JP2000318169A - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱エネルギー効率が良く且つキャビテーション
耐久性に優れたインクジェットプリンタヘッドの製造方
法を提供する。 【解決手段】フォトマスク４６の成形パターン４７は成
形すべき隔壁に対応して櫛歯状に切り欠いた露光パター
ン４７ａと、現像の際に成形しようとする隔壁のコーナ
ー部近傍で停滞する現像液を流動させるために上記成形
パターンの各コーナー部に夫々形成された複数のプロセ
スパターン４７ｂからなる成形パターン４７を有してい
る。区画隔壁３９−３（図２(b) 参照）に対応する櫛歯
パターンの付け根部にその幅方向へ全長にわたって切り
欠きパターンを埋めるべく形成された遮光パターンであ
り、形成された隔壁には現れないパターンであり、現像
の際に区画部の角部分に滞留する現像液の逃げ部を形成
するために設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャビテーション
耐久性に優れたインクジェットプリンタヘッドの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット方式のプリンタが
広く用いられている。このインクジェット方式によるプ
リンタには、気泡の発生する力でインク滴を飛ばすサー
マルインクジェット方式や、ピエゾ抵抗素子（圧電素
子）の変形によってインク滴を飛ばすピエゾ方式等があ
る。

【０００３】これらは、色材たるインクをインク滴にし
て直接記録紙に向かって吐出するという工程により、粉
末状の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較し
た場合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合に
よってカラー化が容易であり、印字ドットを小さくでき
るので高画質であり、印字に使用されるインクの量に無
駄が無くコストパフォーマンスに優れており、このため
特にパーソナル用プリンタとして広く用いられている印
字方式である。

【０００４】このサーマルインクジェット方式には、イ
ンク滴の吐出方向により二通りの構成がある。すなわ
ち、発熱素子の発熱面に平行な方向へ吐出する構成のも
のと、発熱素子の発熱面に垂直な方向に吐出する構成の
ものとがある。

【０００５】図６(a),(b),(c) は、発熱素子の発熱面に
平行な方向へインクを吐出する構成のもの、同図(d),
(e),(f) は、発熱素子の発熱面に垂直な方向にインクを
吐出する構成のものをそれぞれ模式的に示している。同
図(a) 又は(d) に示すように、シリコン基板１上には発
熱素子２が形成されており、その上方に所定の間隙を有
してオリフィス板３が配設され、同図(a) では発熱素子
２の側方に、同図(d) では発熱素子２に対向して、オリ
フィス（インク吐出ノズル）４が形成されている。上記
の発熱素子２は不図示の電極に接続されており、発熱素
子２が設けられているインク流路にはインク５が常時供
給されている。

【０００６】このオリフィス４からインク滴を吐出させ
るには、先ず、同図(b) 又は(e) に示すように、画像情
報に応じた通電により、発熱素子２を発熱させてこの
発熱素子２上に核気泡を発生させる。この核気泡が合
体して膜気泡６に成長し、この膜気泡６が断熱膨脹し
て更に成長して周囲のインクを押し遣ることによってオ
リフィス４からインク５′が押し出され、この押し出さ
れたインク５′は、同図(c) 又は(f) に示すように、イ
ンク滴７となってオリフィス４から紙面に向けて吐出さ
れる。この後、上記の膜気泡が周囲のインクに熱を取
られて収縮し、ついには消滅する。そして、次の発熱
素子２の加熱を待機する。この一連の工程〜は、瞬
時に行われる。

【０００７】上記の発熱素子の発熱面に垂直な方向にイ
ンク滴を吐出する構成のものは、ルーフシュータ型サー
マルインクジェットプリンタヘッドと呼称されており、
発熱素子の発熱面に平行な方向にインク滴を吐出する構
成のものと比較して、消費電力が極めて小さくて済むこ
とが知られている。また、この形式におけるフルカラー
用のサーマルインクジェットプリンタヘッドの製法とし
ては、シリコンＬＳＩ形成技術と薄膜形成技術を利用し
て、複数の発熱素子と個々の駆動回路とオリフィスを一
括してモノリシックに形成する方法がある。

【０００８】この方法によれば、例えば１０ｍｍ×１５
ｍｍ程度の大きさのチップ基板上に解像度が３６０ｄｐ
ｉ（ドット／インチ）のヘッドであれば１２８個の発熱
素子と駆動回路とオリフィスを形成することができ、ま
た、解像度が７２０ｄｐｉの場合であれば２５６個の発
熱素子と駆動回路とオリフィスを形成することができ
る。

