JP2000225710A

JP2000225710A - 液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジおよび液体吐出記録装置

Info

Publication number: JP2000225710A
Application number: JP34510399A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kubota; 雅彦久保田; Ichiro Saito; 一郎斉藤; Teruo Ozaki; 照夫尾崎; Yoshiyuki Imanaka; 良行今仲; Muga Mochizuki; 無我望月; Toshio Kashino; 俊雄樫野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐
出する液体吐出ヘッドを製造する際に、吐出特性が安定
し、温度変化に対しても吐出安定性を保ち得るものを製
造することが可能な製造方法を実現する。【解決手段】Ｓｉなどから構成された素子基板１の発
熱体２側の面上に、素子基板１と可動部材との間の間隙
を形成するための間隙形成部材２１を形成し、間隙形成
部材２１の表面、および素子基板１上に、可動部材を形
成するためのＳｉＮ膜２２を形成する。ＳｉＮ膜２２
の、可動部材に対応する部分の表面にＡｌ膜２３を形成
し、Ａｌ膜２３およびＳｉＮ膜２２の表面に、流路側壁
を形成するためのＳｉＮ膜２４を形成する。ＳｉＮ膜２
４の表面に部分的に形成されたＡｌ膜２５、およびＡｌ
膜２３をエッチングストップ層としてＳｉＮ膜２４およ
び２２をパターニングする。Ａｌ膜２５および２３や、
間隙形成部材２１を除去して可動部材６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、ワープロ、ホストコンピュータなどの出力用端末
としてのプリンタ、ビデオプリンタなどに用いられる液
体吐出ヘッドの製造方法や、その製造方法により製造さ
れた液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ、液体吐出記
録装置に関する。特に、本発明は、液体を吐出させるた
めに利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子
が形成された素子基板を有する液体吐出ヘッドの製造方
法や、その製造方法により製造された液体吐出ヘッド、
ヘッドカートリッジ、液体吐出記録装置に関する。即
ち、インクなどの記録用の液体を飛翔液滴として吐出口
(オリフィス)から吐出させて、その液体を記録媒体に付
着させることによって記録を行うために用いられる液体
吐出ヘッドの製造方法や、その製造方法により製造され
た液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ、液体吐出記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱などのエネルギーをインクに与えるこ
とで、インクに急激な体積変化を伴う状態変化を生じさ
せ、このインクの状態変化に基づく作用力によって吐出
口からインクを吐出し、これを被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、いわゆるバ
ブルジェット記録方法が従来知られている。このバブル
ジェット記録方法を用いる記録装置には、米国特許第
４，７２３，１２９号明細書に開示されているように、
インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通す
るインク流路と、インク流路内に配された、インクを吐
出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体
が一般に配されている。

【０００３】このような記録方法によれば、品位の高い
画像を高速、低騒音で記録することができるともとに、
この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための
吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装
置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に
得ることができるという多くの優れた利点を有してい
る。このため、このバブルジェット記録方法は、近年、
プリンター、複写機、ファクシミリなどの多くのオフィ
ス機器に利用されており、さらに、捺染装置などの産業
用システムにまで利用されるようになってきている。

【０００４】このようなバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近
年さらに高まっている。

【０００５】例えば、エネルギー効率の向上の要求に対
する検討としては、発熱体の保護膜の厚さを調整すると
いった発熱体の最適化が挙げられる。この手法は、発生
した熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果があ
る。

【０００６】また、高画質な画像を得るために、インク
の吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好
なインク吐出を行える液体吐出方法などを与えるための
駆動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、
吐出された液体の液流路内への充填（リフィル）速度の
速い液体吐出ヘッドを得るために液流路の形状を改良し
たものも提案されたりしている。

【０００７】さらに、液体吐出の原理に立ち返り、従来
では得られなかった、気泡を利用した新規な液体吐出方
法およびそれに用いられるヘッドなどを提供すべく鋭意
研究が行われ、特開平９-２０１９６６号公報などに開
示された液体吐出方法およびそれに用いられるヘッドが
提案されている。

【０００８】ここで、特開平９-２０１９６６号公報な
どに開示された従来の液体吐出方法およびそれに用いら
れるヘッドについて、図１８〜図２０を参照して説明す
る。図１８は、従来の液体吐出ヘッドにおける吐出原理
を説明するための図であり、図１８（ａ）〜図１８
（ｄ）のそれぞれは液流路方向に沿った断面図である。
また、図１９は、図１８に示される液体吐出ヘッドを部
分的に破断した斜視図である。図２０は、図１８に示さ
れる液体吐出ヘッドの変形例の断面図である。図１８お
よび図２０に示される液体吐出ヘッドは、液体を吐出す
る際に気泡に基づく圧力の伝搬や方向や気泡の成長方向
を制御して吐出力や吐出能率を向上させる最も基本とな
る構成のものである。

【０００９】以下の説明で用いる「上流」および「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域の上方を経
て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、またはこ
の構成上の方向に関して表現として表わされている。

【００１０】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
主として液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出
口側を代表する。より具体的には、気泡の中心に対し
て、上記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、
又は、発熱体の面積中心よりも下流側の領域で発生する
気泡を意味する。（同様に、気泡自体に関する「上流
側」とは気泡の中心に対して、上記流れ方向や上記構成
上の方向に関する上流側、又は、発熱体の面積中心より
上流側の領域で発生する気泡を意味する。）さらに、
「櫛歯」とは、可動部材の支点部が共通部材になってお
り、可動部材の自由端の前方が開放されている形状を意
味する。

【００１１】図１８に示される液体吐出ヘッドでは、液
体を吐出するための吐出エネルギー発生素子として、液
体に熱エネルギーを作用させる発熱体１０２が素子基板
１０１に設けられている。素子基板１０１上には発熱体
１０２に対応して液流路１０３が配されている。液流路
１０３は吐出口１０４に連通しているともとに、複数の
液流路１０３に液体を供給するための共通液室１０５に
連通しており、吐出口１０４から吐出された液体に見合
う量の液体をこの共通液室１０５から受け取る。

【００１２】素子基板１０１の、液流路１０３に対応す
る部分の上には、発熱体１０２に対向する平面部を有す
る板状の可動部材１０６が片持ち梁状に設けられてい
る。可動部材１０６は、弾性を有する金属などの材料か
ら構成されている。可動部材１０６の一端は液流路１０
３の壁や素子基板１０１上に感光性樹脂などをパターニ
ングして形成された台座１０７などに固定されている。
これにより、可動部材１０６が台座１０７により支持さ
れ、可動部材１０６の支点１０８が構成されている。

【００１３】また、可動部材１０６を櫛歯状にすること
により、簡易にかつ安価に可動部材１０６を作製するこ
とができ、可動部材１０６の、台座１０７に対するアラ
イメントも容易に行うことができる。可動部材１０６
は、液体の吐出動作によって共通液室１０５から可動部
材１０６の上方を経て吐出口１０４側へ流れる大きな流
れの上流側に支点１０８を持ち、この支点１０８に対し
て下流側に自由端１０９を持つように、発熱体１０２と
対向する位置に発熱体１０２を覆うような状態で発熱体
１０２から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。
この発熱体１０２と可動部材１０６との間が気泡発生領
域１１０となる。

【００１４】次に、上記のように構成された液体吐出ヘ
ッドの動作について、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）を参
照して説明する。

【００１５】まず、図１８（ａ）において、気泡発生領
域１１０および液流路１０３の内部にはインクが満たさ
れている。

【００１６】次に、図１８（ｂ）において、発熱体１０
２を発熱させることで可動部材１０６と発熱体１０２と
の間の気泡発生領域１１０の液体に熱が作用し、その液
体に、米国特許第４，７２３，１２９号明細書などに記
載されているような膜沸騰現象に基づいて気泡１１１を
発生させる。気泡１１１の発生に基づく圧力と気泡１１
１とは可動部材１０６に優先的に作用し、可動部材１０
６は、図１８（ｂ）、図１８（ｃ）もしくは図１９に示
されるように支点１０８を中心に吐出口１０４側に大き
く開くように変位する。可動部材１０６の変位もしくは
変位した状態によって気泡１１１の発生に基づく圧力の
伝搬や気泡１０９の先端部が幅を有しているため、気泡
１１１の発泡パワーを吐出口１０４側へ導きやすくな
り、液滴の吐出効率や吐出力または吐出速度などの根本
的な向上を図ることができる。

【００１７】以上説明したように、特開平９-２０１９
６６号公報などに記載された技術は、液路中の可動部材
の支点と自由端との位置関係を、吐出口側つまり下流側
に可動部材の自由端が位置する関係にすることで、また
可動部材を発熱体もしくは気泡発生領域に面して配置す
ることで積極的に気泡を制御する技術である。

【００１８】図２０に示される液体吐出ヘッドの素子基
板２０１、発熱体２０２、液流路２０３、吐出口２０
４、共通液室２０５および気泡発生領域２０９のそれぞ
れの構成は、図１３に基づいて説明した液体吐出ヘッド
と同様であり、それらの構成についての詳細な説明は省
略する。

【００１９】図２０に示される液体吐出ヘッドでは、片
持ち梁状に形成された可動部材２０６の一端に段差部２
０６ａが設けられており、素子基板２０１上に可動部材
２０６が直接固定されている。これにより、可動部材２
０６は素子基板２０１上に保持され、可動部材２０６の
支点２０７が構成されるともとに、この支点２０７に対
して下流側に自由端２０８が構成されている。

【００２０】以上で説明したように、可動部材の固定部
分に台座を設けたり、あるいは可動部材の固定部分に段
差部を設けたりすることにより、可動部材と発熱部との
間に１〜２０μｍ程度のギャップが構成され、可動部材
による液体吐出効率を向上させる効果が十分に引き出さ
れる。従って、上述したような吐出原理に基づく液体吐
出ヘッドなどによると、発生する気泡とこれによって変
位する可動部材との相乗効果を得ることができ、吐出口
近傍の液体を効率よく吐出させることができるため、可
動部材を用いていない従来のバブルジェット方式の吐出
方法や液体吐出ヘッドなどと比較して液体の吐出効率が
向上する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基本的に従
来の気泡、特に膜沸騰に伴う気泡を液流路中に形成して
液体を吐出する方式の根本的な吐出特性を、従来では予
想できない水準に高めることを主たる課題とする。

【００２２】本発明者たちは、従来では得られなかった
気泡を利用した新規な液滴吐出方法、およびその方法を
用いたヘッドなどを提供すべく鋭意研究を行った。この
とき、液流路中の可動部材の機構の原理を解析するとい
った液流路中の可動部材の動作を起点とする第１技術解
析、および気泡による液滴吐出原理を起点とする第２技
術解析、さらには、気泡形成用の発熱体の気泡形成領域
を起点とする第３解析を行い、これらの解析によって、
可動部材の支点と自由端の配置関係を吐出口側つまり下
流側に自由端が位置する関係にすること、また可動部材
を発熱体もしくは気泡発生領域に面して配することで積
極的に気泡を制御する全く新規な技術を確立するに至っ
た。

