(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にノズル板を形成する段階と、
前記ノズル板上に環状のヒーターを形成する段階と、
前記基板をエッチングしてインクを供給するマニホルドを形成する段階と、
前記ノズル板上に前記ヒーターと電気的に接続される電極を形成する段階と、
前記ヒーターの内側に前記ヒーターよりも小さい直径で前記ノズル板をエッチングしてインクの吐出がなされるノズルを形成する段階と、
前記ヒーターの外側から前記マニホルド側に前記ノズル板をエッチングして前記基板を露出させるインクチャンネル形成用溝を形成する段階と、
前記ノズルにより露出された前記基板をエッチングして、前記ヒーターよりも大きい直径を有し、実質的に半球状のインクチャンバを形成する段階と、
前記インクチャンネル形成用溝により露出された前記基板を等方性エッチングして前記インクチャンバと前記マニホルドとを連結させるインクチャンネルを形成する段階と、
前記ノズル板上に所定の第１物質膜を形成して前記インクチャンネル形成用溝を閉塞する段階とを具備することを特徴とする半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記第１物質膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記第１物質膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記第１物質膜の厚さは、前記インクチャンネル形成用溝の幅の半分以上であることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記第１物質膜は、化学気相蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記第１物質膜は、前記インクチャンネル形成用溝の周りだけに形成されることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記インクチャンバを形成する段階及び前記インクチャンネルを形成する段階は、同時に行われることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記インクチャンバを形成する段階は、前記ノズルにより露出された前記基板を等方性エッチングして行われることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記インクチャンバを形成する段階は、前記ノズルにより露出された前記基板を所定深さで異方性エッチングした後に前記基板を等方性エッチングして行われることを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記インクチャンバを形成する段階は、
前記ノズルにより露出された前記基板を異方性エッチングして所定深さのホールを形成する段階と、
前記異方性エッチングされた基板の全面に所定の第２物質膜を所定厚さで蒸着する段階と、
前記第２物質膜を異方性エッチングして前記ホールの底面を露出させると同時に、前記ホールの側壁に前記第２物質膜のスぺーサを形成する段階と、
前記ホールの底面に露出された前記基板を等方性エッチングする段階とを具備することを特徴とする請求項１に記載の半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリントヘッドの製造方法に係り、より詳細には、半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの小滴を記録用紙上の所望の位置に吐き出して所定の色合いの画像を形成する装置である。このようなインクジェットプリンタのインク吐出方式は、熱源を用いてインクにバブルを生じ、この力によりインクを吐き出す電気−熱変換方式（electro-thermal transducer、バブルジェット（登録商標）方式）と、圧電体を用い、圧電体の変形により生じるインクの体積変化によりインクを吐き出す電気−機械変換方式（electro-mechanical transducer）とに大別できる。
