液体吐出ヘッドの製造方法
【課題】 ＳＯＧ膜は、スパッタ法や化学蒸着法などで設ける絶縁層と異なり、インクに対して溶解しやすい性質を有している。そのため一箇所でもＳＯＧ膜がインクの流路に露出すると、その部分から溶出してしまい絶縁層等の剥離が生じることが懸念される。
【解決手段】 第２の絶縁層１５の平坦部が露出するまでＳＯＧ層１６をエッチングし、第２の絶縁層１５の凹凸形状の凸部の角部にのみＳＯＧ材料からなる傾斜を緩和する部分１６ａが位置するように設ける。
【解決手段】 第２の絶縁層１５の平坦部が露出するまでＳＯＧ層１６をエッチングし、第２の絶縁層１５の凹凸形状の凸部の角部にのみＳＯＧ材料からなる傾斜を緩和する部分１６ａが位置するように設ける。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドは、インク等の液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子を有する液体吐出ヘッド用基板と、液体を吐出するための吐出口を有する吐出口部材とで設けられている。
【０００３】
エネルギー発生素子は、電流を流すことで熱を発生する発熱抵抗層と、発熱抵抗層に電力を供給する一対の電極と、で設けられており、インク等の液体からエネルギー発生素子を保護するために絶縁材料で被覆されている。このような発熱抵抗層、電極、絶縁層が、エネルギー発生素子の駆動制御を行うための駆動制御回路が形成された半導体基板上に積層されることで、液体吐出ヘッド用基板が設けられている。この発熱抵抗層が発生した熱によって、エネルギー発生素子の上の絶縁層の表面部分の液体が膜沸騰し、これにより発生する気泡の圧力により吐出口から吐出されることで、被記録媒体への記録動作が行われる。
【０００４】
さらに液体吐出ヘッドにおいては、ヘッドチップの面積を削減することが求められており発熱抵抗層の直下に、液体吐出ヘッド用基板の駆動回路の一部を配置するため、発熱抵抗層上の絶縁層の表面に段差が生じる場合がある。液体が膜沸騰を起こす絶縁層の表面に段差があると、この段差を起点として気泡が成長するため均一な発泡が得られず安定した記録動作を行えなくなる。そのためＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）材料等の塗布型の絶縁材料を用いて段差部を平坦化することが知られている。
【０００５】
特許文献１には、ＳＯＧ材料で絶縁層を設けることで段差の発生を緩和し、かつ、ＳＯＧ層の表面を無機化することで、エネルギー発生素子の発生する熱による酸化及び炭化という劣化を抑えることができる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年用いられるインク等の吐出するための液体は、記録画像の画質や耐久性の向上等の目的で、溶解能の高い溶剤を用いているものもある。ＳＯＧ層は、スパッタ法や化学蒸着法などで設ける絶縁層と異なり、インクに対して溶解しやすい性質を有している。そのため特許文献１に開示の絶縁層のように、ＳＯＧ層の表面を無機化したとしても、一箇所でもＳＯＧ層がインクの流路に露出すると、その部分から溶出してしまい絶縁層等の剥離が生じることが懸念される。
【０００８】
本発明は上記課題を鑑みたものであり、エネルギー発生素子の表面の段差が平坦化され、かつ、ＳＯＧ層が液体によって溶解されることのない信頼性の高い液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を有し、凹凸形状を有する部分と、平坦な部分と、を備えた基体を用意する工程と、前記凹凸形状を有する部分と前記平坦な部分との上に流動性を有する絶縁材料を塗布する工程と、前記流動性を有する絶縁材料を硬化させた後に、前記平坦な部分が露出するとともに、前記凹凸形状の部分の凸部の角に前記絶縁材料の硬化物の一部が残るように、前記絶縁材料をエッチングするエッチング工程と、前記エッチング工程の後に、前記基体の前記凹凸形状を有する部分の一部の上側に前記エネルギー発生素子を設ける工程と、前記エネルギー発生素子および前記平坦な部分の上に、化学蒸着法又はスパッタ法で絶縁材料からなる絶縁層を設ける工程と、前記基体の前記平坦な部分の一部の上に位置する前記絶縁層の表面と、該表面とは反対側の前記基体の裏面とを貫通させて前記供給口を設ける工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このように設けることで、エネルギー発生素子の表面が平坦化され、かつ、ＳＯＧ層が液体によって溶解されることのない信頼性の高い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】
【００１１】
【図１】本発明に係る液体吐出装置及びヘッドユニットの斜視図である。
【図２】本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視図及び切断面図である。
【図３】ＳＯＧ膜をこれまでの液体吐出ヘッドに適用した場合の切断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明する切断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明する切断面図である。
【図６】温度検知素子とエネルギー発生素子の上面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。
【００１３】
本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
【００１４】
さらに「インク」とは広く解釈されるべきものであり、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは被記録媒体の処理としては、例えば、被記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。
【００１５】
（液体吐出装置）
図１（ａ）は、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置を示す概略図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、リードスクリュー５００４は、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，５００９を介して回転する。キャリッジＨＣはヘッドユニットを載置可能であり、リードスクリュー５００４の螺旋溝５００５に係合するピン（不図示）を有しており、リードスクリュー５００４が回転することによって矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。このキャリッジＨＣには、ヘッドユニット４０が搭載されている。
【００１７】
（ヘッドユニット）
図１（ｂ）は、図１（ａ）のような液体吐出装置に搭載可能なヘッドユニット４０の斜視図である。液体吐出ヘッド４１（以下、ヘッドとも称する）はフレキシブルフィルム配線基板４３により、液体吐出装置と接続するコンタクトパッド４４に導通している。また、ヘッド４１は、支インクタンク４２と接合されることで一体化されヘッドユニット４０を構成している。ここで例として示しているヘッドユニット４０は、インクタンク４２とヘッド４１とが一体化したものであるが、インクタンクを分離できる分離型とすることも出来る。
