(57)【要約】【課題】吐出口開口とエネルギー発生素子との距離の均一化が図られた液体吐出ヘッドを簡便に精度よく得られる製造方法を提供すること。【解決手段】同一基板上に液体吐出ヘッドの複数を形成してから各液体吐出ヘッドを分離することによる液体吐出ヘッドの製造方法において、基板上に各液体吐出ヘッドの流路の側壁となる層と基板の周縁領域にダミー層とを設け、研磨処理により各側壁の高さを調整する際にダミー層が研磨されることで各側壁の高さの均一性を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するためのエネルギーを発生することが可能な吐出エネルギー発生素子を複数と、液体の吐出口が設けられた吐出口部材と、該吐出口と連通する流路と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
以下の工程：
列をなして配置された、１つの液体吐出ヘッドに対応する複数個のエネルギー発生素子からなる１単位、が互いに隣接して複数単位配置されたヘッド領域と、前記ヘッド領域の外側に位置し、前記ヘッド領域を囲むように、前記１単位中の前記吐出エネルギー発生素子の前記個数に満たない数の吐出エネルギー発生素子が列状に配置された周縁領域と、を有する基板を用意する；
前記基板の前記ヘッド領域の上と前記周縁領域の上とに固体層を設ける；
前記１単位に対応した前記流路の側壁を前記ヘッド領域に、前記流路の側壁を囲むように設けられる外壁部材を前記周縁領域に、前記固体層から形成する；
前記流路の側壁と前記外壁部材とを覆い、かつ、少なくとも前記流路となる部分を占有する埋め込み材料層を設ける；
前記埋め込み材料層に覆われた前記側壁および前記外壁部材が露出するように、前記埋め込み材料層の表面から前記基板に向かって前記埋め込み材料層を研磨して、前記側壁および前記外壁部材が露出した研磨面を得る；
前記研磨面を形成する前記埋め込み材料層と前記側壁とを覆うように前記吐出口部材を設ける；
前記埋め込み材料層を除去して前記流路を形成する；
前記吐出口部材に吐出口を形成する；及び
前記周縁領域を前記基板から除去する、
を有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】
前記固体層がネガ型の感光性樹脂からなる層である請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記側壁と前記外壁部材とが平行に対向配置されている部分を有する請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記埋め込み材料層はポジ型感光性樹脂からなる層である請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記ヘッド領域の前記基板表面における平面形状が矩形である請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記周縁領域とその上に形成された構造物を前記基板から除去する請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記基板をダイシングにより切断することで前記周縁領域を前記基板から除去する請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記基板の前記ヘッド領域を分断することにより一つの液体吐出ヘッドを得る請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的には被記録媒体にインクを吐出することにより記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドの適用例としては、インクをエネルギーにより液滴として記録媒体（通常は、紙）に吐出することで記録を行うインクジェット記録ヘッドが挙げられる。
【０００３】
このような液体吐出ヘッドの製造方法の一例が、米国特許第7070912号明細書に開示されている。
【０００４】
米国特許第7070912号明細書に記載の製造方法では、まず、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えた基板上に液体の流路の壁を設ける。その後、流路内と流路の壁上に有機樹脂の充填物を配置し、その上面を研磨して充填物と流路の壁との上面を平坦化する。そのあとに、感光性樹脂の層を塗布して、該層に液体の吐出口を設けている。
【０００５】
有機樹脂の充填物の研磨は、化学機械研磨（以下、ＣＭＰと称す）用の装置を用いて行うことができるが、化学的作用は少なく、主として機械的作用で研磨が行なわれる。
【０００６】
