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蓄熱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及びその製造方法を提供する。長期間良好な吐出特性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であって、支持体１と、前記支持体１上に形成された蓄熱層１ｂと、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、前記蓄熱層１ｂ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であって、支持体１と、前記支持体１上に形成された蓄熱層１ｂと、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、前記蓄熱層１ｂ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３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３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３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、ＳｉＯ2を用いて構成することが一般的である。さらに、保護層４の上に耐キャビテーション層（図３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】
シリコンを支持体１として使用する場合、液体噴射記録ヘッド基体８としてのより良好な特性を得る目的で、支持体の放熱性と蓄熱性のバランスをとるよう、ＳｉＯ2からなる蓄熱層を支持体の表面もしくはその一部として設けることが一般的である。また、支持体が導電体である場合、配線の電気的ショートを避けるため、蓄熱層が絶縁層を兼ねる方が、設計的にもコスト的にも都合がよい。そして蓄熱層の形成方法としては、シリコンからなる支持体１の表面を熱酸化して形成する方法や、支持体１の上に各種の真空成膜法（例えば、スパッタリング法、バイアススパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム法）でＳｉＯ2を堆積させる方法がある。
【０００６】
また、液体噴射記録ヘッド用基体の構成によっては、基板上にマトリクス状に２層の配線が設けられることがある（発熱抵抗体に接続される一対の電極もこのうちの一層である）。この場合、発熱抵抗層に直接接続される配線層（電極）は、液路との位置関係から、基板より遠い方の配線層となる。したがって基板に近い方の配線層は、蓄熱層に埋め込まれるような形態となる。図６は、このような液体噴射記録ヘッド用基体の構成を示す模式的断面図である。
【０００７】
図６に示す液体噴射記録ヘッド用基体では、蓄熱層４０２が、第１の蓄熱層４０２ａと第２の蓄熱層４０２ｂとに分けて形成されている。シリコン基板４０１の上にＳｉＯ2からなる第１の蓄熱層４０２ａが設けられ、第１の蓄熱層４０２ａの上に、１層目の配線層である下部配線４０３が形成されている。この第１の蓄熱層４０２ａは、シリコン基板４０１の熱酸化によって形成することができる。下部配線４０３は、一般的にアルミニウムからなり、例えば発熱部をマトリクス駆動するために設けられるものである。一方、第２の蓄熱層４０２ｂは、下部配線４０３を被覆するようにして、下部配線４０３が形成された第１の蓄熱層４０２ａの上面に形成されている。第２の蓄熱層４０２ｂは、ＳｉＯ2で構成されている。さらに、第２の蓄熱層４０２ｂの上に、図３で示した液体噴射記録ヘッド用基体と同様に、発熱抵抗層４０４、２層目の配線層である電極層４０５、ＳｉＮ（窒化珪素）からなる保護層４０６、耐キャビテーション層４０７が設けられている。第２の蓄熱層４０２ｂは、下部配線４０３の存在のために熱酸化では形成できないので、保護層４０６と同様に、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などで形成される。
【０００８】
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。
【０００９】
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おり、層間絶縁膜となる層、すなわち上述した第二の蓄熱層となる層として、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2成膜する実施例が記載されている。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように液体噴射記録ヘッド用基体では、蓄熱層等にＳｉＯ2層で代表されるシリコン酸化物層等が用いられる。これらの層は、次の二つに分類できる。
【００１１】
（１）シリコンからなる支持体の熱酸化で形成できる層（図３での蓄熱層１ｂや図６での第１の蓄熱層４０２ａ）。
【００１２】
（２）シリコンの熱酸化では形成できない層（図３での保護層４や、図６での第２の蓄熱層４０２ｂおよび保護層４０６や、金属などが支持体の場合）。
【００１３】
ここで、この分類にしたがって、これらの層の形成上の問題点を検討する。
【００１４】
（１）熱酸化で形成可能な層：熱酸化で形成可能な層については、コストや得られる膜の膜質の点から、熱酸化で形成することが望ましい。すなわち、従来の各種の真空成膜法で形成した場合には、後述するように、膜厚が不均一になったり、成膜速度が遅かったりするおそれがある。また成膜時にゴミが発生しやすいのでそのゴミが膜中に混入して直径数μｍのブツ状の欠陥となりキャビテーションによる破壊の原因となったりするというおそれがある。さらに、このブツ状の欠陥から電流がリークして、電気的短絡の原因になるというおそれがある。また、スピンオングラス法やディップ引き上げ法などにより、熱酸化工程を行なわずに基板表面にＳｉＯ2からなる層を形成する方法もある。しかし、いずれの方法によっても膜質が悪く、良好な膜質を得るためには高温熱処理が必要だったり膜中に不純物粒子が混入しやく、さらに蓄熱層として必要な３μｍ程度の膜厚のＳｉＯ2層を形成できないことがある。
【００１５】
（２）熱酸化では形成不可能な層：熱酸化では形成不可能な層の場合、必然的に、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などの真空成膜法によってＳｉＯ2層を形成することになる。この場合、配線層や発熱抵抗層、多結晶シリコンの熱酸化層の上に、ＳｉＯ2層を形成することになり、この層は段差部においても良好に形成される必要がある。また、このように形成したＳｉＯ2層の上にさらに配線層や発熱抵抗層が形成される場合があるので、段差部においてもその上面側が平坦になっていることが望ましい。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、ＳｉＯ2層を形成する場合の問題点について説明する。
【００１６】
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。
【００１７】
図７（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ＳｉＯ2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７（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。また、ＳｉＯ2膜４１０上に形成される配線をパターニングする場合、通常のフォトリソグラフィー技術で行なうと、段差部でのレジストのヌケが悪くなり、配線間のショートを引き起こしやすい。図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示したものをＣ方向より見た図であり、段差部に沿って、ＳｉＯ2膜４１０上の膜４１１（図中斜線部）例えばアルミニウム配線が、レジストパターニング時に、ＳｉＯ2のカバレッジ部分にレジストが残ってしまったために、段差に沿ってのびている状態が示されている。この問題は特に層間膜すなわち複数の配線層にはさまれるＳｉＯ2層で起こりやすい。