【００１８】
（液体吐出ヘッド）
図２（ａ）は、本発明を用いることができる液体吐出ヘッド４１の斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’に沿って垂直に、支持基板２に支持された液体吐出ヘッド４１を切断した場合の切断面の状態を示した断面模式図である。
【００１９】
液体吐出ヘッド４１は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子４５を備えた液体吐出ヘッド用基板５０と、液体吐出ヘッド用基板５０に接して設けられた流路部材４６とを有している。液体吐出ヘッド用基板５０には、エネルギー発生素子４５が設けられた表面と、表面とは反対側の裏面とを貫通し、液体を供給するための供給口４９が設けられている。供給口４９に沿って、供給口４９の両側に複数のエネルギー発生素子４５が配列されている。さらに液体吐出ヘッド用基板５０の端部には、エネルギー発生素子４５を駆動するために用いられる電気的信号や電力を供給するため複数の端子１０１が設けられている。エネルギー発生素子４５は、電流を流すことで熱を発生する発熱抵抗層と、この発熱抵抗層に電力を供給するために用いられる一対の電極と、で設けられている。
【００２０】
流路部材４６は、エネルギー発生素子４５により発生するエネルギーを用いて液体を吐出することができる吐出口４７を、其々のエネルギー発生素子４５に対向する位置に有している。流路部材４６はさらに、吐出口４７と供給口４９とを連通する流路４８となる壁４８ａを有しており、液体吐出ヘッド用基板５０と接することで流路４８が設けられている。このような液体吐出ヘッド４１が支持基板２に支持されることでヘッドユニット４０に固定されている。支持基板２には、インクタンク４２からインクを液体吐出ヘッドに供給するインク供給流路７が設けられている。このインクは、インク供給流路７から供給口４９を介して流路４８に運ばれ、一対の電極の間に電圧を引火することでエネルギー発生素子４５の発生する熱により膜沸騰を起こす。これにより生じる気泡の圧力で吐出口４７からインクの一部が液滴として被記録媒体に向けて吐出されることで、記録動作が行われる。
【００２１】
（比較例）
次に、特許文献１に開示されるようなＳＯＧ材料を用いて形成されるＳＯＧ膜を用いて液体吐出ヘッド４１を設けた場合の例を比較として説明する。
【００２２】
ＳＯＧ材料とは、ケイ素化合物等の材料を有機溶剤に溶解した流動性を有する溶液であり、これをスピンコート法等を用いて塗布し、熱処理することによって膜を形成することができる材料である。このように流動性を有する材料であるため、凹凸形状を有する基板上に塗布した場合、凹部に溶液が入り込むため段差部の凹凸形状を低減させることができる。
【００２３】
図２（ｂ）の領域Ｘに該当する部分を拡大した従来の液体吐出ヘッド４１を図３に示す。トランジスタ等の駆動素子が設けられたシリコンからなる基体１１の上に、基体１１の一部を熱酸化して設けた熱酸化層１２と、化学蒸着法やスパッタ法等を用いて設けた、例えばＢＰＳＧからなるシリコン化合物の第１の絶縁層１３とが設けられている。第１の絶縁層１３の上には、基体１１に設けられた駆動素子とエネルギー発生素子を接続する第１の電極層１４が設けられている。第１の電極層１４は、シリコン基体１１上に形成されたエネルギー発生素子４５の駆動を制御するための制御回路（不図示）に、熱酸化層１２及び第１の絶縁層１３のスルーホール（不図示）により電気的に接続される。
【００２４】
第１の電極層１４の上には、化学蒸着法やスパッタ法を用いて設けた、例えばＳｉＯからなるシリコン化合物の第２の絶縁層１５が設けられている。化学蒸着法やスパッタ法では段差を解消することはできないため、第２の絶縁層１５の表面には、Ａｌ等の導電材料からなる第１の電極層１４の影響による段差が生じている。
【００２５】
第１の絶縁層１５の上には、ＳＯＧ材料をスピンコート法により塗布し、その後２００〜４５０℃の熱処理を加えて収縮・硬化させて設けたＳＯＧ層１６が設けられている。ＳＯＧ層１６は、溶液の形で用いられるため第１の電極層１４による段差を緩やかにしている。さらに、ＳＯＧ層１６の上に化学蒸着法やスパッタ法等を用いて設けた、例えばＰ−ＳｉＯ等からなる第３の絶縁層１７が設けられている。第３の絶縁層１７の上には、ＴａＳｉＮ等からなる電流を流すことで熱を発生する発熱抵抗層１８と、発熱抵抗層１８に接して設けられたＡｌ等の導電材料からなる一対の電極１９と、が設けられている。一対の電極１９の間の部分が、エネルギー発生素子４５として用いられる。ここで第１の電極層１４は一対の電極１９の一方と、第３の絶縁層１７及び第４の絶縁層２０に設けられたスルーホール（不図示）により電気的に接続されている。
【００２６】
エネルギー発生素子４５の表面は、下層に設けられた第１の電極層１４による凹凸状の段差が生じているが、ＳＯＧ層１６により緩和されている。そのため発熱抵抗層１８の段差部で電流集中が起きることを防止でき、発熱抵抗層１８の段差部が過度に発熱して液体が不均一な沸騰を起こし、発泡効率が低下して液滴の吐出速度と吐出量が低下してしまうことを防止することができる。
【００２７】
さらに、発熱抵抗層１８と一対の電極とは、ＣＶＤ法等の化学蒸着法やスパッタ法で設けたＳｉＮ等のシリコン化合物からなる第４の絶縁層２０で被覆されており、インクなどから保護されている。さらに第４の絶縁層２０の上には、液体の発泡、収縮に伴うキャビテーション衝撃からエネルギー発生素子４５を保護するために、エネルギー発生素子４５に対応する第４の絶縁層２０の上に耐キャビテーション層として用いられる保護層２１が設けられている。具体的には、保護層２１としてタンタルやイリジウムやルテニウムなどの金属材料を用いることができる。このようにして液体吐出ヘッド用基板５０が完成されている。この液体吐出ヘッド用基板５０の上に流路部材４６が設けられている。なお、液体吐出ヘッド用基板と流路部材４６との密着性を向上させるために、保護層２１と流路部材４６との間にポリエーテルアミド樹脂などからなる密着層を設けることもできる。
【００２８】
しかしながら、ＳＯＧ層１６はＳｉＯ２以外に不純物が含まれ、２００〜４５０℃での焼結時に溶媒が気化してポーラス状の構造となる。そのため、インクに曝されると化学蒸着法やスパッタ技術を用いて設けた膜に比べてインクの浸食作用を受け易く、インク中に次第に溶け出して、その構造を保てなくなる。そのためＳＯＧ層１６が流路４８に露出している部分４８ａから溶出してしまい、長期間使用していると液体を吐出できなくなってしまう。
【００２９】
これに対して、流路４８にＳＯＧ層１６が露出しないように設けることで、ＳＯＧ層１６で凹凸形状を緩和した構造であっても、液体によって溶解されることのない信頼性の高い液体吐出ヘッドとすることができる。
【００３０】
以下、このような液体吐出ヘッドを設ける製造方法について説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図２（ｂ）の領域Ｘに該当する部分を拡大した液体吐出ヘッド４１の部分の製造方法を説明する図を図４に示す。以下、比較例と異なる部分を中心に説明する。それ以外の構成は比較例と同様であるため省略する。
【００３２】
