JP2020104385A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法と液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給路から供給される液体の流抵抗が小さく、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドの基板１に、エネルギー発生素子４と、液体を供給する流路８と、エネルギー発生素子４に接続された配線層２と、配線層２と流路８内の液体とを絶縁する絶縁層５とが設けられている。絶縁層５はエネルギー発生素子４が設けられる第一の面５ａと、厚さ方向において第一の面５ａと異なる高さに位置する第二の面５ｂとを有する。第一の面５ａと第二の面５ｂはそれぞれ流路８の一部を画定しており、流路８の、一部が第二の面５ｂによって画定されている部分の厚さ方向の寸法は、一部が第一の面５ａによって画定されている部分の厚さ方向の寸法より大きい。厚さ方向における第一の面５ａと第二の面５ｂの高さの差は、厚さ方向におけるエネルギー発生素子４と配線層２との間の間隔以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよびその製造方法と液体吐出装置に関する。

インクジェットプリンタ（記録装置）等の液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドは、通常、流路内の液体にエネルギー発生素子から熱等のエネルギーを付与し、吐出口から外部へ液体を吐出する構成である。特許文献１には、エネルギー発生素子を内包した流路に液体を供給するための供給路として、基板を貫通する２つの貫通孔を有する液体吐出ヘッドが記載されている。貫通孔は、各流路に対応して設けられて共通液室に連通している独立供給路を構成している。個々の独立供給路から各流路にそれぞれ液体を供給することで、エネルギー発生素子に対向する位置への液体供給の安定性が向上し、液体の吐出方向も安定する。そのため、高精度で高速の液体吐出による記録が可能となる。

液体吐出ヘッドにおいてさらなる高速記録を行うには、液体吐出後に、エネルギー発生素子に対向する位置に液体をより素早く補充（リフィル）することが求められる。迅速なリフィルのためには、流路の距離を短くして、供給路とエネルギー発生素子を近づけるなどの方法で流抵抗を低下させることが有効である。但し、供給路をエネルギー発生素子に近づけると、エネルギー発生素子に接続される配線層の配置が困難になる可能性がある。また、エネルギー発生素子を２つの供給路の間や、供給路と回収路との間に配置する場合、供給路同士の間あるいは供給路と回収路との間に隔壁が設けられる。供給路をエネルギー発生素子に近づけて配置すると、隔壁の厚さが薄くなる。その結果、隔壁の機械的強度が低下し、液体吐出ヘッドに振動や衝撃が加わった際に破損しやすくなる、或いは基板の製造工程で歩留りが低下するなど、液体吐出ヘッドの信頼性が低下してしまうことがある。

特許文献２，３には、供給路の周囲において基板を掘り込むことで、エネルギー発生素子が形成された面よりも、供給路の周囲において流路の寸法（深さ）が大きくなっている液体吐出ヘッドが記載されている。このように基板を掘り込んで流路の寸法を大きくすると、流抵抗が小さくなり、リフィル効率が向上する。

