(57)【要約】【課題】液体吐出ヘッド用基板における液体供給孔の占有幅を狭くする。【解決手段】本発明は、シリコン基板の第１面および第２面にエッチングマスクパターンを形成する工程と、前記シリコン基板のエッチング領域に先導孔を形成する工程と、前記シリコン基板を第１面および第２面の両面から異方性エッチングする工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の第１面および第２面にエッチングマスクパターンを形成する工程と、
前記シリコン基板のエッチング領域に先導孔を形成する工程と、
前記シリコン基板を第１面および第２面の両面から異方性エッチングする工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項２】
前記先導孔は前記シリコン基板を貫通して形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項３】
前記先導孔は前記シリコン基板を未貫通に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングマスクパターンは、第１面および第２面におけるエッチング領域の開口幅が等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１面及び第２面の結晶方位が＜１００＞であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の製造方法で製造された液体吐出ヘッド用基板を有する液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインク等の液体にエネルギーを加えることによって液体を吐出する液体吐出ヘッドに用いる基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にインクジェットヘッドは、インクを吐出するための圧力発生装置、たとえばヒーターボードなどで加熱されて、インク組成物の成分を蒸発させることで圧力を発生してインクが吐出される。また、一般に圧力発生装置が設けられたインクジェットヘッド用基板の裏面からインクは供給される。このためインクジェットヘッド基板には表面と裏面を流体的に連通せしめるためのインク供給口が設けられる。
【０００３】
一般的なインクジェットヘッドの概略模式図を図１に示す。図１において、インクジェットヘッドは、吐出エネルギー発生素子２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を有している。シリコン基板１上にはインク流路３を形成する被覆樹脂層４が設けられている。インク流路３はインクを吐出する吐出口５と連通しており、また、インク流路３にはインク供給口６からインクが供給される。このインクジェットヘッドは、インク供給口６を介してインク流路３に充填されたインクに、吐出エネルギー発生素子２が発生するエネルギーを加えることで、吐出口５からインク液滴を吐出させて被記録媒体に付着させることにより記録を行う。
【０００４】
インクジェットヘッド用基板に対してインク供給口を形成するための方法としては、たとえば特許文献１ではインクジェットヘッド用基板材料である単結晶シリコン基板の特徴を利用して異方性エッチングを用いることが開示されている。また、特許文献２にはレーザ加工を用い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】特開平０９−１２３４６８号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載のインクジェットヘッド用基板に対してレーザを用いてインク供給口を加工する場合、基板面に対して垂直な壁面を有するインク供給口を得ることができる。しかし、インクジェットヘッド用基板の材料として広く用いられている単結晶シリコン基板では、基板面に対して垂直な面は一般に結晶面とはならない。このため、インクの組成によってはインク供給口の壁面がインクによってエッチングされることがある。基板成分がインクに溶出すると、インクジェットヘッドの描画性能の不安定化やインク流路のつまりなどの不良が発生する場合がある。
【０００７】
一方、特許文献１に開示される、異方性エッチングによってインク供給口を形成する方法によれば、インクに対して安定な結晶面でインク供給口壁面を構成することができ、前述のような問題は発生しない。しかし、特許文献１に開示されるような単結晶シリコン製インクジェットヘッド用基板に対するインク供給口の形成方法では、エッチングマスクを基板の片面（裏面）に施し、片面（裏面）から異方性エッチングを施している。そのため、結晶面の基板面に対する傾きによって、インク供給口の断面がテーパ形状を有することになり、インクジェットヘッド用基板の表面での開口幅に対して裏面での開口幅が非常に広くなってしまう（図２参照）。これにより、インク供給口の間を広くとる必要が生じており、インクジェットヘッド用基板のサイズを小さく出来ないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、エッチングマスクを両面に施し、先導孔を形成したシリコン基板の両面から異方性エッチングを行う。
