(57)【要約】【課題】  中空領域の形状を任意に設計することができる三次元中空構造体を製造する方法を提供する。【解決手段】  シリコン基体中に部分的に多孔質領域を形成する工程、前記多孔質領域を形成した基体上にシリコン層を形成し、前記シリコン層中に部分的に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有する。三次元中空構造体の製造方法は、接合部がなく、それにより耐熱性、耐久性に優れ、位置精度の良いインクジェット記録装置の吐出ヘッドの製造に用いられる。【選択図】      図１
2006205572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基体中に部分的に多孔質領域を形成する工程、前記多孔質領域を形成した基体上にシリコン層を形成し、前記シリコン層中に部分的に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする三次元中空構造体の製造方法。
【請求項２】
前記多孔質領域を形成したシリコン層上に、更にシリコン層を形成し、該シリコン層中に部分的に多孔質領域を形成する工程を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
シリコン基体中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域を形成した基体上にシリコン層を形成し、前記シリコン層中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする三次元中空構造体の製造方法。
【請求項４】
前記高濃度不純物領域を形成したシリコン層上に、更にシリコン層を形成し、該シリコン層中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程を繰り返すことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記高濃度不純物領域を形成する工程に２種類以上のイオン注入工程、及び拡散工程を少なくとも有することを特徴とする請求項３又は４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記多孔質領域は、２層以上の多孔度の異なる領域であることを特徴とする請求項１又は３に記載の製造方法。
【請求項７】
前記多孔質領域を形成する工程が、陽極化成工程、又はステインエッチ工程を少なくとも有することを特徴とする請求項１又は３に記載の製造方法。
【請求項８】
前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程において、前記多孔質領域の一部が除去されることを特徴とする請求項１又は３に記載の製造方法。
【請求項９】
シリコン基体中に部分的に多孔質部を形成する工程、前記多孔質部を形成した基体上にシリコン層を形成し、前記シリコン層中に部分的に多孔質部を形成する工程、液体吐出源を形成する工程、及び前記多孔質部を除去することにより少なくとも個別液室と、前記個別液室と連通する液体供給路を形成する工程を有することを特徴とする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、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等に応用され得るシリコン（以下、「Ｓｉ」という）基体の加工方法、特に、三次元形状を任意に設計できる中空領域を有するＳｉから成る三次元中空構造体の製造方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、インクジェット記録装置の液体吐出ヘッド（以下、「吐出ヘッド」という）の製造方法において、各種の吐出方法に対応可能な吐出ヘッドの製造方法、特に、吐出ヘッドの筐体部等に接合部分を有さず、かつＳｉ材料の一体基板を用いて作製された吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
上記Ｓｉ基体としては、直下に支持体のない無支持薄層構造を有するＳｉ基体が提案されており、その加工方法としては、非多孔質Ｓｉの表面又は表面裏面とも部分的に多孔質を形成し、表面から裏面まで多孔質化し、その前後で薄層を形成後多孔質をエッチング除去して空洞を形成する方法が提案されている。また、部分的に多孔質を形成する方法として、部分的にマスクで覆い、露出した部分を多孔質化する方法、部分的に高抵抗化し、露出した低抵抗部分を多孔質化する方法が提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
図１８は、特許文献１におけるＳｉ基体及びその加工方法を示す図である。
【０００５】
図１８において、非多孔質Ｓｉの表面裏面とも部分的にマスクで覆い、露出した部分を表面から裏面まで多孔質化し、その後薄層として作用し、かつ最終的に無支持薄層となり得る層を形成している。
【０００６】
すなわち、非多孔質Ｓｉ基板２０１の表面裏面ともマスク２０２で覆い、部分的に窓をあける（（ａ））。ここで、マスクとして、フッ酸に対して耐性の強いポリイミド膜、アピエゾンワックス、高抵抗のエピタキシャル膜や高抵抗の非エピタキシャル堆積膜などが用いられる。次に、露出した部分を表面から裏面まで多孔質化し多孔質Ｓｉ領域２０３とする（（ｂ））。その後、マスク１２を剥離し（（ｃ））、どちらか一方の面に、最終的に無支持薄層となり得る薄層２０４を形成する（（ｄ））。次に、多孔質Ｓｉ領域２０３を化学エッチングして除去する（（ｅ））。このように、非多孔質Ｓｉ基板２０１を部分的に１ケ所以上、直下に支持体のない薄層２０４を片面に残して、穴を開けることができる。
【０００７】
一方、近年、パソコンなどの印刷装置としてインクジェット記録装置を用いたプリンタは、印字性能が良く取り扱いが簡単で、かつ低コストなどの理由から広く普及している。このインクジェット記録装置には、熱エネルギによってインク等の記録液中に気泡を発生させ、その気泡による圧力波により液滴を吐出させるもの、静電力により液滴を吐出させるもの、圧電素子のような振動子による圧力波を利用して液滴を吐出させるもの等、種々の方式がある。
【０００８】
一般に、圧電素子を用いたものは、例えば、共通液室に液体供給路を介して連通した個別液室とその個別液室に連通した吐出口とを備え、その個別液室に圧電素子が接合された振動板が設けられて構成されたｄ３１モードの吐出ヘッドがある。このような構成において、圧電素子に所定の電圧を印加して圧電素子を伸縮させることにより、撓み変位を起こさせて圧力室内の記録液を圧縮することにより吐出口から液滴を吐出させる。また、ｄ３３モードあるいはｄ３１モードとして圧電体膜の厚み方向の変位を利用したピストンモードの吐出ヘッドや、シェアモードとして知られるｄ１５モードを利用した圧電型吐出ヘッドがある。
【０００９】
また、熱エネルギを利用したものとしては、吐出口、個別液室、液体供給路等を発熱素子となる抵抗体を有する基板上に形成し個別液室内で気泡を発生させ液体を吐出させるものがある。
