JP2005231116A - 液体吐出用ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 インク等の液体による腐食がなく、液体吐出用素子と吐出口との間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録等が可能な液体吐出用ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る液体吐出用ヘッドの一例であるインクジェット記録ヘッドの製造方法は、電気熱変換素子７が形成されたＳｉ基板１上に、溶解可能な無機材料であるＡｌを用いてＡｌ膜３をインク流路パターン状に４５０℃以下の温度で形成する工程と、Ａｌ膜３上にＳｉＯ2膜４によってインク流路形成部材を形成する工程と、インク流路形成部材の、電気熱変換素子７の上方に位置する部分に吐出口１４を形成する工程と、Ａｌ膜３を溶出させる工程とを有する。
【選択図】 図２
【解決手段】 本発明に係る液体吐出用ヘッドの一例であるインクジェット記録ヘッドの製造方法は、電気熱変換素子７が形成されたＳｉ基板１上に、溶解可能な無機材料であるＡｌを用いてＡｌ膜３をインク流路パターン状に４５０℃以下の温度で形成する工程と、Ａｌ膜３上にＳｉＯ2膜４によってインク流路形成部材を形成する工程と、インク流路形成部材の、電気熱変換素子７の上方に位置する部分に吐出口１４を形成する工程と、Ａｌ膜３を溶出させる工程とを有する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、液体吐出機構とスイッチ回路を有した構成で、ＤＮＡチップ、有機トランジスタ、カラーフィルタなどの作製に用いられる装置に適用できる液体吐出用ヘッドであって、液体吐出機構にエネルギーを注入し液体を吐出させ、液滴を媒体上に付着させる液体吐出用ヘッドに関するものであり、特に、液体としてインクを用いたインクジェット記録ヘッド及びその製造方法に関するものである。
液体吐出用のヘッドとして、インクジェット記録ヘッドは盛んに研究が行なわれている。インクジェット記録ヘッドによって品質の高い画像を形成するためには、インクジェット記録ヘッドの各吐出口から吐出されるインク液小滴が、それぞれの吐出口から同じ体積、かつ同じ吐出速度で吐出されることが望ましい。これを実現する一例として、特許文献１には、インク吐出用素子として圧力を用いて行なうインク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、溶解可能な樹脂でインク流路パターンを形成した後、その溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成し、インク吐出圧力発生素子の上方の被覆樹脂層にインク吐出口を形成してから、溶解可能な樹脂層を溶出させることにより、インク吐出圧力発生素子と吐出口間との距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドを製造することができることが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載された製造方法では、インクジェット記録ヘッドの基板としてシリコン基板が使用され、樹脂でインク流路壁が形成されるため、無機材料と樹脂との線膨張率の違いによる変形が起きやすく、機械的特性に課題を有している。さらに、樹脂でインク流路壁を形成した場合、一般に樹脂はエッジ部が丸くなりやすいために吐出口のエッジが丸みを帯びてしまい、その結果として吐出口からのインク滴の離れ具合が悪くなるという問題がある。さらに、樹脂でインク流路壁を形成した場合、必ずしも十分な寸法精度を得ることができないという問題や、上述のように線膨張率の違いによってインク流路壁が膨潤して基体から剥がれたりする可能性もあるので、必ずしも十分な信頼性を確保することができないという問題があった。
そこで、このような問題を解決する技術として、特許文献２には、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、溶解可能な第１の無機材料を用いてインク流路パターン状に第１無機材料膜を形成する工程と、第１無機材料膜上に、第２の無機材料を用いてインク流路壁となる第２無機材料膜を形成する工程と、インク吐出圧力発生素子の上方の第２無機材料膜にインク吐出口を形成する工程と、第１無機材料膜を溶出する工程とを有するインクジェット記録ヘッドの製造方法が提案されている。この技術は、インク流路壁の材料に無機材料を使用することで、樹脂でインク流路壁を形成した場合に生じうる上記の問題を解決しようとするものである。
