(57)【要約】【課題】エネルギー発生素子の位置まで供給される吐出液体の流抵抗を低減しつつ、吐出液体に対する長期信頼性も向上できる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドは、第１の表面に開口して吐出液体を供給する供給路が形成された基板と、基板の第１の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられたエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子に電気的に接続するともに絶縁層によって吐出液体から電気的に絶縁された電気配線層と、吐出口を形成するとともに供給路の開口からエネルギー発生素子の形成位置に至る吐出液体の流路を形成する吐出口部材と、を備える。絶縁層は、供給路の開口の周辺において、エネルギー発生素子が設けられている表面よりも基板の側に凹むか除去された凹領域を有し、凹領域の位置において、基板の第１の表面を、基板よりも吐出液体に対するエッチングレートが低い材料からなる保護層により被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面を有し、前記第１の表面に開口して前記第１の表面の側に吐出液体を供給する供給路が形成された基板と、
前記第１の表面に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の表面に設けられて前記吐出液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、
前記エネルギー発生素子に電気的に接続するともに前記絶縁層によって前記吐出液体から電気的に絶縁された電気配線層と、
前記エネルギー発生素子に対向する位置に吐出口を形成するとともに前記供給路の開口から前記エネルギー発生素子の形成位置に至る前記吐出液体の流路を形成する吐出口部材と、
を備え、
前記絶縁層は、前記供給路の開口の周辺において、前記エネルギー発生素子が設けられている前記表面よりも前記基板の側に凹むか除去されて凹領域を形成し、
前記凹領域の位置において、前記基板の前記第１の表面は、前記基板よりも前記吐出液体に対するエッチングレートが低い材料からなる保護層により被覆されていることを特徴とする、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
複数の前記電気配線層を備え、前記複数の前記電気配線層は、前記絶縁層の内部に設けられ前記絶縁層を構成する絶縁膜を介して相互に積層している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁層は、窒化ケイ素、炭化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも１つによって形成されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記保護層は、前記第１の表面と前記絶縁層との界面にも形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記保護層は、前記界面において、前記凹領域の位置から前記エネルギー発生素子が形成位置に対応する位置までの領域に少なくとも形成されている、請求項４に記載の記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記保護層は、少なくとも前記界面において不連続に形成されている請求項４または５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記保護層は、窒化ケイ素、炭化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも１つによって形成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記保護層と前記絶縁層とが同一の材料で形成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記基板、前記絶縁層及び前記保護層の表面の少なくとも一部が、前記吐出液体に対する耐性を有する耐液体保護膜で覆われている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記耐液体保護膜は、シリコン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、ニッケルおよびタンタルからなる群から選ばれる一つ以上の元素の酸化物、窒化物あるいは炭化物のいずれかによって形成されている、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
第１の表面を有し、前記第１の表面に開口して前記第１の表面の側に吐出液体を供給する供給路が形成された基板と、前記第１の表面に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の表面に設けられて前記吐出液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子に電気的に接続するともに前記絶縁層によって前記吐出液体から電気的に絶縁された電気配線層と、前記エネルギー発生素子に対向する位置に吐出口を形成するとともに前記供給路の開口から前記エネルギー発生素子の形成位置に至る前記吐出液体の流路を形成する吐出口部材と、前記基板よりも前記吐出液体に対するエッチングレートが低い材料からなる保護層とを備え、前記供給路の開口の周辺において前記絶縁層は前記エネルギー発生素子が設けられている前記表面よりも前記基板の側に凹むか除去されて凹領域を形成している液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（ａ）前記第１の表面の全面に設けられた前記絶縁層と、前記基板と前記絶縁層との界面に配置された前記保護層と、前記エネルギー発生素子と、前記電気配線層とを有する基板を用意する工程と、
