇ）に示すように、供給口１０の箇所に位置する熱酸化膜６及びパッシベイション膜７を、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）により除去し、供給口１０とインク流路１１を接続した。その後、ダイシングによってウェハを小片化した。
【００６８】
一方、アルミナより形成された基板支持部材１３を用意し、金ペーストをスクリーン印刷により厚さ１μｍで所望の個所に印刷し、焼結することで金属層１４を形成した。次に、基板支持部材１３の金属層１４と、先ほど小片化したシリコン基板２の金属層９とを超音波溶着により金属溶着を行った。
【００６９】
最後に、封止材１９をアンダーフィル法によって流体（インク）の通る流路以外の個所に充填しベークすることで、図６（ｈ）に示す流体隔壁を有するインクジェットヘッドが完成した。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、所定色相を有するインクの微小な液滴として記録用紙上の所望の位置に吐出させることにより、画像を記録するインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドに適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 記録素子基板
２ シリコン基板
４ 吐出圧力発生素子
５ 駆動回路
８ 突起
９ 第１の金属層
１０ 供給口
１３ 基板支持部材
１４ 第２の金属層
１５ 流体隔壁
１６ 貫通口
【技術分野】
【０００１】
本発明は記録素子基板及びインクジェットヘッド並びにその製造方法に関する。詳しくは、記録素子基板を基板支持部材に保持固定するインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドに配列された複数の吐出口から微細な液滴状のインクを吐出して画像記録を行う。
【０００３】
一般に、インクジェットヘッドに具備されている記録素子基板は、切り出し方位が＜１００＞のシリコン単結晶基板（以下、単に「シリコン基板」と言う）を用いており、シリコン基板にはインクを吐出する為の吐出圧力発生素子が具備されている。また、吐出圧力発生素子へインクを送るため、シリコン基板を貫通するように供給口が設けられており、供給口から吐出圧力発生素子までインク流路が形成されている。吐出圧力発生素子から圧力を付与されたインクは、インク流路に設けられた吐出口より飛翔し、印刷紙などの記録面に着弾し、所望の画像を得る。
【０００４】
記録素子基板を保持固定する基板支持部材には、記録素子基板の供給口に対応して貫通口が設けられており、インクの流路を形成している。また、記録素子基板の吐出圧力発生素子の具備されている第１の面の反対に位置する第２の面には突起が形成されており、突起の先端と基板支持部材とが接着剤等を用いて固定されている。
【０００５】
図７は、多色（例えばシアン、マゼンダ、イエロー）のインクを吐出する記録素子基板１を一部破断して示す斜視図である。図８は記録素子基板１を支持部材１３上に固定した状態の一例を示す断面図である。
【０００６】
図７において、吐出口１２が平行して配列されてなる吐出口列１８に沿って、供給口１０が各々の色に対してシリコン基板２に形成されている。図８で示すように、供給口１０に対応して基板支持部材１３にも貫通口１６が形成される。従来では、シリコン基板２と基板支持部材１３とを接着する接着剤により、供給口１０と貫通口１６との接触部の封止を行ってきた。
【０００７】
近年のインクジェット記録装置は、高画質、高精彩、高スループットな製品を安価に消費者に提供することが求められている。インクジェット記録装置のコストを削減する手段として、インクジェットヘッドのコストを削減することが挙げられる。
【０００８】
これを達成する１つの方法として、シリコン基板の材料となるシリコンウェハ１枚からから採取するシリコン基板の個数を増加させる方法がある。すなわち、供給口と供給口との間隔を狭くすることでシリコン基板を縮小化し、シリコンウェハ１枚から採取する個数を増加させたい希望がある。
【０００９】
しかしながら、図８で示すように、供給口と供給口との間隔を狭くすると、シリコン基板２と基板支持部材１３との接着面が小さくなってしまい、接着剤の塗布が困難になる。また、接着面を十分に稼げないため、接着剤による十分な封止信頼性を保つことが難しくなる。封止信頼性の低下により、接着面からのインク漏れが発生し、吐出口からのインクの吐出量が不規則となり、記録品位の低下を招く虞がある。多色のインクを吐出するインクジェットヘッドにおいては、異なる色のインクの混在を招き、画質、精細の劣化となるかもしれない。
【００１０】
このような課題に対して、記録素子基板と基板支持部材との接着力を高める方法として、特許文献１では接着剤以外の封止方法が開示されている。特許文献１によれば、はんだバンプを用いて記録素子基板と基板支持部材とを溶着するとともに、異なる色のインクの流路を隔てる流体隔壁を形成する。しかしながら、はんだバンプは一般に数百ミクロンのパターンで形成されるため、記録素子基板と支持部材の接着面を狭くしようとすると、はんだバンプの大きさが弊害となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１９２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の、接着剤やはんだ以外の方法で封止する方法としては、ファインパターンでバンプを形成し、溶着させる方法が挙げられる。バンプを形成する一般的な技術として、金バンプ形成に代表される金属めっき法がある。しかしながら、金属めっき法で形成した記録素子基板上のバンプを基板支持部材と接着するためには、接着面の平坦性を確保するか、平坦性を無視できるほどの高さを有するバンプを形成する必要がある。