【００１０】
更に、静電力を利用した方式は、振動板を静電気力で変位させ液体を吐出させるものである。
【００１１】
このようなインクジェット記録装置の吐出ヘッドにおいて、その製造方法として二つの基板を接合して作製する方法が知られている（下記特許文献２，３参照）。
【特許文献１】特開平５−９０１１３号公報
【特許文献２】特開２００４−４２３９７号公報
【特許文献３】特開２０００−３２６５１６号公報
【特許文献４】特開２００１−６３８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１におけるＳｉ基体の製造方法で製造された上記構造は、形成される穴の形状は自由に設計することができず、各単一機能を満たす一部品にしかならない。そのため、製品として機能するためには、その他多数部品と組み合わせる必要があり、組立精度が低下する恐れがある。また微小化が困難であり、製品が大きくなってしまう懸念がある。
【００１３】
一方、インクジェット記録装置の上記従来の液体吐出ヘッドにおいて、いずれの吐出ヘッドも、吐出口、個別液室、液体供給路等を構成する材料にＳｉやＳｉＯ２、ＳＵＳ、感光性材料等の材料が用いられており、それらは成膜プロセスあるいは接合、接着などにより作製されている。
【００１４】
更に、半導体プロセスにのせるためにＳｉ基板が主に用いられるが、出来上がってくる吐出ヘッドは、Ｓｉとの異種材料が構成材料の一部を占めるため、耐久性、寸法精度に課題を有するものであった。例えば、接着剤を用いた方法では、個別液室に接着剤が入らないように液だまりを基板中に準備する方法が提案されているが、不純物として液中に溶出する問題が発生する。また、接着剤層の膜厚ばらつきによる寸法誤差のため、各吐出口からの液体の吐出特性のばらつきの問題や、吐出ヘッド自体を長尺にした場合、異種材料で接合された吐出ヘッドである場合、長時間の使用での環境変化により応力が加わり、素子自身が撓み、吐出性能が変化する問題、膜剥がれ等による吐出不良の問題があった。また、ｄ３１撓みモードの吐出ヘッドでは、剛性のある振動板を利用するため、筐体と振動板中に異種材料層が含まれた場合、素子の反りや振動板の剥離、割れの発生の怖れがあった。
【００１５】
そこで、本発明の第一の目的は、Ｓｉ基体に任意の形状の中空領域を形成することにより、選択的にかつ微細に、複合機能を持ちえる構造に加工し、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等に応用され得るＳｉから成る三次元中空構造体を製造する方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第二の目的は、実質的に接合部がなく、筐体が一体的に形成されている吐出ヘッドを製造する方法を提供することにある。また、熱膨張率の違いによる膜剥離、剥がれ等の問題のない、かつ位置精度の良い吐出ヘッドを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の三次元中空構造体の製造方法は、Ｓｉ基体中に部分的に多孔質領域を形成する工程、前記多孔質領域を形成した基体上にＳｉ層を形成し、前記Ｓｉ層中に部分的に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の三次元中空構造体の製造方法は、Ｓｉ基体中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域を形成した基体上にＳｉ層を形成し、前記Ｓｉ層中に部分的に高濃度不純物領域を形成する工程、前記高濃度不純物領域に多孔質領域を形成する工程、及び前記多孔質領域をエッチング除去して中空領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、Ｓｉ基体中に部分的に多孔質部を形成する工程、前記基体上にＳｉ層を形成し、前記Ｓｉ層中に部分的に多孔質部を形成する工程、液体吐出源を形成する工程、前記多孔質部を除去することにより少なくとも個別液室、及び前記個別液室と連通する液体供給路を形成する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の三次元中空構造体の製造方法によれば、Ｓｉ基体に中空領域の形状を任意に設計することができる。
【００２１】
また、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、少なくとも液体供給路、液体が圧力を受ける個別液室がＳｉ材料であり、その構成部材中において接合部がなく、一体的に形成された吐出ヘッドを製造し、それにより熱膨張率の違いによる膜剥離、剥がれ等の問題のなく耐熱性、耐久性に優れ、かつ位置精度の良い吐出ヘッドを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。第１の実施形態は、非多孔質Ｓｉ中の多孔質領域を除去して中空領域を形成する例、第２の実施形態は、非多孔質Ｓｉ中の不純物領域を除去して中空領域を形成する例であり、第３の実施形態は、第１，２の実施形態におけるＳｉ一体化の三次元中空構造体の作製方法をプリンタの吐出ヘッドの作製方法に応用した例である。
【００２３】
[第１の実施形態]
以下、本発明の好適な第１の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法を模式的に示す断面図である。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示す工程では、非多孔質Ｓｉ１１の表面をマスク１２で覆い、部分的に窓を空ける。ここで、マスク材としては、フッ酸に対して耐性の強いポリイミド膜、アピエゾンワックス、窒化膜などが好適である。
【００２６】
次いで、図１（ｂ）に示す工程では、非多孔質Ｓｉ１１の露出した部分に多孔質領域１３を形成する。多孔質領域１３は、例えば、電解液（化成液）中で陽極化成処理（陽極処理）を施すことによって形成することができる。ここで、電解液としては、例えば、フッ化水素を含む溶液、フッ化水素及びエタノールを含む溶液、フッ化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。また、多孔質領域１３を互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる多層構造としても良い。ここで、多層構造の多孔質領域１３は、表面側に第１の多孔度を有する第１の多孔質Ｓｉ層、その下に、第１の多孔度より大きい第２の多孔度を有する第２の多孔質Ｓｉ層を含むことが好ましい。ここで、第１の多孔度としては、１０％〜３０％が好ましく、１５％〜２５％が更に好ましい。また、第２の多孔度としては、１０％〜７０％が好ましい。なお、多孔質領域１３の形成は、陽極化成の代わりに他の方法、例えばステインエッチによって行っても良い。
【００２７】
次いで、図１（ｃ）に示す工程では、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３が部分的に１層配置した構造が形成される。