【００２３】次に、気泡自体が吐出量に与えるエネルギ
ーを考慮すると、気泡の下流側の成長成分を考慮するこ
とが吐出特性を格段に向上できる要因として最大である
との知見に至った。つまり、気泡の下流側の成長成分を
吐出方向へ効率よく変換させることこそ吐出効率、吐出
速度の向上をもたらすことも判明した。

【００２４】さらに、気泡を形成するための発熱領域、
例えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る
中心線から下流側、あるいは、発泡を司る面における面
積中心などの気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液
流路などに構造的要素を勘案することも好ましいという
ことがわかった。

【００２５】また、一方、可動部材の配置と液供給路の
構造を考慮することで、リフィル速度が大幅に向上する
ことができることがわかった。

【００２６】本発明の目的は、気泡の発生に基づく圧力
による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出す
る際に吐出特性が安定した、信頼性の高い液体吐出ヘッ
ドを製造することが可能な液体吐出ヘッドの製造方法
や、その製造方法により製造された液体吐出ヘッド、ヘ
ッドカートリッジおよび液体吐出記録装置を提供するこ
とにある。また、本発明の目的は、前記液体吐出ヘッド
の可動部材などを高い精度で、かつ高密度に形成するこ
とができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することに
ある。さらに、本発明の目的は、高速印字などに伴いヘ
ッドの温度が変化しても、液流路の流れ抵抗や、素子基
板と流路壁との密着性、発熱体に対する可動部材および
液流路の位置がほとんど変化せず、高品位な記録および
吐出安定性を保ち得る液体吐出ヘッドを製造することが
可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにあ
る。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に
前記液体を供給するために前記吐出口と連通する液流路
と、前記液流路内に設けられた前記液体に気泡を発生さ
せるための発熱体と、前記発熱体を備える素子基板と、
前記素子基板の前記発熱体に対向する位置に、前記素子
基板との間に間隙をおいて前記吐出口側を自由端として
前記素子基板に設けられた可動部材とを備え、前記気泡
が発生されることにより生じる圧力によって、前記可動
部材の自由端が前記可動部材の、前記素子基板との支持
固定部付近に構成された支点部を中心として前記吐出口
側に変位されることにより、前記液体を前記吐出口から
吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記素
子基板の前記発熱体側の面上に、前記素子基板と前記可
動部材との間の前記間隙を形成するためのＡｌからなる
間隙形成部材を形成する工程と、前記間隙形成部材を被
覆するように前記可動部材を形成するための材料膜を形
成する工程と、前記材料膜をドライエッチングによって
パターニングする工程と、前記間隙形成部材を溶出する
ことにより前記間隙を形成する工程とを有するととも
に、前記Ａｌからなる間隙形成部材は、前記材料膜がエ
ッチングされる領域まで延在されている。

【００２８】具体的には、前記素子基板の材料としてシ
リコンを用い、前記可動部材の材料膜として窒化シリコ
ン、酸化シリコンまたは炭化シリコンのうちいずれか１
つを用いる。

【００２９】また、前記素子基板は、前記液流路を形成
するための液流路側壁を有し、該液流路側壁は、前記材
料膜の可動部材形成領域に耐エッチング保護膜を設けた
後、前記材料膜上に、前記液流路側壁を形成するための
膜を積層し、その後ドライエッチングを行うことにより
前記可動部材と同時に形成されることが好ましい。

【００３０】さらに、前記ドライエッチングの工程時
に、前記間隙形成部材は、前記間隙形成部材と電気的に
接続された基板を介して接地されていることが好まし
い。さらに、前記素子基板が、前記発熱体の面上に形成
されたＴａからなる耐キャビテーション膜を有するもの
であり、前記流路側壁を形成するための膜を、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて形成する際に前記耐キャビテーション
膜を接地することが好ましい。

【００３１】さらに、前記素子基板の発熱体が設けられ
た面には、前記発熱体をヘッド外部と電気的に接続する
ためのパッドが設けられており、前記間隙形成部材は保
護層を介して該パッド上にも設けられるとともに、該保
護層は前記間隙形成部材の溶出後に除去される。この場
合、前記保護層の材料として窒化シリコンを用いること
が好ましい。さらに、前記保護層として前記窒化シリコ
ン上にさらにＴｉＷを用いてもよい。

【００３２】さらに、前記間隙形成部材を溶出する工程
で、酢酸、りん酸および硝酸の混合液による加温エッチ
ングを用いることが好ましく、前記ＴｉＷの除去は、過
酸化水素を用いたエッチングによって行われることが好
ましい。

【００３３】さらに、本発明は、液体を吐出する吐出口
と、前記吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口
と連通する液流路と、前記液流路内の前記液体に気泡を
発生させるための発熱体が一方の面側に備えられた素子
基板と、前記液流路を形成するように前記素子基板上に
形成された流路側壁と、前記素子基板の前記発熱体に対
向する位置に、前記素子基板との間に間隙をおいて、前
記吐出口側を自由端として前記素子基板に設けられた可
動部材とを備え、前記気泡が発生されることにより生じ
る圧力によって、前記可動部材の自由端が前記可動部材
の、前記素子基板との支持固定部付近に構成された支点
部を中心として前記吐出口側に変位されることにより、
前記液体を前記吐出口から吐出させる液体吐出ヘッドの
製造方法であって、前記素子基板の前記発熱体側の面上
に前記素子基板と前記可動部材との間の前記間隙を形成
するための間隙形成部材を部分的に形成する工程と、前
記素子基板の表面および前記間隙形成部材の表面に、前
記可動部材を形成するためのシリコン系材料からなる材
料膜を形成する工程と、前記可動部材を形成するための
材料膜表面の、前記可動部材に対応する部分に第１のマ
スク層を形成する工程と、前記可動部材を形成するため
の材料膜表面および前記第１のマスク層の表面に、前記
流路側壁を形成するためのシリコン系材料からなる膜を
形成する工程と、前記流路側壁を形成するための膜表面
の、前記流路側壁に対応する部分に第２のマスク層を形
成する工程と、前記可動部材を形成するための材料膜お
よび前記流路側壁を形成するための膜を前記第１、第２
のマスク層を用いてエッチングによりパターニングして
前記液流路、および前記流路側壁の少なくとも一部を形
成する工程と、前記間隙形成部材および前記第２の保護
層を除去して前記可動部材を形成する工程とを有する。

【００３４】具体的には、前記可動部材を形成するため
の前記材料膜を形成する工程、および前記流路側壁を形
成するための膜を形成する工程でプラズマＣＶＤ法を用
いる。また、前記間隙形成部材および前記第１、第２の
マスク層の材質としてＡｌまたは、Ａｌを含む合金を用
い、かつ、前記間隙形成部材を形成する工程、および前
記第２の保護層を形成する工程でスパッタリング法およ
びフォトリソグラフィプロセスを用いる。前記Ａｌを含
む合金としては、Ａｌ-Ｃｕ、Ａｌ-Ｎｉ、Ａｌ-Ｃｒ、
Ａｌ-ＣｏまたはＡｌ-Ｆｅのうちいずれか１つを用いる
ことができる。さらに、前記可動部材の前記支持固定部
と、前記素子基板との密着部の構成材料にＴｉＷまたは
Ｔａの少なくともいずれか一方が含まれていてもよい。

【００３５】さらに、前記間隙形成部材を形成する工程
の前に、前記可動部材の、前記自由端と反対側の端部を
前記素子基板上に固定するための台座部を前記素子基板
の前記発熱体側の面上に形成する工程をさらに有するこ
とが好ましい。この場合、前記台座部と前記素子基板と
の密着部の構成材料にＴｉＷまたはＴａの少なくともい
ずれか一方が含まれていてもよい。さらに、前記流路側
壁と前記素子基板との密着部の構成材料にＴｉＷまたは
Ｔａの少なくともいずれか一方が含まれていてもよい。

【００３６】さらに、本発明は、液体を吐出する吐出口
と、前記吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口
と連通する液流路と、前記液流路内の前記液体に気泡を
発生させるための発熱体が一方の面側に備えられた素子
基板と、前記液流路を形成するように前記素子基板上に
形成された流路側壁と、前記素子基板の前記発熱体に対
向する位置に、前記素子基板との間に間隙をおいて、前
記吐出口側を自由端として前記素子基板に設けられた可
動部材と、該可動部材の変位を規制するストッパ部とを
備え、前記気泡が発生されることにより生じる圧力によ
って、前記可動部材の自由端が前記可動部材の、前記素
子基板との支持固定部付近に構成された支点部を中心と
して前記吐出口側に変位されることにより、前記液体を
前記吐出口から吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法で
あって、前記素子基板の前記可動部材上に流路側壁を形
成するための膜を設け、前記可動部材の可動領域におけ
る液流路パターンとは異なるパターンで前記膜をエッチ
ングすることにより可動部材上に液流路の一部とストッ
パ部とを同時に作り込む工程を有する。

【００３７】前記ストッパ部を形成する工程が、前記液
流路の内部に、前記可動部材が変位する空間を形成する
ための膜を埋め込む工程と、前記流路側壁を形成するた
めの膜の表面、および前記可動部材が変位する空間を形
成するための膜の表面に、前記ストッパ部を形成するた
めの膜を形成する工程と、前記ストッパ部を形成するた
めの膜を、フォトリソグラフィプロセスを用いてパター
ニングして前記ストッパ部を形成する工程とから構成さ
れていることが好ましい。

【００３８】上記の通りの発明では、液体吐出ヘッド
に、気泡の発生に伴う圧力によって変位する可動部材を
設けることで、発生した圧力を効率的に吐出口方向に向
かわせるでき、吐出液体のリフィルを向上させつつ、吐
出エネルギーの効率が高く、高い吐出圧で液体を吐出す
ることが可能な液体吐出ヘッドを製造することができ
る。

【００３９】また、素子基板の材料としてシリコンを用
い、可動部材および流路側壁の材料として、窒化シリコ
ン、酸化シリコンまたは炭化シリコンといった、シリコ
ン系のものを用いることにより、それらの部材の熱膨張
率がほぼ等しくなる。これにより、温度変化によって、
可動部材の、素子基板に対する固定部分の強度や、流路
側壁と素子基板との密着性が低下することが防止され
る。その結果、液体吐出ヘッドの温度が変化しても、素
子基板と流路壁との密着性、発熱体に対する可動部材お
よび液流壁の位置や、さらには液流路の流れ抵抗がほと
んど変化しない液体吐出ヘッドを製造することができ
る。

【００４０】さらに、可動部材を形成するための前記材
料膜や、流路側壁を形成するための膜をプラズマＣＶＤ
法を用いて形成する際に素子基板の耐キャビテーション
膜を接地することにより、プラズマ放電により分解され
たイオン種およびラジカルの電荷によって素子基板の発
熱体２などの機能素子が損傷することが防止される。