（ｂ）前記用意された基板において前記絶縁層をエッチングして前記絶縁層に前記凹領域を形成する工程と、
（ｃ）前記凹領域を介して前記供給路を形成する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）ののち、前記基板の前記第１の表面の側に前記吐出口部材を取り付ける工程と、
を有し、
前記工程（ａ）において、前記保護層を少なくとも前記凹領域に対応する位置に設けることを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記基板はシリコンで形成されており、前記絶縁層は、窒化ケイ素、炭化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも１つによって形成されている、請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ａ）において、前記凹領域の少なくとも一部に対応してエッチングストップ層を形成する、請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ａ）において、前記保護層の表層を被覆するように前記エッチングストップ層を密着して形成する、請求項１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ｂ）において、前記絶縁層のエッチングを前記エッチングストップ層で停止する請求項１３または１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記エッチングストップ層は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ポリシリコン、多結晶炭化シリコン及びアルミニウムの少なくとも１つによって形成されている、請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記エッチングストップ層を前記電気配線層と同じ材料で、前記電気配線層の少なくとも１つと同時に形成する、請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｃ）を実施した後、前記工程（ｄ）を実施する前に前記エッチングストップ層を除去する、請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の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、吐出口を備えて吐出口からインクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドとその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタなどの記録装置に用いられる液体吐出ヘッドとして、例えば貫通孔として供給路が形成された基板上に流路を有し、流路内の液体に対してエネルギー発生素子からエネルギーを与えて吐出口からその液体を吐出する液体吐出ヘッドがある。エネルギー発生素子は基板の一方の表面または基板の一方の表面上に形成された層の表面に形成され、吐出口は流路を挟んでエネルギー発生素子に対向して配置される。基板の相対する２つの表面のうち、エネルギー発生素子や吐出口が配置される側の表面を第１の表面と呼び、第１の表面とは反対側となる表面を第２の表面と呼ぶことにする。複数の吐出口を高密度に配置して液体の吐出による高精細の記録を実現するために、基板としてシリコン半導体基板を使用してエネルギー発生素子を駆動するための半導体回路を基板の第１の表面に形成することが行われている。この場合、内部に各種の電気配線層が形成されている絶縁層を基板の第１の表面の上に堆積し、絶縁層の表面にエネルギー発生素子を形成することになる。
【０００３】
液体吐出ヘッドにおいて、液体の吐出の時間間隔を短くし、高速記録を可能とするためには、吐出口からの液体の吐出後に、エネルギー発生素子上の流路に対して液体をより素早く補充（リフィル）することが必要である。特許文献１は、供給路としての貫通口をエネルギー発生素子ごとに２つ設け、両方の貫通口から流路に向けて液体を供給することにより流路への液体の補充を素早く行えるようにした液体吐出ヘッドを開示している。この液体吐出ヘッドでは、エネルギー発生素子の位置に向けて基板の第１の表面に平行に両方向から液体が供給されるので、吐出口からの液体の吐出方向も安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６１９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示す液体吐出ヘッドよりもさらに高速での記録を行う場合、エネルギー発生素子上の流路に対して液体をさらに素早く補充することが必要である。そのためには、基板において貫通口として設けられる供給路からエネルギー発生素子までの流路の距離を短くするなどして、流抵抗を低下させることが有効である。基板の第１の表面に絶縁層が形成され、絶縁層の表面にエネルギー発生素子が設けられる液体吐出ヘッドでは、貫通口の形成位置の近傍の絶縁層を除去し、この領域での流路の高さを実質的に高くして流抵抗を低下させることも考えられる。絶縁層の除去のためにはエッチングプロセスが使用されるが、その際に、例えばシリコンである基板をエッチングストップ層として用いることも可能である。しかしながら、本発明者らが、このように貫通口の形成位置の近傍の絶縁層を除去した液体吐出ヘッドを製造して評価したところ、長期信頼性において十分な結果を得ることができなかった。具体的には、液体吐出ヘッドが吐出すべき液体すなわち吐出液体の代表的なものであるインクに液体吐出ヘッドを長時間にわたって浸漬する試験を行ったところ、液体吐出ヘッドにおける十分な電気信頼性を得ることができなかった。
【０００６】
