JP2006110845A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用して、従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができるようにする。
【解決手段】 本発明は、少なくとも第１の絶縁膜８の端面及び第２の絶縁膜１１の端面が液体と接触する部位においては、第１の絶縁膜８と第２の絶縁膜１１との密着力を増大させる密着層４０を第１及び第２の絶縁膜８及び１１の間に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用することができる。本発明は、少なくとも第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面が液体と接触する部位においては、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着力を増大させる密着層を第１及び第２の絶縁膜間に設けることにより、従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができるようにする。

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。

これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッド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。

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。

このようなサーマル方式によるプリンタヘッドは、インクを加熱する発熱素子が発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路と共に一体に半導体基板上に形成される。またこの駆動回路により矩形形状によるパルス状の電圧を発熱素子に印加して発熱素子を駆動し、この発熱素子の駆動による熱をインクに伝搬してインク液滴を飛び出させるようになされている。

この種のプリンタヘッドにおいては、このような発熱素子等を一体に保持してなる基板（以下、ヘッドチップと呼ぶ）が半導体製造技術を用いてシリコンによる半導体ウエハ上に複数分まとめて形成され、その後ダイシングにより個別のヘッドチップに切断されて形成される。

具体的に図９に示すように、このプリンタヘッド１は、半導体基板であるシリコン基板２上に、素子分離領域（ＬＯＣＯＳ：Local oxidation of silicon）３がシリコン基板２の熱酸化により形成された後、各発熱素子を駆動するスイッチングトランジスタ４、このスイッチングトランジスタ４を駆動する駆動回路を構成するドライバートランジスタ５等がＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）トランジスタにより作成される。続いてボロンとリンが添加された酸化シリコン（ＢＰＳＧ：Boron Phosphorus Silicate Glass）等による層間絶縁膜６、１層目の配線パターン７が順次形成され、さらに続いて酸化シリコンによる層間絶縁膜８、タンタル（Ｔａ）等による発熱素子９、２層目の配線パターン１０が順次形成される。これによりプリンタヘッド１では、これら配線パターン７、１０によりスイッチングトランジスタ４が対応する発熱素子９と接続され、さらには同様にシリコン基板２上に作成したドライバートランジスタ５により各スイッチングトランジスタ４を駆動することにより、発熱素子９を高密度に配置して簡易かつ確実に各発熱素子９を駆動できるようになされている。

プリンタヘッド１は、続いてシリコン基板２上に、窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）による絶縁保護層１１、タンタル等による耐キャビテーション層１２が順次形成され、また続いてこのようなシリコン基板２上に、液室の隔壁１３、この液室にインクを供給する流路の隔壁等が樹脂材料により形成される。プリンタヘッド１は、このようにしてシリコン基板２上に作成された複数ヘッドチップ分がスクライビングされてヘッドチップ１４が作成されるようになされている。

プリンタヘッド１においては、このようなヘッドチップ１４にノズル列が形成されてなるシート状のノズルシート１５が貼り付けられ、これによりノズル１６、液室１７が形成されると共に、ダイシングによる切断面であるヘッドチップ１４の側壁面が有効に利用されてインクの流路１８が形成されて作成されるようになされている。

ここでこのようなプリンタヘッド１において、素子分離領域３はトランジスタ４、５の絶縁性を確保するものであり、層間絶縁膜６及び８は発熱素子９の発熱を蓄熱する蓄熱層として機能する。絶縁保護層１１は、発熱素子９と配線パターン１０との間での絶縁性を確保する絶縁層、発熱素子９とインクとの直接の接触を防止するインク保護層として機能する。耐キャビテーション層１２は、発熱素子９の駆動により流路１８に発生した気泡が消滅する際の物理的ダメージ（キャビテーション）を吸収して発熱素子９を保護し、また発熱素子９の駆動により高温となったインクの化学作用から発熱素子９を保護する保護層である。これらによりプリンタヘッド１では、ノズル１６からインク液滴を安定に吐出して信頼性を確保するようになされている。

また例えば特開２００３−１３６４９１号公報においては、このようなヘッドチップに貫通孔を設けてこの貫通孔によりヘッドチップの裏面側から液室にインクを供給する構成のプリンタヘッドに関して、貫通孔の周縁領域についてはシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成することにより貫通孔形成時の信頼性を確保する方法が提案されるようになされている。

ところでこの種のプリンタヘッドにおいては、インクカートリッジを交換してインクを補充することにより長期間の間使用される。プリンタヘッドにおいては、この間、常に液室、流路がインクで満たされることになり、これによりインクに対して高い信頼性を確保することが求められる。しかしながらインクがアルカリ性の場合、プリンタヘッドは、このインクの長期の使用によりプリンタヘッドが劣化する恐れがある。因みに一般にインクはｐＨの値が７〜１０である。

