(57)【要約】【課題】吐出口形成部材の寸法精度を確保しつつ、吐出口形成部材の吐出口形成面の凹凸を低減する。【解決手段】液体に当該液体を吐出するためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子２が形成された基板１の表面１ａ上に、エネルギー発生素子２と対向して位置する型材３と、基板１の表面１ａと平行方向において型材３と間隔をおいて位置し、かつ基板１の表面１ａからの高さが型材３の上面よりも高い位置に上面を有する検知層４と、を形成する工程と、型材３を覆う第１の部分５１と検知層４を覆う第２の部分５２とを有する無機材料からなる被覆層５を形成する工程と、被覆層５の第１の部分５１及び第２の部分５２を研磨し、検知層４を露出させる工程と、研磨された被覆層５の第１の部分５１に液体が吐出する吐出口８を形成する工程と、型材３を除去する工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に該液体を吐出するためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子が形成された基板の表面上に、前記エネルギー発生素子と対向して位置する型材と、前記基板の表面と平行方向において前記型材と間隔をおいて位置し、かつ前記基板の表面からの高さが前記型材の上面よりも高い位置に上面を有する検知層と、を形成する工程と、
前記型材を覆う第１の部分と前記検知層を覆う第２の部分とを有する無機材料からなる被覆層を形成する工程と、
前記被覆層の前記第１の部分及び前記第２の部分を研磨し、前記検知層を露出させる工程と、
研磨された被覆層の前記第１の部分に液体が吐出する吐出口を形成する工程と、
前記型材を除去する工程と、を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記基板は、前記表面上に、前記エネルギー発生素子と電気的に接続されたパッドを有し、前記検知層は前記パッドを覆うように形成され、
前記研磨の後に、前記検知層を全て除去する、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記基板は、前記表面上に、前記エネルギー発生素子と電気的に接続されたパッドを有し、前記検知層は前記パッドを覆うように形成され、
前記研磨の後に、前記パッドが露出するように前記検知層の一部を除去する、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記検知層は前記パッドを覆う部分だけを除去する、請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記検知層は金属で形成されている、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の製造方法。
【請求項６】
前記型材と前記検知層は同一の材料から形成されている、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の製造方法。
【請求項７】
前記型材の前記上面と前記検知層の前記上面の前記基板の表面からの高さの差は、前記吐出口形成部材の天板の厚さに等しい、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の製造方法。
【請求項８】
前記検知層を形成する工程は、前記基板に、前記型材の前記上面と前記基板の表面から同じ高さに上面を有する第１の層を形成する工程と、前記第１の層に第２の層を形成する工程と、を有する、請求項１から７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９】
前記型材と前記第１の層は同一の材料からなる、請求項８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、液体吐出ヘッドの製造方法に関し、特に無機材料からなる吐出口形成部材を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板と、基板の上に設けられ、液体が吐出される吐出口が形成された吐出口形成部材と、を備えた液体吐出ヘッドが公知である。吐出口形成部材は一般に樹脂材料で形成される。樹脂材料で形成された吐出口形成部材は、無機材料で形成される基板との線膨張率の違いにより基板との界面で剥がれやすく、また、樹脂が水分を吸収し、膨潤することで寸法精度が低下する、という問題が指摘されている（特許文献１）。この問題を解決するため、吐出口形成部材を無機材料で形成することがある（特許文献１，２）。
【０００３】
無機材料からなる吐出口形成部材の形成方法は特許文献２に記載されている。まず、基板上の発泡室が形成される領域に型材が配置される。次に、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ: Chemical Vapor Deposition）により、型材を覆うように無機材料層が積層される。次に、無機材料層に吐出口が形成される。その後、型材が除去され、吐出口形成部材が形成される。