したがって本発明の目的は、供給路からエネルギー発生素子にまで供給される液体の流抵抗が低減されるとともに、吐出液体に対する長期信頼性も向上した液体吐出ヘッドと、その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体吐出ヘッドは、第１の表面を有し、第１の表面に開口して第１の表面の側に吐出液体を供給する供給路が形成された基板と、第１の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられて吐出液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子に電気的に接続するともに絶縁層によって吐出液体から電気的に絶縁された電気配線層と、エネルギー発生素子に対向する位置に吐出口を形成するとともに供給路の開口からエネルギー発生素子の形成位置に至る吐出液体の流路を形成する吐出口部材と、を備え、絶縁層は、供給路の開口の周辺において、エネルギー発生素子が設けられている表面よりも基板の側に凹むか除去されて凹領域を形成し、凹領域の位置において、基板の第１の表面は、基板よりも吐出液体に対するエッチングレートが低い材料からなる保護層により被覆されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、第１の表面を有し、第１の表面に開口して第１の表面の側に吐出液体を供給する供給路が形成された基板と、第１の表面に設けられた絶縁層と、絶縁層の表面に設けられて吐出液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子に電気的に接続するともに絶縁層によって吐出液体から電気的に絶縁された電気配線層と、エネルギー発生素子に対向する位置に吐出口を形成するとともに供給路の開口からエネルギー発生素子の形成位置に至る吐出液体の流路を形成する吐出口部材と、基板よりも吐出液体に対するエッチングレートが低い材料からなる保護層とを備え、供給路の開口の周辺において絶縁層はエネルギー発生素子が設けられている表面よりも基板の側に凹むか除去されて凹領域を形成している液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（ａ）第１の表面の全面に設けられた絶縁層と、基板と絶縁層との界面に配置された保護層と、エネルギー発生素子と、電気配線層とを有する基板を用意する工程と、
（ｂ）用意された基板において絶縁層をエッチングして絶縁層に凹領域を形成する工程と、
（ｃ）凹領域を介して供給路を形成する工程と、
（ｄ）工程（ｃ）ののち、基板の第１の表面の側に吐出口部材を取り付ける工程と、
を有し、工程（ａ）において、保護層を少なくとも凹領域に対応する位置に設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体吐出ヘッドの供給路からエネルギー発生素子上に供給する液体の流抵抗を低減しつつ、かつ、吐出液体に対する長期信頼性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１の液体吐出ヘッドを説明する断面図である。
【図２】実施形態１の液体吐出ヘッドを説明する断面図である。
【図３】実施形態１の液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】実施形態１の液体吐出ヘッドの別の例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態２の液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施例における液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。以下に述べる実施形態では本発明を十分に説明するために具体的記述を行う場合もあるが、これらは技術的に好ましい一例を示すものであって、特に本発明の範囲を限定するものではない。
【００１２】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明を完成するにあたって本発明者らが得た知見について説明する。シリコン半導体基板を基板として用い、基板の第１の表面上に、酸化ケイ素（ＳｉＯ）などからなる絶縁層が設けられ、絶縁層の表面にエネルギー発生素子が設けられた液体吐出ヘッドを作成した。絶縁層の内部に、エネルギー発生素子と電気的に接続する電気配線層を形成するようにした。また、基板と絶縁層とを貫通するように供給路である貫通口を形成した。ここで貫通口の形成位置の近傍で絶縁層を除去し、絶縁層が除去された部分において基板の第１の表面が露出している液体吐出ヘッドと、絶縁層の除去を行わない液体吐出ヘッドとの２種類の液体吐出ヘッドを作成した。絶縁層の除去を行わない液体吐出ヘッドでは、貫通口は基板から絶縁層にかけて同じ内径で連続している。そして作成後、吐出液体であるインクにこれらの液体吐出ヘッドを長時間浸漬した。インクはアルカリ性であり、長時間浸漬の結果、基板や絶縁層が時間とともに徐々にエッチングされることが観察された。
【００１３】
上述の長時間浸漬を行った後、電気信号によって液体吐出ヘッドを実際に駆動し、どの程度の期間にわたって電気信頼性が確保されるかを調べた。その結果、絶縁層の除去を行っていないものと比べて貫通口の形成位置の近傍の絶縁層の除去を液体吐出ヘッドでは、特に電気信頼性を確保できる期間が短くなる場合があった。このように電気信頼性が低下するのは、貫通口の近傍の絶縁層を除去して供給路を実質的に拡大したことにより、供給路と絶縁層内の電気配線層の端部との距離が短くなり、吐出液体による溶出が短時間で電気配線層の端部にまで到達するためと考えられる。アルカリ性である吐出液体が電気配線層にまで達すると、電気配線層の溶解や変質が生じることがある。
【００１４】
［実施形態１］
次に、本発明の実施形態１の液体吐出ヘッドを説明する。液体吐出ヘッドは、液体を吐出することによって記録媒体に記録を行うインクジェットプリンタ等の記録装置に設けられる部材である。記録装置には、液体吐出ヘッドの他に、液体吐出ヘッドに供給する液体を収納する液体収納部や、記録媒体の搬送機構などが設けられる。液体吐出ヘッドは、一般に、半導体装置製造技術を用いて製造されるものである。
【００１５】