【００１８】
プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ2膜を形成した場合、例えば図７（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。形成したＳｉＯ2膜をフッ酸系のエッチング液によってエッチングすると、熱酸化で形成されたＳｉＯ2膜の２〜４倍の速度でしか平坦部の膜がエッチングされないのに対し、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場合がある。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容易に失なってしまう場合がある。また、ＳｉＯ2膜上に積層される膜、例えば発熱抵抗層に使用されるＨｆＢ2膜や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。
【００１９】
プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2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ＳｉＯ2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。
【００２０】
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。
【００２１】
通常のスパッタリング法（ＳｉＯ2ターゲットをＡｒガスでスパッタする方法）でＳｉＯ2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８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ＳｉＯ2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。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。
【００２２】
膜質を悪化させることなく低温で成膜させる方法として、ＡｒとＨ2の雰囲気中でＳｉＯ2ターゲットをスパッタリングする方法もあるが、段差部の膜質は改善されることはなく、また段差部の膜形状も図７（ａ）の場合と同じであるため、プラズマＣＶＤにより形成された膜と同様の問題が生じる。さらにＨ2ガスを添加すると成膜速度が低下し（Ｈ2添加量が多いほど速度は低下すると考えられる）、処理能力が落ちることになる。
【００２３】
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ＳｉＯ2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。すなわち、これらのゴミ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。
【００２４】
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。
【００２５】
図９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ＳｉＯ2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。
【００２６】
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蓄熱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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
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蓄熱層と、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、
前記蓄熱層が、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。
【００３０】
前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層であることができる。
【００３１】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含むことができる。
【００３２】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化酸化物を含むことができる。
【００３３】
本発明により、支持体と、前記支持体上に形成された蓄熱層と、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において、
前記蓄熱層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法が提供される。
【００３４】
上記方法において、前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、該配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層であることができる。
【００３５】
上記方法において、前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含むことができる。
【００３６】
上記方法において、前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化酸化物を含むことができる。
【００３７】
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が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】
【００３８】
本発明により、液体噴射記録ヘッド用基体に形成される蓄熱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。
【００３９】
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。
【００４０】
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】
【００４１】
発熱抵抗体および一対の電極と支持体との間に、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ層を配する形態について説明する。以下、発熱抵抗体および一対の電極と、支持体との間に配される層を下部層という。下部層の例として蓄熱層を挙げることができ、まず、蓄熱層である下部層の形成方法に関して説明を行なう。
【００４２】
本発明は、熱酸化による下部層の形成が困難であり、また、基板の放熱性を確保しつつ、発泡に必要なエネルギーの低減を図るため、数μｍ（例えば０．１μｍ以上５．０μｍ以下）の厚さの下部層を設ける必要がある場合に特に有効である。
【００４３】
支持体としては、多結晶シリコン支持体やグレーズ層のないアルミナ支持体、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミック支持体、アルミニウム、ステンレス、銅、コバールなどの金属支持体などを用いることができる。