【００２８】
次いで、図１（ｄ）に示す工程では、多孔質領域１３が部分的に配置された図１（ｃ）の基板上に非多孔質Ｓｉ層１４を形成する。非多孔質Ｓｉ層１４としては、単結晶Ｓｉ層、多結晶Ｓｉ層、非晶質Ｓｉ層等のＳｉ層であっても何ら問題ない。更に、非多孔質Ｓｉ層１４の表面をマスク１２で覆い、部分的に窓を空ける。
【００２９】
次いで、図１（ｅ）に示す工程では、非多孔質Ｓｉ層１４の露出した部分に多孔質領域１３を形成する。
【００３０】
次いで、図１（ｆ）に示す工程では、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３が部分的に２層配置した構造が形成される。
【００３１】
次いで、図１（ｇ）〜（ｈ）に示す工程では、図１（ｄ）〜（ｅ）に示す工程を同様に繰り返し実施し、多孔質領域１３が部分的に多層配置された三次元中空構造体が形成される。
【００３２】
次いで、図１（ｉ）に示す工程では、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３のみを選択的にエッチング除去し、中空領域１５が部分的に多層配置された三次元中空構造体が形成される。
【００３３】
ここで、作用について説明すると、本発明に用いられる多孔質Ｓｉは、陽極化成時の電流の流れに沿って形成されるため、マスクや不純物濃度分布を設けることなどにより、電流の流れを制御することができ、ほぼ任意の形状、多孔度に非多孔質Ｓｉを加工することが可能となる。また多孔質Ｓｉはその内部に大量の空隙が形成されているため、体積に比べて表面積が飛躍的に増大する。その結果、非多孔質Ｓｉに比べて著しく速い速度で化学エッチングすることが可能となり、精度よく、微細に、三次元多孔質構造体及び三次元中空構造体を作製することができる。
【００３４】
更に、上記加工法により、中空領域１５を深さ方向に多層に結合すれば、任意の形状の空間を得ることができる。また、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等の各機能を満たす設計に合わせた構造、性質の中空領域を有するＳｉ基体を作製することができる。
【００３５】
以下、本実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
【００３６】
〔実施例１〕
本発明の実施例に係る三次元中空構造体の作製方法を図１に示す。本実施例は、第１の実施形態に対応する。
【００３７】
まず、非多孔質Ｓｉ１１として、Ｐ型（１００）の比抵抗０．０１ΩｃｍＳｉ基板を使用し、Ｓｉ基板上に、マスク１２として、１μｍのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより多孔質領域を形成する部分を窓開けした（図１（ａ））。
【００３８】
次に、部分的に窓開けされたＳｉ基板に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を１：１の割合で混合した溶液中で１４分間、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で行った。多孔質化されたＳｉ層１３の厚みは１５μｍであった（図１（ｂ））。
【００３９】
次に、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３が部分的に１層配置されたＳｉ基板が形成された（図１（ｃ））。
【００４０】
次に、酸素雰囲気で４００℃、６０分間の熱処理を行い多孔質Ｓｉ層１３の表面を安定化させた。その後、多孔質領域１３が部分的に配置されたＳｉ基板上にＳｉをエピタキシャル成長させて、１０μｍのエピタキシャルＳｉ層１４を形成した。
【００４１】
次に、エピタキシャルＳｉ層１４上に、マスク１２として、１μｍのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより多孔質領域を形成する部分を窓開けした（図１（ｄ））。
【００４２】
次に、部分的に窓開けされたエピタキシャルＳｉ層１４に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を１：１の割合で混合した溶液中で９分間、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で行った。多孔質化されたＳｉ層１３の厚みは１０μｍであった（図１（ｅ））。
【００４３】
次に、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３が部分的に２層配置されたＳｉ基板が形成された（図１（ｆ））。
【００４４】
次に、酸素雰囲気で４００℃、６０分間の熱処理を行い多孔質Ｓｉ層１３の表面を安定化させた。その後、多孔質領域１３が部分的に配置されたＳｉ基板上にＳｉをエピタキシャル成長させて、５μｍのエピタキシャルＳｉ層１４を形成した。
【００４５】
次に、エピタキシャルＳｉ層１４上に、マスク１２として、１μｍのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより多孔質領域を形成する部分を窓開けした（図１（ｇ））。
【００４６】
次に、部分的に窓開けされたエピタキシャルＳｉ層１４に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を１：１の割合で混合した溶液中で４分間、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で行った。多孔質化されたＳｉ層１３の厚みは５μｍであった（図１（ｈ））。
【００４７】
次に、マスク１２を剥離し、基板をフッ化水素酸：過酸化水素：水＝２：８：９０溶液に９０分間浸し、多孔質領域１３をエッチング除去した。中空領域１５が部分的に多層配置された三次元中空構造Ｓｉ基板が形成された（図１（ｉ））。
[第２の実施形態]
以下、本発明の好適な第２の実施形態に係る基板の作製方法について説明する。
【００４８】
図２は、本発明の好適な第２の実施形態に係る基板の作製方法を示す概念図である。
【００４９】
まず、図２（ａ）に示す工程では、非多孔質Ｓｉ２１の表面をマスク２２で覆い、部分的に窓を空ける。ここで、非多孔質Ｓｉとしては、高抵抗Ｎ型基板が好適であり、マスク２２としては、イオン注入の保護膜としてフォトレジスト膜、窒化膜などが好適である。
【００５０】
次いで、図２（ｂ）に示す工程では、非多孔質Ｓｉ２１の露出した部分に不純物領域２３を形成する。ここで、不純物領域２３は、Ａｓ及びＢをイオン注入等により、高濃度に形成することが望ましい。
【００５１】
次いで、図２（ｃ）に示す工程では、マスク２２を剥離し、不純物領域２３が部分的に１層配置した構造が形成される。
【００５２】
次いで、図２（ｄ）に示す工程では、不純物領域２３が部分的に配置された図２（ｃ）の基板上に非多孔質Ｓｉ層２４を形成する。ここで非多孔質Ｓｉ層２４の形成は、同非多孔質Ｓｉ２１上への形成のため、従来技術により、容易に、精度よく形成することが可能である。更に、非多孔質Ｓｉ層２４の表面をマスク２２で覆い、部分的に窓を空ける。