【０００４】
しかしながら、ＣＶＤの性質上、無機材料層は無機材料層が形成される面の形状に沿うように（コンフォーマルに）形成されるため、当該面の三次元的な凹凸が無機材料層にそのまま転写される。その結果、吐出口形成部材の表面に凹部が形成される。特に、隣り合う発泡室を区切る壁により形成される凹部は、吐出口に対してかなり近接した位置に形成される。
凹部は、液体の吐出の際に発生する微小な液粒子が蓄積され、液溜まりとなる可能性がある。この液溜まりは徐々に成長し、吐出口の近傍にまで達することがある。結果として、吐出する液体が液溜まりに接触し、吐出方向が偏り、印字品位の劣化を招くことがある。また、吐出口形成部材の表面をワイピング等により清浄化し、液溜まりを除去する場合においても、凹部にワイピンブブレードが効率的に接触せず、液溜まりの除去が困難となることがある。
特許文献１には、凹部を残存させないために、凹部にメッキ膜を形成する方法が記載されている。発泡室の間にアルミニウムの膜がめっきにより充填され、吐出口形成部材の表面が平坦化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４４８７８号公報
【特許文献２】米国特許第７６００８５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された方法はメッキの形成に時間がかかり、かつ、設備投資が莫大となるため、製造コストが増加する可能性がある。
凹部に有機樹脂を充填することも考えられるが、有機樹脂がインクなどで膨潤し、吐出口形成部材から剥離して液体吐出ヘッドの印字品位に影響を及ぼすおそれがある。
吐出口形成部材を最終寸法よりも厚く形成し、研磨によって凹部を除去することも考えられるが、吐出口形成部材の所望の寸法精度が得られるように研磨を制御することは困難である。
【０００７】
本発明は、吐出口形成部材の寸法精度を確保しつつ、吐出口形成部材の表面の凹凸を低減することのできる液体吐出ヘッド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】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体に当該液体を吐出するためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子が形成された基板の表面上に、エネルギー発生素子と対向して位置する型材と、基板の表面と平行方向において型材と間隔をおいて位置し、かつ基板の表面からの高さが型材の上面よりも高い位置に上面を有する検知層と、を形成する工程と、型材を覆う第１の部分と検知層を覆う第２の部分とを有する無機材料からなる被覆層を形成する工程と、被覆層の第１の部分及び第２の部分を研磨し、検知層を露出させる工程と、研磨された被覆層の第１の部分に液体が吐出する吐出口を形成する工程と、型材を除去する工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吐出口形成部材の寸法精度を確保しつつ、吐出口形成部材の表面の凹凸を低減することのできる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す概念図である。
【図２】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す概念図である。
【図３】第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す概念図である。
【図４】本発明により製造される液体吐出ヘッドの模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態はインクジェットプリンタのインク吐出ヘッドを対象とするが、本発明はインク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドにも適用することできる。
【００１２】
図４は、本発明により製造される液体吐出ヘッドの斜視図である。液体吐出ヘッド２０は基板１と、基板１の表面上に設けられた吐出口形成部材６と、を有している。基板１には、インクに、インクを吐出するためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子２と、エネルギー発生素子２の駆動回路（図示せず）と、が形成されている。エネルギー発生素子２は、発熱抵抗体に電気を通して発熱させるヒータータイプが適用可能である。エネルギー発生素子２として、電気を発泡エネルギーに変換可能な他の素子も適用可能である。エネルギー発生素子２と駆動回路は、基板１に設けられた不図示の電気配線によって接続されている。基板１は、駆動回路や電気配線の形成が容易なシリコン単結晶基板であることが好ましい。基板１の吐出口形成部材６が設けられていない端部にはパッド７が設けられている。パッド７は、液体吐出ヘッド２０の外部から、エネルギー発生素子２に駆動電圧を供給し、駆動回路に駆動信号を供給する。パッド７は、基板１のエネルギー発生素子２が形成された側の面に形成されている。