【００４４】
支持体上に下部層を形成する際に、本発明では従来の真空成膜方法（スパッタリング、バイアススパッタリング、プラズマＣＶＤなど）でＳｉＯ2を成膜する代わりに、ＥＣＲスパッタ成膜法によりＳｉＯ2を成膜する。
【００４５】
また、ＳｉＯ2以外の膜、例えば窒化ケイ素膜を下部層として設ける場合においても、ＥＣＲスパッタ法により成膜を行なう。
【００４６】
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。
【００４７】
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上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。
【００４８】
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。
【００４９】
すなわち、プラズマＣＶＤや一般的なスパッタよりも、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。
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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、図５を用いて下部層（蓄熱層）を形成するに好適なＥＣＲスパッタ装置の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Ｏ2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（支持体）３１９上にＳｉＯ2膜（蓄熱層）が積層される。
【００５２】
このようにして形成した図２に示す基板１のＳｉＯ2（蓄熱層）層１ｂ上に、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、さらに必要に応じて保護層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。
【００５３】
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３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。
【００５４】
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。
【００５５】
例えば図３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。
【００５６】
本発明における液体噴射記録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）。
【００５７】
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ＳｉＯ2、ＳｉＮ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。
【００５８】
ここで言う第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。
【００５９】
液体噴射記録ヘッド用基体に使用される層をＥＣＲスパッタ法で積層することにより、
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も形成可能で、バルク材に極めて近い物性の膜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。また低温で成膜することが可能であるため、下部配線にヒロックの発生などの悪影響を与えず、膜の平坦性も非常に高く、製造プロセスの選択の幅が広い。液体（記録液）に近い部分で用いられる膜（層）に、ゴミなどの介在をほとんどなくすこともできる。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。
【００６０】
また、多結晶体や金属などの支持体を用いた場合であっても、良好な平坦性を有する蓄熱層（下部層）を形成することができる。
【００６１】
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。
【００６２】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、前記発熱抵抗体および一対の電極と支持体との間に、前記ＥＣＲスパッタ層を配することができる。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、発熱抵抗体および一対の電極より支持体側に、ＥＣＲスパッタ法で層を形成することができる。
【００６３】
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できる。
【００６４】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、前記ＥＣＲスパッタ層が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酸化物を含むことができる。
【実施例】
【００６５】
〔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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、これを第一の蓄熱層４０２ａとする。
【００６８】
この上に、１層目の配線層である下部配線４０３が形成されている。下部配線４０３は、一般的にアルミニウムからなり、例えば発熱部をマトリクス駆動するために設けられるものである。
【００６９】
第一の蓄熱層上に下部配線を形成した後、その上に前述のＥＣＲスパッタ装置を用いて第二の蓄熱層４０２ｂとなるＳｉＯ2を成膜した。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。成膜条件は、アルゴン４０ｓｃｃｍ，酸素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．５１×１０-0.1Ｐａ，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１００Å／ｍｉｎであり、形成した膜厚は３５０ｎｍである。また、成膜時においては、図４に示すように、基板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。
【００７０】
第二の蓄熱層４０２ｂは、下部配線４０３を被覆するようにして、下部配線４０３の形成された第１の蓄熱層４０２ａの上面に形成されている。
【００７１】
第二の蓄熱層の成膜後、下層部配線４０３と第二の蓄熱層４０２ｂの断面形状（特に下部配線による段差部）を観察したところ、図７（ａ）や図７（ｂ）に示したような形状にはなっておらず、図９に非常に近い形状になっていた。なお、図９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ＳｉＯ2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。
【００７２】
また、ＥＣＲスパッタで第二の蓄熱層（ＳｉＯ2）を成膜後、配線の形成されていない部分の表面段差を触針式粗さ計を用いて測定したところ、表面段差の発生は最大１５ｎｍ以下であり、成膜前との有意差は、認められなかった。
【００７３】
なお、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、アルミからなる下部配線４０３にヒロックなどの現象も認められなかった。