【００１３】
特に、シリコン基板に供給口や突起を形成する際、レーザー加工等で行われるが、欠けやばりが発生し、平坦性を低下させてしまう。一般的に、接着面の平坦性を高めるにはＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の平坦化処理が必須である。また、高バンプ形成には多くのめっき時間を必要とする。平坦化処理、高バンプ形成ともに、所望の形状を得るためには製造コストが高くなる課題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、封止信頼性を低下させることなく、記録素子基板と基板支持部材の接着面が従来技術よりも微細化させられるインクジェットヘッド及びその製造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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、インクを吐出する為の記録素子基板と、該記録素子基板を貫通するように設けられ、インクの流路となる供給口と、記録素子基板の一方の面から突出する突起と、該突起と当接し、且つ記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、突起の先端に設けられた第１の金属層と、基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、インクを吐出する為の記録素子基板と、該記録素子基板を貫通するように設けられ、インクの流路となる供給口と、記録素子基板の一方の面から突出するように形成され、供給口を囲うように配されている突起と、該突起と当接し、且つ記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、突起の先端に設けられた第１の金属層と、基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、記録素子基板の一方の面に、第１の金属層を形成する工程と、第１の金属層を覆い、且つ一方の面の一部を露出するようにレジストを形成する工程と、レジストが形成されていない記録素子基板の露出部より、エッチングにより供給口を形成する工程と、
レジストを除去する工程と、第１の金属層をエッチングマスクとして記録素子基板をエッチングすることで、突起を形成する工程と、突起の先端に残存する第１の金属層と第２の金属層とを溶着させる工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、封止信頼性を低下させることなく、記録素子基板と基板支持部材の接着面が従来技術よりも微細化させられる。また、このようなインクジェットヘッドを安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の形態である記録素子基板の代表的な断面図。
【図２】本発明の第１の形態であるインクジェットヘッドの代表的な断面図。
【図３】本発明の第２の形態である貫通電極を具備したインクジェットヘッドの代表的な断面図。
【図４】本発明の第１の形態であるインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図。
【図５】本発明の第２の形態である貫通電極付きインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施例でインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図。
【図７】従来の多色のインクを吐出する記録素子基板を一部破断して示す斜視図。
【図８】従来の記録素子基板を支持部材の上に固定した状態の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、後述する実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をこの技術分野における通常の知識を有する者に十分に説明するために提供されるものである。
【００２０】
図１は、本発明の第１の形態である記録素子基板１の代表的な断面図である。図１に示すように、記録素子基板１は、シリコン基板２と、インクの流路を形成する流路形成部材３とを有する。シリコン基板２の流路形成部材３が具備される面には、耐腐食性を向上させるために熱酸化膜６が形成されており、熱酸化膜６の上にインクに吐出圧力を付与する吐出圧力発生素子４が具備されている。また、吐出圧力発生素子４を駆動する駆動回路５も同様に熱酸化膜の上に具備されており、駆動回路５と吐出圧力発生素子４とは電気配線等で電気的に接続されている。
【００２１】
さらに、吐出圧力発生素子４及び駆動回路５をインクと絶縁するためにパッシベイション膜７が熱酸化膜６の上に形成されており、圧力発生素子４及び駆動回路５はパッシベイション膜７によって埋没されている。流路形成部材３とパッシベイション膜７によって形成される空間がインク流路１１となっており、流路形成部材３の吐出圧力発生素子４に対向する位置には吐出口１２が設けられている。吐出圧力発生素子４によって圧力を付与されたインクは吐出口１２から吐出する。
【００２２】
また、シリコン基板２には、インク流路１１にインクを供給する供給口１０がシリコン基板２を貫通するように具備されている。シリコン基板２の、吐出圧力発生素子４が具備される第１の面の反対側に位置する第２の面に、シリコン基板２と同質且つ連続に、突起８が供給口１０を囲うように形成されている。さらに突起８の先端にはシリコン基板２を溶着固定するための金属層９が具備されている。突起８及び金属層９は、一般的なフォトソリ／エッチングにより形成することが可能なため、５〜５０μｍのピッチで形成が可能である。
