JP2017071175A - 液体吐出ヘッドの素子基板及びウエハ - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドの内部構造やＥＳＤの発生場所によらず、ＥＳＤ破壊を抑える。【解決手段】液体吐出ヘッドの素子基板は、基板１００と、基板１００の上に設けられ、液体に吐出のためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子を備えた素子形成層１１０と、素子形成層１１０の上に設けられ、液体が吐出する吐出口が形成された吐出口形成面２０６を備えた絶縁体からなる吐出口形成部材２００と、を有している。吐出口形成部材２００は吐出口形成面２０６と素子形成層１１０との間に位置する外側側面２００ｃを有し、外側側面２００ｃは素子形成層１１０と対向する第一縁部２００ｄを有している。素子基板は、外側側面２００ｃの第一縁部２００ｄと素子形成層１１０との間に位置し、基板１００と電気的に接続された導電層１３０ａをさらに有している。【選択図】図８

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの素子基板と、複数の素子基板が形成されたウエハに関し、特に、素子基板の静電気放電（ＥＳＤ; Electro-Static Discharge）による破壊（以下、ＥＳＤ破壊という）を防止するための構成に関する。

所望の文字や画像等の情報を紙やフィルム等の記録媒体に記録する情報出力装置の１つとして、インクジェットプリンタなどの液体吐出装置がある。液体吐出装置は、液滴を吐出し記録媒体に着弾させることで記録を行う液体吐出ヘッドを備えている。液体吐出ヘッドにおける液体吐出方式の一つとして、サーマルインクジェット方式が知られている。サーマルインクジェット方式では、インクに接する発熱抵抗素子に数μ秒程度通電することで熱エネルギーを発生させ、熱エネルギーで誘発されたインクの発泡現象をインク液滴の吐出に利用する。一般に、サーマルインクジェット方式の液体吐出ヘッドは、インク液滴の吐出に必要な発熱抵抗素子を有する素子基板を搭載している。素子基板は、シリコンからなる基板と、基板上に形成され、発熱抵抗素子などを備えた素子形成部と、素子形成部の上に形成され、吐出口を備えた吐出口形成部材と、を有している。

素子基板の製造工程や液体吐出ヘッドの記録動作において、素子基板にＥＳＤ破壊が生じる可能性のあることが知られている。特許文献１には、発熱抵抗素子（ヒータ）のＥＳＤ破壊を防止するため、発熱抵抗素子と並列にダミーＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）を設けることが記載されている。パッドから流入する電流をダミーＭＯＳに流すことで、発熱抵抗素子に大電流が流入することが防止される。
特許文献２には、耐キャビテーション層をゲート接地型ＭＯＳに接続することが記載されている。耐キャビテーション層に流れ込んだＥＳＤによる電流は、ゲート接地型ＭＯＳを介して基板に流れる。このため、耐キャビテーション層と発熱抵抗素子の電極との間の保護膜のＥＳＤ破壊が生じにくくなる。

