JP2003291353A - 液体吐出装置、プリンタ及び液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、液体吐出装置、プリンタ及び液体
吐出装置の製造方法に関し、例えばインクジェット方式
のプリンタに適用にして、長期の使用による耐キャビテ
ーション層の信頼性の低下を有効に回避することができ
るようにする。 【解決手段】 本発明は、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が形
成されない組成比によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属との
合金により発熱素子２の保護層５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体吐出装置、プ
リンタ及び液体吐出装置の製造方法に関し、例えばイン
クジェット方式のプリンタに適用にすることができる。
本発明は、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発生しない組成比
によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により発熱素
子の保護層を形成することにより、長期の使用による耐
キャビテーション層の信頼性の低下を有効に回避するこ
とができるようにする。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像処理等の分野において、ハー
ドコピーのカラー化に対するニーズが高まってきてい
る。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶
融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び
熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されてい
る。

【０００３】これらの方式のうちインクジェット方式
は、液体吐出装置であるプリンタヘッドに設けられたノ
ズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象
に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成に
より高画質の画像を出力することができる。このインク
ジェット方式は、ノズルからインク液滴を飛翔させる方
法の相違により、静電引力方式、連続振動発生方式（ピ
エゾ方式）及びサーマル方式に分類される。

【０００４】これらの方式のうちサーマル方式は、イン
クの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡により
インクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方
式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷すること
ができるようになされている。

【０００５】すなわちこのサーマル方式によるプリンタ
は、いわゆるプリンタヘッドを用いて構成され、このプ
リンタヘッドは、インクを加熱する発熱素子、発熱素子
を駆動するロジック集積回路による駆動回路等が半導体
基板上に搭載される。これによりこの種のプリンタヘッ
ドにおいては、発熱素子を高密度に配置して確実に駆動
できるようになされている。

【０００６】すなわちこのサーマル方式のプリンタにお
いて、高画質の印刷結果を得るためには、発熱素子を高
密度で配置する必要がある。具体的に、例えば６００
〔ＤＰＩ〕相当の印刷結果を得るためには、発熱素子を
４２．３３３〔μｍ〕間隔で配置することが必要になる
が、このように高密度で配置した発熱素子に個別の駆動
素子を配置することは極めて困難である。これによりプ
リンタヘッドでは、半導体基板上にスイッチングトラン
ジスタ等を作成して集積回路技術により対応する発熱素
子を接続し、さらには同様に半導体基板上に作成した駆
動回路により各スイッチングトランジスタを駆動するこ
とにより、簡易かつ確実に各発熱素子を駆動できるよう
になされている。

【０００７】またサーマル方式によるプリンタにおいて
は、発熱素子による加熱によりインクに気泡が発生し、
ノズルからインクが飛び出すと、この気泡が消滅する。
これにより発砲、消砲の繰り返しによるキャビテーショ
ンによる機械的な衝撃を受ける。さらにプリンタは、発
熱素子の発熱による温度上昇と温度下降とが、短時間
〔数μ秒〕で繰り返され、これにより温度による大きな
ストレスを受ける。

【０００８】このためプリンタヘッドは、タンタル、窒
化タンタル、タンタルアルミ等により発熱素子が形成さ
れ、この発熱素子上に窒化シリコン、炭化シリコン、タ
ンタル等による保護層が形成され、この保護層により耐
熱性、絶縁性が向上され、また発熱素子とインクとの直
接の接触を防止するようになされている。またこの保護
層の上層に、キャビテーションによる機械的な衝撃を緩
和して発熱素子を保護する保護層として耐キャビテーシ
ョン層がタンタル等により形成されるようになされてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのように発
熱素子の液室側であって、インクに接する保護層である
タンタルによる耐キャビテーション層においては、長期
の使用により信頼性が低下する問題がある。

【００１０】すなわちプリンタヘッドにおいては、長期
間使用すると、インク液滴を飛び出させることが困難に
なるものが発生し、このようなプリンタヘッドを分解し
て詳細に観察したところ、耐キャビテーション層の膜厚
が局所的に薄くなっていることが確認された。

【００１１】このような耐キャビテーション層の膜厚の
薄くなった部位を顕微鏡により観察したところ、タンタ
ルの粒界からインクが侵入し、このインクがさらに結晶
粒を浸食している状態が観察され、これによりこのよう
な膜厚の減少がタンタル膜の粒界を起点として発生して
いることが判った。