【００５３】
次いで、図２（ｅ）に示す工程では、非多孔質Ｓｉ層２４の露出した部分に不純物領域２３を形成する。ここで、不純物領域２３は、Ａｓ及びＢをイオン注入等により、高濃度に形成することが望ましい。
【００５４】
次いで、図２（ｃ）〜（ｅ）に示す工程を同様に繰り返し実施し、図２（ｆ）に示す工程で不純物領域２３が拡散により結合するよう熱処理を実施し、不純物領域２３が部分的に多層配置した三次元中空構造体が形成される。
【００５５】
次いで、図２（ｇ）に示す工程では、非多孔質Ｓｉ２１に不純物領域２３を形成した部分に多孔質領域２５を形成する。多孔質領域２５は、例えば、電解液（化成液）中で陽極化成処理（陽極処理）を施すことによって、不純物領域２３を濃度分布に沿って形成することができる。ここで、電解液としては、例えば、フッ化水素を含む溶液、フッ化水素及びエタノールを含む溶液、フッ化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。また、多孔質領域２５を互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる多層構造としても良い。なお、多孔質領域２５の形成は、陽極化成の代わりに他の方法、例えばステインエッチによって行っても良い。
【００５６】
次いで、図２（ｈ）に示す工程では、マスク２２を剥離し、多孔質領域２５のみを選択的にエッチング除去し、中空領域２６が部分的に多層配置した三次元中空構造体が形成される。
【００５７】
以下、本実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
【００５８】
〔実施例２〕
本発明の実施例に係る基板の作製方法を図２に示す。本実施例は、第２の実施形態に係る基板の作製方法に対応する。
【００５９】
まず、非多孔質Ｓｉ２１として、Ｎ型（１００）の比抵抗５ΩｃｍＳｉ基板を使用し、Ｓｉ基板上に、マスク２２として、１μｍのフォトレジスト膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより不純物領域を形成する部分を窓開けした（図２（ａ））。
【００６０】
次に、部分的に窓開けされたＳｉ基板の表面にＡｓ及びＢイオンを注入した。イオン注入はＡｓ濃度６Ｅ１９ａｔｍｓ／ｃｍ３、Ｂ濃度６Ｅ１８ａｔｍｓ／ｃｍ３で行った。（図２（ｂ））。
【００６１】
次に、マスク２２を剥離し、不純物領域２３が部分的に１層配置されたＳｉ基板が形成された（図２（ｃ））。
【００６２】
次に、不純物領域２３が部分的に配置されたＳｉ基板上にＳｉをエピタキシャル成長させて、０．３μｍのエピタキシャルＳｉ層２４を形成した。
【００６３】
次に、エピタキシャルＳｉ層２４上に、マスク２２として、１μｍのフォトレジスト膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィにより不純物領域を形成する部分を窓開けした（図２（ｄ））。
【００６４】
次に、部分的に窓開けされたエピタキシャルＳｉ層２４の表面にＡｓ及びＢイオンを注入した。イオン注入はＡｓ濃度６Ｅ１９ａｔｍｓ／ｃｍ３、Ｂ濃度６Ｅ１８ａｔｍｓ／ｃｍ３で行った。（図２（ｅ））。
【００６５】
次に、図２（ｃ）〜（ｅ）に示す工程を同様に繰り返し実施した。このときマスク２２としては、ＬＰＣＶＤ法により窒化膜を成膜した。その後不純物領域２３が拡散により結合するよう、窒素雰囲気で１０００℃、３０分間の熱処理を行い、不純物領域２３が部分的に多層配置されたＳｉ基板が形成された（図２（ｆ））。
【００６６】
次に、部分的に窓開けされた不純物領域２３に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液と水を２：１：７の割合で混合した溶液中で、最初、電流密度４ｍＡ／ｃｍ２で９０秒間、続けて、電流密度４３ｍＡ／ｃｍ２で９秒間、続けて、電流密度１７０ｍＡ／ｃｍ２で６秒間行った。不純物領域２３に沿って、深さにより多孔度の異なる多孔質領域２５が形成された（図２（ｇ））。
【００６７】
次に、マスク２２を剥離し、基板をフッ化水素酸：過酸化水素：水＝２：８：９０溶液に３０分間浸し、多孔質領域２５をエッチング除去した。中空領域２６が部分的に多層配置された三次元中空構造Ｓｉ基板が形成された（図２（ｈ））。
【００６８】
基板を前記溶液に１５分間浸した場合、表面の多孔質領域のみを残し、多孔質領域２５をエッチング除去した。多孔質領域２５と中空領域２６が部分的に多層配置された三次元中空構造Ｓｉ基板が形成された（後述の図３（ｇ）、図４（ｇ））。
【００６９】
以上、第１の実施形態、第２の実施形態について説明したが、次に、中空領域について種々の形態の例を説明する。
【００７０】
図３，４は、三次元中空構造体において、中空領域について種々の形態の例を示した断面図、上面図である。図３の（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ図４の（ａ）〜（ｇ）に対応している。各部分が多層配置された中空領域を示している。
【００７１】
中空領域は、同一構造体内に１つ又は複数存在している。複数存在する場合、それらの三次元形状は、同一であっても異なっていても良い。
【００７２】
（ａ）は、中空領域の三次元形状が任意であることを示している。すなわち深さ方向に対して垂直断面形状（横幅）が変化している。１つの層の多孔質領域に対応する中空領域の部分では垂直断面形状は、同じであるが、後述の第３の実施形態の図１３にも示すように単調に変化させても良い。各多孔質領域の厚さ、及び垂直断面形状を自由に選べば中空領域の三次元形状を任意に設計することができる。
【００７３】
（ｂ）は、同一構造体において、２以上の中空領域が有る例である。
【００７４】
（ｃ）〜（ｅ）は、２以上の分離した中空領域がある深さにおいて結合されている例である。
【００７５】
（ｆ）は、構造体の両端面において中空領域が外部空間に連通している例である。
【００７６】
（ｇ）は、多孔質領域が混在している例である。
【００７７】
[第３の実施形態]
以下、第３の実施形態は、インクジェット記録装置の吐出ヘッドの作製方法において、非多孔質Ｓｉ中の多孔質領域を除去して中空領域を形成する第１の実施形態を応用した例として専ら説明しているが、非多孔質Ｓｉ中の不純物領域を除去して中空領域を形成する第２の実施形態を応用することもできる。なお、第１，２の実施形態における「中空領域」、「多孔質領域」は、第３の実施形態では、それぞれ「空間部」、「多孔質部」に対応する。
【００７８】
本実施形態により作製されるインクジェット記録装置の吐出ヘッドにおいて、まず、振動板を用いたｄ３１モードの撓み変位を用いた吐出ヘッドについて説明する。
【００７９】
図５は、ｄ３１撓みモードの吐出ヘッドの概略図、図６は、同じく吐出ヘッドの個別液室を短手方向から見た断面図、図７は、同じく吐出ヘッドの個別液室を長手方向から見た断面図である。
【００８０】
