(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するための吐出口と、該吐出口に吐出用の液体を供給する第１の液流路と、発泡用の液体が供給される第２の液流路と、該第２の液流路に配される気泡発生領域を形成するための発熱素子と、前記第１の液流路と前記気泡発生領域とを完全に分離し前記発熱素子上に発生する気泡によって変位する可動膜を支持する可動膜支持部材と、を備え、前記発熱素子からの熱エネルギーを利用して前記吐出口から液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記可動膜支持部材を形成する工程は、
前記可動膜支持部材となる基板の表面に、それぞれ上層の開口が下層の開口に含まれ、かつ、前記上層の開口の中心位置が前記下層の開口の中心位置よりも前記下流側に位置するように、複数のエッチングマスクを積層する工程と、
該複数のエッチングマスクを介して前記基板の等方性エッチングを行い、エッチングマスクと基板とのエッチング速度の差を利用して、前記可動膜の可動領域に対応した凹部を等方性エッチングにより形成する工程と、
前記凹部が形成された基板の表面全体に前記可動膜となる材料を設ける工程と、
前記可動膜が設けられた基板の裏面側から前記基板の前記可動領域を含む部位を除去し、前記可動膜の前記可動領域部分に弛み形状を形成する工程と、を有し、
前記第１の液流路内での液体の流れ方向について上流側よりも下流側が大きく窪むように前記等方性エッチングを複数のエッチングマスクを用いて行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
液滴を吐出するための吐出口と、該吐出口に吐出用の液体を供給する第１の液流路と、発泡用の液体が供給される第２の液流路と、該第２の液流路に配される気泡発生領域を形成するための発熱素子と、前記第１の液流路と前記気泡発生領域とを完全に分離し前記発熱素子上に発生する気泡によって変位する可動膜を支持する可動膜支持部材と、を備え、前記発熱素子からの熱エネルギーを利用して前記吐出口から液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記可動膜支持部材を形成する工程は、
前記可動膜支持部材となる基板の表面に、それぞれ上層の開口が下層の開口に含まれ、かつ、前記上層の開口の中心位置が前記下層の開口の中心位置よりも前記下流側に位置するように、複数のエッチングマスクを積層する工程と、
該複数のエッチングマスクのうちの最上層のエッチングマスクを用いて前記基板の等方性エッチングを行った後、該最上層のエッチングマスクを除去する工程を、前記複数のエッチングマスクの数だけ繰り返して、前記可動膜の可動領域に対応した凹部を等方性エッチングにより形成する工程と、
前記凹部が形成された基板の表面全体に前記可動膜となる材料を設ける工程と、
前記可動膜が設けられた基板の裏面側から前記基板の前記可動領域を含む部位を除去し、前記可動膜の前記可動領域部分に弛み形状を形成する工程と、を有し、
前記第１の液流路内での液体の流れ方向について上流側よりも下流側が大きく窪むように前記等方性エッチングを複数のエッチングマスクを用いて行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記吐出口と、前記第１の液流路とを有する天板を形成する工程と、
前記発熱素子が設けられた液体吐出ヘッド用基体を形成する工程と、
前記天板、前記可動膜支持部材、および前記液体吐出ヘッド用基体をこの順に接合することによって、前記可動膜支持部材と前記液体吐出ヘッド用基体との間に、前記第２の液流路を形成する工程と、をさらに有する請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記可動膜を樹脂で形成するとともに、前記可動膜の前記可動膜支持部材の前記天板もしくは前記液体吐出ヘッド用基体との接合部分の一部を除去する請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギー等による気泡の発生によって、所望の液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関し、特に、気泡の発生を利用して変位する可動分離膜を用いる液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
なお、本発明における「記録」とは、文字や図形等のように意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等のように意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【０００３】
【従来の技術】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、こ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な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から知られている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４号公報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発熱体（電気熱変換体）とが一般的に設けられている。
【０００４】
上記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ともに、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等の多くの優れた点を有している。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、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置等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。