特開２０１１−１６１９１５号公報 特開平１０−０９５１１９号公報 特開平１０−０３４９２８号公報

特許文献２，３に記載された液体吐出ヘッドは、供給路及び流路が形成されるシリコン基板を直接掘り込んでいるので、基板上に形成する配線層などが配置しにくくなる場合がある。また、掘り込んだ基板がエッチング液や液体インクにさらされるため、信頼性の点で課題がある。さらに、基板を直接掘り込むため、製造上の課題もある。例えば、基板を掘り込んだ後で配線層などを形成することが難しくなることがある。また、基板を掘り込む際の深さの制御が困難であり、流路の形状がばらつくことで液体吐出の信頼性が低下することもある。
本発明は、供給路から流路内のエネルギー発生素子に対向する位置に供給される液体の流抵抗が小さく、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、基板に、液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、液体をエネルギー発生素子と対向する位置に供給する流路と、エネルギー発生素子に接続された配線層と、配線層と流路内の液体とを電気的に絶縁するための絶縁層と、が設けられており、絶縁層はエネルギー発生素子が設けられる第一の面を有し、絶縁層または該絶縁層に重ねて設けられた層は、絶縁層の厚さ方向において第一の面と異なる高さに位置する第二の面を有し、第一の面と第二の面はそれぞれ流路の一部を画定しており、流路の、一部が第二の面によって画定されている部分の厚さ方向の寸法は、一部が第一の面によって画定されている部分の厚さ方向の寸法より大きく、厚さ方向における第一の面と第二の面との高さの差は、厚さ方向におけるエネルギー発生素子と配線層との間の間隔以下であることを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、基板に、液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、液体をエネルギー発生素子と対向する位置に供給する流路と、エネルギー発生素子に接続された配線層と、前記配線層と前記流路内の液体とを電気的に絶縁するための絶縁層と、が設けられている液体吐出ヘッドの製造方法であって、エネルギー発生素子を絶縁層の第一の面に設ける工程と、第一の面を掘り込んで第二の面を形成する工程とを有し、絶縁層の厚さ方向における第一の面と第二の面の高さの差を、厚さ方向におけるエネルギー発生素子と配線層との間の間隔以下にすることを特徴とする。

本発明によれば、供給路から流路内のエネルギー発生素子に対向する位置に供給される液体の流抵抗が小さく、信頼性の高い液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置が得られる。

本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置の要部を示す平面図および断面図である。 実施例１の液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施例２の液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施例３の液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施例３の液体吐出ヘッドの要部の平面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。以下に説明する実施形態および実施例は本発明の好ましい例を示すものであるが、本発明は以下の実施形態および実施例に限定されない。
液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタ等の記録装置（液体吐出装置）を構成する一部材である。記録装置には、液体吐出ヘッドに加えて、液体吐出ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部１２や、記録が行われる記録媒体の搬送機構（図示せず）などが設けられている。
図１（ａ）は本発明の一実施形態の液体吐出装置の液体吐出ヘッドの要部の平面図であり、図１（ｂ）はその液体吐出装置を模式的に示す断面図である。液体吐出ヘッドの、例えばシリコンで形成された基板１の一方の面には、液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子４と、接続層１０を介してエネルギー発生素子４と電気的に接続された配線層２とが設けられている。さらに、電気配線層２と液体とを電気的に絶縁する絶縁層５と、エネルギー発生素子４を液体から保護するための、好ましくは膜厚が０．１μｍ以上である保護層９が設けられている。さらに、基板１と絶縁層５との積層体を垂直に貫通する供給路３が形成されている。供給路３は、基板１と絶縁層５の積層体の両面に開口しており、一方の面側から他方の面側へ液体を供給する。エネルギー発生素子４の一例としては、例えばＴａＳｉＮからなる電熱変換素子が挙げられる。配線層２の一例としては、例えばＡｌ（アルミニウム）層が挙げられる。接続層１０の一例としては例えばＷ（タングステン）層が挙げられる。各層は、例えば前述した各材料のスパッタリングによって成膜できる。尚、ここでは単層構造の配線層２を形成しているが、電気的に接続された複数の層からなる多層構造の配線層２を形成してもよい。また、保護層９や絶縁層５の例としては、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮなどのような絶縁材料からなる層が挙げられる。また、保護層９や絶縁層５として、前述した絶縁材料の層が積層された多層構造の層を形成してもよい。これらの絶縁材料は例えばプラズマＣＶＤ法を用いて成膜することができる。

