液体噴射記録ヘッドおよびそのための基体並びに基体の製造方法
【課題】液体噴射記録ヘッド用基体に形成される保護層などの層において、その層が薄い場合であっても、被覆性や層質の低下を抑え、パーティクルの影響を回避し、長期間良好な吐出特性を得ることのできる基体およびその製造方法を提供する。長期間良好な吐出性能を示す液体噴射記録ヘッドを提供する。
【解決手段】吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体８であって、支持体１と、前記支持体１上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体２ａと、前記発熱抵抗体２ａに導通するように前記支持体１上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体２ａを覆う保護層４とを備え、前記保護層４が、ＥＣＲスパッタ層よりなることを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体８。この基体の製造方法。上記液体噴射記録ヘッド用基体８を有する液体噴射記録ヘッド。
【解決手段】吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体８であって、支持体１と、前記支持体１上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体２ａと、前記発熱抵抗体２ａに導通するように前記支持体１上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体２ａを覆う保護層４とを備え、前記保護層４が、ＥＣＲスパッタ層よりなることを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体８。この基体の製造方法。上記液体噴射記録ヘッド用基体８を有する液体噴射記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録用の液体を熱エネルギーを利用して吐出口から吐出させることにより記録を行なう液体噴射記録ヘッドに関し、またこのヘッドに用いられる基体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを利用して吐出口からインクなどの液滴を吐出、飛翔させることによって被記録媒体（多くの場合は紙）上に記録を行なう液体噴射記録方法は、ノンインパクト型の記録方法であって、騒音が少ないこと、普通紙に直接記録できること、多色のインクを用いることによりカラー画像記録が容易にできることなどの特長を有し、さらに記録装置の構造が簡単で高密度マルチノズル化が容易であり、高解像度、高速度のものを容易に得ることができるという利点を有しており、近年急速に普及しつつある。
【０００３】
図２はこの液体噴射記録ヘッドの例の、液路に平行な平面での要部垂直断面図である。この液体噴射記録ヘッドは、図２に示すように、一般に、インクなどの記録用の液体を吐出するための多数の微細な吐出口７、吐出口７ごとに設けられて吐出口７に連通する液路６、各液路６に記録用の液体を供給するため各液路６に共通に設けられた液室（図示せず）、液室に液体を供給するため液室の天井部分に設けられた液体供給口（図示せず）、そして記録用の液体に熱エネルギーを加えるための発熱抵抗体２ａを各液路６に対応して有する液体噴射記録ヘッド用基体８とから構成されている。液路６、吐出口７、液体供給口、液室は、一体的に天板５に形成されるようになっている。
【０００４】
液体噴射記録ヘッド用基体８は、図２に示すように、基板１上に、ある程度の大きさの体積抵抗率を有する材料からなる発熱抵抗層２を設け、発熱抵抗層２の上に、電気伝導性のよい材料からなる電極層３を積層した構成である。電極層３は、発熱抵抗層２と同様の形状であるが一部分が欠落しており、この欠落した部分において発熱抵抗層２が露出し、この部分が発熱抵抗体２ａすなわち発熱部となっている。電極層３は、発熱抵抗体２ａをはさんで２つの電極となり、これら電極間に電圧を印加することにより、発熱抵抗体２ａに電流が流れて発熱するようになっている。発熱抵抗体２ａは、天板５の対応する液路６のそれぞれ底部に位置するように、液体噴射記録ヘッド用基体８上に形成されている。さらに液体噴射記録ヘッド用基体８には、電極や発熱抵抗体２ａを被覆するようにして、保護層４が設けられている。この保護層４は、記録用の液体との接触やこの液体の浸透による発熱抵抗体２ａおよび電極３の電蝕や電気的絶縁破壊を防止する目的で設けられたものである。保護層４は、ＳｉＮ（シリコン窒化物）を用いて構成することが一般的であるが、ＳｉＯ2を使用することも可能である。そして保護層４の上に耐キャビテーション層（図２には不図示）が設けられる。保護層４の形成方法としては、各種の真空成膜法、例えばプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、あるいはバイアススパッタリング法などが用いられている。
【０００５】
特許文献１には、インクジェットヘッドにおける蓄熱層，発熱抵抗体，配線，保護膜の基本的な膜構成が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、電気熱変換素子を分割駆動するための多層配線の一方の配線を、蓄熱層内に形成する構成が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、基板の表面部のほぼ全域に形成されて一対の電極配線および電気熱変換素子を覆う第１保護層と、この第１保護層の表面に形成されて電気熱変換素子およびこの電気熱変換素子と一対の電極配線との接続部近傍を覆う第２保護層とを設け、一対の電極配線の厚みを１８００〜２４００Åの範囲内にし、第２保護層によって覆われた第１保護層の部分の厚みを２６００〜３４００Åの範囲内にすると共に第２保護層によって覆われていない第１保護層の部分の厚みを第２保護層によって覆われた第１保護層の部分の厚みよりも薄くする構成が記載されている。
【特許文献１】特公昭６３−３８３０６号公報
【特許文献２】特開平２−１２５７４１号公報
【特許文献３】特開２００１−１３０００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、吐出性能を向上させるために保護層４を従来よりも薄くすると、電極配線におけるカバレッジ性の低下、保護層自体の欠陥、あるいは保護層形成時のパーティクルなどの影響によって、液体噴射記録ヘッドとしての寿命は低下する傾向にある。
【０００９】
以下に、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、バイアススパッタリング法のそれぞれについて、ＳｉＮ層、ＳｉＯ2層を形成する場合について説明する。
【００１０】
プラズマＣＶＤ法においては、配線の段差部において膜の形状が急峻である、配線段差部での膜質が必ずしも良好とは言えない、形成される膜の表面に微小な凹凸が生じやすいといった点で問題が生ずる場合がある。まず、段差部で形状が急峻になることについて説明する。
【００１１】
図５（ａ）は、アルミニウム配線（薄膜）４０９上にプラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＮ膜４１０の段差部の構造を示す断面図である。プラズマＣＶＤ法を用いて段差部を形成すると、図示矢印Ａで指示される部分のように、段差部の切り込みが深いものとなる。このため、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜４１０上に蒸着、スパッタリング法などで薄膜４１１を形成すると、Ａ部への膜のまわり込みが悪いために平坦部より薄くなってしまい、配線等を形成した場合には電流密度が大きくなって、発熱や断線の原因となる場合がある。保護層を薄くすればするほど、この傾向は一層顕著になる。
【００１２】
プラズマＣＶＤ法でＳｉＮ膜を形成した場合、例えば図５（ａ）のＢで示されるような段差部の膜質があまり良くないものとなる場合がある。平坦部の膜に対しＢ部の膜は緻密性が低いので、瞬時にエッチングされてしまうこともある。このように緻密性の低い膜の部分では、ヒータ（発熱部）の繰り返し加熱冷却の熱ストレスによりクラックが発生しやすく、保護層として使用した場合にその機能を失ないやすい。また、ＳｉＮ膜上に積層される膜、例えば耐キャビテーション層として使用されるＴａ膜のパターニングには、フッ酸系のエッチング液の使用はできない場合がある。
【００１３】
プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＮ膜表面の微小な凹凸について説明する。プラズマＣＶＤ法による膜は、一般的に、平坦な基板上に成膜したとしても表面には微小な凹凸が発生しやすい。このＳｉＮ膜の凹凸形状は、インクに直接接する耐キャビテーション層上にも残るため、ヒータ面上でのインクの発泡の際に発泡の開始点（発泡核）がヒータ面上に点在することになって、安定な膜沸騰現象が再現しにくく、吐出性能にも悪影響を及ぼす場合がある。