特開平６−２８６１４９号公報
特開２０００−２２５７０８号公報
しかしながら、特許文献２に記載された技術では、インクによる無機材料の腐食が問題となる。特に、特許文献２に記載されているようにＳｉＮ膜をインク流路壁の材料として用いた場合には、アルカリ性のインクによって腐食してしまい、インクジェット記録ヘッドの使用を続けるとインク流路の幅やインク吐出口の径が変化してしまう。また、Ｎｉ等のめっき材料によってそのようなインク流路壁を保護した場合であっても（米国特許第４４３８１９１号明細書を参照）、同様に腐食が生じてしまう。またこれは、インクに限らず、ＤＮＡチップ、有機トランジスタ、カラーフィルタなどの作製においても、用いる液体の特性によっては同様におこる可能性のある課題である。
そこで本発明は、インク等の液体による腐食がなく、液体吐出用素子と吐出口との間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録等が可能な液体吐出用ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出用ヘッドの製造方法は、液体吐出用素子が形成された基板上に、無機材料膜を液体流路パターン状に形成する工程と、前記無機材料膜上に、酸化シリコン、炭化シリコン、およびＳｉＯＣのうちのいずれか１つで液体流路形成部材を形成する工程と、前記液体流路形成部材の、前記液体吐出用素子の上方に位置する部分に液体吐出口を形成する工程と、前記無機材料膜を溶出させる工程とを有する。
上記本発明によって製造される液体吐出用ヘッドは、吐出口と液体流路を形成する液体流路形成部材が、半導体製造技術において一般的に用いられる酸化シリコン、炭化シリコン、あるいはＳｉＯＣによって形成される。これらの材料は、無機材料膜を溶出させる溶剤（エッチング液）に溶解し難く、かつインク等の液体に対する耐性が高いという化学的特性を有し、さらには液体流路形成部材として満足できる機械的強度を得られるという物理的特性を有している。
このように、液体流路形成部材のこれらの材料は樹脂に比べて高い硬度を有することから、液体流路形成部材の変形が起きにくい。さらに、これらの材料からなる液体流路形成部材は耐擦過性が比較的高いので、例えばヘッドの回復動作のために吐出口形成面がワイピングブレードでワイピングされる場合における耐久性を高めることができる。
さらに、液体吐出用ヘッドの基板には一般にシリコン基板が用いられるので、上記の材料で液体流路形成部材を構成した場合には両者の熱膨張率の差が小さくなり、基板と液体流路形成部材との熱膨張率の違いによる変形を抑えることができる。また、これらの材料は樹脂と異なりインク等の液体の浸み込みがないので、膨潤して液体流路や吐出口が小さくなるという問題も起こらない。さらに、これらの材料はＳｉＮやＮｉに比べてインク等の液体に対する耐腐食性に優れており、これらの材料で構成された液体流路はインク等の液体によって腐食され難くなっている。
また、これらの材料で構成された液体流路形成部材に液体吐出口を形成する工程はフォトリソグラフィープロセスで行うことができるので、液体吐出口を高い精度で形成することが可能である。
これらから理解できるように、本発明によれば、インク等の液体による腐食がなく、液体吐出用素子と吐出口との間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録等が可能な液体吐出用ヘッドを製造することができる。
さらに、上記本発明の構成によれば、無機材料膜を液体流路パターン状に形成する工程から液体流路形成部材に液体吐出口を形成する工程までをフォトリソグラフィープロセスで行うことができるので、製造工程におけるクリーン度を高めることができる。また、上記本発明の製造方法では樹脂材料を用いないことから有機溶剤等が使用されないので、この点においても製造工程におけるクリーン度を高めることができ、例えば基板上の液体吐出用素子の表面を有機溶剤等によって汚染することがない。
また、無機材料膜は４５０℃以下で形成した場合には無機材料膜はそれと同程度の温度に対する耐性を有しているため、液体吐出用ヘッドを構成した後に液体流路形成部材に３００〜４００℃の熱処理を施しても無機材料膜が変性することはなく好ましい。そのため、液体吐出ヘッドを構成した後に、液体流路形成部材の吐出口形成面に例えばＣＦxをそのような高温で付着させて、撥水膜を形成することも可能である。