【００４１】さらに、可動部材を形成するための前記材
料膜、および流路側壁を形成するための膜をドライエッ
チングによりパターニングして、液流路、および流路側
壁の少なくとも一部を形成する際に間隙形成部材を接地
することにより、ドライエッチングの際に、例えばＣＦ
₄ガスなどのガスの分解により生じるイオン種およびラ
ジカルの電荷によって素子基板１の発熱体２などの機能
素子が損傷することが防止される。

【００４２】さらに、可動部材を形成するためにフォト
リソグラフィプロセスを用いることで、可動部材の吐出
方向の長さおよび幅などの寸法ばらつきに起因する、可
動部材の機械的特性のばらつきを小さくすることができ
る。

【００４３】また、本発明の液体吐出ヘッドは、熱エネ
ルギーを液体に作用させることで起こる気泡の発生を利
用して液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、上述し
た液体吐出ヘッドの製造方法により製造されたものであ
る。

【００４４】さらに、本発明のヘッドカートリッジは、
上述した製造方法により製造された液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器
とを有する。

【００４５】さらに、本発明の液体吐出記録装置は、上
述した製造方法により製造された液体吐出ヘッドと、該
液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号を
供給する駆動信号供給手段とを有する。

【００４６】さらに、本発明の液体吐出記録装置は、上
述した製造方法により製造された液体吐出ヘッドと、該
液体吐出ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒体
を搬送する被記録媒体搬送手段とを有する。

【００４７】上記の液体吐出記録装置は、前記液体吐出
ヘッドから液体を吐出して被記録媒体に前記液体を付着
させることで記録を行うものである。

【００４８】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（又は可動部
材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、
又はこの構成上の方向に関しての表現として表されてい
る。

【００４９】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
気泡の中心に対して、上記流れ方向や上記構成上の方向
に関する下流側、又は、発熱体の面積中心より下流側の
領域で発生する気泡を意味する。同様に、気泡自体に関
する「上流側」とは気泡の中心に対して、上記流れ方向
や上記構成上の方向に関する上流側、又は、発熱体の面
積中心より上流側の領域で発生する気泡を意味する。

【００５０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００５１】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる素子基板の
断面図である。図１に示すように、本実施形態の液体吐
出ヘッドに用いられる素子基板１では、シリコン基板３
０１の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜３０２および、
蓄熱層を兼ねる層間膜３０３がこの順番で積層されてい
る。層間膜３０３としては、ＳｉＯ₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄
膜が用いられている。層間膜３０３の表面に部分的に抵
抗層３０４が形成され、抵抗層３０４の表面に部分的に
配線３０５が形成されている。配線３０５としては、Ａ
ｌまたは、Ａｌ-Ｓｉ，Ａｌ-ＣｕなどのＡｌ合金配線が
用いられている。この配線３０５、抵抗層３０４および
層間膜３０３の表面に、ＳｉＯ₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜か
ら成る保護膜３０６が形成されている。保護膜３０６の
表面の、抵抗層３０４に対応する部分およびその周囲に
は、抵抗層３０４の発熱に伴う化学的および物理的な衝
撃から保護膜３０６を守るための耐キャビテーション膜
３０７が形成されている。抵抗層３０４表面の、配線３
０５が形成されていない領域は、抵抗層３０４の熱が作
用する部分となる熱作用部３０８である。

【００５２】この素子基板１上の膜は半導体の製造技術
によりシリコン基板３０１の表面に順に形成され、シリ
コン基板３０１に熱作用部３０８が備えられている。

【００５３】図２は、図１に示した素子基板１の主要素
子を縦断するように素子基板１を断面にした時の模式的
断面図である。

【００５４】図２に示すように、Ｐ導電体であるシリコ
ン基板３０１の表層にはＮ型ウェル領域４２２およびＰ
型ウェル領域４２３が部分的に備えられている。そし
て、一般的なＭｏｓプロセスを用いてイオンプラテーシ
ョンなどの不純物導入および拡散によって、Ｎ型ウェル
領域４２２にＰ-Ｍｏｓ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２
３にＮ-Ｍｏｓ４２１が備えられている。Ｐ-Ｍｏｓ４２
０は、Ｎ型ウェル領域４２２の表層に部分的にＮ型ある
いはＰ型の不純物を導入してなるソース領域４２５およ
びドレイン領域４２６や、Ｎ型ウェル領域４２２の、ソ
ース領域４２５およびドレイン領域４２６を除く部分の
表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を介して堆積さ
れたゲート配線４３５などから構成されている。また、
Ｎ-Ｍｏｓ４２１は、Ｐ型ウェル領域４２３の表層に部
分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース
領域４２５およびドレイン領域４２６や、Ｐ型ウェル領
域４２３の、ソース領域４２５およびドレイン領域４２
６を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８
を介して堆積されたゲート配線４３５などから構成され
ている。ゲート配線４３５は、ＣＶＤ法により堆積した
厚さ４０００Å〜５０００Åのポリシリコンから成るも
のである。これらのＰ-Ｍｏｓ４２０およびＮ-Ｍｏｓ４
２１からＣ-Ｍｏｓロジックが構成されている。

【００５５】Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ-Ｍｏｓ４２
１と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のＮ-Ｍｏ
ｓトランジスタ４３０が備えられている。Ｎ-Ｍｏｓト
ランジスタ４３０も、不純物導入および拡散などの工程
によりＰ型ウェル領域４２３の表層に部分的に備えられ
たソース領域４３２およびドレイン領域４３１や、Ｐ型
ウェル領域４２３の、ソース領域４３２およびドレイン
領域４３１を除く部分の表面にゲート絶縁膜４２８を介
して堆積されたゲート配線４３３などから構成されてい
る。

【００５６】本実施形態では、電気熱変換素子駆動用の
トランジスタとしてＮ-Ｍｏｓトランジスタ４３０を用
いたが、複数の電気熱変換素子を個別に駆動できる能力
を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることが
できるトランジスタであれば、このトランジスタに限ら
れない。

【００５７】Ｐ-Ｍｏｓ４２０とＮ-Ｍｏｓ４２１との間
や、Ｎ-Ｍｏｓ４２１とＮ-Ｍｏｓトランジスタ４３０と
の間などの各素子間には、５０００Å〜１００００Åの
厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４２４が形
成されており、その酸化膜分離領域４２４によって各素
子が分離されている。酸化膜分離領域４２４の、熱作用
部３０８に対応する部分は、シリコン基板３０１の表面
側から見て一層目の蓄熱層４３４としての役割を果た
す。

【００５８】Ｐ-Ｍｏｓ４２０、Ｎ-Ｍｏｓ４２１および
Ｎ-Ｍｏｓトランジスタ４３０の各素子の表面には、厚
さ約７０００ÅのＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜などから成
る層間絶縁膜４３６がＣＶＤ法により形成されている。
熱処理により層間絶縁膜４３６を平坦化した後に、層間
絶縁膜４３６およびゲート絶縁膜４２８を貫通するコン
タクトホールを介して第１の配線層となるＡｌ電極４３
７により配線が行われている。層間絶縁膜４３６および
Ａｌ電極４３７の表面には、厚さ１００００Å〜１５０
００ÅのＳｉＯ₂膜から成る層間絶縁膜４３８がプラズ
マＣＶＤ法により形成されている。層間絶縁膜４３８の
表面の、熱作用部３０８およびＮ-Ｍｏｓトランジスタ
４３０に対応する部分には、厚さ約１０００ÅのＴａＮ
_0.8,hex膜から成る抵抗層３０４がＤＣスパッタ法によ
り形成されている。抵抗層３０４は、層間絶縁膜４３８
に形成されたスルーホールを介してドレイン領域４３１
の近傍のＡｌ電極４３７と電気的に接続されている。抵
抗層３０４の表面には、各電気熱変換素子への配線とな
る第２の配線層としての、Ａｌの配線３０５が形成され
ている。

【００５９】配線３０５、抵抗層３０４および層間絶縁
膜４３８の表面の保護膜３０６は、プラズマＣＶＤ法に
より形成された厚さ１００００ÅのＳｉ₃Ｎ₄膜から成る
ものである。保護膜３０６の表面に形成された耐キャビ
テーション膜３０７は、厚さ約２５００ÅのＴａなどの
膜から成るものである。

【００６０】図３は、本発明の第１の実施形態の液体吐
出ヘッドの、流路方向に沿った断面図である。

【００６１】図３に示すように本実施形態の液体吐出ヘ
ッドは、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを
与える吐出エネルギー発生素子としての、複数個（図３
では、１つのみ示す）の発熱体２が並列に設けられた素
子基板１と、この素子基板１上に接合された天板３と、
素子基板１および天板３の前端面に接合されたオリフィ
スプレート４とを有する。

【００６２】素子基板１は、上述したように、シリコン
などの基板上に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸
化膜または窒化シリコン膜を成膜し、その上に、発熱体
２を構成する電気抵抗層および配線をパターニングした
ものである。この配線から電気抵抗層に電圧を印加し、
電気抵抗層に電流を流すことで発熱体２が発熱する。そ
して、この配線と電極抵抗層の上には、それらをインク
から保護する保護膜が形成されており、さらにその保護
膜の上にはインク消泡によるキャビテーションから保護
する耐キャビテーション膜が形成されている。素子基板
１上には、各発熱体２に対応した複数の液流路７を形成
するための流路側壁９や、各液流路７に液体を供給する
ための共通液室８を構成するための部材が形成されてい
る。

【００６３】天板３も、各発熱体２に対応した複数の液
流路７および、各液流路７に液体を供給するための共通
液室８を構成するためのものである。天板３はシリコン
系の材料で構成され、シリコン基板上にＣＶＤなどの公
知の成膜方法により酸化シリコンを堆積したものであ
る。

【００６４】オリフィスプレート４には、各液流路７に
対応し、それぞれの液流路７を介して共通液室８に連通
する複数の吐出口５が形成されている。素子基板１と天
板３とを接合することにより複数の発熱体２および液流
路７を備えたヘッド基体が構成されていて、そのヘッド
基体の前端面にオリフィスプレート４が接合されてい
る。

【００６５】素子基板１の、液流路７に対応する部分の
上には、発熱体２に対向する平面部を有する板状の可動
部材６が片持ち梁状に設けられている。可動部材６は、
弾性を有する材料から構成されている。片持ち梁状に形
成された可動部材６の一端に段差部６ｃが設けられてお
り、素子基板１上に可動部材６が直接固定されている。
これにより、可動部材６は素子基板１上に保持され、可
動部材６の支点６ａが構成されるともとに、この支点６
ａに対して下流側に自由端６ｂが構成されている。

【００６６】可動部材６は、液体の吐出動作によって共
通液室８から可動部材６の上方を経て吐出口５側へ流れ
る大きな流れの上流側に支点６ａを持ち、この支点６ａ
に対して下流側に自由端６ｂを持つように、発熱体２と
対向する位置に発熱体２を覆うような状態で発熱体２か
ら所定の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可
動部材６との間の間隙が気泡発生領域１０となる。可動
部材６の材料としては、窒化シリコン、酸化シリコンま
たは炭化シリコンなどのシリコン系のものが用いられ
る。