【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂは、従来のバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドの一例を示したものである。より詳細には、図１Ａは、米国特許第４８８２５９５号に開示されたインク吐出部の構造を示した切開斜視図であり、図１Ｂは、そのインク液滴の吐出過程を説明するための断面図である。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、従来のバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドは、基板１０と、その基板１０上に設けられてインク１９が満たされるインクチャンバ１３を形成する隔壁部材１２と、インクチャンバ１３内に設けられるヒーター１４と、インク液滴１９’が吐き出されるノズル１６が形成されたノズル板１１とを含んでいる。前記インクチャンバ１３内にはインクチャンネル１５を通じてインク１９が満たされ、インクチャンバ１３につながっているノズル１６内にも毛細管現象によりインク１９が満たされる。このような構成において、ヒーター１４に電流が印加されてヒーター１４で熱が生じれば、チャンバ１３内に満たされたインク１９内にバブル１８が生成されて膨脹され続く。このようなバブル１８の膨脹によりチャンバ１３内に満たされたインク１９には圧力が加えられ、これにより、インク液滴１９’がノズル１６を通じて外部に吐き出される。次に、チャンバ１３内にはインクチャンネル１５を通じてインク１９が再び満たされる。
【０００５】
ところで、このようなバブルジェット（登録商標）方式のインク吐出部を有するインクジェットプリントヘッドは、下記のような要件を満足しなければならない。
第一に、できる限りその製造が簡単であり、製造コストが安いほか、量産が可能でなければならない。
第二に、鮮明な画質を得るためには、吐き出される主液滴に続く微細な副液滴の生成ができる限り抑えられなければならない。
【０００６】
第三に、いずれかのノズルからインクを吐き出したり、あるいはインクの吐き出し後にインクチャンバ内にインクが再び満たされる時、インクを吐き出しない隣接したノズルとの干渉ができる限り抑えられなければならない。すなわち、インクの吐き出し時にノズルの反対方向にインクが逆流する現象が抑えられなければならない。
【０００７】
第四に、高速のプリントのためには、できる限りインクの吐き出し後に再び満たされる周期が短くなければならない。すなわち、駆動周波数が高くなければならない。
【０００８】
ところが、これらの要件は相反する場合が多く、さらに、インクジェットプリントヘッドの性能は結局、インクチャンバ、インクチャンネル及びヒーターの構造、バブルの生成及び膨脹の形態及び各要素の相対的な大きさと密接な関連がある。
【０００９】
したがって、前述した米国特許第４８８２５９５号のほかに、米国特許第４３３９７６２号、米国特許第５７６０８０４号、米国特許第４８４７６３０号、米国特許第５８５０２４１号、ヨーロッパ特許第３１７１７１号及びFan-Gang Tseng, Chang-Jin Kim、and Chih-Ming Ho、“A Novel Microinjector with Virtual Chamber Neck”、IEEE MEMS ’98、 pp.57-62など様々な構造のインクジェットプリントヘッドが提案されている。しかし、これら特許や文献に開示された構造のインクジェットプリントヘッドは前述した要件の一部は満足するかもしれないが、全体的に満足できるような水準のものではない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、前述した要件を満足できるように半球状のインクチャンバを有し、インクチャンバ、インクチャンネル、ノズル及びヒーターなどの構成要素が基板と一体的に形成されたインクジェットプリントヘッドを製造する方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、基板の表面にノズル板を形成する段階と、前記ノズル板上に環状のヒーターを形成する段階と、前記基板をエッチングしてインクを供給するマニホルド(manifold)を形成する段階と、前記ノズル板上に前記ヒーターと電気的に接続される電極を形成する段階と、前記ヒーターの内側に前記ヒーターよりも小さい直径で前記ノズル板をエッチングしてインクの吐出がなされるノズルを形成する段階と、前記ヒーターの外側から前記マニホルド側に前記ノズル板をエッチングして前記基板を露出させるインクチャンネル形成用溝を形成する段階と、前記ノズルにより露出された前記基板をエッチングして、前記ヒーターよりも大きい直径を有し、実質的に半球状のインクチャンバを形成する段階と、前記インクチャンネル形成用溝により露出された前記基板を等方性エッチングして前記インクチャンバと前記マニホルドとを連結させるインクチャンネルを形成する段階と、前記ノズル板上に所定の第１物質膜を形成して前記インクチャンネル形成用溝を閉塞する段階とを具備する半球状のインクチャンバを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法を提供する。
【００１２】
