(57)【要約】【課題】  ｛１００｝結晶方位のシリコン基板を用い、結晶異方性エッチングによる高精度のインク供給口を有しながら裏面の開口幅が小さく、ヘッドの小型化を図る。【解決手段】  ｛１００｝結晶面シリコン基板において、基板表面に垂直な断面の形状が互いに逆傾斜の｛１１１｝結晶面２組から成る壁面を有するインク供給口が形成されていることを特徴とするインクを吐出する複数の吐出圧力発生素子を備えるインクジェット記録ヘッドとする。【選択図】  図１
2007210242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のインク供給口とインクを吐出させるための吐出圧力発生素子を有し、表面が｛100｝結晶面であるシリコン基板と、該基板上にインクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレートを備え、該オリフィスプレートの突出口から該基板面に対して垂直方向にインク液滴を突出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク供給口の基板表面に垂直な断面形状が互いに逆傾斜の｛111｝結晶面である壁面２組を有する壁面を持つことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
吐出圧力発生素子を表面に有する基板と該基板表面上に設けたインクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレートを備えたインクジェット記録ヘッドの作製方法において、
（ａ）前記基板表面にパッシベイション層を形成する工程
（ｂ）前記基板裏面に複数開口部を有するマスク層を形成する工程
（ｃ）該開口部より基板にエッチングを行うことにより窪みを形成する第1のエッチング工程
（ｄ）該開口部に裏表を貫通させ、また壁面が｛111｝結晶面であるインク供給口を基板に対して形成する結晶異方性エッチングを行う第2のエッチング工程
（ｅ）パッシベイション層を裏面より除去する工程
少なくとも上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の工程を有し、(c)の工程で得られる窪み形状を制御することにより、予め、定められた表裏面のインク供給口開口幅を得ることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの作製方法。
【請求項３】
前記（ａ）工程に用いる基板表面の一部に第2のエッチング工程により等方性エッチングする犠牲層を形成することを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。
【請求項４】
前記（ｃ）工程において、機械的手段、光エネルギ手段、電気エネルギ手段、またはウエットエッチング、ドライエッチングを用いることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。
【請求項５】
前記（ｄ）工程において、結晶異方性エッチングのエッチャントにKOHまたは水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）、またはその他のアルカリ性水溶液を用いることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体をオリフィスから噴射して液滴を形成するインクジェット記録ヘッド及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録ヘッドの作成方法として、特許文献１，及び、特許文献２が提案されており、また、特許文献３にてインク供給口部上部のオリフィスプレートにリブ構造を有する形成方法が提案されている。
【０００３】
これらのインクジェット記録ヘッドは吐出圧力発生素子が形成された基板に対して、垂直方向にインク液滴が吐出するものであり、「サイドシュータ型」インクジェット記録ヘッドと称する構造を有する。
【０００４】
「サイドシュータ型」インクジェット記録ヘッドにおいて、高精細するに伴い吐出口の間隔が短くなり、これによりインク流路は狭くなる。インク流路が狭くなるとインク吐出後にインクがインク流路に満たすに要する時間（リフィル時間）が長くなる為、吐出圧力発生素子とインク供給口との距離を短くする必要がある。インク供給口と吐出圧力発生素子との距離を制御できる方法として、アルカリ水溶液によるシリコンの結晶方位面に応じたエッチング速度差を利用するシリコン結晶異方性エッチングが知られている。この方法では、一般的に、基板として方位面が｛100｝のシリコンウエハを用いて基板裏面よりシリコン結晶異方性エッチングを行い精度良くインク供給口の開口幅を形成し、吐出圧力発生素子とインク供給口との距離の制御を行う。より高精度な開口幅を提供する為に、特許文献４では表面に形成した犠牲層と異方性エッチングを組み合せたインク供給口の作製方法が提案されている。
【０００５】
高精細インクジェット記録ヘッドを形成する上、このようなアルカリ水溶液を用いたシリコン結晶異方性エッチングは、インク供給口を精度良く作製でるため有用な技術となっている。
【特許文献１】特開平5-330066号公報
【特許文献２】特開平6-286149号公報
【特許文献３】特開平10-146979号公報