トランジスタ等の駆動素子が設けられたシリコンからなる基体１１の上に、基体１１の一部を熱酸化して設けた熱酸化層１２と、化学蒸着法やスパッタ法等を用いて設けた、例えばＢＰＳＧからなるシリコン化合物の第１の絶縁層１３とが設けられている。第１の絶縁層１３の上には、基体１１に設けられた駆動素子とエネルギー発生素子を接続する第１の電極層１４が設けられている。また、インクの供給口４９が設けられる位置に、第１の電極層１４を形成するために用いた金属材料層から、供給口４９の開口幅を決定するために用いる犠牲層２４を形成することもできる。第１の電極層１４及び犠牲層２４の上には、化学蒸着法やスパッタ法を用いて設けた、例えばＳｉＯからなるシリコン化合物の第２の絶縁層１５が設けられている。化学蒸着法やスパッタ法では段差を解消することはできないため、第２の絶縁層１５の表面には、Ａｌ等の導電材料からなる第１の電極層１４の影響による段差部（凹凸形状を有する部分）と、これらの影響がない平坦部（平坦な部分）とが生じている。基体を貫通して設けられているインクを供給するための供給口は、この平坦部の領域に位置するように設けられる。このような基体をまず用意する。第１の電極層１４は、膜厚約２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の厚さで設けられているため、第２の絶縁層１５の表面に設けられた段差部の凸部も約膜厚２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の凹凸となっている。
【００３３】
次に、第２の絶縁層１５の上に、ＳＯＧ材料をスピンコート法を用いて塗布する（図４（ａ））。本実施形態においては、ＳＯＧ材料は、アルコールを成分とする溶媒にシラノール［Ｓｉ（ＯＨ）４］を溶かした溶剤を用いる。ＳＯＧ材料は、流動性を有する材料であるため凹凸部を平坦化するように働き、特に段差部の傾斜角度がなだらかになるように、角部に厚く塗布される。この状態で２００〜４５０℃の熱処理を行うことで、溶媒が揮発するとともに化学反応を起こして硬化してＳＯＧ材料の硬化物である、ＳｉＯ２からなるＳＯＧ層１６が形成される。
【００３４】
次に図４（ｂ）に示すように、犠牲層２４の上部の第２の絶縁層１５の平坦部が露出し、かつ、段差部には一部残るように、エッチング法を用いてＳＯＧ層１６の硬化物をエッチングする。具体的には、段差の凸部の角部から、基板の面に平行な方向に関して、凸部の厚み以上の幅を有するように部分１６ａが残るようにエッチングを行うことが好ましい。また、平坦部にＳＯＧ層１６が残らないように十分にエッチングを行うことが必要であるため、部分１６ａの幅が少なくとも凸部の厚みの２倍以下となるまではエッチングを行うことが好ましい。すなわち、基板の面に平行な方向に関して、部材１６ａの幅は、凸部の厚みの１倍以上、２倍以下となるように設けることが好ましい。
【００３５】
特にドライエッチング法を用いると、比較的均一に膜厚が減少するようにエッチングされやすいため、第２の絶縁層１５の段差部の角にのみＳＯＧ層１６の硬化物の一部が残り傾斜を緩和する部分１６ａが信頼性高く形成される。部分１６ａにより第２の絶縁層１５表面の段差が緩和されるため、これより上に積層される膜は、緩やかになった段差部に沿って積層される。
【００３６】
次に、第３の絶縁層１７（Ｐ−ＳｉＯ）を設け、その上にＴａＳｉＮからなる発熱抵抗層１８及び一対の電極１９となるＡｌ−Ｃｕ合金等の導電材料からなる電極材料層を設け、エッチング技術を用いてエネルギー発生素子４５に加工する。次に、エネルギー発生素子４５の上にインクからエネルギー発生素子４５を保護するためにも用いられるＳｉＮ等のシリコン化合物を用いて第４の絶縁層２０を設ける。さらに、第４の絶縁層２０のエネルギー発生素子４５の上側に対応する部分に、Ｔａ等の耐久性に優れた材料を用いてエネルギー発生素子４５をキャビテーション衝撃から保護するための保護層２１を設ける。
【００３７】
さらに、吐出口４７と流路４８となる壁４８ａとを有している流路部材４６を設け、流路部材の表面に撥水膜２３を形成する。その後、液体吐出ヘッド用基板のエネルギー発生素子４５が設けられた面とは反対側の面からＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液などのアルカリ溶液を用いてシリコン基体１１の異方性エッチングを行う。さらに犠牲層２４を溶解させて除去する。その後に、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてウェットエッチングを行うことで、第２の絶縁層１５及び第３の絶縁層１７を除去する。最後にドライエッチング法を用いて第４の絶縁層２０を除去することで、エネルギー発生素子４５が設けられた側の表面と、反対側の裏面とを貫通させて、液体を供給するための供給口４９を形成し、液体吐出ヘッド４１を完成させる。このとき供給口４９は、平坦部の領域に形成されるため、供給口４９が開口したエネルギー発生素子４５が設けられた側の表面の、供給口４９の開口領域の周囲にはＳＯＧ層１６は残っておらず、流路４８に露出していない。
【００３８】
以上のようにＳＯＧ材料の硬化物を用いて部分１６ａを設けることにより、エネルギー発生素子４５が設けられる第３の絶縁層１７に見られる表面の段差を緩和することができ、発熱抵抗層１８の段差部で電流集中が起きることを防止できる。これにより発熱抵抗層１８の段差部が過度に発熱して液体が不均一な沸騰を起こし、発泡効率が低下して液滴の吐出速度と吐出量が低下してしまうことを防止することができる。
【００３９】
さらに比較例のようにＳＯＧ層１６の硬化物が流路４８に露出することもないため、ＳＯＧ層１６の硬化物がインクに溶出することがない信頼性の高い液体吐出ヘッドとすることができる（図４（ｃ））。
【００４０】
（第２の実施形態）
第１の実施形態とは別の、図２（ｂ）の領域Ｘに該当する部分を拡大した液体吐出ヘッド４１の部分の製造方法を説明する図を図５に示す。以下、比較例及び第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第１の絶縁層１３までは比較例及び第１の実施形態と同様である。
【００４１】
本実施形態は、エネルギー発生素子４５の下にエネルギー発生素子４５の温度情報を検出するための配線形状の温度検知素子８が設けられている。温度検知素子８は、温度によって、抵抗値が変化する材料で設けられており、一定の電圧を印加したときに出力される電流値を測定することで、エネルギー発生素子４５の温度を見積もることができる。このような配線形状の温度検知素子８を用いてインクの昇温及び液体吐出ヘッドの昇温を検知することで、インク吐出量の変動の可能性を検知し、エネルギー発生素子４５を駆動するパルス幅を調整して、吐出される液滴を一定量とするために用いられる。
【００４２】
温度検知素子としては、温度抵抗係数（ＴＣＲ）の高い材料、例えば、ＡｌＣｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の薄膜抵抗材料を用いることができる。図６（ａ）に温度検知素子８を模式的に表した上面図、図６（ｂ）に温度検知素子８の上にエネルギー発生素子４５を設けた上面図を示す。
【００４３】