【０００５】
他方、従来のバブルジェット記録方法においては、発熱体がインクに接した状態で加熱を繰り返すため、発熱体の表面にインクの焦げによる堆積物が発生する場合があった。また、吐出すべき液体が熱によって劣化しやすい液体の場合や十分に発泡が得られにくい液体の場合においては、前述の発熱体による直接加熱気泡形成では、良好な吐出が行われない場合もある。
【０００６】
これに対して、本願出願人は、特開昭５５−８１１７２号公報に、発泡液と吐出液とを分離する可撓性膜を介して、発泡液を熱エネルギーによって発泡させて吐出液を吐出する方法を提案している。この方法における可撓性膜と発泡液との構成は可撓性膜がノズルの一部に設けられているものであるが、それに対して、ヘッド全体を上下に分離する大きな膜を用いる構成が特開昭５９−２６２７０号公報に開示されている。この大きな膜は、液路を形成する２つの板材によって挟持されることによって２つの液路内の液体が互いに混合されないことを目的として設けられたものである。
【０００７】
他方、発泡液自体に特徴を持たせ、発泡特性を考慮したものとして、吐出液よりも低沸点の液体を用いる特開平５−２２９１２２号公報に開示されているものや、導電性を有する液体を発泡液として用いる特開平４−３２９１４８号公報に開示されているものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の分離膜を用いた液体吐出方式は、発泡液と吐出液とを分離するだけの構成、あるいは、発泡液自体の改良を行うだけのものであり、実用的な水準ではない。
【０００９】
本発明者達は、分離膜を用いた液滴吐出について吐出液滴を中心に検討したところ、熱エネルギーによる気泡形成がもたらす液体吐出は、分離膜の変化を介在しているために効率が下がってしまい、結果的に実用化されていないという結論に至った。
【００１０】
そこで、本発明者達は、分離膜の分離機能による効果を生かしながら、液体吐出をより高い水準にできる液体吐出方法及び装置を研究することに至った。
【００１１】
本発明は、この研究の中で生まれたもので、液滴吐出のために吐出効率を向上させることができ、吐出液滴の体積、あるいは、吐出速度を安定及び高める画期的な液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供するものである。
【００１２】
本発明の第１の目的は、可動性膜により吐出液と発泡液とを実質的に分離、より好ましくは完全に分離する構成において、容易な方法で精度よく液体吐出ヘッドを製造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。
【００１３】
本発明の第２の目的は、上述した構成において、発泡の圧力によって生じた力で可動性膜を変形させて吐出液に圧力を伝達する際に、圧力が上流側に逃げるのを防止するだけでなく、圧力を吐出口方向に導き、吐出効率を損なうことなく、高い吐出力を得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。
【００１４】
また、本発明の第３の目的は、上述した構成によって、発熱体上に堆積する堆積物の量を低減するとともに、吐出液に対して熱的影響を与えず効率良く液体を吐出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。
【００１５】
また、本発明の第４の目的は、吐出液の粘度や材質組成にかかわらず、選択自由度が広い液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するための吐出口と、該吐出口に吐出用の液体を供給する第１の液流路と、発泡用の液体が供給される第２の液流路と、該第２の液流路に配される気泡発生領域を形成するための発熱素子と、前記第１の液流路と前記気泡発生領域とを完全に分離し前記発熱素子上に発生する気泡によって変位する可動膜を支持する可動膜支持部材と、を備え、前記発熱素子からの熱エネルギーを利用して前記吐出口から液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、前記可動膜支持部材を形成する工程は、前記可動膜支持部材となる基板の表面に、それぞれ上層の開口が下層の開口に含まれ、かつ、前記上層の開口の中心位置が前記下層の開口の中心位置よりも前記下流側に位置するように、複数のエッチングマスクを積層する工程と、該複数のエッチングマスクを介して前記基板の等方性エッチングを行い、エッチングマスクと基板とのエッチング速度の差を利用して、前記可動膜の可動領域に対応した凹部を等方性エッチングにより形成する工程と、前記凹部が形成された基板の表面全体に前記可動膜となる材料を設ける工程と、前記可動膜が設けられた基板の裏面側から前記基板の前記可動領域を含む部位を除去し、前記可動膜の前記可動領域部分に弛み形状を形成する工程と、を有し、前記第１の液流路内での液体の流れ方向について上流側よりも下流側が大きく窪むように前記等方性エッチングを複数のエッチングマスクを用いて行うことを特徴とする。
