特許 7551367 液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20240909BHJP

   B41J 2/16 20060101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 209

B41J2/14 607

B41J2/16 101

B41J2/14 613

【請求項の数】 24

(21)【出願番号】P 2020120678

(22)【出願日】2020-07-14

(65)【公開番号】P2022017867

(43)【公開日】2022-01-26

【審査請求日】2023-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 譲

(72)【発明者】

【氏名】三隅 義範

(72)【発明者】

【氏名】加藤 麻紀

(72)【発明者】

【氏名】安田 建

(72)【発明者】

【氏名】船橋 翼

【審査官】中村 博之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１７１９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３８１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３８３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７０１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５９１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３７６２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体の吐出エネルギーを発生する吐出素子が設けられた液体吐出ヘッド用基板と、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記液体吐出ヘッド用基板と前記吐出口形成部材との間に形成され前記吐出口から吐出する液体を収容する液室と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記液体吐出ヘッド用基板は、
基板と、
前記基板に積層され、前記吐出素子を絶縁する絶縁膜と、
前記絶縁膜において、前記吐出素子が設けられた位置を覆う耐キャビテーション層と、
前記液室と連通するように前記基板と前記絶縁膜とに形成された連通口と、
前記吐出口形成部材に対する密着性を有する耐液性絶縁膜と
を備え、
前記耐液性絶縁膜は、前記絶縁膜の前記吐出口形成部材が設けられる側の面を覆い、一部が前記吐出口形成部材と接する第１の部分と、前記絶縁膜に形成された前記連通口の内面を覆う第２の部分と、前記耐キャビテーション層の一部を覆う第３の部分とに連続的に設けられることを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項2】

前記連通口は、前記絶縁膜に形成された第１開口部と、前記基板に形成された液体流路に連通する第２開口部とを含み、前記第１開口部の内面には前記耐液性絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記耐液性絶縁膜は、炭素原子を含んだ絶縁膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記耐液性絶縁膜は、炭素原子を５ａｔｏｍ％以上含有している絶縁膜であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項5】

前記耐液性絶縁膜は、ＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）膜、ＳｉＯＣＮ（炭窒酸化シリコン）膜、ＳｉＯＣ（酸炭化シリコン）膜またはそれらの積層膜により形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項6】

前記吐出口形成部材は、樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項7】

前記吐出口形成部材は、ネガ型感光性の樹脂層を複数積層した積層膜により構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項8】

前記積層膜を構成する前記樹脂層のうち、前記耐液性絶縁膜に接触する前記樹脂層には、ポリオールが含まれることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項9】

前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記吐出素子の少なくとも一側方に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項10】

前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記吐出素子の両側方に形成され、
前記吐出素子の一側方に形成された前記第１開口部及び前記第２開口部は前記液室に液体を供給する供給口を構成し、
前記吐出素子の他側方に形成された前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記液室から液体を回収する回収口を構成することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項11】

前記第２開口部の内面及び前記液体流路の内面に第２耐液性絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項12】

前記第２耐液性絶縁膜は、前記第１開口部の内面に形成された前記耐液性絶縁膜を覆うことを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項13】

前記耐液性絶縁膜は、ＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）膜、ＳｉＯＣＮ（炭窒酸化シリコン）膜、ＳｉＯＣ（酸炭化シリコン）膜またはそれらの積層膜により形成され、前記第２耐液性絶縁膜は、ＴｉＯ（一酸化チタン）膜により形成されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項14】

前記耐キャビテーション層の少なくとも一部は前記耐液性絶縁膜から露出している、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項15】

液体の吐出エネルギーを発生する吐出素子が設けられた液体吐出ヘッド用基板と、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記液体吐出ヘッド用基板と前記吐出口形成部材との間に形成され前記吐出口から吐出する液体を収容する液室と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記液体吐出ヘッド用基板は、
基板と、
前記基板に積層され、前記吐出素子を絶縁する絶縁膜と、
前記絶縁膜において、前記吐出素子が設けられた位置を覆う耐キャビテーション層と、
前記液室と連通するように前記基板と前記絶縁膜とに形成された連通口と、
前記絶縁膜の前記吐出口形成部材が設けられる側の面を覆い、一部が前記吐出口形成部材と接する第１の部分と、前記絶縁膜に形成された前記連通口の内面を覆う第２の部分と、前記耐キャビテーション層の一部を覆う第３の部分とに連続的に設けられた被覆膜であって、炭素原子を含むシリコン化合物で形成された前記被覆膜を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項16】

前記被覆膜は、炭素原子を５ａｔｏｍ％以上含有していることを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項17】

前記被覆膜は、ＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）膜、ＳｉＯＣＮ（炭窒酸化シリコン）膜、ＳｉＯＣ（酸炭化シリコン）膜またはそれらの積層膜により形成されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項18】

前記耐キャビテーション層の少なくとも一部は、前記被覆膜から露出している、請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項19】