特開２００４−０５０６３６号公報 米国特許第７２６７４３０Ｂ２号明細書

ＥＳＤは素子基板の様々な場所で発生する。このうち、吐出口形成部材の表面で発生したＥＳＤによる電流は、吐出口形成部材の表面に沿って進行する。この現象は沿面放電と呼ばれる。特許文献１に開示された構成では、例えばパッドよりも吐出口の近傍で発生したＥＳＤによる電流は、吐出口から素子基板の内部に沿面放電によって進入し、保護膜のＥＳＤ破壊などを引き起こす可能性がある。パッドは一般に素子基板の端部に設けられているため、ＥＳＤによる電流の多くは、パッドではなく素子基板の内部に進入する可能性がある。
特許文献２に開示された構成は、ゲート接地型ＭＯＳと発熱抵抗素子との距離が大きい場合、その間の保護膜の絶縁性が低い部位でＥＳＤ破壊が生じるおそれがある。特に、長尺化された液体吐出ヘッドでは、ゲート接地型ＭＯＳと発熱抵抗素子との距離が大きくなりやすく、ＥＳＤ破壊が生じやすい。
すなわち、特許文献１，２のいずれに開示された構成も、ＥＳＤがパッドやゲート接地型ＭＯＳなどの接地要素から離れたところで発生した場合、ＥＳＤ破壊が生じやすい。ＥＳＤ破壊の生じやすさは液体吐出ヘッドの内部構造にも依存する。
本発明の目的は、液体吐出ヘッドの内部構造やＥＳＤの発生場所によらず、ＥＳＤ破壊が生じにくい液体吐出ヘッドの素子基板を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドの素子基板は、基板と、基板の上に設けられ、液体に吐出のためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子を備えた素子形成層と、素子形成層の上に設けられ、液体が吐出する吐出口が形成された吐出口形成面を備えた絶縁体からなる吐出口形成部材と、を有している。吐出口形成部材は吐出口形成面と素子形成層との間に位置する外側側面を有し、外側側面は素子形成層と対向する第一縁部を有している。素子基板は、外側側面の第一縁部と素子形成層との間に位置し、基板と電気的に接続された導電層をさらに有している。
このような導電層によって、ＥＳＤによる電流を、液体吐出ヘッドの内部ではなく、吐出口形成部材の外側側面に誘導することができる。

本発明によれば、ＥＳＤの発生場所によらず、ＥＳＤ破壊が生じにくい液体吐出ヘッドの素子基板を提供することができる。

本発明の液体吐出ヘッドの素子基板の概略斜視図である。 図１に示す素子基板のＡ部の概略平面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿った素子基板の概略断面図である。 素子基板の製造方法を示す概略工程図である。 ウエハの概略平面図である。 第１の実施形態におけるウエハの部分平面図である。 図６のＣ部拡大図である。 第１の実施形態におけるＥＳＤによる電流経路を示す概念図である。 発熱抵抗素子の周辺の拡大図である。 図９のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。 第２の実施形態におけるＣ部拡大図である。 図１１のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。 第３の実施形態におけるＣ部拡大図である。 第４の実施形態におけるウエハの部分平面図である。 変形例１におけるウエハの部分平面図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの素子基板を示す斜視図である。図２（ａ）は図１のＡ部を拡大して示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）において吐出口形成部材を破線で示した透視図である。図３は、図２のＸ−Ｘ線に沿った素子基板の断面図である。

液体吐出ヘッドの素子基板１は、基板１００と、基板１００上に設けられた素子形成層１１０と、素子形成層１１０の上に設けられた吐出口形成部材２００と、を有している。基板１００はシリコンからなり、インクを供給するインク供給路１０１が形成されている。素子形成層１１０には液体に吐出のためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子１１１が配置されている。本実施形態では、エネルギー発生素子は発熱抵抗素子（ヒータ）１１１である。吐出口形成部材２００はエポキシ系樹脂材料などの絶縁体からなり、天井部材２００ａと側面部材２００ｂを有している。側面部材２００ｂは各発熱抵抗素子１１１に対応した発泡室２０２と、複数の発泡室２０２に共通するインクの液室２０４と、液室２０４と発泡室２０２の間に位置し、発泡室２０２にインクを誘導する連絡流路２０３と、を形成している。天井部材２００ａはインクが吐出する複数の吐出口２０１を有している。吐出口２０１は各発熱抵抗素子１１１に対応して設けられている。複数の吐出口２０１は直線状に配列されて、吐出口列２０５を形成している。本実施形態では、一つのインク供給路１０１の両側にそれぞれ一列の吐出口列２０５が形成されている。一つのインク供給路１０１の片側だけに一列の吐出口列２０５が形成されてもよい。天井部材２００ａの側面部材２００ｂと反対側の面は吐出口２０１が形成された吐出口形成面２０６を形成している。基板１００には液体吐出ヘッドの外部から発熱抵抗素子１１１に電圧や信号を供給するための端子１６０が設けられている。インクは図示しないインクタンクから、インク供給路１０１と液室２０４と連絡流路２０３を通って発泡室２０２に供給される。インクは発泡室２０２に面して設けられた発熱抵抗素子１１１で発熱され、発泡し、液滴として吐出口２０１から吐出する。

