(57)【要約】【課題】本発明は、保護膜破壊によるパターニング不良の発生を抑制した、安定生産可能なインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供する事を目的とする。【解決手段】本発明は、流路となる溶解可能な固体層を流路形状にパターニングする際に、後に形成されるオリフィスの下方に存在する固体層をパターニングで除去し、保護膜を充填させる空間を形成することによりパターニング不良の発生を抑制した。  つまり、エッチング時のパターニング不良の原因となるオリフィス下方の固体層の体積を減少させることにより欠陥の発生を減少させ、さらに、保護膜を充填させる空間を形成することにより保護膜の充填量を増加する。これによりエッチング時の保護膜破壊を防ぐ膜強度を得ることができ、パターニング不良の発生を抑制する液体吐出ヘッドを得られる事が判明した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の上面に、液体を吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路と、該吐出口からの液体の吐出のための記録素子と、前記シリコン基板の下面の開口から前記流路に連通する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
シリコン基板の上に記録素子を形成する工程と、
前記記録素子を覆う第１の保護膜を形成する工程と、
前記第１の保護膜上に流路となる部分を占める溶解可能な固体層を形成する工程と、
前記固体層を覆う流路形成部材を形成する工程と、
前記流路形成部材の前記記録素子に対向する位置に吐出口を形成する工程と、
前記固体層の前記吐出口の下に位置する領域を除去して、前記第１の保護層まで到着する貫通孔を形成する工程と、
前記流路形成部材を覆い、かつ貫通孔内を充填する第２の保護膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の下面に、エッチング用マスクを形成する工程と、
前記エッチング用マスクにより保護されていない面からエッチングを行い、前記シリコン基板の下面から前記第１の保護膜を貫通して前記固体層に達する液体供給口を形成する工程と、
前記第２の保護膜を除去する工程と、
前記液体供給口および前記吐出口を介して前記固体層を前記シリコン基板上から除去する工程と、
前記流路形成部材を硬化させる工程と、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】
前記吐出口の口径が、前記貫通孔の口径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記貫通孔の口径が、吐出口の口径をｙμｍ、使用するマスクアライナの位置精度をｘμｍとしたときに（ｙ×（０．５）1/2）μｍ以上、（ｙ−２ｘ）μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記固体層が、ポジ型感光性材料からなる事を特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記固体層が、ポリメチルイソプロペニルケトンからなることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記流路形成部材が、エポキシ樹脂のカチオン重合化合物により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記第２の保護膜が、環化ゴム系のコーティング材であることを特徴とする請求項１に記載する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、液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細なインク吐出口（以下、オリフィスと称す）、流路及び該流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。インクジェット記録ヘッドの製造方法が、特許文献１あるいは特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献２に開示された、インクジェット記録ヘッドの製造方法は、インク吐出圧力発生素子が形成されたＳｉ基板上に溶解可能な固体層にてインク流路パターンを形成する。次に、インク流路パターン上に、インク流路壁となるエポキシ樹脂及び光カチオン重合開始剤を含む流路形成部材を形成し、フォトリソグラフィーによりインク吐出圧力発生素子上にオリフィスを形成する。次いでエッチング液を用い、Ｓｉ基板を、異方性エッチング法を用いて、エッチング除去しインク供給口を形成し、該インク供給口を介して固体層を溶出した後、インク流路壁となる流路形成部材を硬化するものである。
【０００４】
異方性エッチング法に用いられる、エッチング液としては、特許文献２に開示されている、ＴＭＡＨやＫＯＨなど、結晶面によるエッチング速度差を生じるアルカリ系のエッチング液が挙げられる。この際、Ｓｉ基板上に形成されたデバイス面をエッチング液から保護する為に予め保護膜形成を行う。この保護膜としては、アルカリエッチングにおける耐アルカリ性に優れ、機能素子を化学的に侵すことがなく、さらにエッチング後容易に除去可能なものであるものが好ましく、例えば、環化ゴム系の樹脂やワックスなどが挙げられる。特に環化ゴム系の樹脂は、常温でコーティングでき、アルカリエッチング液に対する耐性に優れるので、特に好ましい。
【特許文献１】特開平６−２８６１４９号公報