【０００９】
すなわち、本発明は、シリコン基板の第１面および第２面にエッチングマスクパターンを形成する工程と、前記シリコン基板のエッチング領域に先導孔を形成する工程と、前記シリコン基板を第１面および第２面の両面から異方性エッチングする工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
異方性エッチングを実施する前にシリコン基板の両面のエッチング領域に対して先導孔を形成しておくことで、第１面と第２面における開口幅の差を小さくすることができ、液体吐出ヘッド用基板のサイズを縮小することができる。また、エッチング時間の短縮が可能となる。さらに、本発明によれば、液体供給口の断面が液体に対して安定な結晶面で構成された液体吐出ヘッド用基板を提供することが可能である。
【００１１】
液体吐出ヘッドのサイズを小さくすることにより、１枚のウェハ上に形成可能な液体吐出ヘッドの数を増大することができ、インクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドの生産性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のインクジェットヘッドの構成を説明するための概略斜視図である。
【図２】従来のインクジェットヘッドの製造方法により形成されるインク供給口の断面形状（テーパ形状）を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の液体吐出ヘッド用基板の製造方法により作製されたインクジェットヘッド用基板を有するインクジェットヘッドの構成を説明するための概略断面図である。
【図４】実施形態１における液体吐出ヘッド用基板の製造方法の一例を説明するための概略工程図である。
【図５】実施形態１における第１面側からみたエッチングマスクパターンと先導孔の形成例を表す概略図である。
【図６】実施形態２における液体吐出ヘッド用基板の製造方法の一例を説明するための概略工程図である。
【図７】実施形態２における第１面側からみたエッチングマスクパターンと先導孔位置の配置例を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。また、以下の説明では、本発明の適用例として、インクジェットヘッド用基板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、バイオッチップや電子回路印刷用の液体吐出ヘッド用基板にも適用できる。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。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の製造方法は、シリコン基板の両面にエッチングマスクを施し、たとえばレーザ加工によってエッチング領域に先導孔として貫通孔を形成した後に、両面から異方性エッチングを実施する。以下、本実施形態について図４及び５を用いて詳しく説明する。図４は、液体吐出ヘッド用基板の製造方法の一例を説明するための概略工程図であり、（Ａ）は図５におけるＡＡ線での断面図であり、（Ｂ）はＢＢ線での断面図である。図５は、第１面側からみたエッチングマスクパターンと先導孔の形成例を表す概略図である。
【００１５】
まず、シリコン基板１の第１面及び第２面の両面にエッチングマスク材を形成し、露光現像により、第１のエッチングマスクパターン７及び第２のエッチングマスクパターン８を形成する（図４（ａ））。第１及び第２のエッチングマスクパターン７、８はシリコン基板１が露出する開口部を有し、この開口部がエッチング領域１０となる。
【００１６】
また、後工程の異方性エッチングで形成されるインク供給孔（液体供給口）の開口幅を最小とするため、第１及び第２のエッチングマスクパターン７、８における開口部の開口幅は等しくすることが好ましい。
【００１７】
次に、エッチング領域に先導孔として貫通孔を形成する（図４（ｂ））。本発明では、先導孔を形成しておき両面から異方性エッチングを行うことにより、第１面と第２面における開口幅の差を小さくすることができ、インク供給口の壁面を安定な結晶面とすることができる。
【００１８】
とくに先導孔を貫通孔としておくことによりエッチング溶液がすばやく孔に入り込むため、エッチング時間を短縮することができる。また、貫通した孔を形成できればよいため、細かい条件設定を検討する必要がなくなり、レーザ等の条件設定が容易になる。
【００１９】
先導孔を形成する方法は、孔を形成することができれば特に制限されないが、レーザを用いることが好ましい。