しかしながら、基板面内で研磨が平坦に行われない場合が考えられる。例えば、流路の壁と充填物では硬さが異なるので、それぞれが研磨される速度が異なることによって、シリコン基板面内で有機樹脂の膜厚の均一性が十分でなくなることが想定される。例えば、円盤ウェハ状のシリコン基板から小片のチップを切り出して液体吐出ヘッドを製造する場合、小片単位に満たない、円盤ウェハ状のシリコン基板の外周部には、流路壁部材が設けられない。するとウェハの外周部が優先的に研磨され外周部から得られる小片のチップは流路壁の高さが十分均一でない可能性がある。その上部に設けた感光性樹脂の平坦性も十分でないため、形成された吐出口開口とエネルギー発生素子との距離が一定せず、吐出特性に影響がある可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第7070912号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記を鑑みなされたものであって、吐出口開口とエネルギー発生素子との距離の均一化が図られた液体吐出ヘッドを簡便に精度よく得られる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】
【０００９】
液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するためのエネルギーを発生することが可能な吐出エネルギー発生素子を複数と、液体の吐出口が設けられた吐出口部材と、該吐出口と連通する流路と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
以下の工程：
列をなして配置された、１つの液体吐出ヘッドに対応する複数個の吐出エネルギー発生素子からなる１単位、が互いに隣接して複数単位配置されたヘッド領域と、前記ヘッド領域の外側に位置し、前記ヘッド領域を囲むように、前記１単位中の前記吐出エネルギー発生素子の前記個数に満たない数のエネルギー発生素子が列状に配置された周縁領域と、を有する基板を用意する；
前記基板の前記ヘッド領域の上と前記周縁領域の上とに固体層を設ける；
前記１単位に対応した前記流路の側壁を前記ヘッド領域に、前記流路の側壁を囲むように設けられる外壁部材を前記周縁領域に、前記固体層から形成する；
前記流路の側壁と前記外壁部材とを覆い、かつ、少なくとも前記流路となる部分を占有する埋め込み材料層を設ける；
前記埋め込み材料層に覆われた前記側壁および前記外壁部材が露出するように、前記埋め込み材料層表面から前記基板に向かって前記埋め込み材料層を研磨して、前記側壁および前記外壁部材が露出した研磨面を得る；
前記研磨面を形成する前記埋め込み材料層と前記側壁とを覆うように前記吐出口部材を設ける；
前記埋め込み材料層を除去して前記流路を形成する；
前記吐出口部材に吐出口を形成する；及び
前記周縁領域を前記基板から除去する、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吐出口開口とエネルギー発生素子との距離の均一化が図られた液体吐出ヘッドが簡便に精度よく得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
【図２】液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
【図３】液体吐出ヘッドの構造の一例を示す模式的断面図である。
【図４】液体吐出ヘッドの構造の一例を、一部を破断して示す模式的斜視図である。
【図５】多数の液体吐出ヘッドを共通のシリコン基板上で製造する際のシリコン基板表面の状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明では、液体供給口をシリコンの異方性エッチングを用いて形成しているが、ドライエッチング法を用いても良く、この場合は、犠牲膜を設けなくとも良い。
【００１３】
図４は、液体吐出ヘッドの一部を破断して示した模式的斜視図である。この液体吐出ヘッドは、シリコンからなる基板１上に、複数の吐出エネルギー発生素子３が、所定のピッチで２列並んで形成されている。基板１上には、密着層であるポリエーテルアミド層（不図示）が形成されている。更に、基板１上には、吐出エネルギー発生素子３の上方に開口する吐出口１４が形成された天井部材および流路の側壁が感光性樹脂の硬化物層１２により形成され、液体供給口１６から各吐出口１４に連通する流路１７が形成されている。
【００１４】
また、基板１上には吐出エネルギー発生素子３に信号を供給するパッド５が設けられ、パッド５から吐出エネルギー発生素子３へ配線（不図示）を解して信号が供給される。
【００１５】
また、シリコンの異方性エッチングによって形成された液体供給口１６は、吐出エネルギー発生素子３の２つの列の間に開口され、液体供給口１６は、各吐出エネルギー発生素子３毎に設けられた流路に共通して利用される。
【００１６】