まず、蓄熱層の上に一対の第１の電極１４となるＡｌなどの材料層を約２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の厚さ設ける。次に、第１の電極１４のエネルギー発生素子４５に対応する部分のみを除去する。次に、薄膜抵抗材料をスパッタ法等を用いて約３０ｎｍの厚さ成膜する。さらに、薄膜抵抗材料と、第１の電極１４となる材料層を同時にドライエッチングを行ってパターニングする。そのため第１の電極１４となる材料をあらかじめ除去した部分、すなわちエネルギー発生素子４５の下側は、オーバーエッチングされている状態となるため、第１の絶縁層１３の表面に凹凸形状が生じてしまう。本実施形態においてはこのようにして生じる凹凸形状の段差を緩和するために、ＳＯＧ材料を用いて平坦化を行う。
【００４４】
なお、温度検知素子としての感度を極力向上させるため、一対の第２電極１９の間の抵抗変動量が大きくなるようにエネルギー発生素子４５の下側に長い距離設けることが好ましい。蛇行した折返し部を有する配線形状をとることにより、距離を確保することができる。
【００４５】
さらに温度検知素子８の上に、化学蒸着法やスパッタ法を用いてＳｉＯ等のシリコン化合物からなる第２の絶縁層１５が設けられている。化学蒸着法やスパッタ法では段差を解消することはできないため、第２の絶縁層１５の表面には、約１００ｎｍ程度の凹凸が生じている。
【００４６】
第２の絶縁層１５の上に、第１の実施形態と同様にＳＯＧ材料をスピンコート法を用いて塗布・熱処理して硬化させる（図５（ａ））。
【００４７】
次に第１の実施形態と同様に、図５（ｂ）に示すように、犠牲層２４の上部の第２の絶縁層１５が露出するまで、ドライエッチング法を用いてＳＯＧ層１６の硬化物をエッチングする。このとき段差を緩和するために、凸部の角部から、基板の面に平行な方向に関して、凸部の厚み以上の幅を有するように部分１６ａが残るようにエッチングを行うことが好ましい。また、平坦部にＳＯＧ層１６が残らないように十分にエッチングを行うことが必要であるため、部分１６ａの幅が少なくとも凸部の厚みの２倍以下の幅となるまではエッチングを行うことが好ましい。
【００４８】
このとき、温度検知素子８の上に設けられた第２の絶縁層１５の凸部１５ｂには、ＳＯＧ層１６が残らないようにエッチングを行うことが望ましい。これにより、エネルギー発生素子４５と温度検知素子８の間の蓄熱性も有する絶縁材料の厚さを薄くすることができ、温度検知素子８の熱応答性を良くすることができる。
【００４９】
またエッチングした後にＳＯＧ材料の硬化物が残りやすくするために、温度検知素子８による配線形状の隣接する段差部による第２の絶縁層１５の溝部１５ａの幅を狭くすることが好ましい。溝部１５ａの幅を狭くすることで、凹部にＳＯＧ材料が流れこみやすくなり、犠牲層２４が設けられた部分のＳＯＧ層１６の厚さよりも凹部とにおけるＳＯＧ層１６の厚さが厚くなる。具体的には、温度検知素子８の溝部８ａの幅すなわち段差部の間隔が３．０μｍ以下であることが好ましく、パターニングの信頼性を確保するために溝部８ａの幅は０．３μｍ以上とすることが好ましい。
【００５０】
次に、ＳＯＧ材料を第１の実施形態と同様にエッチング処理を行い、段差部の角部には部分１６ａが残っているようにエッチング処理を行う。また、段差部の間隔が３μｍ以下の部分では、ＳＯＧ層１６の厚さが厚くなっていたことから部分１６ｂのように凹部がＳＯＧ材料で充填された状態で残り、第２の絶縁層１５の溝部１５ａにはＳＯＧ層１６が最大限残った状態となる。すなわち、ＳＯＧ材料により第２の絶縁層１５の段差の傾斜角が緩和されるだけでなく、段差そのものを小さくすることができ、さらに傾斜角を緩やかになすることができる。
【００５１】
さらに第１の実施形態と同様に、第３の絶縁層１７、発熱抵抗層１８、一対の第２電極１９、第４の絶縁層２０、保護層２１、及び流路部材４６、供給口４９を設け、液体吐出ヘッド４１を完成させる。このとき温度検知素子は、図６（ｂ）に示すように一対の第２電極１９の間に位置するように設けられている。このとき本実施形態においても供給口４９は、平坦部の領域に形成されるため、供給口４９が開口したエネルギー発生素子４５が設けられた側の表面の、供給口４９の開口領域の周囲にはＳＯＧ層１６は残っておらず、流路４８に露出していない。
【００５２】
以上のようにＳＯＧ材料を用いて部分１６ｂを設けることにより、エネルギー発生素子４５が設けられる第３の絶縁層１７に見られる表面の段差を緩和することができ、発熱抵抗層１８の段差部で電流集中が起きることを防止できる。従って発熱抵抗層１８の段差部が過度に発熱して液体が不均一な沸騰を起こし、発泡効率が低下して液滴の吐出速度と吐出量が低下してしまうことを防止することができる。
【００５３】
さらに比較例のようにＳＯＧ層１６が流路４８に露出することもないため、ＳＯＧ層１６がインクに溶出することがない信頼性の高い液体吐出ヘッドとすることができる（図５（ｃ））。
【符号の説明】
【００５４】
１１ 基体
２０ 絶縁層
４１ 液体吐出ヘッド
４５ エネルギー発生素子
４７ 吐出口
４９ 供給口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドは、インク等の液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子を有する液体吐出ヘッド用基板と、液体を吐出するための吐出口を有する吐出口部材とで設けられている。
【０００３】
エネルギー発生素子は、電流を流すことで熱を発生する発熱抵抗層と、発熱抵抗層に電力を供給する一対の電極と、で設けられており、インク等の液体からエネルギー発生素子を保護するために絶縁材料で被覆されている。このような発熱抵抗層、電極、絶縁層が、エネルギー発生素子の駆動制御を行うための駆動制御回路が形成された半導体基板上に積層されることで、液体吐出ヘッド用基板が設けられている。この発熱抵抗層が発生した熱によって、エネルギー発生素子の上の絶縁層の表面部分の液体が膜沸騰し、これにより発生する気泡の圧力により吐出口から吐出されることで、被記録媒体への記録動作が行われる。
【０００４】
さらに液体吐出ヘッドにおいては、ヘッドチップの面積を削減することが求められており発熱抵抗層の直下に、液体吐出ヘッド用基板の駆動回路の一部を配置するため、発熱抵抗層上の絶縁層の表面に段差が生じる場合がある。液体が膜沸騰を起こす絶縁層の表面に段差があると、この段差を起点として気泡が成長するため均一な発泡が得られず安定した記録動作を行えなくなる。そのためＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）材料等の塗布型の絶縁材料を用いて段差部を平坦化することが知られている。
【０００５】
特許文献１には、ＳＯＧ材料で絶縁層を設けることで段差の発生を緩和し、かつ、ＳＯＧ層の表面を無機化することで、エネルギー発生素子の発生する熱による酸化及び炭化という劣化を抑えることができる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年用いられるインク等の吐出するための液体は、記録画像の画質や耐久性の向上等の目的で、溶解能の高い溶剤を用いているものもある。ＳＯＧ層は、スパッタ法や化学蒸着法などで設ける絶縁層と異なり、インクに対して溶解しやすい性質を有している。そのため特許文献１に開示の絶縁層のように、ＳＯＧ層の表面を無機化したとしても、一箇所でもＳＯＧ層がインクの流路に露出すると、その部分から溶出してしまい絶縁層等の剥離が生じることが懸念される。
【０００８】