また、本発明の他の液体吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するための吐出口と、該吐出口に吐出用の液体を供給する第１の液流路と、発泡用の液体が供給される第２の液流路と、該第２の液流路に配される気泡発生領域を形成するための発熱素子と、前記第１の液流路と前記気泡発生領域とを完全に分離し前記発熱素子上に発生する気泡によって変位する可動膜を支持する可動膜支持部材と、を備え、前記発熱素子からの熱エネルギーを利用して前記吐出口から液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、前記可動膜支持部材を形成する工程は、前記可動膜支持部材となる基板の表面に、それぞれ上層の開口が下層の開口に含まれ、かつ、前記上層の開口の中心位置が前記下層の開口の中心位置よりも前記下流側に位置するように、複数のエッチングマスクを積層する工程と、前記複数のエッチングマスクのうちの最上層のエッチングマスクを用いて前記基板の等方性エッチングを行った後、該最上層のエッチングマスクを除去する工程を、前記複数のエッチングマスクの数だけ繰り返して、前記可動膜の可動領域に対応した凹部を等方性エッチングにより形成する工程と、前記凹部が形成された基板の表面全体に前記可動膜となる材料を設ける工程と、前記可動膜が設けられた基板の裏面側から前記基板の前記可動領域を含む部位を除去し、前記可動膜の前記可動領域部分に弛み形状を形成する工程と、を有し、前記第１の液流路内での液体の流れ方向について上流側よりも下流側が大きく窪むように前記等方性エッチングを複数のエッチングマスクを用いて行うことを特徴とする。
【００１７】
上記のとおりの本発明によれば、可動膜支持部材を形成する際に、基板の表面の可動膜の可動領域となる部位に凹部を形成し、この凹部が形成された基板の表面全体に可動膜を形成することで、可動膜支持部材に支持されていない領域すなわち可動領域が弛んだ可動膜が容易に形成される。このように、可動領域が液体吐出ヘッド用基体に向かって弛んだ形状に形成されることで、可動膜の変位が容易になり、発泡エネルギーが効率よく伝達される。特に、凹部の形成を第１の液流路内での液体の流れ方向について上流側よりも下流側が大きく窪むように複数のエッチングマスクを用いた等方性エッチングによって行うことで、凹部の断面が略円弧状に形成され、より変位しやすい可動膜を形成することが可能となる。また、可動膜の弛み部分を、精度よく液流路内に配置することができる。
【００１８】
そして、上記のとおり構成された本発明の液体吐出ヘッドでは、吐出口に連通し吐出用の液体が供給される第１の液流路と、発泡用の液体が供給される第２の液流路とが分離膜によって完全に分離されている。第２の液流路には気泡発生領域が含まれ、気泡発生領域での気泡の成長に伴い可動膜が第１の液流路側に変位し、そのときの圧力で吐出口から液体が吐出される。ここで、可動膜は、可動膜支持部材に支持されていない領域すなわち可動領域が、液体吐出ヘッド用基体に向かって弛んだ形状に形成されているので、上記可動膜の変位が容易になり、発泡エネルギーが効率よく伝達される。
【００１９】
なお、本発明の説明で用いる「上流」「下流」とは、液体の供給源から可動領域を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、またはこの構成の方向に関しての表現として用いられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、熱エネルギーによる気泡の発生によって液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造に関するものであり、その吐出ヘッドの構造としては、特に、発泡用の液体と吐出用の液体とを完全に分離する可動分離膜を有し、発泡液の発泡圧力による可動分離膜の変位を利用して吐出液を吐出させるものである。
【００２１】
このような液体吐出ヘッドの製造方法について説明する前に、上述のような可動分離膜の変位について説明する。
【００２２】
「可動分離膜の変位の形態例」
図１０は、本発明による液体吐出ヘッドでの吐出動作時の可動分離膜の変位工程を説明するための流路方向の断面図である。
【００２３】
ここでは、特に、可動分離膜５の可動範囲及び変位の変化に着目して説明を行うため、気泡や第１の液流路や吐出口の図示は省略するが、いずれの図も基本的な構成として、第２の液流路４のうち、発熱素子２の投影領域近辺が気泡発生領域７であり、第２の液流路４と第１の液流路３とは可動分離膜５によって、常時、すなわち初期から変位期間にわたって実質的に分離されている。また、発熱素子２の下流側端部（図中Ｈ線）を境に下流側に吐出口、上流側に第１の液体の供給部が設けられている。なお、以降における「上流側」、「下流側」は、可動分離膜の可動範囲の中央部から見て、流路の液体流れ方向に関しての意味である。
【００２４】
図１０（ａ）に示すものにおいては、可動分離膜５が、初期状態から図中▲１▼、▲２▼、▲３▼の順で変位していき、上流側よりも下流側の方が大きく変位する工程を初期から有しており、特に、吐出効率を高めるとともに下流側の変位が第１の液流路３内の第１の液体を吐出口方向へ押し出すような移動を生じさせる作用があるため、吐出速度の向上を図ることができる。なお、図１０（ａ）では、上記可動範囲は実質一定とした。
【００２５】
図１０（ｂ）に示すものにおいては、可動分離膜５が、図中▲１▼、▲２▼、▲３▼の順で変位していくに従って、可動分離膜５の可動範囲が吐出口側へ移動または拡大している。この形態において、上記可動範囲はその上流側が固定されている。ここで、可動分離膜５の下流側が上流側よりも大きく変位していくとともに、気泡の成長自体をも吐出口方向に成長させることができるため、吐出効率をより一層高めることができる。
【００２６】
図１０（ｃ）に示すものにおいては、可動分離膜５が、初期状態▲１▼から図中▲２▼に示す状態までは上流側と下流側とが均等または上流側の方がやや大きく変位するが、図中▲３▼から▲４▼に示すようにさらに気泡が成長すると、下流側の方が上流側よりも大きく変位する。それにより、可動領域上部の第１の液体をも吐出口方向へ移動させることができ、吐出効率を向上させることができるとともに、吐出量を増大させることができる。
【００２７】