【００２３】
突起８及び金属層９を形成する位置においても、フォトソリ／エッチングを行うことで高精度に配置することが可能となり、供給口１０の近傍に突起８及び金属層９を形成することが可能である。
【００２４】
第１の金属層９の材質には、インクに溶出しない不活性な金属、又はインクに溶出しない金属を含む合金より選択できる。例えば、金や白金が適用できる。また、第１の金属層９の厚さは、金属溶着が可能な厚さ以上であれば良く、５００〜３００００Åより選択できる。金属層の形成方法としては、平坦性に影響を及ぼさない手法より選択可能であり、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、スクリーン印刷法などから選択できる。必要であれば、その後パターニングを行ってもよい。
【００２５】
また、後述のインクジェットヘッドの製造方法によれば、金属層９を有する突起８は、他の物質と金属接合をする際に十分な平坦性を有しており、一般的なバンプ接合のような高厚みを有するバンプは必要とせず、製造コストが安価となる。突起８の高さは、製造コストを鑑みて決定すればよく、例えば５〜５００μｍより選択可能となる。
【００２６】
なお、図１では供給口１０や突起８は矩形で表してあるが、本発明においてはそれらの形状を規定するものではない。例えば、供給口１０や突起８は、シリコン基板２の平面に対してテーバーを有していてもよく、曲線状となっていてもよい。
【００２７】
図２は、前述の記録素子基板１の突起８と基板支持部材１３とを当接し、保持固定した際の構成を表すものである。基板支持部材１３の材質としては、平坦性が高く加工性が良いものから選択可能であり、シリコン単結晶基板やアルミナ等の無機化合物の焼結体より選択可能である。シリコン単結晶基板においては、耐腐食性を向上させるために、表面に酸化膜を形成してもよい。
【００２８】
基板支持部材１３には、第２の金属層１４が具備されており、第２の金属層１４が記録素子基板１に形成された第１の金属層９と金属溶着されることによって、基板支持部材１３と記録素子基板１とが接着される。
【００２９】
第２の金属層１４の材質には、第１の金属層９と同様に、インクに溶出しない不活性な金属、又はインクに溶出しない金属を含む合金より選択できる。例えば、金や白金が適用でき、金属層１４の厚さは、１０００〜５００００Åより選択できる。また、金属層の形成方法としては、平坦性に影響を及ぼさない手法より選択可能であり、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、スクリーン印刷法などから選択でき、必要であれば、その後にパターニングを行ってもよい。
【００３０】
第１の金属層９と第２の金属層１４とを金属溶着することにより、供給口１０及び貫通口１６を通過するインクが金属接合された箇所から流出するのを防止する流体隔壁１５が形成可能となる。金属接合の方法としては、例えば超音波溶着により接合できる。
【００３１】
また、金属溶着によって作成された記録素子基板１と基板支持部材１３との間のインクが流入する開口部以外の一部又は全部の空間に、接着性及び封止性を高める封止材を充填してもよい。封止材によって、記録素子基板１と基板支持部材１３の接着力が増加し、また、金属層９と金属層１４との接着箇所からインクが流出した場合でも他のインクが通過する供給口及び貫通口に流入が防止される。したがって、封止材を充填することで、流体隔壁１５の封止信頼性が向上する。
【００３２】
封止材の充填方法としては、アンダーフィル法が好適に用いられる。金属溶着により形成された流体隔壁１５が存在するため、封止材の滴下量の制御が容易となる。具体的には、封止材を多く滴下しても、流体隔壁１５が存在するため、インクが通過する貫通口１６および供給口１０に封止材が流れ込まない。
【００３３】
次に、本発明の第１の形態である記録素子基板１の製造方法について、図４（ａ）〜（ｈ）を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｈ）は、各工程における記録素子基板１の断面図である。
【００３４】
まず、吐出圧力発生素子４、駆動回路５、熱酸化膜６、パッシベイション膜７及び流路形成部材３が具備されたシリコン基板２を用意する。現段階では、シリコン基板２には図１における供給口１０及び突起８は形成されていない。
【００３５】
次に、工程（１）にて図４（ａ）で示すように、シリコン基板２の第２の面に、第１の金属層９を形成する。形成方法としては、前述したように、真空蒸着、スパッタ及びＣＶＤ等の真空成膜技術を用いて形成できる。
【００３６】
続いて、工程（２）にて図４（ｂ）で示すように、第１の金属層９をパターニングする。パターニング方法としては、フォトレジストでマスキングを行い、金属層９を除去したい部分に露光／現像により開口を設ける。次に金属層９に対応したエッチング方法にてエッチングし、その後フォトレジストを除去して達成される。エッチング方法は金属層９に拠るが、例えば金属層９が金であれば、ヨウ素、ヨウ化カリウム溶液にてウェットエッチングが可能である。また、金属層９はフォトリソ／エッチングにより所望のパターンを高精度に実現が可能である。
【００３７】
工程（３）では、図４（ｃ）で示すように、シリコン基板２の金属層９の具備されている第２の面に供給口１０を形成するためのレジスト１４を設ける。このとき、工程（２）においてパターニングされた金属層９はレジスト１４の下に埋没される。レジスト１４は供給口１０を形成するためのエッチングマスク性と金属層９の埋没性より選択され、取り扱い易さを考慮するとスピンコートが可能な液体フォトレジストや、すでにシート状に成形されたドライフィルムレジストなどが好適である。