すなわちヘッドチップにおいては、種々の材料膜による多層構造により形成され、これら材料膜のうちの異種材料による材料膜の界面がインクにより浸食され易い。

このため従来のプリンタヘッド１では、ヘッドチップ１４の作成時に熱処理を実施することにより、素子分離領域３及び層間絶縁膜６の界面での密着性が増大され、層間絶縁膜６及び層間絶縁膜８の界面での密着性が増大されるようになされている。また耐キャビテーション層１２を作成する前に下層の絶縁保護層１１の表面を逆スパッタリングで粗面にすることにより、絶縁保護層１１及び耐キャビテーション層１２の界面での密着性が増大されるようになされている。

しかして残る界面であるシリコン酸化膜による層間絶縁膜８とシリコン窒化膜による絶縁保護層１１との界面についても密着性を増大させることができれば、従来に比してさらに一段とヘッドチップのインク耐性を向上することができると考えられる。

なおプリンタヘッド１では、矢印Ａにより示すように、このような層間絶縁膜８及び絶縁保護層１１の界面からインクが浸入して発熱素子９、配線パターン１０等にまで到達すると、このインクにより発熱素子９、配線パターン１０が破壊され、これによりインク液滴を吐出することが困難になる。
特開２００３−１３６４９１号公報

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、基板上に作成された発熱素子の駆動により液室に保持した液体の液滴をノズルより飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、基板上の発熱素子が設けられている部位には、基板の全面を覆う第１の絶縁膜、発熱素子の抵抗体膜、基板の全面を覆う第２の絶縁膜、液室が順次形成され、第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面に液体が接触するように形成された流路により液体が液室に導かれ、少なくとも第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面が液体と接触する部位においては、第１及び第２の絶縁膜間に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着力を増大させる密着層が設けられてなるようにする。

また請求項６の発明においては、液体吐出ヘッドにより液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドが、基板上に作成された発熱素子の駆動により液室に保持した液体の液滴をノズルより飛び出させ、基板上の発熱素子が設けられている部位には、基板の全面を覆う第１の絶縁膜、発熱素子の抵抗体膜、基板の全面を覆う第２の絶縁膜、液室が順次形成され、第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面に液体が接触するように形成された流路により液体が液室に導かれ、少なくとも第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面が液体と接触する部位においては、第１及び第２の絶縁膜間に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着力を増大させる密着層が設けられてなるようにする。

請求項１の構成により、液体吐出ヘッドに適用して、基板上の発熱素子が設けられている部位には、基板の全面を覆う第１の絶縁膜、発熱素子の抵抗体膜、基板の全面を覆う第２の絶縁膜、液室が順次形成され、第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面に液体が接触するように形成された流路により液体が液室に導かれ、少なくとも第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面が液体と接触する部位においては、第１及び第２の絶縁膜間に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着力を増大させる密着層が設けられてなるようにすれば、密着層による密着力の増大により第１の絶縁膜及び密着層の界面、さらには密着層及び第２の絶縁膜の界面をインクが浸食困難になり、これにより従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができる。

これにより請求項６の構成によれば、従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができる液体吐出装置を提供することができる。

本発明によれば、従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができる。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。

（１）実施例の構成
図２は、本発明に係るラインプリンタを示す斜視図である。なおここでこの実施例に係るプリンタ２１において、上述した従来のプリンタヘッドと同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。

このラインプリンタ２１は、フルラインタイプのラインプリンタであり、略長方形形状によりプリンタ本体２２が形成される。ラインプリンタ２１は、印刷対象である用紙２３を収納した用紙トレイ２４をこのプリンタ本体２２の正面に形成されたトレイ出入口より装着することにより、用紙２３を給紙できるようになされている。

ラインプリンタ２１は、このようにトレイ出入口よりプリンタ本体２２に用紙トレイ２４が装着されて、ユーザーにより印刷が指示されると、このプリンタ本体２２に設けられた給紙ローラの回転によりプリンタ本体２２の背面側に向かって用紙トレイ２４から用紙２３が送り出され、プリンタ本体２２の背面側に設けられた反転ローラによりこの用紙２３の送り方向が正面方向に切り換えられる。ラインプリンタ２１は、このようにして用紙送り方向が正面方向に切り換えられてなる用紙２３が用紙トレイ２４上を横切るように搬送され、ラインプリンタ２１の正面側に配置された排出口よりトレイ２５に排出される。

ラインプリンタ２１は、上側端面に上蓋２６が設けられ、この上蓋２６の内側、正面方向への用紙搬送途中に、矢印Ｂにより示すように、ヘッドカートリッジ２８が交換可能に配置される。