さらに、図１０（ｃ）中▲４▼に示す工程においては、可動分離膜５のある点Ｕが、初期状態においてそれによりも下流に位置していた点Ｄよりも吐出口側に変位するため、この膨張して吐出口側に突き出した部分によってより一層吐出効率が向上する。なお、特に、このときの可動分離膜５の変位形状を人間の鼻の形状に類似していることから鼻形状と称する。
【００２８】
以上説明したような工程を有する液体吐出方法が本発明の製造方法で製造された液体吐出ヘッドにより達成されるが、図１０に示したものはそれぞれ必ずしも独立したものではなく、それぞれの成分を有する工程も本発明に含まれるものとする。また、鼻形状を有する工程も、図１０（ｃ）に示したものだけでなく、図１０（ａ），（ｂ）に示したものにも導入可能である。また、図１０において用いた可動分離膜５においては、伸縮性を有するか否かは問わない。また、図面上の可動分離膜５の厚さは特に寸法上の意味はない。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態である液体吐出ヘッドの流路方向に沿って切断した図を示し、図２は本発明の第１の実施の形態である液体吐出ヘッドの複数の流路方向に垂直な断面図を示している。
【００３１】
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発熱素子２が設けられた液体吐出ヘッド用基体１と、液体を吐出する吐出口１１が設けられた天板６と、液体吐出ヘッド用基体１と天板６との間に配置されて両者に接合された可動膜支持部材８とを有する。可動膜支持部材８には、弾性を有する可動分離膜５が設けられており、この可動分離膜５によって、液流路が第１の液流路３と第２の液流路４とに分離されている。
【００３２】
第２の液流路４は、液体吐出ヘッド用基体１と可動膜支持部材８と可動分離膜５との間で形成される液流路であり、液体吐出ヘッド用基体１に形成された供給経路から発泡液が供給される。第１の液流路３は、可動分離膜５と天板６との間で形成される液流路であり、天板６に形成された供給経路（不図示）から吐出液が供給される。これら発泡液と吐出液とは、可動分離膜５によって完全に区分されている。
【００３３】
吐出口１１に連通する第１の液流路３は、液体吐出ヘッド用基板１に天板６を接合することで形成される。すなわち、天板６は、吐出口１１を有するオリフィスプレートと、複数の第１の液流路３を構成する複数の溝と、全ての第１の液流路３に共通して連通し、各第１の液流路３に液体（吐出液）を供給するための第１の共通液室１４３を構成する凹部とから概略構成されている。
【００３４】
可動分離膜５の材料としては、約３００℃程度の耐熱性があり、耐油、耐溶剤、耐薬品性に優れた弾性を有するものが適している。例えば、塗布や蒸着などによる薄膜成膜性が良いもので、シリコンゴム弾性体の表面皮膜に使用されるポリパラキシリレンなどが挙げられる。前記材料は、気相蒸着重合法により薄膜成膜が可能であり、シリコン材料との密着性に優れ、弾性力もある。また、フッ素樹脂被膜等、本発明の液体吐出ヘッドの分離膜には適している。フッ素樹脂（ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等）の水性塗料をコーティングした後、加熱焼成成膜する。前記フッ素樹脂も、シリコン材料との密着性に優れ、弾性力もある。また、ＣＶＤなどの方法により窒化シリコン、酸化シリコンで形成してもよい。
【００３５】
次に、上記の液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。図３〜図５は、上記の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための工程フローを示している。
【００３６】
まず、図３を参照しつつ、天板６の製造工程を説明する。
【００３７】
はじめに、シリコンウェハー（Ｓｉ基板）１２の両面に熱酸化によりＳｉＯ2膜１３を約１μｍの膜厚で形成した後、第１の共通液室１４３となる部分をフォトリソグラフィー等の周知の方法を用いてパターニングして、その上に、第１の液流路３の流路壁３ａおよび第１の共通液室枠の一部となるＳｉＮ膜１４をマイクロ波ＣＶＤ法を用いて約３０μｍの膜厚で成膜した。ここで、マイクロ波ＣＶＤ法によるＳｉＮ膜１４の成膜に使用するガスは、モノシラン（ＳｉＨ4）、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）を用いた。尚、上記以外にも、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）やアンモニア（ＮＨ3）等の組み合わせ、混合ガスを用いてもよい。本実施形態では、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）のパワーを１．５［ｋＷ］、ＳｉＨ4／Ｎ2／Ａｒ＝１００／１００／４０［ｓｃｃｍ］のガス流量を供給して、５［ｍＴｏｒｒ］の高真空下で、ＳｉＮ膜１４の成膜を行った。また、それ以外の成分比や、ＲＦ電源を使用したＣＶＤ法等でＳｉＮ膜１４の成膜を行ってもよい。そして、オリフィス部分と流路部分をフォトリソグラフィー等の周知の方法を用いてパターニングし、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置を用いてトレンチ構造にエッチングを行った。その後、ＴＭＡＨを使って、シリコンウェハー貫通エッチングをして、図１及び図２に示したような、シリコンからなる、オリフィス一体型の天板６を完成させた。
【００３８】
次に、上記の液体吐出ヘッド用基体１を構成する素子基板について説明する。図７は、液体吐出ヘッド用基体１の発熱素子部分（気泡発生領域）に相当する部分を示す断面図である。この図において、符号１０１はシリコン基板、符号１０２は蓄熱層であるところの熱酸化膜を示す。符号１０３は蓄熱層を兼ねる層間膜であるところのＳｉＯ2膜またはＳｉ2Ｎ4膜、符号１０４は抵抗層、符号１０５はＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金配線、符号１０６は保護膜であるところのＳｉＯ2膜またはＳｉ2Ｎ4膜を示す。符号１０７は抵抗層１０４の発熱に伴う化学的・物理的衝撃から保護膜１０６を守るための耐キャビテーション膜である。また、符号１０８は、電極配線１０５が形成されていない領域の抵抗層１０４の熱作用部である。