ここで、望ましくは、前記第１物質膜は、化学気相蒸着法により形成されるシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜である。そして、望ましくは、前記第１物質膜の厚さは、前記インクチャンネル形成用溝の幅の半分以上である。
【００１３】
本発明の製造方法によれば、インクチャンバとインクチャンネル及びインク供給マニホルドが基板内に一体的に形成され、ノズル板及びヒーターなどが基板上に一体的に形成されるので、その製造方法が簡単であり、プリントヘッドをチップ単位で量産できるようになる。特に、インクチャンネル形成用溝が第１物質膜により閉塞されるので、これを通じてインクが漏れるという問題が解消される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。しかし、後述する実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をこの技術分野において通常の知識を有した者に十分に説明するために提供されるものである。図中、同一の参照符号は同一の構成要素を表わし、各構成要素の大きさは説明の明瞭性及び便宜のために誇張されている。また、ある層が基板や他の層上に存在すると説明される時、その層は基板や他の層に直接的に接触して存在することもあれば、それらの間に第３の層が介在されることもある。
【００１５】
図２は、本発明の製造方法により製造されるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。
【００１６】
図２を参照すれば、前記プリントヘッドには、インク供給マニホルド１１２（点線にて表示）を中心として左右にインク吐出部１００が２列に亘って交互に配されており、各インク吐出部１００と電気的に接続され、ワイヤーがボンディングされるボンディングパッド１０２が配されている。また、マニホルド１１２は、インクが入れられているインクコンテナ（図示せず）と連結される。一方、図中にはインク吐出部１００が２列に配されていると示されているが、これに限定されず、１列に配されることもでき、解像度をさらに高めるために３列以上に配されることもできる。また、マニホルド１１２は、インク吐出部１００の各列ごとに一つずつ形成されることもできる。さらに、図中には一つの色合いのインクだけを用いるプリントヘッドが示されているが、これに限定されず、カラー印刷のために各色合い別に３または４群のインク吐出部が配されることもできる。
【００１７】
図３は、図２に示されたインク吐出部を拡大して示した平面図であり、図４Ａないし図４Ｃは各々、図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿って切り取ったインク吐出部の垂直構造を示した断面図である。
【００１８】
図３及び図４Ａないし図４Ｃを参照すれば、インク吐出部１００の基板１１０には、その表面側に略半球状に形成されてインクが満たされるインクチャンバ１１４と、インクチャンバ１１４よりも浅く形成されてインクチャンバ１１４にインクを供給するインクチャンネル１１６とが設けられる。また、その背面側には、インクチャンネル１１６と出合ってインクチャンネル１１６にインクを供給するマニホルド１１２が形成されている。また、インクチャンバ１１４とインクチャンネル１１６とが出合う地点には、バブルが膨脹する時にバブルがインクチャンネル１１６側に押し出されることを防止するためのバブル係止爪１１８が形成されている。ここで、望ましくは、基板１１０は集積回路の製造に汎用されるシリコン基板である。
【００１９】
基板１１０の表面にはノズル１２２が形成されたノズル板１２０が形成されて、インクチャンバ１１４の上部壁をなす。ノズル板１２０は、基板１１０がシリコン基板である場合、シリコン基板１１０を酸化させて形成されたシリコン酸化膜から形成されるか、あるいは基板１１０上に蒸着されたシリコン窒化膜などの絶縁膜から形成される。そして、ノズル板１２０にはインクチャンネル１１６を形成するためのインクチャンネル形成用溝１２４が形成されるが、このインクチャンネル形成用溝１２４は、後述するように、これを通じてインクが漏れることを防止するためにシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜により閉塞される。
【００２０】
ノズル板１２０上にはノズル１２２を取り囲む環状のバブル生成用ヒーター１３０が形成され、このヒーター１３０は、不純物がドーピングされたポリシリコンなどの抵抗発熱体よりなる。そして、ヒーター１３０には、パルス相電流を印加するために、通常金属よりなる電極１５０が接続される。
【００２１】