前記吐出口形成部材は、樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項20】

前記絶縁膜には、電気配線によって構成される回路が設けられている、請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項21】

前記吐出素子は、熱エネルギーによって液体を発泡させるための発熱素子である、請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項22】

前記耐キャビテーション層はＩｒ層を含む、請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項23】

液体の吐出エネルギーを発生する吐出素子が形成された液体吐出ヘッド用基板と、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記液体吐出ヘッド用基板と前記吐出口形成部材との間に形成され前記吐出口から吐出する液体を収容する液室と、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
基板に対し絶縁膜を積層する工程と、
前記絶縁膜の表面に、前記吐出素子と前記吐出素子を覆う耐キャビテーション層を形成する工程と、
前記絶縁膜に対し前記吐出素子の側方において開口部を形成する工程と、
前記吐出口形成部材に対する密着性を有する耐液性絶縁膜を、前記絶縁膜において前記吐出口形成部材が設けられる側の面と、前記耐キャビテーション層の一部と、前記開口部の内面とを連続的に覆うように形成する耐液性絶縁膜形成工程と、
前記耐液性絶縁膜の一部と接するように前記吐出口形成部材を設ける工程と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

【請求項24】

前記耐液性絶縁膜形成工程では、前記耐キャビテーション層の少なくとも一部が前記耐液性絶縁膜から露出するように、前記耐液性絶縁膜を形成する、請求項２３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、液体を吐出する液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

液体吐出ヘッドには、吐出素子が設けられた液体吐出ヘッド用基板（以下、吐出素子基板と称す）の一面に、吐出口が形成された吐出口形成部材を設けて液室を形成し、液室内の液体を吐出素子の駆動によって吐出口から吐出させるように構成したものがある。この種の液体吐出ヘッドに用いられる吐出素子基板としては、吐出素子及びこれに接続される電気配線などを絶縁する層間絶縁膜をシリコン基板に積層したものが知られている。層間絶縁膜及びシリコン基板には、液室に液体を供給する供給口及び液体流路が形成されている。また、吐出素子基板には、液体による浸食を抑制するため、液体と接触する面に耐液性の膜を形成することがある。特に、層間絶縁膜として用いられるシリコン酸化膜（以下、ＳｉＯ膜と記載）は、インク等の液体の種類によっては液体に浸食される恐れがあるため、液体との接触面を耐液性の膜で覆うことが望ましい。

【0003】

特許文献１には、吐出素子基板の層間絶縁膜の表面を、吐出口形成部材との良好な密着性を有する絶縁性の膜で覆う一方、原子層堆積法（以下、ＡＬＤ法と記載）を用いて吐出口に連通する供給口の内面を耐液性の膜で覆った吐出素子基板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１８７７８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、吐出素子基板の製造において、シリコン基板に設けられた層間絶縁膜の表面に、吐出口形成部材に対する密着性と耐液性とを有する絶縁性膜を形成し、その後、液室に連通する供給口及び液体流路を形成する。次いで、絶縁性膜及び供給流路の内面に耐液性のあるＴｉＯ（一酸化チタン）等の膜をＡＬＤ法によって形成する。さらに、供給口以外の領域にある膜をエッチングで除去する。このとき、ＡＬＤ法によって形成された膜と絶縁性膜との重なり部が、供給口の開口部の周辺部において数μｍの幅で残されるようにエッチングを行う。この重なり部を形成することによって、層間絶縁膜へのインク等の液体の浸入を抑制することが可能になる。

【0006】

上記のように、特許文献１に開示の吐出素子基板では、層間絶縁膜への液体の浸入を抑制するために、供給口の周辺部に前述のような膜同士の重なりを形成することが必要になる。このため、供給口の周辺部に大きな面積が必要となり、素子基板全体の面積が増大する虞がある。

【0007】

本発明は、大型化を抑制しつつ、液体による浸食を抑制することが可能な信頼性の高い液体吐出ヘッド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】

本発明は、液体の吐出エネルギーを発生する吐出素子が設けられた液体吐出ヘッド用基板と、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記液体吐出ヘッド用基板と前記吐出口形成部材との間に形成され前記吐出口から吐出する液体を収容する液室と、を備えた液体吐出ヘッドであって、前記液体吐出ヘッド用基板は、基板と、前記基板に積層され、前記吐出素子を絶縁する絶縁膜と、前記絶縁膜において、前記吐出素子が設けられた位置を覆う耐キャビテーション層と、前記液室と連通するように前記基板と前記絶縁膜とに形成された連通口と、前記吐出口形成部材に対する密着性を有する耐液性絶縁膜とを備え、前記耐液性絶縁膜は、前記絶縁膜の前記吐出口形成部材が設けられる側の面を覆い、一部が前記吐出口形成部材と接する第１の部分と、前記絶縁膜に形成された前記連通口の内面を覆う第２の部分と、前記耐キャビテーション層の一部を覆う第３の部分とに連続的に設けられることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、大型化を抑制しつつ、液体による浸食を抑制することが可能な信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示した断面斜視図である。