【００３９】
これらの駆動素子は、半導体技術によりＳｉ基板に形成され、熱作用部が同一基板に更に形成される。
【００４０】
図８に、主要素子を縦断するように切断した時の模式的断面図を示す。
【００４１】
Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭＯＳプロセスを用いイオンプラテーション等の不純物導入および拡散によりＮ型ウェル領域４０２にＰ−ＭＯＳ４５０、ｐ型ウェル領域４０３にＮ−ＭＯＳ４５１が構成される。Ｐ−ＭＯＳ４５０およびＮ−ＭＯＳ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介して４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５およびＮ型あるいはＰ型の不純物を導入したソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成され、それらＰ−ＭＯＳとＮ−ＭＯＳによりＣ−ＭＯＳロジックが構成される。
【００４２】
また、素子駆動用Ｎ−ＭＯＳトランジスタは、やはり不純物導入および拡散等の工程によりＰ−ウェル基板中にドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成される。
【００４３】
尚、本実施形態では、Ｎ−ＭＯＳトランジスタを使った構成で説明しているが、複数の発熱素子を個別に駆動できる能力を持ち、且つ、上述したような微細構造を達成できる機能をもつトランジスタであれば、これに限らない。
【００４４】
また、各素子間は、５０００Å以上１００００Å以下の厚さのフィールド酸化により、酸化膜分離領域４５３を形成し、素子分離されている。このフィールド酸化膜は熱作用部１０８下においては一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【００４５】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳＧ膜などで堆積され、熱処理により平坦化処理等をされてからコンタクトホールを介し、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行われている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜等の層間絶縁膜４１８を１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを介して、抵抗層１０４として約１０００Åの厚さのＴａＮ0.8hex膜をＤＣスパッタ法により形成した。その後、各発熱体への配線となる第２の配線層Ａｌ電極を形成した。
【００４６】
保護膜１０６としては、プラズマＣＶＤによるＳｉ2Ｎ4膜が、約１００００Åの厚さに成膜される。最上層には、耐キャビーション膜１０７がＴａ等で約２５００Åの厚さに堆積される。
【００４７】
次に、可動分離膜５が設けられた可動膜支持部材８の製造方法について、図４を参照しつつ説明する。なお、図4は、可動膜支持部材８の液体の吐出方向に沿った断面を示しており、図中左側に吐出口が設けられるものである。
【００４８】
まず、シリコンウェハー１７上にエッチングマスクとなるフォトレジスト１３０を塗布し（図４（ａ））、このフォトレジスト１３０の、可動分離膜５の可動部分に相当する部分に、露光および現像により可動分離膜５の可動部分よりも若干小さい開口１３０ａを形成する（図４（ｂ））。このフォトレジスト１３０を介してフロン系のガスを使ったドライエッチング法によりシリコンウェハー１７の等方性エッチングを行うと、図４（ｃ）に示すように、シリコンウェハー１７の、開口１３０ａにより露出した部位に、断面円弧形状の凹部１７ａが形成される。
【００４９】
次いで、シリコンウェハー１７上に残ったフォトレジスト１３０をプラズマアッシングなどの方法により除去した後、シリコンウェハー１７の表面全体に可動分離膜５を形成する（図４（ｄ））。可動分離膜５は、熱酸化による二酸化シリコン膜、プラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜、リンあるいはホウ素のドーピング、あるいは有機系の膜を、蒸着や塗布によって形成してもよい。
【００５０】
このシリコンウェハー１７の可動分離膜５を設けた面の裏面を、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）によって、第２の液流路４の高さに相当する厚さに削る（図４（ｅ））。さらに、シリコンウェハー１７の上記裏面からのエッチングにより、シリコンウェハー１７の第２の液流路４となる部位、すなわち、上記凹部に対応する部位を除去すると、可動分離膜５の可動領域を含む第２の液流路４の部分に弛み形状を有する可動分離膜５が設けられた可動膜支持部材８が作製される。
【００５１】
ここでは、可動膜支持部材８を単独で作製した例を示したが、シリコンウェハー１７に可動分離膜５を形成した後、図４（ｄ）に示した状態でシリコンウェハー１７の可動分離膜５が設けられた面を天板６に接合し、その後、シリコンウェハー１７をＣＭＰによって所定の厚さに削ってもよい。これにより、シリコンウェハー１７を削る際のシリコンウェハー１７の破損が防止される。
【００５２】
次に、天板６と可動膜支持部材８との接合、および可動膜支持部材８と液体吐出ヘッド用基体１との接合方法について説明する。
【００５３】