【００１４】
スパッタリング法では、配線の段差部において膜の形状が急峻である、形成される膜の膜質があまり良くない、また、いわゆるパーティクルが多いといった点で問題が生じることがある。段差部で急峻となることはプラズマＣＶＤ法の場合と同様であるので説明を割愛し、まず、膜質について説明する。
【００１５】
通常のスパッタリング法（ＳｉＮターゲットをＡｒガスでスパッタする方法）でＳｉＮ膜を形成する場合、基板温度を３００℃程度まで上げないと緻密な膜が形成できない。しかし、３００℃程度まで昇温すると、配線に使用されるアルミニウム層に大きなヒロックが成長してしまう場合がある。特に、図７に示すようにアルミニウム配線４０９のエッジ部にヒロックが発生した場合には、その上のＳｉＮ膜４１０における実質的な膜厚段差が大きくなり、膜としての被覆性が悪化する場合がある。つまりステップ部でクラックが生じやすく、クラック部よりインクが電極に接すると電蝕が発生してしまう場合がある。また、３００℃に基板温度を上げても段差部の膜質は改善されないため、プラズマＣＶＤ法によって形成された膜と同様の点で問題が生じることがある。
【００１６】
また、スパッタリング装置の成膜室には、ターゲットやシールド板、シャッター板などが設けられており、プラズマＣＶＤ装置の反応室と比較して構造が複雑である。そしてＳｉＮなどの絶縁膜を形成するときは、チャージアップなどにより火花放電が発生することもある。火花放電による部材の飛散や複雑な成膜室内のメンテナンス（クリーニング）で取りきれない堆積ゴミなどが、基板上にパーティクルとなって降り積もるという点で問題が生じることがある。ＳｉＮ膜は応力が高いために、特に成膜室壁から剥がれやすくパーティクルの原因になりやすい。すなわち、これらのパーティクルが膜中に取り込まれると数μｍのブツ状の欠陥となり、その欠陥上に発熱抵抗体が形成されると、吐出の際にキャビテーション破壊が起きることがある。基板に導電性がある場合は、ブツ欠陥部から電流がリークし、電気的にショートすることもある。このため、製造される記録ヘッドの信頼性および耐久性を高くすることは容易とは言えない。
【００１７】
バイアススパッタリング法は基板側にも高周波電力を印加し、自己バイアスによるスパッタ効果を利用して段差部の形状をなだらかにする方法であり、スパッタリングやプラズマＣＶＤとは異なり段差部の平坦化を良好に行うことが容易である。
【００１８】
図８はバイアススパッタリング法でアルミニウム配線４０９の上にＳｉＮ層４１０を成膜させたときの段差部の構造を模式的に示すものであり、この図から、プラズマＣＶＤ法などの場合に比べ、段差部が平坦化されていることがわかる。しかし、通常のスパッタリング法と同様にパーティクルが生じやすいという点で問題が生じることがある。またバイアススパッタは、膜厚安定性が悪い場合がある。
【００１９】
以上説明したように、液体噴射記録ヘッド用基体では、保護層等の絶縁膜を形成する場合には、膜質や表面の平滑度あるいは成膜速度などの改良されるべき点がある。
【００２０】
本発明の目的は、液体噴射記録ヘッド用基体に形成される保護層などの層において、その層が薄い場合であっても、被覆性や層質の低下を抑え、パーティクルの影響を回避し、もって長期間良好な吐出特性を得ることのできる基体を提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、このように優れた液体噴射記録ヘッド用基体を製造するに好適な方法を提供することである。
【００２２】
本発明のさらに別の目的は、長期間良好な吐出特性を示すことのできる液体噴射記録ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明により、吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、
支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備え、
前記保護層が、ＥＣＲスパッタ層よりなることを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体が提供される。
【００２４】
本発明により、液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備える液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法であって、
前記保護層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基体の製造方法が提供される。
【００２５】
本発明により、上記の液体噴射記録ヘッド用基体；
前記液体噴射記録ヘッド用基体に備わる発熱抵抗体に対応して設けられた、記録用の液体を流通させるための液路；および、
前記液路に連通し記録用の液体を吐出するための吐出口
を有する液体噴射記録ヘッドが提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、液体噴射記録ヘッド用基体に形成される保護層などの層において、その層が薄い場合であっても、被覆性や層質の低下を抑え、パーティクルの影響を回避し、もって長期間良好な吐出特性を得ることのできる基体が提供される。
【００２７】
また本発明により、このように優れた液体噴射記録ヘッド用基体を製造するに好適な方法が提供される。
【００２８】
さらに本発明により、長期間良好な吐出特性を示すことのできる液体噴射記録ヘッドが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明においては、従来の真空成膜方法（プラズマＣＶＤ，スパッタリング、バイアススパッタリング）を用いて、例えばＳｉＮやＳｉＯ2などの保護層、を成膜する代わりに、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ成膜法により層を形成する。ＥＣＲスパッタ法によって形成された層をＥＣＲスパッタ層という。
【００３０】
まず、ＥＣＲスパッタ法について説明する（参考資料：精密工学会誌ＶＯｌ．６６，Ｎｏ．４，２０００，天沢敬生，及川秀男，廣野滋，松尾誠太郎）。ＥＣＲスパッタ法は、磁場（例えば８７５ガウス）とマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚ）の相互作用で電子がサイクロトロン運動し、スパッタガスの電離確率が高くなり、例えば１０-5〜１０-4Ｔｏｒｒ（１０-3〜１０-2Ｐａ）の高真空下で安定したプラズマが得られる。勾配磁場によりプラズマの中性を保ちながら引き出されたプラズマ流中イオンは途中に配置した負にバイアスされたターゲットに加速され衝突しスパッタされる。スパッタされた中性粒子はプラズマ中でイオン化されプラズマ流とともに基板方向に加速され成膜される。
【００３１】
このときプラズマ流のエネルギーは例えば１０〜３０ｅＶである。ＥＣＲスパッタの特徴の一つに、高品質な薄膜形成をあげることができるが、これの最大の理由は、このようにエネルギー制御された大量のイオンが照射するなかで薄膜成長が進むことである。
【００３２】
基板に入射するイオンのエネルギーが５０ｅＶ程度以上になると、イオンが基板内に入り込んだり、基板を構成する原子がたたき出されたり、あるいは基板に欠陥を発生させるなどにより、薄膜の不純物汚染やラフネスなどの問題を引き起こす場合がある。逆に蒸着法のように熱的なエネルギーのみで成膜する場合には、入射粒子のエネルギーは０．１ｅＶという低いオーダーであり、基板表面で十分にマイグレーションできなくなる場合がある。これに対しＥＣＲスパッタでは、圧力などを変えることにより、照射イオンのエネルギーを好適な値に制御することが可能である。基板表面に到達した原子は、薄膜成長に好適なエネルギーを与えられて表面上をマイグレーションし、安定な位置に留まることができる。これによって、化合物薄膜においては、化学的に安定となるような高い結合力も期待できる。また、成膜中の圧力が低く、ＣＶＤにおけるような不要な反応生成物などの汚染が発生することもない。例えば、ターゲットがＳｉの場合、Ａｒガスを用いるとＳｉ膜が成膜され、Ａｒ＋Ｏ2ガスでは、ＳｉＯ2膜，Ａｒ＋Ｎ2ではＳｉ3Ｎ4膜が成膜される。従って、化学量論的にも、バルク材に匹敵するものとなる。ＳｉＨ4ガスを用いるＣＶＤと異なり、水素フリーな膜が得られる。従って、化学量論的にも、バルク材に匹敵するものとなる。そればかりでなく、危険なガスを全く用いない、優れた環境適合性も有する。
【００３３】
すなわち、プラズマＣＶＤや一般的なスパッタリングよりも、より化学量論比的にバルクに近く、環境適合性の優れた膜を形成することが可能となる。