【００３８】
工程（４）にて、図４（ｄ）で示すように、工程（３）で形成したレジスト１４の供給口１０が形成される所望の位置に開口部１５を設け、シリコン基板２を露出させる。レジスト１４として、前述のようなフォトレジストやドライフィルムレジストのような感光性を有する材料を用いていれば、露光／現象にて開口部１５を形成可能であり、形成位置についても精度良くすることが可能となりうる。
【００３９】
工程（５）にて、供給口１０をシリコン基板２の露出部、すなわちレジスト１４の開口部１５より形成する。形成方法としては、実現したい供給口１０の形状により選択可能であるが、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）、ＣＤＥ（ＣｈｅｍｉｃａｌＤｒｙＥｔｃｈｉｎｇ）、結晶異方性エッチングその他ウェットエッチングが適用できうる。図４（ｅ）での供給口１０の形成方法は、デポジションステップとエッチングステップを繰り返してシリコン基板２を除去する、いわゆるボッシュプロセスというドライエッチング法を用いて、シリコン基板２に対して垂直に供給口１０を形成した場合を示している。
【００４０】
工程（６）にて、レジスト１４を除去する。除去方法としては選択されたレジストに対応した剥離液を用いる。また、Ｏ２を主体としたガスを用いたドライエッチングで除去しても良い（図４（ｆ））。
【００４１】
工程（７）にて、シリコン基板２の金属層９が具備されている第２の面より全面エッチングを行う。このとき、金属層９はエッチングマスクとして機能するため、金属層９の直下のシリコン基板２は膜減りしない。したがって、金属層９の直下のシリコン基板２の箇所は当初の厚さを維持し、図４（ｇ）で示すような突起８が形成される。突起８の先端は、シリコン基板２の平坦性を維持した状態のため、非常に良好な平坦度を有する。エッチング方法としては、求める形状にもよるが、ＲＩＥ、ＣＤＥ、結晶異方性エッチングその他ウェットエッチングが適用できうる。
【００４２】
ところで、工程（７）で全面エッチングすることを考慮して、工程（５）において図４（ｅ）に示すように供給口１０を形成する際に、シリコン基盤２をすべて除去する必要はない。つまり、工程（５）ではハーフエッチングを行い、工程（７）の全面エッチングで残りのシリコン基板２を除去してシリコン基板２を貫通する供給口１０を形成してもよい。この様な工程を踏むことで、供給口１０のオーバーエッチングを抑制することが出来る。
【００４３】
次いで、供給口１０の位置にある熱酸化膜６とパッシベイション７膜をＲＩＥによって除去することによって、供給口１０とインク流路１１が接続される。
【００４４】
最後に工程（８）にて図４（ｈ）に示すように、シリコン基盤２の突起８の先端に残存する第１の金属層９と、基板支持部材１３に具備されている第２の金属層１４とを金属接合することによって保持固定する。前述のとおり、第１の金属層９を有する突起８は、金属接合するために十分な平坦性を有しているため、バンプ等の段差吸収するための構造体が無くとも大面積での接合が容易に行える。
【００４５】
以上の工程で作製されたインクジェットヘッドでは、ファインパターンによって平坦性を維持したまま突起８の形成が可能となり、接着面が微細であっても金属溶着によって十分な封止信頼性が得られ、インク染み込みが低減できうる。また、突起８は位置精度よく形成されるため、供給口１０の近傍に設けることが可能であり、記録素子基板１を微細化することが可能である。
【００４６】
次に、図３に示すものは、本発明の第２の形態である貫通電極付きインクジェットヘッドの構成である。シリコン基板２に具備されている吐出圧力発生素子４の駆動回路５と電気的接続を有し、シリコン基板２を貫通して突起８を有する面へ電極を露出させた貫通電極１６を有する場合における記録素子基板１である。
【００４７】
本発明の第２の構成及び製造方法を用いれば、第１の金属層９と第２の金属層１４との金属接合のほかに、貫通電極１６と支持部材１３に具備された配線層１７との接続も一括で行うことが可能となる。支持部材１３に形成される配線層１７は一般的に配線に用いられる金属であればよく、アルミ、金などが好適である。このとき、第２の金属層１４と同材料を用いることで、配線層１７と第２の金属層１４を同時に形成することもできる。
【００４８】
図５（ａ）〜（ｈ）を用いて、本発明の第２の形態である貫通電極１６を具備する記録素子基板１の製造方法について説明する。なお、処理方法等は第１の形態と同じため、詳細については省略する。
【００４９】
まず、吐出圧力発生素子４、駆動回路５、熱酸化膜６、パッシベイション膜７及び流路形成部材３が具備され、貫通電極１６を有するシリコン基板２を用意する。また、貫通電極１６はシリコン基板２に具備されている駆動回路５と電気的に接続されている。現段階では、シリコン基板２には図３における供給口１０及び突起８は形成されていない。
【００５０】
次に、工程（１）にて図５（ａ）に示すように、シリコン基板２の吐出圧力発生素子４が具備されている第１の面とは反対の第２の面に、第１の金属層９を形成する。続いて、工程（２）にて図５（ｂ）で示すように、第１の金属層９をパターニングする。貫通電極１６が金属層９と同種の金属であり、金属層９のエッチングにより貫通電極１６も除去される場合には貫通電極１６の存在する個所もマスクする必要がある。
【００５１】
工程（３）では図５（ｃ）で示すように、シリコン基板２の金属層９の具備されている面に供給口１０を形成するためのレジスト１４を設ける。このとき、工程（２）においてパターニングされた金属層９及び貫通電極１６はレジスト１４の下に埋没される。工程（４）において、図５（ｄ）で示すように、工程（３）で形成したレジスト１４を供給口１０が形成される所望の位置に開口部１５を設ける。次に工程（５）にて図５（ｅ）で示すように、供給口１０をレジスト１４の開口部１５より形成し、工程（６）にて、レジスト１４を除去する（図５（ｆ））。