図１は、実施形態１の液体吐出ヘッドを示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は図１（ａ）の破線で囲まれた部分の拡大断面図である。液体吐出ヘッドは、例えばシリコン（Ｓｉ）で形成された基板１を有している。基板１には、基板１の第２の表面１ｂ側から第１の表面１ａ側に液体を供給するために、基板１の第１の表面１ａと第２の表面１ｂとの間を貫通する供給路が形成されている。図１に示す例では、この供給路は、第２の表面１ｂにおいて開口する第１の部分２と第１の表面１ａにおいて開口する第２の部分３とからなり、第１の部分２と第２の部分３とは連通している。基板１ａの第１の表面１ａには絶縁層５が設けられ、絶縁層５の図示上側の表面、すなわち基板１ａとは反対側となる表面には、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子４が形成されている。図１（ｂ）に示すように、絶縁層５の内部には、エネルギー発生素子４と電気的に接続される電気配線層１１が１または複数の層となって形成されている。絶縁層５は、電気配線層１１を液体吐出ヘッド内の液体から電気的に絶縁する機能も有する。エネルギー発生素子４は、例えば通電により発熱する発熱抵抗体であり、ＴａＳｉＮの薄膜によって形成されている。電気配線層１１としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなるものが用いられる。絶縁層５を構成する材料としては、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ、ＳｉＯ2）などが挙げられる。絶縁層５は、供給路の第２の部分３の径よりも大きな開口１０を有する。供給路の第２の部分３が基板１を貫通していることによる開口が、絶縁層５の開口１０の内部に位置している。
【００１６】
基板１及び絶縁層５の露出する表面には、耐液体保護膜６を形成してもよい。図１に示した例では、基板１の第２の表面１ｂの全面と、供給路の内壁の全面と、絶縁層５に形成される開口１０の側面及び底面とに、耐液体保護膜６が形成されている。耐液体保護膜６は、吐出液体に対するエッチングレートが基板１及び絶縁層５よりも小さい材料からなっており、これによって基板１及び絶縁層５の腐食を防止する機能を有する。例えば耐液体保護膜６は、液体吐出ヘッドにおいて、吐出液体によるシリコンなどの溶解を防止する。そのため、液体吐出ヘッドにおいて露出するシリコンの表面のうち、液体吐出ヘッドの使用時の性能や信頼性に対してシリコンの溶解や腐食などが影響を及ぼす箇所に、耐液体保護膜６を設ければよい。前述のように供給路が形成された基板１においては、露出した全てのシリコン面に耐液体保護膜６を形成することが好ましい。耐液体保護膜６を形成するために、露出したシリコン面の構造に応じて、化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法などの成膜手法を採用することができる。なかでも、シリコン表面に対する良好な付着性を確保できる原子層堆積法を用いることが好ましい。耐液体保護膜６を構成するための材料としては、例えば、酸素、窒素および炭素からなる群から選ばれる一以上の元素を含むシリコン系材料が挙げられる。そのような材料としては、シリコンの単純な酸化物（ＳｉＯ）、窒化物（ＳｉＮ）及び炭化物（ＳｉＣ）のほか、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮなどが挙げられる。アルカリ溶液への耐食性を高めたい場合は、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔａ（タンタル）などからなる群から選ばれる１以上の金属元素の酸化物、窒化物または炭化物によって耐液体保護膜６を形成することもできる。耐液体保護膜６は、シリコンとここで挙げた金属元素とを含む酸化物、窒化物または炭化物であってもよい。耐液体保護膜６を形成するための金属酸化物としては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ）が好ましい。
【００１７】
基板１の第１の表面１ａの上には、液体を吐出する吐出口７が形成された吐出口部材８が設けられている。吐出口７は、エネルギー発生素子４と対向する位置に形成されている。図１に示す例では、吐出口部材８は、吐出口７が実際に設けられる吐出口形成部８ａと、エネルギー発生素子４に対して吐出口７が所定間隔をもって配置するようにスペーサーとして機能する流路形成部８ｂとの２つの部材を積層して形成されている。吐出口部材８は、例えば樹脂（エポキシ樹脂など）やシリコン、金属などで形成される。吐出口部材８と基板１の第１の表面１ａ側とによって囲まれた領域が液体の流路９となっており、特に流路９の側壁は流路形成部８ｂによって画定されることになる。流路９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もよばれる。吐出口７は、エネルギー発生素子４に正対するように配置しており、圧力室内においてエネルギー発生素子４からエネルギーを与えられた液体は、吐出口７から吐出される。
【００１８】
上述したように供給路は、第１の部分２と第２の部分３とによって構成されている。第２の部分３は、例えばエネルギー発生素子４あたり１つ設けられるのに対し、第１の部分２は、複数の第２の部分３に対して共通に１つ設けられている。複数の第２の部分３の各々は相互に独立に設けられている。このため、第１の部分２を共通供給路、第２の部分３を独立供給路とよぶこともできる。なおここでは供給路が異なる形態の部分すなわち第１の部分２と第２の部分３とによって構成されているものとしているが、供給路は全体として一様な形態のものであってもよい。例えば基板１を貫通する垂直な供給路が１本形成されている形態であってもよい。