【００３４】
このようにＥＣＲプラズマは、理想に近い薄膜成長環境を提供することから、緻密・平滑性に優れたバルクの物性に近い薄膜の形成が可能になる。ＥＣＲ薄膜の平滑性に関しては、膜の凸凹は原子レベルである。例えば、ＥＣＲ膜と一般のＲＦスパッタ膜に関して、厚み１００ｎｍのＡｌ2Ｏ3のＡＦＭ（原子間力顕微鏡による像）を比較すると、ＥＣＲ膜の最大粗さＲmaxが０．４８ｎｍ程度であるのに対して、ＲＦスパッタ膜の最大粗さは５．３ｎｍ程度である。
【００３５】
さらには、化合物を含むほとんどの薄膜形成において特別な基板加熱を必要としないことから、高温プロセスを嫌う、様々な目的にも利用しうる。そしてまた、ＥＣＲスパッタ法はビーム方式であり、基板をイオン流に対して斜め方向に配置することによって、カバレッジを向上させることが可能になる。
【００３６】
次に、図４を用いてＥＣＲスパッタ法の装置構成の一例について説明する。装置全体は、排気口３２１に接続された排気ポンプ（不図示）によって、高真空まで排気されるようになっている。プラズマ室３１４にはマイクロ波導波管４１３より２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導入され、第１のガス導入口３１５よりＡｒが導入される。このとき、プラズマ発生室３１４の外側部分に周設されたコイル３１２の磁力を調節してＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）条件を成立させると、プラズマ室３１４内に、高密度高活性なプラズマが生成する。このプラズマ化されたガスは、試料室３１７に移動する。このときターゲット３２０にＲＦ（高周波電圧）１３．５６ＭＨｚを印可するとスパッタリングが行われ、試料室３１７に設けられた第２のガス導入口３１６よりＮ2を導入することによって、試料室３１７内に設置された基板ホルダー３１８上に載置された基板３１９上にＳｉ3Ｎ4膜が積層される。
【００３７】
例えば図１（ａ）および（ｂ）に示すような電極層３および発熱抵抗体層２を所定の形状にパターニングして発熱抵抗体２ａを形成し、さらに上記のようにしてＥＣＲスパッタ法によりＳｉ3Ｎ4よりなる保護層４を設けることによって、液体噴射記録ヘッド用基体８を得ることができる。
【００３８】
なお、発熱抵抗体の形状や保護層４の構成などは図示されるものに限定されない。次に、液体噴射記録ヘッド用基体８上に例えば図２に示すように液路６、吐出口７及び必要に応じて液室（図示せず）を形成することによって本発明の液体噴射記録用ヘッドを形成することができる。
【００３９】
なお、液体噴射記録ヘッドの構造も図示されるものに限定されない。
【００４０】
例えば図２に示した例は吐出口から液体が吐出する方向と液路の熱エネルギー発生体の発熱部が設けられた箇所へ液体が供給される方向とがほぼ同じである構成を取るが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば前記２つの方向が互いに異なる（例えばほぼ垂直である）液体噴射記録用ヘッドに対しても適用できるものである。
【００４１】
本発明における液体噴射記録ヘッドの基本的構成は公知のものと同様でよい（ＥＣＲスパッタ法により形成された層を有する液体噴射記録ヘッド用基体を用いる点は除く）。従って、製造プロセスは基本的に変えることなく製造できる（上記層をＥＣＲスパッタ法で形成することを除く）。
【００４２】
例えば、蓄熱層（例えば２〜２．８μｍ）としてはＳｉＯ2、発熱抵抗体（発熱抵抗層）（例えば０．０２〜０．２μｍ）としてはＨｆＢ2など、電極（例えば０．１〜０．５μｍ）としてはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒなど、上部保護層（第１の保護層）（例えば０．５〜２μｍ）としてはＳｉＮ，あるいはＳｉＯ2など、第２の保護層（例えば０．３〜０．６μｍ）としてはＴａ，Ｔａ2Ｏ5など、第３の保護層としては感光性ポリイミド等を用いることができる。
【００４３】
ここでいう第１〜第３の保護層は、保護層を三層構成としたものである。第１の保護層は、ＳｉＯ2等の無機酸化物やＳｉ3Ｎ4等の無機窒化物等の比較的電気絶縁性、熱伝導性、及び耐熱性に優れた無機材料で構成される。第２の保護層は、粘りがあって、比較的機械的強度に優れ、第１の保護層に対して密着性と接着力のある、例えば第１の層がＳｉＯ2で形成されている場合には、Ｔａ等の金属材料で構成される。第３の保護層は、共通液室部も含めた液流路における液体と接触する可能性のある基板の主たる表面に設けられ、その主たる役目は液浸透防止と耐液作用にある。さらには、共通液室より後方の電極配線部をも被覆するように設けることによって、電極配線部の製造工程中に起こる電極配線部のキズの発生、断線の発生等を防止することが出来る。
【００４４】
液体噴射記録ヘッド用基体においてＥＣＲスパッタ法によって層を形成することにより、化学量論比からのずれが極めて小さい良質な層を薄膜で形成可能で、薄膜化してもバルク材に極めて近い物性の良質の層を成膜することが可能である。そして、配線段差部の形状および膜質が良好であり、表面形状がなだらかなものとすることができる。また、低温で成膜可能であるため、下部配線にヒロックの発生などの悪影響を与えず、層の平坦性も非常に高く、製造プロセスの選択の幅が広い。従って、欠陥がほとんどなく絶縁耐圧が高い層を形成することが容易である。その結果、ショートする心配のない、長期使用に耐え得る液体噴射記録ヘッド用基体が得られ、吐出が安定され、信頼性が高く、高品位な印字が可能な高耐久の液体噴射記録ヘッドを得ることができる。
【００４５】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、ＥＣＲスパッタ層を電気絶縁のために設けることができる。
【００４６】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、ＥＣＲスパッタ層と支持体との間に、前記発熱抵抗体および一対の電極を配することが出来る。そして、本発明の液体噴射記録ヘッド用機体の製造方法においては、発熱抵抗体および一対の電極より支持体とは反対側に、前記ＥＣＲスパッタ法で層を形成することが出来る。
【００４７】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体が、さらに、前記電極とは別に、前記ＥＣＲスパッタ層と支持体との間に、配線層を有することが出来る。
【００４８】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化物またはシリコン酸化物を含むことができる。そして、本発明の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法においては、前記ＥＣＲスパッタ法で形成する層が、シリコン窒化物またはシリコン酸化物を含むことができる。
【実施例】
【００４９】
〔実施例１〕
図６に示す層構成を有する液体噴射記録ヘッド用基体を作成し、この基体を用いて図２に示すように天板を設けて吐出口や液路を形成して液体噴射記録ヘッドを作成した。
【００５０】
製造方法としては、基体上にドライフィルムによって液流路パターンを形成し、これの上に接着材を用いて天板を貼り合わせた。天板の材料としては、例えばガラスを用いることが可能である。基体と天板を貼り合わせた後、天板，基体に対して垂直に切断し、この切断面をフェイス面とすることにより、発熱抵抗体に対して水平方向にインクが吐出するインクジェットヘッドを製作することが可能となる。
【００５１】
まず、支持体であるシリコン基板（シリコンウエハー）上に、バブリング法による酸素導入によって熱酸化のＳｉＯ2を形成した。温度は１１５０℃であり、時間は１２時間である。図６に示すように、これを蓄熱層４０２とする。
【００５２】
次に、蓄熱層上に、一般的なスパッタによってＨｆＢ2からなる発熱抵抗層（２０μｍ×１００μｍ、膜厚０．１６μｍ、配線密度１６Ｐｅｌ）を、電子ビーム蒸着によってＡｌからなる電極層（膜厚０．６μｍ、幅２０μｍ）を形成した。
【００５３】
その後、レジストによりパターンを形成し、その次にこれをマスクとしてウエットエッチングを行い、図１（ａ）に示すパターンと同様のパターンで発熱抵抗層４０４および電極層４０５を形成した。Ａｌのウエットエッチングには燐酸：硝酸：酢酸：水＝１６：１：２：１の混合液を使用し、ＨｆＢ2のエッチングには、ふっ酸と硝酸の混合液を用いた。その後レジストを剥離し、ＡｌとＨｆＢ2のパターンが完成した。すなわち各発熱抵抗体２ａに互いに離間して電極３ａおよび３ｂが接続されるようにした。このとき発熱抵抗体は２５６個並べて設けた。
【００５４】