【図2】図１に記載の液体吐出ヘッドの部分断面図及び部分平面図である。

【図3】比較例における液体吐出ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。

【図4】比較例における液体吐出ヘッドの部分断面図及び部分平面図である。

【図5】第１実施例における液体吐出ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。

【図6】第２実施例における液体吐出ヘッドを示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。但し、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド１を模式的に示した断面斜視図である。液体吐出ヘッド１は、液体吐出ヘッド用基板（以下、吐出素子基板ともいう）１０と、吐出素子基板１０の表面側（図１において上面側）に設けられた吐出口形成部材１２とを備える。吐出素子基板１０は、Ｓｉ（シリコン）からなる基板１１と、基板１１の裏面側（図１において下面側）に設けられたカバープレート２０等を有している。基板１１の表面側には液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する吐出素子としての吐出素子３１と、吐出素子３１に接続される電気配線（不図示）と、層間絶縁膜（図１には図示せず）等が形成されている。また、吐出口形成部材１２には、各インク色に対応する４列の吐出口列１４が形成されている。なお、吐出口列１４を構成する複数の吐出口１３の配列方向、すなわち吐出口列が延在する方向（Ｙ方向）を「吐出口列方向」ともいう。

【0013】

図１に示すように、各吐出口１３と対向する位置に吐出素子３１が配置されている。吐出素子３１は、熱エネルギーによって液体を発泡させるための発熱素子により構成されている。吐出口形成部材１２により、吐出素子３１を内部に備える圧力室（液室）２３が、吐出口形成部材１２と基板１１との間に区画形成されている。この圧力室２３には、吐出口１３から吐出する液体が収容される。吐出素子３１は、吐出素子基板１０に設けられる不図示の電気配線によって、電極パッド部１６に電気的に接続されている。電極パッド部１６は、吐出素子基板１０の外部に設けられた不図示の配線基板に接続されている。吐出素子３１は、配線基板を介して外部から入力されるパルス信号に基づいて発熱し、圧力室２３内の液体を沸騰させる。沸騰時に液体に加わる圧力により、吐出口１３から液体が吐出される。

【0014】

吐出素子基板１０に形成された液体供給流路１８ａ及び液体回収流路１８ｂは、吐出口列方向（Ｙ方向）に延在する流路である。液体供給流路１８ａ及び液体回収流路１８ｂは、独立供給口３９ａ及び独立回収口３９ｂ（図２参照）を介して圧力室２３にそれぞれ連通している。圧力室２３は吐出口１３に連通している。

【0015】

図２（ａ）は、図１に記載の液体吐出ヘッド用基板（吐出素子基板）１０のＩＩａ－ＩＩａ線断面図であり、吐出口１３との対向位置に配置される吐出素子３１の周辺構成を示している。また、図２（ｂ）は、吐出素子３１の周辺構成を表面側（吐出口１３側）から見た平面図である。

【0016】

以下、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、本実施形態における吐出素子基板１０の構成を説明する。基板１１の表面側（図２（ａ）において上面側）には、層間絶縁膜（絶縁膜）３７が形成されている。この層間絶縁膜３７内には、ＡＬ（アルミニュウム）等の電気配線によって構成される回路が設けられている。層間絶縁膜３７の表面側には、ＴａＳｉＮ（窒化タンタルシリコン）またはＷＳｉＮ（窒化タングステンシリコン）等のサーメット材料によって形成される吐出素子３１が形成されている。吐出素子３１は、タングステンで形成された電極プラグ（不図示）により、層間絶縁膜３７内に設けられた電気配線と電気的に接続されている。さらに、吐出素子３１を覆うようにＳｉＮ（窒化シリコン）やＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）、あるいはそれらの積層からなる絶縁保護膜（不図示）が形成されている。絶縁保護膜の表面には、Ｔａ（タンタル）やＩｒ（イリジウム）のような材料を最表層とした耐キャビテーション層３５が形成されている。

【0017】

また、吐出素子基板１０において、吐出素子３１の両側方には、圧力室２３と連通する連通口として、独立供給口３９ａと独立回収口３９ｂとが形成されている。吐出素子３１の一側方に設けられた独立供給口３９ａは、基板１１の裏面側（図２（ａ）において下面側）から形成された液体供給流路１８ａと連通している。また、吐出素子３１の他側方に設けられた独立回収口３９ｂは、基板１１の裏面側から形成された液体回収流路１８ｂと連通している。なお、以下の説明において、独立供給口３９ａと独立回収口３９ｂとを特に区別する必要がない場合には、これらを総称して独立口３９と記載することとする。また、液体供給流路１８ａと液体回収流路１８ｂについても、これらを区別する必要がない場合には、これらを総称して液体流路１８と記載することとする。