【００７４】
次に、第二の蓄熱層上に、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。
【００７５】
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。なお、ＨｆＢ2膜の下層に形成されていたＥＣＲスパッタによる第二の蓄熱層４０２ｂのダメージは、極めて小さかった。
【００７６】
次に、電極および発熱抵抗体が形成された部分の上部にＳｉＯ2から成る保護層４０６（膜厚２μｍ）とＴａからなる耐キャビテーション層４０７（０．５μｍ）とをいずれも一般的なスパッタ法により成膜し、液体噴射記録ヘッド用基体を得た。
【００７７】
上述の液体噴射記録ヘッド用基体の上に、図３に示したような液路６および液室（不図示）等をドライフィルムにより形成し、天板を接着剤で貼り合わせ、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。
【００７８】
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。
【００７９】
各発熱抵抗体に１．１Ｖｔｈ、パルス幅１０μｓ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。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９９．８％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。
【００８０】
【表１】
【００８１】
〔比較例１〕
ＥＣＲスパッタ法ではなく、プラズマＣＶＤ法により第二の蓄熱層（ＳｉＯ2、膜厚：３５０ｎｍ）を成膜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。
【００８２】
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＝２００ｓｃｃｍ：６０００ｓｃｃｍである。
【００８３】
第二の蓄熱層成膜後、下層部配線４０３と第二の蓄熱層４０２ｂの断面形状を観察したところ、図７（ａ）のような形状になっていた。
【００８４】
ＨｆＢ2（発熱抵抗層）エッチングに際してオーバーエッチングを行った後、断面形状を測定したところ、図７（ａ）のＢ部に相当する部位の膜が、緻密性が低いためにエッチングされていた。
【００８５】
吐出耐久試験により得られた結果は次のとおりである。
【００８６】
【表２】
【００８７】
パルス数１×１０7以下にて断線したヘッドを分解し原因を調べたところ、図７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・耐キャビテーション層からインクがしみ込み、下部配線４０３が腐食していた。
【００８８】
〔実施例２〕
ＨｆＢ2（発熱抵抗層）のエッチングを塩素系のガスを用いてドライエッチング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作成し、評価した。第二の蓄熱層上にはダメージがほとんどなかった。耐久試験を行ったところ、実施例１と同レベルの結果を得た。
【００８９】
〔比較例２〕
塩素系ガスを使用し、ドライエッチングによってＨｆＢ2（発熱抵抗層）をエッチングし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。やはり図７（ａ）Ｂ部に相当する部位にダメージが生じてしまい、耐久試験の結果に向上は認められなかった。
【００９０】
〔比較例３〕
段差部の膜質改善をねらって、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。
【００９１】
しかしながら、プラズマＣＶＤ−ＳｉＯ2の下部に位置するアルミ配線エッジ部に、図８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、結果は悪化してしまった。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ＳｉＯ2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】
【００９２】
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】
【００９３】
【図１】（ａ）は液体噴射記録ヘッド用基体の一例の模式的平面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ’線における模式的断面図である。
【図２】基体の形成に用いる支持体の構成例を示す断面模式図である。
【図３】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４】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５】ＥＣＲスパッタ装置の基本構造例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】（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８】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９】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である。
【符号の説明】
【００９４】
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
４０２ａ 第１の蓄熱層
４０２ｂ 第２の蓄熱層
４０３ 下部配線
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３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３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３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、ＳｉＯ2を用いて構成することが一般的である。さらに、保護層４の上に耐キャビテーション層（図３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】
シリコンを支持体１として使用する場合、液体噴射記録ヘッド基体８としてのより良好な特性を得る目的で、支持体の放熱性と蓄熱性のバランスをとるよう、ＳｉＯ2からなる蓄熱層を支持体の表面もしくはその一部として設けることが一般的である。また、支持体が導電体である場合、配線の電気的ショートを避けるため、蓄熱層が絶縁層を兼ねる方が、設計的にもコスト的にも都合がよい。そして蓄熱層の形成方法としては、シリコンからなる支持体１の表面を熱酸化して形成する方法や、支持体１の上に各種の真空成膜法（例えば、スパッタリング法、バイアススパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム法）でＳｉＯ2を堆積させる方法がある。
【０００６】
また、液体噴射記録ヘッド用基体の構成によっては、基板上にマトリクス状に２層の配線が設けられることがある（発熱抵抗体に接続される一対の電極もこのうちの一層である）。この場合、発熱抵抗層に直接接続される配線層（電極）は、液路との位置関係から、基板より遠い方の配線層となる。したがって基板に近い方の配線層は、蓄熱層に埋め込まれるような形態となる。図６は、このような液体噴射記録ヘッド用基体の構成を示す模式的断面図である。
【０００７】