本発明は上記課題を鑑みたものであり、エネルギー発生素子の表面の段差が平坦化され、かつ、ＳＯＧ層が液体によって溶解されることのない信頼性の高い液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を有し、凹凸形状を有する部分と、平坦な部分と、を備えた基体を用意する工程と、前記凹凸形状を有する部分と前記平坦な部分との上に流動性を有する絶縁材料を塗布する工程と、前記流動性を有する絶縁材料を硬化させた後に、前記平坦な部分が露出するとともに、前記凹凸形状の部分の凸部の角に前記絶縁材料の硬化物の一部が残るように、前記絶縁材料をエッチングするエッチング工程と、前記エッチング工程の後に、前記基体の前記凹凸形状を有する部分の一部の上側に前記エネルギー発生素子を設ける工程と、前記エネルギー発生素子および前記平坦な部分の上に、化学蒸着法又はスパッタ法で絶縁材料からなる絶縁層を設ける工程と、前記基体の前記平坦な部分の一部の上に位置する前記絶縁層の表面と、該表面とは反対側の前記基体の裏面とを貫通させて前記供給口を設ける工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このように設けることで、エネルギー発生素子の表面が平坦化され、かつ、ＳＯＧ層が液体によって溶解されることのない信頼性の高い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】
【００１１】
【図１】本発明に係る液体吐出装置及びヘッドユニットの斜視図である。
【図２】本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視図及び切断面図である。
【図３】ＳＯＧ膜をこれまでの液体吐出ヘッドに適用した場合の切断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明する切断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明する切断面図である。
【図６】温度検知素子とエネルギー発生素子の上面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。
【００１３】
本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
【００１４】
さらに「インク」とは広く解釈されるべきものであり、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは被記録媒体の処理としては、例えば、被記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。
【００１５】
（液体吐出装置）
図１（ａ）は、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置を示す概略図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、リードスクリュー５００４は、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，５００９を介して回転する。キャリッジＨＣはヘッドユニットを載置可能であり、リードスクリュー５００４の螺旋溝５００５に係合するピン（不図示）を有しており、リードスクリュー５００４が回転することによって矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。このキャリッジＨＣには、ヘッドユニット４０が搭載されている。
【００１７】
（ヘッドユニット）
図１（ｂ）は、図１（ａ）のような液体吐出装置に搭載可能なヘッドユニット４０の斜視図である。液体吐出ヘッド４１（以下、ヘッドとも称する）はフレキシブルフィルム配線基板４３により、液体吐出装置と接続するコンタクトパッド４４に導通している。また、ヘッド４１は、支インクタンク４２と接合されることで一体化されヘッドユニット４０を構成している。ここで例として示しているヘッドユニット４０は、インクタンク４２とヘッド４１とが一体化したものであるが、インクタンクを分離できる分離型とすることも出来る。
【００１８】
（液体吐出ヘッド）
図２（ａ）は、本発明を用いることができる液体吐出ヘッド４１の斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’に沿って垂直に、支持基板２に支持された液体吐出ヘッド４１を切断した場合の切断面の状態を示した断面模式図である。
【００１９】
液体吐出ヘッド４１は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子４５を備えた液体吐出ヘッド用基板５０と、液体吐出ヘッド用基板５０に接して設けられた流路部材４６とを有している。液体吐出ヘッド用基板５０には、エネルギー発生素子４５が設けられた表面と、表面とは反対側の裏面とを貫通し、液体を供給するための供給口４９が設けられている。供給口４９に沿って、供給口４９の両側に複数のエネルギー発生素子４５が配列されている。さらに液体吐出ヘッド用基板５０の端部には、エネルギー発生素子４５を駆動するために用いられる電気的信号や電力を供給するため複数の端子１０１が設けられている。エネルギー発生素子４５は、電流を流すことで熱を発生する発熱抵抗層と、この発熱抵抗層に電力を供給するために用いられる一対の電極と、で設けられている。
【００２０】
流路部材４６は、エネルギー発生素子４５により発生するエネルギーを用いて液体を吐出することができる吐出口４７を、其々のエネルギー発生素子４５に対向する位置に有している。流路部材４６はさらに、吐出口４７と供給口４９とを連通する流路４８となる壁４８ａを有しており、液体吐出ヘッド用基板５０と接することで流路４８が設けられている。このような液体吐出ヘッド４１が支持基板２に支持されることでヘッドユニット４０に固定されている。支持基板２には、インクタンク４２からインクを液体吐出ヘッドに供給するインク供給流路７が設けられている。このインクは、インク供給流路７から供給口４９を介して流路４８に運ばれ、一対の電極の間に電圧を引火することでエネルギー発生素子４５の発生する熱により膜沸騰を起こす。これにより生じる気泡の圧力で吐出口４７からインクの一部が液滴として被記録媒体に向けて吐出されることで、記録動作が行われる。
【００２１】
（比較例）
次に、特許文献１に開示されるようなＳＯＧ材料を用いて形成されるＳＯＧ膜を用いて液体吐出ヘッド４１を設けた場合の例を比較として説明する。
【００２２】
ＳＯＧ材料とは、ケイ素化合物等の材料を有機溶剤に溶解した流動性を有する溶液であり、これをスピンコート法等を用いて塗布し、熱処理することによって膜を形成することができる材料である。このように流動性を有する材料であるため、凹凸形状を有する基板上に塗布した場合、凹部に溶液が入り込むため段差部の凹凸形状を低減させることができる。
【００２３】
図２（ｂ）の領域Ｘに該当する部分を拡大した従来の液体吐出ヘッド４１を図３に示す。トランジスタ等の駆動素子が設けられたシリコンからなる基体１１の上に、基体１１の一部を熱酸化して設けた熱酸化層１２と、化学蒸着法やスパッタ法等を用いて設けた、例えばＢＰＳＧからなるシリコン化合物の第１の絶縁層１３とが設けられている。第１の絶縁層１３の上には、基体１１に設けられた駆動素子とエネルギー発生素子を接続する第１の電極層１４が設けられている。第１の電極層１４は、シリコン基体１１上に形成されたエネルギー発生素子４５の駆動を制御するための制御回路（不図示）に、熱酸化層１２及び第１の絶縁層１３のスルーホール（不図示）により電気的に接続される。