次に、電極および発熱抵抗体が形成された部分の上部にＥＣＲスパッタによりＳｉ3Ｎ4から成る保護層４０６（膜厚０．３μｍ）と、一般的なスパッタによりＴａ（０．２３μｍ）からなる耐キャビテーション層４０７を成膜し、液体噴射記録ヘッド用基体を得た。
【００５５】
ＥＣＲスパッタ装置には、エヌ・ティ・ティアフティ株式会社製のＡＦＴＥＸ−７８００Ｌ（商品名）を使用した。ＥＣＲスパッタによる成膜条件は、アルゴン３０ｓｃｃｍ，窒素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．２６×１０-0.1Ｐａ，マイクロ波のパワーは５００Ｗ，ターゲットに印可したパワーも５００Ｗ、磁場を形成するコイルには２６Ａ印可した。このとき成膜レートは約５０Å／ｍｉｎである。また、成膜時においては、図３に示すように、基板ホルダー３２３の配置を調整して基板３２２をイオン流に対して３０°傾斜させ、且つ基板を自転させながら成膜した。
【００５６】
保護層成膜後、断面形状（特に電極による段差部）を観察したところ、図５（ａ）や図５（ｂ）に示したような形状にはなっておらず、図８に非常に近い形状になっていた。なお、図８は、バイアススパッタリング法によってアルミニウム配線４０９の上にＳｉＮ層４１０を成膜した様子を示すものである。ＥＣＲスパッタ成膜法によって成膜した場合は、バイアススパッタリング法を用いた場合に比較して、パーティクルの発生が非常に少なく、実用上非常に好ましいレベルであった。
【００５７】
また、Ｓｉ3Ｎ4保護層表面の凸凹も非常に小さかった。
【００５８】
さらに実験的に基板表面へサーモラベルを貼り付け、ＥＣＲスパッタ成膜中の基板温度を測定したところ、１５０℃以下であることが確認できた。また、アルミからなる電極層４０５にヒロックなどの現象も認められなかった。
【００５９】
なお、Ｔａのエッチングには、ＨＦ＋ＮＨＯ3の混合液を用いた。Ｔａエッチングに際してオーバーエッチングを行ったが、ＥＣＲスパッタによる保護層Ｓｉ3Ｎ4のダメージは極めて小さかった。
【００６０】
上述の液体噴射記録ヘッド用基体の上に、図２に示すように液路６および液室（不図示）等をドライフィルムにより形成し、天板を接着材で貼り合わせ、最後にスライサー切断により吐出口面を形成する面を切断して液体噴射記録ヘッドを得た。
【００６１】
このようにして作成した液体噴射記録ヘッド１０００個について、吐出耐久試験を実施した。
【００６２】
各発熱抵抗体に１５Ｖ、パルス幅０．８μｓの印字信号を印加して各吐出口から液体を吐出させ、発熱抵抗体が断線するまでの電気信号のサイクル数を測定し、その耐久性を評価した。上記ヘッドは１ヘッド当たり２５６個の発熱抵抗体を持つが、そのうち１個の発熱抵抗体でも断線した時点でそのヘッドは試験打ち切りとした。
【００６３】
得られた結果は表１に示すとおりである。すなわち、１０００個のヘッドのうちの９９．５％において、１０9回以上の液体吐出を良好に行うことができた。
【００６４】
【表１】
【００６５】
〔比較例１〕
ＥＣＲスパッタ法ではなく、プラズマＣＶＤ法により保護層を形成したこと以外は実施例１と同様にして液体噴射記録ヘッドを１０００個作成し、吐出耐久試験を実施した。プラズマＣＶＤの成膜温度は２００℃で、成膜時の圧力は２．０ｔｏｒｒ（２７０Ｐａ）であり、ガスはＳｉＨ4：Ｎ2Ｏ＝３００ｓｃｃｍ：２０００ｓｃｃｍである。
【００６６】
保護層成膜後に断面形状観察したところ、プラズマＣＶＤによって形成したＳｉ3Ｎ4保護層は図５（ａ）や図５（ｂ）に示したような形状になっていた。
【００６７】
吐出耐久試験で得られた結果は次のとおりである。
【００６８】
【表２】
【００６９】
パルス数１×１０7にて断線したヘッドを分解し原因を調べたところ、図５（ａ）に示すＢ部に相当する部位においてクラックが発生し、そのクラックがきっかけとなって破損した保護層および耐キャビテーション層からインクがしみ込み、アルミニウム配線が腐食していた。
【００７０】
さらには、耐キャビテーション層が存在しない保護層の部分においては、Ｓｉ3Ｎ4保護層の欠陥に起因するアルミニウム配線のインクによる腐食が発生していた。これは、吐出性能を向上させる目的で膜厚を薄くしたため、プラズマＣＶＤによって形成したＳｉ3Ｎ4膜の欠陥が顕在化したものである。
【００７１】
〔比較例２〕
段差部の膜質改善をねらって、保護層Ｓｉ3Ｎ4のプラズマＣＶＤ成膜時の基板温度を３００℃に上げたこと以外は比較例１と同様にして液体噴射記録ヘッドを作成し、評価した。
【００７２】
しかしながら、耐キャビテーション層をＨＦ＋ＨＮＯ3によってエッチングした際に、やはり図５（ａ）Ｂ部に相当する部分にダメージが生じてしまい、膜質が改善されていないことがわかった。そればかりではなく、プラズマＣＶＤ−Ｓｉ3Ｎ4（保護層）の下部に位置するアルミ配線（電極）のエッジ部に、図７に示すようなヒロックが生じてしまった。耐久試験を行ったところ、結果は比較例１より悪化してしまった。
【００７３】
断線したヘッドを分解して調べたところ、ヒロックが発生したために、その上のＳｉＮ膜における実質的な膜厚段差が大きくなった部分において、膜としての被覆性が悪化し、ステップ部でクラックが生じ、このクラック部よりインクが電極に接し電蝕の発生したことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の液体噴射記録ヘッドは、インクジェットプリンターなどにおいて用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】（ａ）は液体噴射記録ヘッド用基体の一例の平面模式図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ’線における模式的断面図である。
【図２】液体噴射記録ヘッドの一例の、液路を含む平面における垂直断面模式図である。
【図３】基板を傾斜させて配置したＥＣＲスパッタ装置の構造例を示す模式図である。
【図４】ＥＣＲスパッタ装置の基本構造例を示す模式図である。
【図５】（ａ）はアルミニウム配線の段差がある場合のＳｉＯ2層の断面形状を示す模式図、（ｂ）はＳｉＯ2層の上にさらに薄膜を積層した場合の断面形状を示す模式図、（ｃ）はその平面形状を示す模式図である。
【図６】液体噴射記録ヘッド用基体の一例の断面模式図である。
【図７】アルミニウム配線のヒロックがある場合のＳｉＯ2層の断面形状を示す模式図である。
【図８】アルミニウム配線の段差によるＳｉＯ2層の断面形状を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 支持体
１ｂ 蓄熱層
２ 発熱抵抗層
２ａ 発熱抵抗体
３ 電極層
３ａ，３ｂ 電極
４ 保護層
５ 天板
６ 液流路
７ 吐出口
８ 液体噴射記録ヘッド用基体
３１２ コイル
３１４ プラズマ室
３１５ 第一のガス導入口
３１６ 第二のガス導入口
３１７ 試料室
３１８、３２３ 基板ホルダー
３１９、３２２ 基板
３２０ ターゲット
３２１ 排気口
４１３ マイクロ波導波管
４０１ シリコン基板
４０２ 蓄熱層
４０４ 発熱抵抗層
４０５ 電極層
４０６ 保護層
４０７ 耐キャビテーション層
４０９ アルミニウム配線
４１０ ＳｉＯ2薄膜
４１１ 薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録用の液体を熱エネルギーを利用して吐出口から吐出させることにより記録を行なう液体噴射記録ヘッドに関し、またこのヘッドに用いられる基体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを利用して吐出口からインクなどの液滴を吐出、飛翔させることによって被記録媒体（多くの場合は紙）上に記録を行なう液体噴射記録方法は、ノンインパクト型の記録方法であって、騒音が少ないこと、普通紙に直接記録できること、多色のインクを用いることによりカラー画像記録が容易にできることなどの特長を有し、さらに記録装置の構造が簡単で高密度マルチノズル化が容易であり、高解像度、高速度のものを容易に得ることができるという利点を有しており、近年急速に普及しつつある。
【０００３】
図２はこの液体噴射記録ヘッドの例の、液路に平行な平面での要部垂直断面図である。この液体噴射記録ヘッドは、図２に示すように、一般に、インクなどの記録用の液体を吐出するための多数の微細な吐出口７、吐出口７ごとに設けられて吐出口７に連通する液路６、各液路６に記録用の液体を供給するため各液路６に共通に設けられた液室（図示せず）、液室に液体を供給するため液室の天井部分に設けられた液体供給口（図示せず）、そして記録用の液体に熱エネルギーを加えるための発熱抵抗体２ａを各液路６に対応して有する液体噴射記録ヘッド用基体８とから構成されている。液路６、吐出口７、液体供給口、液室は、一体的に天板５に形成されるようになっている。
【０００４】