【０００９】ところで、上記の過程〜で発現する沸
騰現象は、所謂膜沸騰現象である。膜沸騰現象は、例え
ば鉄の焼き入れのように高温に加熱された物体を液体中
に漬けた場合と、液体と接する物体の表面温度を急激に
上げた場合とに発現するが、サーマルインクジェットヘ
ッドに用いられる膜沸騰現象は後者の「液体と接する物
体の表面温度を急激に上げる」方法によっている。この
膜沸騰現象において上記の気泡が消滅するときに起きる
現象はキャビテーションと呼ばれている。

【００１０】図７(a),(b) は、上記のインク滴の吐出に
係る気泡の成長と消滅の過程を模式的に示す図である。
同図(a) は実験的に水深１ｍｍ（ミリメータ）のオープ
ンプール８に設定した発熱素子９と、これによる気泡の
成長と消滅の過程を０〜６μｓ（マイクロ秒）まで、１
μｓ毎に示している。また、同図(b) は発熱素子９への
通電タイミングを示している。

【００１１】同図(a) に示すように、０〜１μｓで発熱
素子９が加熱され、１〜２μｓで複数の核気泡が一体化
することにより、２μｓから３μｓに至る間にインク滴
を吐出する膜気泡が発生し、３μｓでは既にその膜気泡
の収縮が始まっている。そして６μｓで膜気泡が消滅す
るまでの間、同図の矢印ａ−１、ａ−２、ａ−３で示す
にようにキャビテーションと呼ばれる作用に基づく破壊
力が発生する。このキャビテーションによる破壊力は発
熱素子９を設置面から引き剥がそうとする力として働
き、その衝撃力は、上記の水深１ｍｍのオープンプール
の場合、１０００ｔｏｎ／ｃｍ² に達すると言われてい
る。サーマルインクジェットヘッドの発熱素子の面積は
およそ４０μｍ×４０μｍであるが、この面積比で換算
すると、その衝撃力はおよそ１６Ｋｇ（キログラム）と
いう値になる。

【００１２】図８(a) は、ルーフシュータ型のサーマル
インクジェットプリンタヘッド（以下、単にインクジェ
ットプリンタヘッドという）の構成を示す平面図であ
り、同図(b) は同図(a) のＡ−Ａ′断面矢視図、同図
(c) はその発熱素子配設部を区画する隔壁を形成するた
めのフォトマスクを示す図である。尚、同図(a) には、
最上層のオリフィス板を透視して示している。また、実
際には多数ある発熱素子を例として分かり易いように５
個のみ示している。

【００１３】同図(a),(b) に示すように、インクジェッ
トプリンタヘッド１０は、チップ基板１１上に、ＬＳＩ
からなる駆動回路１２と発熱抵抗体の薄膜１３からなる
発熱素子１４が形成され、この発熱素子１４と駆動回路
１２を結ぶ個別配線電極１５と共通給電電極１６が形成
され、これらの上に隔壁１７が積層されている。上記の
発熱素子１４と個別配線電極１５は、それぞれ後から形
成されるインク吐出ノズルとしてのオリフィス１８ろ同
数だけ配設される。

【００１４】これらの上からオリフィス板１９が積層さ
れて、隔壁１７の厚さに対応する高さおよそ１０μｍの
インク流路２１が、発熱素子１４と不図示の共通インク
供給溝との間に夫々形成される。この後、オリフィス板
１９に、インクを吐出する上述したオリフィス１８が形
成される。

【００１５】上記の隔壁１７は、インク流路２１の下方
（図の下方）において共通給電電極１６上に配設される
インクを内部に封止するためのシール隔壁（不図示）
と、上方の個別配線電極１５上に配設される同じくシー
ル隔壁１７ａ及びこのシール隔壁１７ａから各発熱素子
１４と発熱素子１４の間に伸び出して各発熱素子１４を
区画する区画隔壁１７ｂから成っている。上記の発熱素
子１４はシール隔壁１７ａと区画隔壁１７ｂとによって
形成される隔壁１７によって形成され加圧室を形成する
区画部２２の中に配置される。

【００１６】一般に、隔壁材の薄膜をフォトリソ技術に
よりパターニングして上記の区画部２２を形成するに際
しては、同図(c) に示すフォトマスク２３が用いられ
る。このフォトマスク２３に形成される光を透過させる
為の開口パターン（以下、露光パターンという）は、隔
壁材としてネガ型（光の照射を受けた部分が硬化するタ
イプ）の感光性樹脂の場合、同図(c) に示すように、平
断面が櫛の歯状の隔壁１７に対応する櫛の歯状の切り欠
き部２４を形成され、櫛歯の歯の付根に対応するコーナ
ー部２５が略直角をなすように形成されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このフォト
マスク２３を用いて形成される隔壁１７の平断面の形状
は、フォトマスク２３の成形パターンの形状通り忠実に
は形成されないことが判明した。すなわち図８(a) に示
すように、隔壁１７櫛歯状平断面の歯の付け根部にあた
るコーナー部はフォトマスク２３の成形パターン通り直
角にはなっていない。設計では直角に曲がるべきコーナ
ー部があたかも意図的にコーナー部に詰め物をしたかの
ように丸味を帯びている。つまりコーナー部が区画部２
２の内側に迫り出している。そして、このために、発熱
素子１４に次に述べるようなキャビテーション損傷が発
生する。