【００１３】
吐出口形成部材６は天板６ａと側壁６ｂを備え、基板１とともに発泡室９を形成する。発泡室９は各エネルギー発生素子２に対応して設けられている。天板６ａにはインクを吐出する吐出口８が、各発泡室９及びエネルギー発生素子２に対応して設けられている。インクは基板１に設けられたインク供給路１４から発泡室９に導入され、エネルギー発生素子２で加熱される。加熱されたインクは微小な液滴となって吐出口８から吐出し、記録媒体に所定の画像を形成する。
後述するように、本発明によれば、吐出口形成部材６の天板６ａの記録媒体と対向する表面（以下、吐出口形成面６ｃという）は凹凸が少なく、概ね平坦に形成される。従って、天板６ａの吐出口形成面６ｃに液溜まりが発生しにくく、印字品位の劣化を抑制することができる。
【００１４】
（第１の実施例）
図１は、図４のＡ−Ａ線に沿った液体吐出ヘッドの模式的断面図であり、製造方法を工程順に示している。以下、第１の実施例による液体吐出ヘッドの製造方法を、図１（ａ）〜（ｆ）に示す工程図を参照して説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、液体吐出ヘッドの基板１を用意する。基板１は厚さ７２５μｍで、インゴットの引き出し方位が＜１００＞のシリコン単結晶基板である。基板１の表面１ａ上には、複数のエネルギー発生素子２と、それを駆動するための駆動回路（不図示）と、駆動回路及びエネルギー発生素子２と電気的に接続された複数のパッド７と、が形成されている。
【００１５】
次に、図１（ｂ）に示すように、発泡室９となる領域、すなわち基板１上のエネルギー発生素子２と対向する位置に、後に除去可能な型材３を形成する。さらに、基板１上の発泡室９となる領域とは別の領域に、基板１の表面１ａと平行方向において型材３と間隔をおいて、後に除去可能な検知層４を形成する。検知層４は、後述する研磨の際に研磨の終点を検出するために設けられる。パッド７は検知層４で覆われる。
検知層４は後述する吐出口形成部材６の天板６ａの厚さを規定する際に重要である。具体的には、型材３の上面３ａと検知層４の上面４ａの基板１の表面１ａからの高さの差は吐出口形成部材６の天板６ａの厚さに等しくなる。このため、検知層４は型材３より高く形成され、検知層４の上面４ａは型材３の上面３ａよりも高い位置にある。尚、本発明でいう高さとは、基板１のエネルギー発生素子２が形成されている側の表面１ａからの垂直方向の高さである。
【００１６】
型材３の材料は、周辺の構造物の材質を考慮して選択される。本実施例では吐出口形成部材６が無機材料よりなるため、型材３の材料は有機樹脂材料または金属材料より選択される。有機樹脂材料としては、耐熱性を考慮してポリイミドを好適に用いることができる。金属材料としては、除去性を考慮し、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を好適に用いることができる。検知層４は型材３と同一の材料から形成される。
【００１７】
型材３と検知層４が金属材料からなる場合、型材３と検知層４はスパッタリング等の物理的気相蒸着法（ＰＶＤ: Physical Vapor Deposition）で形成することができる。金属材料のパターニングは、フォトレジストでマスクを形成し、選択した金属材料に対応したガスを用いたＲＩＥを行うことで実施することができる。金属材料がたとえばアルミニウムである場合、エッチングガスには塩素が適用可能である。具体的には、アルミニウム膜をＰＶＤによって厚さ７μｍで形成し、フォトレジストでマスクを形成した後、上述のパターニングを行うことで、検知層４を形成することができる。その後、フォトレジストを剥離する。次に、アルミニウム膜をＰＶＤによって厚さ５μｍで形成し、フォトレジストでマスクを形成した後、上述のパターニングを行うことで、型材３を形成することができる。その後、フォトレジストを剥離する。
【００１８】
型材３と検知層４が有機樹脂材料からなる場合、型材３と検知層４はスピンコートなどの一般的な塗布技術を用いて形成することができる。感光性を有する型材３に対しては、露光現像でパターニングが可能である。非感光性の型材３に対しては、型材３にフォトレジスト等でマスクを形成し、酸素ガスを主体とした反応性イオンエッチング（ＲＩＥ: Reactive Ion Etching）を行うことでパターニングが可能である。
【００１９】
続いて、図１（ｃ）に示すように、基板１と型材３と検知層４を覆う無機材料からなる被覆層５を形成する。以降の説明において、被覆層５のうち、型材３を覆う部分を第１の部分５１といい、検知層４を覆う部分を第２の部分５２という。被覆層５の材料としては、酸素、窒素、炭素のいずれか一つ以上と、シリコンと、よりなる化合物を用いることができる。被覆層５の形成方法としてはＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced CVD）が好適に用いられる。本実施例では、ＳｉＮからなる被覆層５を、ＰＥＣＶＤにより１０μｍ厚さで形成している。被覆層５の一部は吐出口形成部材６を形成する。被覆層５は型材３と検知層４の形状に沿って形成されるため、上面に凹凸が生じる。最終的に形成される吐出口形成部材６の吐出口形成面６ｃに凹部ができないようにするため、凹部５ａの底面が検知層４の上面４ａより高くなっている必要がある。従って、被覆層５の厚さは型材３や検知層４の厚さのおよそ２倍であることが望ましい。
