(57)【要約】【課題】溶剤に溶けた樹脂を塗布してノズル層を形成しても、犠牲層が溶けることを防止できるインク吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  インク吐出ヘッドの製造方法は、ネガ型レジストにより構成される犠牲層２０４を基板２０１上に形成する工程Ｓ２と、犠牲層２０４上にガラス層２０３を形成する工程Ｓ３と、ガラス層２０３上に溶剤に溶けた樹脂を塗布してノズル層２０７を形成し、ノズル層２０７にノズル孔１１０を形成する工程Ｓ４と、基板２０１にインク供給口１２０を形成する工程Ｓ５と、インク供給口１２０が形成された側から犠牲層２０４をアッシングにより除去する工程Ｓ６と、ノズル孔１１０の下に位置するガラス層２０３を除去してノズル孔１１０とインク流路ＣＨとを連通させる工程Ｓ７とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられ、インクを吐出させる熱エネルギーを発生するヒータと、ヒータ上に設けられたインク流路と、インク流路に連通するノズル孔とを有するインク吐出ヘッドの製造方法において、
ネガ型レジストにより構成される犠牲層を前記基板上に形成する工程と、
前記犠牲層上に無機膜を形成する工程と、
前記無機膜上に溶剤に溶けた樹脂を塗布してノズル層を形成する工程と、
前記ノズル層にノズル孔を形成する工程と、
前記基板にインク供給口を形成する工程と、
前記インク供給口が形成された側から前記犠牲層をアッシングにより除去する工程と、
前記ノズル孔の下に位置する前記無機膜を除去してノズル孔とインク流路とを連通させる工程とを含むことを特徴とするインク吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、
前記無機膜を形成する工程は、前記犠牲層上にガラス層を形成することを特徴とするインク吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、
前記無機膜を形成する工程は、Ｐ−ＴＥＯＳにより前記ガラス層を形成することを特徴とするインク吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、
前記ノズル孔を形成する工程は、フッ化水素を用いてドライエッチングすることにより、前記ノズル層にノズル孔を形成することを特徴とするインク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、インク吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インク吐出ヘッドの製造方法が、種々提案されている。たとえば、特許文献１に記載の製造方法においては、シリコン基板上にインク流路となる型材料を形成し、この型材料周面に被覆感光性樹脂を塗布し、露光及び現像を行ってノズル孔を形成する。この製造方法では、インク流路を形成する際に、シリコン基板上に型材料となるポジ型レジストを塗布し、露光及び現像を行っている。また、被覆感光性樹脂には、ネガ型レジストを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７８９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来、ポジ型レジストにより形成された型材料の周面に溶剤に溶けた被覆感光性樹脂を塗布すると、この溶剤によって、型材料が溶けてしまう問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、溶剤に溶けた樹脂を塗布してノズル層を形成しても、犠牲層が溶けることを防止できるインク吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、請求項１記載のインク吐出ヘッドの製造方法は、基板に設けられ、インクを吐出させる熱エネルギーを発生するヒータと、ヒータ上に設けられたインク流路と、インク流路に連通するノズル孔とを有するインク吐出ヘッドの製造方法において、ネガ型レジストにより構成される犠牲層を前記基板上に形成する工程と、前記犠牲層上に無機膜を形成する工程と、前記無機膜上に溶剤に溶けた樹脂を塗布してノズル層を形成する工程と、前記ノズル層にノズル孔を形成する工程と、前記基板にインク供給口を形成する工程と、前記インク供給口が形成された側から前記犠牲層をアッシングにより除去する工程と、前記ノズル孔の下に位置する前記無機膜を除去してノズル孔とインク流路とを連通させる工程とを含む。