【特許文献４】特開平10-181032号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結晶異方性エッチングを基板裏面より開始するインク供給口の形成法は、熱作用部近傍に精度良く供給口を設けることが可能であるという点で有効である。
【０００７】
一方、基板上に駆動素子を形成する際にはCMOS素子の面積が小さくなるという利点のため、表面が｛100｝結晶面であるようなシリコン基板を用いることが多い。しかし、このような結晶方位のシリコン基板に結晶異方性エッチングを適用すると該インク供給口の断面形状は図１に示すような互いに逆傾斜の｛111｝結晶面を１組持つ形状、つまりテーパ形状を有することになり、要求されるノズル側（表面）開口幅に対して反対側（裏面）の開口幅が大きくなってしまう。これは表面が｛100｝結晶面であるシリコン基板においては結晶異方性エッチングにて露出する｛111｝結晶面が表面に対して約55°傾斜しており、このような基板に対して裏面よりエッチングを開始することによるためである。つまり、裏面開口部の幅：Wbは表面開口部の幅：Wsより、基板厚さ：Tをtan55°で割った分の２倍、即ち2・T/tan55゜だけ大きくなってしまうことになる。このため、記録ヘッド裏面の接着面積確保及び強度保持のためにはヘッド面積を大きくしなければならず、１枚のウエハから得られるヘッド数に限界を与えてしまい、コスト面で不利になるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、本発明は精度良くインク供給口を設けることができる結晶異方性エッチングを用いながら、表裏の開口幅の差が2・T/tan55゜より小さいインクジェット記録ヘッド、及びそれを実現するような、表裏のインク開口幅を個別に設計できる作成方法の提供を目的としたものである。
【０００９】
即ち、本発明は図２に示すように、｛100｝結晶面シリコン基板において、基板表面に垂直な断面の形状が互いに逆傾斜の｛111｝結晶面２組から成る壁面を有するインク供給口が形成されていることを特徴とするインクを吐出する複数の吐出圧力発生素子を備えるインクジェット記録ヘッド及び、その作成法である図３に示すような以下の工程
（ａ）前記基板表面にパッシベイション層を形成する工程
（ｂ）前記基板裏面に複数開口部を有するマスク層を形成する工程
（ｃ）該開口部より基板をエッチングを行うことにより溝を形成する第1のエッチング工程
（ｄ）該開口部に裏表を貫通させ、また壁面が｛111｝結晶面であるインク供給口を基板に対して形成する結晶異方性エッチングを行う第2のエッチング工程
（ｅ）パッシベイション層を裏面より除去する工程
の少なくとも（ａ）〜（ｅ）を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの作製方法である。
【００１０】
ここで図３の(ｉ)は(a)および(b)の工程後、（ii）は（ｃ）の工程後、（iii）は（ｄ）の工程にてエッチングが進行している過程、（iv）は（ｄ）の工程後、（ｖ）は（e）の工程後のシリコン基板におけるインク供給口形成部近傍の図である。
【００１１】
また前記インクジェット記録ヘッドの製法において工程(a)の前に、表面開口部に犠牲層をパターンすることも考えられる。
【００１２】
また前記犠牲層には多結晶または多孔質シリコン、あるいはアルミニウムなどの金属を用いることが考えられる。
【００１３】
第1のエッチング工程においては、機械的手段、光エネルギ手段、電気エネルギ手段、又はウエットエッチング、ドライエッチングを適用することが考えられる。
【００１４】
ここで、本発明のインクジェット記録ヘッドにおいて形成されるインク供給口の表裏の開口幅を制御する手法について説明する。
【００１５】
本製法において第2エッチング工程後に得られるインク供給口形状、例えば図４に示す角部:Ctの裏面開口端部からの相対位置は同図座標系において
Xc ＝ （ Ys + Xs・tan55゜）／（2・tan55 ゜）          (第1式)
Yc ＝ （ Ys + Xs・tan55゜）／2                        (第2式)
となり、第1のエッチング工程で得られた被エッチング部の窪み形状の壁面と{111}結晶面とが接する位置で決定される。またこの角部:Ctの位置により、表裏の開口幅の差：X0が以下のように決定される。
【００１６】
2・X0＝ 2・（T−2・Yc）／tan55゜                      (第3式)
これら(第1式)から(第3式)は、本手法を用いることで表裏の開口幅の差を小さくできることを示している。そして、第1のエッチング工程で得られた被エッチング部の窪み形状の壁面と{111}結晶面とが接する位置を制御し、また適当な裏面マスク開口幅を用いることで、第１のエッチングが貫通しない範囲内で、それぞれ表裏の開口幅が所望な値であるようなインク供給口を形成するのである。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明は共通のインク供給口とインクを吐出させるための吐出圧力発生素子を有し、表面が｛100｝結晶面であるシリコン基板と、該基板上にインクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレートを備え、該オリフィスプレートの突出口から該基板面に対して垂直方向にインク液滴を突出するインクジェット記録ヘッドにおいて、結晶異方性エッチングにより形成される精度の良いインク供給口を有しながら、その裏面の開口幅を従来より狭めることで小型化し、コスト的に有利な記録ヘッドの作成を可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、実施例に従って本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１９】