ここでヘッドカートリッジ２８は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色によるフルラインタイプのプリンタヘッドであり、上側に各色のインクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋが設けられるようになされている。ヘッドカートリッジ２８は、これらインクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋに係るプリンタヘッドのアッセンブリーであるヘッドアッセンブリー３０と、このヘッドアッセンブリー３０の用紙２３側に設けられて、不使用時、ヘッドアッセンブリー３０に設けられたノズル列を塞いでインクの乾燥を防止するヘッドキャップ３１とにより構成される。これによりラインプリンタ２１においては、このヘッドカートリッジ２８に設けられたヘッドアッセンブリー３０の駆動により、各色のインク液滴を用紙２３に付着させて所望の画像等をカラーにより印刷することができるようになされている。

図３は、このヘッドアッセンブリー３０を用紙２３側より見てインク液滴Ｌの吐出に係る部分を拡大し、一部断面を取って示す斜視図である。ヘッドアッセンブリー３０は、液室の隔壁１３等を作成したヘッドチップ３４を順次ノズルシート１５に貼り付けた後、ボンディング端子３６を介してヘッドチップ３４を配線して形成される。

ここでヘッドチップ３４は、複数の発熱素子９、この複数の発熱素子９を駆動する駆動回路、この駆動回路の駆動に供する電源等を入力するパッド３８等が形成されたものであり、発熱素子９側より見て全体が長方形形状により形成され、この長方形形状の長辺の一辺に沿って所定ピッチにより発熱素子９が複数個設けられる。

ヘッドチップ３４は、この一辺側が開いてなるように、櫛の歯形状により液室の隔壁１３、流路の隔壁が形成され、また図４に示すように、この一辺側に沿って流路１８が設けられる。すなわちヘッドチップ３４は、この流路１８を間に挟んで千鳥にノズルシート１５に順次配置され、これによりヘッドアッセンブリー３０では、この隔壁１３、ヘッドチップ３４等により流路１８を形成して、この流路１８からそれぞれ対応するインクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋのインクを各液室１７に導き得るようになされ、またこのようにして液室に導かれたインクを発熱素子９の駆動により加熱できるようになされている。なお図４は、ノズルシート１５を取り外してノズルシート１５側から見たヘッドアッセンブリー３０の液室、流路を示す平面図である。

ヘッドチップ３４は、半導体ウエハの段階で、露光硬化型のドライフィルムレジストを発熱素子９側面に積層した後、フォトリソプロセスによってこのドライフィルムレジストから液室の部位等を取り除くことにより、隔壁１３が形成されるようになされている。

これに対してノズルシート１５は（図３）、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクにそれぞれ対応する用紙幅によるノズル１６の列が並設されたシート状部材であり、電鋳技術によりコバルトを含むニッケル材により形成される。ノズルシート１５は、各ノズル１６の列を間に挟んで千鳥に、各ヘッドチップ３４をそれぞれボンディング端子３６にワイヤボンディングする際の作業用の開口３７が形成されるようになされている。

図１は、このヘッドアッセンブリー３０に配置されるヘッドチップ３４の構成を示す断面図である。ヘッドチップ３４は、シリコン基板４１上に、このシリコン基板４１の全面を覆う第１の絶縁膜である層間絶縁膜８、発熱素子９の抵抗体膜、シリコン基板４１の全面を覆う第２の絶縁膜である絶縁保護層１１、液室１７が順次形成され、この層間絶縁膜８の端面、絶縁保護層１１の端面にインクが接触するように流路１８が形成される。

ヘッドチップ３４は、少なくともこれら層間絶縁膜８の端面及び絶縁保護層１１の端面がインクと接触する部位においては層間絶縁膜８及び絶縁保護層１１の間に密着層４０が設けられる。ここでこの密着層４０は、下層及び上層の層間絶縁膜８及び絶縁保護層１１間の密着力を増大させるものであり、層間絶縁膜８及び絶縁保護層１１の双方に高い密着力を有し、かつインクとの間での化学作用に対する耐性を有する材料により作成される。

具体的に密着層４０の材料には、シリコン酸化膜による層間絶縁膜８、シリコン窒化膜による絶縁保護層１１に対してそれぞれ密着力がよく、かつインク耐性を有するタンタルが適用される。これによりヘッドチップ３４では、この密着層４０による密着力の増大により、層間絶縁膜８及び密着層４０の界面、さらには密着層４０及び絶縁保護層１１の界面をインクが浸食し難くなるようになされている。

しかしてヘッドチップ３４は、半導体製造工程により、シリコン基板４１による半導体ウエハ上に複数チップ分がまとめて形成された後、各チップにスクライビングされて形成される。