【００１２】耐キャビテーション層においては、このよ
うなインクによる浸食が、酸化溶解（oxidation-dissol
ution ）反応により進行し、この反応により熱伝導率が
タンタルの１／１０であるタンタルの酸化物が生成され
る。これによりプリンタヘッドにおいては、発熱素子の
熱がインク液室のインクに伝わり難くなり、インク液滴
が吐出しなくなったことが判った。なおこの酸化溶解
は、アルカリ性インクを使用した場合に、顕著に進行す
る。またこの反応は、発熱素子の発熱により表面温度が
高くなる部分程、進行速度が速くなり、これにより耐キ
ャビテーション層は、発熱素子の中央部分に対応する最
も温度上昇の激しい部位で、膜厚の減少が著しい。

【００１３】この問題を解決する１つの方法として、特
開２００１−１０５５９８号公報に開示されているよう
に、粒界を持たないアモルファス化合金であって、かつ
表面に不働態皮膜が形成される材料であるＴａ−Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｒ合金層により耐キャビテーション層を作成す
ることが考えられる。なお特開２００１−１０５５９８
号公報においては、合金層中のタンタルの組成比を１０
〔重量％〕以上３０〔重量％〕以下としてタンタルの組
成比を低めに設定し、タンタルの組成比に比して鉄の組
成比を大きく設定すると共に、タンタルと鉄との組成比
を全体の８０〔重量％〕以下に設定し、ニッケルの組成
比に比してクロムの組成比を多くするように設定してい
る。この合金の場合、クロムが安定な不働態酸化膜を形
成し、酸化溶解による耐キャビテーション層の磨耗を防
止することができる。

【００１４】しかしながらこの合金においては、半導体
製造プロセスにおいて有害な材料である鉄を含有してい
る。すなわち半導体製造プロセスのうちＭＯＳ（金属−
酸化膜−半導体）トランジスタの製造工程において、ゲ
ート酸化膜中に鉄が混入すると、トランジスタの耐圧が
著しく劣化する。ちなみに半導体製造プロセスのうちＣ
ＣＤ（電荷結合素子）の製造工程において、同様に鉄が
混入すると、ＣＣＤによる撮像結果においていわゆる白
点が発生する。これにより特開２００１−１０５５９８
号公報に開示の手法においては、半導体製造プロセスに
よりプリンタヘッドを作成する場合には、実用に適しな
い問題がある。

【００１５】これに対して特開２００１−１０５５９８
号公報においては、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）により耐キャビテーション層を作成する方法が提案
されているが、これらの材料は加工性が難しいことによ
り、その分、製造工程が煩雑になる問題がある。ちなみ
に、タンタル膜による耐キャビテーション層の作成にお
いては、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）工程
により作成できるものの、プラチナ、イリジウムによる
耐キャビテーション層においては、リアクティブイオン
エッチングにより作成することができない。

【００１６】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、長期の使用による耐キャビテーション層の信頼性の
低下を有効に回避することができる液体吐出装置、プリ
ンタ及び液体吐出装置の製造方法を提案しようとするも
のである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１の発明においては、発熱素子の駆動により、
液室に保持した液体を加熱して所定のノズルより液体の
液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、発熱素子
の液室側であって、液体に接する層が、ＶＩ−Ａ族金属
の結晶粒が発生しない組成比によるタンタルとＶＩ−Ａ
族金属との合金により形成されてなるようにする。

【００１８】また請求項４の発明においては、プリンタ
ヘッドより飛び出す液滴を印刷対象に付着させるプリン
タに適用して、プリンタヘッドは、発熱素子の液室側で
あって、液体に接する層が、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が
発生しない組成比によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属との
合金により形成されてなるようにする。

【００１９】また請求項５の発明においては、発熱素子
の駆動により、液室に保持した液体を加熱して所定のノ
ズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出装置の製造
方法に適用して、発熱素子の液室側であって、液体に接
する層が、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発生しない組成比
によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により形成す
る。