【００２０】
次に、図１（ｄ）に示すように、被覆層５の第１の部分５１と第２の部分５２を研磨し、検知層４の上の第２の部分５２を除去し、検知層４を露出させる。この結果、被覆層５の上面５ｂは検知層４の上面４ａと同じ高さに揃えられ、または同一面内に位置する。被覆層５の研磨方法としては、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を好適に用いることができる。研磨が進行し、研磨装置の研磨パッドが検知層４に達すると被覆層５と検知層４の選択比の違いにより、単位時間の研磨量（研磨レート）が変化する。上述のように検知層４は樹脂材料やアルミニウム等で形成されるため、無機材料で形成される被覆層５と比べて研磨レートが大きい。従って、研磨レートが大きくなった時点で検知層４が露出し、第２の部分５２が除去されたと判断することができる。本実施例では、吐出口形成部材６の天板６ａを設計目標の２μｍ厚さで形成することができた。
【００２１】
次に、図１（ｅ）に示すように、研磨された被覆層５の第１の部分５１にインクが吐出する吐出口８を形成する。具体的には、被覆層５の第１の部分５１にフォトレジストによりマスクを形成し、フッ素を主体としたＲＩＥで、被覆層５の第１の部分５１のマスクで覆われていない部分を除去する。その後、フォトレジストを剥離する。フォトレジストは液状の原料物質をスピンコートによりウェハに塗布し、ベークすることで形成される。塗布面に凹部が形成されている場合、凹部より形成される段差を吸収し平坦な面を形成するために、フォトレジストを厚く形成する必要がある。厚いフォトレジストは露光の際のフォトレジストの断面パターニングプロファイルを悪化させ、エッチング精度を低下させることがある。本発明では吐出口形成部材６の天板６ａの上面（吐出口形成面６ｃ）が平坦であり、フォトレジストを厚く形成する必要がないため、吐出口８の寸法精度を向上させることができる。
【００２２】
次に、吐出口形成部材６を保護するための保護層を形成したのち、基板１の吐出口形成部材６が形成されていない側の面より、発泡室９へインクを供給するための液体供給口を形成する（不図示）。
最後に、図１（ｆ）に示すように、型材３と検知層４を除去し発泡室９を形成することで、吐出口形成部材６が完成する。本実施例では型材３と検知層４が全て除去され、パッド７は露出される。
【００２３】
型材３と検知層４が金属材料である場合、その金属材料を溶解可能なエッチング液を用いたウェットエッチングで、型材３と検知層４を除去することができる。金属材料がたとえばアルミニウムの場合、リン酸を主成分としたエッチング液が好適に用いられる。型材３と検知層４が有機樹脂材料である場合、吐出口８を形成するマスクまたは、埋め込み材を保護するマスクを形成し、酸素を主体としたＣＤＥ（Chemical Dry Etching）で型材３と検知層４を除去することができる。
【００２４】
以上の工程により、吐出口形成部材６が無機材料で形成され天板６ａの上面（吐出口形成面６ｃ）の凹凸が軽減された液体吐出ヘッド２０の製造が可能となる。従って、天板６ａの吐出口形成面６ｃに液溜まりが生じにくくなり、印字品位の劣化を抑制することができる。
この液体吐出ヘッド２０の印字評価を実施したところ、吐出の際に発生するミストによる液溜まりが形成されず、印字品位の劣化が抑制された。また、吐出口形成部材６をブレードで効率的にワイピングすることが可能であり、印字品位の回復性能も良好であった。
【００２５】
（第２の実施例）
第２の実施例は最後の工程だけが第１の実施例と異なる。すなわち、第２の実施例においては、図１（ａ）〜（ｅ）に示す工程が第１の実施例と同様に実施され、図１（ｆ）の工程だけが第１の実施例と異なる。なお、本実施例では、検知層４はアルミニウムで形成されるが、他の導電性の物質で形成することもできる。
【００２６】
図１（ａ）〜（ｅ）に示す工程が実施された後、図２（ｆ）に示すように、リン酸を主体としたエッチング液により型材３を除去し、発泡室９を形成する。同時にパッド７の上部の検知層４を除去する。本実施例では、検知層４のパッド７を覆う部分だけが除去されるが、パッド７が露出する限り、検知層４の任意の一部を除去し、または任意の一部を残存させることができる。残存した検知層４は帯電防止部１０となる。すなわち、製造過程で発生し得る静電気が吐出口８から発泡室９の内部に侵入して、エネルギー発生素子２の静電破壊を引き起こす場合がある。導電性の検知層４は、検知層４と接している基板１に静電気を誘導し、静電気が発泡室９に侵入しにくくするため、上述の静電破壊を防止するのに有効である。