図５は、インク吐出部の変形例を示した平面図であり、図６Ａ及び図６Ｂは各々図５のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線に沿って切り取ったインク吐出部の垂直構造を示した断面図である。
【００２２】
図５と図６Ａ及び６Ｂを参照すれば、この実施形態のインク吐出部１００’のヒーター１３０’は略オメガ状を有し、電極１５０はヒーター１３０’の両端部に各々接続される。すなわち、電極の間で並列に接続される図３のヒーターとは異なって、図５に示されたヒーター１３０’は電極１５０の間で直列に接続される。
【００２３】
そして、インクチャンバ１１４’の底面は、前述した実施形態のインクチャンバ（図４Ａの１１４）と同様に略半球面をなしている。インクチャンバ１１４’の上部にはノズル１２２’の端部からインクチャンバ１１４’の内側に向かって延びる液滴ガイド２１０が形成されており、インクチャンバ１１４’の上部壁をなすノズル板１２０の下には液滴ガイド２１０の周りに残留している基板物質よりなるバブルガイド２２０が形成されている。液滴ガイド２１０及びバブルガイド２２０の機能については後述する。これらの液滴ガイド２１０及びバブルガイド２２０は、図３に示されたインク吐出部にも適用することができる。
【００２４】
一方、マニホルド１１２、インクチャンネル１１６及びバブル係止爪１１８などの形状及び配置は、図３のインク吐出部の場合と同様である。
以下、図７Ａ及び図７Ｂを参照し、図３に示されたインク吐出部のインク液滴吐出のメカニズムについて説明する。
【００２５】
まず、図７Ａを参照すれば、毛細管現象によりマニホルド１１２からインクチャンネル１１６を通じてインクチャンバ１１４の内部にインク１９０が供給される。インクチャンバ１１４の内部にインク１９０が満たされた状態で、電極１５０を通じてヒーター１３０にパルス相電流を印加すれば、ヒーター１３０で熱が生じる。この生じた熱は下のノズル板１２０を通じてインク１９０に伝えられ、これによりインク１９０が沸騰してバブル１９２が生成される。このバブル１９２はヒーター１３０の形状により、図７Ａの右側に示されたように、略ドーナツ状を呈する。
【００２６】
ドーナツ状のバブル１９２が経時的に膨脹され続き、図７Ｂに示されたように、これらのバブル１９２がノズル１２２の下で合わせられて中央部がくびれた略円盤状のバブル１９２’が形成される。同時に、この円盤状のバブル１９２’によりインクチャンバ１１４からノズル１２２を通じてインク液滴１９０’が吐き出される。
【００２７】
ヒーター１３０に印加していた電流を切れば、バブル１９２’は冷却されながら収縮されるか、あるいはその前に割れ、インクチャンバ１１４内にはインク１９０が再び満たされる。
【００２８】
前述したように、プリントヘッドのインク吐出のメカニズムによれば、ドーナツ状のバブル１９２が中央で合わせられて円盤状のバブル１９２’を形成することにより吐き出されるインク液滴１９０’の尻り（尾部）が切れることになり、その結果、前述したように微細な副液滴の生成が抑えられる。
【００２９】
また、ヒーター１３０が環状またはオメガ状であってその面積が広いので加熱及び冷却が速く、これにより、バブル１９２、１９２’の生成から消滅に至るまでの時間が速くなる結果、速い応答及び高い駆動周波数を有することができる。さらに、インクチャンバ１１４が半球状であるので、従来の直六面体またはピラミッド形状のインクチャンバに比べてバブル１９２、１９２’の膨脹経路が安定的であり、しかも、バブルの生成及び膨脹が速いので、短時間内にインクの吐出しがなされる。
【００３０】
そして、バブル１９２、１９２’の膨脹が半球状のインクチャンバ１１４の内部に限定されるのでインク１９０の逆流が抑えられ、その結果、隣接したインク吐出部との干渉が抑えられる。さらに、インクチャンネル１１６がインクチャンバ１１４よりも浅くて小さく、しかも、インクチャンバ１１４とインクチャンネル１１６とが出合う地点にはバブル係止爪１１８が形成されているので、インク及びバブル自体がインクチャンネル１１６側に押し出される現象を効率よく防止することができる。
【００３１】
図８Ａ及び図８Ｂは、図５に示されたインク吐出部からインクが吐き出されるメカニズムを説明するための図５のＤ−Ｄ線断面図である。
以下、図５のインク吐出部のインク吐出のメカニズムが図３に示されたインク吐出部のそれと異なる点だけを述べる。
【００３２】
まず、ヒーター１３０の下で生成されたバブル１９３が膨脹する時、ノズル１２２’の周りの液滴ガイド２１０によりバブル１９３がノズル１２２’の下で合わせれる確率は小さくなる。しかし、この膨脹されたバブル１９３’がノズル１２２’の下で合わせれる確率は、液滴ガイド２１０の下方への長さを調節することにより調整できる。一方、吐き出される液滴１９０’はノズル１２２’の端部から下方に延びた液滴ガイド２１０によりその吐出方向がガイドされ、その結果、液滴１９０’が基板１１０に垂直に正確に吐き出される。