【０００７】
請求項１記載のインク吐出ヘッドの製造方法によれば、溶剤に溶けた樹脂を塗布してノズル層を形成しても、犠牲層の上に無機膜が形成されているため、犠牲層が溶けることを防止できる。
【０００８】
また、請求項２記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記無機膜を形成する工程は、前記犠牲層上にガラス層を形成する。
【０００９】
請求項２記載のインク吐出ヘッドの製造方法によれば、無機膜を形成する工程により犠牲層上にガラス層が形成されるため、耐熱性があり、ノズル層の形成、及び、ノズル孔の形成による無機膜の変形をより抑制できる。
【００１０】
また、請求項３記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記無機膜を形成する工程は、Ｐ−ＴＥＯＳにより前記ガラス層を形成する。
【００１１】
請求項３記載のインク吐出ヘッドの製造方法によれば、Ｐ−ＴＥＯＳによりガラス層が形成されるので、ガラス層にピンホールのない膜を形成できる。
【００１２】
また、請求項４記載のインク吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル孔を形成する工程は、フッ化水素を用いてドライエッチングすることにより、前記ノズル層にノズル孔を形成する。
【００１３】
請求項４記載のインク吐出ヘッドの製造方法によれば、ノズル孔の形成時にフッ化水素を用いてドライエッチングするので、ヒータにフッ化水素が付着してもヒータに与えるダメージを軽減できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶剤に溶けた樹脂を塗布してノズル層を形成しても、犠牲層の上に無機膜が形成されているため、犠牲層が溶けることを防止できる。この結果、ノズル孔を設計通りの形状に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかるインク吐出ヘッドの一例を示す模式的斜視図である。
【図２】本実施形態にかかるインク吐出ヘッドの各製造工程を示す模式的断面図である。
【図３】図２（ａ）に示すヒータ形成工程Ｓ１における模式的断面図を詳細に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるインク吐出ヘッドの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（実施形態）
（インク吐出ヘッドの構成）
図１を用いて、本発明の実施形態にかかるインク吐出ヘッドの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるインク吐出ヘッドの一例を示す模式的斜視図である。図１において、インク吐出ヘッド１００においては、複数のノズル孔１１０が整列した状態でノズル層２０７に形成される。複数のノズル孔１１０は、図２（ｇ）で後述する個別に設けられた複数のインク流路ＣＨにそれぞれ連通する。図２（ｇ）は、図１に示すＡ−Ａ線に従うインク吐出ヘッドの模式的断面図である。図２（ｇ）に示すインク吐出ヘッドは、インク吐出ヘッドの製造工程を終えた完成状態にある。図２（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドの製造方法の各工程を示す模式的断面図である。インク吐出ヘッドの製造方法は、図２（ａ）〜（ｇ）に示す７つの工程を順番に実行することにより、実行される。Ａ−Ａ線に従う断面は、図示上側鉛直方向からの断面であって、矢印Ａの方向から見た断面であり、複数のノズル孔１１０のうち、２つのノズル孔１１０を切断する断面の一例を示す。
【００１８】
図２（ｇ）において、インク流路ＣＨは、基板２０１上に形成された複数の層の上に形成されたガラス層２０３及びノズル層２０７などによって区画形成される。インク流路ＣＨ内には、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗体２０２がそれぞれ設けられる。インク供給口１２０が、インク吐出ヘッド１００の下面からインク流路ＣＨへとつながる。インク供給口１２０にインクを供給する図示しないインクタンクからインク流路ＣＨへとインクが供給される。インク流路ＣＨに供給されたインクの一部は、発熱抵抗体２０２の加熱により気泡となる。この気泡によって押し出されたインク流路ＣＨ内のインクは、ノズル孔１１０から吐出する。
【００１９】
（インク吐出ヘッドの製造方法）