前述したように、エネルギー発生素子４、接続層１０、配線層２、絶縁層５、保護層９が設けられている基板１の一方の面側に、液体を吐出する吐出口６を備えた部材７が設けられている。図１に示す例では、部材７は、例えば樹脂（エポキシ樹脂など）やシリコンや金属などで形成された吐出口形成部材７ａと流路形成部材７ｂの２層で形成されている。部材７と基板１の一方の面上の絶縁層５とで囲まれた領域が、液体の流路８になっている。基板１及び絶縁層５を貫通する供給路３は、流路８に連通している。流路８のうち、エネルギー発生素子４を内包している部分は圧力室と呼ばれる。供給路３から圧力室に供給された液体は、圧力室内においてエネルギー発生素子４から例えば熱などのエネルギーを与えられ、吐出口６から外部に吐出される。

基板１および絶縁層５の積層体を垂直に貫通し、互いに独立している複数の供給路３が形成されている。図１に示す例では、エネルギー発生素子４を挟んでその両側に、互いに独立した供給路３が形成されている。ただし、図示しないが１つの第一の供給路と個々に独立した複数の第二の供給路とが、エネルギー発生素子４の両側に設けられた構成であってもよい。また、エネルギー発生素子４から見て一方の側のみに供給路３が存在するような構成でも構わない。さらに、例えば基板１を垂直に貫通する供給路３が１つだけ形成されている構成でもよい。

このような液体吐出ヘッドにおいてさらなる高速記録を行うには、液体吐出後に、流路８内のエネルギー発生素子４に対向する位置に液体をより素早く補充（リフィル）することが求められる。図１に示すような構成で、リフィルに必要な流路の距離を短くするために供給路３をエネルギー発生素子４に近づけると、供給路３の端部から配線層２までの距離が短くなり、配線層２の形成の信頼性を確保することは供給路３の加工精度等の観点から難しい。そこで、本発明では、シリコンからなる基板１を直接掘り込むのではなく、基板１の一方の面に形成された絶縁層５を掘り込む。通常、絶縁層５を掘り込んだ後に配線層２等を形成する必要はない。こうして供給路３の周囲で絶縁層５を掘り込んで、基板１および絶縁層５の厚さ方向における流路８の寸法（流路８の深さまたは高さと称することができる）を大きくして流抵抗を小さくすることができる。すなわち、絶縁層５を掘り込んで段差を設け、その段差部分の一部は、供給路３の開口部よりもエネルギー発生素子４に近い位置になる。絶縁層５を掘り込んだ分だけ、空間すなわち流路８が大きくなり、流路８の液体流れ方向に直交する断面積が大きくなる。こうして流路８が大きくなることにより、液体の流抵抗が下がって液体が流れやすくなる。よって、リフィル効率を高くすることができる。ただし、配線層２の配置の都合上、絶縁層５を掘り込むのは供給路３の開口部のごく近傍に限られ、その他の部分の流抵抗を下げることができない場合もある。また、基板１を、絶縁層５を掘り込む際のエッチングストップ層として用いると、基板１に物理的なダメージを与えてしまうことが懸念される場合もある。

そこで、本実施形態では、絶縁層５を掘り込む範囲を広げ、平面的により広い領域の流抵抗を下げる。具体的には、絶縁層５の厚さ方向において配線層２の一部の直上にあたる位置も含めて絶縁層５を掘り込んで、流路８の大きさをさらに拡張する。絶縁層５の、保護層９およびエネルギー発生素子４が形成される面（第一の面５ａ）から掘り込んで流路８の断面積を広げる。掘り込んだ部分の流路８の底面（第二の面５ｂ）は、第一の面５ａよりも、絶縁層５の厚さ方向において低く深い位置にある。このように流路８の深さを深くすること、言い換えると流路８の高さを高くすることで、さらに流抵抗の小さな流路８を形成することができ、リフィル効率の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。こうして、供給路３からエネルギー発生素子４に対向する位置に供給する液体のリフィル効率が高く、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。ここで、絶縁層５を掘り込んで第二の面５ｂを形成する領域は、可能な限り広範囲であることが好ましい。特に、絶縁層５の厚さ方向（各層の積層方向）に沿って平面的に見て、エネルギー発生素子４が設けられた位置のできるだけ近くまで絶縁層５を掘り込んで第二の面５ｂを形成することがより好ましい。第一の面５ａと第二の面５ｂとの高さの差は大きい方がより大きな効果を得ることができる。そのため、配線層２と液体との絶縁を確保できる範囲で、第一の面５ａと第二の面５ｂとの高さの差をできるだけ大きくすることが好ましい。具体的には、絶縁層５の厚さは０．５μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であるとより好ましい。なお、絶縁層５の厚さとは、絶縁層５が複数の層からなる多層構造である場合には、各層の膜厚の合計である。絶縁層５の厚さをこのように設定することで、第一の面５ａと第二の面５ｂの高低差をより大きくして液体の流抵抗を下げることができる。絶縁層５の厚さ４の上限は特にないが、液体吐出ヘッドの全体的な設計を考慮すると、２０μｍ以下であることが好ましい。

