(57)【要約】【課題】  ＣＲ製法において、ＣＲ材露光時のスルーホール壁面からの反射による吐出口ヒサシの発生を抑制し、印字品位の向上、歩留まり向上を計る。【解決手段】  吐出口近傍にテーパーエッチされたスルーホールを有するＣＲＢＪヘッドにおいて、（１）スルーホール部に反射防止膜を設ける。（２）前記反射防止膜が樹脂に顔料または、染料を添加して遮光性を付与した有機絶縁膜（３）前記顔料または、染料の濃度が、０．１％〜５．０％である。（４）前記反射防止膜が、ポリエーテルアミド樹脂である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出圧発生素子と基板面に対して傾斜した側壁面を有するスルーホールがインク吐出口近傍に設けられた基板上に、ネガ型感光性樹脂より成るノズルおよびインク吐出口が形成されたインクジェットヘッドにおいて、
少なくとも前記スルーホールの側壁面に前記ネガ型感光性樹脂の感光波長に対する反射防止膜を積層することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記反射防止膜が遮光性を有する有機絶縁膜であることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記遮光性を有する有機絶縁膜が顔料または、染料を添加して遮光性を付与したことを特徴とする請求項1および2記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
顔料または、染料の濃度が、0.1％以上5.0％以下であることを特徴とする請求項1〜3記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記有機絶縁膜が、ポリエーテルアミド樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項1〜４記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体に外部からエネルギーを加えることによって、所望の液体を吐出するインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法、特に、熱エネルギーで液体を加熱発泡させて発生する運動エネルギーを利用して液体を吐出するインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、気泡の発生を促し、この体積変化を利用して吐出口からインクを吐出し、これを記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法が知られている。インクジェット方式の中で、基板に対し垂直にインクを吐出するサイドシューター型（特開平４−１０９４０）が提案されている。
【０００３】
従来のインクジェットヘッドでは、吐出圧発生素子に対する給電電極の共通配線を各吐出圧発生素子毎または、数素子毎に吐出圧発生素子同士の間を通した平面的折り返し配線をしていた。
【０００４】
しかし、近年インクジェットヘッドの高密度化、大型化に伴い、吐出圧発生素子の間に配線を通すことが困難となってきている。
【０００５】
上記の問題の解決策として吐出圧発生素子、インク流路、吐出口、インク供給口が設けられた、インクジェットヘッドチップ１００を示す図である図２のように各吐出圧発生素子（不図示）の近傍にスルーホール１０８を設け多層配線により共通電極を設ける方法が考えられている。
【特許文献１】特開平４−１０９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明の解決しようとしている課題の発生原因を説明する図である図３に示すように（該図は、インクジェットヘッドの最終形態を表す図であり、ネガ型感光性樹脂を露光する際のフォトマスク、ノズル型材は、割愛してある）前記ネガ型感光性樹脂を露光して吐出口を形成する際に前記ネガ型感光性樹脂を透過した活性エネルギー線が前記スルーホールの側壁面（基板面に対して傾斜している）で反射して前記吐出口まで達し、本来感光してはならない部分が感光され吐出口に薄膜状の硬化物残渣１２３が発生してしまう。上記の薄膜状の残渣１２３は、重度の場合、吐出口を閉塞してしまい、インクの吐出が行えなくなる。