このためヘッドチップ３４は、ダイシングによる切断によりヘッドチップ３４の端面に密着層４０が配置されるように、ダイシングに供する領域（スクライブライン）に基づいて密着層４０が作成される。ここで図５（Ａ）は、このようなダイシングによる切断に係るヘッドチップ３４の半導体ウエハ上のレイアウトを示す平面図である。この半導体ウエハにおいては、隣り合うヘッドチップ３４間で発熱素子９が向き合うようにレイアウトされ、ヘッドチップ３４間の領域がダイシングに供する領域ＡＲに割り当てられる。また図５（Ａ）において破線により囲んで示すように、このダイシングに供する領域ＡＲを含む各ヘッドチップ３４の周縁領域ＡＲ１に密着層が作成され、この実施例では、このダイシング領域により個別のヘッドチップ３４に切断された状態を図５（Ｂ）に示すように、長方形形状の４辺に沿って密着層４０が形成されるようになされている。

すなわち図６に示すように、このヘッドチップ３４は、シリコン基板４１が洗浄された後、シリコン窒化膜が堆積される。続いてフォトリソグラフィー工程、リアクティブイオンエッチング工程によりシリコン基板４１が処理され、これによりトランジスタ４、５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。これらによりヘッドチップ３４は、シリコン基板４１上のトランジスタを作成する領域にシリコン窒化膜が堆積される。

続いてヘッドチップ３４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膜厚５００〔ｎｍ〕により形成され、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）３が形成される。なおこの素子分離領域３は、その後の処理により最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。

ヘッドチップ３４は、続いてフォトリソグラフィー工程、イオン注入工程、熱拡散工程によりシリコン基板４１が処理され、これによりシリコン基板４１中にＮウェル領域及びＰウェル領域が形成される。

続いてシリコン基板４１が洗浄された後、熱処理炉において、水素と酸素とによる混合ガス（Ｈ₂ ／Ｏ₂ ）の雰囲気中で、８５０度により熱処理され、これにより膜厚８〜２５〔ｎｍ〕による熱酸化膜が形成される。この実施例においては、この熱酸化膜がゲート電極の形状によりパターニングされてゲート酸化膜が形成される。なおこのゲート酸化膜の膜厚は、ソース・ドレイン間の耐圧、ゲート長、ゲート入力電圧等に基づいて、これら８〜２５〔ｎｍ〕の範囲で所望の値に設定される。

続いてヘッドチップ３４は、シリコン基板４１が洗浄された後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法によりポリシリコン膜が膜厚１００〔ｎｍ〕により堆積される。さらに続いてイオン注入工程によりポリシリコン膜中にボロンが注入され、活性化アニール工程によりこのポリシリコン膜中のボロン、ソース及びドレイン作成領域の不純物が活性化される。

続いてヘッドチップ３４は、タングステンシリサイド膜が膜厚１００〔ｎｍ〕により堆積された後、リソグラフィー工程によりトランジスタのゲート領域が露光処理され、さらに続いてＳＦ₆ ＋ＨＢｒ系のガスを用いたドライエッチング工程により、余剰な熱酸化膜、ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜が除去され、これによりゲート酸化膜４２、ポリシリコン膜４３、タングステンシリサイド膜４４の積層構造によりゲート電極が形成され、この実施例では、ゲート長が２〔μｍ〕以下により形成される。

続いてイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板４１が処理され、これによりゲート下のチャネル形成領域とドレインとの間の電界を緩和する電界緩和層である低濃度の拡散層４５が形成され、さらにソース及びドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板４１が処理され、これらによりＭＯＳトランジスタ４、５等が作成される。

このようにしてＭＯＳトランジスタ４、５を作成するにつき、この実施例においては、スイッチングトランジスタ４がＮＭＯＳトランジスタにより作成され、また駆動回路を構成するドライバートランジスタ５等がＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタにより作成される。この実施例では、これらのトランジスタ４、５等がほぼ同一のゲート入力電圧５〔Ｖ〕以下により動作するように作成されるのに対し、スイッチングトランジスタ４においては、ドレインのゲート側とゲートとの間に設けられた拡散層４５によりゲート・ドレイン間の耐圧を発熱素子９の駆動に係る電圧以上、少なくとも２５〔Ｖ〕程度まで増大させる構成が適用されるようになされている。これによりヘッドチップ３４では、ドライバートランジスタ５によりスイッチングトランジスタ４を直接駆動するようになされている。

このようにしてトランジスタ４、５が作成されると、ヘッドチップ３４は、続いてＣＶＤ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、ＢＰＳＧ膜が順次膜厚１００〔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６が作成される。

続いてフォトリソグラフィー工程の後、Ｃ₄ Ｆ₈ ／ＣＯ／Ｏ₂ ／Ａｒ系ガスを用いたリアクティブイオン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４７が作成される。さらに熱処理炉において、１００〔％〕の窒素ガス雰囲気中で、７００度、３０分間の熱処理が実施される。これによりヘッドチップ３４は、素子分離領域３及び１層目の層間絶縁膜６の界面での密着力が増大され、さらに１層目の層間絶縁膜６におけるＰＳＧ膜及びＢＰＳＧ膜の界面での密着力が増大される。