絶縁層５を掘り込んで第二の面５ｂを形成する方法としては、リアクティブイオンエッチング法を用いることが好ましい。特に絶縁層５が多層構造である場合、リアクティブイオンエッチング法を用いることが好ましい。絶縁層５のエッチングに使用するガスとして、例えばＣ₄Ｆ₈ガスとＣＦ₄ガスおよびＡｒガスの混合ガスを用いることができる。特にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）装置を用いたリアクティブイオンエッチングにより、流路を掘り込むことが好ましい。ただし、他の方式のプラズマソースを有するリアクティブイオンエッチング装置を用いても構わない。例えば、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）装置やＮＬＤ（磁気中性線放電）プラズマ装置を用いることもできる。

次に、液体吐出ヘッドの製造方法について、図２を用いて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、一方の面側に絶縁層５とエネルギー発生素子４と保護層９と配線層２とを有する基板１を用意する。絶縁層５は複数の絶縁層が積層された多層構造であり層間に配線層２が設けられている。次に、図２（ｂ）に示すように、基板１と絶縁層５の積層体の一方の面側にエッチングマスク（不図示）を設けた後、リアクティブイオンエッチングによって絶縁層５を掘り込んで第二の面５ｂを形成し、エッチングマスクを除去する。エッチングマスクは、例えば感光性樹脂等で形成することが好ましい。絶縁層５の、保護層９およびエネルギー発生素子４が形成される第一の面５ａと、第二の面５ｂとの高低差はできるだけ大きいことが好ましく、少なくとも保護層９の厚さよりも大きいことが好ましい。このようにすることで、流路８を通る液体の流抵抗を小さくし、リフィル性の高い流路８を形成することができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、基板１と絶縁層５の積層体の一方の面側に、例えば前工程のエッチングマスクと同様の材料からなるエッチングマスクを再度設け、リアクティブイオンエッチングによって、積層体を垂直に貫通する供給路３を形成する。その後、図２（ｄ）に示すように、流路８の一部と吐出口６を形成する部材７を設ける。一例では、部材７は流路形成部材７ｂと吐出口形成部材７ａとの２層構造であり、複数のドライフィルムを用いて形成される。ドライフィルムとしては、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムや、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルムなどが挙げられる。ドライフィルムを基板１と絶縁層５の積層体に貼り付けた後、ドライフィルムの支持部材（図示せず）を剥離する。このため、ドライフィルムと支持部材との間に予め離型処理を施しておくことが好ましい。以上のようにして、本発明の液体吐出ヘッドを製造することができる。

＜実施例１＞
前述した実施形態に基づくより具体的な実施例について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、一方の面側に、ＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子４と、窒化ケイ素からなる保護層９と、酸化ケイ素からなる絶縁層５と、Ａｌからなる配線層２とを有する、シリコンの単結晶基板である基板１を用意した。このエネルギー発生素子４は電熱変換素子である。絶縁層５は多層構造であり、合計の厚さが１０μｍとなるように形成した。絶縁層５の内部には配線層２が設けられている。配線層２の少なくとも一部が、エネルギー発生素子４の一部と重なり合うように位置しており、配線層２は、タングステンからなる接続層１０でエネルギー発生素子４と接続されている。配線層２は複数の層が積層された多層構造であってもよい。