【特許文献２】特開２０００−３５１２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１及び２に開示されたインクジェット記録ヘッドの製造方法では、流路形成部材を硬化させる際に発生する応力によって液路を形成する固体層に欠陥が発生する場合がある。特に、吐出口の下方に発生した欠陥は、Ｓｉ基板のエッチング時に発生する水素ガスが保護膜を透過することにより成長し、保護膜を破壊してパターニング不良を引き起こす場合があった。
【０００６】
固体層の欠陥は流路形成部材にインク吐出口を形成する段階、つまり流路形成部材の露光後の熱工程（露光後ベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）工程）で発生する応力が原因となっていると思われる。
【０００７】
本発明は前述した従来技術における課題を解決し、保護膜破壊によるパターニング不良の発生を抑制した、安定生産可能なインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板の上面に、液体を吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路と、該吐出口からの液体の吐出のための記録素子と、前記シリコン基板の下面の開口から前記流路に連通する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
シリコン基板上に記録素子を形成する工程と、
前記記録素子を覆う第１の保護膜を形成する工程と、
前記第１の保護膜上に流路となる部分を占める溶解可能な固体層を形成する工程と、
前記固体層を覆う流路形成部材を形成する工程と、
前記流路形成部材の前記記録素子に対向する位置に吐出口を形成する工程と、
前記固体層の前記吐出口の下に位置する領域を除去して、前記第１の保護層まで到着する貫通孔を形成する工程と、
前記流路形成部材を覆い、かつ貫通孔内を充填する第２の保護膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の下面に、エッチング用マスクを形成する工程と、
前記エッチング用マスクにより保護されていない面からエッチングを行い、前記シリコン基板の下面から前記第１の保護膜を貫通して前記固体層に達する液体供給口を形成する工程と、
前記第２の保護膜を除去する工程と、
前記液体供給口および前記吐出口を介して前記固体層を前記シリコン基板上から除去する工程と、
前記流路形成部材を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、保護膜破壊によるパターニング不良発生を抑制した、インクジェット記録ヘッドインクジェット記録ヘッドを安定して生産することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者は前述した従来技術における問題点を解決すべく鋭意研究した。その結果、流路となる溶解可能な固体層を流路形状にパターニングする際に、後に形成される吐出口の下方に存在する固体層をパターニングで除去し、保護膜を充填させる空間を形成することによりパターニング不良の発生を抑制できることを見いだした。
【００１１】
つまり、エッチング時のパターニング不良の原因となる吐出口下方の固体層の体積を減少させることにより欠陥の発生を減少させ、さらに、保護膜を充填させる空間を形成することにより保護膜の充填量を増加する。これによりエッチング時の保護膜破壊を防ぐ膜強度を得ることができ、パターニング不良の発生を抑制するインクジェット記録ヘッドを得られる事が判明した。
【００１２】
本発明のシリコン基板の上面に、液体を吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路と、該吐出口からの液体の吐出のための記録素子と、シリコン基板の下面の開口から流路に連通する液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドは、少なくとも以下の製造工程を有する。
（１）シリコン基板の上に、記録素子を形成する工程。
（２）記録素子を覆う第１の保護膜を形成する工程。
（３）第１の保護膜上に流路となる部分を占める溶解可能な固体層を形成する工程。
（３）固体層を覆う流路形成部材を形成する工程。
（４）流路形成部材の記録素子に対向する位置に吐出口を形成する工程。
（５）固体層の前記吐出口の下に位置する領域を除去して、第１の保護層まで到着する貫通孔を形成する工程。
（６）流路形成部材を覆い、かつ貫通孔内を充填する第２の保護膜を形成する工程。
（７）シリコン基板の下面に、エッチング用マスクを形成する工程。
（８）エッチング用マスクにより保護されていない面からエッチングを行い、シリコン基板の下面から第１の保護膜を貫通して固体層に達する液体供給口を形成する工程。
（９）第２の保護膜を除去する工程。
（１０）液体供給口および吐出口を介して固体層をシリコン基板上から除去する工程。
（１１）流路形成部材を硬化させる工程。
【００１３】
吐出口と、固体層の吐出口下に設けられる貫通孔かなる保護膜充填空間とは連結されているので、吐出口の口径と保護膜充填空間の口径とは同一であることが好ましいが、吐出口と保護空間とは異なった工程で形成されるので、若干の位置ズレが生じる場合がある。このため、吐出口の口径が、保護膜充填空間の口径よりも大きいことが好ましく、保護膜充填空間の口径が、吐出口の口径をｙμｍ、使用するマスクアライナの位置精度をｘμｍとしたときに（ｙ×（０．５）1/2）μｍ以上、（ｙ−２ｘ）μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