【0018】

独立口３９は、基板１１上に設けられた層間絶縁膜３７に形成された開口部３９１と、基板１１に形成された開口部３９２とを含んでいる。これらの開口部３９１、３９２は、それぞれ基板１１の表面側から行ったドライエッチングによって形成される。

【0019】

また、吐出素子基板１０の表面には、樹脂によって形成される吐出口形成部材１２が吐出素子基板１０の表面（図２（ａ）において上面）に密着した状態で設けられている。この吐出口形成部材１２と吐出素子基板１０の表面との間には、独立口３９に連通する圧力室２３が形成されている。

【0020】

上記のように吐出素子基板１０と吐出口形成部材１２とを有する液体吐出ヘッド１では、吐出素子基板１０と吐出口形成部材１２とが良好に密着することが必要となる。また、独立口３９内の層間絶縁膜３７が、インク等の液体との接触によって溶出するのを抑制することが求められる。そこで、本実施形態では、吐出素子３１の上方や電極パッド部１６（図１参照）を除いた吐出素子基板１０の表面と、層間絶縁膜３７により形成される独立口３９の内面とを、連続した耐液性絶縁膜３８（被覆膜）によって覆うように構成している。従って、吐出口形成部材１２は耐液性絶縁膜３８に直接接触することとなる。なお、耐液性絶縁膜３８のうちの、層間絶縁膜３７の吐出口形成部材１２が設けられる側の面を覆い、吐出口形成部材１２と接する部分を、耐液性絶縁膜３８の第１の部分とも称する。また、耐液性絶縁膜３８のうちの、層間絶縁膜３７に形成された独立口３９の内面を覆う部分を、耐液性絶縁膜３８の第２の部分とも称する。耐液性絶縁膜３８は、第１の部分と第２の部分とが連続して設けられている。

【0021】

本実施形態では、耐液性絶縁膜３８は、ＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）、ＳｉＯＣＮ（炭窒酸化シリコン）、ＳｉＯＣ（酸炭化シリコン）またはそれらの積層膜により構成している。このため、インクを含む液体から層間絶縁膜３７を保護することができる。さらに、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣは、吐出口形成部材１２との密着性も良好なため、耐液性絶縁膜３８は、密着向上層としての役割も兼ねる。

【0022】

なお、本実施形態では、耐液性絶縁膜３８が炭素原子（Ｃ）を含有することで耐液性を有することができる。また、耐液性の観点から、耐液性絶縁膜３８は炭素原子（Ｃ）を５ａｔｏｍ％以上含有することが好ましい。また、耐液性絶縁膜３８は、層間絶縁膜３７よりもインク等の液体に対する耐液性が高いことが好ましい。

【0023】

また、本実施形態では、耐液性絶縁膜３８が例えばＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣのようなシリコン化合物であれば、樹脂によって形成される吐出口形成部材１２との密着性を有することができる。また、耐液性絶縁膜３８における密着性は、層間絶縁膜３７よりも吐出口形成部材１２との接着力が大きいことが好ましい。

【0024】

従って、本実施形態では、層間絶縁膜の表面に形成する密着性向上層と、独立口内に形成する耐液性膜とを個々に形成する後述の比較例に比べ、製造工程の簡略化を図ることができる。また、後述の比較例では、耐液性膜と密着性向上膜とが重なる重なり部を独立口の周辺部分に形成する必要があり、これが独立口と吐出素子３１との距離を増大させる要因となっている。これに対し、本実施形態では、耐液性絶縁膜が連続的に形成されているため、比較例のような重なり部を必要としない。このため、本実施形態では、独立口と吐出素子３１との距離を比較例より短縮することが可能になり、液体吐出ヘッド１を小型化することが可能になる。また、独立口３９と吐出素子３１との距離の短縮化に伴い、液体吐出ヘッド１における液体の流抵抗を低減することが可能になる。さらに、重なり部の形成を考慮する必要がないため、液体吐出ヘッド１の設計の自由度が向上する。

【0025】

なお、本実施形態における液体吐出ヘッド１は、液体循環方式を採る液体吐出装置に用いられる構成を備える。すなわち、液体吐出ヘッド１の液体供給流路１８ａと液体回収流路１８ｂは、液体吐出装置に設けられた装置側供給流路と装置側回収流路とにそれぞれ接続される。そして、液体吐出装置の液体貯留部内の液体は、装置側供給流路を介して液体吐出ヘッド１の液体供給流路１８ａに供給され、液体供給流路１８ａに流入した液体は独立供給口３９ａを経て圧力室２３に流入する。圧力室２３に流入した液体の一部は吐出素子３１の駆動により吐出口１３から吐出され、残りの液体は独立回収口３９ｂ及び液体回収流路１８ｂ及び装置側回収流路を経て液体貯留部に戻る。このように、液体を循環させつつ液体の吐出を行う液体循環方式の液体吐出装置によれば、液体に含まれる色材などの沈降を抑制することが可能になり、良好な液体吐出性能を維持することが可能になる。さらに、上記本実施形態では、独立供給口３９ａから吐出素子３１までの距離Ｌ１及び独立回収口３９ｂから吐出素子３１までの距離Ｌ１が短縮されている。このため、独立供給口３９ａから独立回収口３９ｂへと液体が流動する際の流抵抗が低減され、スムーズな液体循環を実現することが可能になる。