【００１９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲まれた部分、すなわち絶縁層５に形成された開口１０において供給路の第２の部分３との接続部付近からエネルギー発生素子４の形成位置にかける領域を拡大して示している。基板１の第１の表面１ａにはフィールド酸化膜などの酸化膜１２が形成されており、その上に絶縁層５が設けられている。絶縁層５は、絶縁膜を複数層積層して形成された層であり、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。絶縁層５の複数の絶縁膜の間には、１または複数の電気配線層１１が設けられている。異なる層の電気配線層１１は絶縁膜によって絶縁されるとともに、これらの電気配線層１１の相互は、絶縁膜を貫通するように設けられた導電プラグ（不図示）によって電気的に接続している。導電プラグとしては例えばタングステン（Ｗ）プラグが用いられる。少なくとも１つの電気配線層１１はエネルギー発生素子４と電気的に接続されており、エネルギー発生素子４は電気配線層１１を介して電力が供給される。
【００２０】
供給路の第２の部分３は基板１と絶縁層５とを貫通し、絶縁層５を貫通する部分は絶縁層５に形成される開口１０の一部となる。図１に示す断面で考えて、エネルギー発生素子４の形成位置から第２の部分３に向かう絶縁層５は、第２の部分３が基板１を貫通する位置までは延びてはおらず、その手前の位置を端部５ａとしてこの端部５ａの位置にまでしか延びていない。供給路の第２の部分３が基板１を貫通する位置まで絶縁層５が延びないように絶縁層５が後退していることにより、第２の部分３の径よりも大きな上述した開口１０が絶縁層５に形成されたことになる。図１（ｂ）に示すように第２の部分３が基板１と貫通する位置と端部５ａとの間を領域１３とすれば、領域１３において絶縁層５は基板１に到達するまで掘り込まれていることになる。すなわち領域１３は、供給路の第２の部分３が基板１に形成する開口の周辺において、絶縁層５においてエネルギー発生素子４が設けられている表面よりも絶縁層５が基板１の側に凹むか除去されて形成された凹領域に該当することになる。
【００２１】
絶縁層５の内部において絶縁膜を介して複数の電気配線層１１を積層することが好ましい。このようにすることで、絶縁層５の厚さが大きくなり、その結果、上述のように絶縁層５の端部５ａを供給路の第２の部分３の形成位置から後退させたときに流体の流抵抗を下げて流路９における吐出液体の補充（リフィル）効率をより高めることができる。具体的には、絶縁層５の厚みは４μｍ以上であることが好ましく、６μｍ以上であることが好ましい。絶縁層５の厚みには、絶縁層５内に含まれる電気配線層１１の厚さによる寄与も含まれる。絶縁層５の厚み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。
【００２２】
ところで、前述したように、絶縁層５を掘り込んでその領域において基板１を露出させた場合、基板１を構成するシリコンが吐出液体によって侵され、その結果、液体吐出ヘッドの電気信頼性を確保できる期間が短くなるという課題が生じる。そこで本実施形態では、吐出液体に対するエッチングレートが基板を構成するよりも低い材料からなる保護層１８を、少なくとも領域１３において、基板１の第１の表面１ａ上に基板１と密着させて形成する。このとき保護層１８は、開口１０における少なくとも絶縁層５の端部５ａに近接して形成することが望ましい。吐出液体に対する保護層１８のエッチングレートは、絶縁層５のエッチングレートと同等以下であることが望ましい。図１に示した例では、耐液体保護膜６は、領域１３において保護層１８も覆うように設けられている。
【００２３】
このように保護層１８を設けることによって、図２（ａ）に示すように、絶縁層５を掘り込まれている領域１３から保護層１８の溶出が始まったとしても、電気配線層１１に吐出液体が到達するまでの期間を延ばすことができる。すなわち、液体吐出ヘッドの電気信頼性を向上することが可能となる。図において符号１４は、溶出により耐液体保護膜６が失われた領域すなわち溶出部を示し、符号１９は保護層１８における溶出部を示している。このような保護層１８を構成する材料として、例えば基板１の材料にシリコンを選択した場合であれば、同じくシリコン系の材料であるＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどが挙げられる。これら材料は一般に電気的絶縁性も高いという特徴を有するため、保護層１８に層間絶縁の役割を兼ねさせることができる。したがって、保護層１８には絶縁層５と同一の材料を用いてもよい。また、保護層１８と耐液体保護膜６との界面にはこれらとは異なる材料が積層されていてもよい。
【００２４】
保護層１８が吐出液体によってわずかでも溶出する材料である場合、図２（ｂ）に示すように、吐出液体に長期間浸漬すれば、いずれは保護層１８も貫通して基板１に吐出液体が到達するため、それに伴い基板１や絶縁層５の溶出も始まる。符号１５は基板１の溶出部を示し、符号１６は絶縁層５の溶出部を示している。そのため、電気信頼性をさらに向上させたい場合、図２（ｃ）に示すように、領域１３だけではなく基板１と絶縁層５との界面にも保護層１８を形成することが望ましい。ただし、一般的に、異種材料からなる薄膜を基板１の上に積層形成した場合、それぞれの材料の応力が異なるために基板１の反りが顕著になり、半導体製造装置などにおける基板１の搬送が困難になる場合がある。したがって、そのような応力を緩和したい場合、基板１と絶縁層５との界面において保護層１８を不連続に設けることが好ましい。
【００２５】