この液体吐出ヘッドによる記録は、液体供給口１６を介して流路１７に充填された液体に、吐出エネルギー発生素子３からのエネルギーを利用して得られた圧力を加える事によって、吐出口１４から液滴を吐出させ、液滴を記録媒体に付着させる事により行われる。
【００１７】
図３は、図４のＡ−Ａの断面を示す模式的断面図である。
【００１８】
シリコンからなる基板１の表面には、吐出エネルギー発生素子３が設けられている。吐出エネルギー発生素子３は、保護膜４により覆われていることにより保護されている。保護膜４上に形成された密着層７を介し、流路１７を覆うように流路の天井部材および流路の側壁が硬化物層１２により形成されている。流路の吐出エネルギー発生素子３と対向する側の天井部材には、吐出口１４が形成されている。基板１には、流路１７と連通する液体供給口１６が形成されている。この液体吐出ヘッドのＯＨ距離１８は、エネルギー発生素子３によるエネルギー発生面と吐出口１４の外側の開口との距離であり、本実施形態では、保護膜４の表面から吐出口１４の外側の開口までの距離となる。
【００１９】
この液体吐出ヘッドは、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、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いる事によって、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材料からなる記録媒体に記録を行う事ができる。尚、本発明において「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事だけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与する事も意味する。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
以下、図３の液体吐出ヘッドを作成するための製造方法を、図面を参照して説明する。本実施例は、シリコンからなる基板１上に液体吐出ヘッドが形成されたチップを互いに隣接させて一括して形成した後、基板１からチップを切り出して個々の液体吐出ヘッドを得る多数個取りを行う方法である。
【００２１】
図５は、シリコンからなる基板１上に、各チップがどの様に配置されているかを示す模式図である。まず、図５に示す基板１を用意する。
【００２２】
露光搬送時、基板１の外周接触によるゴミ等の発生を防止するため、基板１の最外周から、例えば、円形の中心に向かって３ｍｍ以内の外周領域には、フォトレジスト等が形成されておらず、基板表面（通常は保護膜で覆われている）が露出した領域（空領域）２１が設けられている。空領域２１に囲まれた領域は、液体吐出ヘッドが形成されたチップが配置されたチップ領域２２と、チップ領域２２により区分されたヘッド領域の外側に位置する、チップが設けられていない領域（周縁領域）２３とからなる。周縁領域２３は、空領域２１とチップ領域２２とに隣接して設けられている。なお、先に図４で示したとおり、各チップ領域には、一つの流路に対して共通して設けられた複数個の吐出エネルギー発生素子が列状に配置されている。すなわち、複数個の吐出エネルギー発生素子の１単位に対応して一つの流路が設けられ、ヘッド領域内には、この複数個の吐出エネルギー発生素子からなる単位が複数単位配置されていることになる。また、図示した例では、各チップ領域２２は基板１の表面における平面形状が矩形であり、各チップ領域により区分されたヘッド領域の平面形状も矩形である。
【００２３】
各周縁領域２３は、完全なチップを形成することができない領域である。これは、各チップ領域２２では１単位を構成する吐出エネルギー発生素子の所定の個数で形成されているが、各周縁領域２３ではこの１単位中の所定の個数に満たない個数で吐出エネルギー発生素子が配置される。本実施例では、この周縁領域２３に、チップ単位に形成された流路の側壁９に対する外壁部材としてのダミーパターン２０が形成されている。
【００２４】
図５の部分拡大図に示す様に、流路の側壁を形成する工程で、周縁領域２３に形成されるダミーパターン２０は、流路の側壁９の平面形状の一部と同じ形状で流路の側壁９の一部が形成されている。部分拡大図で示した領域においては、ダミーパターン２０は、流路の側壁９の長辺側に、流路の側壁９の長辺に平行して設けられている。すなわち、側壁９と外壁部材とが平行に対向配置されている部分を有してこれらが配置されている。
【００２５】
液体吐出ヘッドの吐出口は、記録速度の高速化に伴い多数設けられ、流路の側壁９のパターンが長尺化することが予想される。ダミーパターン２０は、少なくとも流路の側壁９の長辺側の辺に沿って設けることが好ましい。
【００２６】