図中、３１は圧電体膜、３２は下部電極、３３は振動板、３４は上部電極、３５は個別液室、３６は吐出口、３７は個別液室と吐出口を結ぶ連通孔、３８はＳｉ基板である。圧電体膜を挟む上下電極間に電圧を掛けることにより圧電体膜が伸縮しようとするのを振動板が抑制することにより振動板が個別液室側の上下方向に変位し、液室に満たされた液に圧力が加わり、吐出口から液滴が吐出される。図７において、５１は液体供給路、５２は共通液室である。
【００８１】
本実施形態により作製される吐出ヘッドは、例えば、上記構成であるが、図５で例示した接合部４１，４２，４３のいずれかの接合部を有しない吐出ヘッドであり、又は上記すべての接合部を有しない吐出ヘッドである。「いずれかの接合部を有しない吐出ヘッド」とは、例えば、個別液室や液体流路の空間部で形状、流路断面積が異なる領域において同材料で形成され接合部を有しない三次元中空構造体を意味する。特に通常のエッチングでは不可能なエッチング除去部が小さくてかつエッチングがストップする方向に除去部の面積が大きな部分を有し、かつその領域で接合部、接着部を有しない吐出ヘッドである。
【００８２】
図８は、エッチング除去された空間部に接合部を有しない三次元中空構造体の例を示す図である。（ａ），（ｂ）は、短手方向、長手方向のそれぞれの断面図である。
【００８３】
図中、振動板６１がエッチストップ層として機能する方向にエッチング除去された空間部６２，６３において空間部６２の面積が小さく、そこを介して大面積な空間部６３を有し、その三次元中空構造体中に接合部、接着部を有しないものである。また、振動板６１の薄膜と筐体部６４の間に異種材料の部分がないことが本実施形態による特徴である。図８の液体供給路、個別液室の形成された構造部に吐出口を有する基板を接合して液体吐出ヘッドとする場合も本発明の範囲であるが、吐出口を有する部分も一体形成することが更に好ましい。上記実施の形態は、振動板を有するｄ３１モードの撓みモードの圧電ヘッドの例で説明したが、上記接合部を有しない本発明の特徴は、ｄ３３モード／ｄ３１モードのピストンモード、ｄ１５モード、静電ヘッド、熱を利用したサーマルヘッド等のすべてにおいて実施される。
【００８４】
図９には、ピストンモードと言われるｄ３３モードの吐出ヘッドの概略図を示した。
【００８５】
図中７１，７１′は積層圧電体膜であり、３３は振動板、３６は吐出口である。積層圧電体膜６１，６１′中には、１層の圧電体膜にかかる電界強度が大きくなるように、複数の電極層が積層されている。積層圧電体膜の層数は、吐出ヘッドからの吐出量、吐出力により２層から１００層までで設計される。
【００８６】
図１０には、シェアモードと言われるｄ１５モードの吐出ヘッドの概略図を示した。
【００８７】
図中８１は圧電体膜であり、その上に櫛歯電極（不図示）が設けられ、圧電体膜中を斜めに電界がかけられ、圧電体膜の変位により、液体が吐出される。
【００８８】
図１１には、発熱素子を有する吐出ヘッドの断面概略図を示した。
【００８９】
図中３６と３６′は吐出口、３５は個別液室であり、吐出口３６と３６′は千鳥配列するように配置される。９２は液体供給路であり、９１が発熱素子を示している。９３，９４，９５はＳｉ材料の部分であり、前述したようにその間に接合層、接着層は介在しない。発熱素子は、薄膜形成法で成膜されるが、９３あるいは９４の部分に有する構造であっても良い。
【００９０】
図１２に、静電型液体吐出ヘッドの長手方向の断面概略図を示す。
【００９１】
図中、１０１は振動板、１０２は吐出口、１０３は個別液室、１０５は共通液室である。少なくとも上記部分を構成する材料は、Ｓｉ材料で出来ておりこの層間に接合層、接着層はない。１０４はギャップ部、１０６は絶縁層、１０７は電極である。絶縁層１０６と電極１０７の界面は、接合されていても良いし、絶縁層上に電極が成膜された形態であっても良い。従来の静電方式の吐出ヘッドでは、吐出口を有する基板と振動板を有する基板は、同材料であっても接合、接着により形成されていたため接合層、接着層が必ず存在した。本発明は、そのような異層の存在がないため、寿命の長いかつ環境耐性の良好な吐出ヘッドを提供する。
【００９２】
各吐出ヘッドの吐出口側の面に撥水処理を施すことは、液滴吐出方向を揃える意味で好ましい態様である。
【００９３】
次に、本発明の吐出ヘッドの製造方法に関して説明する。
【００９４】
本発明の吐出ヘッドの製造方法は、Ｓｉ基体中に部分的に多孔質部を形成する工程、前記多孔質部を形成した基体上にＳｉ層を形成し、前記Ｓｉ層中に部分的に多孔質部を形成する工程、液体吐出源を形成する工程、前記多孔質部を除去することにより少なくとも個別液室、及び前記個別液室と連通する液体供給路を形成する工程を有する。多孔質部とは、密度が低くなった部分でありエッチング速度が非多孔質部と一桁以上早くなる部分である。そのために、エッチング処理した場合に、多孔質部が選択的に除去され、目的とする三次元中空構造体が得られる。
【００９５】
また、個別液室、及び前記個別液室と連通する液体供給路と共に吐出口を形成することもできる。
【００９６】
本発明の吐出ヘッドの製造方法では、一方の面が開いた個別液室、吐出口、吐出口と個別液室を繋ぐ連通孔を本方法で形成した後、別の基板上にある上下電極、圧電体膜、振動板を形成した物を接合し、吐出ヘッドを作製することも可能であるが、好ましくは、振動板までを形成した後、電極、圧電体膜を形成し、その後、多孔質部を除去する工程が好ましい。
【００９７】
次に、本発明の吐出ヘッドの製造方法を構成する主要な技術について説明する。
【００９８】
本発明は、Ｓｉ基板上に部分的に多孔質部を形成する工程、その上にＳｉエピタキシャル層を形成する工程と該Ｓｉ層中に部分的に多孔質部を形成する工程を１回以上行い、多孔質部をエッチング工程で除去し、デバイスを製造する方法を、吐出ヘッドを製造する方法に応用したものである。三次元構造を有する吐出ヘッドにおいて、例えば、個別液室や流路部等を多孔質部で形成しておき、最終的にその部分を除去することにより、デバイスを製造する方法である。そのために三次元中空構造体中に本質的に接合部、接着部が介在せず、応力による反りや熱的な影響で膜が剥離するような問題のないデバイスとなる。多孔質部の形成方法としては、陽極化成処理により行うが他の方法でも良い。
【００９９】
多孔質部を選択的に行うためにＳｉ表面上にマスク層を形成し、マスクのない部分が化成処理され、多孔質部となる。マスク材としては、ＳｉＣ、ＳｉＮ、非晶質Ｓｉ、ポリマー、ワックス等の化成処理によりダメージを受け難い物であれば良い。化成処理後、上記マスクを除去し、単結晶Ｓｉを多孔質部上にも成膜し、必要に応じて更に多孔質部を作成するようにマスクの形成、化成処理を施す。最終的にこのように作成した多孔質部を内部に有するＳｉ基板に必要に応じて機能層（例えば圧電素子や発熱素子）を形成し、多孔質部をエッチング除去し、吐出ヘッドとしての空間部を形成することができる。機能層の形成は、多孔質部のエッチング除去後でも良い。このように、吐出源となる機能層を保持する材料が、筐体と共に三次元空間部を形成し、吐出ヘッドの構成材料と実質的に同一材料で構成される吐出ヘッドとすることができる。