図６に示す液体噴射記録ヘッド用基体では、蓄熱層４０２が、第１の蓄熱層４０２ａと第２の蓄熱層４０２ｂとに分けて形成されている。シリコン基板４０１の上にＳｉＯ2からなる第１の蓄熱層４０２ａが設けられ、第１の蓄熱層４０２ａの上に、１層目の配線層である下部配線４０３が形成されている。この第１の蓄熱層４０２ａは、シリコン基板４０１の熱酸化によって形成することができる。下部配線４０３は、一般的にアルミニウムからなり、例えば発熱部をマトリクス駆動するために設けられるものである。一方、第２の蓄熱層４０２ｂは、下部配線４０３を被覆するようにして、下部配線４０３が形成された第１の蓄熱層４０２ａの上面に形成されている。第２の蓄熱層４０２ｂは、ＳｉＯ2で構成されている。さらに、第２の蓄熱層４０２ｂの上に、図３で示した液体噴射記録ヘッド用基体と同様に、発熱抵抗層４０４、２層目の配線層である電極層４０５、ＳｉＮ（窒化珪素）からなる保護層４０６、耐キャビテーション層４０７が設けられている。第２の蓄熱層４０２ｂは、下部配線４０３の存在のために熱酸化では形成できないので、保護層４０６と同様に、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などで形成される。
【０００８】
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。
【０００９】
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おり、層間絶縁膜となる層、すなわち上述した第二の蓄熱層となる層として、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2成膜する実施例が記載されている。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように液体噴射記録ヘッド用基体では、蓄熱層等にＳｉＯ2層で代表されるシリコン酸化物層等が用いられる。これらの層は、次の二つに分類できる。
【００１１】
（１）シリコンからなる支持体の熱酸化で形成できる層（図３での蓄熱層１ｂや図６での第１の蓄熱層４０２ａ）。
【００１２】
（２）シリコンの熱酸化では形成できない層（図３での保護層４や、図６での第２の蓄熱層４０２ｂおよび保護層４０６や、金属などが支持体の場合）。
【００１３】
ここで、この分類にしたがって、これらの層の形成上の問題点を検討する。
【００１４】
（１）熱酸化で形成可能な層：熱酸化で形成可能な層については、コストや得られる膜の膜質の点から、熱酸化で形成することが望ましい。すなわち、従来の各種の真空成膜法で形成した場合には、後述するように、膜厚が不均一になったり、成膜速度が遅かったりするおそれがある。また成膜時にゴミが発生しやすいのでそのゴミが膜中に混入して直径数μｍのブツ状の欠陥となりキャビテーションによる破壊の原因となったりするというおそれがある。さらに、このブツ状の欠陥から電流がリークして、電気的短絡の原因になるというおそれがある。また、スピンオングラス法やディップ引き上げ法などにより、熱酸化工程を行なわずに基板表面にＳｉＯ2からなる層を形成する方法もある。しかし、いずれの方法によっても膜質が悪く、良好な膜質を得るためには高温熱処理が必要だったり膜中に不純物粒子が混入しやく、さらに蓄熱層として必要な３μｍ程度の膜厚のＳｉＯ2層を形成できないことがある。
【００１５】
（２）熱酸化では形成不可能な層：熱酸化では形成不可能な層の場合、必然的に、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などの真空成膜法によってＳｉＯ2層を形成することになる。この場合、配線層や発熱抵抗層、多結晶シリコンの熱酸化層の上に、ＳｉＯ2層を形成することになり、この層は段差部においても良好に形成される必要がある。また、このように形成したＳｉＯ2層の上にさらに配線層や発熱抵抗層が形成される場合があるので、段差部においてもその上面側が平坦になっていることが望ましい。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、ＳｉＯ2層を形成する場合の問題点について説明する。
【００１６】
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。
【００１７】
図７（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ＳｉＯ2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７（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。また、ＳｉＯ2膜４１０上に形成される配線をパターニングする場合、通常のフォトリソグラフィー技術で行なうと、段差部でのレジストのヌケが悪くなり、配線間のショートを引き起こしやすい。図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示したものをＣ方向より見た図であり、段差部に沿って、ＳｉＯ2膜４１０上の膜４１１（図中斜線部）例えばアルミニウム配線が、レジストパターニング時に、ＳｉＯ2のカバレッジ部分にレジストが残ってしまったために、段差に沿ってのびている状態が示されている。この問題は特に層間膜すなわち複数の配線層にはさまれるＳｉＯ2層で起こりやすい。
【００１８】
プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ2膜を形成した場合、例えば図７（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。形成したＳｉＯ2膜をフッ酸系のエッチング液によってエッチングすると、熱酸化で形成されたＳｉＯ2膜の２〜４倍の速度でしか平坦部の膜がエッチングされないのに対し、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場合がある。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容易に失なってしまう場合がある。また、ＳｉＯ2膜上に積層される膜、例えば発熱抵抗層に使用されるＨｆＢ2膜や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。
【００１９】
プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2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ＳｉＯ2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。
【００２０】
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。
【００２１】
通常のスパッタリング法（ＳｉＯ2ターゲットをＡｒガスでスパッタする方法）でＳｉＯ2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８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ＳｉＯ2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。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。
【００２２】
膜質を悪化させることなく低温で成膜させる方法として、ＡｒとＨ2の雰囲気中でＳｉＯ2ターゲットをスパッタリングする方法もあるが、段差部の膜質は改善されることはなく、また段差部の膜形状も図７（ａ）の場合と同じであるため、プラズマＣＶＤにより形成された膜と同様の問題が生じる。さらにＨ2ガスを添加すると成膜速度が低下し（Ｈ2添加量が多いほど速度は低下すると考えられる）、処理能力が落ちることになる。