フォトレジストが形成されていない空領域２１を設けた理由は、露光搬送時、基板１の外周接触によるゴミ等の発生を防止するためで、感光性樹脂（フォトレジスト）を塗布後、スピンコート装置のサイドリンス等により、予め取り除いておく。
【００２７】
尚、空領域２１を設けない場合であっても、チップ領域２２に隣接してその外側に完全なチップが形成できない周縁領域２３が形成される。
【００２８】
このようにして、各チップ領域２２により区分けされたヘッド領域内に設けられた各側壁を囲むように外壁部材が周縁領域２１とチップ領域２２との間に設けられる。
【００２９】
図１は、図５に示すシリコン基板の外周部のＢ−Ｂ断面を用いた模式的工程断面図で、液体吐出ヘッドの基本的な製造工程を示す。
【００３０】
結晶方位が１００面である表面に、複数の吐出エネルギー発生素子３が形成されたシリコン基板からなる基板１を使用した。基板１の吐出エネルギー発生素子３が形成された側の面を表（おもて）面とし、表面と対向する側の面を裏面とする。
【００３１】
基板１の裏面はシリコン酸化膜６で覆われている。更に、基板１の表面における液体供給口１６が形成される領域となる部分には、犠牲膜２が設けられ、犠牲膜２と吐出エネルギー発生素子３を覆うように、保護膜４が形成されている。犠牲膜２は、後述のシリコンの異方性エッチングに用いるアルカリ溶液でエッチングできるもので、ポリシリコンやエッチング速度の速いアルミニウム、アルミニウムシリコン、アルミニウム銅、アルミニウムシリコン銅などであることが好ましい。本実施例では、ポリシリコンを、ＣＶＤ法を用いて形成し、フォトレジストをマスクとしたドライエッチング法を用いて犠牲層２をパターニングした。保護膜４は、吐出エネルギー発生素子３をインク等の液体から保護する膜で、シリコン系の絶縁膜、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、あるいは、シリコン酸窒化膜である。本実施例ではシリコン窒化膜を、ＣＶＤ法を用いて形成した（図１（Ａ）参照）。
【００３２】
基板１の表面と裏面の全面に、ポリエーテルアミド樹脂を、塗布し、ベークにより硬化させた。次に、基板１の裏面にポジ型感光性樹脂からなるフォトレジストをスピンコート等により塗布（不図示）する。その後、この基板１の裏面に対して通常のフォトリソグラフィー法を用い、エッチングマスクを形成し、ドライエッチング法を用いて、ポリエーテルアミド樹脂パターン８が形成された（図１（Ｂ）参照）。なお、基板１の表面に形成されたポリエーテルアミド樹脂の硬化物層７は密着層として利用される。
【００３３】
裏面のポリエーテルアミド樹脂をパターニングにする時に基板１の表（おもて）面を保護して行っても良い事は言うまでもない。
【００３４】
次に、基板１の表面の全面に、流路の側壁となる樹脂層（不図示、以下、固体層と称す）を形成した。固体層としてはネガ型感光性樹脂からなるフォトレジストを用いた。
【００３５】
その後、基板１の最外周から３ｍｍの領域の固体層を、サイドリンス法を用いて除去した。次に、通常のフォトリソグラフィー法を用い、チップ領域２２にはこの固体層の硬化物からなる流路の側壁９を、周縁領域２３には固体層の硬化物からなる外壁部材としてのダミーパターン２０を形成した（図１（Ｃ）参照）。
【００３６】
この結果、基板１の最外周から、３ｍｍ以内には保護膜４が露出している空領域２１が、チップ領域２２領域には流路の側壁９が、空領域２１とチップ領域２２との間の周縁領域２３にはダミーパターン２０が形成される。
【００３７】
ダミーパターン２０は、流路の側壁９の平面形状の全体または一部と同一のパターンで形成しても良いが、流路の側壁９と平行な線に沿って矩形パターンからなるダミーパターン（不図示）を形成することもできる。流路の側壁９とダミーパターン２０とは固体層から形成されるので、この層の厚さに応じた高さとなる。流路の側壁９を形成した後、ポリエーテルアミド樹脂からなる密着層のパターニングを、流路の側壁９およびダミーパターン２０をマスクとしてドライエッチング法により行った。
【００３８】
次に、基板１の表面側に流路の側壁９を埋め込むために、ポジ型のフォトレジストからなる埋め込み材料層１１を、流路の側壁９と外壁部材としてのダミーパターン２０とを覆い、かつ、少なくとも流路１７となる部分を占有するように積層した（図１（Ｄ）参照）。
【００３９】
埋め込み材料層１１は、後述の液体供給口を介して溶出させるため、溶解可能な樹脂層であることが好ましく、ポジ型のフォトレジスト以外であっても、液体供給口を介して溶解可能な材料であれば良い。
【００４０】
埋め込み材料層１１の厚さは、後述の研磨により埋め込み材料層１１と流路の側壁９の上面とからなる表面を平坦に研磨するため、流路の側壁９の膜厚よりも厚くすることが好ましい。この結果、流路となる部分が埋め込み材料層１１により埋め込まれ、流路の側壁９とダミーパターン２０とが埋め込み材料層１１により覆われる。
【００４１】