【００３３】
次に、本発明のインクジェットプリントヘッドを製造する方法について説明する。
図９ないし図１７は、図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図であって、図９ないし図１６中、左側は図３のＡ−Ａ線断面図であり、右側は図３のＣ−Ｃ線断面図である。また、図１７は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３４】
まず、図９を参照すれば、この実施形態において、基板１１０としては、結晶方向が＜１００＞であり、その厚さが略５００μｍであるシリコン基板を用いる。これは、半導体素子の製造に汎用されるシリコンウェーハをそのまま用いることができるので、量産に有効であるからである。次に、シリコンウェーハを酸化炉に入れて湿式または乾式酸化を行えば、シリコン基板１１０の表面及び背面が酸化され、その結果、シリコン酸化膜１２０、１２０’が形成される。基板１１０の表面側に形成されたシリコン酸化膜１２０は、以降にノズルが形成されるノズル板となる。
【００３５】
一方、図９に示されたものはシリコンウェーハの極めて一部に過ぎず、本発明によるプリントヘッドは一枚のウェーハ上に数十ないし数百個のチップを含んで製造される。また、図９には、基板１１０の表面及び背面の両方にシリコン酸化膜１２０、１２０’が形成されていると示されているが、これは、シリコンウェーハの背面も酸化雰囲気に露出されるバッチ式酸化炉を用いたからである。しかし、ウェーハの表面だけが露出される枚葉式酸化炉を用いる場合には、背面にシリコン酸化膜１２０’が形成されない。このように、用いる装置により表面だけに所定の物質膜が形成されたり背面まで形成されたりする点は、以下の図１７まで同様である。但し、以下では、便宜上他の物質膜（後述するポリシリコン膜、シリコン窒化膜、テトラエチルオルトシラン（ＴＥＯＳ）酸化膜など）は基板１１０の表面側だけに形成されると示され、かつ説明される。
【００３６】
次に、表面側のシリコン酸化膜１２０上に環状のヒーター１３０を形成する。このヒーター１３０は、シリコン酸化膜１２０全面に不純物がドーピングされたポリシリコンを蒸着させた後、これを環状にパターニングすることにより形成される。具体的に、不純物がドーピングされたポリシリコンは、低圧化学気相蒸着法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)により不純物として、例えばリン（Ｐ）のソースガスを蒸着することにより、略０．７ないし１μｍの厚さで形成できる。しかし、このポリシリコン膜の蒸着厚さはこれに限定されず、ヒーター１３０の幅及び長さを考慮して適切な抵抗値を有するように調整できる。シリコン酸化膜１２０の全面に蒸着されたポリシリコン膜は、フォトマスク及びフォトレジストを用いた写真エッチング工程とフォトレジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングするエッチング工程とによりパターニングされる。
【００３７】
図１０は、図９の結果物の全面にシリコン窒化膜１４０を蒸着させた後、基板１１０の背面から基板１１０をエッチングしてマニホルド１１２を形成した状態を示したものである。シリコン窒化膜１４０はヒーター１３０の保護膜であって、ＬＰＣＶＤ法により例えば略０．５μｍの厚さに蒸着できる。マニホルド１１２は、基板１１０の背面を傾斜エッチングすることにより形成される。具体的に、基板１１０の背面にエッチングされる領域を限定するエッチングマスクを形成し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）をエッチング液として所定時間湿式エッチングすれば、＜１１１＞方向へのエッチングが他の方向へのエッチングに比べて遅くなり、略５４．７゜の傾斜角を有するマニホルド１１２が形成される。
【００３８】
一方、前記マニホルド１１２は、後述するＴＥＯＳ酸化膜（図１１の１７０）まで形成した後、基板１１０をエッチングすることにより形成することもできる。また、マニホルド１１２は基板１１０の背面を傾斜エッチングして形成することと示され、かつ説明されたが、傾斜エッチングではない異方性エッチングにより形成することもでき、基板１１０を貫通してエッチングすることにより形成することもでき、基板１１０の背面ではない表面側からエッチングして形成することもできる。
【００３９】