天板６と可動膜支持部材８との接合については、可動分離膜５を窒化シリコンで形成した場合は、常温接合により接合することができる。常温接合に用いる装置は、それぞれ真空度が１〜１０Ｐａに保たれた予備室および圧接室の２つの真空チャンバーを有する。そして、予備室において天板６と可動膜支持部材８との位置調整を行った後、圧接室に搬送し、サドルフィールド型高速電子ビームによって、接合する部分の窒化シリコン膜表面にエネルギー粒子を照射して表面を活性化させて接合する。この際、接合強度を向上させるために、２００度以下の加熱もしくは加圧を行ってもよい。
【００５４】
また、可動分離膜５を有機系の樹脂で形成した場合は、可動分離膜５のうち天板６と接合される部分の可動分離膜５の少なくとも一部を除去し、シリコンウェハー１７を露出させることで可動膜支持部材８と天板６との密着性を向上させることができる。さらには、シリコンウェハー１７上をシランカップリング剤等によって、表面処理した後、可動分離膜５の材料を基板上に形成することによって可動分離膜５とシリコンウェハー１７との密着性を向上させることができる。
【００５５】
可動膜支持部材８と液体吐出ヘッド用基体１との接合についても、液体吐出ヘッド用基体１の表面が窒化シリコンで形成されている場合には、上記の常温接合装置を用いて、可動膜支持部材８に設けられた第２の液流路４と液体吐出ヘッド用基体１に設けられた発熱素子２とを精密に位置合わせした後、常温接合することができる。
【００５６】
また、天板６、可動膜支持部材８、液体吐出ヘッド用基体１の上記常温接合以外の接合方法としては、液体吐出ヘッド用基体１上の接合部分、又は可動膜支持部材８、又は天板６に薄膜（３０００Å）の水ガラス（珪酸ナトリウム）を塗布、パターニングした後、１００度に加熱して接合する方法や、液体吐出ヘッド用基体１、又は可動膜支持部材８、又は天板６のうちどちらかに転写法等を用いて、接着剤を塗布し、加温・加圧による接合を行ってもよい。
【００５７】
そして、上記説明においては、可動膜支持部材８はあらかじめ天板６に接合されてから液体吐出ヘッド用基体１に接合される構成として説明したが、あらかじめ液体吐出ヘッド用基体１に第２の液流路４となる流路壁を形成しておくことにより、可動膜支持部材８を液体吐出ヘッド用基体１に接合した後、天板６に接合する構成としてもよい。
【００５８】
その後、図６に示すようにオリフィスプレートの部分を、真空中で、マスク２０を用いてイオンビーム１９により加工し、吐出口１１を開口する。その際、イオンビームのパワーによって、逆テーパー構造に加工することができる。また、吐出口１１の加工方法としては、常温・常圧下で、エキシマレーザによるレーザアプリケーション加工を行ってよい。
【００５９】
以上説明した工程を経て製造された本実施形態の液体吐出ヘッドは、可動分離膜５の可動領域、すなわち可動膜支持部材８で支持されていない部位の形状が、液体吐出ヘッド用基体１に向かって弛んだ形状となっているので、発熱素子２の発熱に伴う気泡の成長による可動分離膜５の変位が生じ易くなる。その結果、発泡エネルギーを効率よく伝達することができ、第１の液流路３内の吐出液を吐出口側に効率よく導くことができる。また、可動分離膜５の弛み形状を形成するための型自体を可動膜支持部材８として用いているため、可動分離膜５の弛み部分と液流路との位置合わせを高精度で行うことができ、可動分離膜５の動作信頼性を格段に向上させることができる。また、可動分離膜５が可動膜支持部材８と一体にユニット化されるため、可動分離膜５のハンドリング性が向上し、可動分離膜５の損傷のおそれも格段に低減することができる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
上述の実施形態により、容易な製造方法で様々な液体を吐出させることができる液体吐出ヘッドを提供するという本発明の目的を果たすものであるが、発明者らはさらに製造工程を工夫することにより液体吐出効率を一層高めることに思い至った。
【００６１】
図９は、液体吐出効率を一層向上させる可動分離膜を有する可動膜支持部材の製造工程を示す図である。なお、図９には、液体の吐出方向に沿った断面を示しており、図中左側に吐出口が設けられるものである。以下、図９を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６２】
まず、シリコンウェハー１７上に、窒化シリコン、二酸化シリコン、フォトレジストなどの材料によって、可動分離膜５の可動部分に相当する部位に第１の開口１３１ａを有する第１のエッチングマスク１３１を形成する（図９（ａ））。そして更に、窒化シリコン、二酸化シリコン、フォトレジストなどの材料によって、第１のエッチングマスク１３１上に、液体の吐出方向について第１の開口１３１ａよりも長さが短い第２の開口１３２ａを有する第２のエッチングマスク１３２を形成する（図９（ｂ））。ここで、第２の開口１３２ａの位置は、第２の開口１３２ａが第１の開口１３１ａに含まれ、かつ、第２の開口１３２ａの中心位置が第１の開口１３１ａの中心位置よりも吐出口側（図示左側）となるような位置に形成される。
【００６３】
次いで、第１の実施形態と同様の方法でシリコンウェハー１７の表面に対して第１のエッチングマスク１３１および第２のエッチングマスク１３２を介して等方性エッチングを行い、シリコンウェハー１７の表面に小さな凹部１７ａを形成する（図９（ｃ））。この後、第２のエッチングマスク１３２とシリコンウェハー１７とでエッチング速度比をもったエッチングを続けることにより第２のエッチングマスク１３２がエッチングにより除去されることにより開口面積が広がる（図９（ｄ））。そして、シリコンウェハー１７の表面に対して第１のエッチングマスク１３１を介してさらに等方性エッチングを行う。これにより、シリコンウェハー１７の表面には、図９（ｅ）に示すように、吐出口側がより大きく窪んだ形の凹部１７ｂが形成される。
【００６４】