（不吐出）  また、軽度の場合でも、吐出口の内壁にヒサシ状に残渣が発生し、インク吐出の際に吐出方向を乱し、印字歩留まりを大きく低下させる原因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、吐出圧発生素子と基板表面に対して傾斜した側壁面を有するスルーホールがインク吐出口近傍に設けられた基板上に、ネガ型感光性樹脂より成るノズルおよびインク吐出口が形成されたインクジェットヘッドにおいて、少なくとも前記スルーホールの側壁面に前記ネガ型感光性樹脂の感光波長に対する反射防止膜を積層することにより前記薄膜状の残渣の発生が抑制される。
【０００８】
また、少なくとも前記スルーホールの側壁面に有機絶縁樹脂に顔料または、染料を添加した材料を反射防止膜として積層することにより、より好適に解決される。
【０００９】
また、前記有機絶縁樹脂に添加される顔料または、染料の濃度が0.1％〜3.0％の範囲であることにより、より好適に解決される。
【００１０】
また、前記有機絶縁樹脂材料が、ポリエーテルアミド樹脂を主成分とすることにより、より好適に解決される。
【００１１】
（作用）
前記ネガ型感光性樹脂を露光して吐出口を形成する際に、前記ネガ型感光性樹脂を透過し、前記スルーホールの側壁面に達した活性エネルギー線が、前記反射防止膜に吸収されることにより、前記吐出口への前記活性エネルギー線の反射による回り込みを防止し、前記薄膜状の残渣の発生を抑制する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、反射防止膜をスルーホール上に積層することにより、吐出口部に発生する薄膜状の硬化物残渣を抑制できるため、電極の多層配線が可能となり、高密度で残渣による印字ヨレのない印字品位の優れたインクジェットヘッドを、高歩留まりで提供できる。
【００１３】
また、電極の多層配線が可能になることにより、所謂ステッパー等の高解像の露光機が必要なくなり、一括投影式あるいは、プロキシ露光機で基板の作成が可能になり、所謂大判基板プロセスでのインクジェット用基板が作成可能となり、長尺ヘッドを安価で作成可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１、図４〜図８(a)〜(p)は本発明の実施例を説明するための図である。
【００１５】
図1は、本発明の主旨を表す図であり、図6のA-A部の模式的断面を表しており、反射防止膜がスルーホール上に積層された図である。
【００１６】
図８(a)〜図８(p)は、本実施例の工程を説明するための図であり、図6のA-A部の模式的断面を表している。
【００１７】
図２は、解決しようとしている課題を説明するための上面図で、ノズル、インク供給口、スルーホールの関係を表す図である。
【００１８】
図３は、図２のA-A断面を表す断面図であり、薄膜状硬化物の発生した状態および発生原因を説明する図である。
【００１９】
図4は、本発明の実施例を用いたインクジェットヘッド全体の模式的外観斜視図、図５は、その主要部の断面を模式的に示した模式的斜視図、図6は、本実施例のインクジェット記録ヘッドの主要部分である、インクジェットヘッドチップの上面を模式的に示した模式的平面図、図７は、本発明のインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の構造を模式的に示した斜視図である。
【００２０】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、シリコン基板１０１上に吐出圧発生素子であるヒーター１０９、スルーホール１０８を設け、ネガ型感光性樹脂よりなるノズル材１１４でインク流路壁及び吐出口１１５を形成し、インクジェットヘッドチップ１００が作成される。
【００２１】
インクは、支持部材２０４中に形成されたインク共通液室２０９から、ベースプレート２０２を通り、シリコン基板１０１を貫通する穴として形成されたインク供給口１２０を通じてシリコン基板１０１の裏面からヒーター１０９上に供給される。
【００２２】
インク供給口１２０の形成法は、例えば、シリコンの異方性エッチング法を用いて形成しても良いし、シリコン基板１０１に機械加工を施して形成しても良い。本実施例では、面方位が（１１０）のシリコン基板１０１を用いて、いわゆる異方性エッチングにより垂直なインク供給口を形成した。