【００６７】図４は、図１、図２および図３に示した素
子基板１の回路構成を説明するための図である。図４に
おいて、符号２は一列に配列された発熱体であり、符号
５０２はドライバとしてのパワートランジスタであり、
符号５０３はラッチ回路であり、符号５０４はシフトレ
ジスタである。また、符号５０５は、シフトレジスタ５
０４を動かすためのクロックであり、符号５０６は画像
データ入力部であり、符号５０７は、パワートランジス
タ５０２のオン時間を外部からコントロールするための
ヒートパルス幅入力部であり、符号５０８はロジック電
源であり、符号５０９はＧＮＤであり、符号５１０は発
熱体駆動電源（ＶＨ）であり、符号５１１はパワートラ
ンジスタ（Ｖｃｅ）であり、符号５１２は、素子基板１
に形成された耐キャビテーション膜である。耐キャビテ
ーション膜５１２は、素子基板１を構成するシリコン基
板と電気的に接続されている。これにより、後述するよ
うに液体吐出ヘッドを製造するためにプラズマＣＶＤ法
により素子基板１上にＳｉＮ膜を形成する際や、素子基
板１上のＳｉＮ膜をドライエッチングにより除去する際
に、耐キャビテーション膜５１２が素子基板１のシリコ
ン基板を介してアースに接地される。

【００６８】このような構成の素子基板１を含む液体吐
出ヘッドを有する液体吐出記録装置では、画像データが
画像データ入力部５０６からシフトレジスタ５０４に直
列（シリアル）に入力される。その入力データはラッチ
回路５０３において一時記憶され、その間にデコーダで
制御された、ヒートパルス幅入力部５０７からパルスが
入力されると、パワートランジスタ５０２がオン状態と
なり、発熱体２が駆動される。これにより、駆動された
発熱体２上の液流路中の液体（インク）が加熱され、吐
出口から液体が吐出されて記録が行われる。

【００６９】次に、図３に示した液体吐出ヘッドの製造
方法について説明する。

【００７０】図５は、図３に示した素子基板１上に可動
部材６および流路側壁９を形成する方法を説明するため
の図であり、図６は、プラズマＣＶＤ装置を用いて素子
基板１上にＳｉＮ膜を形成する方法を説明するための図
である。また、図７は、図３に示した素子基板１上に可
動部材６および流路側壁９を形成する方法を説明するた
めの図であり、図８は、ドライエッチング装置を用いて
ＳｉＮ膜をエッチングする方法を説明するための図であ
る。図５（ａ）〜図５（ｃ）および、図７（ａ）〜図７
（ｃ）のそれぞれでは、図３に示した液流路７の流路方
向と直行する方向に沿った断面が示されている。図５
（ａ）〜図５（ｃ）および、図７（ａ）〜図７（ｃ）の
工程を経て、素子基板１上に可動部材６および流路側壁
９が形成される。

【００７１】まず、図５（ａ）では、素子基板１の発熱
体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続を行うた
めの接続用パッド部分を保護するための第１の保護層と
して、不図示のＴｉＷ膜をスパッタリング法によって厚
さ約５０００Å形成する。この素子基板１の発熱体２側
の面に、間隙形成部材２１を形成するためのＡｌ膜をス
パッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。形成さ
れたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用
いてパターニングし、図３に示した発熱体２と可動部材
６との間の気泡発生領域１０に対応する位置に、素子基
板１と可動部材６との間の間隙を形成するための、Ａｌ
膜からなる間隙形成部材２１を複数形成する。それぞれ
の間隙形成部材２１は、後述する図７（ｂ）の工程にお
いて、可動部材６を形成するための材料膜であるＳｉＮ
膜２２がエッチングされる領域まで延在されている。

【００７２】間隙形成部材２１は、後述するようにドラ
イエッチングにより液流路７および可動部材６を形成す
る際のエッチングストップ層として機能する。これは、
素子基板１におけるパッド保護層としてのＴｉＷ層や、
耐キャビテーション膜としてのＴａ膜、および抵抗体上
の保護層としてのＳｉＮ膜が、液流路７を形成するため
に使用するエッチングガスによりエッチングされてしま
うからであり、これらの層や膜のエッチングが間隙形成
部材２１により防止される。そのため、ドライエッチン
グにより液流路７を形成する際に素子基板１の発熱体２
側の面や、素子基板１上のＴｉＷ層が露出しないよう
に、それぞれの間隙形成部材２１における液流路７の流
路方向と直行する方向の幅は、後述する図７（ｂ）の工
程で形成される液流路７の幅よりも広くなっている。

【００７３】さらに、ドライエッチング時には、ＣＦ₄
ガスの分解によりイオン種およびラジカルが発生し、素
子基板１の発熱体２や機能素子にダメージを与えること
があるが、Ａｌからなる間隙形成部材２１は、これらイ
オン種やラジカルを受け止めて素子基板１の発熱体２や
機能素子を保護するものとなっている。

【００７４】次に、図５（ｂ）では、間隙形成部材２１
の表面、および素子基板１の間隙形成部材２１側の面上
に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成する
ための材料膜である厚さ約４．５μｍのＳｉＮ膜２２
を、間隙形成部材２１を被覆するように形成する。ここ
で、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜２２を形成す
る際には、図６を参照して次に説明するように、素子基
板１を構成するシリコン基板などを介して、素子基板１
に備えられたＴａからなる耐キャビテーション膜を接地
する。これにより、プラズマＣＶＤ装置の反応室内での
プラズマ放電により分解されたイオン種およびラジカル
の電荷に対して素子基板１内の発熱体２やラッチ回路な
どの機能素子を保護することができる。

【００７５】図６に示すように、ＳｉＮ膜２２を形成す
るためのプラズマＣＶＤ装置の反応室４３ａ内には、所
定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極４２ａおよび
ステージ４５ａが備えられている。ＲＦ電極４２ａに
は、反応室４３ａの外部のＲＦ電源４１ａによって電圧
が印加される。一方、ステージ４５ａのＲＦ電極４２ａ
側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基
板１の発熱体２側の面がＲＦ電極４２ａと対向してい
る。ここで、素子基板１が有する、発熱体２の面上に形
成されたＴａからなる耐キャビテーション膜は、図４に
基づいて前述したように素子基板１のシリコン基板と電
気的に接続されており、間隙形成部材２１は、素子基板
１のシリコン基板、およびステージ４５ａを介して接地
されている。このように構成されたプラズマＣＶＤ装置
においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状
態で供給管４４ａを通して反応室４３ａ内にガスを供給
し、素子基板１とＲＦ電極４２ａとの間にプラズマ４６
を発生させる。反応室４３ａ内でのプラズマ放電により
分解されたイオン種やラジカルが素子基板１上に堆積す
ることで、ＳｉＮ膜２２が素子基板１上に形成される。
その際、イオン種やラジカルにより素子基板１上に電荷
が発生するが、上述したように耐キャビテーション膜が
接地されていることにより、素子基板１内の発熱体２や
ラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷
によって損傷することが防止される。

【００７６】次に、図５（ｃ）では、ＳｉＮ膜２２の表
面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１００
Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソ
グラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜２
２表面の、可動部材６に対応する部分、すなわちＳｉＮ
膜２２表面の可動部材形成領域に第２の保護層としての
Ａｌ膜２３を残す。Ａｌ膜２３は、ドライエッチングに
より液流路７を形成する際の保護層（エッチングストッ
プ層）となる。

【００７７】次に、図７（ａ）では、ＳｉＮ膜２２およ
びＡｌ膜２３の表面に、流路側壁９を形成するためのＳ
ｉＮ膜２４を、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて厚さ約５０
μｍ形成する。ここで、マイクロ波ＣＶＤ法によるＳｉ
Ｎ膜２４の成膜に使用するガスとしては、モノシラン
（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）およびアルゴン（Ａｒ）を用
いた。そのガスの組み合わせとしては、上記以外にも、
ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）やアンモニア（ＮＨ₃）などとの
組み合わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周波数
が２．４５［GHz］のマイクロ波のパワーを１．５［ｋ
Ｗ］とし、ガス流量としてはモノシランを１００［scc
m］、窒素を１００［sccm］、アルゴンを４０［sccm］
でそれぞれのガスを供給して、圧力が０．６６７［Pa］
（５［mTorr］）の高真空下でＳｉＮ膜２４を形成し
た。また、ガスのそれ以外の成分比でのマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法や、ＲＦ電源を使用したＣＶＤ法などでＳ
ｉＮ膜２４を形成してもよい。

【００７８】ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜２４を形成する際
には、図６に基づいて前述したようなＳｉＮ膜２２を形
成する方法と同様に、発熱体２の面上に形成されている
Ｔａからなる耐キャビテーション膜を素子基板１のシリ
コン基板を介して接地する。これにより、ＣＶＤ装置の
反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種お
よびラジカルの電荷に対して素子基板１内の発熱体２や
ラッチ回路などの機能素子を保護することができる。

【００７９】そして、ＳｉＮ膜２４の表面全体にＡｌ膜
を形成した後に、形成されたＡｌ膜を、フォトリソグラ
フィなどの周知の方法を用いてパターニングして、Ｓｉ
Ｎ膜２４表面の、液流路７に対応する部分を除く部分に
Ａｌ膜２５を形成する。前述したように、それぞれの間
隙形成部材２１における液流路７の流路方向と直行する
方向の幅は、次の図７（ｂ）の工程で形成される液流路
７の幅よりも広くなっているので、Ａｌ膜２５の側部が
間隙形成部材２１の側部の上方に配置されている。

【００８０】次に、図７（ｂ）では、誘電結合プラズマ
を使ったエッチング装置を用いてＳｉＮ膜２４およびＳ
ｉＮ膜２２をパターニングして流路側壁９および可動部
材６を同時に形成する。そのエッチング装置では、ＣＦ
₄とＯ₂の混合ガスを用いて、Ａｌ膜２３，２５および間
隙形成部材２１をエッチングストップ層すなわちマスク
として、ＳｉＮ膜２４がトレンチ構造となるようにＳｉ
Ｎ膜２４およびＳｉＮ膜２２のエッチングを行う。この
ＳｉＮ膜２２をパターニングする工程では、図３に示し
たように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固
定されるようにＳｉＮ膜２２の不要な部分を除去する。
可動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の構成
材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、およ
び素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料である
Ｔａが含まれる。

【００８１】ここで、ドライエッチング装置を用いてＳ
ｉＮ膜２２および２４をエッチングする際には、図８を
参照して次に説明するように素子基板１などを介して間
隙形成部材２１を接地する。これにより、ドライエッチ
ングの際にＣＦ₄ガスの分解により生じるイオン種およ
びラジカルの電荷が間隙形成部材２１に留まることを防
止して、素子基板１の発熱体２やラッチ回路などの機能
素子を保護することができる。また、このエッチングの
工程で形成される液流路７の幅よりも間隙形成部材２１
の幅の方が広くなっているため、ＳｉＮ膜２４の不要な
部分を除去した際に素子基板１の発熱体２側の面が露出
することがなく、間隙形成部材２１によって素子基板１
が確実に保護される。