【０１００】
多孔質部は、密度が半分以下に減少した層であるため、化学エッチング速度が、通常の単結晶層のエッチング速度に比べて、著しく増速され、多孔質部のみが除去され、かつ多孔質部が除去された構造体の中に接合部のない三次元中空構造体を提供することができる。
【０１０１】
多孔質部は、層中で密度が異なる構造となっていても良いし、基板内の異なる多孔質部の密度が異なっていても良い。それは、多孔質部の体積が異なるためにエッチング速度が異ならせることにより、設計通りの寸法になるため好ましい。これは、陽極化成処理中に電流密度を変化させることにより達成される。
【０１０２】
このようにして作製される吐出ヘッドは、個別液室や液体流路及び／又は吐出口が内包されたＳｉ材料の三次元中空構造体中に接合層、接着層のない構造となる。
【０１０３】
図１３（ａ）〜（ｊ）は、接合層、接着層のないＳｉ材料の三次元中空構造体の形成過程を示す図である。
【０１０４】
図１３において、ｄ３１撓みモードの吐出ヘッドを製造する工程を例にしており、簡略化するために個別液室となる部分を１ヶ所しか図示していないが、実際は、規則的に複数個配列された形で作成される。（ａ）は、Ｓｉ基板１１１の表裏面にマスク１１２を形成した状態である。これを陽極化成処理し前記マスクを除去した状態が（ｂ）である。１１３は陽極化成処理部を示す。陽極化成処理した多孔質部も含めその上にＳｉをエピタキシャル成長させ単結晶Ｓｉ層１１４を作成する（（ｃ））。更に、（ｄ）のようにマスク１１２を形成し、陽極化成処理により多孔質部１１５を作成する（（ｅ））。更に、この上に（ｃ）工程と同様にＳｉ層１１６を形成する（（ｆ））。このようにして作成した基板は、多孔質部を内包する同一材料で出来た基板となる。この上に撓みモードを利用したｄ３１モードの圧電素子を形成するために、（ｇ）のように振動板に対応するＳｉ層１１６上に下部電極１１７、圧電体膜１１８、上部電極１１９を設ける。（ｇ）では、上部電極及び圧電体膜は、個別液室となる多孔質部上にパターニングされた状態で図示されているが、通常、下部電極上全体に圧電体膜、上部電極を形成し、その後、エッチング処理等によりパターンニングされる。あるいは、エアロゾルデポジション法等の方法で圧電体膜を形成する場合は、マスクを介して成膜できるため、前記エッチング処理なしで、パターニングされた圧電体膜が形成される。
【０１０５】
続いて、（ｈ）の１２０の箇所は、多孔質部がエッチング処理により除去され空間部となったことを意味している。
【０１０６】
このように形成された吐出ヘッドをそのまま使用するか、あるいは（ｉ）で示されるように先端が吐出口の部分１２２を有する基板１２１を接合して形成しても良いし、また、１２２の部分をＳｉ基板の陽極化成処理により作成し個別液室部１２３まで上記方法で作成する方法も本発明の範囲であり、後者はより好ましい態様である。この場合は、（ｊ）で示されるように１２４の接合部もないすべてがＳｉで出来た一体型の吐出ヘッドが得られる。また、エッチング除去する部分が多孔質部以外の部分をドライプロセス等の他のプロセスで行い、三次元形状を完成させても良い。すなわち、本発明は、三次元中空構造体の内部に接合部、接着部がない吐出ヘッドデバイスの製造方法であり、その実現手段の一つとして多孔質部の形成、Ｓｉ層の形成を１回以上行い、多孔質部の少なくとも一部が除去される製造方法が例示される。
【０１０７】
ドライプロセスと多孔質部の除去手段を併用することにより容易に、個別液室、吐出口、液体吐出源、及び個別液室と吐出口を繋ぐ連通孔を有する吐出ヘッドにおいて、連通孔と吐出口の形状が、個別液室からテーパ形状を有する部分と、吐出口近傍では一定の口径を保持する部分とを含むことを特徴とする吐出ヘッドが得られる。例えば、図１３のテーパ形状を有する部分１２０と、吐出口まで一定の口径を保持した部分１２２を有する吐出ヘッドが得られ、この形状により液滴の吐出特性が良好となる。圧電体膜を利用した吐出ヘッドでは、上記構造を有することは、特性の良い吐出ヘッドを得ることができる。すなわち、テーパ部を有することにより、圧力波の減少が少なくなること、及び一定口径を有する部分でメニスカス制御を行うことにより、振動板の変位量に応じて一定で安定したメニスカス制御を行えるため、一定量の液滴を安定かつ高速度で吐出することができる。
【０１０８】
テーパ部の角度をθ、太径と細径の差を２ａ、テーパを有する膜厚をｂとした時、ｔａｎθ＝ｂ／ａと定義すると、θは５０°以上８６°以下が好ましい。また、一定部の口径は１０〜４０μｍが好ましい。
【０１０９】
陽極化成処理は、ＨＦ溶液中で行うことが望ましい。ＨＦのエタノール溶液が好ましい。陽極化成処理により多孔質Ｓｉ層を作成するためには、単結晶Ｓｉ層に正孔が必要であり、Ｎ型Ｓｉに比べてＰ型Ｓｉの方が多孔質Ｓｉに変質させ易いが、Ｎ型Ｓｉも正孔を注入することにより対応することができる。
【０１１０】
多孔質Ｓｉの構造は、溶液の濃度、電流密度、Ｓｉの比抵抗によって制御できる。また、多孔質部の厚さは、陽極化成処理の時間で制御する。製造工程中、多孔質部の孔の内壁を酸化処理するために２００℃から５００℃の範囲でドライ酸化することは、好ましい態様である。好ましい温度範囲は、３００℃から４５０℃である。この過程を経ることにより、後工程で機能膜（例えば、圧電体膜や発熱素子用の抵抗膜）を作成・成膜する工程で７００℃以上の工程があっても、孔の凝集が発生せず、エッチング特性を悪化させることがない。
【０１１１】
多孔質部が部分的に形成された基板上に、Ｓｉ層のエピタキシャル形成を行う（例えば図１３の（ｃ）工程）。このエピタキシャル成膜は、通常の方法で行うことができ、例えば、ソースガスをＳｉＨ４とする減圧ＣＶＤ法で成膜することができる。
【０１１２】
本発明では、上記多孔質部形成工程とＳｉ層形成工程を、複数回繰り返すことができる。複数回繰り返すことにより、基板中に異なる寸法の多孔質部が三次元的に配置される。これらを作成した後、機能層を成膜しても良いし、上記多孔質部形成とＳｉ層形成の途中に機能層の成膜を行っても良い。
【０１１３】
次に、本実施形態の撓みモードのｄ３１用圧電体膜について説明する。
【０１１４】
圧電体膜は、上記エピタキシャル形成したＳｉ層上に下部電極を介して形成する。形成方法は、薄膜形成方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、水熱合成、ガスデポジション法等の方法が用いられる。焼結法、溶融法で作成したセラミックスあるいは単結晶物を薄膜切断後、接合して形成しても良いが、好ましくは、薄膜形成方法で形成する。
【０１１５】
本実施形態の圧電体膜は、圧電体膜及び／又は電歪膜を意味する。圧電体膜に用いられる材料としては、ペロブスカイト型化合物が挙げられる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛ＰＺＴ（登録商標）［Ｐｂ（ＺｒＸＴｉ１−Ｘ）Ｏ３］やチタン酸バリウムＢａＴｉＯ３などの圧電材料やリラクサ系材料の電歪材料である。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のｘは０．４５から０．６５のＭＰＢ（morphotoropic phase boundary）組成が好ましいが、それ以外の組成比でも良い。