【００２０】
次に、先導孔を形成したシリコン基板に対して異方性エッチングを行い、インク供給口６を形成する。図４（ｃ）〜図４（ｆ）は、異方性エッチングの進行状態の概略を示す図である。図４（ｆ）において、シリコン基板に安定な結晶面＜１１１＞をもつインク供給口が形成される。インクジェットヘッド用基板において、インク供給口の幅はインク供給口の第２面の開口から基板の所定の深さ位置まで次第に広がり、その所定の深さ位置を断面の最大幅として基板の表面に向かって次第に狭くなる形状をしている。
【００２１】
異方性エッチングに用いるエッチング液は、公知の各種アルカリエッチング液を利用することができ、たとえばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液（濃度２０％）等を好適に使用することが出来る。エッチング時の温度は６０〜１００℃が望ましい。
【００２２】
（実施形態２）
本実施形態におけるインクジェットヘッド用基板の製造方法は、シリコン基板の両面にエッチングマスクを施し、たとえばレーザ加工によって先導孔として未貫通孔を第１面及び第２面において長手方向で交互に形成した後に、両面から異方性エッチングを実施する。以下、本実施形態について図６及び７を用いて説明する。
【００２３】
まず、シリコン基板１の両面に、開口を有する第１及び第２のエッチングマスクパターン７，８を形成する。後工程の異方性エッチングで形成されるインク供給孔の開口幅を最小とするべく、第１及び第２のエッチングマスクパターンにおける開口部の開口幅は等しくすることが好ましい。
【００２４】
次に、エッチング領域に先導孔として未貫通孔を形成する（図６（ｂ））。未貫通孔の深さはできるだけ深くすることが好ましく、もう一方の表面近くまで孔を開けることが望ましい。さらに、先導孔の位置および深さを適当に制御することにより、異方性エッチングによって露出する結晶面を選択することが可能である。また、エッチングマスクの形状を制御することにより、開口の幅を制御することが可能となる。
【００２５】
ここで、第１面側からみた先導孔の配置構成例を図７に示す。図７において、第１面側の先導孔を９’とし、第２面側の先導孔９’’として表す。また、第２面側の先導孔９’’は説明のため便宜的に第１面に表示する。本実施形態においては、エッチングマスクパターンの開口部端と先導孔との最短距離（開口部端〜先導孔端）との距離ｘは４０μｍ以下にするのが望ましい。また、第１面側の先導孔に対して間隔ｙ１にて第２面側の先導孔をあけ、第１面側の先導孔同士は間隔ｙ２にてあけることができる。図７の例ではｙ２＝２×ｙ１となるようにあけているが、必ずしもこの関係になる必要はない。またｙ１は１．０ｍｍ以下とするのが好ましい。先導孔９’および９’’の径は、異方性エッチング液の浸入を考慮すると１μｍ以上とすることが望ましい。さらに先導孔形成手段（レーザ加工）の加工難易度および加工に所要する時間から考慮すると、１０〜４０μｍ程度が望ましい。また、先導孔９’および９’’の深さは、基板の残存厚みが５０〜３００μｍ程度となるようにすることができる。
【００２６】
次に、先導孔を形成したシリコン基板に対して両面から異方性エッチングを行い、インク供給口６を形成する。図６（ｃ）〜図６（ｆ）は、異方性エッチングの進行状態の概略を示す図である。図６（ｆ）において、シリコン基板に安定な結晶面をもつインク供給口が形成される。
【００２７】
（実施形態３）
図３に、本発明の製造方法により製造されたインクジェットヘッド用基板を有するインクジェットヘッドの断面を示す。液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口に連通しかつ前記液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子を有する液体流路に前記液体を供給する液体供給口が設けられる。以下、その製造方法の例について説明する。
【００２８】
まず、インクジェットヘッド用基板に、インクに対して吐出エネルギーを付与するための吐出エネルギー発生手段２および該吐出エネルギー発生手段に電流を供給するための配線１１を形成する。
【００２９】
ここで、オリフィスプレート１２の作製方法について説明する。オリフィスプレート１２は、たとえば電鋳法を用いて作製できる。以下、簡単に説明する。まず、適当なオリフィス板形状に対して相補的な形状を有するマンドレルを作製する。このマンドレルは隔離のために適度な抜き勾配と寸法を有する。次に、電鋳を一定時間行い、所望の厚さのニッケルがデポジットされた後、マンドレルから取り外す。そして、腐食に耐えるように、得られたニッケルのオリフィスプレート１２を金、パラジウムまたはロジウム等の貴金属で被覆する。
【００３０】