【００２０】請求項１の構成によれば、発熱素子の駆動
により、液室に保持した液体を加熱して所定のノズルよ
り液体の液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用するこ
とにより、例えばこの液滴がインク液滴、各種染料の液
滴、保護層形成用の液滴等であるプリンタヘッド、この
液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定
装置、各種試験装置、この液滴がエッチングより部材を
保護する薬剤であるパターン描画装置等に適用すること
ができる。ここでＶＩ−Ａ族金属であるクロム（Ｃｒ：
原子番号２４）、モリブデン（Ｍｏ：原子番号４２）、
タングステン（Ｗ：原子番号７４）においては、それぞ
れ熱伝導率が、９１〔Ｗ／ｍ・Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕、１
４０〔Ｗ／ｍ・Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕、１７８〔Ｗ／ｍ・
Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕であり、タンタルの熱伝導率は、５
４〔Ｗ／ｍ・Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕である。これにより請
求項１の構成によれば、液体に接する層が、タンタルと
ＶＩ−Ａ族金属との合金により形成されてなることによ
り、タンタルのみで保護層を作成する場合に比して、局
所的な温度上昇を少なくすることができる。これにより
熱による保護層の酸化溶解反応の進行を抑圧して、膜厚
の減少を防止し、さらにはタンタル酸化物の生成を抑制
することができる。またこのように熱伝導率が高いこと
により、発熱素子による発熱を効率良く液室に伝搬する
ことができる。従って発熱素子自体の発熱も小さくする
ことができ、これによっても保護層の温度上昇を小さく
して、熱による保護層の酸化溶解反応の進行を抑圧する
ことができる。またＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発生しな
い組成比によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金にあ
っては、ほぼアモルファスの状態か、タンタルの結晶粒
による粒界をＶＩ−Ａ族金属が補強してなる状態であ
り、これらの状態のうちほぼアモルファスの状態におい
ては、キャビテーション破壊の起点となる結晶粒界が存
在しないことにより、粒界を起点とした膜厚の減少を防
止することができる。またタンタルの結晶粒による粒界
をＶＩ−Ａ族金属が補強してなる状態であっても、粒界
を介した液体の侵入を阻止でき、これによっても粒界を
起点とした膜厚の減少を防止することができる。

【００２１】これらにより請求項１、請求項４、請求項
５の構成によれば、使用による保護層の信頼性の劣化を
有効に回避することができる液体吐出装置、このプリン
タヘッドによるプリンタヘッド、液体吐出装置の製造方
法を提供することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００２３】（１）実施の形態の構成 図１は、本発明の実施の形態に係るプリンタに適用され
るプリンタヘッドを示す断面図である。プリンタヘッド
１は、発熱素子２の上層にシリコン窒化膜による保護層
３、４が形成された後、タンタルとＶＩ−Ａ族金属とに
よる合金層による耐キャビテーション層５が形成され
る。

【００２４】すなわち図２（Ａ）に示すように、プリン
タヘッド１は、ウエハによるＰ型シリコン基板６が洗浄
された後、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）が堆積され
る。続いてプリンタヘッド１は、リソグラフィー工程、
リアクティブエッチング工程によりシリコン基板６が処
理され、これによりトランジスタを形成する所定領域以
外の領域よりシリコン窒化膜が取り除かれる。これらに
よりプリンタヘッド１には、シリコン基板６上のトラン
ジスタを形成する領域にシリコン窒化膜が形成される。

【００２５】続いてプリンタヘッド１は、熱酸化工程に
よりシリコン窒化膜が除去されている領域に熱シリコン
酸化膜が形成され、この熱シリコン酸化膜によりトラン
ジスタを分離するための素子分離領域（LOCOS:Local Ox
idation Of Silicon）７が膜厚５００〔ｎｍ〕により形
成される。なおこの素子分離領域７は、その後の処理に
より最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。さらに
続いてプリンタヘッド１は、シリコン基板６が洗浄され
た後、トランジスタ形成領域にタングステンシリサイド
／ポリシリコン／熱酸化膜構造のゲートが作成される。
さらにソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注
入工程、酸化工程によりシリコン基板６が処理され、Ｍ
ＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor ）型によるトランジ
スタ８、９等が作成される。なおここでスイッチングト
ランジスタ８は、２５〔Ｖ〕程度の耐圧を有するＭＯＳ
型ドライバートランジスタであり、発熱素子の駆動に供
するものである。これに対してスイッチングトランジス
タ９は、このドライバートランジスタを制御する集積回
路を構成するトランジスタであり、５〔Ｖ〕の電圧によ
り動作するものである。なおこの実施の形態において
は、ゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層が形成され、
その部分で加速される電子の電解を緩和することで耐圧
を確保してドライバートランジスタ８が形成されるよう
になされている。