さらに、前記無機材料はＡｌを主成分としている構成としてもよく、この場合、前記無機材料膜を溶出させる工程はリン酸あるいは塩酸を用いて前記無機材料膜をエッチングする工程からなる構成としてもよい。
あるいは、前記無機材料はＣｕを主成分としている構成としてもよく、この場合、前記無機材料膜を溶出させる工程は硝酸を用いて前記無機材料膜をエッチングする工程からなる構成としてもよい。
また、本発明の液体吐出用ヘッドは、複数の液体吐出用素子が設けられた基板と、複数の吐出口と該複数の吐出口にそれぞれ連通する複数の液体流路とを構成する、前記基板の前記液体吐出用素子が設けられている面上に設けられた液体流路形成部材とを有する液体吐出用ヘッドにおいて、前記液体流路形成部材は酸化シリコン、炭化シリコン、およびＳｉＯＣのうちのいずれか１つで形成されており、前記基板と前記液体流路形成部材の一部との間に金属材料層が設けられていることを特徴とする。
上記本発明の液体吐出用ヘッドによれば、液体流路形成部材が上記材料で形成されていることから、インク等の液体による腐食がなく、液体吐出用素子と吐出口との間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録等が可能になる。
さらに、基板と液体流路形成部材の一部との間に金属材料層が設けられていることにより、液体流路形成部材中に生じうる残留応力が金属材料層に及ぼす力と、金属材料層中に生じうる残留応力が液体流路形成部材に及ぼす力とを互いに相殺させることが可能になり、それらの力が基板に及んで基板に反りを生じさせることを抑えることができる。その結果として、液体の吐出精度の向上を図ることが可能になる。
以上説明したように、本発明によれば、インク等の液体による腐食がなく、液体吐出用素子と吐出口との間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録等が可能な液体吐出用ヘッドおよびその製造方法を提供することができる。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。インクジェット記録ヘッドを例にあげて説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、犠牲層（液体流路パターンおよび吐出口パターンを形成するための材料膜）となる無機材料膜にＡｌを用い、インク流路形成部材の材料にＳｉＯ2を用いて構成されたインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
本発明の第１の実施形態は、犠牲層（液体流路パターンおよび吐出口パターンを形成するための材料膜）となる無機材料膜にＡｌを用い、インク流路形成部材の材料にＳｉＯ2を用いて構成されたインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。サイドシューター型とは、液体吐出用素子（電気熱変換素子）の上部方向から液体を吐出する形態のものを指す。
本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出圧発生素子である電気熱変換素子７が上面に所定のピッチで２列に並んで形成されたＳｉ基板１を有している。また、Ｓｉ基板１には、下面に形成されたＳｉＯ2膜２をマスクとして用いてＳｉ基板１をウェットエッチングすること等によって形成された貫通孔１３が、電気熱変換素子７の２つの列の間に開口されている。Ｓｉ基板１上には、インク流路形成部材を構成するＳｉＯ2膜４によって、各電気熱変換素子７の上方に開口する吐出口１４と、貫通孔１３から各吐出口１４に連通する個別のインク流路１６が形成されている。
さらに、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、Ｓｉ基板１上にインク流路形成部材を構成するＳｉＯ2膜４は、Ｓｉ基板１上に設けられているＡｌ膜３上に設けられている。
このインクジェット記録ヘッドは、吐出口１４が形成された面が記録媒体（不図示）の記録面に対面するように配置される。そしてこのインクジェット記録ヘッドは、貫通孔１３を介してインク流路内に充填されたインクに、電気熱変換素子７によって発生する圧力を加えることによって、吐出口１４からインク液滴を吐出させ、これを記録媒体に付着させることによって記録を行う。