液体噴射記録ヘッド用基体８は、図２に示すように、基板１上に、ある程度の大きさの体積抵抗率を有する材料からなる発熱抵抗層２を設け、発熱抵抗層２の上に、電気伝導性のよい材料からなる電極層３を積層した構成である。電極層３は、発熱抵抗層２と同様の形状であるが一部分が欠落しており、この欠落した部分において発熱抵抗層２が露出し、この部分が発熱抵抗体２ａすなわち発熱部となっている。電極層３は、発熱抵抗体２ａをはさんで２つの電極となり、これら電極間に電圧を印加することにより、発熱抵抗体２ａに電流が流れて発熱するようになっている。発熱抵抗体２ａは、天板５の対応する液路６のそれぞれ底部に位置するように、液体噴射記録ヘッド用基体８上に形成されている。さらに液体噴射記録ヘッド用基体８には、電極や発熱抵抗体２ａを被覆するようにして、保護層４が設けられている。この保護層４は、記録用の液体との接触やこの液体の浸透による発熱抵抗体２ａおよび電極３の電蝕や電気的絶縁破壊を防止する目的で設けられたものである。保護層４は、ＳｉＮ（シリコン窒化物）を用いて構成することが一般的であるが、ＳｉＯ2を使用することも可能である。そして保護層４の上に耐キャビテーション層（図２には不図示）が設けられる。保護層４の形成方法としては、各種の真空成膜法、例えばプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、あるいはバイアススパッタリング法などが用いられている。
【０００５】
特許文献１には、インクジェットヘッドにおける蓄熱層，発熱抵抗体，配線，保護膜の基本的な膜構成が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、電気熱変換素子を分割駆動するための多層配線の一方の配線を、蓄熱層内に形成する構成が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、基板の表面部のほぼ全域に形成されて一対の電極配線および電気熱変換素子を覆う第１保護層と、この第１保護層の表面に形成されて電気熱変換素子およびこの電気熱変換素子と一対の電極配線との接続部近傍を覆う第２保護層とを設け、一対の電極配線の厚みを１８００〜２４００Åの範囲内にし、第２保護層によって覆われた第１保護層の部分の厚みを２６００〜３４００Åの範囲内にすると共に第２保護層によって覆われていない第１保護層の部分の厚みを第２保護層によって覆われた第１保護層の部分の厚みよりも薄くする構成が記載されている。
【特許文献１】特公昭６３−３８３０６号公報
【特許文献２】特開平２−１２５７４１号公報
【特許文献３】特開２００１−１３０００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、吐出性能を向上させるために保護層４を従来よりも薄くすると、電極配線におけるカバレッジ性の低下、保護層自体の欠陥、あるいは保護層形成時のパーティクルなどの影響によって、液体噴射記録ヘッドとしての寿命は低下する傾向にある。
【０００９】
以下に、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、バイアススパッタリング法のそれぞれについて、ＳｉＮ層、ＳｉＯ2層を形成する場合について説明する。
【００１０】
プラズマＣＶＤ法においては、配線の段差部において膜の形状が急峻である、配線段差部での膜質が必ずしも良好とは言えない、形成される膜の表面に微小な凹凸が生じやすいといった点で問題が生ずる場合がある。まず、段差部で形状が急峻になることについて説明する。
【００１１】
図５（ａ）は、アルミニウム配線（薄膜）４０９上にプラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＮ膜４１０の段差部の構造を示す断面図である。プラズマＣＶＤ法を用いて段差部を形成すると、図示矢印Ａで指示される部分のように、段差部の切り込みが深いものとなる。このため、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜４１０上に蒸着、スパッタリング法などで薄膜４１１を形成すると、Ａ部への膜のまわり込みが悪いために平坦部より薄くなってしまい、配線等を形成した場合には電流密度が大きくなって、発熱や断線の原因となる場合がある。保護層を薄くすればするほど、この傾向は一層顕著になる。
【００１２】
プラズマＣＶＤ法でＳｉＮ膜を形成した場合、例えば図５（ａ）のＢで示されるような段差部の膜質があまり良くないものとなる場合がある。平坦部の膜に対しＢ部の膜は緻密性が低いので、瞬時にエッチングされてしまうこともある。このように緻密性の低い膜の部分では、ヒータ（発熱部）の繰り返し加熱冷却の熱ストレスによりクラックが発生しやすく、保護層として使用した場合にその機能を失ないやすい。また、ＳｉＮ膜上に積層される膜、例えば耐キャビテーション層として使用されるＴａ膜のパターニングには、フッ酸系のエッチング液の使用はできない場合がある。
【００１３】
プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＮ膜表面の微小な凹凸について説明する。プラズマＣＶＤ法による膜は、一般的に、平坦な基板上に成膜したとしても表面には微小な凹凸が発生しやすい。このＳｉＮ膜の凹凸形状は、インクに直接接する耐キャビテーション層上にも残るため、ヒータ面上でのインクの発泡の際に発泡の開始点（発泡核）がヒータ面上に点在することになって、安定な膜沸騰現象が再現しにくく、吐出性能にも悪影響を及ぼす場合がある。
【００１４】
スパッタリング法では、配線の段差部において膜の形状が急峻である、形成される膜の膜質があまり良くない、また、いわゆるパーティクルが多いといった点で問題が生じることがある。段差部で急峻となることはプラズマＣＶＤ法の場合と同様であるので説明を割愛し、まず、膜質について説明する。
【００１５】
通常のスパッタリング法（ＳｉＮターゲットをＡｒガスでスパッタする方法）でＳｉＮ膜を形成する場合、基板温度を３００℃程度まで上げないと緻密な膜が形成できない。しかし、３００℃程度まで昇温すると、配線に使用されるアルミニウム層に大きなヒロックが成長してしまう場合がある。特に、図７に示すようにアルミニウム配線４０９のエッジ部にヒロックが発生した場合には、その上のＳｉＮ膜４１０における実質的な膜厚段差が大きくなり、膜としての被覆性が悪化する場合がある。つまりステップ部でクラックが生じやすく、クラック部よりインクが電極に接すると電蝕が発生してしまう場合がある。また、３００℃に基板温度を上げても段差部の膜質は改善されないため、プラズマＣＶＤ法によって形成された膜と同様の点で問題が生じることがある。
【００１６】
また、スパッタリング装置の成膜室には、ターゲットやシールド板、シャッター板などが設けられており、プラズマＣＶＤ装置の反応室と比較して構造が複雑である。そしてＳｉＮなどの絶縁膜を形成するときは、チャージアップなどにより火花放電が発生することもある。火花放電による部材の飛散や複雑な成膜室内のメンテナンス（クリーニング）で取りきれない堆積ゴミなどが、基板上にパーティクルとなって降り積もるという点で問題が生じることがある。ＳｉＮ膜は応力が高いために、特に成膜室壁から剥がれやすくパーティクルの原因になりやすい。すなわち、これらのパーティクルが膜中に取り込まれると数μｍのブツ状の欠陥となり、その欠陥上に発熱抵抗体が形成されると、吐出の際にキャビテーション破壊が起きることがある。基板に導電性がある場合は、ブツ欠陥部から電流がリークし、電気的にショートすることもある。このため、製造される記録ヘッドの信頼性および耐久性を高くすることは容易とは言えない。
【００１７】
バイアススパッタリング法は基板側にも高周波電力を印加し、自己バイアスによるスパッタ効果を利用して段差部の形状をなだらかにする方法であり、スパッタリングやプラズマＣＶＤとは異なり段差部の平坦化を良好に行うことが容易である。
【００１８】
図８はバイアススパッタリング法でアルミニウム配線４０９の上にＳｉＮ層４１０を成膜させたときの段差部の構造を模式的に示すものであり、この図から、プラズマＣＶＤ法などの場合に比べ、段差部が平坦化されていることがわかる。しかし、通常のスパッタリング法と同様にパーティクルが生じやすいという点で問題が生じることがある。またバイアススパッタは、膜厚安定性が悪い場合がある。
【００１９】
以上説明したように、液体噴射記録ヘッド用基体では、保護層等の絶縁膜を形成する場合には、膜質や表面の平滑度あるいは成膜速度などの改良されるべき点がある。
【００２０】
本発明の目的は、液体噴射記録ヘッド用基体に形成される保護層などの層において、その層が薄い場合であっても、被覆性や層質の低下を抑え、パーティクルの影響を回避し、もって長期間良好な吐出特性を得ることのできる基体を提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、このように優れた液体噴射記録ヘッド用基体を製造するに好適な方法を提供することである。