【００２３】
印字は、ヒーター１０９に電気エネルギーを印加してインクを加熱、発泡させることで、インクを吐出口１１５から吐出させ、記録を行う。ヒーター１０９への電気エネルギーの印加は、外部から電気コネクタ２０６を通じて入力される信号に応じて、電気回路基板２０５、フレキシブル回路基板２０３を通じてシリコン基板１０１上に設けられた、駆動素子２０１内のトランジスタ回路によって行われる。駆動素子２０１にはその実装部にインクが進入するのを防止するため、封止材２０８が盛られている。
【００２４】
図７に本発明のインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置を模式的に示す。図７には、本発明のインクジェット記録ヘッド２１０が４本用いられており、その各々にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色が充填されている。これらのインクジェット記録ヘッドは、図７に示すように、記録用紙３０１の幅いっぱいの印字幅をもっている。そのため、印字の際は、インクジェット記録ヘッド２１０を動かすことなく、記録用紙３０１を紙搬送ベルト３０２に吸着してインクジェット記録ヘッド２１０の下を１度くぐらせ、印字を行うことで印字を完了するものである。
【００２５】
本発明のインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置は、前記のような記録用紙いっぱいの印字幅分のノズルを持ち、インクジェットヘッドを固定したタイプの記録装置に限定されず、ヘッドと記録紙を動かす、所謂シリアルタイプのインクジェットヘッド記録装置にも適用できることは、言うまでもない。
【００２６】
以下により具体的な本発明のノズル形成方法を工程順に従って図８(a)〜(p)（模式的断面図）を用いて説明する。
【００２７】
（１）基板面方位（１１０）のシリコン基板１０１に、熱酸化法でＳｉＯ2  １０２を１４０００Å形成し、フォトリソ技術によって図８(a)のようにインク供給口を設けるための所望のパターン１０３を形成した。
【００２８】
（２）図８(b)図示の如く、Ａｌ99.5Ｃｕ0.5を２０００Å堆積、パターニングして、下層配線１０５と犠牲層１０４を形成した。エッチング犠牲層は、裏面からエッチングが進行してエッチャントが犠牲層に到達するとＳｉウエハよりエッチングレートが格段に速いので短時間にエッチングされ、犠牲層パターンに対応した開口部を開けることができるものである。
【００２９】
犠牲層の長辺は３ｍｍ、幅は１６０μｍとした。
【００３０】
（３）図８(c)図示の如く、基板表面上にプラズマＣＶＤでＳｉＮ膜を６０００Å堆積、パターニングしてエッチングストップ層１０６とした。
【００３１】
（４）次いで、プラズマＣＶＤを使って、ＳｉＮ膜を７０００Å堆積して層間絶縁膜１０７とした。
【００３２】
（５）図８(d)図示の如く、ドライエッチンッグを使って層間絶縁膜にコンタクトホール１０８を形成する。
【００３３】
エッチングストップ層１０６が前記層間絶縁膜１０７の下にいる場合は、必要に応じてエッチングしてスルーホールを形成する。
【００３４】
前記スルーホールは、電気的接続信頼性を増すために前記層間絶縁膜１０７およびエッチングストップ層１０６をテーパーエッチングして前記スルーホールの壁面の傾斜を緩やかにする。
【００３５】
具体的なテーパーエッチングの手段としては、フォトレジストをスルーホールの形状に抜きパターンを形成した後、フォトレジストに１４０℃〜１８０℃のポストベークを施すことによりレジストの端面にテーパーを持たせた状態で、ドライエッチングガスで前記レジストと前記層間絶縁膜１０７を同時にエッチングを進ませることにより、テーパーを形成することができる。
【００３６】
（６）図８(e)図示の如く、インク吐出口１１５に合わせてＴａＳｉＮを６００Å堆積、パターニングしてインク吐出圧力発生用ヒーター部１０９形成した。さらに電力供給用の電極１１０としてＡｌＣｕ膜を形成した。
【００３７】
前記電力供給用電極１１０は、スルーホール１０８を介して下層配線１０５に電気的に接続される。
【００３８】
（７）次いで、ヒーター保護膜（不図示）として、プラズマＣＶＤのＳｉＮを３０００Å堆積、パターニングした。