図２（ａ）〜（ｇ）を用いて、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドの製造方法について説明する。図２（ａ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドのヒータ形成工程Ｓ１を示す模式的断面図である。図３は、図２（ａ）に示すヒータ形成工程Ｓ１における模式的断面図を詳細に示す断面図である。図２（ａ）は、基板２０１にインクを吐出させるための周知のヒータを形成した図３の概略図である。図２（ｂ）〜（ｇ）は、図２（ａ）と同様に、各工程における各層の概略構成を示す模式的断面図である。
【００２０】
図３に示すように、ヒータ形成工程Ｓ１では、周知の形成方法によりヒータが形成される。シリコン製の基板２０１上に、蓄熱層３０２が１００００Å程度の膜厚で形成され、形成された蓄熱層３０２の上に発熱抵抗体２０２と電極層３０３とが形成される。基板２０１の下面には、ＳｉＯ２またはＳｉＮなどの酸化物絶縁膜３０１が１０００Åから１００００Å程度の膜厚で形成される。発熱抵抗体２０２は、たとえば、ＴａＮまたはＴａＡｌなどを、２００Åから１０００Åまでの範囲内の厚みになるように、スパッタリング法によって発熱抵抗体２０２の形成位置に製膜することで形成される。
【００２１】
電極層３０３は、ＡｌまたはＡｌ合金を含み構成され、たとえば、５００ｎｍ程度の厚さとなるように発熱抵抗体２０２上に形成される。周知の構成である電極パッド３０４が、電極層３０３に連結されて形成される。ドライバＩＣ部３０６が、電極３０５に連結した状態で基板２０１内に埋設される。また、電極層３０３の上には、電極層３０３をインクから保護するための保護膜３０７が形成される。保護膜３０７の上には、インクを吐出する位置に、キャビテーションダメージから保護するための耐キャビテーション膜３０８が形成される。図示しない制御部から電気信号が、電極パッド３０４を介して、ドライバＩＣ部３０６に伝わり、ドライバＩＣ部３０６が駆動される。図示しない電源部から、電圧が電極層３０３を介して発熱抵抗体２０２に印加される。ドライバＩＣ部３０６を駆動することにより、ノズル孔１１０下の発熱抵抗体２０２に電流が流れて、発熱抵抗体２０２が発熱する。この発熱により、インクの気泡が発生する。この気泡によりインクが押し出されることにより、ノズル孔１１０からインクの吐出が行われる。本実施形態における発熱抵抗体２０２及び電極層３０３は、本発明におけるヒータの一例に相当する。
【００２２】
図２（ｂ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドの犠牲層形成工程Ｓ２を示す模式的断面図である。犠牲層形成工程Ｓ２では、保護膜３０７の上に、ネガ型レジストがスピンコーターにより塗布され、塗布されたネガ型レジストは、フォトリソグラフィー法により露光され、その後、現像される。これらの処理によりインク流路ＣＨがネガ型レジストにパターニングされ、犠牲層２０４が形成される。犠牲層２０４の厚さは、１０μｍから２０μｍ程度である。犠牲層２０４として用いたネガ型レジストは、エポキシ樹脂などを含み構成される。その他には、ポリイミド樹脂などが使われる。ネガ型レジストは光が当てられた部分が溶剤によって溶解されなくなるので、ポジ型レジストよりも固く硬化させることができる。そのため、ポジ型レジストで犠牲層２０４を形成するよりも、熱又は薬品に対して安定する。また、ネガ型レジストは感光剤として一般的なアンチモンを含まない感光剤を用いているので、アンチモンの化合物である金属アンチモンを含む残渣が残りにくく、残渣が酸化物絶縁膜３０１又は耐キャビテーション膜３０８に固着して、残渣が剥がれにくくなることがないため、残渣の影響がより少ないインク流路ＣＨを形成することができる。
【００２３】
図２（ｃ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドの無機膜形成工程Ｓ３を示す模式的断面図である。無機膜形成工程Ｓ３では、インク流路ＣＨがパターニングされた犠牲層２０４の上からガラス層２０３がＰ−ＴＥＯＳにより形成される。Ｐ−ＴＥＯＳとは、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）をソースとしてプラズマＣＶＤ法でシリコン酸化膜を形成する方法である。Ｐ−ＴＥＯＳは、カバレッジ（被覆性）の良い製膜方法であり、犠牲層２０４の側面部分に対しても犠牲層２０４の上面部分と同じ程度の厚さで均一にガラス層２０３を製膜できる。また、Ｐ−ＴＥＯＳは、１５０℃から３００℃までの低温でも製膜が可能であるため、高温で変形する樹脂で形成された犠牲層２０４の上に製膜できる。ガラス層２０３の膜厚は０．３μｍから１μｍ程度である。犠牲層２０４がネガ型レジストであるため、Ｐ−ＴＥＯＳによりガラス層２０３を形成する際の温度である１５０℃から３００℃前後に加熱されても、犠牲層２０４は変形せずに済む。犠牲層２０４がポジ型レジストである場合、ガラス層２０３を形成する際の温度によって犠牲層２０４が歪んでしまい、良好なインク流路ＣＨの形状が得られない。ガラス層２０３は、後述する酸素プラズマによるアッシングに耐性がある。