図２を参照すると、発熱抵抗素子１１１は、共通発熱抵抗素子電極１５０ａと個別発熱抵抗素子電極１５０ｂとに電気的に接続されている。個別発熱抵抗素子電極１５０ｂは発熱抵抗素子１１１と反対側の端部でスイッチング素子１７０に接続されている。発熱抵抗素子１１１の上には耐キャビテーション層１３０が配置されている。耐キャビテーション層１３０は、インクの発泡及び消泡時における熱的、物理的、化学的衝撃から発熱抵抗素子１１１を保護するための防護層である。

図３を参照すると、基板１００の上には熱酸化膜１２０とゲート酸化膜１２１が形成されている。熱酸化膜１２０の上には第１の蓄熱層１２２が形成されている。第１の蓄熱層１２２の上には第１のスイッチング素子電極１２３が形成されている。第１のスイッチング素子電極１２３は第１の蓄熱層１２２に設けられたビア１２２ｂを介して基板１００に接続される。第１のスイッチング素子電極１２３の接続領域には不純物拡散領域１２０ｂが形成されている。第１のスイッチング素子電極１２３と、不純物拡散領域１２０ｂと、基板１００と、第２のスイッチング素子（不図示）と、ゲート電極（不図示）は、スイッチング素子１７０を形成する。第１のスイッチング素子電極１２３の上には第２の蓄熱層１３２が形成されている。第２の蓄熱層１３２の上にはヒータ層１５１が形成されている。ヒータ層１５１の上には共通発熱抵抗素子電極１５０ａと個別発熱抵抗素子電極１５０ｂが形成されている。ヒータ層１５１に接続される共通発熱抵抗素子電極１５０ａと個別発熱抵抗素子電極１５０ｂの膜厚は１０００ｎｍとしている。ヒータ層１５１のうち、共通発熱抵抗素子電極１５０ａと個別発熱抵抗素子電極１５０ｂとの間の部分が、発熱してインクを発泡させる発熱抵抗素子１１１を構成する。ヒータ層１５１は第２の蓄熱層１３２に設けられたビア１５２を介して第１のスイッチング素子電極１２３に接続されている。共通発熱抵抗素子電極１５０ａ、個別発熱抵抗素子電極１５０ｂ及びヒータ層１５１は、ＳｉＣＮからなる厚さ３００ｎｍの絶縁性の保護膜１３１で覆われている。保護膜１３１は吐出口形成部材２００の外部まで延びている（図８参照）。ＳｉＣＮは化学的安定性と電気的絶縁性に優れる材料である。保護膜１３１は、電気的な絶縁性に優れるＳｉＮまたはインクに対する化学的安定性に優れるＳｉＣで形成してもよい。保護膜１３１の上には、保護膜１３１の一部を覆うＴａからなる厚さ２００ｎｍの耐キャビテーション層１３０が形成されている。熱酸化膜１２０から耐キャビテーション層１３０までの膜は素子形成層１１０を形成する。素子形成層１１０の上、具体的には耐キャビテーション層１３０と保護膜１３１の上には吐出口形成部材２００の側面部材２００ｂが形成されている。

図４は、素子基板１の製造工程の一例を示す概略工程図である。まずウエハの状態にある基板１００を準備する（ステップＳ１）。次に、基板１００に、熱酸化法やＣＶＤ法やスパッタリング法等による成膜工程、フォトリソグラフィ等によるパターニング工程、熱拡散法やイオン注入法等による不純物添加工程などを経て、素子形成層１１０を形成する（ステップＳ２）。素子形成層１１０は発熱抵抗素子１１１を含んでいる。次にウエハの状態にある基板１００にドライフイルムを貼り合せ、レジストコーティング等を用いて吐出口形成部材２００を形成する（ステップＳ３）。次に、ウエハの状態にある基板１００をダイシングテープに貼りつける（ステップＳ４）。次に、ウエハの状態にある基板１００をダイヤモンドソー等により切断する（ステップＳ５）。図５に切断前のウエハ５００と切断ライン（スクライブ領域）５０１，５０２を示す。その後、ウエハから切り出された個々の素子基板１は、ダイシングテープに貼りつけられたまま切削屑等を除去するために洗浄される（ステップＳ６）。洗浄には、水と窒素を混合した洗浄体を用いた二流体洗浄が好適に用いられる。洗浄後、基板１００からダイシングテープから剥がされて、個々の素子基板１が完成する（ステップＳ７）。その後、個々の素子基板１は液体吐出ヘッドに組み込まれる。
以下、本発明の各実施形態についてさらに詳細に説明する。上述した構成は各実施形態に共通である。