【００５２】
さらに工程（７）にて、シリコン基板２の金属層９が具備されている第２の面より全面エッチングを行う。このとき、金属層９はエッチングマスクとして機能するため、図５（ｇ）で示すような突起８が形成される。また、貫通電極１６もエッチングされずにシリコン基板２がエッチバックすることで、シリコン基板２から突出した形状となる。
【００５３】
エッチング方法としては、求める形状および金属層９と貫通電極１６とのエッチング選択比にもよるが、ＲＩＥ、ＣＤＥ、結晶異方性エッチングその他ウェットエッチングが適用できうる。貫通電極１６が金より形成されていれば、例えば前述したボッシュプロセスが適用できる。
【００５４】
このように金属層９をエッチングマスクとして全面エッチングを行うと、金属層９及び貫通電極１６は当初の厚さを維持し、第１の金属層９を有する突起８が形成され、貫通電極１６がシリコン基板２より突出する。そのため、第１の金属層９を有する突起８と貫通電極１６の平坦度は非常に良好となる。
【００５５】
ところで、工程（７）で全面エッチングすることを考慮して、工程（５）にて供給口１０を形成する際に、シリコン基板２を全て除去する必要はない。つまり、工程（５）ではハーフエッチングを行い、工程（７）の全面エッチングにて残りのシリコン基板２を除去して供給口１０を形成してもよい。このような工程を踏むことで、供給口１０部のオーバーエッチングを少なくすることが出来る。
【００５６】
次いで、供給口１０の位置にある熱酸化膜６とパッシベイション７膜をＲＩＥによって除去することによって、供給口１０とインク流路１１が接続される。
【００５７】
最後に工程（８）にて図５（ｈ）に示すように、シリコン基板２をエッチバックして形成された第１の金属層９を有する突起８と貫通電極１６とを支持部材１３に形成した第２の金属層１４と配線層１７とを接合する。前述のとおり、第１の金属層９を有する突起８及び貫通電極１６は金属接合するために十分な平坦性を有しているため、バンプ等の段差吸収するための構造体が無くても大面積での接合が容易に行える。
【００５８】
以上のように作製されたインクジェットヘッドでは、ファインパターンによって平坦性を維持したまま突起８の形成が可能となり、接着面が微細であっても金属溶着によって十分な封止信頼性が得られ、インク染み込みが低減できうる。また、突起８は位置精度よく形成されるため、供給口１０の近傍に設けることが可能であり、記録素子基板１を微細化することが可能である。同時に、貫通電極１６と配線層１７との電気的な接続も達成可能となる。
【００５９】
（実施例１）
以下、実施例により本発明の第１の形態であるインクジェットヘッドの製造方法を図６（ａ）〜（ｈ）を用いて、より詳しく説明する。
【００６０】
基本厚さ３００μｍでインゴット引き出し方位が＜１００＞の単結晶シリコンウェハをシリコン基板２として用意した。
【００６１】
次に、図６（ａ）に示すように、シリコン基板２の片面に熱酸化膜６を形成し、さらに吐出圧力発生素子４と、吐出圧力発生素子４を駆動する駆動回路５とを熱酸化膜６上に配置した。インクと、吐出圧力発生素子４及び駆動回路５とを絶縁するためのパッシベイション膜７を形成した後、吐出口１２を具備した流路形成部材３をパッシベイション膜７の上に具備した。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板２の吐出圧力発生素子４が具備されている第１の面とは反対の第２の面に金属層９を成膜した。金属層９の材料として金を用い、真空蒸着により膜厚２０００Åで成膜した。
【００６３】
続いて、ポジ型のフォトレジストを金属層９の上にスピンコートし、露光・現象により所望のパターンにパターニングを行い、金をウェットエッチングした。金エッチング液には、よう素とよう化カリウムの混合液（ＡＵＲＵＭ−３０２；関東化学（株）製）を用いた。３０℃に調整された金エッチング液に５分間浸漬し、取り出し後よく水洗いを行い乾燥させ、フォトレジストを剥離し、図６（ｃ）のようになった。
【００６４】
再びポジ型のフォトレジストをシリコン基板２の金属層９を成膜した面に塗布し、先ほどパターニングした金属層９はフォトレジストによって覆われた。このフォトレジストをパターニングし、供給口１０を形成する個所のフォトレジストを開口させた。この開口によりシリコン基板２のエッチングを開始し、シリコン基板２の厚さ方向に２７０μｍエッチングしてエッチングを止め、図６（ｄ）のようになった。シリコン基板２のエッチングには、不図示の（ＩＣＰＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッチング装置を用いて、ドライエッチングを行った。エッチングガスには、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスを用い、エッチングステップとデポジションステップを交互に行うボッシュプロセスを適用した。
【００６５】
続いて、ポジ型レジストを剥離した（図６（ｅ））。
【００６６】
さらに供給口１０の残ったシリコン基板２を除去するために、さらにボッシュプロセスによりドライエッチングをシリコン基板２の金属層９を成膜した面の全面に行った。その結果、図６（ｆ）のように、金属層９が存在する個所では、金属層９がマスクとなりエッチングが進行しなかった。それにより、シリコン基板２の金属層９が具備されている面に突起８が形成された。この工程により、金属層９を有する突起８が非常に平坦に形成された。供給口１０のエッチングは、シリコン基板２の熱酸化膜６でストップした。
【００６７】