次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程について説明する。図２（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
図２（ａ）に示すように、まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＴａＳｉＮからなるヒーター）をＳｉ基板１の上面上に形成し、さらにその電気熱変換素子７およびそれに電気的な接続を行う配線上に、それらをインクから保護する保護膜（不図示）と耐キャビテーション膜（不図示）を形成する。たとえば、インクからヒーター配線等を保護する保護膜にはＳｉＮ膜を用いることができ、耐キャビテーション膜にはＴａ膜を用いることができる。さらに、上記の構造の上に、ＳｉＣ膜（不図示）を２０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ等によって成膜する。さらに、Ｓｉ基板１の下面には、ＳｉＯ2膜２を、プラズマＣＶＤ法によって温度４００℃の条件で約２μｍの厚さに形成する。
なお、Ｓｉ基板１の上面には電気熱変換素子（ヒーター）７を駆動するドライバーＩＣ（不図示）等も構成されており、電気熱変換素子７、電気配線、およびドライバーＩＣ等は上記の保護膜（例えばＳｉＮ膜）によって保護され、電気的に絶縁されている。
次に、図２（ｂ）に示すように、このＳｉＯ2膜２上にレジスト（不図示）を塗布し、露光および現像を行った後、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、ＳｉＯ2膜２に開口１１を形成する。ＳｉＯ2膜２は、後に貫通孔１３を形成するときのマスクとなり、開口１１から貫通孔１３が形成されるようになる。ＳｉＯ2膜２のエッチングは、例えば、ドライエッチングを用いるときは、ＣＦ4をエッチングガスとして用いるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）またはプラズマエッチングで行い、ウェットエッチングのときはバッファードフッ酸を用いて行う。
次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタリングによって、無機材料の１つであるＡｌからなる無機材料膜としてのＡｌ膜３を、Ｓｉ基板１の上面側に温度１５０℃で約１０μｍの厚さに形成する。本実施形態ではＡｌ膜３を温度１５０℃で形成しているが、この温度は４５０℃以下で行なうのが好ましい。
次に、レジスト（不図示）をＡｌ膜３上に塗布し、フォトリソグラフィーによってパターンを形成し、図２（ｄ）に示すように、ＲＩＥ等のドライエッチングによってＡｌ膜３をインク流路１６の形状にパターニングする。このとき、Ａｌ膜３に開口１２が形成される。なお、本実施形態では、上記のようにＳｉ基板１上に保護膜（ＳｉＮ膜）およびＳｉＣ膜が形成されているので、Ａｌ膜３のエッチング時に下地であるＳｉＣ膜（不図示）がエッチングストップ層となり、ＳｉＣ膜の下の保護膜であるＳｉＮ膜がエッチングされないことから、電気的絶縁性の観点において好ましい構成となっている。
次に、図２（ｅ）に示すように、Ａｌ膜３をパターニングした後にレジスト（不図示）をＯ2アッシング等によって除去した後、プラズマＣＶＤ法により、Ａｌ膜３上にＳｉＯ2膜４を形成する。このとき、開口１２もＳｉＯ2４で埋められる。プラズマＣＶＤのガスとしては、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）系の有機ソースであるＴＥＯＳ／Ｏ2ガスを用いることが、成膜時の段差被覆性を良好にする上でも望ましい。
なお、本実施形態ではプラズマＣＶＤによってＳｉＯ2膜４を形成する場合について説明したが、ＳｉＯ2膜４はこの方法以外によっても形成することが可能であり、例えばＴＥＯＳ／Ｏ3−ＣＶＤでＳｉＯ2膜４を形成した場合にはより平滑なＳｉＯ2膜４を得ることができる。
次に、図２（ｆ）に示すように、先に形状加工したＳｉＯ2膜２をマスクとして、Ｓｉ基板１に、インク供給口として機能する貫通孔１３を形成する。貫通孔１３の形成方法は任意の方法でよいが、ウェットエッチング法で行うとＳｉ基板１に対するダメージが少なく好ましい。
次に、図２（ｇ）に示すように、ＳｉＯ2膜４の上に、例えばＣＦxからなる撥水膜（不図示）を３００〜４００℃の温度で形成し、さらにその上にレジスト（不図示）を塗布して所定の形状にパターニングする。そして、フッ素系ガスによるドライエッチングによって撥水膜とＳｉＯ2膜４をＡｌ膜３が露出するまでエッチングして、各電気熱変換体７の上方に吐出口１４を形成する。その後、剥離液等を用いて、撥水膜にダメージを与えないようにレジストを除去する。なお、このように吐出口１４を形成する工程において異方性の高いリアクティブイオンエッチングを用いると、さらに以下のような効果が得られる。