その後は、第１の実施形態と同様に、第１のエッチングマスク１３１を除去し（図９（ｆ））、シリコンウェハー１７の上記凹部１７ｂを設けた表面全体に可動分離膜５を形成し（図９（ｇ））、シリコンウェハー１７の可動分離膜５を設けた面の裏面をＣＭＰにより削ってシリコンウェハー１７を所定の厚さにし（図９（ｈ））、第２の液流路４となる部位をシリコンウェハー１７の裏面からエッチングし、図９（ｉ）に示すような、可動分離膜５の可動領域が吐出口側にいくにつれてより大きく弛んだ形の可動膜支持部材８が作製される。
【００６５】
このようにして作製された第２の基板８を、第１の実施形態と同様に、天板および液体吐出ヘッド用基体と接合して液体吐出ヘッドを構成すると、上記のような可動分離膜５の形状に起因して、さらに効率よく発泡エネルギーを吐出口側に伝達することができる。
【００６６】
なお、上述の形態では、ほぼ同様のエッチング速度を有する第１および第２のエッチングマスクを用いエッチング工程を連続的に行った形態にて説明したが、第１のエッチングマスク１３１の材料と第２のエッチングマスク１３２の材料とが十分にエッチング速度比を有する場合には、第１および第２のエッチングマスクを介してシリコンウェハー１７の等方性エッチングを行った後、第２のエッチングマスク１３２のみを選択的に除去し、その後、第１のエッチングマスク１３１のみを介してシリコンウェハー１７の等方性エッチングを行うことにより上述のような凹部１７ｂ形状を形成することも可能である。
【００６７】
このように、本発明（実施形態）の製造方法で製造された液体吐出ヘッドの構成によれば、吐出液と発泡液とを別液体とし、吐出液を吐出させることができる。このため、従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出力が不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度の液体であっても、この液体を第１の液流路３に供給し、発泡液に発泡が良好に行われる液体（エタノール：水＝４：６の混合液１〜２ｃｐ程度等）を第２の液流路４に供給することで良好に吐出させることができる。
【００６８】
また、発泡液として、熱を受けても発熱素子２の表面にコゲ等の堆積物を生じさせない液体を選択することにより、発泡を安定化させ、良好な吐出を行うことができる。
【００６９】
さらに、本発明の製造方法によって製造された液体吐出ヘッドの構造においては上述した例において説明したような効果をも生じるため、さらに高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体を吐出することができる。
【００７０】
また、加熱に弱い液体を用いた場合においても、この液体を第１の液流路３に吐出液として供給し、第２の液流路４に熱的に変質しにくく良好に発泡を生じさせる液体を供給すれば、加熱に弱い液体に熱的な害を与えることなく、しかも上述したように高吐出効率、高吐出力で吐出させることができる。
【００７１】
加えて、可動分離膜５を有する構成によって、従来の液体吐出装置よりも高い吐出力や吐出効率でしかも高速に液体を吐出させることができる。発泡液として前述のような性質の液体を用いればよく、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混合物が挙げられる。
【００７２】
吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従来、吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって変質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用することができる。
【００７３】
ただし、吐出液の性質として吐出液自身、または発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動分離膜の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。
【００７４】
記録用の吐出液体としては、高粘度インク等をも利用することができる。
【００７５】
その他の吐出液体としては、熱に弱い医薬品や香水等の液体を利用することもできる。
【００７６】
発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を組み合わせて吐出させて記録を行った。その結果、従来の液体吐出装置では吐出が困難であった十数ｃｐ粘度の液体はもちろん１５０ｃｐという非常に高い粘度の液体で良好に吐出することができ、高画質な記録物を得ることができた。
0003728137.tif 000002
ところで、前述したような従来吐出されにくいとされていた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向性のバラツキが助長され記録紙上のドットの着弾精度が悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じこれらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上述した実施形態における構成においては、気泡の発生を発泡液を用いることで充分に、しかも安定して行うことができる。このことで、液滴の着弾精度向上とインク吐出量の安定化を図ることができ、記録画像品位を著しく向上することができた。
【００７７】
（液体吐出装置）
図１１は、上記実施形態に係る液体吐出ヘッドを装着して適用することのできるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。図１１において、符号６０１は上記実施例に係るインクジェット記録ヘッドとインクタンクとが一体となったインクジェットヘッドカートリッジを示す。このヘッドカートリッジ６０１は、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されており、上記駆動モータ６０２の動力によってキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂ方向に往復移動される。図示しない記録媒体供給装置によってプラテンローラ６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテンローラ６０９に対して押圧する。