【００８２】図８に示すように、ＳｉＮ膜２２および２
４をエッチングするためのドライエッチング装置の反応
室４３ｂ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲ
Ｆ電極４２ｂおよびステージ４５ｂが備えられている。
ＲＦ電極４２ｂには、反応室４３ｂの外部のＲＦ電源４
１ｂによって電圧が印加される。一方、ステージ４５ｂ
のＲＦ電極４２ｂ側の面上には素子基板１が取り付けら
れており、素子基板１の発熱体２側の面がＲＦ電極４２
ｂと対向している。ここで、Ａｌ膜からなる間隙形成部
材２１は、素子基板１に備えれたＴａからなる耐キャビ
テーション膜と電気的に接続されており、かつ、その耐
キャビテーション膜は、図４に基づいて前述したように
素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、
間隙形成部材２１は、素子基板１の耐キャビテーション
膜やシリコン基板、およびステージ４５ｂを介して接地
されている。

【００８３】このように構成されたドライエッチング装
置において、間隙形成部材２１が接地された状態で供給
管４４ａを通して反応室４３ａ内にＣＦ₄とＯ₂の混合ガ
スを供給し、ＳｉＮ膜２４，２２のエッチングを行う。
その際、ＣＦ₄ガスの分解により生じるイオン種やラジ
カルによって素子基板１上に電荷が発生するが、上述し
たように間隙形成部材２１が接地されていることによ
り、素子基板１内の発熱体２やラッチ回路などの機能素
子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが
防止される。

【００８４】本実施形態では、反応室４３ａの内部に供
給するガスとして、ＣＦ₄とＯ₂の混合ガスを用いたが、
Ｏ₂が混合されていないＣＦ₄ガスまたはＣ₂Ｆ₆ガス、あ
るいはＣ₂Ｆ₆とＯ₂の混合ガスなどを用いてもよい。

【００８５】次に、図７（ｃ）では、酢酸、りん酸およ
び硝酸の混酸を用いてＡｌ膜２３および２５を加温エッ
チングすることで、Ａｌ膜２３および２５や、Ａｌ膜か
らなる間隙形成部材２１を溶出して除去し、素子基板１
上に可動部材６および流路側壁９を作り込む。その後、
過酸化水素を用いて、素子基板１に形成したパッド保護
層としてのＴｉＷ膜の、気泡発生領域１０およびパッド
に対応する部分を除去する。素子基板１と流路側壁９と
の密着部にも、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、
および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料で
あるＴａが含まれている。

【００８６】図９は、図３に示した本実施形態の液体吐
出ヘッドの製造方法を説明するための図である。

【００８７】上述したように素子基板１上に可動部材６
および流路側壁９を形成した後には、図９に示すように
素子基板１の流路側壁９側の面に天板３を接合するとも
とに素子基板１および天板３の前端面に、吐出口５が形
成されたオリフィスプレート４を接合して、図３に示し
た液体吐出ヘッドが製造される。天板３は、シリコンウ
ェハ５１の両面にＳｉＯ₂膜５２を形成してなるもので
ある。天板３を作成する方法としては、シリコンウェハ
５１にＳｉＯ₂膜５２を形成し、周知のフォトリソグラ
フィプロセスを用いてＳｉＯ₂膜５２のパターニングを
行う。その後、シリコンウェハ５１の、共通液室８に対
応する部分を、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハ
イドライド）を使ってエッチングにより除去して、液流
路７にインクを供給するための共通液室８を天板３に形
成する。

【００８８】本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法で
は、図３に示したように可動部材６の支持固定部が素子
基板１に直接固定されているものを製造する場合で説明
したが、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法を適用
して、可動部材が台座部を介して素子基板に固定された
液体吐出ヘッドを製造することもできる。この場合、図
５（ａ）に示した間隙形成部材２１を形成する工程の前
に、可動部材の、自由端と反対側の端部を素子基板に固
定するための台座部を素子基板の発熱体側の面上に形成
する。この場合でも、台座部と素子基板との密着部の構
成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、お
よび素子基板の耐キャビテーション膜の構成材料である
Ｔａが含まれる。

【００８９】以上で説明したように、本実施形態の液体
吐出ヘッドの製造方法では、液体吐出ヘッドに、気泡の
発生に伴う圧力によって変位する可動部材６を設けるこ
とで、発生した圧力を効率的に吐出口方向に向かわせる
でき、吐出液体のリフィルを向上させつつ、吐出エネル
ギーの効率が高く、高い吐出圧で液体を吐出することが
可能な液体吐出ヘッドを製造することができる。

【００９０】また、素子基板１の材料としてシリコンを
用い、可動部材６および流路側壁９の材料として、窒化
シリコン、酸化シリコンまたは炭化シリコンといった、
シリコン系のものを用いることにより、それらの部材の
熱膨張率がほぼ等しくなる。これにより、温度変化によ
って、可動部材６の、素子基板１に対する固定部分の強
度や、流路側壁９と素子基板１との密着性が低下するこ
とが防止される。その結果、液体吐出ヘッドの温度が変
化しても、素子基板１と流路側壁９との密着性、発熱体
２に対する可動部材６および液流側壁９の位置や、さら
には液流路７の流れ抵抗がほとんど変化しない液体吐出
ヘッドを製造することができる。

【００９１】さらに、可動部材を形成するためにフォト
リソグラフィプロセスを用いることで、可動部材の吐出
方向の長さおよび幅などの寸法ばらつきに起因する、可
動部材の機械的特性のばらつきを小さくすることができ
る。また、可動部材６や流路側壁９などを高い精度で、
かつ高密度に形成することができる。

【００９２】本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法で
は、素子基板１上に可動部材６および流路側壁９を形成
してなるものに天板を接合したが、この製造方法とは異
なる、次に説明するような別の製造方法により液体吐出
ヘッドを製造してもよい。

【００９３】図１０は、図５および図７に基づいて説明
した液体吐出ヘッドの製造方法の変形例を説明するため
の図であり、図１０では、図３に示した液流路７の流路
方向に沿った断面が示されている。図１０に基づいて説
明する製造方法では、素子基板１上に可動部材６を形成
してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるものと
を接合することで、図３に示した構成の液体吐出ヘッド
を製造する。従って、この製造方法では、可動部材６が
作り込まれた素子基板１に天板を接合する前に、天板に
流路側壁が作り込まれる。

【００９４】まず、図１０（ａ）では、素子基板１の発
熱体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続を行う
ための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層
としてのＴｉＷ膜２６をスパッタリング法によって厚さ
約５０００Å形成する。

【００９５】次に、図１０（ｂ）では、ＴｉＷ膜２６の
表面に、間隙形成部材２１ａを形成するためのＡｌ膜を
スパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。間隙
形成部材２１ａは、後述する図１０（ｄ）の工程におい
て、ＳｉＮ膜２２ａがエッチングされる領域までに延在
されている。

【００９６】形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグ
ラフィプロセスを用いてパターニングすることで、その
Ａｌ膜の、可動部材６の支持固定部に対応する部分のみ
を除去し、ＴｉＷ膜２６の表面に間隙形成部材２１ａを
形成する。従って、ＴｉＷ膜２６表面の、可動部材６の
支持固定部に対応する部分が露出することになる。この
間隙形成部材２１ａは、図５および図７に示した間隙形
成部材２１と同様に素子基板１と可動部材６との間の間
隙を形成するための、Ａｌ膜からなるものである。しか
しながら、間隙形成部材２１ａは間隙形成部材２１と異
なって、図３に示した発熱体２と可動部材６との間の気
泡発生領域１０に対応する位置を含む、ＴｉＷ膜２６表
面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分を除く部
分全てに形成されている。従って、この製造方法では、
図５および図７に基づいて説明した製造方法と異なり、
ＴｉＷ膜２６表面の、流路側壁に対応する部分にまで間
隙形成部材２１ａが形成されている。

【００９７】この間隙形成部材２１ａは、後述するよう
にドライエッチングにより可動部材６を形成する際のエ
ッチングストップ層として機能する。これは、ＴｉＷ層
２６や、素子基板１における耐キャビテーション膜とし
てのＴａ膜、および抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜
が、液流路７を形成するために使用するエッチングガス
によりエッチングされてしまうからであり、それらの層
や膜のエッチングを防止するために、このような間隙形
成部材２１ａを素子基板１上に形成する。これにより、
可動部材６を形成するためにＳｉＮ膜のドライエッチン
グを行う際にＴｉＷ膜２６の表面が露出することがな
く、そのドライエッチングによるＴｉＷ膜２６および、
素子基板１内の機能素子の損傷が間隙形成部材２１ａに
よって防止される。

【００９８】次に、図１０（ｃ）では、間隙形成部材２
１ａの表面全体および、ＴｉＷ膜２６の、露出した面全
体に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成す
るための材料膜である厚さ約４．５μｍのＳｉＮ膜２２
ａを、間隙形成部材２１ａを被覆するように形成する。
ここで、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜２２ａを
形成する際には、図６を参照して説明した方法と同様
に、素子基板１のシリコン基板などを介して素子基板１
の耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラ
ズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解
されたイオン種およびラジカルによって素子基板１上に
電荷が発生するが、素子基板１内の発熱体２やラッチ回
路などの機能素子が損傷することが防止される。

【００９９】次に、図１０（ｄ）では、ＳｉＮ膜２２ａ
の表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１
００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォト
リソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ
膜２２ａ表面の、可動部材６に対応する部分に第２の保
護層としてのＡｌ膜（不図示）を残す。その第２の保護
層としてのＡｌ膜は、可動部材６を形成するためにＳｉ
Ｎ膜２２ａのドライエッチングを行う際の保護層（エッ
チングストップ層）すなわちマスクとなる。

【０１００】そして、誘電結合プラズマを使ったエッチ
ング装置を用い、前記第２の保護層をマスクにしてＳｉ
Ｎ膜２２ａをパターニングすることで、そのＳｉＮ膜２
２ａの残った部分で構成される可動部材６を形成する。
そのエッチング装置ではＣＦ ₄とＯ₂の混合ガスを用いて
おり、ＳｉＮ膜２２ａをパターニングする工程では、図
３に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１
に直接固定されるようにＳｉＮ膜２２ａの不要な部分を
除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１との密
着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴ
ｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成
材料であるＴａが含まれる。