次に、図６（ｇ）に示すように、供給口１０の箇所に位置する熱酸化膜６及びパッシベイション膜７を、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）により除去し、供給口１０とインク流路１１を接続した。その後、ダイシングによってウェハを小片化した。
【００６８】
一方、アルミナより形成された基板支持部材１３を用意し、金ペーストをスクリーン印刷により厚さ１μｍで所望の個所に印刷し、焼結することで金属層１４を形成した。次に、基板支持部材１３の金属層１４と、先ほど小片化したシリコン基板２の金属層９とを超音波溶着により金属溶着を行った。
【００６９】
最後に、封止材１９をアンダーフィル法によって流体（インク）の通る流路以外の個所に充填しベークすることで、図６（ｈ）に示す流体隔壁を有するインクジェットヘッドが完成した。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、所定色相を有するインクの微小な液滴として記録用紙上の所望の位置に吐出させることにより、画像を記録するインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドに適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 記録素子基板
２ シリコン基板
４ 吐出圧力発生素子
５ 駆動回路
８ 突起
９ 第１の金属層
１０ 供給口
１３ 基板支持部材
１４ 第２の金属層
１５ 流体隔壁
１６ 貫通口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する為の記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の一方の面から突出する突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記突起の先端に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、をさらに備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記突起及び前記第１の金属層が、前記供給口を囲うように配されて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ヘッド。
【請求項３】
前記第１の金属層及び前記第２の金属層は、金、白金その他のインクと不活性な金属、又は、インクと不活性な金属を含む合金よりなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記記録素子基板と前記基板支持部材との間の、前記インクが流入する開口部以外の一部又は全部に、封止材が充填されてい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ヘッド。
【請求項５】
インクを吐出する為の吐出圧力発生素子を備えた記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の、前記吐出圧力発生素子が具備されている第１の面とは反対側に位置する第２の面から突出する突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、
前記吐出圧力発生素子と電気的に接続され、前記第１の面から前記第２の面まで貫通している貫通電極と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記突起の先端、及び、前記貫通電極の、前記吐出圧力発生素子と電気的に接続されていない側に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層及び配線層と、をさらに備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記突起及び前記第１の金属層が、前記供給口を囲うように配されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記第１の金属層及び前記第２の金属層は、金、白金その他のインクと不活性な金属、又は、インクと不活性な金属を含む合金よりなることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記配線層は、前記第２の金属層と同じ材料より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ヘッド。
【請求項９】
前記記録素子基板と前記基板支持部材との間の、前記インクが流入する開口部以外の一部又は全部に、封止材が充填されていることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
インクを吐出する為の記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の一方の面から突出し、前記供給口を囲うように配されている突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、
前記突起の先端に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記記録素子基板の一方の面に、前記第１の金属層を形成する工程と、
前記第１の金属層を覆い、且つ該一方の面の一部を露出するようにレジストを形成する工程と、
前記レジストが形成されていない前記記録素子基板の露出部より、エッチングにより前記供給口を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記記録素子基板をエッチングすることで、前記突起を形成する工程と、