【００２６】このようにしてシリコン基板６上に、半導
体素子であるトランジスタ８、９が作成されると、プリ
ンタヘッド１は、続いてＣＶＤ（Chemical Vapor Depos
ition ）法によりリンが添加されたシリコン酸化膜であ
るＰＳＧ（Phosphorus Silicate Glass ）膜、ボロンと
リンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ（Boro
n Phosphorus Silicate Glass）膜１０が順次膜厚１０
０〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕により作成され、これによ
り全体として膜厚が６００〔ｎｍ〕による１層目の層間
絶縁膜が作成される。

【００２７】続いてフォトリソグラフィー工程の後、Ｃ
₄ Ｆ₈ ／ＣＯ／Ｏ₂ ／Ａｒ系ガスを用いたリアクティブ
エッチング法によりシリコン半導体拡散層（ソース・ド
レイン）上にコンタクトホール１１が作成される。

【００２８】さらにプリンタヘッド１は、希フッ酸によ
り洗浄された後、スパッタリング法により、膜厚３０
〔ｎｍ〕によるチタン、膜厚７０〔ｎｍ〕による窒化チ
タンバリアメタル、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、シ
リコンを１〔ａｔ％〕添加したアルミニューム、または
銅を０．５〔ａｔ％〕添加したアルミニュームが膜厚５
００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘ
ッド１は、反射防止膜である窒化チタンが膜厚２５〔ｎ
ｍ〕により堆積され、これらにより配線パターン材料が
成膜される。さらに続いてプリンタヘッド１は、フォト
リソグラフィー工程、ドライエッチング工程により、成
膜された配線パターン材料が選択的に除去され、１層目
の配線パターン１２が作成される。プリンタヘッド１
は、このようにして作成された１層目の配線パターン１
２により、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ９
を接続してロジック集積回路が形成される。

【００２９】続いてプリンタヘッド１は、ＴＥＯＳ（テ
トラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₄ ）を原料ガ
スとしたＣＶＤ法により層間絶縁膜であるシリコン酸化
膜１３が堆積される。続いてプリンタヘッド１は、ＳＯ
Ｇ（Spin On Glass ）を含む塗布型シリコン酸化膜の塗
布とエッチバックとにより、シリコン酸化膜１３が平坦
化され、これらの工程が２回繰り返されて１層目の配線
パターン１２と続く２層目の配線パターンとの層間絶縁
膜１３が膜厚４４０〔ｎｍ〕のシリコン酸化膜により形
成される。

【００３０】続いて図２（Ｂ）に示すように、プリンタ
ヘッド１は、スパッタリング法によりタンタル膜が堆積
され、これによりシリコン基板６上に抵抗体膜が形成さ
れる。さらに続いてフォトリゾグラフィー工程、ＢＣｌ
₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたドライエッチング工程により、
余剰なタンタル膜が除去され、発熱素子２が作成され
る。なおこの実施の形態においては、膜厚８３〔ｎｍ〕
によるタンタル膜が堆積され、また折り返し形状により
発熱素子２が形成され、これにより発熱素子２の抵抗値
が１００〔Ω〕となるようになされている。なお発熱素
子２においては、正方形形状により形成することも可能
であり、この場合は、この折り返し形状による発熱素子
と同一膜厚、同一形状により形成して抵抗値は４０
〔Ω〕となる。

【００３１】続いて図３（Ｃ）に示すように、プリンタ
ヘッド１は、ＣＶＤ法により膜厚３００〔ｎｍ〕による
シリコン窒化膜が堆積され、発熱素子２の保護層３が形
成される。続いて図３（Ｄ）に示すように、フォトリゾ
グラフィー工程、ＣＨＦ₃ ／ＣＦ₄ ／Ａｒガスを用いた
ドライエッチング工程により、所定箇所のシリコン窒化
膜が除去され、これにより発熱素子２を配線パターンに
接続する部位が露出される。さらにＣＨＦ₃ ／ＣＦ₄ ／
Ａｒガスを用いたドライエッチングにより、層間絶縁膜
１３に開口を形成してビアホール１４が作成される。