【0026】

次に、本実施形態の液体吐出ヘッド１の構成および製造方法を、第１実施例及び第２実施例においてより具体的に説明する。なお、以下の説明では、本実施例の特徴を明確にするため、まず、本実施例の比較例を説明し、その後、各実施例について説明を行う。

【0027】

（比較例）
本実施例に対する比較例における液体吐出ヘッド１００の構成及び製造方法を、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３（ａ）ないし図３（ｅ）は本比較例の製造方法を示す断面図である。また、図４（ａ）は本比較例における液体吐出ヘッドの部分断面図、図４（ｂ）は平面図である。

【0028】

図３（ａ）は、基板１１に、層間絶縁膜３７と吐出素子３１を形成し、さらに吐出素子３１との対向位置に耐キャビテーション層３５を形成した状態を示している。ここで、図３（ａ）に示す積層構造を形成するまでの工程を説明する。

【0029】

吐出素子３１を駆動するための駆動素子（不図示）と駆動素子駆動用の配線（不図示）とが形成された基板１１上に、ＳｉＯ（酸化シリコン）からなる１～２μｍの厚さの層間絶縁膜３７を形成した。次に、層間絶縁膜３７の一部を、ドライエッチング法を用いて開口し、スルーホールを形成した。次にスルーホール内を充填するように、タングステンを用いて電極プラグ（不図示）を形成した。なお、電極プラグは、下層の駆動素子と上層に形成する吐出素子３１とを電気的に接続する役割を果すものである。

【0030】

この後、ＴａＳｉＮからなるサーメット材料により、吐出素子３１を形成した。この際、吐出素子３１は、厚さ１５ｎｍ、平面方向の大きさが１５μｍとなるように形成した。吐出素子３１の形成には、フォトリソグラフィー及び塩素を用いたドライエッチング法を用いた。続いて、吐出素子３１を覆うように、ＳｉＮからなる絶縁保護膜（不図示）をプラズマＣＶＤ法を用いて、２００ｎｍの厚さに形成した。ここでは、絶縁性の観点から絶縁保護膜の膜厚を２００ｎｍとした。但し、保護層の膜厚は１００ｎｍ以上の厚さがあればよく、さらには、液体への熱伝導の観点から１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さで形成されていればよい。

【0031】

次に、絶縁保護膜上に、耐キャビテーション層３５を形成した。この耐キャビテーション層は、Ｔａ層、Ｉｒ層、Ｔａ層の３層を、基板１１の表面側（図中、上面側）から順次積層することにより形成した。これらの３層は、スパッタリング法を用いて、基板側から順次、３０ｎｍ、５０ｎｍ、５０ｎｍの厚さで基板１１の表面全域に形成した。なお、Ｉｒ層の厚さについては、耐キャビテーション性を満足する厚さであればよく、２０ｎｍ以上であることが好ましい。さらに、加工性の観点を加味すると、Ｉｒ層の厚さは、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、基板１１の表面側に位置するＴａ層は、密着性を確保するために配置したものであり、２０ｎｍ以上であることが好ましい。さらに、加工性の観点を加味すると、基板１１の表面側に位置するＴａ層の厚さは、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0032】

この後、耐キャビテーション層３５のパターニング処理を行った。このパターニング処理では、基板１１の表面全域に形成した耐キャビテーション層のうち、吐出素子３１上に位置する耐キャビテーション層を残し、他の位置に存在する耐キャビテーション層をドライエッチングにより除去した。以上により、図３（ａ）に示す積層構造が形成された。

【0033】

次に、吐出口形成部材１２との密着性がある密着向上層３６をＣＶＤ法により１５０ｎｍの厚さで層間絶縁膜３７の全面に形成した（図３（ｂ）参照）。本比較例では、密着向上層として、ＳｉＯＣＮ膜を用いたが、ＳｉＣやＳｉＣＮ等の膜を用いてもよい。次に、ドライエッチング法によって、吐出素子３１上の密着向上層３６を除去すると共に、耐キャビテーション層３５を構成する前述の３層の中の最表面に位置するＴａ層を除去し、Ｉｒ膜が最表面に現れるようにした。また、電極パッド部の形成箇所に開口を形成し、形成した開口内に、吐出素子３１と電気的に接続されるＡｕパッド部（不図示）を形成した。