【００１８】図９(a),(b),(c) は、図７に示した３μｓ
から５μｓに至る間の最大に成長した膜気泡が消滅直前
の状態まで収縮していく過程を再掲したものであり、図
９(d),(e),(f) は、同図(a),(b),(c) に対応して上記の
区画部２２内で実際に発生する膜気泡収縮の過程を示す
図である。同図(a),(b) 及び同図(d),(e) に示すように
最大となってインクの吐出を終えた膜気泡６−１が膜気
泡６−２まで収縮する。

【００１９】そして、更に消滅直前の収縮気泡６−３の
状態となったとき、もし同図(f) に示す区画部２２が同
図(g) に示す区画部２２′のように隔壁１７の歯の付け
根部に対応する２箇所の角部が直角であると、同図(c)
に示す収縮気泡６−３は同図(g) に示す区画部２２′の
ように２つに***して収縮気泡６−３′及び６−３″と
なって角部に退縮し、発熱素子上には存在しない。従っ
て、収縮気泡の退縮位置にキャビテーションの破壊力が
作用するが、同図(g) に示す例では、キャビテーション
の破壊力は、区画部２２′の角部に露出しているチップ
基板の表面に働き、退縮位置から外れた発熱素子には略
作用しない。なお、チップ基板の表面はシリコン酸化膜
であり、このシリコン酸化膜は、キャビテーションの破
壊力に対しては抵抗力が強いので、問題とならない。

【００２０】しかしながら、同図(f) に示す区画部２２
では、上述したように区画の角部が内側に迫り出してい
るため角部が気泡の退縮位置となり得ず、このため収縮
気泡６−３は２つには***せず１つにまとまったまま、
区画部２２の底辺（奥の辺）中央部に退縮する。そし
て、一部が発熱素子１４の区画部２２の奥側に位置する
辺部２６の表面に掛かった状態で、この退縮位置にキャ
ビテーションの破壊力が作用する。これにより、発熱素
子１４の区画部２２の奥側に位置する辺部２６にキャビ
テーション損傷が発生する。このキャビテーションの破
壊力はインクを吐出するたびに発熱素子１４に作用する
から、発熱素子１４の寿命、つまりはインクジェットプ
リンタヘッド１０の寿命が著しく短縮されてしまうとい
う問題を有していた。

【００２１】この問題を解決すべく、一般的には発熱素
子に生じる上記のキャビテーション損傷を防止するため
に発熱素子面にキャビテーション損傷防止層を設ける方
法が採用されている。

【００２２】ところが、発熱素子面にキャビテーション
損傷防止層を設ける方法は、発熱素子の損傷は防止でき
るものの、キャビテーション損傷防止層を設けたことに
より発熱素子とインクが直接接することができなくな
り、発熱素子の熱エネルギーのうち膜気泡の発生に寄与
する熱エネルギーの効率が極端に低くなる、すなわち実
験によればほぼ１０％にまで低下してしまうという問題
が発生する。

【００２３】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
熱エネルギー効率が良く且つキャビテーション耐久性に
優れた発熱素子を備えたインクジェットプリンタヘッド
の製造方法を提供することである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリンタヘッドの製造方法は、インクを吐出するための
熱エネルギーを発生する複数の発熱素子と、これら複数
の発熱素子を個々に隔離して区画部を形成すべく各発熱
素子の少なくとも周囲３方向を矩形状に取り囲む隔壁と
を備え、各上記発熱素子により気泡を発生させて上記イ
ンクに圧力を加え所定方向に吐出させるインクジェット
プリンタヘッドの製造方法であって、上記発熱素子が形
成された基板上に感光性樹脂を一様に塗布する工程と、
該塗布された上記感光性樹脂に所定の成形パターンを備
えたフォトマスクを介して光を照射する露光工程と、該
光が照射された上記感光性樹脂を上記各発熱素子を隔離
する隔壁の形状に現像する現像工程とを有し、上記露光
工程で使用するフォトマスクの上記成形パターンは、上
記隔壁に対応したパターンのコーナー部に、該コーナー
部の近傍で停滞する現像液を流動させるためのパターン
であって形成される隔壁の形状には現れないプロセスパ
ターンを備えている。

【００２５】上記プロセスパターンは、例えば請求項２
記載のように、上記成形パターンのコーナー部にその幅
方向へ全長に亙って形成された矩形パターンであり、該
矩形パターンの幅をｄとし前記隔壁の高さをｈとすると
き、「０．２・ｈ＜ｄ＜ｈ」の関係を満たすように形成
される。