ヘッドチップ３４は、続いて希フッ酸によりシリコン基板４１が洗浄された後、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〕による窒化酸化チタンバリアメタル、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンが１〔ａｔ％〕添加されたアルミニューム、または銅が０．５〔ａｔ％〕添加されたアルミニュームが膜厚５００〔ｎｍ〕により順次堆積される。さらに続いて反射防止膜である窒化酸化チタンが膜厚２５〔ｎｍ〕により堆積され、これらにより１層目の配線パターン材料層が成膜される。

続いて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層が選択的に除去され、これにより１層目の配線パターン７が作成される。ヘッドチップ３４は、このようにして作成された１層目の配線パターン７により、ドライバートランジスタ５を接続して駆動回路が形成されるようになされている。

ヘッドチップ３４は、続いてＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）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が堆積される。続いてヘッドチップ３４は、ＳＯＧ（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７と続く２層目の配線パターン１０とを絶縁する膜厚４４０〔ｎｍ〕のシリコン酸化膜による２層目の層間絶縁膜８が形成される。

ヘッドチップ３４は、続いてスパッタリング装置により膜厚８０〔ｎｍ〕によるβ−タンタル膜が堆積され、これによりシリコン基板４１上に抵抗体膜が成膜される。ここでこの実施例においては、この抵抗体膜のパターニングにより発熱素子９が作成されると共に密着層４０が作成される。

このためヘッドチップ３４は、このβ−タンタル膜の堆積前にシリコン基板４１へのアルゴンプラズマの照射により層間絶縁膜８の表面が荒らされ、これにより層間絶縁膜８及び抵抗体膜の界面での密着力が増大されるようになされている。なおアルゴンプラズマの照射条件は、膜厚に換算して１０〔ｎｍ〕によるエッチングに設定し、スパッタリングの条件は、ウエハ加熱温度２００〜４００度、直流印加電力２〜４〔ｋＷ〕、アルゴンガス流量２０〜４０〔ｓｃｃｍ〕に設定した。

さらに続いてヘッドチップ３４は、フォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたドライエッチング工程により抵抗体膜が選択的に除去され、一端を配線パターンにより接続する折り返し形状により、１００〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子９が形成される。

このときこのドライエッチング工程において図５で説明した領域にあっては各ヘッドチップ３４の周縁領域に抵抗体膜が取り残され、これによりヘッドチップ３４では、長方形形状によるシリコン基板４１の４辺に沿って、膜厚８０〔ｎｍ〕によるβ−タンタル膜により密着層４０が形成される。ヘッドチップ３４では、このようにして発熱素子９の抵抗体膜と同一の材料により発熱素子９を作成する際に併せて密着層４０が形成され、これにより工程数を増大させずに簡易に密着層４０を作成するようになされている。

このようにして発熱素子９、密着層４０が形成されると、ヘッドチップ３４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、続いてフォトレジスト工程、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、これにより絶縁保護層４８に開口を形成してコンタクト部４９が作成される。さらにＣＨＦ₃ ／ＣＦ₄ ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、層間絶縁膜４８に開口を形成してビアホール５０が作成される。ここでコンタクト部４９は、２層目の配線パターンを下層の発熱素子９に接続するために２層目の配線パターンの前工程において設けられた接続部であり、ビアホール５０は、２層目の配線パターンを下層の１層目の配線パターン７に接続するために２層目の配線パターンの前工程において設けられた接続部である。

ヘッドチップ３４は、続いてスパッタリング法により、膜厚２０〔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６００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてヘッドチップ３４は、膜厚２０〔ｎｍ〕による窒化酸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。これらによりヘッドチップ３４は、シリコン又は銅を添加したアルミニュームによる２層目の配線パターン材料層が形成される。

続いてフォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたドライエッチング工程により配線パターン材料層が選択的に除去され、２層目の配線パターン１０が作成される。ヘッドチップ３４は、この２層目の配線パターン１０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、またスイッチングトランジスタ４を発熱素子９に接続する配線パターンが作成される。なおコンタクト部４９の作成により発熱素子９の上層に取り残されたシリコン窒化膜４８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、エッチングに供する塩素ラジカル種からβ−タンタルによる発熱素子９を保護する保護層として機能する。またこのシリコン窒化膜４８においては、このエッチング工程において、塩素ラジカル種に曝される部位が膜厚３００〔ｎｍ〕から膜厚１００〔ｎｍ〕に減少する。

続いてヘッドチップ３４は、シリコン窒化膜がプラズマＣＶＤ法により膜厚２００〜４００〔ｎｍ〕により堆積され、これによりシリコン基板４１の全面を覆う絶縁保護層１１が作成される。これにより層間絶縁膜８の端面及び絶縁保護層１１の端面がインクと接触する部位においては、シリコン基板４１側より層間絶縁膜６及び８、密着層４０、絶縁保護層１１が順次形成され、これにより層間絶縁膜８上に絶縁保護層１１を直接作成する場合に比してインク耐性を向上することができるようになされている。