【０１０１】ここで、ドライエッチング装置を用いてＳ
ｉＮ膜２２をエッチングする際には、図８を参照して説
明した方法と同様に、素子基板１などを介して間隙形成
部材２１ａを接地する。これにより、エッチングの際に
ＣＦ₄ガスの分解により生じるイオン種およびラジカル
の電荷が間隙形成部材２１ａに留まることを防止して、
素子基板１の発熱体２やラッチ回路などの機能素子を保
護することができる。また、このエッチングの工程にお
いて、ＳｉＮ膜２２ａの不要な部分を除去することで露
出する部分、すなわちエッチングされる領域には、上述
したように間隙形成部材２１ａが形成されているため、
ＴｉＷ膜２６の表面が露出することがなく、間隙形成部
材２１ａによって素子基板１が確実に保護される。

【０１０２】次に、図１０（ｅ）では、酢酸、りん酸お
よび硝酸の混酸を用いて、可動部材６に形成したＡｌ膜
からなる前記第２の保護層や、Ａｌ膜からなる間隙形成
部材２１ａを溶出して除去し、素子基板１上に可動部材
６を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板
１に形成したＴｉＷ膜２６の、気泡発生領域１０および
パッドに対応する部分を除去する。

【０１０３】そして、素子基板１上に可動部材６を形成
する工程と異なる別の工程で、天板に溝を直接形成して
その天板に流路側壁を形成するか、あるいは天板の一面
に流路側壁を形成して、図３に示した流路側壁９に相当
するものを有する天板を作製する。そして、その天板
を、図１０に基づいて説明した方法により素子基板１上
に可動部材６を形成してなるものに接合することで、図
３に示した構成の液体吐出ヘッドを製造する。

【０１０４】図１０に基づいて説明した製造方法では、
図３に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板
１に直接固定されているものを製造する場合で説明した
が、この製造方法を適用して、可動部材が台座部を介し
て素子基板に固定された液体吐出ヘッドを製造すること
もできる。この場合、図１０（ｂ）に示した間隙形成部
材２１ａを形成する工程の前に、可動部材の、自由端と
反対側の端部を素子基板に固定するための台座部を素子
基板の発熱体側の面上に形成する。この場合でも、台座
部と素子基板との密着部の構成材料には、パッド保護層
の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板の耐キャビテ
ーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。

【０１０５】（第２の実施の形態）図１１は、本発明の
第２の実施形態の液体吐出ヘッドを液流路方向で切断し
た断面図である。図１１では、第１の実施形態と同一の
構成部品に同一の符号を付してある。

【０１０６】本形態の液体吐出ヘッドでは、第１の実施
形態と同様に、液体を吐出するための吐出エネルギー発
生素子として、液体に熱エネルギーを作用させる発熱体
２が平滑な素子基板１に設けられており、素子基板１上
の発熱体２に対応して液流路７ａが配されている。液流
路７ａは吐出口１８に連通しているともとに、複数の液
流路７ａに液体を供給するための共通液室１３に連通し
ており、吐出口１８から吐出された液体に見合う量の液
体をこの共通液室１３から受け取る。符号Ｍは吐出液が
形成するメニスカスを表し、メニスカスＭは、吐出口１
８及びそれに連通する液流路７ａの内壁によって発生す
る毛細管力によって通常負圧である共通液室１３の内圧
に対して、吐出口１８近傍でつり合っている。

【０１０７】液流路７ａは、発熱体２を備えるとともに
流路側壁９ａが形成された素子基板１に、天板５０が接
合されることで構成されている。発熱体２と吐出液との
接する面の近傍領域には、発熱体２が急速に加熱されて
吐出液に発泡を生じさせるための気泡発生領域１０ａが
存在する。この気泡発生領域１０ａを有する液流路７ａ
に可動部材３１の少なくとも一部が発熱体２と対面する
ように配されている。この可動部材３１は吐出口１８に
向かう下流側に自由端３２を有するともとに、上流側に
配置された支持部材３４に支持されている。特に本形態
では、上流側へのバック波及び液体の慣性力に影響す
る、気泡の上流側半分の成長を抑制するため、自由端３
２が気泡発生領域１０ａの中央付近に配されている。そ
して可動部材３１は気泡発生領域１０ａで発生する気泡
の成長に伴い、支持部材３４に対して変位可能である。
この変位するときの支点３３は支持部材３４における可
動部材３１の支持部となっている。

【０１０８】気泡発生領域１０ａの中央上方にはストッ
パ（規制部）６４が位置していて、気泡の上流側半分の
成長を抑制するために可動部材３１の変位をある範囲で
規制している。

【０１０９】以上の構成により、変位した可動部材３１
とストッパ６４との接触によって、気泡発生領域１０ａ
を有する液流路７ａが吐出口１８を除いて、実質的に閉
じた空間になるという従来にない特徴的なヘッド構造を
提案している。

【０１１０】次に、図１１に示した液体吐出ヘッドの製
造方法について説明する。

【０１１１】図１２〜図１５は、図１１に示した素子基
板１上に可動部材３１、ストッパ６４および流路側壁９
ａを形成する方法を説明するための図である。図１２
（ａ）〜図１４（ｂ）の工程を経て、素子基板１上に可
動部材３１、ストッパ６４および流路側壁９ａが形成さ
れる。なお、図１２〜図１４は、図１１のＢ−Ｂ’線断
面における工程説明図、図１５は図１４に対応した工程
における図１１のＡ−Ａ’線断面における工程説明図で
ある。

【０１１２】まず、図１２（ａ）では、素子基板１の発
熱体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続を行う
ための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層
として、不図示のＴｉＷ膜をスパッタリング法によって
厚さ約５０００Å形成する。この素子基板１の発熱体２
側の面に、間隙形成部材７１を形成するためのＡｌ膜
を、スパッタリング法を用いて厚さ約５μｍ形成する。
形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセ
スを用いてパターニングし、図１１に示した発熱体２と
可動部材３１との間の気泡発生領域１０ａに対応する位
置に、素子基板１と可動部材３１との間の間隙を形成す
るための、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１を形成す
る。それぞれの間隙形成部材７１は、後述する図１３
（ｂ）の工程において、可動部材３１を形成するための
材料膜であるＳｉＮ膜７２がエッチングされる領域まで
延在されている。

【０１１３】間隙形成部材７１は、後述するように誘電
結合プラズマを使ったドライエッチングにより液流路７
ａを形成する際のエッチングストップ層として機能す
る。これは、素子基板１におけるパッド保護層としての
ＴｉＷ層や、耐キャビテーション膜としてのＴａ膜、お
よび抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜が、液流路７ａ
を形成するために使用するエッチングガスによりエッチ
ングされてしまうからであり、これらの層や膜のエッチ
ングが間隙形成部材７１により防止される。そのため、
液流路７ａを形成するためにドライエッチングを行う際
に素子基板１の発熱体２側の面や、素子基板１上のＴｉ
Ｗ層が露出しないように、それぞれの間隙形成部材７１
における液流路７ａの流路方向と直行する方向の幅は、
液流路７の幅よりも広くなっている。

【０１１４】さらに、ドライエッチング時には、ＣＦ₄
ガスの分解によりイオン種およびラジカルが発生し、素
子基板１の発熱体２や機能素子にダメージを与えること
があるが、Ａｌからなる間隙形成部材７１は、これらイ
オン種やラジカルを受け止めて素子基板１の発熱体２や
機能素子を保護するものとなっている。

【０１１５】次に、図１２（ｂ）では、間隙形成部材７
１の表面、および素子基板１の間隙形成部材７１側の面
上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材３１を形成
するための材料膜である厚さ約５μｍのＳｉＮ膜７２を
形成する。ここで、素子基板１内の発熱体２やラッチ回
路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷によって
損傷することを防止するために、第１の実施形態と同様
に、素子基板１の耐キャビテーション膜を接地した状態
でプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜７２を形成する。

【０１１６】次に、図１２（ｃ）では、ＳｉＮ膜７２の
表面に、スパッタリング法を用いてＡｌ膜を厚さ約１．
０μｍ形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォト
リソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ
膜７２表面の、可動部材３１に対応する部分に第２の保
護層としてのＡｌ膜７３を残す。Ａｌ膜７３は、エッチ
ングにより液流路７ａを形成する際の保護層（エッチン
グストップ層）となる。

【０１１７】次に、図１３（ａ）では、ＳｉＮ膜７２お
よびＡｌ膜７３の表面に、流路側壁９ａを形成するため
のＳｉＮ膜７４を、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて厚さ約
２０μｍ形成する。ここで、マイクロ波ＣＶＤ法による
ＳｉＮ膜７４の成膜に使用するガスとしては、モノシラ
ン（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）およびアルゴン（Ａｒ）を
用いた。そのガスの組み合わせとしては、上記以外に
も、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）やアンモニア（ＮＨ₃）など
との組み合わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周
波数が２．４５［GHz］のマイクロ波のパワーを１．５
［ｋＷ］とし、ガス流量としてはモノシランを１００
［sccm］、窒素を１００［sccm］、アルゴンを４０［sc
cm］でそれぞれのガスを供給して、圧力が０．６６７
［Pa］（５［mTorr］）の高真空下でＳｉＮ膜７４を形
成した。また、ガスのそれ以外の成分比でのマイクロ波
プラズマＣＶＤ法や、ＲＦ電源を使用したＣＶＤ法など
でＳｉＮ膜７４を形成してもよい。このようにＣＶＤ法
によりＳｉＮ膜７４を形成する際にも、素子基板１の耐
キャビテーション膜を接地する。

【０１１８】そして、ＳｉＮ膜７４の表面全体にＡｌ膜
を形成した後に、形成されたＡｌ膜をフォトリソグラフ
ィなどの周知の方法によってパターニングして、ＳｉＮ
膜７４表面の、液流路７ａに対応する部分を除く部分に
Ａｌ膜７５を残す。

【０１１９】次に、図１３（ｂ）では、誘電結合プラズ
マを使ったエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７４および
ＳｉＮ膜７２をパターニングする。ここでは、ＣＦ₄と
Ｏ₂の混合ガスを用い、Ａｌ膜７３，７５および間隙形
成部材７１をエッチングストップ層として、ＳｉＮ膜７
４がトレンチ構造となるようにＳｉＮ膜７４およびＳｉ
Ｎ膜７２のエッチングを行う。その際、素子基板１内の
発熱体２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジ
カルの電荷によって損傷することを防止するために、間
隙形成部材７１を、第１の実施形態と同様に素子基板１
の耐キャビテーション膜およびシリコン基板などを介し
て接地する。

【０１２０】次に、図１３（ｃ）では、可動部材３１が
変位するための空間を形成するために、この空間、すな
わちＳｉＮ膜７４が除去された部分にＡｌ膜７６を埋め
込む。Ａｌ膜７６を埋め込む方法としては、ＳｉＮ膜７
４およびＡｌ膜７３の表面や、間隙形成部材７１の、露
出している部分に、スパッタリング法を用いてＡｌ膜を
厚さ２０μｍ形成した後、そのＡｌ膜を形成したものを
真空中で約４００〜５００℃に加熱するＡｌリフロー法
を用いてもよい。あるいは、ＳｉＮ膜７４が除去されて
窪んだ部分のみに選択的にＡｌ膜を積層するＡｌ選択Ｃ
ＶＤ法を用いてもよい。もしくは、ＳｉＮ膜７４および
Ａｌ膜７３の表面などに厚膜レジストなどを塗布した
後、その厚膜レジストの表面をＣＭＰ（Chemical Mecha
nical Polishing）などの研磨によって平坦化する方法
を用いてもよい。