図１１は、電極１５０を形成した後、その上にＴＥＯＳ酸化膜１７０を形成した状態を示したものである。具体的に、図１０のシリコン窒化膜１４０のヒーター１３０の上部で電極１５０と接続される部分をエッチングしてヒーター１３０を露出させる。次に、電極１５０を、良好な導電性を有し、かつパターニングが容易な金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金をスパッタリング法により略１μｍの厚さで蒸着してパターニングすることにより形成する。この時、金属膜は、基板１１０上の他の部分で配線（図示せず）及びボンディングパッド（図２の１０２）を形成するように同時にパターニングされる。
【００４０】
次に、電極１５０が形成された基板１１０の全面にＴＥＯＳ酸化膜１７０を蒸着する。この時、ＴＥＯＳ酸化膜１７０は略１μｍの厚さで、アルミニウムまたはその合金よりなる電極１５０及びボンディングパッドが変形されない程度の低温、例えば４００℃以下で化学気相蒸着法により蒸着できる。
【００４１】
図１２は、ノズル１２２及びインクチャンネル形成用溝１２４を形成した状態を示したものである。具体的に、ヒーター１３０の内側にヒーター１３０の直径よりも小さい直径、例えば約１６〜２０μｍの直径でＴＥＯＳ酸化膜１７０、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１２０を順次エッチングし、基板１１０の所定部分を露出させる。これと同時に、図１２の右側に示されたように、ヒーター１３０の外側に、マニホルド１１２の上部まで直線状のインクチャンネル形成用溝１２４を形成する。この溝１２４も基板１１０が露出されるようにＴＥＯＳ酸化膜１７０、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１２０を順次エッチングすることにより形成でき、その長さは略５０μｍであり、その幅は略２μｍである。
【００４２】
次に、図１３に示されたように、ノズル１２２及びインクチャンネル形成用溝１２４が形成された基板１１０の全面にフォトレジストを塗布し、かつパターニングしてフォトレジストパターン（ＰＲ）を形成する。このＰＲは、ノズル１２２及びインクチャンネル形成用溝１２４が形成された部分の基板１１０が露出されるように形成される。
【００４３】
図１４は、ＰＲにより露出された基板１１０をエッチングしてインクチャンバ１１４及びインクチャンネル１１６を形成した状態を示したものである。インクチャンバ１１４はＰＲをエッチングマスクとして基板１１０を等方性エッチングすることにより形成できる。具体的に、ＸｅＦ2ガスまたはＢｒＦ3ガスをエッチングガスとして基板１１０を所定時間乾式エッチングする。すると、図示されたように、その深さ及び半径が略２０μｍである略半球状のインクチャンバ１１４が形成され、これと同時に、インクチャンバ１１４とマニホルド１１２とを連結させるその深さ及び半径が略８μｍであるインクチャンネル１１６が形成される。また、インクチャンバ１１４とインクチャンネル１１６との境界部分には、インクチャンバで生成されたバブルがインクチャンネル側に押し出されることを防止するための係止爪１１８が形成される。このように、インクチャンバ１１４及びインクチャンネル１１６は同時にも形成できるが、順次にも形成できる。
【００４４】
一方、インクチャンバ１１４は、ＰＲをエッチングマスクとして基板１１０を異方性エッチングする段階及びこれに続いて等方性エッチングする段階の二段階により形成もできる。すなわち、ＰＲをエッチングマスクとしてシリコン基板１１０を誘導結合プラズマエッチング(Inductively Coupled Plasma Etching)や反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching)により異方性エッチングして所定深さのホール（図示せず）を形成した後、前記と同一の方法により等方性エッチングする。また、インクチャンバ１１４は、他の方法、すなわち、インクチャンバ１１４が形成された基板１１０の所定部分を多孔質シリコン層に変えた後、この多孔質シリコン層を選択的にエッチングして除去することによっても形成できる。
【００４５】
図１５は、図１４の状態で、ＰＲをアッシング及びストリッピングにより除去した状態を示したものである。この状態では、インクチャンネル形成用溝１２４によりインクチャンネル１１６がプリントヘッドの表面側に開いているため、インクチャンネル形成用溝１２４を通じてインクが漏れる恐れがある。このように、インクチャンネル形成用溝１２４を通じてインクが漏れれば、漏れたインクがノズル１２２の周りの表面につき、その結果、画像の品質が低下する。このため、図１６及び図１７に示されたように、所定の第１物質膜によりインクチャンネル形成用溝１２４を閉塞する。
【００４６】