前記突起の先端に残存する前記第１の金属層と、前記第２の金属層とを溶着させる工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記第１の金属層を形成するとき、パターニングによって必要な部分を残すことで前記第１の金属層が形成されることを含む、請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
インクを吐出する為の吐出圧力発生素子を備えた記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の、前記吐出圧力発生素子が具備されている第１の面の反対に位置する第２の面から突出し、前記供給口を囲うように配されている突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、
前記吐出圧力発生素子と電気的に接続され、前記第１の面から前記第２の面まで貫通している貫通電極と、
前記突起の先端、及び、前記貫通電極の、前記吐出圧力発生素子と電気的に接続されていない側に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層及び配線層と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記記録素子基板の、前記吐出圧力発生素子が具備されている面とは反対に位置する前記貫通電極を露出している面に、前記第１の金属層を形成する工程と、
前記第１の金属層を覆い、且つ前記第１の金属層が形成された面の一部を露出するようにレジストを形成する工程と、
前記レジストが形成されていない前記記録素子基板の露出部より、エッチングにより前記供給口を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記記録素子基板をエッチングすることで、前記突起を形成する工程と、
前記突起の先端及び前記貫通電極に残存する前記第１の金属層と、前記第２の金属層及び前記配線層とをそれぞれ溶着させる工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の金属層を形成するとき、パターニングによって必要な部分を残すことで前記第１の金属層が形成されることを含む、請求項１２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
インクを吐出する為の吐出圧力発生素子を備えたシリコン基板と、
前記シリコン基板を貫通するように設けられ、前記インクを圧力発生素子に供給する供給口と、を備えた記録素子基板において、
前記シリコン基板の前記吐出圧力発生素子が具備されている面の反対に位置する面に、前記シリコン基板と同質かつ連続で形成された突起と、該突起の先端に金属層と、をさらに備えていることを特徴とする記録素子基板。
【請求項１５】
前記突起及び前記金属層が、前記供給口を囲うように配されていることを特徴とする請求項１４に記載の記録素子基板。
【請求項１６】
前記金属層は、金、白金その他のインクと不活性な金属、又はインクと不活性な金属を含む合金よりなることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の記録素子基板。
【請求項１】
インクを吐出する為の記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の一方の面から突出する突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記突起の先端に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、をさらに備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記突起及び前記第１の金属層が、前記供給口を囲うように配されて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ヘッド。
【請求項３】
前記第１の金属層及び前記第２の金属層は、金、白金その他のインクと不活性な金属、又は、インクと不活性な金属を含む合金よりなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記記録素子基板と前記基板支持部材との間の、前記インクが流入する開口部以外の一部又は全部に、封止材が充填されてい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ヘッド。
【請求項５】
インクを吐出する為の吐出圧力発生素子を備えた記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の、前記吐出圧力発生素子が具備されている第１の面とは反対側に位置する第２の面から突出する突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、
前記吐出圧力発生素子と電気的に接続され、前記第１の面から前記第２の面まで貫通している貫通電極と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記突起の先端、及び、前記貫通電極の、前記吐出圧力発生素子と電気的に接続されていない側に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層及び配線層と、をさらに備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記突起及び前記第１の金属層が、前記供給口を囲うように配されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記第１の金属層及び前記第２の金属層は、金、白金その他のインクと不活性な金属、又は、インクと不活性な金属を含む合金よりなることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記配線層は、前記第２の金属層と同じ材料より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ヘッド。