【００２６】また、上記プロセスパターンは、例えば請
求項３記載のように、欠円を成し該欠円の半径をｒとし
前記隔壁の高さをｈとするとき、「０．２・ｈ＜ｒ＜
０．８・ｈ」の関係を満たすように形成して良く、ま
た、例えば請求項４記載のように、四角形を成し該四角
形の一角が上記成形パターンの上記区画部の角部に対応
するコーナー部分に重なるように形成しても良く、ま
た、例えば請求項５記載のように、三角形状を成し該三
角形の一辺が上記成形パターンの上記区画部の角部に対
応するコーナー部分に重なるように形成しても良い。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１(a),(b),(c) は、一実施
の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方
法を工程順に示す図であり、それぞれ一連の工程におい
てシリコンチップの基板上に形成されていく状態の概略
の平面図と断面図を模式的に示している。尚、これらの
図には、説明の便宜上、いずれもフルカラー用のインク
ジェットプリンタヘッドの１個の印字ヘッド（モノクロ
用インクジェットヘッドの構成と同じ）のみを示してい
るが、実際にはこのような印字ヘッドが複数個（通常は
４個）連なった形状のものが、１個の基板（シリコンチ
ップ）上に形成される。また、同図(c) には３６個のイ
ンク吐出ノズルとしてのオリフィスを示しているが、実
際には６４個、１２８個、２５６個等、実装されるプリ
ンタ本体側の機種や設計上の方針によって多数形成され
るものである。

【００２８】図２(a),(b),(c) は、上段に図１(a),(b),
(c) の平面図をそれぞれ拡大して詳細に示しており、こ
の図２(a),(b),(c) の中段には上段のＢ−Ｂ′断面矢視
図（同図(a) 参照）を示し、下段には上段のＣ−Ｃ′断
面矢視図（同図(a) 参照）示している。また、同図(a),
(b),(c) の中段に示す断面図は、それぞれ図１(a),(b),
(c) の下に示す断面図と同一のものである。尚、図２
(a),(b),(c) には、図示する上での便宜上、６４個、１
２８個又は２５６個のオリフィスを、５個のオリフィス
で代表させて示している。

【００２９】最初に、基本的な製造方法について説明す
る。先ず、工程１として、４インチ以上のシリコン基板
にＬＳＩ形成処理により駆動回路とその端子を形成する
と共に、厚さ１〜２μｍの酸化膜を形成し、次に、工程
２として、薄膜形成技術を用いて、Ｔａ（タンタル）−
Ｓｉ（シリコン）−Ｏ（酸素）からなる発熱抵抗体膜
と、Ｗ−Ａｕなどによる電極膜を形成する。そして、電
極膜にはホトリソ技術によって配線部分のパターンを形
成し、発熱抵抗体膜には微細な発熱部のパターンを形成
する。この工程で発熱部の位置が決められる。

【００３０】図１(a) 及び図２(a) は、上記の工程１及
び工程２が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、チップ基板３０上には共通電極３１、共通電極給電
端子３２（図１(a) 参照）、個別配線電極３３からなる
個別配線電極列３３′、発熱抵抗体膜をパターン化した
ことにより形成された多数の発熱素子３４からなる発熱
素子列３４′、駆動回路３５及び駆動回路端子３６（図
１(a) 参照）が形成されている。

【００３１】続いて、工程３として、個々の発熱素子３
４に対応するインク供給路を形成すべく感光性ポリイミ
ドなどの有機材料からなる隔壁部材をコーティングによ
り高さ２０μｍ程度に形成し、これをフォトリソ技術に
より詳しくは後述するフォトマスクの成形パターンによ
り所定の隔壁形状にパターン化した後に、３００℃〜４
００℃の熱を３０分〜６０分加えるキュア（乾燥硬化、
焼成）を行い、高さ１０μｍの上記感光性ポリイミドに
よる隔壁をチップ基板上に形成・固着させる。更に、工
程４として、ウェットエッチングまたはサンドブラスト
法などにより上記チップ基板の面に溝状の共通インク供
給路を形成し、更にこの共通インク供給路に連通し基板
下面に開口するインク給送孔を形成する。

【００３２】図１(b) 及び図２(b) は、上述の工程３及
び工程４が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、溝状の共通インク供給路３７及びインク給送孔３８
が形成され、共通インク供給路３７の左側に位置する共
通電極３１部分と、右方の個別配線電極３３が配設され
ている部分にはインクを内部に封止するためのシール隔
壁３９−１、３９−２が形成され、各発熱素子３４と発
熱素子３４の間にはシール隔壁３９−２から伸び出して
各発熱素子３４を区画する区画隔壁３９−３が形成され
ている。