なお、吐出口及び保護膜充填空間の口径は、円形の場合は直径であり、円形でない場合は、断面の輪郭上の２点間の最大距離をいう。
【００１５】
吐出口と保護膜充填空間とが、フォトリソグラフィー法とエッチング法とを用いて形成される場合、使用するマスクアライナの位置合わせ精度により口径が決定される。
【００１６】
固体層は、ポジ型感光性材料である事が好ましく、ポジ型感光性材料としてはポリメチルイソプロペニルケトンである事がより好ましい。
【００１７】
また、流路形成部材は、エポキシ樹脂のカチオン重合化合物であることが好ましい。
【００１８】
更に、第２の保護膜が環化ゴム系のコーティング材であることが好ましい。
【００１９】
（実施例）
実施例の液体吐出圧発生素子に電熱変換素子を用いた液体吐出ヘッドの製造方法を、図面を用いて説明する。尚、本実施例では記憶素子として、電熱変換素子を用いたが、ヒータ等の素子を用いることができる。
【００２０】
結晶軸（１００）のＳｉ単結晶からなる基板１上に、電熱変換素子２を複数個形成した後、全面に膜厚１０μｍのシリコン酸化膜からなる保護層４を形成した。保護層４をキャビテーションから保護するために、電熱変換素子２を覆う保護層４上に、Ｔａからなるキャビテーション保護層５を形成した。基板１の保護層４が形成された面と対向する面には、シリコン酸化膜からなる裏面保護膜３が形成されている（図１（ａ）参照）。保護層４には、シリコン酸化膜以外に、シリコン窒化膜、あるいは、シリコン酸窒化膜等のシリコン系の絶縁膜を用いることができる。
【００２１】
なお、電熱変換素子２には、それを動作させる制御信号を入力するための電極（不図示）が接続されている。
【００２２】
次に、保護層４上にスピンコートによってポリエーテルアミド層を成膜して１００℃で３０分間加熱し、次いで２５０℃で１時間加熱し、塗布溶剤を蒸発させ、厚さ２．０μｍの層にした。その後、ポリエーテルアミド層上にノボラック系ポジ型レジストを塗布してパターニングし、ノボラック系ポジ型レジストをマスクとしてＯ2アッシングによりポリエーテルアミド層のパターニングを行った。その後に、マスクとして使用したノボラック系ポジ型レジストを剥離することによって、ポリエーテルアミドからなる密着層６を形成した（図１（ｂ）参照）。
【００２３】
続いて、ポリメチルイソプロペニルケトンを適当な溶媒に溶解させたものを、スピンコートにより成膜し、１２０℃で６分間ベークすることにより、厚さ１５μｍの流路パターン７を構成するための膜を形成した（図１（ｃ）参照）。その後、ウシオ電機株式会社製露光装置ＵＸ３０００（商品名）を用いて、１５Ｊ／ｃｍ2のエネルギーで露光・現像を行い、流路パターン７を形成した。この際、後に形成される吐出口の下方に存在するポリメチルイソプロペニルケトンを、吐出口と同形状にパターニングし、口径１３μｍの保護膜充填空間８を形成した（図１（ｄ）参照）。
【００２４】
尚、保護膜充填空間８の口径は、後述の吐出口１０の口径と等しいことが好ましいが、使用するマスクアライナの位置精度（ｘ）μｍを考慮する必要がある。マスクの位置合わせのズレを考慮して、吐出口の口径（ｙ）μｍ、マスクアライナの位置精度（ｘ）μｍとした場合、保護充填空間の表面積が吐出口の面積の５０％となるｙ×（０．５）1/2μｍ以上、（ｙ−２ｘ）μｍ以下にすることが好ましい。
【００２５】
その後、エポキシ樹脂１００部、カチオン重合開始剤２部、添加剤５部からなる流路形成部材９を形成した（図１（ｅ）参照）。その後、キヤノン株式会社製マスクアライナＭＰＡ−６００（商品名）により、マスク（図示せず）を用いて露光・現像を行って、流路形成部材９に、口径１６μｍの吐出口１０を形成した（図１（ｆ）参照）。
【００２６】
電熱変換素子２と吐出口１０はほぼ一直線に並んでいる。
【００２７】
エポキシ樹脂としては、ダイセル化学工業株式会社製のＥＨＰＥ３１５０（商品名）、カチオン重合開始剤としては、株式会社アデカ製ＳＰ−１７２（商品名）を用いた。添加剤としては、日硝株式会社製ＳＩＬＱＵＥＳＴ  Ａ−１８７（商品名）を用いた。
【００２８】
次いで、保護膜形成材料をスピンコートによる成膜後、８０℃〜１２０℃で乾燥させて、エッチング保護膜１１を形成した。
【００２９】
基板１の裏面（保護層４が形成されているのと反対側の面）には裏面保護膜３が形成されている。この裏面保護膜３をマスクとしてＳｉの異方性エッチングを行うことによって、液体供給口１２を形成した（図２（ａ）参照）。
【００３０】
次いで、液体供給口１２の底面に露出したは裏面保護膜３を除去した後、流路パターン７を除去し、さらに流路形成部材９を硬化させるために、２００℃１時間加熱を行い、液体吐出ヘッドを得た（図２（ｂ）参照）。
【００３１】
従来技術の場合、流路パターン７に本発明の保護膜充填空間８が形成されていない。このため、本発明の図２（ａ）に対応する図は、図２（ｃ）のようになる。
【００３２】
なお、表１に示すように、本実施例の保護膜充填空間を設けた製造方法と、従来の製造方法と、を比較すると、実施例の製造方法を用いることで、保護膜破壊によるパターニング不良の発生が抑制されることが確認された。
【００３３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を示す説明図である。
【図２】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板
２  記録素子（電熱変換素子）
３  裏面保護膜
４  保護層
５  キャビテーション保護膜
６  密着層
７  流路パターン
８  保護膜充填空間
９  流路構成部材
１０  吐出口
１１  エッチング保護膜
１２  インク供給口
【図１】
2009202457.tif 000004
【図２】
2009202457.tif 000005