図１６及び図１７は、インク吐出部の全面にシリコン窒化膜１８０を形成してインクチャンネル形成用溝１２４を閉塞した状態を示したものであり、図１６及び図１７は各々図３のＣ−Ｃ線及びＢ−Ｂ線断面図である。シリコン窒化膜１８０は化学気相蒸着法により略１μｍの厚さに蒸着される。この時、蒸着されるシリコン窒化膜１８０の厚さはインクチャンネル形成用溝１２４の幅によりこれを十分に閉塞できる程度に、すなわち、インクチャンネル形成用溝１２４の幅の半分以上にされる。すなわち、インクチャンネル形成用溝１２４の幅が略２μｍである場合には、シリコン窒化膜１８０の厚さは１μｍ以上であれば十分である。そして、シリコン窒化膜１８０が略１μｍの厚さに蒸着されれば、ノズル１２２の直径が略２μｍだけ縮まる。したがって、これを考慮して、前述したノズル１２２を形成する段階で、所望のノズル１２２の直径よりも略２μｍだけ大きいノズル１２２を形成する。一方、シリコン窒化膜１８０はシリコン酸化膜に取り替えられ、また、インクチャンネル形成用溝１２４の周りだけに形成されることもできる。このように、インクチャンネル形成用溝１２４がシリコン窒化膜１８０により閉塞されれば、これを通じてインクが漏れるという問題が解決され、その結果、インクの漏れによる画像の劣化が防止される。
【００４７】
図１８ないし図２０は、図５に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。ここで、左側は図５のＤ−Ｄ線断面図であり、右側は図５のＥ−Ｅ線断面図である。
【００４８】
図５に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドの製造方法は、バブルガイドを形成する段階をさらに備えることを除いては、図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する方法と同様である。すなわち、図１３に示された段階までは同一であり、その以降の段階では液滴ガイド及びバブルガイドを形成する段階が追加される。このため、以下では、前述した違いを中心として、図５に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドの製造方法について説明する。
【００４９】
図１８に示されたように、図１３に示されたような状態でノズルにより露出された基板１１０を異方性エッチングして所定深さのホール２００を形成する。次に、ＰＲを除去し、その全面に所定の第２物質膜、例えばＴＥＯＳ酸化膜２０５を略１μｍの厚さに蒸着する。次に、ＴＥＯＳ酸化膜２０５を基板１１０が露出されるまで異方性エッチングを行い、図１９に示されたように、ホール２００の側壁にスペーサ２１０’を形成する。
【００５０】
図１９に示されたような状態で、前述した方法により露出された基板１１０を等方性エッチングすることにより、図２０に示されたように、インクチャンバ１１４’及びインクチャンネル１１６を形成すると同時に、ノズル１２２’の端部にインクチャンバ１１４’側に延びた液滴ガイド２１０及びバブルガイド２２０を形成する。
【００５１】
最後に、インク吐出部の全面にシリコン窒化膜を形成してインクチャンネル形成用溝１２４を閉塞する。この段階も、前述した実施形態の図１６及び図１７に示された段階と同一なため、その説明は省略する。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドの製造方法は、下記のような効果を有する。
【００５３】
第一に、プリントヘッドの各構成要素、すなわち、マニホルド、インクチャンバ及びインクチャンネルが形成された基板と、ノズル板及びヒーターなどを基板に一体的に形成することにより、従来のノズル板とインクチャンバ及びインクチャンネル部を別々に製作してボンディングするなどの複雑な工程を経なければならなかった不都合及び誤整列の問題が解消される。また、通常の半導体素子の製造工程と互換でき、量産が容易になる。
【００５４】
第二に、インクチャンネル形成用溝が所定の物質膜により閉塞されるので、これを通じてインクが漏れる問題が解消される。
【００５５】
第三に、ヒーターを環状に形成し、インクチャンバを半球状に形成することにより、インクの逆流が抑えられて他のインク吐出部との干渉を避けることができ、バブルがドーナツ状に形成されて副液滴の発生が抑えられる。また、バブル及び液滴ガイドが形成された実施形態によれば、液滴が基板に正確に垂直方向に吐き出される。
【００５６】
以上、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、各種の変形及び均等な他の実施形態が可能である。例えば、本発明において、プリントヘッドの各要素を構成するために用いられる物質として例示していない物質を用いることもできる。すなわち、基板は必ずしもシリコンに限らず、加工性の良い他の物質に取り替えられ、ヒーターや電極、シリコン酸化膜、窒化膜なども同様である。また、各物質の積層及び形成方法も単なる例示に過ぎず、各種の蒸着方法及びエッチング方法が適用可能である。