図２（ｂ）に示すように、基板１と絶縁層５の積層体の一方の面に、ポジ型の感光性樹脂からなるエッチングマスク（不図示）を設けた。そして、リアクティブイオンエッチングによって絶縁層５を掘り込んで第二の面５ｂを形成した。リアクティブイオンエッチングは、Ｃ₄Ｆ₈ガスとＣＨＦ₃ガスの混合ガスを用いて実施した。第二の面５ｂは、第一の面５ａ（保護層９およびエネルギー発生素子４が形成される面）とは、基板１および絶縁層５の厚さ方向において異なる高さに位置し、その高低差が１μｍになるようにした。第一の面５ａから掘り込まれて形成された第二の面５ｂは、第一の面５ａから液体の吐出方向と反対側に引き込まれた位置にある。第二の面５ｂの総面積は第一の面５ａの総面積よりも大きい。そして、第二の面５ｂの少なくとも一部が、配線層２の一部と重なり合うように位置している。このように、絶縁層５を掘り込んで第二の面５ｂを形成した後にエッチングマスクを除去した。

次に、図２（ｃ）に示すように、基板１と絶縁層５の積層体の一方の面側に再度エッチングマスク（不図示）を設け、リアクティブイオンエッチングによって絶縁層５をエッチングし、供給路３の開口部になる穴状の部分を形成した。絶縁層５に対するリアクティブイオンエッチングは、Ｃ₄Ｆ₈ガスとＣＦ₄ガスとＡｒガスとの混合ガスを用いて実施した。その後に、エッチングマスクをそのまま用いて基板１のリアクティブイオンエッチングを行い、貫通孔である供給路３を形成した。基板１に対するリアクティブイオンエッチングは、ＳＦ₆ガスを用いて実施した。供給路３は第二の面５ｂにおいて開口しており、第二の面５ｂは、少なくとも供給路３の開口部からエネルギー発生素子４に向かう方向に延びている。その後、エッチングマスクを除去し、図２（ｄ）に示すように、エポキシ樹脂を含む２枚のドライフィルムを絶縁層５の第一の面５ａに貼り付けた。この時、ドライフィルムが、絶縁層５の第一の面５ａの一部及び第二の面５ｂとの間に空間を設けつつ、第一の面５ａ及び第二の面５ｂを覆うようにした。この空間が流路８となる。こうして、流路８を形成する流路形成部材７ｂと、吐出口６を形成する吐出口形成部材７ａとからなる２層構造の部材７を形成した。

第一の面５ａと第二の面５ｂはそれぞれ、直接または保護層等を介して、流路８の一部を画定している。厚さ方向において、第二の面５ｂから部材７までの寸法は第一の面５ａから部材７までの寸法より大きい。すなわち、流路８の、一部が第二の面５ｂによって画定されている部分の、厚さ方向の寸法は、一部が第一の面５ａによって画定されている部分の、厚さ方向の寸法よりも大きい。従って、流路８の、一部が第二の面５ｂによって画定されている部分の、エネルギー発生素子４に供給される液体の流れ方向に直交する断面の面積は、一部が第一の面５ａによって画定されている部分の、流れ方向に直交する断面の面積よりも大きい。そして、厚さ方向における第一の面５ａと第二の面５ｂの高さの差は、厚さ方向におけるエネルギー発生素子４と配線層２との間の間隔以下であり、好ましくはそれよりも小さい。
以上のようにして、本発明の液体吐出ヘッドを製造した。実施例１の液体吐出ヘッドは液体の流抵抗が小さく、信頼性が高い液体吐出ヘッドであった。