【００３２】さらに図４（Ｅ）に示すように、プリンタ
ヘッド１は、スパッタリング法により、膜厚２００〔ｎ
ｍ〕によるチタン、シリコンを１〔ａｔ％〕添加したア
ルミニューム、または銅を０．５〔ａｔ％〕添加したア
ルミニュームが膜厚６００〔ｎｍ〕により順次堆積され
る。続いてプリンタヘッド１は、膜厚２５〔ｎｍ〕によ
る窒化チタンが堆積され、これにより反射防止膜が形成
される。これらによりプリンタヘッド１は、配線パター
ン材料１５が成膜される。

【００３３】続いて図４（Ｆ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ ₂ ガスを用いたドラ
イエッチング工程により、成膜した配線パターン材料１
５が選択的に除去され、２層目の配線パターン１６が作
成される。プリンタヘッド１は、この２層目の配線パタ
ーン１６により、電源用の配線パターン、アース用の配
線パターンが作成され、またドライバートランジスタ８
を発熱素子２に接続する配線パターンが作成される。な
お発熱素子２の上層に取り残されたシリコン窒化膜３に
あっては、この配線パターン作成の際のエッチング工程
において、発熱素子２の保護層として機能する。

【００３４】続いて図５（Ｇ）に示すように、プリンタ
ヘッド１は、ＣＶＤ法によりインク保護層、絶縁層とし
て機能するシリコン窒化膜４が膜厚４００〔ｎｍ〕によ
り堆積される。さらに熱処理炉において、４％の水素を
添加した窒素ガスの雰囲気中で、又は１００％の窒素ガ
ス雰囲気中で、４００度、６０分間の熱処理が実施され
る。これによりプリンタヘッド１は、トランジスタ８、
９の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン１
２と２層目の配線パターン１６との接続が安定化されて
コンタクト抵抗が低減される。

【００３５】続いてプリンタヘッド１は、直流マグネト
ロンスパッタリング装置のスパッタ成膜チェンバーに搭
載された後、アルゴンガス雰囲気中で所定のターゲット
により直流スパッタリング処理され、これにより耐キャ
ビテーション層の材料膜が膜厚２００〔ｎｍ〕により形
成される。続いてプリンタヘッド１は、フォトレジス処
理、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたドライエッチング処
理により、この材料膜が所定形状によりエッチング処理
され、これにより図６（Ｈ）に示すように、耐キャビテ
ーション層５が形成される。

【００３６】この実施の形態では、この耐キャビテーシ
ョン層５の作成工程におけるスパッタリング処理におい
て、所定の組成比を有するタンタルとＶＩ−Ａ族金属
（クロム、モリブデン又はタングステン）とによる合金
がこのターゲットに適用され、これによりタンタルとＶ
Ｉ−Ａ族金属とによる合金層による耐キャビテーション
層５の材料膜が形成されるようになされている。これに
よりこの実施の形態においては、長期の使用による耐キ
ャビテーション層の信頼性の低下を有効に回避するよう
になされている。

【００３７】なおこのようなタンタルとＶＩ−Ａ族金属
とによる合金によるターゲットに代えて、タンタルによ
るターゲットとＶＩ−Ａ族金属によるターゲットとを用
いたいわゆるコスパッタリングにより、タンタルとＶＩ
−Ａ族金属とによる合金層による耐キャビテーション層
５を作成することも可能である。

【００３８】具体的にこの実施の形態においては、タン
タルによるターゲットとタングステンによるターゲット
とを用いたコスパッタリングにより耐キャビテーション
層５を作成した。スパッタリングの条件を可変して耐キ
ャビテーション層５におけるタンタルとタングステンの
組成比を種々に設定してプリンタヘッドを作成し、これ
らのプリンタヘッドにおける耐キャビテーション層５の
結晶構造をＸ線回折法により解析したところ、図７に示
すような解析結果を得ることができた。

【００３９】すなわちタングステンの組成比が０〜２０
〔重量％〕の範囲では、β−タンタルの回折ピークが観
察され、またタンタルの粒界も観察された。これにより
この組成においては、タンタルの粒界をタングステン、
タンタルが埋めている状態と判断することができる。ま
たタングステンの組成比が２０〜３０〔重量％〕の範囲
では、β−タンタルの回折ピークが検出されず、これに
よりアモルファス状態に近いタンタル−タングステン合
金層の形成が確認された。またタングステンの組成比が
３０〜４０〔重量％〕の範囲では、アモルファスとタン
グステンの結晶粒とが混在した状態となっており、タン
グステンの組成比が４０〜１００〔重量％〕の範囲で
は、タングステンの回折ピークが観察され、さらにタン
グステンの結晶粒も観察され、タングステン結晶の成長
に伴って合金層表面に凹凸の発生が確認された。