次に、図３を用いて、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。はじめに、図３（ａ）に示すように、シリコンからなる基板１の第１の表面に、保護層１８とをパターニングして設ける。その後、保護層１８も含めて基板１の第１の表面の全面に、シリコン系材料からなる絶縁層５を積層する。もちろん、絶縁層５の形成時には絶縁層５の内部に電気配線層１１も形成する。その後、絶縁層５の表面にエネルギー発生素子４をパターニングして設ける。このとき、保護層１８は酸化膜、例えばシリコン酸化膜で形成されることが望ましい。なぜなら、そのような酸化膜は、アルカリ性を有する吐出液体によるエッチングレートがシリコンのそれよりも数分の１から十分の１と小さいためである。加えて、層間絶縁膜としての役割を既に担っている膜を利用して同時にパターニングして形成することが可能となるので、新たに異種材料の層を形成する必要がなく、コスト面でもメリットがある。このとき、保護層１８の形成領域の大きさ２２は、絶縁層５が掘り込まれることとなる領域１３よりも大きくすることが望ましい。領域１３の範囲を超えて基板１と絶縁層５の界面に保護層１８が存在すれば、吐出液体により保護層１８から基板１に連通する穴が生じて基板１の溶出が始まった場合においても、吐出液体が電気配線層１１に到達するまでの期間を延ばせるからである。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、保護層１８の上に、絶縁層５をエッチングする際にエッチングを停止されるエッチングストップ層２０を形成してもよい。例えば保護層１８に酸化膜を選択してシリコン系材料からなる絶縁層５をエッチングした場合、両者のエッチングレートはほぼ同程度であるので、シリコンからなる基板１を露出させることなく、かつ、深さ方向に対して高精度に加工することが困難となる。深さ方向に対する加工精度のばらつきが大きくなると、完成した液体吐出ヘッドにおける流路９への吐出液体のリフィル性能にもばらつきが生じ、液体吐出ヘッドにおける記録品質の低下を招く場合がある。そこでエッチングストップ層２０を保護層１８の上に形成しておくことで、加工精度を向上させることが可能となる。エッチングストップ層２０は保護層１８と密着して形成しなくてもよい。エッチングストップ層２０を構成する材料は、絶縁層５をエッチングする際に絶縁層５よりも十分に小さなエッチングレートを有する材料であることが望ましく、例えばポリシリコンや多結晶炭化シリコンを好ましく用いることができる。液体吐出ヘッドにおいてはその加熱や温度調節のために基板１の第１の表面に形成された酸化膜１２の上にポリシリコンからなるサブヒータ２１を設けることがあるが、エッチングストップ層２０は、サブヒータ２１と同時形成することができる。エッチングストップ層２０の形成領域の大きさ２３は、絶縁層５が掘り込まれる領域１３よりも大きいことが望ましい。もしエッチングストップ層２０の形成領域の大きさ２３が領域１３より小さいと、エッチングによって保護層１８がダメージを受けることになる。例えば、保護層１８の材料に酸化膜を選択した場合、エッチングストップ層２０で被覆されていない領域は絶縁層５と同時にエッチング除去される。エッチングストップ層２０やサブヒータ２１を設ける場合には、エッチングストップ層２０やサブヒータ２１をパターニングにより形成してから、全面に絶縁層５を設けることになる。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層５をエッチングして絶縁層５の開口１０を形成する。開口１０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（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）を用いることが好ましい。絶縁層５が多層の絶縁膜で構成されている場合には、リアクティブイオンエッチングを用いることが特に好ましい。リアクティブイオンエッチングを用いる場合には、例えばまず絶縁層５上にポジ型レジストを塗布し、これを露光、加熱及び現像することによってパターニングし、マスクを形成する。この加熱は９０℃以上１２０℃以下で行うことが好ましい。この条件によって、マスクの開口のテーパーを９０度以上とすることができる。このようなマスクを用いてリアクティブイオンエッチングを行うと、開口１０が深さ方向に向かって狭くなるテーパ状となるように絶縁層５の端部５ａの角度を９０度未満とし、端部５ａを基板１の第１の表面に対して傾斜した傾斜面とすることができる。絶縁層５の端部をこのような傾斜面とすることで、エネルギー発生素子４に向かう液体の流れを良好なものとすることができる。絶縁層５の端部５ａである傾斜面と基板１の表面とがなす角度θ、すなわち基板１との界面において絶縁層５がある側で測った端部５ａの角度は、４５度以上９０度未満とすることが好ましい。９０度未満とすることで、端部５ａの形状は基板１の表面に対して傾斜した傾斜面となる。一方、端部５ａの角度θが４５度を下回ると、端部５ａが寝すぎることとなって絶縁層５内の電気配線層１１などに影響が出る可能性がある。また、角度θを４５度以上とすることによって端部５ａとエネルギー発生素子４との距離を短くしたほうが、流路９に対する液体の補充（リフィル）効率の点で好ましい。
【００２８】
上述した形状のマスクを用いて絶縁層５に対してリアクティブイオンエッチングを行う場合、エッチングに使用するガスとして、例えば、Ｃ4Ｆ8とＣＦ4とＡｒと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；Inductively Coupled Plasma）装置を用いたリアクティブイオンエッチングによりエッチングを行うことが好ましい。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；Electron Cyclotron Resonance）装置、ＮＬＤ（磁気中性線放電；magnetic Neutral Loop Discharge）プラズマ装置をリアクティブイオンエッチングに用いることができる。
【００２９】
次に、図３（ｃ）に示すように、基板１に供給路を形成する。図３（ｃ）では供給路の第２の部分３しか示されていないが、第１の部分２は別途形成される。供給路の形成方法としては、例えば、感光性樹脂をマスクとしたドライエッチングや結晶異方性エッチングが挙げられるが、ドライエッチングが好適である。その中でもシリコンの深堀エッチング技術として優れているボッシュプロセスを好ましく用いることができる。ボッシュプロセスとは、炭素を主成分とする堆積膜の形成と、ＳＦ6ガスなどによるエッチングとを交互に繰り返してシリコンを異方的にエッチングしていく手法である。このエッチングでは、開口１０の形成に用いたマスクがエッチングマスクとして機能するとともに、開口１０の底面に存在する保護層１８及びエッチングストップ層２０がエッチングマスクとして機能する。これらのエッチングを行った後、開口１０を形成する用いたマスクは不要となるのでそのマスクを除去する。