＜実施例２＞
本発明の実施例２として、図３に示す液体吐出ヘッドを製造した。主に本実施例が実施例１と異なる点について以下に説明する。本実施例では、基板１の一方の面側に、実施例１と同様にエネルギー発生素子４と保護層９と絶縁層５と配線層２と接続層１０とを設け、さらに、絶縁層５の厚さ方向においてエネルギー発生素子４と配線層２との間にＴｉからなる金属層１１を設けた。すなわち、絶縁層５の内部に金属層１１が位置している。そして、実施例１と同様に絶縁層５をエッチングにより掘り込んで第二の面５ｂを形成した。絶縁層５のエッチングの際に、金属層１１をエッチングストップ層として利用した。それにより、絶縁層５の第一の面５ａ（保護層９およびエネルギー発生素子４が形成される面）と第二の面５ｂ（金属層１１の上面）との高さの差のばらつきを小さくすることができ、より高精度に流路形成を行うことができる。その後、図３（ｃ），３（ｄ）に示すように、実施例１と同様の方法で絶縁層５および基板１をエッチングして供給路３を形成した。そして、流路８を形成する流路形成部材７ｂと、吐出口６を形成する吐出口形成部材７ａとからなる２層構造の部材７を、絶縁層５に貼り付けた。以上のようにして、実施例２の液体吐出ヘッドを製造した。実施例２によると、液体の流抵抗が小さく、より高精度の流路８を有し、信頼性の高い液体吐出ヘッドが製造できた。

＜実施例３＞
本発明の実施例３として、図４，５に示す液体吐出ヘッドを製造した。主に本実施例が実施例１と異なる点について以下に説明する。本実施例では、基板１の一方の面側に、実施例１と同様にエネルギー発生素子４と保護層９と絶縁層５と配線層２と接続層１０とを設け、さらに、配線層２と同一の層であるが配線層２から分離して電気的に独立した導電層２ａを設けた。そして、実施例１と同様に絶縁層５をエッチングにより掘り込んで第二の面５ｂを形成した。絶縁層５のエッチングの際に、導電層２ａをエッチングストップ層として利用した。それにより、絶縁層５の第一の面５ａ（保護層９およびエネルギー発生素子４が形成される面）と第二の面５ｂ（導電層２ａの上面）との高さの差を大きくし、しかもそのばらつきを小さくすることができ、より高精度に流路形成を行うことができる。このように配線層２と同時に形成した同一の層をエッチングストップ層に用いることで、エッチングストップ層を別途形成する必要がなく、高い生産性で高精度の液体吐出ヘッドを製造できる。また、本実施例では、図４及び図５に示すように、平面的に見て供給路３と配線層２との間の部分のみ、絶縁層５を掘り込んで流路８を大きくして液体の流れる部分の流抵抗を小さくしている。その後、図４（ｃ），４（ｄ）に示すように、実施例１と同様の方法で絶縁層５および基板１をエッチングして供給路３を形成した。そして、流路８を形成する流路形成部材７ｂと、吐出口６を形成する吐出口形成部材７ａとからなる２層構造の部材７を、絶縁層５に貼り付けた。以上のようにして、実施例３の液体吐出ヘッドを製造した。実施例３によると、液体の流抵抗が小さく、より高精度の流路８を有し、生産性および信頼性の高い液体吐出ヘッドが製造できた。前述したように、平面的に見て供給路３と配線層２との間の部分のみ流路８を大きくして流抵抗を小さくしても、リフィル性の高い流路を形成することができた。