【００５７】
また、本発明のプリントヘッドの製造方法の各段階の順序は例示とは異にできる。例えば、マニホルドを形成するための基板の背面のエッチングは、図８に示された段階だけではなく、以降の段階で行う場合もある。
【００５８】
合わせて、各段階で例示された具体的な数値は製造されたプリントヘッドが正常に作動できる範囲内であれば、例示された範囲を外れて調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  従来のバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリンティングヘッドの一例を示したインク吐出部の切開斜視図である。
【図１Ｂ】  従来のバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリンティングヘッドの一例を示したインク液滴の吐出過程を説明するための断面図である。
【図２】  本発明の製造方法により製造されるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。
【図３】  図２に示されたインク吐出部を拡大して示した平面図である。
【図４Ａ】  図３のＡ−Ａ線に沿って切り取ったインク吐出部の垂直構造を示した断面図である。
【図４Ｂ】  図３のＢ−Ｂ線に沿って切り取ったインク吐出部の垂直構造を示した断面図である。
【図４Ｃ】  図３のＣ−Ｃ線に沿って切り取ったインク吐出部の垂直構造を示した断面図である。
【図５】  図３に示されたインク吐出部の変形例の平面図である。
【図６Ａ】  図５のＤ−Ｄ線に沿って切り取ったインク吐出部の垂直構造を示した断面図である。
【図６Ｂ】  図５のＥ−Ｅ線に沿って切り取ったインク吐出部の垂直構造を示した断面図である。
【図７Ａ】  図３に示されたインク吐出部において、インクが吐き出されるメカニズムを説明するための断面図である。
【図７Ｂ】  図３に示されたインク吐出部において、インクが吐き出されるメカニズムを説明するための断面図である。
【図８Ａ】  図５に示されたインク吐出部において、インクが吐き出されるメカニズムを説明するための断面図である。
【図８Ｂ】  図５に示されたインク吐出部において、インクが吐き出されるメカニズムを説明するための断面図である。
【図９】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１０】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１１】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１２】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１３】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１４】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１５】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１６】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１７】  図３に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１８】  図５に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図１９】  図５に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【図２０】  図５に示されたようなインク吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
【符号の説明】
１１４  インクチャンバ
１１６  インクチャンネル
１２２  ノズル
１２４  インクチャンネル形成用溝
１８０  シリコン窒化膜
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図１９】
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【図２０】
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