【０１２１】次に、図１４、１５（ａ）では、素子基板
１の耐キャビテーション膜を接地した状態で、ストッパ
６４および流路側壁９ａを形成するためのＳｉＮ膜７７
を、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて厚さ約３０μｍ形成す
る。そして、ＳｉＮ膜７７の表面に、スパッタリング法
を用いてＡｌ膜を厚さ３．０μｍ形成した後、形成され
たＡｌ膜を周知のフォトリソグラフィプロセスによって
パターニングし、ＳｉＮ膜７７の表面の、流路側壁９ａ
およびストッパ６４に対応する部分にＡｌ膜７８を残
す。

【０１２２】次に、図１４、１５（ｂ）では、誘電結合
プラズマを使ったエッチング装置を用いて、Ａｌ膜７６
および７８をエッチングストップ層として、ＳｉＮ膜７
７がトレンチ構造となるようにＳｉＮ膜７７のエッチン
グを行う。ここでも、図１３（ｂ）の工程と同様に間隙
形成部材７１を接地することにより、素子基板１内の発
熱体２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカ
ルの電荷によって損傷することを防止する。その後、酢
酸、りん酸および硝酸の混酸を用いてＡｌ膜を加温エッ
チングして、Ａｌ膜７８，７６，７３や、Ａｌ膜からな
る間隙形成部材７１を除去し、素子基板１上に可動部材
３１および流路側壁９ａを作り込む。その後、過酸化水
素を用いて、素子基板１に形成したパッド保護層として
のＴｉＷ膜の、気泡発生領域１０およびパッドに対応す
る部分を除去する。

【０１２３】上述したように素子基板１上に可動部材３
１、ストッパ６４および流路側壁９ａを形成した後に、
第１の実施形態で図９に基づいて説明したのと同様に、
素子基板１の流路側壁９ａ側の面に天板３を接合すると
ともに素子基板１および天板３の前端面に、吐出口５が
形成されたオリフィスプレート４を接合する。これによ
り、図１１に示した液体吐出ヘッドが製造される。

【０１２４】本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法に
より、ストッパ６４を高い精度で、かつ高密度に形成す
ることができ、高精細で信頼性の高い液体吐出ヘッドを
製造することができる。

【０１２５】（第３の実施の形態）上述したように本発
明の液体吐出ヘッドにおける可動部材の形成工程におい
て、気泡を発生させる発熱素子領域と該可動部材との間
に間隙形成部材を形成し、最後に、該間隙形成部材を完
全に除去する。その際、前記間隙形成部材を完全に除去
するためには、強酸性の溶液に長時間浸漬する必要があ
る。間隙形成部材であるＡｌ犠牲層は可動部材の間隙部
分に設けられている箇所はエッチングが遅く、パッド上
に設けられる箇所はエッチングが速い。従って、完全に
Ａｌ犠牲層が除去されるまでにはパッド部分が長時間エ
ッチング液に晒されることになる。そして、このような
浸漬工程は、外部との電気接続用のパッドが腐蝕される
要因になってしまい、液体吐出ヘッドの信頼性を損なう
要因となっていた。

【０１２６】そこで、間隙形成部材除去時にパッド上に
保護層を残しておくことにより、パッドがエッチング液
によってダメージを受ける虞を格段に低減することがで
きる。さらに通常上述の保護層はＳｉＯ₂やＳｉＮとい
った材料で形成されているが、これら材料には、ピンホ
ールが存在するためこの保護層上にさらにＴｉＷを設け
ることによってピンホールを被覆することができ、パッ
ドをエッチング液から確実に守ることができる。

【０１２７】このようにすることにより、本発明の可動
部材の量産工程において、ウェットプロセスにおける電
気パッドの腐蝕等を低減し、ウェハー内の歩留まりを向
上することができる。

【０１２８】以下、図面を用いて説明する。

【０１２９】図１６は、本実施形態における液体吐出ヘ
ッド基体上に可動部材を製造する際の流路方向の断面を
示した工程説明図である。

【０１３０】図１６（ａ）は、電極パッド３１０の第２
のＡｌ層上の保護膜３０６であるＳｉＮ膜を残した状態
を示している。尚、ここでは、電極パッド３１０上の、
図２で示した最上層の耐キャビテーション膜は、周知の
フォトリソグラフィプロセスを用いて、パターニング
し、除去している。

【０１３１】図１６（ｂ）では、前記素子基体１上に、
前記発熱素子２と可動部材６間の間隙形成部材２１とな
るＡｌ膜をスパッタリング法を用いて、約５．０μｍ成
膜し、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いて、パ
ターニングを行った。

【０１３２】その後、図１６（ｃ）では、プラズマＣＶ
Ｄ法を用いて、約５μｍのＳｉＮ膜を成膜し、櫛歯形状
の可動部分と台座部分を形成するために、フォトリソグ
ラフィプロセスを用いて、パターニング後、前記Ａｌ膜
２１をエッチングストップ層として、エッチングを行っ
た。

【０１３３】次に、図１６（ｄ）で示しているように、
酢酸と硝酸と塩酸の混酸を用いて、Ａｌ膜２１を加温エ
ッチングし、Ａｌ膜２１を除去した。その後、図１６
（ｅ）で示すようにドライエッチングによってＳｉＮ保
護膜３０６を除去することで電極パッド３１０を露出さ
せる。

【０１３４】＜液体吐出記録装置＞図１７は、図３に示
した液体吐出ヘッド、または図１１に示した液体吐出ヘ
ッドを搭載した液体吐出記録装置の一例であるインクジ
ェット記録装置を示す斜視図である。図１７に示される
インクジェット記録装置６００に搭載されたヘッドカー
トリッジ６０１は、第１または第２の実施形態の液体吐
出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保
持する液体容器とを有するものである。ヘッドカートリ
ッジ６０１は、図１５に示すように、駆動モータ６０２
の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０
４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６
０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されて
いる。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリ
ッジ６０１がキャリッジ６０７ともとにガイド６０８に
沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。インク
ジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０
１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体
としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段
（不図示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段
によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐ
の紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向に
わたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧
する。

【０１３５】リードスクリュー６０５の一端の近傍に
は、フォトカプラ６１１および６１２が配設されてい
る。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６
０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６
１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転
方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知
手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッド
カートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ
部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられてい
る。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などさ
れてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引
するインク吸引手段６１５が備えられている。このイン
ク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を
介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われ
る。

【０１３６】インクジェット記録装置６００には本体支
持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９に
は移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６
０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持さ
れている。移動部材６１８には、クリーニングブレード
６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６
１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニン
グブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６
１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するため
のレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キ
ャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移
動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換
えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカー
トリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与した
り、上記の各機構の駆動制御を行ったりするインクジェ
ット記録制御部はインクジェット記録装置の本体に設け
られており、図１５では示されていない。インクジェッ
ト記録制御部には、液体吐出ヘッドから液体を吐出させ
るための駆動信号を供給する駆動信号供給手段が備えら
れている。

【０１３７】上述した構成を有するインクジェット記録
装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘ
ッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわた
って往復移動しながら記録を行う。

【０１３８】また、インクジェット記録装置６００は、
上述したように吐出特性が安定した液体吐出ヘッドを有
していることにより、温度変化などに対しても安定して
被記録媒体に記録を行うことができる。

【０１３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の液体吐出ヘ
ッドの製造方法は、液体吐出ヘッドに、気泡の発生に伴
う圧力によって変位する可動部材を設けることで、吐出
液体のリフィルを向上させつつ、吐出エネルギーの効率
が高く、高い吐出圧で液体を吐出することが可能な液体
吐出ヘッドを製造することができ、吐出特性が安定し
た、信頼性の高い液体吐出ヘッドを製造することができ
るという効果がある。

【０１４０】また、素子基板の材料としてシリコンを用
い、可動部材および流路側壁の材料として、窒化シリコ
ン、酸化シリコンまたは炭化シリコンといった、シリコ
ン系のものを用いることにより、それらの部材の熱膨張
率がほぼ等しくなり、液体吐出ヘッドの温度が変化して
も、素子基板と流路壁との密着性、発熱体に対する可動
部材および液流路の位置や、さらには液流路の流れ抵抗
がほとんど変化しない液体吐出ヘッドを製造することが
できるという効果がある。

【０１４１】さらに、可動部材を形成するためにフォト
リソグラフィプロセスを用いることで、可動部材の吐出
方向の長さおよび幅などの寸法ばらつきに起因する可動
部材の機械的特性のばらつきを小さくすることができ、
かつ、可動部材や流路側壁などを高い精度で、かつ高密
度に形成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに用
いられる素子基板の断面図である。

【図２】図１に示した素子基板の主要素子を縦断するよ
うに素子基板を断面にした時の模式的断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの、
流路方向に沿った断面図である。

【図４】図１、図２および図３に示した素子基板１の回
路構成を説明するための図である。

【図５】図３に示した素子基板上に可動部材および流路
側壁を形成する方法を説明するための図である。

【図６】プラズマＣＶＤ装置を用いて素子基板１上にＳ
ｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。

【図７】図３に示した素子基板上に可動部材および流路
側壁を形成する方法を説明するための図である。

【図８】ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜をエッ
チングする方法を説明するための図である。

【図９】図３に示した本実施形態の液体吐出ヘッドの製
造方法を説明するための図である。

【図１０】図５および図７に基づいて説明した液体吐出
ヘッドの製造方法の変形例を説明するための図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドを
液流路方向で切断した断面図である。

【図１２】図１１に示した素子基板上に可動部材、スト
ッパおよび流路側壁を形成する方法を説明するための図
である。

【図１３】図１１に示した素子基板上に可動部材、スト
ッパおよび流路側壁を形成する方法を説明するための図
である。

【図１４】図１１に示した素子基板上に可動部材、スト
ッパおよび流路側壁を形成する方法を説明するための図
である。

【図１５】図１１に示した素子基板上に可動部材、スト
ッパおよび流路側壁を形成する方法を説明するための図
である。

【図１６】本発明の第３の実施形態における液体吐出ヘ
ッド基体上に可動部材を製造する際の流路方向の断面を
示した工程説明図である。

【図１７】図３に示した液体吐出ヘッド、または図１１
に示した液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出記録装置の
一例であるインクジェット記録装置を示す斜視図であ
る。