【００２２】
本発明のさらに別の目的は、長期間良好な吐出特性を示すことのできる液体噴射記録ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明により、吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、
支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備え、
前記保護層が、ＥＣＲスパッタ層よりなることを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体が提供される。
【００２４】
本発明により、液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備える液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法であって、
前記保護層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基体の製造方法が提供される。
【００２５】
本発明により、上記の液体噴射記録ヘッド用基体；
前記液体噴射記録ヘッド用基体に備わる発熱抵抗体に対応して設けられた、記録用の液体を流通させるための液路；および、
前記液路に連通し記録用の液体を吐出するための吐出口
を有する液体噴射記録ヘッドが提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、液体噴射記録ヘッド用基体に形成される保護層などの層において、その層が薄い場合であっても、被覆性や層質の低下を抑え、パーティクルの影響を回避し、もって長期間良好な吐出特性を得ることのできる基体が提供される。
【００２７】
また本発明により、このように優れた液体噴射記録ヘッド用基体を製造するに好適な方法が提供される。
【００２８】
さらに本発明により、長期間良好な吐出特性を示すことのできる液体噴射記録ヘッドが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明においては、従来の真空成膜方法（プラズマＣＶＤ，スパッタリング、バイアススパッタリング）を用いて、例えばＳｉＮやＳｉＯ2などの保護層、を成膜する代わりに、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ成膜法により層を形成する。ＥＣＲスパッタ法によって形成された層をＥＣＲスパッタ層という。
【００３０】
まず、ＥＣＲスパッタ法について説明する（参考資料：精密工学会誌ＶＯｌ．６６，Ｎｏ．４，２０００，天沢敬生，及川秀男，廣野滋，松尾誠太郎）。ＥＣＲスパッタ法は、磁場（例えば８７５ガウス）とマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚ）の相互作用で電子がサイクロトロン運動し、スパッタガスの電離確率が高くなり、例えば１０-5〜１０-4Ｔｏｒｒ（１０-3〜１０-2Ｐａ）の高真空下で安定したプラズマが得られる。勾配磁場によりプラズマの中性を保ちながら引き出されたプラズマ流中イオンは途中に配置した負にバイアスされたターゲットに加速され衝突しスパッタされる。スパッタされた中性粒子はプラズマ中でイオン化されプラズマ流とともに基板方向に加速され成膜される。
【００３１】
このときプラズマ流のエネルギーは例えば１０〜３０ｅＶである。ＥＣＲスパッタの特徴の一つに、高品質な薄膜形成をあげることができるが、これの最大の理由は、このようにエネルギー制御された大量のイオンが照射するなかで薄膜成長が進むことである。
【００３２】
基板に入射するイオンのエネルギーが５０ｅＶ程度以上になると、イオンが基板内に入り込んだり、基板を構成する原子がたたき出されたり、あるいは基板に欠陥を発生させるなどにより、薄膜の不純物汚染やラフネスなどの問題を引き起こす場合がある。逆に蒸着法のように熱的なエネルギーのみで成膜する場合には、入射粒子のエネルギーは０．１ｅＶという低いオーダーであり、基板表面で十分にマイグレーションできなくなる場合がある。これに対しＥＣＲスパッタでは、圧力などを変えることにより、照射イオンのエネルギーを好適な値に制御することが可能である。基板表面に到達した原子は、薄膜成長に好適なエネルギーを与えられて表面上をマイグレーションし、安定な位置に留まることができる。これによって、化合物薄膜においては、化学的に安定となるような高い結合力も期待できる。また、成膜中の圧力が低く、ＣＶＤにおけるような不要な反応生成物などの汚染が発生することもない。例えば、ターゲットがＳｉの場合、Ａｒガスを用いるとＳｉ膜が成膜され、Ａｒ＋Ｏ2ガスでは、ＳｉＯ2膜，Ａｒ＋Ｎ2ではＳｉ3Ｎ4膜が成膜される。従って、化学量論的にも、バルク材に匹敵するものとなる。ＳｉＨ4ガスを用いるＣＶＤと異なり、水素フリーな膜が得られる。従って、化学量論的にも、バルク材に匹敵するものとなる。そればかりでなく、危険なガスを全く用いない、優れた環境適合性も有する。
【００３３】
すなわち、プラズマＣＶＤや一般的なスパッタリングよりも、より化学量論比的にバルクに近く、環境適合性の優れた膜を形成することが可能となる。
【００３４】
このようにＥＣＲプラズマは、理想に近い薄膜成長環境を提供することから、緻密・平滑性に優れたバルクの物性に近い薄膜の形成が可能になる。ＥＣＲ薄膜の平滑性に関しては、膜の凸凹は原子レベルである。例えば、ＥＣＲ膜と一般のＲＦスパッタ膜に関して、厚み１００ｎｍのＡｌ2Ｏ3のＡＦＭ（原子間力顕微鏡による像）を比較すると、ＥＣＲ膜の最大粗さＲmaxが０．４８ｎｍ程度であるのに対して、ＲＦスパッタ膜の最大粗さは５．３ｎｍ程度である。
【００３５】
さらには、化合物を含むほとんどの薄膜形成において特別な基板加熱を必要としないことから、高温プロセスを嫌う、様々な目的にも利用しうる。そしてまた、ＥＣＲスパッタ法はビーム方式であり、基板をイオン流に対して斜め方向に配置することによって、カバレッジを向上させることが可能になる。
【００３６】
次に、図４を用いてＥＣＲスパッタ法の装置構成の一例について説明する。装置全体は、排気口３２１に接続された排気ポンプ（不図示）によって、高真空まで排気されるようになっている。プラズマ室３１４にはマイクロ波導波管４１３より２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導入され、第１のガス導入口３１５よりＡｒが導入される。このとき、プラズマ発生室３１４の外側部分に周設されたコイル３１２の磁力を調節してＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）条件を成立させると、プラズマ室３１４内に、高密度高活性なプラズマが生成する。このプラズマ化されたガスは、試料室３１７に移動する。このときターゲット３２０にＲＦ（高周波電圧）１３．５６ＭＨｚを印可するとスパッタリングが行われ、試料室３１７に設けられた第２のガス導入口３１６よりＮ2を導入することによって、試料室３１７内に設置された基板ホルダー３１８上に載置された基板３１９上にＳｉ3Ｎ4膜が積層される。
【００３７】
例えば図１（ａ）および（ｂ）に示すような電極層３および発熱抵抗体層２を所定の形状にパターニングして発熱抵抗体２ａを形成し、さらに上記のようにしてＥＣＲスパッタ法によりＳｉ3Ｎ4よりなる保護層４を設けることによって、液体噴射記録ヘッド用基体８を得ることができる。
【００３８】
なお、発熱抵抗体の形状や保護層４の構成などは図示されるものに限定されない。次に、液体噴射記録ヘッド用基体８上に例えば図２に示すように液路６、吐出口７及び必要に応じて液室（図示せず）を形成することによって本発明の液体噴射記録用ヘッドを形成することができる。
【００３９】
なお、液体噴射記録ヘッドの構造も図示されるものに限定されない。
【００４０】
例えば図２に示した例は吐出口から液体が吐出する方向と液路の熱エネルギー発生体の発熱部が設けられた箇所へ液体が供給される方向とがほぼ同じである構成を取るが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば前記２つの方向が互いに異なる（例えばほぼ垂直である）液体噴射記録用ヘッドに対しても適用できるものである。
【００４１】
本発明における液体噴射記録ヘッドの基本的構成は公知のものと同様でよい（ＥＣＲスパッタ法により形成された層を有する液体噴射記録ヘッド用基体を用いる点は除く）。従って、製造プロセスは基本的に変えることなく製造できる（上記層をＥＣＲスパッタ法で形成することを除く）。
【００４２】