以上説明した通り、本発明の液体吐出ヘッドは、基板１ではなく絶縁層５を掘り込むことによって第二の面５ｂを形成している。絶縁層５は、エネルギー発生素子４が設けられた第一の面５ａを有する。そして、絶縁層５、または絶縁層５に重ねて設けられた層（例えば金属層１１または導電層２ａ）は、絶縁層５の厚さ方向において第一の面５ａよりも配線層２の近くに位置する第二の面５ｂを有する。絶縁層５の厚さ方向における第一の面５ａと第二の面５ｂの高さの差は、厚さ方向におけるエネルギー発生素子４と配線層２との間の間隔よりも小さいことが好ましい。この関係を維持すると、第一の面５ａから絶縁層５を掘り込んで第二の面５ｂを形成することで、流路８の、絶縁層５の厚さ方向の寸法を大きくして断面積を大きくし流抵抗を低減する領域を、配線層２と重なる位置まで拡張することができる。すなわち、配線層２と接続されているエネルギー発生素子４の近傍まで、流路８の断面積を大きくして流抵抗を低減させることができる。その結果、エネルギー発生素子４と対向する位置まで迅速に液体を供給することができ、リフィル性能が非常に良好である。従って、高精度かつ高速の液体吐出が、高い信頼性で実現できる。

ここで、絶縁層５の厚さ方向における第一の面５ａと第二の面５ｂの高さの差が、厚さ方向におけるエネルギー発生素子４と配線層２との間の間隔よりも大きい場合について考察する。その場合には、絶縁層５の掘り込み（エッチング）によって、配線層２の少なくとも一部が絶縁層５に覆われずに露出してしまう可能性がある。そうすると、配線層２が液体と接して電気的短絡を生じて不具合を引き起こすことや、保護されずに露出した配線層２が衝撃や接触等によって機械的または化学的に損傷することが考えられる。従って、厚さ方向に沿って平面的に見た時に配線層２に重なる位置まで絶縁層５を掘り込むことは避けることが好ましい。そのため、エネルギー発生素子４の近傍まで、流路８の断面積を大きくして流抵抗を低減させることはできず、リフィル性能の向上、ひいては液体吐出の信頼性の向上には限界がある。このような問題を解決するためには、絶縁層５の厚さ方向における第一の面５ａと第二の面５ｂの高さの差を、厚さ方向におけるエネルギー発生素子４と配線層２との間の間隔よりも小さくすることが極めて有効である。この要件を備えることによって、リフィル性能を向上させることと、配線層２の電気的な短絡や機械的及び化学的な損傷を抑えることとを両立でき、液体吐出ヘッドの信頼性を高くできるという優れた効果を得ることができる。

なお、実施例２，３のように、金属層１１や導電層２ａをエッチングストップ層として用いることもできる。その場合、絶縁層５の厚さ方向における第一の面５ａと第二の面５ｂの高さの差を、厚さ方向におけるエネルギー発生素子４と配線層２との間の間隔以下にすることが、容易かつ確実に行える。特に、実施例３のように、配線層２と同一の層であって配線層２から分離して電気的に独立した導電層２ａをエッチングストップ層として用いると、エッチングストップ層を形成するために製造工程が煩雑になることを抑えられ、生産性が良好である。

１ 基板
２ 配線層
２ａ 導電層（絶縁層に重ねて設けられた層）
４ エネルギー発生素子
５ 絶縁層
５ａ 第一の面
５ｂ 第二の面
８ 流路
１１ 金属層（絶縁層に重ねて設けられた層）

Claims (18)