【００２４】
第１の電極層１４の上には、化学蒸着法やスパッタ法を用いて設けた、例えばＳｉＯからなるシリコン化合物の第２の絶縁層１５が設けられている。化学蒸着法やスパッタ法では段差を解消することはできないため、第２の絶縁層１５の表面には、Ａｌ等の導電材料からなる第１の電極層１４の影響による段差が生じている。
【００２５】
第１の絶縁層１５の上には、ＳＯＧ材料をスピンコート法により塗布し、その後２００〜４５０℃の熱処理を加えて収縮・硬化させて設けたＳＯＧ層１６が設けられている。ＳＯＧ層１６は、溶液の形で用いられるため第１の電極層１４による段差を緩やかにしている。さらに、ＳＯＧ層１６の上に化学蒸着法やスパッタ法等を用いて設けた、例えばＰ−ＳｉＯ等からなる第３の絶縁層１７が設けられている。第３の絶縁層１７の上には、ＴａＳｉＮ等からなる電流を流すことで熱を発生する発熱抵抗層１８と、発熱抵抗層１８に接して設けられたＡｌ等の導電材料からなる一対の電極１９と、が設けられている。一対の電極１９の間の部分が、エネルギー発生素子４５として用いられる。ここで第１の電極層１４は一対の電極１９の一方と、第３の絶縁層１７及び第４の絶縁層２０に設けられたスルーホール（不図示）により電気的に接続されている。
【００２６】
エネルギー発生素子４５の表面は、下層に設けられた第１の電極層１４による凹凸状の段差が生じているが、ＳＯＧ層１６により緩和されている。そのため発熱抵抗層１８の段差部で電流集中が起きることを防止でき、発熱抵抗層１８の段差部が過度に発熱して液体が不均一な沸騰を起こし、発泡効率が低下して液滴の吐出速度と吐出量が低下してしまうことを防止することができる。
【００２７】
さらに、発熱抵抗層１８と一対の電極とは、ＣＶＤ法等の化学蒸着法やスパッタ法で設けたＳｉＮ等のシリコン化合物からなる第４の絶縁層２０で被覆されており、インクなどから保護されている。さらに第４の絶縁層２０の上には、液体の発泡、収縮に伴うキャビテーション衝撃からエネルギー発生素子４５を保護するために、エネルギー発生素子４５に対応する第４の絶縁層２０の上に耐キャビテーション層として用いられる保護層２１が設けられている。具体的には、保護層２１としてタンタルやイリジウムやルテニウムなどの金属材料を用いることができる。このようにして液体吐出ヘッド用基板５０が完成されている。この液体吐出ヘッド用基板５０の上に流路部材４６が設けられている。なお、液体吐出ヘッド用基板と流路部材４６との密着性を向上させるために、保護層２１と流路部材４６との間にポリエーテルアミド樹脂などからなる密着層を設けることもできる。
【００２８】
しかしながら、ＳＯＧ層１６はＳｉＯ２以外に不純物が含まれ、２００〜４５０℃での焼結時に溶媒が気化してポーラス状の構造となる。そのため、インクに曝されると化学蒸着法やスパッタ技術を用いて設けた膜に比べてインクの浸食作用を受け易く、インク中に次第に溶け出して、その構造を保てなくなる。そのためＳＯＧ層１６が流路４８に露出している部分４８ａから溶出してしまい、長期間使用していると液体を吐出できなくなってしまう。
【００２９】
これに対して、流路４８にＳＯＧ層１６が露出しないように設けることで、ＳＯＧ層１６で凹凸形状を緩和した構造であっても、液体によって溶解されることのない信頼性の高い液体吐出ヘッドとすることができる。
【００３０】
以下、このような液体吐出ヘッドを設ける製造方法について説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図２（ｂ）の領域Ｘに該当する部分を拡大した液体吐出ヘッド４１の部分の製造方法を説明する図を図４に示す。以下、比較例と異なる部分を中心に説明する。それ以外の構成は比較例と同様であるため省略する。
【００３２】
トランジスタ等の駆動素子が設けられたシリコンからなる基体１１の上に、基体１１の一部を熱酸化して設けた熱酸化層１２と、化学蒸着法やスパッタ法等を用いて設けた、例えばＢＰＳＧからなるシリコン化合物の第１の絶縁層１３とが設けられている。第１の絶縁層１３の上には、基体１１に設けられた駆動素子とエネルギー発生素子を接続する第１の電極層１４が設けられている。また、インクの供給口４９が設けられる位置に、第１の電極層１４を形成するために用いた金属材料層から、供給口４９の開口幅を決定するために用いる犠牲層２４を形成することもできる。第１の電極層１４及び犠牲層２４の上には、化学蒸着法やスパッタ法を用いて設けた、例えばＳｉＯからなるシリコン化合物の第２の絶縁層１５が設けられている。化学蒸着法やスパッタ法では段差を解消することはできないため、第２の絶縁層１５の表面には、Ａｌ等の導電材料からなる第１の電極層１４の影響による段差部（凹凸形状を有する部分）と、これらの影響がない平坦部（平坦な部分）とが生じている。基体を貫通して設けられているインクを供給するための供給口は、この平坦部の領域に位置するように設けられる。このような基体をまず用意する。第１の電極層１４は、膜厚約２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の厚さで設けられているため、第２の絶縁層１５の表面に設けられた段差部の凸部も約膜厚２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の凹凸となっている。
【００３３】
次に、第２の絶縁層１５の上に、ＳＯＧ材料をスピンコート法を用いて塗布する（図４（ａ））。本実施形態においては、ＳＯＧ材料は、アルコールを成分とする溶媒にシラノール［Ｓｉ（ＯＨ）４］を溶かした溶剤を用いる。ＳＯＧ材料は、流動性を有する材料であるため凹凸部を平坦化するように働き、特に段差部の傾斜角度がなだらかになるように、角部に厚く塗布される。この状態で２００〜４５０℃の熱処理を行うことで、溶媒が揮発するとともに化学反応を起こして硬化してＳＯＧ材料の硬化物である、ＳｉＯ２からなるＳＯＧ層１６が形成される。
【００３４】
次に図４（ｂ）に示すように、犠牲層２４の上部の第２の絶縁層１５の平坦部が露出し、かつ、段差部には一部残るように、エッチング法を用いてＳＯＧ層１６の硬化物をエッチングする。具体的には、段差の凸部の角部から、基板の面に平行な方向に関して、凸部の厚み以上の幅を有するように部分１６ａが残るようにエッチングを行うことが好ましい。また、平坦部にＳＯＧ層１６が残らないように十分にエッチングを行うことが必要であるため、部分１６ａの幅が少なくとも凸部の厚みの２倍以下となるまではエッチングを行うことが好ましい。すなわち、基板の面に平行な方向に関して、部材１６ａの幅は、凸部の厚みの１倍以上、２倍以下となるように設けることが好ましい。
【００３５】
特にドライエッチング法を用いると、比較的均一に膜厚が減少するようにエッチングされやすいため、第２の絶縁層１５の段差部の角にのみＳＯＧ層１６の硬化物の一部が残り傾斜を緩和する部分１６ａが信頼性高く形成される。部分１６ａにより第２の絶縁層１５表面の段差が緩和されるため、これより上に積層される膜は、緩やかになった段差部に沿って積層される。
【００３６】