【０１１６】
本実施形態で使用する電歪材料としては以下の材料が選択できる。
【０１１７】
例えば、ＰＭＮ［Ｐｂ（ＭｇＸＮｂ１−Ｘ）Ｏ３］，ＰＮＮ［Ｐｂ（ＮｂＸＮｉ１−Ｘ）Ｏ３］，ＰＳＮ［Ｐｂ（ＳｃＸＮｂ１−Ｘ）Ｏ３］，ＰＺＮ［Ｐｂ（ＺｎＸＮｂ１−Ｘ）Ｏ３］，ＰＭＮ−ＰＴ｛（１−ｙ）［Ｐｂ（ＭｇＸＮｂ１−Ｘ）Ｏ３］−ｙ［ＰｂＴｉＯ３］｝，
ＰＳＮ−ＰＴ｛（１−ｙ）［Ｐｂ（ＳｃＸＮｂ１−Ｘ）Ｏ３］−ｙ［ＰｂＴｉＯ３］｝，ＰＺＮ−ＰＴ｛（１−ｙ）［Ｐｂ（ＺｎＸＮｂ１−Ｘ）Ｏ３］−ｙ［ＰｂＴｉＯ３］｝，ＬＮ［ＬｉＮｂＯ３］、ＫＮ［ＫＮｂＯ３］である。
【０１１８】
ここで、ｘ及びｙは１以下で０以上の数である。例えば、ＰＭＮの場合ｘは０．２〜０．５で、ＰＳＮではｘは０．４〜０．７が好ましく、ＰＭＮ−ＰＴのｙは０．１〜０．４、ＰＳＮ−ＰＴのｙは０．３〜０．５、ＰＺＮ−ＰＴのｙは０．０３〜０．３５が好ましい。また、ＰＭＮ−ＰＴ，ＰＺＮ−ＰＴ，ＰＮＮ−ＰＴ，ＰＳＮ−ＰＴにＺｒがＴｉに代替されて含まれたＰＭＮ−ＰＺＴ，ＰＺＮ−ＰＺＴ，ＰＮＮ−ＰＺＴ，ＰＳＮ−ＰＺＴ化合物であっても良い。
【０１１９】
圧電体層はＡＢＯ３型ペロブスカイト酸化物であることが好ましい。
【０１２０】
圧電体膜は単一組成であっても良いし、２種類以上の組み合わせでも良い。又、上記主成分に微量の元素をドーピングした組成物であっても良い。本実施形態の圧電・電歪膜は、優れた圧電性を発現するために、結晶制御されたものが良い。好ましくは、擬似立方晶であるか、又は擬似立方晶、菱面体晶、正方晶のうち少なくとも二つが存在する混相系である。
【０１２１】
電極層及び誘電体層の成膜方法前述したように、スパッタ法、ＭＯ−ＣＶＤ法、レーザーアブレーション法、ゾルゲル法、ＭＢＥ法等であり、好ましくはスパッタ法、ＭＯ−ＣＶＤ法、ゾルゲル法であり、より好ましくはＭＯ−ＣＶＤ法とスパッタ法である。
【０１２２】
ＭＯ−ＣＶＤ製法による、基板温度以外の条件としては基板上に原料ガスを連続的に供給するのではなく、断続的に供給するパルスＭＯ−ＣＶＤ法を採ることが好ましい。
【０１２３】
圧電体膜を結晶制御する場合は、Ｓｉ基板上に格子マッチングを取るためにバッファー層を形成することが好ましい。バッファー層は、蛍石型酸化物が好ましく、膜厚として、１０ｎｍから５μｍである。蛍石型酸化物としては、例えば、ＡｍＯ２，ＣｅＯ２，ＣｍＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，ＮｐＯ２，ＰａＯ２，ＰｕＯ２，ＲｂＯ２，ＴｂＯ２，ＴｈＯ２，ＵＯ２，ＺｒＯ２であるが、好ましくはＣｅＯ２，ＺｒＯ２であり、振動板面に対してバッファー層の（１００）面が平行な結晶構造が好ましい。ＺｒＯ２は希土類元素をドーパントとして含むものであるのが好ましい。
【０１２４】
撓みモードのｄ３１あるいはピストンモードのｄ３３モードの圧電体膜としては、上記材料が電極に挟まれ複数層積層されたものである。１層あたりの膜厚は、０．５μｍから２０μｍで層数は、２層以上、１００層以下であるが、５層以上、５０層以下が好ましく用いられる。層間の電極は、Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｉｒ，Ｒｕなどの金属材料が好ましく用いられ、リーク防止のため、図９のように、交互の電極層が端面にまで露出しないように途中で止められている。これらの積層圧電体層は、多結晶材料で形成され、ＢａＴｉＯ３系の材料で構成されていても良い。
【０１２５】
ピストンモードの吐出ヘッドでは、振動板は、Ｓｉ材料である必要はなく、個別液室までをＳｉ材料で形成し、その上に薄膜の振動板を接合、接着した形態でも良い。Ｓｉ以外の材料での振動板としては、ポリイミド等のポリマー材料や、Ｔｉ箔等の金属材料でも良い。これらの振動板と積層圧電体膜との位置合わせのために振動板上に突起となる金属材料やポリマー材料、ガラス材料を設けても良い。これらの突起と積層体を接着剤を用いて接合する。
【０１２６】
本実施形態のｄ１５モードの吐出ヘッドの圧電体膜は、図１０の８１で図示されたようにパターニングされていなくて良く、一定の厚みを有する圧電・電歪膜が個別液室の一方を塞ぐ形で接合、接着される。圧電・電歪膜上には、櫛形電極が配置され電界が圧電体膜８１の膜厚に対して斜め方向に掛けられ、ｄ１５モードが利用できるようになる。
【０１２７】
本実施形態の吐出源として熱的変位を用いた吐出ヘッドの発熱素子としては、下記の材料が用いられる。
【０１２８】
ＴａＮ，ＴａＮＳｉＮの薄膜発熱素子が用いられる。それ以外でも、一般的な薄膜発熱素子であればよく、例えばサーメット材料やポリＳｉ、合金、金属化合物等が挙げられる。
【０１２９】
また、これらの成膜方法は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法、塗布法などが挙げられる。
【０１３０】
また、必要に応じてインクから保護する保護膜が形成される。
【０１３１】
図１４は、本実施形態により作製されたインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置の概略図である。上記特許文献４に開示されているものと同様の構成である。本発明は、これらにより、吐出特性が安定し、長寿命の、インクジェットヘッドが得られ、性能の良いインクジェット記録装置を達成することができる。
【０１３２】
図１４の装置本体１３１において、下ケース１３２、上ケース１３３、アクセスカバー１３４は外装であり、１３５は排紙トレー、１３６は自動給送部である。
【０１３３】
図１４の外装をはずした動作機構部を図１５に示す。記録媒体としての記録紙を装置本体内へ自動給送する自動給送部１３７と、自動給送部１３６から送出される記録紙を所定の記録位置へと導くとともに、記録位置から排出口１４１へと記録紙を導く搬送部１４２と、記録位置に搬送された記録紙に記録を行う記録部１４３と、記録部１４３に対する回復処理を行う回復部１４４とから構成されている。本実施形態のインクジェットヘッドは、キャリッジ１４５に配置され使用される。図１４は、プリンタとしての例を示したが、本実施形態による吐出ヘッドは、Ｆａｘや複合機、複写機、あるいは産業用吐出装置に使用しても良い。
【０１３４】
次に、本実施形態をｄ３１撓みモード、及びｄ３３ピストンモードの各吐出ヘッドについて実施例を挙げて説明する。
【０１３５】
〔実施例３−１〕
図１６は、ｄ３１撓みモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図である。
【０１３６】