なおこのようにタンタル膜による密着層４０上に単にシリコン窒化膜による絶縁保護層１１を作成するようにしても実用上十分な密着力を得ることができるものの、これに加えて、シリコン窒化膜を作成する直前にタンタル膜の表面を荒らすようにしてもよく、このようにすればその分さらに一段と密着力を増大させてインク耐性を向上することができる。

ヘッドチップ３４は、続いて熱処理炉において、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。これによりヘッドチップ３４は、トランジスタ４、５の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン７と２層目の配線パターン１０との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。

ヘッドチップ３４は、続いて耐キャビテーション材料層が膜厚１００〜３００〔ｎｍ〕により堆積された後、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたパターニングにより耐キャビテーション層１２が形成される。この実施例では、タンタルをターゲットに用いたＤＣマグネトロン・スパッタリング装置によりβ−タンタルによる耐キャビテーション層１２が形成される。

なおこのようにシリコン窒化膜による絶縁保護層１１上にタンタル膜により耐キャビテーション層１２を直接作成する場合においても、実用上十分な密着力を得ることができるものの、これに加えて、タンタル膜を堆積する直前にタンタル膜の表面を荒らすようにしてもよく、このようにすればその分さらに一段と密着力を増大させてインク耐性を向上することができる。

ヘッドチップ３４は、続いて図１に示すように、有機系樹脂材料が塗布された後、露光現像工程により液室１７及び流路１８に対応する部位が取り除かれ、その後硬化され、これにより液室１７の隔壁１３、流路１８の隔壁等が作成される。ヘッドチップ３４は、このようにしてシリコン基板４１上に作成された複数ヘッドチップ分がダイシングにより切断されて作成される。

（２）実施例の動作
以上の構成において、このラインプリンタ２１においては（図２）、印刷に供する画像データ、テキストデータ等によるヘッドカートリッジ２８の駆動により、処理対象である用紙２３を所定の用紙送り機構により搬送しながら、ヘッドカートリッジ２８に設けられたヘッドアッセンブリー３０からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙２３に付着して画像、テキスト等が印刷される。

これに対応してヘッドカートリッジ２８のヘッドアッセンブリー３０においては（図２、図３）、インクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋのインクが流路１８を介して液室１７に導かれ、発熱素子９の駆動による液室１７のインクの加熱により、ノズルシート１５に設けられたノズル１６からインク液滴Ｌが吐出される。これらによりこのラインプリンタ２１においては、所望の画像等を印刷することができるようになされている。

しかしてこのヘッドアッセンブリー３０においては（図３）、複数の発熱素子９、この複数の発熱素子９を駆動するスイッチングトランジスタ４等を一体に形成してなる基板であるヘッドチップ３４と、インク液滴を吐出するノズル１６によるノズル列、開口３７を電鋳処理により作成してなるシート状の部材であるノズルシート１５とを配置して形成される。またこのようなノズル１６によるノズル列が、印刷対象の用紙幅により形成され、これによりフルラインタイプのラインヘッドが構成され、シリアルヘッドのプリンタヘッドによる場合に比して高速度に所望の画像等を印刷することができる。

この実施例に係るヘッドアッセンブリー３０においては、このようなヘッドチップ３４を構成するシリコン基板４１が発熱素子９側より見て長方形形状により形成され、この長方形形状の長辺の一辺に沿って発熱素子９が複数個設けられる。またこのようにして基板４１上の発熱素子９が設けられている部位には（図１）、この基板４１の全面を覆う第１の絶縁膜である層間絶縁膜８、発熱素子９の抵抗体膜、基板４１の全面を覆う第２の絶縁膜である絶縁保護層１１、液室１７が順次形成される。

またヘッドアッセンブリー３０では（図１、図３、図４）、このような長方形形状によるシリコン基板４１の長辺に沿って流路１８が設けられ、これにより層間絶縁膜８の端面及び絶縁保護層１１の端面にインクが接触するように形成された流路１８により液室１７にインクが導かれる。

ところでこのようなヘッドアッセンブリー３０では、インクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋの交換によるインクの補充により長期間の間使用されるものの、このインクがアルカリ性の場合、このような長期の使用により劣化することが懸念される。

このためヘッドアッセンブリー３０では、ヘッドチップ３４の少なくとも層間絶縁膜８の端面及び絶縁保護層１１の端面がインクに接触する部位においては、層間絶縁膜８及び絶縁保護層１１の間に、これら層間絶縁膜８及び絶縁保護層１１間の密着力を増大させる密着層４０が形成される。すなわちヘッドチップ３４においては（図１、図５〜図６）、シリコン基板４１による長方形形状の４辺に沿って密着層４０が設けられ、これによりインクと接触する端面にあっては、基板４１側から層間絶縁膜６及び８、密着層４０、絶縁保護層１１が順次配置される。