【0034】

次に、層間絶縁膜３７の表面（図中、上面）から、層間絶縁膜３７及び基板１１に対して、ドライエッチング法により独立口３９（独立供給口３９ａ、独立回収口３９ｂ）を形成した。さらに、基板１１の裏面から独立口３９（独立供給口３９ａ、独立回収口３９ｂ）に連通する液体流路１８（液体供給流路１８ａ、液体回収流路１８ｂ）を、ドライエッチング法を用いて形成した（図３（ｃ）参照）。

【0035】

その後、ＡＬＤ法を用いて、インク等の液体に対する耐性を有するＴｉＯ（一酸化チタン）膜４０を１００ｎｍの厚さで、基板１１及び層間絶縁膜３７における露出部分に形成した。すなわち、基板１１の裏面、液体流路１８の内面、独立口３９の内面、及び層間絶縁膜３７の表面にＴｉＯ膜４０を形成した。

【0036】

ここで、基板１１及び層間絶縁膜３７に形成されたＴｉＯ膜４０のうち、独立口３９の内面及び液体流路１８の内面に形成されたＴｉＯ膜４０を残して、その他の部分に形成されているＴｉＯ膜を、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングにより除去した。このとき、独立口３９の内面に形成されたＴｉＯ膜４０を確実に残すべく、層間絶縁膜３７の表面に形成された密着向上層３６の上に、ＴｉＯ膜４０が５μｍの距離で重なる重なり部４０ａが形成されるようにウェットエッチングを行った。この状態を図３（ｄ）に示す。密着向上層３６とＴｉＯ膜４０との密着性の観点、及び製造公差の観点から、ＴｉＯ膜４０には上記のような５μｍの距離の重なり部４０ａを形成することが必要となる。以上により、吐出素子基板１０が形成された。

【0037】

その後、図３（ｅ）に示すように、吐出素子基板１０に吐出口形成部材１２を設けた。本比較例や、以下に説明する第１実施例及び第２実施例で用いる吐出口形成部材１２には、ネガ型感光性樹脂層を複数積層した積層膜を用いた。具体的には、複数の樹脂層をフィルム上に形成した後、凹凸のある基材に張り合わせ、露光と現像とを行うことにより吐出口形成部材１２を形成した。特に、吐出素子基板１０と直接接するネガ型感光性樹脂層には、ポリオールを含有した樹脂層を用いた。この樹脂層は、本比較例及び実施例において使用するＳｉＯＣＮ等のシリコン化合物に対して良好な密着性を有する。一方、金属や金属酸化膜等の膜との密着性は良好ではなく、インクに高温化で浸漬していると、界面で剥がれが生じることもある。従って、本比較例では、吐出口形成部材１２とＴｉＯ膜４０とが直接接しない構成とした。以上により、比較例における液体吐出ヘッド１００が作製された。

【0038】

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、比較例では、吐出素子基板１０の表面（図中、上面）には、独立口３９の開口部周辺において、重なり部４０ａが形成される。この重なり部４０ａには、前述のように５μｍの距離が必要となるため、この距離を考慮した位置に独立口３９を形成する必要がある。その結果、独立口３９から吐出素子３１までの距離Ｌ２が大きくなり、これが吐出素子基板１０の大型化、延いては液体吐出ヘッド１の大型化を招いていた。また、距離Ｌ２が大きくなることで液体の流抵抗が大きくなったり、重なり部を形成するために製造プロセスが複雑化したりする恐れもあった。

【0039】

（第１実施例）
次に、本発明の第１実施例を説明する。以下では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す液体吐出ヘッド１の製造方法を、図５（ａ）ないし図５（ｅ）に示した製造工程に基づいて段階的に説明する。図５（ａ）は、基板１１上に耐キャビテーション層３５のパターニング処理を行った状態を示す断面図である。この耐キャビテーション層３５のパターニング処理を行うまでの工程は比較例１と同様であるため、説明を省略する。

【0040】

耐キャビテーション層３５のパターニング処理の後、本実施例では、図１に示すＡｕパッド部を形成する（図４には図示せず）。その後、層間絶縁膜３７の表面側（図中、上面側）から、層間絶縁膜３７に対してのみドライエッチングを行い、図２に示す独立口３９（独立供給口３９ａ及び独立回収口３９ｂ）の一部に相当する開口部３９１を形成した（図５（ｂ）参照）。

