(57)【要約】【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、レジスト膜３を用いて流路パターン３ａおよび吐出口パターン３ｂを形成する工程と、少なくともインク流路パターン３ａおよび吐出口パターン３ｂを覆うシード層５，６を形成する工程と、シード層５，６で覆われたインク流路パターン３ａおよび吐出口パターン３ｂを覆うめっき膜であるＣｕ膜１０を形成する工程と、Ｃｕ膜１０の上面を吐出口パターン３ｂの一部が露出するまで平坦化させる工程と、レジスト膜３を溶出させる工程とを有する。【選択図】  図２
2005231115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出用素子が形成された基板上に、液体流路パターンおよび吐出口パターンを形成する工程と、
少なくとも前記液体流路パターンおよび前記吐出口パターンを覆うシード層を形成する工程と、
前記シード層で覆われた前記液体流路パターンおよび前記吐出口パターンを覆うめっき膜を形成する工程と、
前記めっき膜の上面を前記吐出口パターンの一部が露出するまで平坦化させる工程と、
前記液体流路パターンおよび前記吐出口パターン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。
【請求項２】
前記シード層は前記めっき膜よりも液体に対する耐性が高い材料からなる、請求項１に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記めっき膜の上面を平坦化させる工程はＣＭＰ（化学機械研磨）によって行う、請求項１または２に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法。
【請求項４】
平坦化した前記めっき膜の上面に撥水層を形成する工程を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法。
【請求項５】
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がＣｕまたはＮｉで構成されており、かつ、前記吐出口および前記液体流路の表面がＣｕまたはＮｉよりも前記液体に対する耐性が高い材料で覆われていることを特徴とする液体吐出用ヘッド。
【請求項６】
前記液体に対する耐性が高い材料はＴａである、請求項５に記載の液体吐出用ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開平６−２８６１４９号公報
【特許文献２】特開２０００−２２５７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、インクに関わらず、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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、液体流路パターンおよび吐出口パターンを形成する工程と、少なくとも前記液体流路パターンおよび前記吐出口パターンを覆うシード層を形成する工程と、前記シード層で覆われた前記液体流路パターンおよび前記吐出口パターンを覆うめっき膜を形成する工程と、前記めっき膜の上面を前記吐出口パターンの一部が露出するまで平坦化させる工程と、前記液体流路パターンおよび前記吐出口パターンを溶出させる工程とを有する。
【０００８】
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めっき膜によって構成されるので、この液体流路形成部材が樹脂で構成される場合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、めっき膜は樹脂と異なりインク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、めっき膜の残留応力は一般に小さいので、めっき膜の残留応力によって基板に生じうる反りを抑えることができ、これにより、液体の吐出精度の向上を図ることが可能になる。さらに、めっき膜の吐出口と液体流路を形成する面がシード層によって覆われることから、めっき膜は液体による腐食が生じにくくなる。
【０００９】
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。
【００１０】
前記シード層は前記めっき膜よりも液体に対する耐性が高い材料からなる構成とすることが好ましい。
【００１１】
また、前記めっき膜の上面を平坦化させる工程はＣＭＰ（化学機械研磨）によって行う構成としてもよい。
【００１２】
さらに、平坦化した前記めっき膜の上面に撥水層を形成する工程を有する構成としてもよい。
【００１３】
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がＣｕまたはＮｉで構成されており、かつ、前記吐出口および前記液体流路の表面がＣｕまたはＮｉよりも前記液体に対する耐性が高い材料で覆われていることを特徴とする。
【００１４】
前記液体に対する耐性が高い材料はＴａである構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、犠牲膜（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）にレジストを用い、インク流路形成部材の材料にＣｕ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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Ｃｕ膜１０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１７が形成されている。
【００２０】
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Ｃｕ膜１０は、インク流路１７と吐出口１４の内面側がＴａ膜５とＣｕ膜６とからなるシード層で保護されており、Ｃｕ膜１０の上面がＮｉめっき８とＡｕめっき９によって保護されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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１２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１２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。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１の上面上にレジスト膜３を形成した後に、二重露光等によるリソグラフによってレジスト膜３を加工し、レジスト膜３に流路パターン３ａと吐出口パターン３ｂを形成する。
【００２７】
その後、図２（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板１の上面およびレジスト膜３の上にＴａ膜５を５００〜１０００Åの厚さにスパッタリングし、さらにその上にＣｕ膜６を５００Åの厚さにスパッタリングして、シード層を形成する。
【００２８】
次に、図２（ｅ）に示すように、Ｔａ膜５とＣｕ膜６とからなるシード層の上に、インク流路形成部材としてのＣｕ膜１０を電解めっきにより形成する。
【００２９】