例えば、蓄熱層（例えば２〜２．８μｍ）としてはＳｉＯ2、発熱抵抗体（発熱抵抗層）（例えば０．０２〜０．２μｍ）としてはＨｆＢ2など、電極（例えば０．１〜０．５μｍ）としてはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒなど、上部保護層（第１の保護層）（例えば０．５〜２μｍ）としてはＳｉＮ，あるいはＳｉＯ2など、第２の保護層（例えば０．３〜０．６μｍ）としてはＴａ，Ｔａ2Ｏ5など、第３の保護層としては感光性ポリイミド等を用いることができる。
【００４３】
ここでいう第１〜第３の保護層は、保護層を三層構成としたものである。第１の保護層は、ＳｉＯ2等の無機酸化物やＳｉ3Ｎ4等の無機窒化物等の比較的電気絶縁性、熱伝導性、及び耐熱性に優れた無機材料で構成される。第２の保護層は、粘りがあって、比較的機械的強度に優れ、第１の保護層に対して密着性と接着力のある、例えば第１の層がＳｉＯ2で形成されている場合には、Ｔａ等の金属材料で構成される。第３の保護層は、共通液室部も含めた液流路における液体と接触する可能性のある基板の主たる表面に設けられ、その主たる役目は液浸透防止と耐液作用にある。さらには、共通液室より後方の電極配線部をも被覆するように設けることによって、電極配線部の製造工程中に起こる電極配線部のキズの発生、断線の発生等を防止することが出来る。
【００４４】
液体噴射記録ヘッド用基体においてＥＣＲスパッタ法によって層を形成することにより、化学量論比からのずれが極めて小さい良質な層を薄膜で形成可能で、薄膜化してもバルク材に極めて近い物性の良質の層を成膜することが可能である。そして、配線段差部の形状および膜質が良好であり、表面形状がなだらかなものとすることができる。また、低温で成膜可能であるため、下部配線にヒロックの発生などの悪影響を与えず、層の平坦性も非常に高く、製造プロセスの選択の幅が広い。従って、欠陥がほとんどなく絶縁耐圧が高い層を形成することが容易である。その結果、ショートする心配のない、長期使用に耐え得る液体噴射記録ヘッド用基体が得られ、吐出が安定され、信頼性が高く、高品位な印字が可能な高耐久の液体噴射記録ヘッドを得ることができる。
【００４５】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、ＥＣＲスパッタ層を電気絶縁のために設けることができる。
【００４６】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、ＥＣＲスパッタ層と支持体との間に、前記発熱抵抗体および一対の電極を配することが出来る。そして、本発明の液体噴射記録ヘッド用機体の製造方法においては、発熱抵抗体および一対の電極より支持体とは反対側に、前記ＥＣＲスパッタ法で層を形成することが出来る。
【００４７】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体が、さらに、前記電極とは別に、前記ＥＣＲスパッタ層と支持体との間に、配線層を有することが出来る。
【００４８】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化物またはシリコン酸化物を含むことができる。そして、本発明の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法においては、前記ＥＣＲスパッタ法で形成する層が、シリコン窒化物またはシリコン酸化物を含むことができる。
【実施例】
【００４９】
〔実施例１〕
図６に示す層構成を有する液体噴射記録ヘッド用基体を作成し、この基体を用いて図２に示すように天板を設けて吐出口や液路を形成して液体噴射記録ヘッドを作成した。
【００５０】
製造方法としては、基体上にドライフィルムによって液流路パターンを形成し、これの上に接着材を用いて天板を貼り合わせた。天板の材料としては、例えばガラスを用いることが可能である。基体と天板を貼り合わせた後、天板，基体に対して垂直に切断し、この切断面をフェイス面とすることにより、発熱抵抗体に対して水平方向にインクが吐出するインクジェットヘッドを製作することが可能となる。
【００５１】
まず、支持体であるシリコン基板（シリコンウエハー）上に、バブリング法による酸素導入によって熱酸化のＳｉＯ2を形成した。温度は１１５０℃であり、時間は１２時間である。図６に示すように、これを蓄熱層４０２とする。
【００５２】
次に、蓄熱層上に、一般的なスパッタによってＨｆＢ2からなる発熱抵抗層（２０μｍ×１００μｍ、膜厚０．１６μｍ、配線密度１６Ｐｅｌ）を、電子ビーム蒸着によってＡｌからなる電極層（膜厚０．６μｍ、幅２０μｍ）を形成した。
【００５３】
その後、レジストによりパターンを形成し、その次にこれをマスクとしてウエットエッチングを行い、図１（ａ）に示すパターンと同様のパターンで発熱抵抗層４０４および電極層４０５を形成した。Ａｌのウエットエッチングには燐酸：硝酸：酢酸：水＝１６：１：２：１の混合液を使用し、ＨｆＢ2のエッチングには、ふっ酸と硝酸の混合液を用いた。その後レジストを剥離し、ＡｌとＨｆＢ2のパターンが完成した。すなわち各発熱抵抗体２ａに互いに離間して電極３ａおよび３ｂが接続されるようにした。このとき発熱抵抗体は２５６個並べて設けた。
【００５４】
次に、電極および発熱抵抗体が形成された部分の上部にＥＣＲスパッタによりＳｉ3Ｎ4から成る保護層４０６（膜厚０．３μｍ）と、一般的なスパッタによりＴａ（０．２３μｍ）からなる耐キャビテーション層４０７を成膜し、液体噴射記録ヘッド用基体を得た。
【００５５】
ＥＣＲスパッタ装置には、エヌ・ティ・ティアフティ株式会社製のＡＦＴＥＸ−７８００Ｌ（商品名）を使用した。ＥＣＲスパッタによる成膜条件は、アルゴン３０ｓｃｃｍ，窒素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．２６×１０-0.1Ｐａ，マイクロ波のパワーは５００Ｗ，ターゲットに印可したパワーも５００Ｗ、磁場を形成するコイルには２６Ａ印可した。このとき成膜レートは約５０Å／ｍｉｎである。また、成膜時においては、図３に示すように、基板ホルダー３２３の配置を調整して基板３２２をイオン流に対して３０°傾斜させ、且つ基板を自転させながら成膜した。
【００５６】
保護層成膜後、断面形状（特に電極による段差部）を観察したところ、図５（ａ）や図５（ｂ）に示したような形状にはなっておらず、図８に非常に近い形状になっていた。なお、図８は、バイアススパッタリング法によってアルミニウム配線４０９の上にＳｉＮ層４１０を成膜した様子を示すものである。ＥＣＲスパッタ成膜法によって成膜した場合は、バイアススパッタリング法を用いた場合に比較して、パーティクルの発生が非常に少なく、実用上非常に好ましいレベルであった。
【００５７】
また、Ｓｉ3Ｎ4保護層表面の凸凹も非常に小さかった。
【００５８】
さらに実験的に基板表面へサーモラベルを貼り付け、ＥＣＲスパッタ成膜中の基板温度を測定したところ、１５０℃以下であることが確認できた。また、アルミからなる電極層４０５にヒロックなどの現象も認められなかった。
【００５９】
なお、Ｔａのエッチングには、ＨＦ＋ＮＨＯ3の混合液を用いた。Ｔａエッチングに際してオーバーエッチングを行ったが、ＥＣＲスパッタによる保護層Ｓｉ3Ｎ4のダメージは極めて小さかった。
【００６０】
上述の液体噴射記録ヘッド用基体の上に、図２に示すように液路６および液室（不図示）等をドライフィルムにより形成し、天板を接着材で貼り合わせ、最後にスライサー切断により吐出口面を形成する面を切断して液体噴射記録ヘッドを得た。
【００６１】
このようにして作成した液体噴射記録ヘッド１０００個について、吐出耐久試験を実施した。
【００６２】
各発熱抵抗体に１５Ｖ、パルス幅０．８μｓの印字信号を印加して各吐出口から液体を吐出させ、発熱抵抗体が断線するまでの電気信号のサイクル数を測定し、その耐久性を評価した。上記ヘッドは１ヘッド当たり２５６個の発熱抵抗体を持つが、そのうち１個の発熱抵抗体でも断線した時点でそのヘッドは試験打ち切りとした。
【００６３】
得られた結果は表１に示すとおりである。すなわち、１０００個のヘッドのうちの９９．５％において、１０9回以上の液体吐出を良好に行うことができた。
【００６４】
【表１】
【００６５】
〔比較例１〕
ＥＣＲスパッタ法ではなく、プラズマＣＶＤ法により保護層を形成したこと以外は実施例１と同様にして液体噴射記録ヘッドを１０００個作成し、吐出耐久試験を実施した。プラズマＣＶＤの成膜温度は２００℃で、成膜時の圧力は２．０ｔｏｒｒ（２７０Ｐａ）であり、ガスはＳｉＨ4：Ｎ2Ｏ＝３００ｓｃｃｍ：２０００ｓｃｃｍである。
【００６６】
保護層成膜後に断面形状観察したところ、プラズマＣＶＤによって形成したＳｉ3Ｎ4保護層は図５（ａ）や図５（ｂ）に示したような形状になっていた。
【００６７】
吐出耐久試験で得られた結果は次のとおりである。
【００６８】
【表２】
【００６９】
パルス数１×１０7にて断線したヘッドを分解し原因を調べたところ、図５（ａ）に示すＢ部に相当する部位においてクラックが発生し、そのクラックがきっかけとなって破損した保護層および耐キャビテーション層からインクがしみ込み、アルミニウム配線が腐食していた。