【請求項９】
前記記録素子基板と前記基板支持部材との間の、前記インクが流入する開口部以外の一部又は全部に、封止材が充填されていることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
インクを吐出する為の記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の一方の面から突出し、前記供給口を囲うように配されている突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、
前記突起の先端に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記記録素子基板の一方の面に、前記第１の金属層を形成する工程と、
前記第１の金属層を覆い、且つ該一方の面の一部を露出するようにレジストを形成する工程と、
前記レジストが形成されていない前記記録素子基板の露出部より、エッチングにより前記供給口を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記記録素子基板をエッチングすることで、前記突起を形成する工程と、
前記突起の先端に残存する前記第１の金属層と、前記第２の金属層とを溶着させる工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記第１の金属層を形成するとき、パターニングによって必要な部分を残すことで前記第１の金属層が形成されることを含む、請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
インクを吐出する為の吐出圧力発生素子を備えた記録素子基板と、
該記録素子基板を貫通するように設けられ、前記インクの流路となる供給口と、
前記記録素子基板の、前記吐出圧力発生素子が具備されている第１の面の反対に位置する第２の面から突出し、前記供給口を囲うように配されている突起と、
該突起と当接し、且つ前記記録素子基板を保持固定する基板支持部材と、
前記吐出圧力発生素子と電気的に接続され、前記第１の面から前記第２の面まで貫通している貫通電極と、
前記突起の先端、及び、前記貫通電極の、前記吐出圧力発生素子と電気的に接続されていない側に設けられた第１の金属層と、
前記基板支持部材に設けられ、該第１の金属層と溶着されている第２の金属層及び配線層と、を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記記録素子基板の、前記吐出圧力発生素子が具備されている面とは反対に位置する前記貫通電極を露出している面に、前記第１の金属層を形成する工程と、
前記第１の金属層を覆い、且つ前記第１の金属層が形成された面の一部を露出するようにレジストを形成する工程と、
前記レジストが形成されていない前記記録素子基板の露出部より、エッチングにより前記供給口を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記記録素子基板をエッチングすることで、前記突起を形成する工程と、
前記突起の先端及び前記貫通電極に残存する前記第１の金属層と、前記第２の金属層及び前記配線層とをそれぞれ溶着させる工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の金属層を形成するとき、パターニングによって必要な部分を残すことで前記第１の金属層が形成されることを含む、請求項１２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
インクを吐出する為の吐出圧力発生素子を備えたシリコン基板と、
前記シリコン基板を貫通するように設けられ、前記インクを圧力発生素子に供給する供給口と、を備えた記録素子基板において、
前記シリコン基板の前記吐出圧力発生素子が具備されている面の反対に位置する面に、前記シリコン基板と同質かつ連続で形成された突起と、該突起の先端に金属層と、をさらに備えていることを特徴とする記録素子基板。
【請求項１５】
前記突起及び前記金属層が、前記供給口を囲うように配されていることを特徴とする請求項１４に記載の記録素子基板。
【請求項１６】
前記金属層は、金、白金その他のインクと不活性な金属、又はインクと不活性な金属を含む合金よりなることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の記録素子基板。
【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２０１１−２５５４７（Ｐ２０１１−２５５４７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４１７８（Ｐ２００９−１７４１７８）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【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２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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