インク供給口形成部に図５で示すような膜構成を有し、表面が{100}結晶面であるようなシリコンウエハを用意した。特に、マスク層である窒化シリコン膜はプラズマCVD法により3000Åの厚さになるよう成膜した。
【００２０】
このウエハに対し、N-メチル-ピロリドンを溶媒とするポリエーテルアミドを両面にスピンコートにより2μm成膜し、さらにポジレジストをウエハ両面に７μm塗布した。
【００２１】
フォトリソ技術を用いてウエハ裏面のインク供給口開口位置のポリエーテルアミドをケミカルドライエッチングにより除去し、両面のポジレジストを剥離した。
【００２２】
再度、このウエハの両面に対し、ポジレジストをウエハ両面に７μm塗布した。
【００２３】
そして、フォトリソ法を用いてウエハ表面のインク流路形成位置のポリエーテルアミドをケミカルドライエッチングにより除去し、ポジレジストを剥離した。
【００２４】
次に、ウエハ表面にポリメチルイソプロペニルケトンを含有する、インク流路を形成するための型材となるレジストを塗布し、露光、現像を行いパターニングした。
【００２５】
次に、オリフリスプレートを形成する感光性エポキシを塗布し、露光、現像によりパターニングして吐出口を形成した。
【００２６】
その後、形成されたオリフィスプレートを保護するため、ウエハ表面および周囲にゴム樹脂をコーティングした。
【００２７】
その後、ケミカルドライエッチングにより、ポリエーテルアミドをマスクとしてウエハ裏面の窒化シリコンをパターニングした。このとき、インク供給口が形成される位置近傍の断面は概略図６のようになっている。
【００２８】
そして、フッ化水素、硝酸、酢酸混合水溶液をエッチャントとして、窒化シリコン層開口部より第1のエッチングを行った。図９はこのエッチング後にシリコン基板断面を走査型電子顕微鏡で撮影したものである。
【００２９】
さらに、21wt％の水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）をエッチャントとして、同開口部に対し、結晶異方性エッチングである第２のエッチングを行い、シリコン基板に貫通孔を形成した。図１０はこの貫通孔の断面のうち図４で示すところの角部：Ctを走査型電子顕微鏡で撮影したものである。
【００３０】
この後、ケミカルドライエッチングにより、ウエハ裏面のポリエーテルアミド樹脂を除去した。
【００３１】
次に、ケミカルドライエッチングにより、パッシベイション層及びウエハ裏面のマスク層である窒化シリコンを除去した。
【００３２】
そして、ウエハ表面及びウエハ周囲をコートしているゴム樹脂をキシレンにより除去した。
【００３３】
最後に、インク流路の型材であるレジストを乳酸メチルにより除去した。
【００３４】
以上により｛100｝結晶面シリコン基板において、基板表面に垂直な断面の形状が互いに逆傾斜の｛111｝結晶面２組から成る壁面を有するインク供給口が形成されているインクジェット記録ヘッドを作成することができた。
【００３５】
そしてこの記録ヘッドは、同じ厚さである｛100｝結晶面シリコン基板において、基板表面に垂直な断面の形状が互いに逆傾斜の｛111｝結晶面１組から成る壁面を有するインク供給口が形成されている記録ヘッドより、同じ表面インク供給口開口幅で同じ裏面接着面積を有しながらヘッド面積が小さく、コスト的に有利なものであった。
【実施例２】
【００３６】
インク供給口形成部に図７で示すような膜構成を有し、表面が{100}結晶面であるようなシリコンウエハを用意した。
【００３７】
このウエハに対し、N-メチル-ピロリドンを溶媒とするポリエーテルアミドを両面にスピンコートにより2μm成膜した。
【００３８】
次に、ウエハ表面に銅を厚さ1000Åスパッタ法により成膜し、さらにアルミニウムを約200Åの厚さでスパッタ法により成膜した。
【００３９】
そして、ウエハ両面にポジレジストをスピンコートにより7μm成膜した。
【００４０】
次に、ウエハ裏面のインク供給口開口位置のポジレジストを露光、現像により除去した。このとき、現像液にアルカリ性の2.38wt％水酸化テトラメチルアンモニウムを用いることで、ポジレジスト除去部の下層にあるアルミニウムも同時にエッチングした。
【００４１】
次に、ポジレジストとアルミニウムをマスクとして銅を硫酸によりエッチングした。
【００４２】
そして、ポジレジスト、アルミニウム、銅をマスクとしてウエハ裏面のポリエーテルアミドをケミカルドライエッチングによりパターンニングした。
【００４３】
その後、ウエハ裏面のアルミニウム及び両面のポジレジストを除去した。
【００４４】
再度、このウエハの両面に対し、ポジレジストをウエハ両面に７μm塗布した。
【００４５】
そして、フォトリソ技術を用いてウエハ表面のインク流路形成位置のポリエーテルアミドをケミカルドライエッチングにより除去した。
【００４６】