1. 基板に、液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記液体を前記エネルギー発生素子と対向する位置に供給する流路と、前記エネルギー発生素子に接続された配線層と、前記配線層と前記流路内の液体とを電気的に絶縁するための絶縁層と、が設けられており、
   前記絶縁層は前記エネルギー発生素子が設けられる第一の面を有し、前記絶縁層または該絶縁層に重ねて設けられた層は、前記絶縁層の厚さ方向において前記第一の面と異なる高さに位置する第二の面を有し、前記第一の面と前記第二の面はそれぞれ前記流路の一部を画定しており、前記流路の、一部が前記第二の面によって画定されている部分の前記厚さ方向の寸法は、一部が前記第一の面によって画定されている部分の前記厚さ方向の寸法より大きく、
   前記厚さ方向における前記第一の面と前記第二の面の高さの差は、前記厚さ方向における前記エネルギー発生素子と前記配線層との間の間隔以下であることを特徴とする、液体吐出ヘッド。
2. 前記流路の、一部が前記第二の面によって画定されている部分の、前記エネルギー発生素子に供給される前記液体の流れ方向に直交する断面の面積は、一部が前記第一の面によって画定されている部分の、前記流れ方向に直交する断面の面積より大きい、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第二の面は、前記第一の面から前記液体の吐出方向と反対側に引き込まれた位置にある、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記基板及び前記絶縁層を貫通して前記流路に連通する供給路をさらに有し、前記供給路は前記第二の面において開口しており、前記第二の面は、少なくとも前記供給路の開口部から前記エネルギー発生素子に向かう方向に延びている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第二の面の総面積が前記第一の面の総面積よりも大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記絶縁層の内部に金属層が設けられており、前記金属層は、前記厚さ方向において前記エネルギー発生素子と前記配線層との間に位置し、前記金属層の一つの面が前記第二の面の少なくとも一部を構成している、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記絶縁層の内部に、前記配線層と同一の層であって前記配線層から分離して電気的に独立した導電層が設けられており、前記導電層の一つの面が前記第二の面の少なくとも一部を構成している、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第二の面の少なくとも一部が、前記配線層の一部と重なり合うように位置している、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記配線層の少なくとも一部が、前記エネルギー発生素子の一部と重なり合うように位置している、請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記エネルギー発生素子を覆う保護層をさらに有し、前記保護層の膜厚は０．１μｍ以上である、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記絶縁層の前記第一の面の一部及び前記第二の面との間に空間を設けつつ前記第一の面及び前記第二の面を覆う部材をさらに有し、
    前記流路は前記第一の面の一部及び前記第二の面と前記部材との間に形成されており、
    前記厚さ方向において、前記第二の面から前記部材までの寸法は前記第一の面から前記部材までの寸法より大きく、
    前記部材は、前記流路と連通して前記液体を外部に吐出するための吐出口を有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記配線層は複数の層が積層された多層構造である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給する前記液体を収容する液体収容部と、を有することを特徴とする液体吐出装置。
14. 基板に、液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記液体を前記エネルギー発生素子と対向する位置に供給する流路と、前記エネルギー発生素子に接続された配線層と、前記配線層と前記流路内の液体とを電気的に絶縁するための絶縁層と、が設けられている液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記エネルギー発生素子を前記絶縁層の第一の面に設ける工程と、前記第一の面を掘り込んで第二の面を形成する工程とを有し、前記絶縁層の厚さ方向における前記第一の面と前記第二の面の高さの差を、前記厚さ方向における前記エネルギー発生素子と前記配線層との間の間隔以下にすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 前記絶縁層の前記第一の面と前記第二の面とにより、前記流路の一部をそれぞれ画定し、
    前記流路の、一部が前記第二の面によって画定されている部分の前記厚さ方向の寸法を、一部が前記第一の面によって画定されている部分の前記厚さ方向の寸法よりも大きくし、
    前記流路の、一部が前記第二の面によって画定されている部分の、前記エネルギー発生素子に供給される前記液体の流れ方向に直交する断面の面積を、一部が前記第一の面によって画定されている部分の、前記流れ方向に直交する断面の面積よりも大きくする、請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 前記絶縁層の前記第一の面の一部及び前記第二の面との間に空間を設けつつ前記第一の面の一部及び前記第二の面を覆う部材を配置して、前記第一の面の一部及び前記第二の面と前記部材との間に前記流路を形成する工程と、
    前記部材に、前記流路と連通して前記液体を外部に吐出するための吐出口を形成する工程と、をさらに有し、
    前記厚さ方向において、前記第二の面から前記部材までの寸法を前記第一の面から前記部材までの寸法より大きくする、請求項１４または１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
17. 前記絶縁層は、窒化ケイ素と炭化ケイ素と酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む材料からなる、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
18. 前記第二の面の形成はリアクティブイオンエッチングで行う、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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