【００４０】これによりこの実施の形態では、耐キャビ
テーション層５において、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発
生しない組成比であって、かつほぼアモルファスの状態
であるタングステンの組成比が２０〜３０〔重量％〕と
なるように、ターゲットの組成比を選定し、またコスパ
タリングにおいては、スパッタリングの条件を設定し
た。これによりプリンタヘッド１では、耐キャビテーシ
ョン層５における破壊の起点である粒界の発生を防止
し、また表面温度の上昇を低減して酸化溶解による耐キ
ャビテーション層５の膜厚の減少を防止するようになさ
れている。

【００４１】プリンタヘッド１は、図１に示すように、
ドライフィルム２１、オリフィスプレート２２が順次積
層される。ここで例えばドライフィルム２１は、有機系
樹脂により構成され、圧着により配置された後、インク
液室、インク流路に対応する部位が取り除かれ、その後
硬化される。これに対してオリフィスプレート２２は、
発熱素子２の上に微小なインク吐出口であるノズル２４
を形成するように所定形状に加工された板状部材であ
り、接着によりドライフィルム２１上に保持される。こ
れによりプリンタヘッド１は、ノズル２４、インク液室
２５、このインク液室にインクを導くインク流路等が形
成されて作成される。

【００４２】プリンタヘッド１は、このようなインク液
室２５が紙面の奥行き方向に連続するように形成され、
これによりラインヘッドを構成するようになされてい
る。

【００４３】（２）実施の形態の動作 以上の構成において、このプリンタのプリンタヘッド１
においては（図１〜図６）、半導体製造工程により、半
導体基板６にトランジスタ８、９、発熱素子２、保護層
３、４が形成された後、タンタルとＶＩ−Ａ族金属の合
金層により、耐キャビテーション層５が作成され、さら
にインク液室２５、ノズル２４等が作成されて形成され
る。

【００４４】このプリンタは、このようにして作成され
たプリンタヘッド１のインク液室２５にインクが導か
れ、トランジスタ８、９による発熱素子２の駆動によ
り、インク液室２５に保持したインクが加熱されて気泡
が発生し、この気泡によりインク液室２５内の圧力が急
激に増大する。プリンタでは、この圧力の増大によりイ
ンク液室２５のインクがノズル２４からインク液滴とし
て飛び出し、このインク液滴な印刷対象である用紙等に
付着する。

【００４５】プリンタでは、このような発熱素子の駆動
が間欠的に繰り返され、これにより所望の画像等が印刷
対象に印刷される。またプリンタヘッドにおいては、こ
の発熱素子の間欠的な駆動により、インク液室２５内に
おいて、気泡の発生、気泡の消泡が繰り返され、これに
より機械的な衝撃であるキャビテーションが発生する。
プリンタヘッド１では、このキャビテーションによる機
械的な衝撃が耐キャビテーション層５により緩和され、
これにより保護層である耐キャビテーション層５により
発熱素子２が保護される。またこの耐キャビテーション
層５と絶縁層３、４とにより発熱素子２へのインクの直
接の接触が防止され、これによっても発熱素子２が保護
される。

【００４６】しかして発熱素子２においては、このよう
に間欠的な駆動により発熱して、この発熱による熱が保
護層３、４、耐キャビテーション層５を介してインク液
室２５のインクに伝搬し、インクの温度上昇によりイン
ク液室２５内に気泡が発生する。この実施の形態に係る
プリンタヘッド１においては、このような発熱素子２の
熱の熱伝導経路である耐キャビテーション層５がＶＩ−
Ａ族金属とタンタルとの合金により作成されており、こ
のＶＩ−Ａ族金属においては、タンタルに比して熱伝導
率が高いことにより、発熱素子２の熱を効率良くインク
液室２５のインクに伝搬することができる。