一方、インクジェットヘッド用基板には、吐出エネルギー発生手段２の周囲にインクの拡散と吐出エネルギー発生手段２によって発生した圧力の拡散を防止するための障壁層１３を形成する。障壁層１３は例えば、ネガ特性を有する感光樹脂を塗布し、フォトマスクを通して紫外線を露光し、現像剤により未露光部を除去することにより形成することができる。
【００３１】
次に、吐出口５を有するオリフィスプレート１２を障壁層１３上に位置あわせし、所望の温度下で加圧して接合することにより、図３に示すようなインクジェットヘッドを作製することができる。
【００３２】
従来の製造方法によるインクジェットヘッドのインク供給口（図２）に比べ、本発明の製造方法によるインクジェットヘッド用基板を用いたインクジェットヘッドは第２面のインク供給口の開口が、第１面の開口幅に比してほぼ同じ開口幅が得られる。また、インク供給口の断面において、その占有幅も従来のものより狭くなっている。したがって、本発明の製造方法により作製されたインクジェットヘッド用基板を用いることによりインクジェットヘッドのサイズを縮小することができる。インクジェットヘッドのサイズを小さくすることにより、１枚のウェハ上に形成可能なインクジェットヘッドの数を増大することができ、インクジェットヘッドの生産性を大きく向上させることができる。
【００３３】
なお、インクジェットヘッドによる被記録媒体への記録は、配線１１に電流を供給し、吐出エネルギー発生素子２で発生した圧力によりインク流路内に充填されたインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることにより行う。
【００３４】
なお、インクジェットヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、このインクジェットヘッドを用いることによって、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を行うことができる。なお、本発明において「記録」とは、文字や図形などの意味をも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。
【実施例】
【００３５】
厚み７２５μｍの面方位（第１面及び第２面の結晶方位）＜１００＞を有するシリコン基板１に対して、第１面および第２面にエッチングマスク材を形成した。次に、ＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により窒化シリコン膜を約３００ｎｍ堆積させた後、フォトリソグラフィー法を用いてドライエッチングを行い、第１及び第２のエッチングマスクパターンを形成した（図６（ａ））。また、第１面からみたエッチングマスクパターンは図７に示すとおりである。第１面および第２面におけるそれぞれのエッチングマスクパターンの開口幅は等しくなるようにした。
【００３６】
次に、図７に示すような位置にレーザによって先導孔をあけた。エッチングマスクパターンの開口（エッチング領域）１０の短手方向に２列とし、各列はエッチングマスクパターン開口（エッチング領域）１０の端からの距離ｘを３５μｍとした。また、第１面側の先導孔に対しての第２面側先導孔の間隔ｙ１を１５０μｍとし、第１面側先導孔同士の間隔ｙ２を３００μｍとした。先導孔の形成にはＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍波（波長３５５ｎｍ）のレーザ光を用い、先導孔の径は約２０μｍとした。先導孔９の深さは約６００μｍとした。
【００３７】
次に、シリコン基板１を濃度２０％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を温度８０℃で異方性エッチングを行った。異方性エッチングの進行の状態を図６（ｃ）〜（ｆ）に示す。インクに対して溶出の起こらない結晶面である＜１１１＞面で囲まれたインク供給孔３が形成された。
【００３８】
次に、配線１１、吐出エネルギー発生素子２、及び障壁層１３を形成した。
【００３９】
次に、オリフィスプレート１２を接合してインクジェットヘッドを得た（図３）。
【００４０】
以上により、第１面におけるインク供給口の開口幅とほぼ等しい第２面の開口幅を有し、インク供給口の占有幅が狭く、かつインクに対してシリコンの溶出が発生しないインク供給口を有するインクジェットヘッドを得ることができた。
【符号の説明】
【００４１】
１  シリコン基板
２  吐出エネルギー発生素子
３  インク流路
４  被覆樹脂層
５  吐出口
６  インク供給口
７  第１のエッチングマスクパターン
８  第２のエッチングマスクパターン
９  先導孔
９’  第１面側の先導孔
９’’第２面側の先導孔
１０  エッチング領域（エッチングマスクパターンの開口）
１１  配線
１２  オリフィスプレート
１３  障壁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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