すなわち、従来のサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドの構造では、吐出口の部分が樹脂で構成されているためにそのエッジ部分が丸くなって吐出特性に悪影響を及ぼす可能性があり、これを避けるために電鋳によって形成したオリフィスプレートを吐出口の部分に貼り付けていたりしていた。しかし、本実施形態のようにインク流路形成部材を成すＳｉＯ2膜４にリアクティブイオンエッチングを用いて吐出口１４を形成する構成では、吐出口１４のエッジをシャープに形成することができる。
さらにＳｉＯ2膜４を多層化し、下部の方のエッチングレートが高くなるようにしたり、組成を徐々に変化させたりすることで、吐出口１４を、出口が狭く、内部の方が広くなる逆テーパ状に形成することができる。吐出口１４を逆テーパ状にすると、吐出口１４から吐出されるインク滴の吐出方向が安定することから、記録精度をさらに向上させることができる。なお、ＳｉＯ2はチッ化シリコン（ＳｉＮ）に比べて、インクに対する耐腐食性を有しているため好ましい。
次に、図２（ｈ）に示すように、吐出口１４および貫通孔１３からＡｌ膜３をリン酸あるいは塩酸等のエッチング液で溶解させて溶出させ、ＳｉＯ2膜４によってインク流路１６を形成する。その後、Ｓｉ基板１の下面側にインク供給部材（不図示）を貼り付けてインクジェット記録ヘッドを完成する。
本実施形態では、吐出口１４とインク流路１６を形成する母材としてＳｉＯ2膜４を用いているが、樹脂と比較してＳｉＯ2膜４は熱膨張率が比較的小さく、また硬いため変形が起きにくい。また、ＳｉＯ2はＳｉＮやＮｉに比べてインクに対する耐腐食性に優れている。さらに、ＳｉＯ2膜４は樹脂と異なりインクの浸み込みがないので、膨潤してインク流路や吐出口が小さくなるという問題も起こらない。
さらに、本実施形態によれば、インク流路１６以外の領域のＡｌ膜３を意図的に残し、これを配線層として用いることも可能である。この場合、Ａｌ膜３からなる配線層は非常に厚いことから抵抗が小さい配線を形成することが可能であり、これをヒーター（電気熱変換素子７）駆動用の電源配線として用いれば、配線抵抗による発泡エネルギーのロスが少なくなり、より省エネルギー効果が高い回路を実現することができる。また、インク流路１６以外の領域の金属材料層であるＡｌ膜３を残すことで、ＳｉＯ2膜４中の残留応力がＡｌ膜３に及ぼす力と、Ａｌ膜３中の残留応力がＳｉＯ2膜４に及ぼす力とを互いに相殺させることが可能になり、それらの力がＳｉ基板１に及んでＳｉ基板１に反りを生じさせることを抑えることができ、これにより、インクの吐出精度の向上を図ることが可能になる。
このように、本実施形態によれば、インクによる腐食がなく、インク吐出圧力発生素子と吐出口との間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録が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ことができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、犠牲層となる無機材料膜にＣｕを用い、インク流路形成部材の材料にＳｉＣを用いて構成されたインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
本発明の第２の実施形態は、犠牲層となる無機材料膜にＣｕを用い、インク流路形成部材の材料にＳｉＣを用いて構成されたインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
図３は、本実施形態によって製造されるサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、犠牲層となる無機材料膜にＣｕが用いられ、インク流路形成部材の材料にＳｉＣが用いられている以外は第１の実施形態とほぼ同様であるので、構成に関する詳しい説明は省略する。
本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程について説明する。図４（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