【００４７】すなわちＶＩ−Ａ族金属であるクロム（Ｃ
ｒ：原子番号２４）においては、熱伝導率が、９１〔Ｗ
／ｍ・Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕であり、またモリブデン（Ｍ
ｏ：原子番号４２）においては、熱伝導率が１４０〔Ｗ
／ｍ・Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕であり、タングステン（Ｗ：
原子番号７４）においては、熱伝導率が１７８〔Ｗ／ｍ
・Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕であるのに対し、タンタルにおい
ては、熱伝導率が５４〔Ｗ／ｍ・Ｋ ａｔ２９８Ｋ〕で
ある。これによりＶＩ−Ａ族金属とタンタルとの合金に
より耐キャビテーション層５を作成すれば、発熱素子２
の熱を効率良くインク液室２５のインクに伝搬すること
ができる。

【００４８】従ってその分、発熱素子２の発熱量を小さ
くして耐キャビテーション層５への熱負荷を低減するこ
とができる。また耐キャビテーション層５における局所
的な温度上昇についても緩和することができ、これによ
っても耐キャビテーション層５への熱負荷を低減するこ
とができる。これらによりこの実施の形態に係るプリン
タヘッド１においては、耐キャビテーション層５の表面
温度に応じて反応が進行するキャビテーション層の腐食
反応の進行を抑制することができ、その分、使用による
耐キャビテーション層５の信頼性の低下を有効に回避す
ることができる。なおこのように発熱素子の発熱量を少
なくすることができれば、その分、消費電力を少なくす
ることができる。

【００４９】特に、この実施の形態に係るプリンタヘッ
ド１においては、これらＶＩ−Ａ族金属の中でも、最も
熱伝導率の高いタングステンを採用していることによ
り、一段と効率良く発熱素子２の発熱をインク液室２５
に導き、また耐キャビテーション層５における局所的な
温度上昇についても緩和することができ、これらにより
キャビテーション層の腐食反応の進行を確実に抑制する
ことができる。

【００５０】またこのようなタンタルとＶＩ−Ａ族金属
との合金においては、組成比の選定により、耐キャビテ
ーション破壊の起点となる結晶粒界を少なくすることが
でき、これにより粒界を起点とした保護層の破壊を防止
することができる。具体的に、この実施の形態において
は、ＶＩ−Ａ族金属としてタングステンを採用し、タン
ングステンの組成比が２０〜３０〔重量％〕としたこと
により、ほぼアモルファスに近い、結晶粒界の極めて少
ない状態を形成することができ、これにより粒界を起点
とした耐キャビテーションの膜厚の減少を有効に回避す
ることができ、これによっても使用による耐キャビテー
ション層５の信頼性の低下を有効に回避することができ
る。

【００５１】かくするにつきこのプリンタヘッド１にお
いては、このように使用による耐キャビテーション層５
の信頼性の低下を有効に回避することができることによ
り、従来に比してプリントヘッドの寿命を増大させるこ
とが可能となる。

【００５２】またこのようなタンタルとＶＩ−Ａ族金属
との合金においては、鉄等の半導体製造工程に有害な物
質を含んでいないことにより、半導体製造工程によりプ
リンタヘッドを作成する場合でも、種々の障害の発生を
有効に回避することができる。

【００５３】またタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金に
おいては、塩素系又はフッ素系のハロゲンガスを用いて
ＲＩＥ加工することができ、これにより簡易に保護層で
ある耐キャビテーション層５を作成することができる。
また特にＶＩ−Ａ族金属中のモリブデン、タングステン
においては、半導体製造プロセスで十分に使用実績のあ
る材料であり、その分、製造プロセスにおいて、十分な
信頼性を確保することができる。

【００５４】（３）実施の形態の効果 以上の構成によれば、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発生し
ない組成比であって、ほぼアモルファスの状態となる組
成比によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により発
熱素子の保護層である耐キャビテーション層を形成する
ことにより、長期の使用による耐キャビテーション層の
信頼性の低下を有効に回避することができる。

【００５５】（２）第２の実施の形態 この実施の形態においては、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が
発生しない組成比であって、ほぼアモルファスの状態と
なる組成比に比して、さらにＶＩ−Ａ族金属の組成比が
減少し、タンタルの粒界をタングステンが埋めている状
態によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により発熱
素子の保護層である耐キャビテーション層を形成する。
なおこの実施の形態に係るプリンタヘッドにおいては、
このＶＩ−Ａ族金属の組成比が異なる点を除いて、第１
の実施の形態と同一に構成される。

【００５６】ここでタンタルの粒界をタングステンが埋
めている状態にあっては、タンタルの結晶粒間をＶＩ−
Ａ族金属が補強してなる状態であり、このような状態で
も、粒界へのインクの侵入を防止できることにより、粒
界を起点とした膜厚の減少を防止できることが判った。