【００２３】
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ＳｉＯ2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。すなわち、これらのゴミ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。
【００２４】
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。
【００２５】
図９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ＳｉＯ2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。
【００２６】
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蓄熱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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
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蓄熱層と、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、
前記蓄熱層が、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。
【００３０】
前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層であることができる。
【００３１】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含むことができる。
【００３２】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化酸化物を含むことができる。
【００３３】
本発明により、支持体と、前記支持体上に形成された蓄熱層と、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において、
前記蓄熱層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法が提供される。
【００３４】
上記方法において、前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、該配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層であることができる。
【００３５】
上記方法において、前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含むことができる。
【００３６】
上記方法において、前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化酸化物を含むことができる。
【００３７】
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が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】
【００３８】
本発明により、液体噴射記録ヘッド用基体に形成される蓄熱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。
【００３９】
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。
【００４０】
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】
【００４１】
発熱抵抗体および一対の電極と支持体との間に、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ層を配する形態について説明する。以下、発熱抵抗体および一対の電極と、支持体との間に配される層を下部層という。下部層の例として蓄熱層を挙げることができ、まず、蓄熱層である下部層の形成方法に関して説明を行なう。
【００４２】
本発明は、熱酸化による下部層の形成が困難であり、また、基板の放熱性を確保しつつ、発泡に必要なエネルギーの低減を図るため、数μｍ（例えば０．１μｍ以上５．０μｍ以下）の厚さの下部層を設ける必要がある場合に特に有効である。
【００４３】
支持体としては、多結晶シリコン支持体やグレーズ層のないアルミナ支持体、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミック支持体、アルミニウム、ステンレス、銅、コバールなどの金属支持体などを用いることができる。
【００４４】
支持体上に下部層を形成する際に、本発明では従来の真空成膜方法（スパッタリング、バイアススパッタリング、プラズマＣＶＤなど）でＳｉＯ2を成膜する代わりに、ＥＣＲスパッタ成膜法によりＳｉＯ2を成膜する。
【００４５】
また、ＳｉＯ2以外の膜、例えば窒化ケイ素膜を下部層として設ける場合においても、ＥＣＲスパッタ法により成膜を行なう。
【００４６】
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。
【００４７】
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上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。
【００４８】
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。
【００４９】
すなわち、プラズマＣＶＤや一般的なスパッタよりも、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。
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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、図５を用いて下部層（蓄熱層）を形成するに好適なＥＣＲスパッタ装置の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Ｏ2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（支持体）３１９上にＳｉＯ2膜（蓄熱層）が積層される。
【００５２】
このようにして形成した図２に示す基板１のＳｉＯ2（蓄熱層）層１ｂ上に、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、さらに必要に応じて保護層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。
【００５３】
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３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。
【００５４】
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。
【００５５】
例えば図３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。
【００５６】
本発明における液体噴射記録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）。