【００２４】
図２（ｄ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドのノズル層形成工程Ｓ４を示す模式的断面図である。ノズル層形成工程Ｓ４では、ＰＧＭＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート）又はエチルセロソルブ（２−エトキシエタノール）などを主成分とする溶剤に溶けたネガ型レジストがガラス層２０３の上にスピンコーターにより塗布される。塗布されたネガ型レジストは、フォトリソグラフィー法により露光される。その後、露光後のベークと、現像とが順次行われ、ネガ型レジストにノズル孔１１０（図２（ｅ）参照）が形成される。ベークは、９０℃の温度で、１０分間行われる。現像では、ノズル孔部２０７ａが除去されて、ノズル層２０７にノズル孔１１０が形成される。具体的には、たとえば、ノズル層２０７をキシレン、ＰＧＭＡ、又は、エチルセロソルブなどの現像液に浸すことにより、露光で紫外線が照射されず、硬化していないノズル孔部２０７ａが除去される。換言すれば、現像は、現像液に対して不溶である紫外線熱硬化性樹脂から構成されるノズル層２０７のうち硬化した部位を残して、現像液に可溶であり硬化していない部位であるノズル孔部２０７ａ除去する工程である。ノズル層２０７として用いたネガ型レジストは、例えば、エポキシ樹脂、又は、ポリイミド樹脂などを含み構成される。
【００２５】
図２（ｅ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドのインク供給口形成工程Ｓ５を示す模式的断面図である。インク供給口形成工程Ｓ５では、ウェットエッチングによって基板２０１の一部が除去されることで、基板２０１の下側から犠牲層２０４側へ向けてインク供給口１２０が形成される。本実施形態では、たとえば、ウェットエッチングは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、または、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いて行われる。具体的には、たとえば、基板２０１の下側の酸化物絶縁膜３０１上にフォトレジストが塗布され、その後にフォトリソグラフィー法によりインク供給口１２０に相当する位置のフォトレジストが除去される。次にインク供給口１２０に相当する酸化物絶縁膜３０１にウェットエッチングが行われる。その後、剥離液などによってフォトレジストが除去された後、インク供給口１２０に相当する位置以外に残存した酸化物絶縁膜３０１をエッチングマスクとして機能させることで、基板２０１が溶解されて除去される。
【００２６】
図２（ｆ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドの犠牲層除去工程Ｓ６を示す模式的断面図である。犠牲層除去工程Ｓ６では、インク供給口１２０の側から、犠牲層２０４がアッシングにより除去される。アッシングとは、ドライエッチングを用いたレジストの除去を言い、酸素プラズマによるラジカル反応を利用した等方性エッチングのことを言う。犠牲層２０４は樹脂で構成されるため、その樹脂の主成分である炭素、水素、窒素、硫黄などは酸素プラズマガスを用いたアッシングにより酸化し、インク供給口１２０からガスとなり放出される。また、犠牲層２０４には、残渣として残る金属不純物などの成分がわずかに含まれているが、アッシングの処理後に有機溶剤、酸、又は、アルカリ性の洗浄液などにより容易に除去することができる。ガラス層２０３がない状態でアッシングを行うと、ノズル層２０７までアッシングによって除去され、インクの吐出に影響が出てしまう。
【００２７】
図２（ｇ）は、本実施形態にかかるインク吐出ヘッドのガラス層２０３の孔形成工程Ｓ７を示す模式的断面図である。ガラス層２０３の孔形成工程Ｓ７では、ノズル層２０７のノズル孔１１０が形成された位置のガラス層２０３に、フッ化水素を用いたエッチングにより孔が形成される。ガラス層２０３の孔形成工程Ｓ７により、ガラス層２０３に孔が形成され、ノズル孔１１０とインク流路ＣＨとが連通する。