【図１８】従来の液体吐出ヘッドにおける吐出原理を説
明するための図である。

【図１９】図１８に示される液体吐出ヘッドを部分的に
破断した斜視図である。

【図２０】図１８に示される液体吐出ヘッドの変形例の
断面図である。

【符号の説明】

１素子基板２発熱体３、５０天板４オリフィスプレート５、１８吐出口６、３１可動部材６ａ、３３支点６ｂ、３２自由端６ｃ段差部７、７ａ液流路８、１３共通液室９、９ａ流路側壁１０、１０ａ気泡発生領域２１、２１ａ、７１間隙形成部材２２、２２ａ、２４、７２、７４、７７ＳｉＮ膜２３、２５、７３、７５、７６、７８Ａｌ膜２６ＴｉＷ膜３４支持部材４１ａ、４１ｂＲＦ電源４２ａ、４２ｂＲＦ電極４３ａ、４３ｂ反応室４４ａ、４４ｂ供給管４５ａ、４５ｂステージ４６プラズマ５１シリコンウェハ５２ＳｉＯ₂膜６４ストッパ６５低流路抵抗領域３０１シリコン基板３０２熱酸化膜３０３層間膜３０４抵抗層３０５配線３０６保護膜３０７耐キャビテーション膜３０８熱作用部３１０電極パッド４２０Ｐ-Ｍｏｓ４２１Ｎ-Ｍｏｓ４２２Ｎ型ウェル領域４２３Ｐ型ウェル領域４２４酸化膜分離領域４２５、４３２ソース領域４２６ドレイン領域４２８ゲート絶縁膜４３０Ｎ-Ｍｏｓトランジスタ４３１ドレイン領域４３３、４３５ゲート配線４３４蓄熱層４３６、４３８層間絶縁膜４３７Ａｌ電極５０２、５１１パワートランジスタ５０３ラッチ回路５０４シフトレジスタ５０５クロック５０６画像データ入力部５０７ヒートパルス幅入力部５０８ロジック電源５０９ＧＮＤ５１０発熱体駆動電源５１２耐キャビテーション膜６００インクジェット記録装置６０１ヘッドカートリッジ６０２駆動モータ６０３、６０４駆動力伝達ギヤ６０５リードスクリュー６０６螺旋溝６０７キャリッジ６０７ａレバー６０８ガイド６０９プラテン６１０紙押さえ板６１１、６１２フォトカプラ６１３支持部材６１４キャップ部材６１５インク吸引手段６１７クリーニングブレード６１８移動部材６１９本体支持体６２０レバー６２１カムＰプリント用紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾崎照夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者今仲良行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者望月無我東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者樫野俊雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口と連
通する液流路と、前記液流路内に設けられた前記液体に気泡を発生させる
ための発熱体と、前記発熱体を備える素子基板と、前記素子基板の前記発熱体に対向する位置に、前記素子
基板との間に間隙をおいて前記吐出口側を自由端として
前記素子基板に設けられた可動部材とを備え、前記気泡が発生されることにより生じる圧力によって、
前記可動部材の自由端が前記可動部材の、前記素子基板
との支持固定部付近に構成された支点部を中心として前
記吐出口側に変位されることにより、前記液体を前記吐
出口から吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法であっ
て、前記素子基板の前記発熱体側の面上に、前記素子基板と
前記可動部材との間の前記間隙を形成するためのＡｌか
らなる間隙形成部材を形成する工程と、前記間隙形成部材を被覆するように前記可動部材を形成
するための材料膜を形成する工程と、前記材料膜をドライエッチングによってパターニングす
る工程と、前記間隙形成部材を溶出することにより前記間隙を形成
する工程とを有するとともに、前記Ａｌからなる間隙形成部材は、前記材料膜がエッチ
ングされる領域まで延在されている液体吐出ヘッドの製
造方法。
【請求項２】前記素子基板の材料としてシリコンを用
い、前記可動部材の材料膜として窒化シリコン、酸化シ
リコンまたは炭化シリコンのうちいずれか１つを用いる
請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】前記素子基板は、前記液流路を形成する
ための液流路側壁を有し、該液流路側壁は、前記材料膜
の可動部材形成領域に耐エッチング保護膜を設けた後、
前記材料膜上に、前記液流路側壁を形成するための膜を
積層し、その後ドライエッチングを行うことにより前記
可動部材と同時に形成される請求項１に記載の液体吐出
ヘッドの製造方法。
【請求項４】前記ドライエッチングの工程時に、前記
間隙形成部材は、前記間隙形成部材と電気的に接続され
た基板を介して接地されている請求項１に記載の液体吐
出ヘッドの製造方法。
【請求項５】前記素子基板が、前記発熱体の面上に形
成されたＴａからなる耐キャビテーション膜を有するも
のであり、前記流路側壁を形成するための膜を、プラズ
マＣＶＤ法を用いて形成する際に前記耐キャビテーショ
ン膜を接地する請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造
方法。
【請求項６】前記素子基板の発熱体が設けられた面に
は、前記発熱体をヘッド外部と電気的に接続するための
パッドが設けられており、前記間隙形成部材は保護層を
介して該パッド上にも設けられるとともに、該保護層は
前記間隙形成部材の溶出後に除去される請求項１に記載
の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】前記保護層の材料として窒化シリコンを
用いる請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】前記保護層として前記窒化シリコン上に
さらにＴｉＷを用いる請求項７に記載の液体吐出ヘッド
の製造方法。
【請求項９】前記間隙形成部材を溶出する工程で、酢
酸、りん酸および硝酸の混合液による加温エッチングを
用いる請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】前記ＴｉＷの除去は、過酸化水素を用
いたエッチングによって行われる請求項８に記載の液体
吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】熱エネルギーを液体に作用させること
で起こる気泡の発生を利用して液体を吐出する液体吐出
ヘッドであって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド
の製造方法により製造された液体吐出ヘッド。
【請求項１２】請求項１１に記載に記載の液体吐出ヘ
ッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する
液体容器とを有するヘッドカートリッジ。
【請求項１３】請求項１１に記載の液体吐出ヘッド
と、該液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動
信号を供給する駆動信号供給手段とを有する液体吐出記
録装置。
【請求項１４】請求項１１に記載の液体吐出ヘッド
と、該液体吐出ヘッドから吐出された液体を受ける被記
録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とを有する液体吐
出記録装置。
【請求項１５】液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口と連
通する液流路と、前記液流路内の前記液体に気泡を発生させるための発熱
体が一方の面側に備えられた素子基板と、前記液流路を形成するように前記素子基板上に形成され
た流路側壁と、前記素子基板の前記発熱体に対向する位置に、前記素子
基板との間に間隙をおいて、前記吐出口側を自由端とし
て前記素子基板に設けられた可動部材とを備え、前記気泡が発生されることにより生じる圧力によって、
前記可動部材の自由端が前記可動部材の、前記素子基板
との支持固定部付近に構成された支点部を中心として前
記吐出口側に変位されることにより、前記液体を前記吐
出口から吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法であっ
て、前記素子基板の前記発熱体側の面上に前記素子基板と前
記可動部材との間の前記間隙を形成するための間隙形成
部材を部分的に形成する工程と、前記素子基板の表面および前記間隙形成部材の表面に、
前記可動部材を形成するためのシリコン系材料からなる
材料膜を形成する工程と、前記可動部材を形成するための材料膜表面の、前記可動
部材に対応する部分に第１のマスク層を形成する工程
と、前記可動部材を形成するための材料膜表面および前記第
１のマスク層の表面に、前記流路側壁を形成するための
シリコン系材料からなる膜を形成する工程と、前記流路側壁を形成するための膜表面の、前記流路側壁
に対応する部分に第２のマスク層を形成する工程と、前記可動部材を形成するための材料膜および前記流路側
壁を形成するための膜を前記第１、第２のマスク層を用
いてエッチングによりパターニングして前記液流路、お
よび前記流路側壁の少なくとも一部を形成する工程と、前記間隙形成部材および前記第２の保護層を除去して前
記可動部材を形成する工程と、を有する液体吐出ヘッド
の製造方法。
【請求項１６】前記可動部材を形成するための前記材
料膜を形成する工程、および前記流路側壁を形成するた
めの膜を形成する工程でプラズマＣＶＤ法を用いる請求
項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】前記間隙形成部材および前記第１、第
２のマスク層の材質としてＡｌまたは、Ａｌを含む合金
を用い、かつ、前記間隙形成部材を形成する工程、およ
び前記第２の保護層を形成する工程でスパッタリング法
およびフォトリソグラフィプロセスを用いる請求項１５
に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】前記Ａｌを含む合金として、Ａｌ-Ｃ
ｕ、Ａｌ-Ｎｉ、Ａｌ-Ｃｒ、Ａｌ-ＣｏまたはＡｌ-Ｆｅ
のうちいずれか１つを用いる請求項１７に記載の液体吐
出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】前記可動部材の前記支持固定部と、前
記素子基板との密着部の構成材料にＴｉＷまたはＴａの
少なくともいずれか一方が含まれる請求項１５に記載の
液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２０】前記間隙形成部材を形成する工程の前
に、前記可動部材の、前記自由端と反対側の端部を前記
素子基板上に固定するための台座部を前記素子基板の前
記発熱体側の面上に形成する工程をさらに有する請求項
１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２１】前記台座部と前記素子基板との密着部
の構成材料にＴｉＷまたはＴａの少なくともいずれか一
方が含まれる請求項２０に記載の液体吐出ヘッドの製造
方法。
【請求項２２】前記流路側壁と前記素子基板との密着
部の構成材料にＴｉＷまたはＴａの少なくともいずれか
一方が含まれる請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製
造方法。
【請求項２３】液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口と連
通する液流路と、前記液流路内の前記液体に気泡を発生させるための発熱
体が一方の面側に備えられた素子基板と、前記液流路を形成するように前記素子基板上に形成され
た流路側壁と、前記素子基板の前記発熱体に対向する位置に、前記素子
基板との間に間隙をおいて、前記吐出口側を自由端とし
て前記素子基板に設けられた可動部材と、該可動部材の
変位を規制するストッパ部と、を備え、前記気泡が発生されることにより生じる圧力によって、
前記可動部材の自由端が前記可動部材の、前記素子基板
との支持固定部付近に構成された支点部を中心として前
記吐出口側に変位されることにより、前記液体を前記吐
出口から吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法であっ
て、前記素子基板の前記可動部材上に流路側壁を形成するた
めの膜を設け、前記可動部材の可動領域における液流路
パターンとは異なるパターンで前記膜をエッチングする
ことにより可動部材上に液流路の一部とストッパ部とを
同時に作り込む工程を有する液体吐出ヘッドの製造方
法。
【請求項２４】前記ストッパ部を形成する工程が、前記液流路の内部に、前記可動部材が変位する空間を形
成するための膜を埋め込む工程と、前記流路側壁を形成するための膜の表面、および前記可
動部材が変位する空間を形成するための膜の表面に、前
記ストッパ部を形成するための膜を形成する工程と、前記ストッパ部を形成するための膜を、フォトリソグラ
フィプロセスを用いてパターニングして前記ストッパ部
を形成する工程とから構成されている請求項２３に記載
の液体吐出ヘッドの製造方法。