図４（ａ）に示すように、まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＴａＳｉＮからなるヒーター）をＳｉ基板１の上面上に形成し、さらにその電気熱変換素子７およびそれに電気的な接続を行う配線上に、それらをインクから保護する保護膜（不図示）と耐キャビテーション膜（不図示）を形成する。たとえば、インクからヒーター配線等を保護する保護膜にはＳｉＮ膜を用いることができ、耐キャビテーション膜にはＴａ膜を用いることができる。さらに、上記の構造の上に、ＳｉＣ膜（不図示）を２０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ等によって成膜する。さらに、Ｓｉ基板１の下面には、ＳｉＯ2膜２を、プラズマＣＶＤ法によって温度４００℃の条件で約２μｍの厚さに形成する。
なお、Ｓｉ基板１の上面には電気熱変換素子（ヒーター）７を駆動するドライバーＩＣ（不図示）等も構成されており、電気熱変換素子７、電気配線、およびドライバーＩＣ等は上記の保護膜（例えばＳｉＮ膜）によって保護され、電気的に絶縁されている。
次に、図４（ｂ）に示すように、このＳｉＯ2膜２上にレジスト（不図示）を塗布し、露光および現像を行った後、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、ＳｉＯ2膜２に開口１１を形成する。ＳｉＯ2膜２は、後に貫通孔１３を形成するときのマスクとなり、開口１１から貫通孔１３が形成されるようになる。ＳｉＯ2膜２のエッチングは、例えば、ドライエッチングを用いるときは、ＣＦ4をエッチングガスとして用いるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）またはプラズマエッチングで行い、ウェットエッチングのときはバッファードフッ酸を用いて行う。
次に、図４（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１の上面にＴａ膜５を２０００〜３０００Åの厚さにスパッタリングして成膜し、さらにその上にＣｕ膜６を５００〜１０００Åの厚さにスパッタリングして成膜する。そして、Ｃｕ膜６の上にレジスト（不図示）を塗布してこれをインク流路１６のパターンにパターニングし、インク流路１６を成す、無機材料の１つであるＣｕからなる無機材料膜としてのＣｕ膜１０をインク流路パターン状に電解めっきにより形成する。このとき、Ｃｕ膜１０には開口１２が形成される。Ｃｕ膜１０の形成は、４５０℃以下の温度で行うのが好ましい。
さらに、図４（ｄ）に示すように、Ｃｕ膜１０の上にレジスト（不図示）を塗布してこれを吐出口１４のパターンにパターニングし、各電気熱変換体７の上方に位置する吐出口１４を成す、Ｃｕからなる吐出口パターン１０ａを電解めっきにより形成する。続いて、レジスト（不図示）を除去した後、開口１２に露出している部分のＣｕ膜６（図４（ｄ）以降では図示を省略している）を硝酸を用いたウェットエッチングによって除去し、さらにＴａ膜５（同じく図４（ｄ）以降は不図示）をＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）等のドライエッチングによって除去する。なお、Ｔａ膜５をエッチングする場合には、その下地のＳｉＮ膜との選択比が高いことが電気的絶縁性を確保するという観点から望ましい。
続いて、同じく図４（ｄ）に示すように、Ｃｕ膜１０および吐出口パターン１０ａの上にＳｉＣ膜８を形成する。ＳｉＣ膜８はたとえばプラズマＣＶＤ等で形成することができる。このとき、開口１２もＳｉＣで埋められる。その後、ＳｉＣ膜８の上面を、吐出口パターン１０ａの上部が露出するまでＣＭＰ（化学機械研磨）によって平坦化させる。そして、ＳｉＣ膜８の上面を上記のように平坦化させた後、ＳｉＣ膜８の上面をＣＤＥ等によって５０００Åの深さだけ均一にエッチングする。
次に、図４（ｅ）に示すように、例えばＣＦxからなる撥水膜１５をＳｉＣ膜８および吐出口パターン１０ａの上に３００〜４００℃の温度で成膜した後に、吐出口パターン１０ａ上の撥水膜１５をＣＭＰによって除去する。
次に、図４（ｆ）に示すように、先に形状加工したＳｉＯ2膜２をマスクとして、Ｓｉ基板１に、インク供給口として機能する貫通孔１３を形成する。貫通孔１３の形成方法は任意の方法でよいが、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、ＳＦ6などのガスおよび酸素をエッチングガスとして用いたＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング法で行うと、Ｓｉ基板１に対して電気的なダメージを与えることなく低温で形成できることから好ましい。