その後、図２（ｆ）に示すように、吐出口パターン３ｂの上面のＴａ膜５が露出するまでＣＭＰ（化学機械研磨）を行い、吐出口パターン３ｂの上面のＴａ膜５が露出した後に、Ｃｕ膜１０上にＮｉめっき８とＡｕめっき９をこの順に重ねて形成する。これらのめっきは、電解めっきまたは無電解めっきのどちらであってもよい。いずれにしても、Ｎｉめっき８の上にＡｕめっき９を形成してＡｕめっき９を最終面（最上面）とすることで、インクによってＣｕ膜１０が腐蝕することを防止できる。さらに、吐出口パターン３ｂの上面のＴａ膜５を除去して吐出口パターン３ｂの一部を露出させた後、電着成膜によりＡｕめっき９の表面に撥水膜（不図示）を形成する。
【００３０】
次に、図２（ｇ）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。
【００３１】
次に、図２（ｈ）に示すように、吐出口１４および貫通孔１３からレジスト３を除去液で溶解させて溶出させ、Ｃｕ膜１０内にインク流路と吐出口を形成する。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。
【００３２】
本実施形態では、吐出口１４とインク流路１７を形成する母材としてＣｕ膜１０を用いているが、Ｃｕ膜１０は樹脂と比較して硬いため変形が起きにくい。さらに、Ｃｕ膜１０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、めっきによって形成されたＣｕ膜１０の残留応力は一般に小さいので、Ｃｕ膜１０の残留応力によってＳｉ基板１に生じうる反り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。さらに、Ｃｕ膜１０のインクに接する全ての面が、Ｃｕよりもインクによって腐食し難い材料であるＴａ膜５またはＡｕめっき９で保護されているので、Ｃｕ膜１０はインクによる腐食が生じない。
【００３３】
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。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、犠牲膜にＳｉを用い、インク流路形成部材の材料にＮｉ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。
【００３５】
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、インク流路形成部材の材料にＮｉが用いられ、貫通孔１３の形状が図１に示したインクジェット記録ヘッドと異なる以外は第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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
なお、本実施形態においても、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。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１の上面の２列の電気熱変換素子７の間に、深さ１００〜２００μｍの溝１６をリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によって形成する。その後、その溝１６の部分に、ＳｉＣ膜（不図示）を３０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ等によって成膜する。
【００４０】
次に、Ｓｉ基板１の上面にＴａ膜（不図示）を２０００〜３０００Åの厚さに成膜し、さらに、図４（ｃ）に示すように、溝１６を塞ぐようにＳｉ基板１の上面にレジスト膜３を塗布した後にこれを露光および現像して流路パターンを形成する。さらに、パターニングされたレジスト膜３の上にレジスト４を塗布し、これを露光および現像して吐出口パターンを形成する。
【００４１】
その後、図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板１の上面およびレジスト３，４の上にＴａ膜５を５００〜１０００Åの厚さにスパッタリングし、さらにその上にＮｉ膜２０を５００Åの厚さにスパッタリングして、シード層を形成する。
【００４２】
次に、図４（ｅ）に示すように、Ｔａ膜５とＮｉ膜２０とからなるシード層の上に、インク流路形成部材としてのＮｉ膜１１を電解めっきにより形成する。
【００４３】
次に、図４（ｆ）に示すように、吐出口パターン４の上面のＴａ膜５が露出するまでＣＭＰ（化学機械研磨）を行い、吐出口パターン４の上面のＴａ膜５が露出した後に、Ｎｉ膜１１上にＮｉめっき８とＡｕめっき９をこの順に重ねて形成する。これらのめっきは、電解めっきまたは無電解めっきのどちらであってもよい。いずれにしても、Ｎｉめっき８の上にＡｕめっき９を形成してＡｕめっき９を最終面（最上面）とすることで、インクによってＮｉ膜１１が腐蝕することを防止できる。さらに、吐出口パターン４の上面のＴａ膜５を除去して吐出口パターンの一部を露出させた後に、電着成膜によりＡｕめっき９の表面に撥水膜（不図示）を形成する。
【００４４】
最後に、図４（ｇ）に示すように、Ｓｉ基板１の下面側を溝１６が貫通するまで研削し、吐出口１４および貫通孔１３からレジスト３，４を除去液で溶解させて溶出させ、Ｎｉ膜１１内にインク流路と吐出口を形成する。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。
【００４５】
本実施形態では、吐出口１４とインク流路１７を形成する母材として、樹脂よりも硬く変形が起きにくいＮｉ膜１１を用いている。さらに、Ｎｉ膜１１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、めっきによって形成されたＮｉ膜１１の残留応力は一般に小さいので、Ｎｉ膜１１の残留応力によってＳｉ基板１に生じうる反り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。さらに、Ｎｉ膜１１のインクに接する全ての面が、Ｎｉよりもインクによって腐食し難い材料であるＴａ膜５またはＡｕめっき９で保護されているので、Ｎｉ膜１１はインクによる腐食が生じない。
【００４６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】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。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る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３】本発明の第２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。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    Ｓｉ基板
２    ＳｉＯ2膜
３，４    レジスト膜
３ａ    流路パターン
３ｂ    吐出口パターン
５    Ｔａ膜
６，１０    Ｃｕ膜
７    電気熱変換素子
８    Ｎｉめっき
９    Ａｕめっき
１１，２０    Ｎｉ膜
１２    開口
１３    貫通孔
１４    吐出口
１６    溝
１７    インク流路
【図１】
2005231115.tif 000003
【図２】
2005231115.tif 000004
【図３】
2005231115.tif 000005
【図４】
2005231115.tif 000006