図１３において、基板１１１として１００μｍ厚のＳｉ基板の両面に多孔質部が図のようにテーパ部１１３を形成するようにＳｉＮのマスク１１２を形成した。上面の開口部が４５μｍφで下面の開口部を２５μｍφの大きさに設計した。電流密度３０ｍＡ／ｃｍ２、ＨＦ：Ｈ２Ｏ：エタノール＝１：１：１の溶液中、陽極化成処理を行い、上面から下面まで多孔質部で貫通させた。マスクを熱燐酸を用いて除去、洗浄後、上面側に減圧ＣＶＤで単結晶Ｓｉ層を４０μｍ厚で形成し、図１６の長手方向の断面図に示すように、１５１，１５２に該当する部分に多孔質部を作成した。更に４０μｍのＳｉ層を形成し、同様に１５３に該当する部分を多孔質部となるように処理した。更にこの上に２０μｍ厚でＳｉ層を形成し、同様に１５５，１５６の部分を多孔質部とした。この上に更に４μｍ厚でＳｉ１５７をエピタキシャル形成し、振動板として準備した。１５７の振動板は、基板１１１のＳｉの結晶構造と同じ（１００）の結晶構造とした。また、１５８の部分を多孔質化した。多孔質部１５１側は、個別液室となる部分であり、多孔質部１５２側は、共通液室となる部分である。多孔質部１５３の中央部の１５４は、共通液室と個別液室の液体供給路となる部分である。また、１５８は、液体供給口となる部分である。
【０１３７】
その後、基板の下面側に吐出口形成用にＳｉ層を形成し、該層中に吐出口１６１をドライプロセスにより穴加工（口径２５μｍ）した。この後、下部電極１６２、圧電体膜１６３、上部電極１６４を形成する。これらを形成する前に前述したように２００℃から４５０℃で加熱処理する。また、下部電極１６２と振動板１５７の間にバッファー層を有することは、好ましい態様である。こうして三次元中空構造体中に接合層、接着層等のないデバイスを得ることができる。また、個別液室と吐出口を繋ぐ連通孔を有し、個別液室から吐出口への形状が、最初はテーパ状で吐出口側では、一定の口径の物を得た。
【０１３８】
こうして、上部電極、圧電体膜のパターニング、ウェットエッチングによる多孔質部の除去により本発明の吐出ヘッドを得ることができる。上記処理中、必要に応じて、不要な部分にエッチャント汚染が起こらないよう、ポリマー材料等で保護することは好ましいことである。特にエッチャントである、フッ硝酸系の溶液に耐性のある保護材を用いることが好ましい。
【０１３９】
上記吐出ヘッドに電圧２５Ｖを掛けて、粘度３．８ｃｐｓの液体を吐出させて特性評価を行った。液滴量及び吐出速度を、高速度カメラによる液滴サイズ及び移動距離から換算し、２．５ｐＬ、７．８ｍ／秒の値を得た。また、上記吐出ヘッドは耐久性に優れ、１０９回以上の吐出においても初期と大きな特性低下がないことが確認された。
【０１４０】
〔実施例３−２〕
図１７は、ｄ３３ピストンモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図である。
【０１４１】
図１７の長手方向の断面図に示すように、基板中に吐出口となる多孔質部１７４を形成した。更に、上記方法と同じように複数回工程を繰り返し個別液室となる多層の多孔質部１７５、共通液室となる多層の多孔質部１７６を形成した。これらの多孔質部をウェットエッチングにより除去し空洞化し、液体供給口、共通液室、個別液室、液室間の流路、吐出口を有し、その中に接合層、接着層のない三次元中空構造体を得た。実施例３−１と同じく、１５４は、共通液室と個別液室の液体供給路となる部分であり、１５８は、液体供給口となる部分である。多孔質部１７７の部分を塞ぐようにポリイミド１００μｍ厚の振動板を接着し、その上にダイサー切断された積層圧電体を設置し、図９の概略図で示される吐出ヘッドを得た。積層圧電体７１，７１′等は図示されていないが、これらを保持する共通基板が配置されている。
【０１４２】
各圧電体層間に１５Ｖの電圧を掛け、３．８ｃｐｓの液体の吐出を試みたところ、液滴量５ｐｌ、液滴吐出速度６ｍ／秒で精度よく吐出できた。
【０１４３】
〔実施例３−３〕
図１７で示される基板の多孔質部１７７上にＳｉ層３．５μｍ厚でエピタキシャル形成し振動板とした。これを４００℃、３０分加熱処理を施した後、振動板上を洗浄処理し、ＳｉＯ２層を除去した後、８００℃加熱下、スパッタでＹ含有安定化ジルコニア層２０ｎｍを（１００）エピタキシャル形成した。この上に、ペロブスカイト型金属酸化物電極１５０ｎｍを（００１）／（１００）配向でエピタキシャル形成し、その上にＰｂ１．０５（Ｚｒ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｏ３組成の圧電体膜を３μｍ厚で（１００）エピタキシャル形成した。圧電体膜は、疑似立方晶系であるか、又は疑似立方晶系、菱面体晶帰系若しくは正方晶系のうち少なくとも二つが混在している結晶系とすることにより、圧電体膜の特性を向上させることができた。上電極としてペロブスカイト型金属酸化物電極をのせ、上電極と圧電体膜をエッチング処理により個別液室に対応させてパターニングした。この後、圧電素子側をポリマーで保護したのち、フッ硝酸酢酸系水溶液で多孔質部を除去し、本発明による吐出ヘッドを得た。
【０１４４】
上記構成にすることで、吐出ヘッドは、１ライン４８０ｄｐｉまで高密度化しても特性よく液滴を吐出することができ、粘性の高い、６ｃｐｓの液滴吐出も可能であった。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法を模式的に示す断面図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る三次元中空構造体の作製方法を模式的に示す断面図
【図３】三次元中空構造体の例を模式的に示す断面図
【図４】三次元中空構造体の例を模式的に示す上面図
【図５】ｄ３１撓みモードの吐出ヘッドの概略図
【図６】同じく吐出ヘッドの個別液室を短手方向から見た断面図
【図７】同じく吐出ヘッドの個別液室を長手方向から見た断面図
【図８】エッチング除去された空間部に接合部を有しない三次元中空構造体の例を示す図
【図９】ｄ３３ピストンモードの吐出ヘッドの概略図
【図１０】ｄ１５シェアモードの吐出ヘッドの概略図
【図１１】発熱素子を用いた吐出ヘッドの断面概略図
【図１２】静電型液体吐出ヘッドの長手方向の断面概略図
【図１３】接合層、接着層のないＳｉ材料の三次元中空構造体の形成過程を示す図
【図１４】インクジェット式記録装置の概略図
【図１５】インクジェット記録装置の動作機構部の概略図
【図１６】d３１撓みモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図
【図１７】ｄ３３ピストンモードの吐出ヘッドの長手方向から見た断面図
【図１８】従来技術のＳｉ基体及びその加工方法を示す図
【符号の説明】
【０１４６】
１１，２１…非多孔質Ｓｉ
１２，２２…マスク
１３，２５…多孔質領域
１４，２４…非多孔質Ｓｉ層（エピタキシャル層）
１５，２６…中空領域
２３…不純物領域
３１…圧電体膜
３２…下部電極
３３…振動板
３４…上部電極
３５…個別液室
３６…吐出口
３７…連通孔
３８…Ｓｉ基板
５１…液体供給路
５２…共通液室
６１…振動板
７１，７１′…積層圧電体膜
８１…圧電体膜
９１…発熱素子
１２０…空間部（中空領域）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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