【００３３】これらのシール隔壁３９−２及び区画隔壁
３９−３は、いわばシール隔壁３９−２を櫛の胴とすれ
ば区画隔壁３９−３は櫛の歯に相当する形状をなし、櫛
の歯と歯の間に形成される平断面が矩形をなす区画部４
１の中に発熱素子３４が配置される形となっている。

【００３４】この後、工程５として、ポリイミドからな
る厚さ１０〜３０μｍのフィルムのオリフィス板を、そ
の片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを極薄に例
えば厚さ２〜５μｍにコーテングし上記積層構造の最上
層つまり隔壁の上に張り付けて３８０〜３００℃で加熱
しながら加圧してそのオリフィス板を固着させる。続い
てＮｉ、Ｃｕ又はＡｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の
金属膜を形成する。

【００３５】更に、工程６として、オリフィス板の上の
金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエッチ
ングするマスクを形成し、続いて、オリフィス板をヘリ
コン波などによるドライエッチングにより上記の金属膜
マスクに従って３１μｍφ〜３８μｍφの孔空けをして
多数のノズル孔（オリフィス）を一括形成する。

【００３６】図１(c) 及び図２(c) は、上述した工程５
と工程６が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、オリフィス板４２が共通給電端子３２及び駆動回路
端子３６の部分を除く全領域を覆っており、区画隔壁３
９−３によって形成されている区画部４１も上を覆われ
て隔壁３９（３９−１、３９−２、３９−３）の厚さ
（高さ）１０μｍに対応する高さの微細な加圧室となっ
て共通インク供給路３７方向に開口を向けている。そし
て、これら区画部４１の開口と共通インク供給路３７と
を連通させる高さ１０μｍのインク流路４３が形成され
ている。

【００３７】そして、オリフィス板４２には、発熱素子
３４に対向する部分にオリフィス４４がドライエッチン
グによって形成されている。これにより、６４個、１３
７個又は３４６個のオリフィス４４を１列に備えたモノ
カラーのインクジェットヘッド４５が完成する。

【００３８】このようにオリフィス板４２を張り付け
て、その後で、下地のパターンつまり発熱素子３４の位
置に合わせてオリフィス４４を加工することは、予めオ
リフィス４４を加工したオリフィス板４２を張り合わせ
るよりも、遥かに生産性の高い実用性のある方法であ
る。また、ドライエッチングによる場合は、マスクはＮ
ｉ、Ｃｕ、又はＡｌなどの金属膜を使うことで樹脂と金
属膜との選択比が概略１００程度得られる。したがっ
て、３８〜３１μｍのポリイミドフィルムをエッチング
するには１μｍ以下の金属膜でマスクを形成することで
十分である。

【００３９】ここまでが、シリコンウエハの状態で処理
される。そして、最後に、工程７として、ダイシングソ
ーなどを用いてシリコンウエハをスクライブラインに沿
ってカッテングして、チップ基板単位毎に個別に分割
し、実装基板にダイスボンデングし、端子接続して、実
用単位のインクジェットプリンタヘッドが完成する。

【００４０】上記のように１列のオフィリス４４を備え
たモノカラーインクジェットプリンタヘッド４５は、こ
れのみではモノクロ用インクジェットヘッドの構成であ
るが、通常フルカラー印字においては、減法混色の三原
色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン
（Ｃ）の３色に、文字や画像の黒部分に専用されるブラ
ック（Ｂｋ）を加えて合計４色のインクを必要とする。
したがって最低でも４列のオリフィス列が必要である。
そして上述した製造方法によれば４列のモノカラーイン
クジェットプリンタヘッドをモノリシックに形成してフ
ルカラーのインクジェットプリンタヘッドを構成するこ
とは可能であり、各モノカラーインクジェットプリンタ
ヘッドのオリフィス列の位置関係も今日の半導体の製造
技術により正確に配置することが可能である。

【００４１】ところで、上述した基本的な製造方法にお
ける工程３において、従来通りの方法でシール隔壁３９
−１と共にシール隔壁３９−２及び区画隔壁３９−３を
形成して隔壁３９を構成したのでは、設計では直角に曲
がるべき隔壁３９のコーナー部が内側に迫り出して、こ
のため発熱素子３４のキャビテーション損傷に対する耐
性が弱くなって問題があることは前述した。

【００４２】そこで、本出願人は、上記設計では直角に
曲がるべき隔壁３９のコーナー部が内側に迫り出して形
成される原因を追求した。その結果、隔壁パターンを現
像する際の現像液の流れが隔壁３９のコーナーにおいて
滞留するためであることが判明した。