【0041】

独立口３９の開口部３９１を形成した後、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁膜３７の表面（図５における上面）及び開口部３９１の内面全体（側面及び底面）に、プラズマＣＶＤ法を用いて、連続した耐液性絶縁膜３８を形成した。本実施例では、層間絶縁膜３７の表面に、耐液性絶縁膜３８としてのＳｉＯＣＮ膜を１５０ｎｍの厚さに形成した。このとき、層間絶縁膜３７の表面に形成されたＳｉＯＣＮ膜に連続して、独立口３９の開口部３９１の内面（側面及び底面）には１００ｎｍ以上の膜が形成された。これにより、インク等の液体から層間絶縁膜３７を保護することが可能になる。すなわち、層間絶縁膜３７と液体との接触を抑制し、層間絶縁膜３７の溶出を抑制することが可能になる。耐液性絶縁膜３８は、ＳｉＣＮ膜やＳｉＯＣ膜、またはそれらの積層膜によって形成してもよい。また、ＳｉＯＣＮ膜や、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、またはそれらの積層膜からなる耐液性絶縁膜３８は、吐出口形成部材１２を構成する樹脂との密着性が良好なため、密着向上層としての役割も兼ねる。このため、別工程において密着向上層を新たに形成する必要はない。

【0042】

なお、本実施例では、耐液性絶縁膜３８の形成処理において、層間絶縁膜３７の表面に１５０ｎｍの厚さのＳｉＯＣＮ膜を形成したが、耐液性絶縁膜３８の形成処理は、必ずしも本例に限定されない。耐液性絶縁膜３８の形成処理は、独立口３９内部に１００ｎｍ以上の厚さのＳｉＯＣＮ膜が形成されるように実施すればよい。また、プラズマＣＶＤ法を用いて耐液性絶縁膜３８を形成したが、ＡＬＤ法等の成膜方法を用いてもよい。耐液性絶縁膜３８を形成するＳｉＯＣＮ膜が、炭素原子（Ｃ）を５ａｔｏｍ％以上含有していれば、液体との接触による耐液性絶縁膜３８の膜減り（膜厚の減少）を大幅に低減することができる。本実施例では、炭素原子（Ｃ）の含有量を１０ａｔｏｍ％とした。このようにして、本実施例では、層間絶縁膜３７の表面及び独立口３９の内面を覆う連続的な耐液性絶縁膜３８を形成した。

【0043】

次に、図５（ｄ）に示すように、吐出素子３１の上方に形成した耐液性絶縁膜（ＳｉＯＣＮ膜）３８と、耐キャビテーション層３５を構成する３層の中の最表層に位置するＴａ膜とをドライエッチングにより除去した。これにより、耐キャビテーション層３５のＩｒ層を露出させた。このドライエッチングは、塩素系ガスを用いて、低バイアス条件で行った。これにより、Ｉｒ層が露出した位置でエッチングをストップさせることができる。従って、耐ＳｉＯＣＮ膜とＴａ膜を連続してエッチングすることが可能になる。

【0044】

次に、図５（ｄ）に示すように、独立口３９（独立供給口３９ａ、独立回収口３９ｂ）の一部を構成する開口部３９１の底面に形成されたＳｉＯＣＮ膜と、独立口３９の中の基板１１により形成される開口部３９２を表面側（図中、上面側）からエッチングした。さらに、基板１１の裏面側（図中、下面側）からドライエッチングを行い、独立口３９に連通する液体流路１８（液体供給流路１８ａ、液体回収流路１８ｂ）を形成した。以上により、吐出素子基板１０が作製された。

【0045】

次に、比較例と同様の方法によって、吐出素子基板１０の表面（図中、上面）に吐出口形成部材１２を設け、吐出素子基板１０と吐出口形成部材１２との間に独立口３９と連通する圧力室２３を形成した。吐出素子基板１０の最表面には、吐出口形成部材１２に対して良好な密着性を有する耐液性絶縁膜３８が形成されている。このため吐出口形成部材１２を設ける際に、吐出素子基板１０との密着性を特に考慮する必要はなく、必要とする箇所に吐出口形成部材１２を形成すればよい。また、比較例のように、吐出素子基板１０の表面に５μｍの重なり部を形成する必要がないため、吐出素子３１と独立口との間の距離Ｌ１を、比較例の距離Ｌ２より短縮することが可能になる。このため、液体吐出ヘッド１を小型に構成することが可能になると共に、液体吐出ヘッド１内における液体の流抵抗を低減することが可能になり、液体の流動性を高めることが可能になる。

【0046】

（第２実施例）
次に本発明の第２実施例を説明する。上記の第１実施例では、吐出素子基板１０のうち、インク等の液体との接触によって溶出し易い層間絶縁膜３７のみをＳｉＯＣＮ膜等の耐液性絶縁膜３８で覆う構成とした。これに対し、第２実施例は、基板１１に形成されている液体流路１８（液体供給流路１８ａ、液体回収流路１８ｂ）の内面も耐液性を有する膜によって覆う構成を備える。

【0047】

図６は、第２実施例における液体吐出ヘッド１Ａを示す断面図である。本実施例においても、第１実施例と同様に、図５（ａ）～図５（ｄ）に示す処理を行った。すなわち、層間絶縁膜３７の表面及び独立口３９の一部である開口部３９１の内面にプラズマＣＶＤ法を用いて連続的した耐液性絶縁膜３８を形成した。その後、層間絶縁膜３７の表面側から開口部３９１内の耐液性絶縁膜３８と基板１１をエッチングして独立口３９（独立供給口３９ａ、独立回収口３９ｂ）を形成し、さらに、基板裏面側より液体流路１８をドライエッチングで形成した。