【００５７】これにより結局、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒
が発生しない組成比によるタンタルとＶＩ−Ａ族金属と
の合金により発熱素子の保護層である耐キャビテーショ
ン層を形成すれば、長期の使用による耐キャビテーショ
ン層の信頼性の低下を有効に回避できることが判った。

【００５８】この実施の形態においては、ＶＩ−Ａ族金
属の結晶粒が発生しない組成比であって、ほぼアモルフ
ァスの状態よりＶＩ−Ａ族金属の含有量を少なくした、
タンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により発熱素子の保
護層を形成するようにしても、第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【００５９】（５）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、ＶＩ−Ａ族金属のう
ちのタングステンとタンタルとの合金により耐キャビテ
ーション層を形成する場合について述べたが、本発明は
これに限らず、他のＶＩ−Ａ族金属であるクロム又はモ
リブデンとタンタルとの合金により耐キャビテーション
層を形成してもよく、さらにはこれらタングステン、ク
ロム、モリブデンのうちの２種類又は３種類の金属とタ
ンタルとの合金により耐キャビテーション層を形成して
もよい。

【００６０】また上述の実施の形態においては、タンタ
ル膜により発熱素子等を作成する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、各種積層材料により発熱素
子等を作成する場合に広く適用することができる。

【００６１】また上述の実施の形態においては、インク
液滴を飛び出させるプリンタヘッドに本発明を適用する
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク
の定着液、インクの希釈液、印刷物の表面保護膜形成用
の液体等、各種の液体を液滴として飛び出させるプリン
タヘッドに広く適用することができる。

【００６２】また上述の実施の形態においては、本発明
をプリンタヘッド及びプリンタに適用してインク液滴を
飛び出される場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、インク液滴に代えて各種染料の液滴、保護層形成
用の液滴等であるプリンタヘッド、さらには液滴が試薬
等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種
試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤で
ある各種のパターン描画装置等に広く適用することがで
きる。

【００６３】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、タンタル
の結晶粒が発生しない組成比によるタンタルとＶＩ−Ａ
族金属との合金により発熱素子の保護層を形成すること
により、長期の使用による耐キャビテーション層の信頼
性の低下を有効に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るプリンタに適用され
るプリンタヘッドを示す断面図である。

【図２】図１のプリンタヘッドの作成工程の説明に供す
る断面図である。

【図３】図２の続きの説明に供する断面図である。

【図４】図３の続きの説明に供する断面図である。

【図５】図４の続きの説明に供する断面図である。

【図６】図５の続きの説明に供する断面図である。

【図７】各含有量における結晶構造を示す図表である。

【符号の説明】

１……プリンタヘッド、２……発熱素子、５……耐キャ
ビテーション層、６……シリコン基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 稔 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF70 AG46 AP14 AP32 AP52 AP53 AQ02 BA03 BA13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発熱素子の駆動により、液室に保持した液
   体を加熱して所定のノズルより前記液体の液滴を飛び出
   させる液体吐出装置において、 前記発熱素子の前記液室側であって、前記液体に接する
   層が、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発生しない組成比によ
   るタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により形成された
   ことを特徴とする液体吐出装置。
2. 【請求項２】前記ＶＩ−Ａ族金属は、 クロム、タングステン又はモリブデンであることを特徴
   とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 【請求項３】前記発熱素子は、 前記発熱素子を駆動する半導体と一体に所定の基板上に
   形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出
   装置。
4. 【請求項４】プリンタヘッドより飛び出す液滴を印刷対
   象に付着させるプリンタにおいて、 前記プリンタヘッドは、 発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して
   所定のノズルより前記液滴を飛び出させ、 前記発熱素子の前記液室側であって、前記液体に接する
   層が、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発生しない組成比によ
   るタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により形成された
   ことを特徴とするプリンタ。
5. 【請求項５】発熱素子の駆動により、液室に保持した液
   体を加熱して所定のノズルより前記液体の液滴を飛び出
   させる液体吐出装置の製造方法において、 前記発熱素子の前記液室側であって、前記液体に接する
   層が、ＶＩ−Ａ族金属の結晶粒が発生しない組成比によ
   るタンタルとＶＩ−Ａ族金属との合金により形成された
   ことを特徴とする液体吐出装置の製造方法。