次に、第３の絶縁層１７（Ｐ−ＳｉＯ）を設け、その上にＴａＳｉＮからなる発熱抵抗層１８及び一対の電極１９となるＡｌ−Ｃｕ合金等の導電材料からなる電極材料層を設け、エッチング技術を用いてエネルギー発生素子４５に加工する。次に、エネルギー発生素子４５の上にインクからエネルギー発生素子４５を保護するためにも用いられるＳｉＮ等のシリコン化合物を用いて第４の絶縁層２０を設ける。さらに、第４の絶縁層２０のエネルギー発生素子４５の上側に対応する部分に、Ｔａ等の耐久性に優れた材料を用いてエネルギー発生素子４５をキャビテーション衝撃から保護するための保護層２１を設ける。
【００３７】
さらに、吐出口４７と流路４８となる壁４８ａとを有している流路部材４６を設け、流路部材の表面に撥水膜２３を形成する。その後、液体吐出ヘッド用基板のエネルギー発生素子４５が設けられた面とは反対側の面からＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液などのアルカリ溶液を用いてシリコン基体１１の異方性エッチングを行う。さらに犠牲層２４を溶解させて除去する。その後に、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてウェットエッチングを行うことで、第２の絶縁層１５及び第３の絶縁層１７を除去する。最後にドライエッチング法を用いて第４の絶縁層２０を除去することで、エネルギー発生素子４５が設けられた側の表面と、反対側の裏面とを貫通させて、液体を供給するための供給口４９を形成し、液体吐出ヘッド４１を完成させる。このとき供給口４９は、平坦部の領域に形成されるため、供給口４９が開口したエネルギー発生素子４５が設けられた側の表面の、供給口４９の開口領域の周囲にはＳＯＧ層１６は残っておらず、流路４８に露出していない。
【００３８】
以上のようにＳＯＧ材料の硬化物を用いて部分１６ａを設けることにより、エネルギー発生素子４５が設けられる第３の絶縁層１７に見られる表面の段差を緩和することができ、発熱抵抗層１８の段差部で電流集中が起きることを防止できる。これにより発熱抵抗層１８の段差部が過度に発熱して液体が不均一な沸騰を起こし、発泡効率が低下して液滴の吐出速度と吐出量が低下してしまうことを防止することができる。
【００３９】
さらに比較例のようにＳＯＧ層１６の硬化物が流路４８に露出することもないため、ＳＯＧ層１６の硬化物がインクに溶出することがない信頼性の高い液体吐出ヘッドとすることができる（図４（ｃ））。
【００４０】
（第２の実施形態）
第１の実施形態とは別の、図２（ｂ）の領域Ｘに該当する部分を拡大した液体吐出ヘッド４１の部分の製造方法を説明する図を図５に示す。以下、比較例及び第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第１の絶縁層１３までは比較例及び第１の実施形態と同様である。
【００４１】
本実施形態は、エネルギー発生素子４５の下にエネルギー発生素子４５の温度情報を検出するための配線形状の温度検知素子８が設けられている。温度検知素子８は、温度によって、抵抗値が変化する材料で設けられており、一定の電圧を印加したときに出力される電流値を測定することで、エネルギー発生素子４５の温度を見積もることができる。このような配線形状の温度検知素子８を用いてインクの昇温及び液体吐出ヘッドの昇温を検知することで、インク吐出量の変動の可能性を検知し、エネルギー発生素子４５を駆動するパルス幅を調整して、吐出される液滴を一定量とするために用いられる。
【００４２】
温度検知素子としては、温度抵抗係数（ＴＣＲ）の高い材料、例えば、ＡｌＣｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の薄膜抵抗材料を用いることができる。図６（ａ）に温度検知素子８を模式的に表した上面図、図６（ｂ）に温度検知素子８の上にエネルギー発生素子４５を設けた上面図を示す。
【００４３】
まず、蓄熱層の上に一対の第１の電極１４となるＡｌなどの材料層を約２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の厚さ設ける。次に、第１の電極１４のエネルギー発生素子４５に対応する部分のみを除去する。次に、薄膜抵抗材料をスパッタ法等を用いて約３０ｎｍの厚さ成膜する。さらに、薄膜抵抗材料と、第１の電極１４となる材料層を同時にドライエッチングを行ってパターニングする。そのため第１の電極１４となる材料をあらかじめ除去した部分、すなわちエネルギー発生素子４５の下側は、オーバーエッチングされている状態となるため、第１の絶縁層１３の表面に凹凸形状が生じてしまう。本実施形態においてはこのようにして生じる凹凸形状の段差を緩和するために、ＳＯＧ材料を用いて平坦化を行う。
【００４４】
なお、温度検知素子としての感度を極力向上させるため、一対の第２電極１９の間の抵抗変動量が大きくなるようにエネルギー発生素子４５の下側に長い距離設けることが好ましい。蛇行した折返し部を有する配線形状をとることにより、距離を確保することができる。
【００４５】
さらに温度検知素子８の上に、化学蒸着法やスパッタ法を用いてＳｉＯ等のシリコン化合物からなる第２の絶縁層１５が設けられている。化学蒸着法やスパッタ法では段差を解消することはできないため、第２の絶縁層１５の表面には、約１００ｎｍ程度の凹凸が生じている。
【００４６】
第２の絶縁層１５の上に、第１の実施形態と同様にＳＯＧ材料をスピンコート法を用いて塗布・熱処理して硬化させる（図５（ａ））。
【００４７】
次に第１の実施形態と同様に、図５（ｂ）に示すように、犠牲層２４の上部の第２の絶縁層１５が露出するまで、ドライエッチング法を用いてＳＯＧ層１６の硬化物をエッチングする。このとき段差を緩和するために、凸部の角部から、基板の面に平行な方向に関して、凸部の厚み以上の幅を有するように部分１６ａが残るようにエッチングを行うことが好ましい。また、平坦部にＳＯＧ層１６が残らないように十分にエッチングを行うことが必要であるため、部分１６ａの幅が少なくとも凸部の厚みの２倍以下の幅となるまではエッチングを行うことが好ましい。
【００４８】
このとき、温度検知素子８の上に設けられた第２の絶縁層１５の凸部１５ｂには、ＳＯＧ層１６が残らないようにエッチングを行うことが望ましい。これにより、エネルギー発生素子４５と温度検知素子８の間の蓄熱性も有する絶縁材料の厚さを薄くすることができ、温度検知素子８の熱応答性を良くすることができる。
【００４９】
またエッチングした後にＳＯＧ材料の硬化物が残りやすくするために、温度検知素子８による配線形状の隣接する段差部による第２の絶縁層１５の溝部１５ａの幅を狭くすることが好ましい。溝部１５ａの幅を狭くすることで、凹部にＳＯＧ材料が流れこみやすくなり、犠牲層２４が設けられた部分のＳＯＧ層１６の厚さよりも凹部とにおけるＳＯＧ層１６の厚さが厚くなる。具体的には、温度検知素子８の溝部８ａの幅すなわち段差部の間隔が３．０μｍ以下であることが好ましく、パターニングの信頼性を確保するために溝部８ａの幅は０．３μｍ以上とすることが好ましい。
【００５０】
次に、ＳＯＧ材料を第１の実施形態と同様にエッチング処理を行い、段差部の角部には部分１６ａが残っているようにエッチング処理を行う。また、段差部の間隔が３μｍ以下の部分では、ＳＯＧ層１６の厚さが厚くなっていたことから部分１６ｂのように凹部がＳＯＧ材料で充填された状態で残り、第２の絶縁層１５の溝部１５ａにはＳＯＧ層１６が最大限残った状態となる。すなわち、ＳＯＧ材料により第２の絶縁層１５の段差の傾斜角が緩和されるだけでなく、段差そのものを小さくすることができ、さらに傾斜角を緩やかになすることができる。