この液体吐出ヘッド２０の印字評価を実施したところ、吐出の際に発生するミストによる液溜まりが形成されず、印字品位の劣化が抑制された。また、吐出口形成部材６をブレードで効率的にワイピングすることが可能で、印字品位の回復性能も良好であった。
【００２７】
（第３の実施例）
以下、第３の実施例による液体吐出ヘッドの製造方法を、図３（ａ）〜（ｈ）に示す工程図を参照して説明する。本実施形態では、検知層４が第１の層４１と、第１の層４１の上に形成された第２の層４２と、から構成されている。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、液体吐出ヘッドの基板１を用意する。基板１は厚さ７２５μｍで、インゴットの引き出し方位が＜１００＞のシリコン単結晶基板である。基板１には、複数のエネルギー発生素子２と、それを駆動するための駆動回路（不図示）と、駆動回路及びエネルギー発生素子２と電気的に接続された複数のパッド７と、が形成されている。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１上に層１１と層１２を順番に形成する。層１１は型材３及び検知層４の第１の層４１となる層である。層１２は検知層４の第２の層４２となる層である。層１１はアルミニウムから形成され、ＰＶＤによって５μｍ厚さで形成される。層１２はＳｉＮから形成され、ＰＥＣＶＤによって、吐出口形成部材６の天板６ａと同じ２μｍ厚さで形成される。
【００３０】
次に図３（ｃ）に示すように、層１２の表面にフォトレジストでマスクを形成し、フッ素を主体としたＲＩＥで層１２のパターニングを行う。これによって、検知層４の第２の層４２が形成される。パターニング後にフォトレジストを剥離する。
【００３１】
次に図３（ｄ）に示すように、層１１の表面にフォトレジストでマスクを形成し、塩素を主体としたＲＩＥで層１１のパターニングを行う。これによって、複数の型材３が形成されるとともに、検知層４の第１の層４１が型材３から分離される。パターニング後にフォトレジストを剥離する。層１１を形成しパターニングすることで、型材３と検知層４の第１の層４１を同時に作成することができる。このため本実施形態では、検知層４の第１の層４１と型材３は同一の材料から形成され、同一の膜厚を有している。第１の層４１の上面４１ａは型材３の上面３ａと同じ高さに位置している。また、第２の層４２の厚さは吐出口形成部材６の天板６ａの厚さを規定する。
【００３２】
続いて、図３（ｅ）に示すように、基板１と型材３と検知層４を覆う無機材料からなる被覆層５を形成する。第１の実施例と同様の理由により、被覆層５の厚さは型材３や検知層４（第１の層４１と第２の層４２の全体）の厚さのおよそ２倍であることが望ましい。被覆層５はＳｉＯＮから形成され、ＰＥＣＶＤにより厚さ１０μｍで形成される。
【００３３】
次に、図３（ｆ）に示すように、検知層４の第２の層４２が露出し、第２の部分５２が除去されるまで被覆層５を研磨する。この結果、被覆層５の上面５ｂは検知層４の第２の層４２の上面４２ａと同じ高さに揃えられ、ないしは同一面内に位置する。被覆層５の研磨はＣＭＰで行い、第２の層４２と被覆層５の選択比の違いにより研磨の終点が検知される。その後研磨を終了する。本実施例では、吐出口形成部材６の天板６ａを設計目標の２μｍ厚さで形成することができた。
【００３４】
次に、図３（ｇ）に示すように、研磨された被覆層５の第１の部分５１にインクが吐出する吐出口８を形成する。具体的には、被覆層５の第１の部分５１にフォトレジストによりマスクを形成し、フッ素を主体としたＲＩＥで、被覆層５の第１の部分５１の一部と検知層４の第２の層４２を除去する。その後フォトレジストを剥離する。
次に、吐出口形成部材６を保護するための保護層を形成したのち、基板１の吐出口形成部材６が形成されていない側の面より、発泡室９へインクを供給するための液体供給口を形成する（不図示）。
【００３５】
最後に、図３（ｈ）に示すように、リン酸を主体としたエッチング液によりアルミニウムよりなる型材３を除去し発泡室９を形成する。同時にアルミニウムよりなる検知層４の第１の層４１を除去し、パッド７を露出させる。
本実施形態では検知層４が第１の層４１と第２の層４２を有しているため、第１の層４１を型材３と同時に作成することができる。また、第２の層４２の材料を研磨の終点検出に適した材料から選択することができる
この液体吐出ヘッド２０の印字評価を実施したところ、吐出の際に発生するミストによる液溜まりが形成されず、印字品位の劣化が抑制された。また、吐出口形成部材６をブレードで効率的にワイピングすることが可能で、印字品位の回復性能も良好であった。
【符号の説明】
【００３６】
１  基板
２  エネルギー発生素子
３  型材
４  検知層
５  被覆層
５１  第１の部分
５２  第２の部分
６  吐出口形成部材
８  吐出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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