より具体的にこの実施例では、シリコン酸化膜による層間絶縁膜８とシリコン窒化膜による絶縁保護層１１との間にタンタル膜による密着層４０が形成され、このタンタル膜においては、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の双方に高い密着力を有し、これにより密着層４０による密着力の増大により層間絶縁膜８及び密着層４０の界面、密着層４０及び絶縁保護層１１の界面をインクが浸食困難になる。またタンタル膜においては、インクに接する耐キャビテーション層１２にも適用されるように、インクとの間での化学作用が起こり難く、これにより密着層４０について十分な信頼性を確保することができる。これらによりヘッドアッセンブリー３０では、従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができるようになされている。

またこのようなタンタル膜による密着層４０においては、発熱素子９の抵抗体膜と同一の材料で発熱素子９を作成する際に併せて形成され、これにより工程数を増大させずに簡易に密着層を作成することができる。

またこのような密着層４０と層間絶縁膜８との界面においては、タンタル膜を堆積する直前に層間絶縁膜８の表面が荒らされ、その分さらに一段と密着力を増大させてインク耐性を向上することができる。

（３）実施例の効果
以上の構成によれば、少なくとも第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面が液体と接触する部位においては、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着力を増大させる密着層を第１及び第２の絶縁膜間に設けることにより、従来に比してヘッドチップのインク耐性を向上することができる。

具体的にシリコン酸化膜による層間絶縁膜の端面及びシリコン窒化膜による絶縁保護層の端面がインクと接触する部位においては、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の間にタンタル膜により密着層を形成することにより、従来に比してインク耐性を向上することができる。

またこのようなタンタル膜による密着層を、発熱素子９の抵抗体膜と同一の材料で発熱素子９を作成する際に併せて形成することにより、工程数を増大させずに簡易に密着層を作成することができる。

図７は、図１との対比により本発明の実施例２に係るプリンタの液室近傍の構成を示す断面図である。この実施例に係るプリンタにおいては、この図７に示すヘッドアッセンブリー６０の構成が異なる点を除いて、実施例１に係るプリンタと同一に構成される。

このヘッドアッセンブリー６０においては、ヘッドチップ６１に基板、層間絶縁膜８、絶縁保護層１１等を貫通する貫通孔６２が設けられ、この貫通孔６２により発熱素子９等を作成した面とは逆側の基板裏面側より液室１７にインクが導かれる。

これに対応してヘッドチップ６１は、この貫通孔６２を囲むように、第１の絶縁膜である層間絶縁膜８と第２の絶縁膜である絶縁保護層１１との間に密着層６３が形成される。すなわちこのヘッドチップ６１は、シリコン基板６４上に、実施例１について上述したと同様にして、スイッチングトランジスタ４、ドライバートランジスタ５が作成された後、層間絶縁膜６、１層目の配線パターン７、層間絶縁膜８が順次形成される。

続いてヘッドチップ６１は、β−タンタル膜により発熱素子９が作成され、この発熱素子作成の際のドライエッチング工程において、貫通孔の作成領域を囲む領域にβ−タンタル膜が取り残される。

ヘッドチップ６１は、続いて２層目の配線パターン１０、絶縁保護層１１、耐キャビテーション層１２が順次形成された後、このようなシリコン基板６４上に液室１７の隔壁１３、流路１８の隔壁等が有機系樹脂材料により形成される。

続いてヘッドチップ６１は、貫通孔の作成領域を除く領域を保護するエッチングマスクがシリコン基板６４の裏面に形成され、さらにトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド等による薬液を用いたエッチング工程によりシリコン基板６４の裏面が処理され、これにより貫通孔の作成領域におけるシリコン基板６４が除去される。

さらに続いて混合ガスを用いたリアクティブイオンエッチング法によりシリコン基板６４の裏面が処理され、これにより貫通孔の作成領域よりＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜による層間絶縁膜６、層間絶縁膜８、β−タンタル膜、絶縁保護層１１が順次除去される。この実施例では、高次のフロロカーボンガスであるＣ₄ Ｆ₈ を主体としたＣ₄ Ｆ₈ ／ＣＯ／Ｏ₂／Ａｒ系ガスを用いた酸化膜用ドライエッチング装置によりシリコン基板６４の裏面が処理される。

なおこのような密着層の作成に係るエッチングにおいては、上述した実施例１の場合、塩素系ガスを用いたドライエッチングが適用されるのに対し、タンタルはフッ化物についても塩化物と同様の揮発性を有し、これによりフッ素系ガスを用いたドライエッチングによってもエッチングすることができる。