【００３９】
次いで、インクの発泡によるキャビテーションからヒーターを保護するため、Ｔａを３０００Å堆積、パターニングして、耐キャビテーション膜(不図示)を堆積、パターニングした。
【００４０】
前記ヒーター保護膜および耐キャビテーション膜は、ヒーター以外の配線１１０やスルーホール１０８上に残しても良い。
【００４１】
（８）図８(f)図示の如く、本発明の主旨である反射防止膜１１１を前記スルーホール１０８上に積層した。
【００４２】
前記反射防止膜１１１の具体的積層方法としては、ポリエーテルアミド(日立化成工業製
商品名：ＨＡＩＭＡＬ１２００）にカーボンブラックを0.1％〜5.0％分散させ、スピンコートにより２ミクロン積層し、２５０℃で熱硬化した後、フォトレジストを前記ポリエーテルアミド樹脂上に７ミクロン積層後、前記スルーホール部をパターニングし（パターンを残す）、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）によりエッチングした。
【００４３】
上記のカーボンブラックの添加量が、0.1％〜5.0％の範囲では、後述する吐出口の露光、現像後に薄膜状の残渣の発生がなく、また、本発明によるインクジェットヘッド完成品形態における、インク充填状態での高温保存テスト（60℃、一ヶ月）でも前記反射防止膜１１１の剥離がなく充分な密着力が得られた。一方、0.05％以下の添加量では、吐出口の露光後の現像時に薄膜状の硬化物残渣が発生し、また、6.0％以上添加すると、前記ポリエーテルアミドの密着性が低下し、インク充填後の高温保存テストで、前記反射防止膜のはがれが生じた。
【００４４】
また、前記カーボンブラックに代わり油溶性黒色染料（C.I. Solvent Black 29）を添加したが、添加量と薄膜状硬化物の発生状況および密着力の低下は同様の結果であった。
【００４５】
前記反射防止膜１１１は、少なくとも前記スルーホール１０８上に積層されていれば良いが、本実施例のように電気絶縁性がよく、インクに対する耐性が強い材料を使った場合、前記スルーホール１０８以外の領域にも積層する(パターニング時に残す)ことがより望ましい。
【００４６】
また、前記反射防止膜１１１は、最終的にインクジェットヘッドの構成膜として残るため、インクに対する耐性が必要であるが、前記ポリエーテルアミド樹脂は、特にアルカリ性のインクに対する耐性が高く、本発明の反射防止膜として使用するのに特に望ましい。
【００４７】
（９）図８(g)図示の如く、裏面をアルカリエッチャントから保護するために、耐食性の高い樹脂膜（ポリエーテルアミド  日立化成工業製  商品名：ＨＡＩＭＡＬ１２００）１１２を２μｍ塗布焼成して形成し、インク供給口部をパターニングで露出させた。
【００４８】
本実施例においては、前記裏面の保護樹脂膜として前記反射防止膜と同一の材料を用いたが、後述するインク供給口のエッチングに使用する高温の強アルカリに耐えれば、特に材料は限定されるものではない。
【００４９】
（１０）図８(h)図示の如く、インク流路確保のために、強アルカリや有機溶剤等で溶解可能なノズル型材１１３として樹脂ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化ＯＤＵＲ−１０１０）をリソグラフィーを使ってパターンニングした。
【００５０】
（１１）図８(i)図示の如く、前記インク流路のパターン１１３の上に、表１に示したネガ型感光性樹脂１１４を２０ミクロンの厚さにスピンコートした後、９０℃で５分プリベークを行った。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
（１２）図８(j)図示の如く、前記ネガ型感光性樹脂層１１４の前記ヒーター１０９に対応した位置にインク吐出口１１５が形成されるよう、フォトマスク１１６および、投影型露光機ＭＰＡ−１５００（キヤノン（株）製）を用いて照度３０００ｍｗ/ｃｍ2  、2.0mm/secのスキャンスピードで露光した。
【００５３】
従来例のようなスルーホール部の反射防止膜がない場合、前記露光の際に前記フォトマスクの上方より投射された活性エネルギー線が、前記スルーホール１０８の基板に対して傾斜している壁面により、前記吐出口１１５方向に反射され、前記ノズル型材１１３を透過して、前記吐出口まで到達して、本来未硬化であるべき吐出口の底部に薄膜状の硬化物を形成し、後述する現像において、薄膜状の硬化物残渣となってしまう。