【００２８】
なお、本発明における各工程と、本実施形態の各工程とを関連付けて説明すると、図２（ｂ）に示した犠牲層形成工程Ｓ２によって、本発明の犠牲層を形成する工程の処理が実行される。図２（ｃ）に示した無機膜形成工程Ｓ３によって、本発明の無機膜を形成する工程の処理が実行される。図２（ｄ）に示したノズル層形成工程Ｓ４によって、本発明のノズル層を形成する工程、及び、ノズル孔を形成する工程の処理が実行される。図２（ｅ）に示したインク供給口形成工程Ｓ５によって、本発明のインク供給口を形成する工程の処理が実行される。図２（ｆ）に示した犠牲層除去工程Ｓ６によって、本発明の犠牲層をアッシングにより除去する工程の処理が実行される。図２（ｇ）に示したガラス層２０３の孔形成工程Ｓ７によって、本発明のノズル孔とインク流路とを連通させる工程の処理が実行される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、溶剤に溶けたネガ型レジストを塗布してノズル層２０７を形成しても、犠牲層２０４の上にガラス層２０３が形成されているため、犠牲層２０４が溶けることを防止できる。また、従来より、犠牲層２０４が溶ける問題を解決するために、ノズル層２０７をよく溶解し、かつ、犠牲層２０４を溶解しない性質の溶剤を使うなどの手法が用いられてきたが、この場合、犠牲層２０４とノズル層２０７との界面が互いに相溶し、反応し合ってしまうことで残渣が残り、インクの吐出に影響を与えていた。本実施形態によれば、犠牲層２０４とノズル層２０７とが接していないため、互いの界面が相溶することはなく、残渣が解消できない問題が発生しない。そのため、残渣による影響を受けずにインクを良好に吐出することができる。
【００３０】
（変形例）
本発明の上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３１】
本実施形態では、無機膜形成工程Ｓ３で、ガラス層２０３がＰ−ＴＥＯＳにより形成されたが、金属膜がスパッタリング法により形成されてもよい。また金属だけでなく、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの無機ターゲットからスパッタリング法により０．１μｍから１．５μｍ程度の膜厚で犠牲層２０４の上に製膜してもよい。この場合、室温で製膜することができるため、犠牲層２０４へのダメージをより軽減できる。
【００３２】
また、その他に、無機膜形成工程Ｓ３において、ガラス液をスピンコーターにより塗布して形成してもよい。このガラス液は、ポリシラザン溶液を含んで構成される。この場合、例えば、ペルヒドロポリシラザン（ＡＺエレクトロニックマテリアルズの商品名アクアミカ（登録商標）ＮＰ−１１０ＡＺ）を用いて犠牲層２０４に塗布し、その後、７０℃から１００℃程度の低温で加熱させてガラス化させる。この製膜方法は、Ｐ−ＴＥＯＳの製膜温度よりも低温であるため、犠牲層２０４へのダメージを軽減でき、ガラス液が液体であることからカバレッジもよい。
【００３３】
本実施形態では、ノズル孔１１０の形成をノズル層形成工程Ｓ４で行ったが、本発明はこれに限らず、ノズル孔１１０の形成をインク供給口形成工程Ｓ５の後に行ってもよい。また、その他にもノズル孔１１０の形成を犠牲層除去工程Ｓ６の後に行ってもよい。
【００３４】
また、上述した説明では、実施形態及び一部の変形例について別々の例として説明したが、これに限ることはない。すなわち、それぞれを組み合わせた構成として、実施形態及び一部の変形例を適宜組み合わせて利用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１００    インク吐出ヘッド
１１０    ノズル孔
１２０    インク供給口
ＣＨ      インク流路
２０１    基板
２０２    発熱抵抗体
２０３    ガラス層
２０４    犠牲層
２０７    ノズル層
２０７ａ  ノズル孔部
３０２    蓄熱層
３０７    保護膜
Ｓ１      ヒータ形成工程
Ｓ２      犠牲層形成工程
Ｓ３      無機膜形成工程
Ｓ４      ノズル層形成工程
Ｓ５      インク供給口形成工程
Ｓ６      犠牲層除去工程
Ｓ７      孔形成工程
【図１】
2014069420.tif 000003
【図２】
2014069420.tif 000004
【図３】
2014069420.tif 000005