【００７０】
さらには、耐キャビテーション層が存在しない保護層の部分においては、Ｓｉ3Ｎ4保護層の欠陥に起因するアルミニウム配線のインクによる腐食が発生していた。これは、吐出性能を向上させる目的で膜厚を薄くしたため、プラズマＣＶＤによって形成したＳｉ3Ｎ4膜の欠陥が顕在化したものである。
【００７１】
〔比較例２〕
段差部の膜質改善をねらって、保護層Ｓｉ3Ｎ4のプラズマＣＶＤ成膜時の基板温度を３００℃に上げたこと以外は比較例１と同様にして液体噴射記録ヘッドを作成し、評価した。
【００７２】
しかしながら、耐キャビテーション層をＨＦ＋ＨＮＯ3によってエッチングした際に、やはり図５（ａ）Ｂ部に相当する部分にダメージが生じてしまい、膜質が改善されていないことがわかった。そればかりではなく、プラズマＣＶＤ−Ｓｉ3Ｎ4（保護層）の下部に位置するアルミ配線（電極）のエッジ部に、図７に示すようなヒロックが生じてしまった。耐久試験を行ったところ、結果は比較例１より悪化してしまった。
【００７３】
断線したヘッドを分解して調べたところ、ヒロックが発生したために、その上のＳｉＮ膜における実質的な膜厚段差が大きくなった部分において、膜としての被覆性が悪化し、ステップ部でクラックが生じ、このクラック部よりインクが電極に接し電蝕の発生したことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の液体噴射記録ヘッドは、インクジェットプリンターなどにおいて用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】（ａ）は液体噴射記録ヘッド用基体の一例の平面模式図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ’線における模式的断面図である。
【図２】液体噴射記録ヘッドの一例の、液路を含む平面における垂直断面模式図である。
【図３】基板を傾斜させて配置したＥＣＲスパッタ装置の構造例を示す模式図である。
【図４】ＥＣＲスパッタ装置の基本構造例を示す模式図である。
【図５】（ａ）はアルミニウム配線の段差がある場合のＳｉＯ2層の断面形状を示す模式図、（ｂ）はＳｉＯ2層の上にさらに薄膜を積層した場合の断面形状を示す模式図、（ｃ）はその平面形状を示す模式図である。
【図６】液体噴射記録ヘッド用基体の一例の断面模式図である。
【図７】アルミニウム配線のヒロックがある場合のＳｉＯ2層の断面形状を示す模式図である。
【図８】アルミニウム配線の段差によるＳｉＯ2層の断面形状を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 支持体
１ｂ 蓄熱層
２ 発熱抵抗層
２ａ 発熱抵抗体
３ 電極層
３ａ，３ｂ 電極
４ 保護層
５ 天板
６ 液流路
７ 吐出口
８ 液体噴射記録ヘッド用基体
３１２ コイル
３１４ プラズマ室
３１５ 第一のガス導入口
３１６ 第二のガス導入口
３１７ 試料室
３１８、３２３ 基板ホルダー
３１９、３２２ 基板
３２０ ターゲット
３２１ 排気口
４１３ マイクロ波導波管
４０１ シリコン基板
４０２ 蓄熱層
４０４ 発熱抵抗層
４０５ 電極層
４０６ 保護層
４０７ 耐キャビテーション層
４０９ アルミニウム配線
４１０ ＳｉＯ2薄膜
４１１ 薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、
支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、
前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備え、
前記保護層が、ＥＣＲスパッタ層よりなることを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体。
【請求項２】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化物を含む請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド用基体。
【請求項３】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含む請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド用基体。
【請求項４】
液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備える液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法であって、
前記保護層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
【請求項５】
前記ＥＣＲスパッタ法で形成する層がシリコン窒化物を含む請求項４に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項６】
前記ＥＣＲスパッタ法で形成する層がシリコン酸化物を含む請求項４に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド用基体；
前記液体噴射記録ヘッド用基体に備わる発熱抵抗体に対応して設けられた、記録用の液体を流通させるための液路；および、
前記液路に連通し記録用の液体を吐出するための吐出口
を有する液体噴射記録ヘッド。
【請求項１】
吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、
支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、
前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備え、
前記保護層が、ＥＣＲスパッタ層よりなることを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体。
【請求項２】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化物を含む請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド用基体。
【請求項３】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含む請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド用基体。
【請求項４】
液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体噴射記録ヘッドに用いられる基体であって、支持体と、前記支持体上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に導通するように前記支持体上に形成される一対の電極と、前記一対の電極および前記発熱抵抗体を覆う保護層とを備える液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法であって、
前記保護層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
【請求項５】
前記ＥＣＲスパッタ法で形成する層がシリコン窒化物を含む請求項４に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項６】
前記ＥＣＲスパッタ法で形成する層がシリコン酸化物を含む請求項４に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド用基体；
前記液体噴射記録ヘッド用基体に備わる発熱抵抗体に対応して設けられた、記録用の液体を流通させるための液路；および、
前記液路に連通し記録用の液体を吐出するための吐出口
を有する液体噴射記録ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１６０７７６（Ｐ２００７−１６０７７６Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６１７９８（Ｐ２００５−３６１７９８）
【出願日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【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１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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