【００４３】本発明のインクジェットプリンタヘッドの
製造方法においては、この現像液の成形パターンコーナ
ー部における滞留を解消し、区画部４１の角部が直角に
形成されるように、上記の工程３におけるシール隔壁３
９−２及び区画隔壁３９−３の形成工程、つまり区画部
４１の形成工程において、特別に工夫を凝らした工法を
用いている。

【００４４】図３は、本実施の形態において上述した工
程３に用いられる本発明に係るネガ型感光性樹脂に対し
て用いるフォトマスクの成形パターンの例を示す図であ
る。同図に示すフォトマスク４６は、形成すべき隔壁に
対応して櫛歯状に切り欠いた露光パターン４７ａと、現
像の際に形成しようとする隔壁のコーナー部近傍に停滞
する現像液を流動させるために上記形成パターンの各コ
ーナー部に夫々形成された複数のプロセスパターン４７
ｂからなる成形パターン４７を有している。プロセスパ
ターン４７ｂは、区画隔壁３９−３（図２(b) 参照）に
対応する櫛歯パターンの付け根部にその幅方向へ全長に
わたって切り欠きパターンを埋めるべく形成された遮光
パターンであり、形成された隔壁には現れないパターン
である。

【００４５】この成形パターン４７のプロセスパターン
４７ｂは、幅をｄとし、このフォトマスク４６を用いて
形成される隔壁の高さをｈとするとき、「０．２・ｈ＜
ｄ＜ｈ」、より好ましくは「０．４・ｈ＜ｄ＜０．６・
ｈ」の関係を満たすように形成されている。このフォト
マスク４６を露光された後現像される際に、シール隔壁
３９−２と区画隔壁３９−３との間には、上記の幅ｄに
対応する間隙が一時的に形成されるが、この間隙は現像
を終えた段階で無視できる程度の狭さとなっており、こ
の後の焼成による硬化工程を経た段階では問題の無い程
度に間隙が解消された隔壁３９が得られる。そして、隔
壁３９のコーナー部には９０度の曲がりが形成される。

【００４６】図４(a) は、上記の成形パターン４７を備
えたフォトマスク４６を用いてシール隔壁３９−２及び
区画隔壁３９−３を形成して得られた区画部４１の形状
を示す図であり、同図(b),(c),(d) は、この区画部の構
成における発熱素子３４に働くキャビテーションの作用
を説明する図である。

【００４７】同図(a) に示すように、この本実施の形態
における区画部４１は、奥の２つの角部が直角に曲がっ
て形成されている。これにより、同図(b) に示すように
インクの吐出を終えた最大規模の膜気泡５１ａが、同図
(c) に示すように区画部４１のインク流入口５２側から
漸次収縮して、図８(c) に示した消滅直前の収縮膜気泡
６−３の状態となったとき、図４(d) に示すように、２
つの収縮膜気泡５１ｃ′、５１ｃ″に***して区画部４
１の奥２箇所の直角に凹む角部に夫々退縮し、発熱素子
３４上には最早膜気泡は存在しなくなる。

【００４８】したがって、このとき収縮膜気泡５１
ｃ′、５１″の退縮位置にキャビテーションの破壊力が
作用しても、その破壊力は、区画部４１の角部に露出し
ているシリコン酸化膜に働くのみであり、発熱素子３４
に作用することはない。その結果、発熱素子３４の寿命
が延び耐久性に優れたインクジェットヘッドが得られ
る。

【００４９】尚、フォトマスクの成形パターンは、図３
に示す形状に限ること無く、例えば区画部の奥の角部に
対応する遮光パターンの角部にその外側に個々に突出す
るプロセスパターンを形成しても上述と同様の良好な隔
壁現像結果が得られるものである。

【００５０】図５(a),(b),(c) は、フォトマスクの成形
パターンの他の例を夫々示す図である。まず、同図(a)
に示すフォトマスク４８は、その成形パターン４９が上
述したシール隔壁３９−２と区画隔壁３９−３により発
熱素子３４を隔離する隔壁３９のコーナー部に対応する
角部分４９−１に連続して、角部分４９−１の外側に突
出するプロセスパターン４９ｂを備えている。

【００５１】同図(a) に示すフォトマスク４８のプロセ
スパターン４９ｂは、欠円を成し該欠円の半径をｒと
し、この成形パターン４９によって形成される上述のシ
ール隔壁３９−２及び区画隔壁３９−３の高さをｈとす
るとき、「０．２・ｈ＜ｒ＜０．８ｈ」、より好ましく
は「０．４・ｈ＜ｒ＜０．６・ｈ」の関係を満たすよう
に形成されている。

【００５２】また、同図(b) に示すフォトマスク５０の
成形パターン５１も上記同様に、形成すべき隔壁のコー
ナー部に対応する角部分５１−１に連続して、外部に突
出するプロセスパターン５１ｂを備えている。ただし、
この例では、プロセスパターン５１ｂは、四角形を成
し、その四角形の一角が成形パターン５１の区画部４１
の角部に対応する角部分５１−１に重なるように形成さ
れている。