【００５１】
さらに第１の実施形態と同様に、第３の絶縁層１７、発熱抵抗層１８、一対の第２電極１９、第４の絶縁層２０、保護層２１、及び流路部材４６、供給口４９を設け、液体吐出ヘッド４１を完成させる。このとき温度検知素子は、図６（ｂ）に示すように一対の第２電極１９の間に位置するように設けられている。このとき本実施形態においても供給口４９は、平坦部の領域に形成されるため、供給口４９が開口したエネルギー発生素子４５が設けられた側の表面の、供給口４９の開口領域の周囲にはＳＯＧ層１６は残っておらず、流路４８に露出していない。
【００５２】
以上のようにＳＯＧ材料を用いて部分１６ｂを設けることにより、エネルギー発生素子４５が設けられる第３の絶縁層１７に見られる表面の段差を緩和することができ、発熱抵抗層１８の段差部で電流集中が起きることを防止できる。従って発熱抵抗層１８の段差部が過度に発熱して液体が不均一な沸騰を起こし、発泡効率が低下して液滴の吐出速度と吐出量が低下してしまうことを防止することができる。
【００５３】
さらに比較例のようにＳＯＧ層１６が流路４８に露出することもないため、ＳＯＧ層１６がインクに溶出することがない信頼性の高い液体吐出ヘッドとすることができる（図５（ｃ））。
【符号の説明】
【００５４】
１１ 基体
２０ 絶縁層
４１ 液体吐出ヘッド
４５ エネルギー発生素子
４７ 吐出口
４９ 供給口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
凹凸形状を有する部分と、平坦な部分と、を備えた基体を用意する工程と、
前記凹凸形状を有する部分と前記平坦な部分との上に流動性を有する絶縁材料を塗布する工程と、
前記流動性を有する絶縁材料を硬化させた後に、前記平坦な部分が露出するとともに、前記凹凸形状の部分の凸部の角に前記絶縁材料の硬化物の一部が残るように、前記絶縁材料をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程の後に、前記基体の前記凹凸形状を有する部分の一部の上側に前記エネルギー発生素子を設ける工程と、
前記エネルギー発生素子および前記平坦な部分の上に、化学蒸着法又はスパッタ法で絶縁材料からなる絶縁層を設ける工程と、
前記基体の前記平坦な部分の一部の上に位置する前記絶縁層の表面と、該表面とは反対側の前記基体の裏面とを貫通させて前記供給口を設ける工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記流動性を有する絶縁材料は、ＳＯＧ材料であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記硬化物の一部は、前記凹凸形状を有する部分の凸部の端部から前記基体の面に沿った方向に関して、凸部の厚みの１倍以上、２倍以下となる幅が残るようにエッチングされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記凹凸形状は、前記エネルギー発生素子に電力を供給する一対の電極層の一方に接続されている他の電極層の形状によって設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３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５】
前記凹凸形状は、前記エネルギー発生素子の温度検知素子として用いられる、温度抵抗係数の高い材料からなる薄膜抵抗材料からなる配線形状によって設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３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】
前記温度検知素子は、前記エネルギー発生素子の下側に折返し部を有しており、隣接する前記配線形状による前記凹凸形状の隣接する凸部の間隔が、０．３μｍ以上、３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
液体を吐出するための熱エネルギーを発生するために利用されるエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
凹凸形状を有する部分と、平坦な部分と、を備えた基体を用意する工程と、
前記凹凸形状を有する部分と前記平坦な部分との上に流動性を有する絶縁材料を塗布する工程と、
前記流動性を有する絶縁材料を硬化させた後に、前記平坦な部分が露出するとともに、前記凹凸形状の部分の凸部の角に前記絶縁材料の硬化物の一部が残るように、前記絶縁材料をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程の後に、前記基体の前記凹凸形状を有する部分の一部の上側に前記エネルギー発生素子を設ける工程と、
前記エネルギー発生素子および前記平坦な部分の上に、化学蒸着法又はスパッタ法で絶縁材料からなる絶縁層を設ける工程と、
前記基体の前記平坦な部分の一部の上に位置する前記絶縁層の表面と、該表面とは反対側の前記基体の裏面とを貫通させて前記供給口を設ける工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記流動性を有する絶縁材料は、ＳＯＧ材料であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記硬化物の一部は、前記凹凸形状を有する部分の凸部の端部から前記基体の面に沿った方向に関して、凸部の厚みの１倍以上、２倍以下となる幅が残るようにエッチングされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記凹凸形状は、前記エネルギー発生素子に電力を供給する一対の電極層の一方に接続されている他の電極層の形状によって設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３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５】
前記凹凸形状は、前記エネルギー発生素子の温度検知素子として用いられる、温度抵抗係数の高い材料からなる薄膜抵抗材料からなる配線形状によって設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３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】
前記温度検知素子は、前記エネルギー発生素子の下側に折返し部を有しており、隣接する前記配線形状による前記凹凸形状の隣接する凸部の間隔が、０．３μｍ以上、３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１１１１５５（Ｐ２０１２−１１１１５５Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２８７５（Ｐ２０１０−２６２８７５）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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