次に、化学的機械研磨（ＣＭＰ）用の装置を用いて研磨処理を行い、埋め込み材料層１１の上面から、流路の側壁９の上面が露出するまで固体層を研磨し、平坦な面（研磨面）１９が形成された（図１（Ｅ）参照）。
【００４２】
流路の側壁９およびダミーパターン２０は、露光により硬化したネガ型のフォトレジストからなる固体層で、膜の硬さが、ポジ型のフォトレジストからなる溶解可能な樹脂層に比べて硬い。このため、溶解可能な樹脂層の研磨速度が、流路の側壁９を形成している露光され硬化したネガ型のフォトレジストの研磨速度に比べて大きいので、固体層の表面が溶解可能な樹脂層から露出すると溶解可能な樹脂層の研磨が行われなくなる。
【００４３】
このため、平坦な面１９の基板からの厚さは、保護膜４、密着層７、および、流路の側壁９となるポジ型のレジストの膜厚の和とほぼ等しくなる。
【００４４】
本実施例によれば、従来と異なり、液体吐出ヘッドを形成するチップの最も外側のチップに隣接して、ダミーパターン２０が形成されているので、平坦な面１９の基板との厚さを均一にすることが可能となった。
【００４５】
ＣＭＰ用の装置を用いて研磨する際に発生するスクラッチ（微小キズ）やディシング（凹凸）を防止または抑制するためチューニングを行い最適条件で行う事は言うまでもない。この研磨処理によって、基板１の表面が平坦化され、後述の工程で天井部材を形成する際に天井部材の膜厚を均一化できるので、固体層の膜厚と埋め込み材料層の膜厚とで決まるＯＨ距離を精密に制御できる。天井部材の膜厚（ＯＨ距離）は、２５μｍ以上、８０μｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
ダミーパターン２０が設けられていることで、埋め込み材料層１１を研磨する際の表面の平滑性の制御が容易となり、また、研磨処理における歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
次に、研磨処理が施された面に、天井部材（吐出口部材）となるネガ型のフォトレジスト（不図示）をスピンコート等により塗布し、樹脂層を積層した。このネガ型のフォトレジストは流路壁の天井の部分を形成するためのもので、かかる目的に応じて材料を選定できる。流路の側壁の形成に用いたものと同じネガ型のフォトレジストを用いても良い。研磨処理により、ネガ型のフォトレジストが塗布される面の平坦性が確保されているので、この樹脂層の厚さの層全体にわたるバラツキを効果的に抑制することができる。
【００４８】
その後、最外周から３ｍｍのネガ型のフォトレジストを除去した。その後、通常のフォトリソグラフィー法を用い吐出口１４を形成し、流路の側壁及び天井部材となる層１２（例えばネガ型フォトレジストの硬化物層）が形成された（図１（Ｆ）参照）。
【００４９】
尚、吐出口１４の形成は、同一マスクを用いたフォトリソグラフィー法により行うことができ、図１（Ｆ）に、ダミーパターン２０が形成されている領域が遮光された条件の図を示している。
【００５０】
次に、基板１の表面と側面とを覆う様に保護材１５が、スピンコート法等を用いて形成された（図２（Ａ）参照）。保護材１５は、装置間搬送時等におけるキズ防止の保護材であり、また異方性エッチングを行う際に使用する強アルカリ溶液に十分耐えうる材料を使用することができる。
【００５１】
次に、基板１の裏面のシリコン酸化膜６を、ポリエーテルアミド樹脂パターン８をマスクとしてウエットエッチングによりパターニングし、異方性エッチングの開始面となるシリコン面が露出される。その後、基板１に対して、例えばＴＭＡＨ等の強アルカリ溶液により異方性エッチングを犠牲層２に到達するまで行い、液体供給口１６が形成された。次に、ポリエーテルアミド樹脂パターン８を除去した後、流路の側壁および天井部材を構成している層中に充填された状態となっている埋め込み材料層１１を液体供給口１６から溶出させる事により、流路１７が形成される（図２（Ｂ）参照）。
【００５２】
流路１７の高さ、即ち、流路の側壁９の膜厚は１５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
ポジ型のフォトレジストからなる埋め込み材料層１１は、除去する前に、埋め込み材料層１１を露光（例えば、Ｄｅｅｐ  ＵＶ光を照射）し、その後、現像液を用いることで容易に除去することができる。
【００５４】
最後に、基板１をダイシングソー等により切断分離することで各チップを取り出し、液体吐出ヘッドが完成する。このとき、図２ＢのＣ−Ｃ’に沿ってヘッドを切断し、周縁領域２３とその上に形成された構造物を基板から分断して除去し、外壁部材２０と流路の壁とを分離する。
【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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