【００５７】
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ＳｉＯ2、ＳｉＮ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。
【００５８】
ここで言う第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。
【００５９】
液体噴射記録ヘッド用基体に使用される層をＥＣＲスパッタ法で積層することにより、
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も形成可能で、バルク材に極めて近い物性の膜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。また低温で成膜することが可能であるため、下部配線にヒロックの発生などの悪影響を与えず、膜の平坦性も非常に高く、製造プロセスの選択の幅が広い。液体（記録液）に近い部分で用いられる膜（層）に、ゴミなどの介在をほとんどなくすこともできる。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。
【００６０】
また、多結晶体や金属などの支持体を用いた場合であっても、良好な平坦性を有する蓄熱層（下部層）を形成することができる。
【００６１】
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。
【００６２】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、前記発熱抵抗体および一対の電極と支持体との間に、前記ＥＣＲスパッタ層を配することができる。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、発熱抵抗体および一対の電極より支持体側に、ＥＣＲスパッタ法で層を形成することができる。
【００６３】
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できる。
【００６４】
本発明の液体噴射記録ヘッド用基体においては、前記ＥＣＲスパッタ層が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酸化物を含むことができる。
【実施例】
【００６５】
〔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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、これを第一の蓄熱層４０２ａとする。
【００６８】
この上に、１層目の配線層である下部配線４０３が形成されている。下部配線４０３は、一般的にアルミニウムからなり、例えば発熱部をマトリクス駆動するために設けられるものである。
【００６９】
第一の蓄熱層上に下部配線を形成した後、その上に前述のＥＣＲスパッタ装置を用いて第二の蓄熱層４０２ｂとなるＳｉＯ2を成膜した。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。成膜条件は、アルゴン４０ｓｃｃｍ，酸素７ｓｃｃｍであり、成膜圧力は１．５１×１０-0.1Ｐａ，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１００Å／ｍｉｎであり、形成した膜厚は３５０ｎｍである。また、成膜時においては、図４に示すように、基板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。
【００７０】
第二の蓄熱層４０２ｂは、下部配線４０３を被覆するようにして、下部配線４０３の形成された第１の蓄熱層４０２ａの上面に形成されている。
【００７１】
第二の蓄熱層の成膜後、下層部配線４０３と第二の蓄熱層４０２ｂの断面形状（特に下部配線による段差部）を観察したところ、図７（ａ）や図７（ｂ）に示したような形状にはなっておらず、図９に非常に近い形状になっていた。なお、図９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ＳｉＯ2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。
【００７２】
また、ＥＣＲスパッタで第二の蓄熱層（ＳｉＯ2）を成膜後、配線の形成されていない部分の表面段差を触針式粗さ計を用いて測定したところ、表面段差の発生は最大１５ｎｍ以下であり、成膜前との有意差は、認められなかった。
【００７３】
なお、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、アルミからなる下部配線４０３にヒロックなどの現象も認められなかった。
【００７４】
次に、第二の蓄熱層上に、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。
【００７５】
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。なお、ＨｆＢ2膜の下層に形成されていたＥＣＲスパッタによる第二の蓄熱層４０２ｂのダメージは、極めて小さかった。
【００７６】
次に、電極および発熱抵抗体が形成された部分の上部にＳｉＯ2から成る保護層４０６（膜厚２μｍ）とＴａからなる耐キャビテーション層４０７（０．５μｍ）とをいずれも一般的なスパッタ法により成膜し、液体噴射記録ヘッド用基体を得た。
【００７７】
上述の液体噴射記録ヘッド用基体の上に、図３に示したような液路６および液室（不図示）等をドライフィルムにより形成し、天板を接着剤で貼り合わせ、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。
【００７８】
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。
【００７９】
各発熱抵抗体に１．１Ｖｔｈ、パルス幅１０μｓ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。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９９．８％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。
【００８０】
【表１】
【００８１】
〔比較例１〕
ＥＣＲスパッタ法ではなく、プラズマＣＶＤ法により第二の蓄熱層（ＳｉＯ2、膜厚：３５０ｎｍ）を成膜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。
【００８２】
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＝２００ｓｃｃｍ：６０００ｓｃｃｍである。
【００８３】
第二の蓄熱層成膜後、下層部配線４０３と第二の蓄熱層４０２ｂの断面形状を観察したところ、図７（ａ）のような形状になっていた。
【００８４】
ＨｆＢ2（発熱抵抗層）エッチングに際してオーバーエッチングを行った後、断面形状を測定したところ、図７（ａ）のＢ部に相当する部位の膜が、緻密性が低いためにエッチングされていた。
【００８５】
吐出耐久試験により得られた結果は次のとおりである。
【００８６】
【表２】
【００８７】
パルス数１×１０7以下にて断線したヘッドを分解し原因を調べたところ、図７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・耐キャビテーション層からインクがしみ込み、下部配線４０３が腐食していた。
【００８８】
〔実施例２〕