次に、ウエハ表面にポリメチルイソプロペニルケトンを含有する、インク流路を形成するための型材となるレジストを塗布し、露光、現像によりパターニングした。
【００４７】
次に、オリフリスプレートを形成する感光性エポキシを塗布し、露光、現像によりパターニングして吐出口を形成した。
【００４８】
その後、形成されたオリフィスプレートを保護するため、ウエハ表面および周囲にゴム樹脂をコーティングした。このとき、インク供給口が形成される位置近傍の断面は概略図８のようになっている。
【００４９】
そして、銅をマスクとしてECR（Electron Cyclotron Resonance）エッチャーを用いて、SF6とO2の混合ガスのエッチャントにより、シリコン基板に対して第1のエッチングを行った。図１１はこのエッチング後にシリコン基板断面を走査型電子顕微鏡で撮影したものである。
【００５０】
その後、硫酸によりウエハ裏面の銅を除去した。
【００５１】
そしてさらに、ポリエーテルアミドをマスクとし、21wt％の水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）をエッチャントとして結晶異方性エッチングである第２のエッチングを行い、シリコン基板に貫通孔を形成した。図１２はこの貫通孔の断面のうち図４で示すところの角部：Ctを走査型電子顕微鏡で撮影したものである。
【００５２】
この後、ケミカルドライエッチングにより、ウエハ裏面のポリエーテルアミド樹脂を除去した。
【００５３】
次に、ケミカルドライエッチングにより、パッシベイション層及びウエハ裏面のマスク層である窒化シリコンを除去した。
【００５４】
そして、ウエハ表面及びウエハ周囲をコートしているゴム樹脂をキシレンにより除去した。
【００５５】
最後に、インク流路の型材であるレジストを乳酸メチルにより除去した。
【００５６】
以上により｛100｝結晶面シリコン基板において、基板表面に垂直な断面の形状が互いに逆傾斜の｛111｝結晶面２組から成る壁面を有するインク供給口が形成されているインクジェット記録ヘッドを作成することができた。
【００５７】
そしてこの記録ヘッドは、同じ厚さである｛100｝結晶面シリコン基板において、基板表面に垂直な断面の形状が互いに逆傾斜の｛111｝結晶面１組から成る壁面を有するインク供給口が形成されている記録ヘッドより、同じ表面のインク供給幅で同じ裏面の接着面積を有しながらヘッド面積が小さく、コスト的に有利なものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】互いに逆傾斜の｛111｝結晶面１組から成る壁面を有するインク供給口が形成されているインクジェット記録ヘッドの断面図
【図２】本発明の互いに逆傾斜の｛111｝結晶面２組から成る壁面を有するインク供給口が形成されているインクジェット記録ヘッドの断面図
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図
【図４】本発明のインク供給口の表裏開口幅を制御する手法についての説明図
【図５】実施例1で用いたシリコンウエハの断面図
【図６】実施例1で作成したインクジェット記録ヘッドの工程途中の断面図
【図７】実施例２で用いたシリコンウエハの断面図
【図８】実施例２で作成したインクジェット記録ヘッドの工程途中の断面図
【図９】実施例1で作成したインクジェット記録ヘッドの工程途中の断面写真
【図１０】実施例1で作成したインクジェット記録ヘッドの工程途中の断面写真
【図１１】実施例２で作成したインクジェット記録ヘッドの工程途中の断面写真
【図１２】実施例２で作成したインクジェット記録ヘッドの工程途中の断面写真
【符号の説明】
【００５９】
101、201、301、401、501、601、701、801  シリコン基板
102、202  インク供給口
103  ウエハ表面
104  ウエハ裏面
105、203、204  互いに逆傾斜の｛１１１｝結晶面の組
106  表面の開口幅
107  裏面の開口幅
302  ｛100｝結晶面
303、503、608、702 、808  パッシベイション層
304、504、604、703、804  犠牲層
305、502  マスク層
306 〜 309、406  ｛111｝結晶面
402  裏面開口端部
403  角部：Cｔ
404  第１のエッチング後形状と{111}結晶面との接点
405  表面開口端部
602、802  発熱抵抗体
603、803  流路型材
605、805  ゴム樹脂
606、806  オリフィスプレート
607、609、807、810  ポリエーテルアミド
610  窒化シリコン
809  銅
【図１】
2007210242.tif 000003
【図２】
2007210242.tif 000004
【図３】
2007210242.tif 000005
【図４】
2007210242.tif 000006
【図５】
2007210242.tif 000007
【図６】
2007210242.tif 000008
【図７】
2007210242.tif 000009
【図８】
2007210242.tif 000010
【図９】
2007210242.tif 000011
【図１０】
2007210242.tif 000012
【図１１】
2007210242.tif 000013
【図１２】
2007210242.tif 000014