次に、図４（ｇ）に示すように、吐出口１４および貫通孔１３からＣｕ膜１０および吐出口パターン１０ａを硝酸等のエッチング液で溶解させて溶出させ、ＳｉＣ膜８によってインク流路１６を形成する。その後、Ｓｉ基板１の下面側にインク供給部材（不図示）を貼り付けてインクジェット記録ヘッドを完成する。
本実施形態では、吐出口１４とインク流路１６を形成する母材としてＳｉＣ膜８を用いているが、ＳｉＣ膜８もＳｉＯ2と同様に、樹脂と比較して熱膨張率が比較的小さく、また硬いため変形が起きにくい。また、ＳｉＣもＳｉＯ2と同様に、ＳｉＮやＮｉに比べてインクに対する耐腐食性に優れている。さらに、ＳｉＣ膜８も樹脂と異なりインクの浸み込みがないので、膨潤してインク流路や吐出口が小さくなるという問題も起こらない。
さらに、インク流路１６以外の領域の金属材料層であるＣｕ膜１０を残すことで、ＳｉＣ膜８中の残留応力がＣｕ膜１０に及ぼす力と、Ｃｕ膜１０中の残留応力がＳｉＣ膜８に及ぼす力とを互いに相殺させることが可能になり、それらの力がＳｉ基板１に及んでＳｉ基板１に反りを生じさせることを抑えることができ、これにより、インクの吐出精度の向上を図ることが可能になる。
このように、本実施形態によれば、インクによる腐食がなく、インク吐出圧力発生素子と吐出口との間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定することが可能で、かつ高品位記録が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ことができる。
なお、上記の実施形態ではＳｉＯ2またはＳｉＣを用いてインク流路形成部材を構成する場合を例に挙げて説明したが、その材料にはそれらに代えてＳｉＯＣ(Carbon Doped Silicon Oxide)を用いることも可能である。
１ Ｓｉ基板
２，４ ＳｉＯ2膜
３ Ａｌ膜
５ Ｔａ膜
６，１０ Ｃｕ膜
７ 電気熱変換素子
８ ＳｉＣ膜
１０ａ 吐出口パターン
１１，１２ 開口
１３ 貫通孔
１４ 吐出口
１５ 撥水膜
１６ インク流路
２，４ ＳｉＯ2膜
３ Ａｌ膜
５ Ｔａ膜
６，１０ Ｃｕ膜
７ 電気熱変換素子
８ ＳｉＣ膜
１０ａ 吐出口パターン
１１，１２ 開口
１３ 貫通孔
１４ 吐出口
１５ 撥水膜
１６ インク流路
Claims (6)
- 液体吐出用素子が形成された基板上に、無機材料膜を液体流路パターン状に形成する工程と、
前記無機材料膜上に、酸化シリコン、炭化シリコン、およびＳｉＯＣのうちのいずれか１つで液体流路形成部材を形成する工程と、
前記液体流路形成部材の、前記液体吐出用素子の上方に位置する部分に液体吐出口を形成する工程と、
前記無機材料膜を溶出させる工程と、
を有する液体吐出用ヘッドの製造方法。 - 前記無機材料はＡｌを主成分としている、請求項１に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法。
- 前記無機材料膜を溶出させる工程はリン酸あるいは塩酸を用いて前記無機材料膜をエッチングする工程からなる、請求項２に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法。
- 前記無機材料はＣｕを主成分としている、請求項１に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法。
- 前記無機材料膜を溶出させる工程は硝酸を用いて前記無機材料膜をエッチングする工程からなる、請求項４に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法。
- 複数の液体吐出用素子が設けられた基板と、
複数の吐出口と該複数の吐出口にそれぞれ連通する複数の液体流路とを構成する、前記基板の前記液体吐出用素子が設けられている面上に設けられた液体流路形成部材とを有する液体吐出用ヘッドにおいて、
前記液体流路形成部材は酸化シリコン、炭化シリコン、およびＳｉＯＣのうちのいずれか１つで形成されており、前記基板と前記液体流路形成部材の一部との間に金属材料層が設けられていることを特徴とする液体吐出用ヘッド。
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