ＨｆＢ2（発熱抵抗層）のエッチングを塩素系のガスを用いてドライエッチング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作成し、評価した。第二の蓄熱層上にはダメージがほとんどなかった。耐久試験を行ったところ、実施例１と同レベルの結果を得た。
【００８９】
〔比較例２〕
塩素系ガスを使用し、ドライエッチングによってＨｆＢ2（発熱抵抗層）をエッチングし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。やはり図７（ａ）Ｂ部に相当する部位にダメージが生じてしまい、耐久試験の結果に向上は認められなかった。
【００９０】
〔比較例３〕
段差部の膜質改善をねらって、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。
【００９１】
しかしながら、プラズマＣＶＤ−ＳｉＯ2の下部に位置するアルミ配線エッジ部に、図８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、結果は悪化してしまった。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ＳｉＯ2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】
【００９２】
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】
【００９３】
【図１】（ａ）は液体噴射記録ヘッド用基体の一例の模式的平面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ’線における模式的断面図である。
【図２】基体の形成に用いる支持体の構成例を示す断面模式図である。
【図３】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４】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５】ＥＣＲスパッタ装置の基本構造例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】（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８】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９】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である。
【符号の説明】
【００９４】
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
４０２ａ 第１の蓄熱層
４０２ｂ 第２の蓄熱層
４０３ 下部配線
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蓄熱層と、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、
前記蓄熱層が、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】
前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層である請求項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】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化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５】
支持体と、前記支持体上に形成された蓄熱層と、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において、
前記蓄熱層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項６】
前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、該配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層である請求項５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】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含む請求項５に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項８】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化酸化物を含む請求項５に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項９】
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が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蓄熱層と、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、
前記蓄熱層が、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】
前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層である請求項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】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化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５】
支持体と、前記支持体上に形成された蓄熱層と、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において、
前記蓄熱層を、ＥＣＲスパッタ法により形成することを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項６】
前記蓄熱層が、支持体上に形成されたマトリクス状の複数層の配線層を絶縁膜を介して積層され、該配線層上に形成される絶縁層がＥＣＲスパッタ層である請求項５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】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン酸化物を含む請求項５に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項８】
前記ＥＣＲスパッタ層がシリコン窒化酸化物を含む請求項５に記載の液体噴射記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項９】
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が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９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１６０７７７（Ｐ２００７−１６０７７７Ａ）
【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２００５−３６１７９９（Ｐ２００５−３６１７９９）
【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）】
[ Back to top ]