【００５３】また、同図(c) に示すフォトマスク５２で
は、成形パターン５３のプロセスパターン５３ｂは、二
等辺三角形を成し、その二等辺三角形の底辺部が成形パ
ターン５３の区画部の角部に対応する角部分５３−１に
重なるように形成されている。プロセスパターン５３ｂ
をこのように形成しても、これを用いて露光され現像さ
れて得られる隔壁のコーナーは直角に成形される。

【００５４】このように、いずれの場合も、プロセスパ
ターン４９ｂ、５１ｂ又は５３ｂは、成形パターン４
９、５１又は５３の、区画部４１の角部に対応する角部
分４９−１、５１−１又は５３−１に続いて角部分４９
−１、５１−１又は５３−１の外側に突出させた遮光パ
ターンであり、これにより、隔壁の現像に際しては、角
部分４９−１、５１−１又は５３−１における滞留現像
液に対して更に外部に凹む逃げ部を形成している。これ
により、このフォトマスク４８（又はフォトマスク５０
又は５２）を用いてシール隔壁３９−２及び区画隔壁３
９−３を現像すると、現像液の滞留は成形パターン４９
の角部の逃げ部を形成しているプロセスパターン４９ｂ
（又は成形パターン５１のプロセスパターン５１ｂ、成
形パターン５３のプロセスパターン５３ｃ）内の奥部分
にのみ発生し、本来の角部分４９−１（又は角部分５１
−１、５３−１）における現像液の流動性は良好に維持
され、この現像により得られる区画部４１の形状は、奥
の２つの角部が直角をなす形状に形成される。

【００５５】上記隔壁を現像するフォトリソグラフィー
プロセスは、以下の通りである。これは隔壁の高さが１
０μｍの場合であり、隔壁材料となる感光性樹脂には感
光性ポリイミドを使用するものである。

【００５６】１．基板前処理（脱水処理）：ホットプレ
ート上、２７０℃、３分間。 ２．感光性樹脂塗布：スピンコート、１５００ｒｐｍ、
３０秒間。 ３．感光性樹脂乾燥：ホットプレート上、１００℃、１
００秒間、 更に、ホットプレート上、１２０℃、１００秒間。

【００５７】４．パターン焼き付け：マスクコンタクト
により水銀ランプのＧ線（４０５ｎｍ波長）を４００ｍ
Ｊ／ｃｍ² 照射。 ５．パターン現像：回転体上で３０００ｒｐｍで回転さ
せながらシクロペンタノンを７０ｍｌ／ｍｉｎの流量で
６０秒間吹き付け、その後セロソルブアセテート系のリ
ンス液で洗浄する。

【００５８】６．感光性樹脂焼成：酸素濃度１０００ｐ
ｐｍ以下の雰囲気で３５０℃、２時間焼成する。 ７．天板貼付け前処理：天板を貼り付ける直前に酸素プ
ラズマ発生装置で５分間処理する。

【００５９】なお、上記実施形態では感光性樹脂として
ネガ型感光性樹脂を用いているが、これに限らず、本発
明は、感光性樹脂としてポジ型感光性樹脂を用いる場合
にも適用できることは勿論である。

【００６０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、隔壁を形成するフォトリソグラフィー工程の露光
に使用するフォトマスクの形成パターンに、発熱素子が
配置される区画部の角部に対応するコーナー部に滞留現
像液の逃げ場となるプロセスパターンを設けることによ
り、区画部の角部が直角になるように隔壁を現像するこ
とができ、これにより、インク吐出後において退縮する
膜気泡の消滅位置を区画部の角部に分散させることがで
き、したがって、区画部の中央に配置される発熱素子に
キャビテーションの破壊作用が及ぶことを防止でき、こ
れにより、キャビテーション耐久性に優れた発熱素子を
備えた寿命の長いインクジェットプリンタヘッドを製造
することが可能となる。

【００６１】また、このように発熱素子にキャビテーシ
ョンの破壊作用が及ばないように構成できるので、発熱
素子面にキャビテーション損傷防止層を設ける必要が無
く、これにより、熱エネルギー効率の良い経済的なイン
クジェットプリンタヘッドを製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a),(b),(c) は一実施の形態におけるインクジ
ェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に模式的に示
す概略の平面図と断面図である。

【図２】(a),(b),(c) は上段に図１(a),(b),(c) の平面
図をそれぞれ拡大して詳細に示し中段に上段のＢ−Ｂ′
断面矢視図を示し下段に上段のＣ−Ｃ′断面矢視図を示
す図である。