【００５４】
一方、本実施例のように、反射防止膜１１１をスルーホール１０８に積層した場合、薄膜状の硬化物が発生しないことは、前述ととおりである。
【００５５】
（１３）図８(k)図示の如く、MIBK（メチルイソブチルケトン）とキシレンの混合液（２：３）により現像した。この後、被覆樹脂層を熱によって硬化した。
【００５６】
（１４）図８(l)図示の如く、この基板のノズル形成面側を保護するため耐食性レジストで耐食性樹脂保護膜（ＯＢＣ  東京応化）１１７を形成する。
【００５７】
（１５）図８(m)図示の如く、SiO2絶縁膜１０２をフォトリソ技術を使ってインク供給口のパターン部分を除去しウエハ面を露出させる。このパターンの形状は、犠牲層１０４とは鏡像関係になるように形成する。
【００５８】
必要に応じて、裏面の露出したＳｉ基板にエッチング先導穴１１８をレーザー加工にて明ける。
【００５９】
（１６）図８(n)図示の如く、前記基板をＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド）に９時間浸け、（１１１）面が出るように異方性エッチングし、貫通穴１１９が形成される。
【００６０】
（１７）図８(o)図示の如く、エッチングストップ層１０６のＳｉＮ膜をＣＤＥ（ケミカルドライエッチ）で部分的に除去してインク供給口１２０を開口した。
【００６１】
（１８）図８(p)図示の如く、保護膜１１７を除去し、最後にインク流路形成材を除去し、インク流路１２１を確保する。
【００６２】
以上により、インクジェットヘッドの主要部品であるインクジェットヘッドチップ１００が完成する。
【００６３】
上記のインクジェットヘッドチップに前述の図４および５に述べたような駆動素子２０１、ベースプレート２０２、フレキシブル基板２０３、支持部材２０４、電気回路基板２０５、電気コネクター２０６、キャップ受け２０７、封止材２０８、等を周知の方法により取り付けて本発明のインクジェットヘッドが完成する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の主旨を表すインクジェットヘッドチップの模式的断面図
【図２】従来例を表す模式的平面図
【図３】従来例を表す模式的断面図
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的上面斜視図
【図５】図４における模式的断面図
【図６】本発明のインクジェットヘッドチップを表す模式的平面図
【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドを使用した記録装置の模式的斜視図
【図８】本発明のインクジェットヘッドチップのプロセスフローを示す模式的断面図
【符号の説明】
【００６５】
１００  インクジェットヘッドチップ
１０１  シリコン基板
１０２  ＳｉＯ2
１０３  インク供給口パターン
１０４  犠牲層
１０５  下層配線
１０６  エッチングストップ層
１０７  相間絶縁膜
１０８  スルーホール
１０９  ヒーター部
１１０  電力供給用電極
１１１  反射防止膜
１１２  裏面樹脂保護膜
１１３  ノズル型材
１１４  ネガ型感光性樹脂
１１５  インク吐出口
１１７  フォトマスク
１１８  先導穴
１１９  貫通穴
１２０  インク供給口
１２１  インク流路
１２２  薄膜状硬化物残渣
２００  インクジェットヘッドチップ
２０１  駆動素子（ＩＣ）
２０２  ベースプレート
２０３  フレキシブル回路基板
２０４  支持部材
２０５  電気回路基板
２０６  電気コネクタ
２０７  キャップ受け
２０８  封止材
２０９  インク共通液室
２１０  インクジェットヘッド
３０１  記録用紙
３０２  紙搬送ベルト
【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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【図８】
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