【００７８】
上記リードスクリュー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。これらはキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知手段である。同図において、符号６１３は上述のインクジェット記録ヘッド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を示している。また、符号６１５はキャップ部材６１４の内部にヘッド６０１から空吐出等されて溜まったインクを吸引するインク吸引手段を示している。この吸引手段６１５によりキャップ内開口部を介してヘッド６０１の吸引回復が行われる。符号６１７はクリーニングブレードを示し、符号６１８はブレード６１７を前後方向（上記キャリッジ６０７の移動方向に直交する方向）に移動可能にする移動部材を示しており、ブレード６１７および移動部材６１８は本体支持体６１９に支持されている。上記ブレード６１７はこの形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。符号６２０は吸引回復操作にあたって、吸引を開始するためのレバーであり、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等の公知の伝達手段で移動制御される。上記ヘッド６０１に設けられた発熱体２０２に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【００７９】
上述の構成を有するインクジェット記録装置６００は、図示しない被記録材供給装置によりプラテン６０９上を搬送される被記録材Ｐに対し、ヘッド６０１は用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可動膜を支持する可動膜支持部材を形成する際に、基板の表面の可動膜の可動領域となる部位に凹部を形成し、この凹部が形成された基板の表面全体に可動膜を形成することで、可動領域が弛んだ可動膜を容易に形成することができる。その結果、発泡エネルギーを効率良く伝達することができ、第１の液流路内の吐出液を吐出口側に効率良く導くことができる。また、可動膜の弛み形状を形成するための型自体を可動膜支持部材として用いるため、可動膜の弛み形状と液流路との位置合わせを高精度で行うことができ、可動膜の動作信頼性を格段に向上させることができる。また、可動膜が可動膜支持部材と一体にユニット化されるため、可動膜のハンドリング性が向上し、可動膜の損傷のおそれも格段に低減することができる。この際、凹部の形成を第１の液流路内での液体の流れ方向について上流側よりも下流側が大きく窪むように複数のエッチングマスクを用いた等方性エッチングによって行うことで、より変位しやすい可動膜を形成することができる。そして、本発明の製造方法により製造される液体吐出ヘッドは、第１の液流路と第２の液流路とを分離する可動膜の可動領域を、液体吐出ヘッド用基体に向かって弛んだ形状に形成することで、発泡エネルギーを効率良く吐出口側に伝達することができるので、高い吐出力を得ることができる。また、可動膜によって、吐出液と発泡液とを完全に分離することができるので、吐出液の粘度や組成、さらには発熱素子による熱的影響にかかわらず、吐出液を自由に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である液体吐出ヘッドの流路方向に沿って切断した断面図である。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの流路方向に垂直な方向での断面図である。
【図３】図１に示した液体吐出ヘッドの天板の製造工程を説明するための図である。
【図４】図１に示した液体吐出ヘッドの可動膜支持部材の製造工程を説明するための図である。
【図５】図１に示した液体吐出ヘッドの、天板と可動膜支持部材と液体吐出ヘッド用基体との接合を説明するための図である。
【図６】天板への吐出口の形成工程を説明する図である。
【図７】液体吐出ヘッド用基体の発熱素子部分に相当する部分を示す断面図である。
【図８】液体吐出ヘッド用基体の主要素子を縦断するように切断した模式的断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの可動膜支持部材の製造工程を説明するための図である。
【図１０】本発明による液体吐出ヘッドでの吐出動作時の可動分離膜の変位工程を説明するための流路方向の断面図である。
【図１１】本発明の液体吐出ヘッドを装着したインクジェット記録装置の一例の概略斜視図である。
【符号の説明】
１    液体吐出ヘッド用基体
２    発熱素子
３    第１の液流路
４    第２の液流路
５    可動分離膜
６    天板
７    気泡発生領域
８    可動膜支持部材
９    オリフィスプレート
１０    気泡
１１    吐出口
１７    シリコンウェハー
１７ａ，１７ｂ    凹部
１３０    フォトレジスト
１３０ａ    開口
１３１    第１のエッチングマスク
１３１ａ    第１の開口
１３２    第２のエッチングマスク
１３２ａ    第２の開口
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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