【図３】製造の工程３に用いられる本発明に係るフォト
マスクの成形パターンの例を示す図である。

【図４】(a) は本発明に係るフォトマスクを用いて隔壁
を形成して得られた区画部の形状を示す図、(b),(c),
(d) はこの区画部の発熱素子に働くキャビテーションの
作用を説明する図である。

【図５】(a),(b),(c) は製造の工程３に用いられる本発
明に係るフォトマスクの成形パターンの他の例を夫々示
す図である。

【図６】(a),(b),(c) は発熱素子の発熱面に平行な方向
へインクを吐出する構成のものを模式的に示す図、(d),
(e),(f) は発熱素子の発熱面に垂直な方向にインクを吐
出する構成のものを模式的に示す図である。

【図７】(a),(b) はインク滴の吐出に係る気泡の成長と
消滅の過程を模式的に示す図である。

【図８】(a) は従来のルーフシュータ型のサーマルイン
クジェットプリンタヘッドの構成を示す平面図、(b) は
(a) のＡ−Ａ′断面矢視図、(c) はその発熱素子配設部
を区画する隔壁を形成するためのマスクパターンを示す
図である。

【図９】(a),(b),(c) は最大に成長した膜気泡が消滅直
前の状態まで収縮していく過程を再掲した図、(d),(e),
(f) は(a),(b),(c) に対応して区画部内で実際に発生す
る膜気泡収縮の過程を示す図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 発熱素子 ３ オリフィス板 ４ オリフィス ５ インク ５′ 押し出されたインク ６ 膜気泡 ７ インク滴 ８ オープンプール ９ 発熱素子 １１ チップ基板 １２ 駆動回路 １３ 薄膜 １４ 発熱素子 １５ 個別配線電極 １６ 共通給電電極 １７ 隔壁 １８ オリフィス １９ オリフィス板 ２１ インク流路 ２２ 区画部 ２３ パターンマスク ２４ コの字形の切り欠き部 ２５ 角部 ２６ 奥側の辺部 ３０ チップ基板 ３１ 共通電極 ３２ 共通電極給電端子 ３３ 個別配線電極 ３４ 発熱素子 ３５ 駆動回路 ３６ 駆動回路端子 ３７ 共通インク供給路 ３８ インク給送孔 ３９ 隔壁 ３９−１、３９−２ シール隔壁 ３９−３ 区画隔壁 ４１ 区画部 ４２ オリフィス板 ４３ インク流路 ４４ オリフィス ４５ モノカラーのインクジェットプリンタヘッド ４６、４８、５０、５２ フォトマスク ４７、４９、５１、５３ 成形パターン ４９−１、５１−１、５３−１ 角部分 ４７ｂ、４９ｂ、５１ｂ、５３ｂ プロセスパターン ５２ インク流入口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するための熱エネルギーを
   発生する複数の発熱素子と、該複数の発熱素子を個々に
   隔離して区画部を形成すべく各発熱素子の少なくとも周
   囲３方向を矩形状に取り囲む隔壁とを備え、各前記発熱
   素子により気泡を発生させて前記インクに圧力を加え所
   定方向に吐出させるインクジェットプリンタヘッドの製
   造方法であって、 前記発熱素子が形成された基板上に感光性樹脂を一様に
   塗布する工程と、 該塗布された前記感光性樹脂に所定の成形パターンを備
   えたフォトマスクを介して光を照射する露光工程と、 該光が照射された前記感光性樹脂を前記各発熱素子を隔
   離する隔壁の形状に現像する現像工程と、 を有し、 前記露光工程で使用するフォトマスクの前記成形パター
   ンは、前記隔壁に対応したパターンのコーナー部に、該
   コーナー部の近傍で停滞する現像液を流動させるための
   パターンであって形成される隔壁の形状には現れないプ
   ロセスパターンを備えていることを特徴とするインクジ
   ェットプリンタヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記プロセスパターンは、前記成形パタ
   ーンのコーナー部にその幅方向へ全長に亙って形成され
   た矩形パターンであり、該矩形パターンの幅をｄとし前
   記隔壁の高さをｈとするとき、「０．２・ｈ＜ｄ＜ｈ」
   の関係を満たすように形成されることを特徴とする請求
   項１記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記プロセスパターンは、欠円を成し該
   欠円の半径をｒとし前記隔壁の高さをｈとするとき、
   「０．２・ｈ＜ｒ＜０．８・ｈ」の関係を満たすように
   形成されることを特徴とする請求項１記載のインクジェ
   ットプリンタヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記プロセスパターンは、四角形を成し
   該四角形の一角が前記成形パターンの前記区画部の角部
   に対応するコーナー部分に重なるように形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリン
   タヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記プロセスパターンは、三角形を成し
   該三角形の一辺が前記成形パターンの前記区画部の角部
   に対応するコーナー部分に重なるように形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリン
   タヘッドの製造方法。