【００３０】
図３（ｄ）に示すように、開口１０を形成するために絶縁層５をエッチングしたときの残渣１７がエッチングストップ層２０の表層に堆積する場合がある。この残渣１７は、基板１や保護層１８、絶縁層５を耐液体保護膜６によって被覆するときに、耐液体保護膜６の密着性を低下させる要因となる。そこで、図３（ｅ）に示すように、エッチングストップ層２０を除去することで、エッチングストップ層２０ごと残渣１７をリフトオフすることが好ましい。例えばポリシリコンをエッチングストップ層２０に用いた選択した場合、ウェットエッチングにより除去するのであれば、フッ酸と硝酸の混合溶液や、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液などを用いることができる。また、ドライエッチングを用いるのであれば、塩素（Ｃｌ2）と臭化水素（ＨＢｒ）の混合ガスなどを用いることができる。そして残渣１７を除去した後、耐液体保護膜６によって基板１や保護層１８、絶縁層５を被覆する。これによって、たとえ領域１３に形成した耐液体保護膜６に割れなどが生じ、吐出液体による溶出が始まったとしても、その溶出速度を遅らせつつ、かつ、絶縁層の深さ方向に対する加工精度を向上することができるようになる。結局、実施形態１によれば、供給路からエネルギー発生素子４にまで供給される液体の流抵抗が低減されるとともに、吐出液体に対する長期信頼性が向上した液体吐出ヘッドを得ることができる。
【００３１】
また、本発明に基づく液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子４を挟むように、エネルギー発生素子４の両側に供給路を設ける構成であってもよい。このような液体吐出ヘッドの例を図４に示す。この液体吐出ヘッドでは、基板１の第１の表面側において、エネルギー発生素子４の形成位置の両側に供給路の第２の部分３が開口している。そして、絶縁層５の端部の位置は、エネルギー発生素子４の図示両側の領域のそれぞれにおいて、供給路の第２の部分３が基板１を貫通することによる開口の縁からエネルギー発生素子４の形成位置側に寄った位置となっている。
【００３２】
［実施形態２］
本発明に基づく液体吐出ヘッドでは、基板１上に積層された絶縁層５を保護層とすることもできる。この場合、開口１０の形成のために絶縁層５をエッチングする際に、供給路の第２の部分３が基板１を貫通する位置では基板１に到達するが、領域１３では基板１に到達しない途中でエッチングが終わるように、エッチングを行う必要がある。そのようなエッチングを行うために必要となるエッチングストップ層として、絶縁層５内に設けられる電気配線層１１と同時に形成される金属膜を用いることが可能である。図５は、実施形態２として、絶縁層５内に設けられる電気配線層１１と同時に形成される金属膜をエッチングストップ層２０として用いる液体吐出ヘッドの製造方法を示している。
【００３３】
まず、図５（ａ）に示すように、絶縁層５や電気配線層１１、エネルギー発生素子４が形成された基板１を用意する。基板１、絶縁層５、電気配線層１１及びエネルギー発生素子４において使用される材料などは実施形態１と同様であるが、少なくとも基板１と密着した絶縁層５の材料の吐出液体に対する溶出速度は、基板１よりも高いことが重要である。例えば基板１にシリコンを使用し、吐出液体がアルカリ系のインクである場合には、絶縁層５として、実施形態１において説明したようなシリコン系材料を選択できる。また、絶縁層５をエッチングする際のエッチングストップ層２０には金属膜を使用することができ、特に、電気配線層１１と同時に形成した材料を用いることができる。この材料としては、アルミニウムなどを選択することが好ましい。
【００３４】
次に、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、絶縁層５及び基板１をエッチングすることで供給路を形成する。図では、供給路としてその第２の部分３が描かれている。エッチングに用いる手法は実施形態１と同様であるが、エッチングに用いるマスクとして、絶縁層５に形成されるべき開口１０に対応したものを使用する。その結果、エッチングストップ層２０が形成されている領域すなわち領域１３ではエッチングストップ層２０の位置でエッチングが終了し、その他の領域では絶縁層５が基板１の第１の表面までエッチング除去され、さらに、基板１もエッチングされる。その後、図５（ｄ）に示すように、エッチングストップ層２０を除去してもよい。エッチングストップ層２０にアルミニウムを用いた場合、アルカリ性または酸性の薬液によって除去することができる。例えば、実施形態１と同様に、水酸化テトラメチルアンモニウムなどを用いることができる。この実施形態２においても、実施形態１と同様の手順によって液体吐出ヘッドを製造できる。
【００３５】
実施形態２で説明した方法によっても、吐出液体に対して耐性のある材料を領域１３に配置することができるため、電気配線層１１に吐出液体が到達するまでの期間を延ばすことが可能となる。上述した実施形態１では、基板１よりも吐出液体による溶出速度が遅い材料として、基板１上に形成された異種材料を保護層１８として用い、さらに、エッチングストップ層２０には、その保護層１８の上に積層形成されたまた別の異種材料を用いていた。このような異種材料を用意できない場合であっても、基板１上に積層形成された材料が吐出液体に対して耐性があるならば、実施形態２を適用することにより、流抵抗が小さく、吐出液体に対する長期信頼性が向上した液体吐出ヘッドを得ることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態１及び実施形態２を説明したが、実施形態１及び実施形態２に示す構成は、各々単独で実施することに限定されるものではなく、これらの実施形態を適宜組み合わせて用いることも可能である。
【実施例】
【００３７】