これらによりこの実施例では、ヘッドチップ６１に貫通孔６２が形成されると共に、この貫通孔６２により層間絶縁膜８の端面及び絶縁保護層１１の端面がインクと接触する部位においては、シリコン基板６４側から層間絶縁膜６及び８、β−タンタル膜による密着層６３、絶縁保護層１１が形成される。

ヘッドチップ６１は、このようにしてシリコン基板６４上に作成された複数ヘッドチップ分がダイシングにより切断されて作成される。

図７の構成によれば、層間絶縁膜８及び絶縁保護層１１を貫通する貫通孔６２を設けて流路１８を構成するようにし、この貫通孔６２を囲むように密着層６３を形成することにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお上述の実施例においては、長方形形状による基板の４辺に沿って密着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、例えば図５（Ｂ）との対比により図８に示すように、第１及び第２の絶縁膜がインクに接触する部位についてのみ長方形形状の外周に沿って密着層を作成する場合に広く適用することができる。

また上述の実施例においては、タンタルにより密着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、タングステンにより密着層を形成する場合に広く適用することができる。

また上述の実施例においては、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の間に密着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、例えばシリコン酸化膜及びシリコン炭化膜の間に密着層を形成する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施例においては、カラー印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用して４本のノズル列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、例えば白黒印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用してノズル列を１本により作成する場合等、種々の本数によりノズル列を作成する場合に広く適用することができる。

また上述の実施例においては、フルラインタイプの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、例えばプリンタヘッドを特定方向に移動させるいわゆるシリアルタイプのプリンタヘッドに本発明を適用する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施例においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させ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液滴が各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等である液体吐出ヘッド、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。

本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用することができる。

本発明の実施例１に係るラインプリンタに適用されるヘッドアッセンブリーにおけるヘッドチップの説明に供する断面図である。 本発明の実施例１に係るラインプリンタを示す斜視図である。 図２のヘッドアッセンブリーのインク液滴の吐出に係る部分を拡大して示す斜視図である。 図２のヘッドアッセンブリーにおける液室、流路の説明に供する平面図である。 図１のヘッドチップにおける密着層の配置の説明に供する平面図である。 図１のヘッドチップの作成工程の説明に供する断面図である。 本発明の実施例２に係るラインプリンタに適用されるヘッドアッセンブリーにおけるヘッドチップの説明に供する断面図である。 図５（Ｂ）との対比により他の実施例に係る密着層の配置の説明に供する平面図である。 従来のプリンタに適用されるプリンタヘッドの説明に供する断面図である。

符号の説明

１……プリンタヘッド、６、８……層間絶縁膜、９……発熱素子、１１……絶縁保護層、１７……液室、１８……流路、２１……ラインプリンタ、３０、６０……ヘッドアッセンブリー、３４、６１……ヘッドチップ、４０、６３……密着層、６２……貫通孔

Claims (6)

1. 基板上に作成された発熱素子の駆動により液室に保持した液体の液滴をノズルより飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   前記基板上の前記発熱素子が設けられている部位には、前記基板の全面を覆う第１の絶縁膜、前記発熱素子の抵抗体膜、前記基板の全面を覆う第２の絶縁膜、前記液室が順次形成され、
   前記第１の絶縁膜の端面及び前記第２の絶縁膜の端面に前記液体が接触するように形成された流路により前記液体が前記液室に導かれ、
   少なくとも前記第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面が前記液体と接触する部位においては、前記第１及び第２の絶縁膜間に、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との密着力を増大させる密着層が設けられた
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記基板が、前記発熱素子側より見て、長方形形状により形成され、
   前記長方形形状の長辺に沿って前記発熱素子が複数個設けられ、
   前記流路が、前記長辺に沿って設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記流路が、
   前記第１及び第２の絶縁膜を貫通する貫通孔であり、
   前記密着層は、
   前記貫通孔を囲むように形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１の絶縁膜は、シリコン酸化膜であり、
   前記第２の絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、
   前記密着層は、タンタル膜である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記密着層は、
   前記抵抗体膜と同一の材料により形成され、
   前記発熱素子を作成する際に併せて形成された
   ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 液体吐出ヘッドにより液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドが、
   基板上に作成された発熱素子の駆動により液室に保持した液体の液滴をノズルより飛び出させ、
   前記基板上の前記発熱素子が設けられている部位には、前記基板の全面を覆う第１の絶縁膜、前記発熱素子の抵抗体膜、前記基板の全面を覆う第２の絶縁膜、前記液室が順次形成され、
   前記第１の絶縁膜の端面及び前記第２の絶縁膜の端面に前記液体が接触するように形成された流路により前記液体が前記液室に導かれ、
   少なくとも前記第１の絶縁膜の端面及び第２の絶縁膜の端面が前記液体と接触する部位においては、前記第１及び第２の絶縁膜間に、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との密着力を増大させる密着層が設けられた
   ことを特徴とする液体吐出装置。
   

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