【0048】

以上により図５（ｄ）までの処理が完了し、次に、本実施例では、ＡＬＤ法を用いて、独立口３９や液体流路１８をはじめ、基板１１の表面及び裏面に耐液性を有するＴｉＯ膜４１を１００ｎｍの厚さに形成した。その後、層間絶縁膜３７の表面側からエッチバック法を用いて、層間絶縁膜３７の表面に形成されているＴｉＯ膜４１を除去し、層間絶縁膜３７の表面に耐液性絶縁膜３８を露出させた。このとき、独立口３９及び液体流路１８内に形成したＴｉＯ膜はエッチングされにくいため、図６に示すようにＴｉＯ膜４１は、除去されずに残る。また、エッチバックによりＴｉＯ膜４１の除去を行うことにより、第１実施例と同じレイアウト設計をとることが可能である。以上により、本実施例における吐出素子基板１０Ａの形成が完了した。

【0049】

次に、比較例と同様の方法によって、吐出素子基板１０Ａの表面に吐出口形成部材１２を設け、吐出素子基板１０Ａと吐出口形成部材１２との間に独立口３９と連通する圧力室２３を形成した。以上により、第２実施例における液体吐出ヘッド１Ａが完成した。

【0050】

本実施例においても第１実施例と同様に、独立口３９と吐出素子３１との間の距離を短縮することが可能になり、液体吐出ヘッド１Ａを小型化することが可能になる。さらに、本実施例によれば、層間絶縁膜３７だけでなく、基板１１も液体から保護することが可能になり、より信頼性の高い液体吐出ヘッド１Ａを作製することが可能になる。

【0051】

さらに、第２実施例では、ＡＬＤ法によるＴｉＯ４１の成膜及びエッチバックを追加することで、基板１１に部分も耐液性のある膜で覆うことができ、より信頼性の高い液体吐出ヘッド１Ａを作製することが可能になる。

【0052】

（第１、第２実施例と比較例との比較）
ここで、第１実施例及び第２実施例と比較例との比較を行う。図４（ｂ）のように、比較例では、吐出素子基板１０の表面側において、独立口３９の周辺に、５μｍ程度の耐液性膜（ＴｉＯ膜４０）の重なり部４０ａを設けることが必要となる。これに対し、第１、第２実施例においては、図２及び図６に示すように、独立口３９の周辺に耐液性膜の重なり部を設ける必要がない。このため本実施例では、比較例において必要とされていた重なり部４０ａの幅（５μｍ）を削除し、その分、独立口３９の形成位置を吐出素子３１に近づけた構成となっている。すなわち、本実施例における吐出素子３１と独立口３９との間の距離Ｌ１は、比較例における吐出素子３１と独立口３９との間の距離Ｌ２より、少なくとも重なり部４０ａの幅（５μｍ）だけ短縮された構成となっている。このため、比較例に比べ、液体吐出ヘッド１Ａを小型化することが可能になると共に、液体の流抵抗を低減することができる。

【0053】

また、比較例では、密着向上層３６及びＴｉＯ膜４０の２種類の膜を用いて、層間絶縁膜３７を保護していたのに対し、第１実施例では、１種類の耐液性絶縁膜３８のみで液体を保護する構成となっている。このため製造工程が簡略化され、製造コストを低減することができる。

【0054】

さらに、第２実施例では、ＡＬＤ法によるＴｉＯ膜４１の成膜及びエッチバックを行うことで、基板１１もＴｉＯ膜４１によって液体から保護することが可能になり、より信頼性の高い液体吐出用ヘッドを作製することができる。

【0055】

（他の実施形態）
上記実施形態及び実施例では、各吐出素子３１の両側方に、独立供給口３９ａと独立回収口３９ｂを形成し、独立供給口３９ａから圧力室２３に供給した液体のうち、吐出口１３から吐出されなかった残りの液体を独立回収口３９ｂから回収する構成を示した。しかし、本発明はこのような構成に限定されない。吐出素子の両側方に設けた２つの独立口から圧力室に液体を供給する構成を採る液体吐出ヘッドにも本発明は適用可能である。さらに、圧力室に連通する独立口を吐出素子の一側方にのみ形成し、１つの独立口から圧力室に液体を供給する構成を採る液体吐出ヘッドにも本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0056】

１ 液体吐出ヘッド
１０ 液体吐出ヘッド用基板
１１ 基板
１２ 吐出口形成部材
２３ 圧力室（液室）
３１ 吐出素子
３７ 層間絶縁膜（絶縁膜）
３８ 耐液性絶縁膜
３９ 独立口（連通口）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】