以下、実施形態１において図３を用いて説明した液体吐出ヘッドを実際に製造した実施例によって、本発明をより具体的に説明する。ただし、液体吐出ヘッドには、図４に示すように、エネルギー発生素子４の両側にそれぞれ供給路の第２の部分３が設けられるものとする。図６は、この実施例での液体吐出ヘッドの製造工程を示している。まず、図６（ａ）に示すように、シリコンの単結晶基板である基板１を用意した。この基板１は、その第１の表面の上に、酸化ケイ素からなる絶縁層５が全面に堆積され、さらに絶縁層５の表面にはＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子４が設けられたものである。図６には示していないが、上述の各実施形態と同様に、絶縁層５は複数の絶縁膜を積層した構成として、絶縁層５の内部にはアルミニウムからなる４層の電気配線層１１を設けた。電気配線層１１相互間の電気的接続にはタングステンからなる導電プラグ（不図示）を用いた。絶縁層５の全体の厚みを１０μｍとした。また、基板１の第１の表面において絶縁層５との界面となる位置には酸化膜からなる保護層１８が断続的に設けられ、保護層１８の上にはエッチングストップ層２０及びサブヒータ２１も設けられている。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、基板１において第１の表面の反対側である第２の表面にエッチングマスク２４を設け、リアクティブイオンエッチングによって供給路の第１の部分２を形成した。エッチングマスク２４は酸化ケイ素で形成した。第１の部分２の深さは５００μｍとし、エッチング工程ではＳＦ6、コーティング工程ではＣ4Ｆ8の各ガスを使用した。両方の工程において、ガス圧力１０Ｐａ、ガス流量を５００ｓｃｃｍとした。ｓｃｃｍは、標準状態に換算した毎分の流量をｃｍ3で表した単位である。エッチング時間を２０秒、コーティング時間を５秒とし、エッチング時間のうちの１０秒間においてプラテンパワー１５０Ｗを印加した。なおこれは、リアクティブイオンエッチングのうち手法のうち、ボッシュプロセスとよばれるエッチング手法である。
【００３９】
次に、エッチングマスク２４を除去し、図６（ｃ）に示すように、基板１の第１の表面側に、開口１０を設けるためのエッチングマスク２５を設けた。エッチングマスク２５は、まずノボラック系のポジ型レジストを厚さ２０μｍで塗布し、１５０℃でプリベークし、次に、露光時のフォーカスをレジストトップから５μｍ上にして若干デフォーカスにして露光及び現像することで形成した。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をエッチングし、絶縁層５に開口１０を形成した。リアクティブイオンエッチングは、Ｃ4Ｆ8とＣＦ4とＡｒとの混合ガスを用いて、この混合ガスの流量を１０ｓｃｃｍ、プラテンパワーを１００Ｗとして実施した。絶縁層５のエッチングが進むとエッチング領域（エッチングガス）が、基板１の第１の表面側のエッチングストップ層２０に到達する。ここでのエッチングにおける絶縁層５と、基板１及びエッチングストップ層２０との選択比は１００以上あるため、エッチング領域が基板１に到達したらエッチング速度が極端に低下することとなるので、この時点でエッチングを終了させた。この段階で、絶縁層５には開口１０が形成されたことになる。
【００４０】
次に、図６（ｄ）に示すように、エッチングマスク２５を除去したのち、基板１の第１の表面側に、供給路の第２の部分３を形成するためのエッチングマスク２６を形成した。エッチングマスク２６は、ノボラック系のポジ型レジストを用いて２０μｍの膜厚で形成し、フォトリソグラフィによってパターニングした。続いて基板１に対してリアクティブイオンエッチングを行い、供給路の第２の部分３を形成した。その後、図６（ｅ）に示すように、エッチングマスク２６を除去した。続いて、図６（ｆ）に示すように、開口１０内のエッチングストップ層２０をウェットエッチングにより除去し、保護層１８を露出させた。ウェットエッチングでのエッチング液には、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いた。このとき、レジストワークによってエッチングストップ層２０の表層に堆積していた有機残渣も、エッチングストップ層２０ごと除去することができた。
【００４１】
次に、基板１に対して酸化チタン（厚さ：１００ｎｍ）を原子層堆積法成膜装置によって成膜することで、基板１、絶縁層５及び保護層１８を覆うように、耐液体保護膜６を形成した。原子層堆積法を用いることで、基板１において貫通孔として設けられる供給路の内壁にもほぼ均一な厚みで耐液体保護膜６成膜することができた。その後、図６（ｇ）に示すように、基板１の第１の表面側において、開口１０とその周辺部のみを覆うように、エッチングマスク２７を形成した。この状態で基板１の第１の表面側に対してウェットエッチングを行うことにより、基板１の第１の表面側の不要な部分の耐液体保護膜６を除去した。このウェットエッチングのエッチング液にはバッファードフッ酸を用いた。その後、図６（ｈ）に示すように、エッチングマスク２７を除去した。最後に、図６（ｉ）に示すように、基板１の第１の表面に対してエポキシ樹脂を含むドライフィルムを基板１に貼り付け、パターニング、露光及び現像を行うことで、流路９及び吐出口７を形成するための吐出口部材８を基板１の第１の表面側に形成した。これにより、液体吐出ヘッドが完成したことになる。
【００４２】
吐出口部材８を形成する前の完成した液体吐出ヘッド基板の個片に対し、インク浸漬試験を実施した。その結果、絶縁層５が掘り込まれる領域１３から基板１や絶縁層５の側にインクが浸入しても、その溶出が電気配線層１１に到達するまでの期間が長くなり、電気信頼性が向上していることを確認できた。
【符号の説明】
【００４３】
１    基板
２    第１の部分
３    第２の部分
４    エネルギー発生素子
５    絶縁層
６    耐液体保護膜
７    吐出口
８    吐出口部材
９    流路
１１    電気配線層
１２    酸化膜
１８    保護層
２０    エッチングストップ層
【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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