（第１の実施形態）
図６は、図５のＢ部を拡大して示す、シリコンウエハの上に形成された素子基板１の平面図である。図７は、図６のＣ部拡大図である。図８は図７のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。直径２００ｍｍのウエハ上に、スクライブ領域で区画された２７０個の素子基板領域１００ａが配置されている。各素子基板領域１００ａ内には複数の発熱抵抗素子１１１を備えた素子基板１が形成されている。

基板１００に接合される吐出口形成部材２００の応力を緩和するため、吐出口形成部材２００の吐出口形成面２０６に、複数の吐出口２０１（本実施形態では２列の吐出口列２０５）を取り囲む溝２１０が形成されている。溝２１０は、吐出口形成部材２００の一部を除去して形成される。溝２１０は天井部材２００ａと側面部材２００ｂを貫通して、素子形成層１１０を露出させている。素子形成層１１０を保護するため、溝２１０を幅方向に横断する橋掛け部２１０ａが設けられている。橋掛け部２１０ａは吐出口形成部材２００と同一の材料で形成されている。本実施形態では、幅１００μｍの橋掛け部２１０ａが２００μｍ間隔で配置されている。また、同様の目的で、溝２１０によって露出させられる素子形成層１１０の表面は耐キャビテーション膜１３０と同じ材料の保護膜１３０ｃで覆われている。

素子形成層１１０は基板１００と対向する第二面１１０ｂと、第二面１１０ｂの反対面で、吐出口形成部材２００が設けられる第一面１１０ａと、を有している。第一面１１０ａは内側部１１０ｃと、内側部１１０ｃの外側にある外側部１１０ｄと、を有している。内側部１１０ｃは吐出口形成部材２００と素子形成層１１０の間にある面であり、外側部１１０ｄは吐出口形成部材２００が設けられない面である。吐出口形成部材２００は、吐出口形成面２０６と素子形成層１１０との間に位置する外側側面２００ｃを有している。すなわち、基板１００と直交する方向にみたときに、内側部１１０ｃと外側部１１０ｄの境界は、吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃと一致する。外側側面２００ｃは、素子形成層１１０側の縁部である第一縁部２００ｄと、吐出口形成面２０６側の縁部である（すなわち吐出口形成面２０６との境界をなす）第二縁部２００ｅと、を有している。

吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃの第一縁部２００ｄと素子形成層１１０との間に位置し、Ｔａからなる厚さ２００ｎｍ、幅２０μｍの導電層１３０ａが設けられている。導電層１３０ａは導電性と耐インク性を有している限り、Ｔａ以外の材料から形成してもよい。導電層１３０ａはＥＳＤによる電流を誘導するための導電性配線である。導電層１３０ａは吐出口形成部材２００の外部で保護膜１３１と接している。導電層１３０ａは耐キャビテーション層１３０と同じ材料から形成されているため、一回のプロセスでこれらの層を同時に作成することができる。導電層１３０ａは、素子形成層１１０の第一面１１０ａの外側部１１０ｄに設けられた電気接続層１３０ｂを介して、基板１００の内部に電気的に接地される導電性のパッドと電気的に接続されている。電気接続層１３０ｂは導電層１３０ａ及び耐キャビテーション層１３０と同じ材料から形成することができる。このパッドは複数の外部接続パッド１６０のうち、基板１００の内部と電気的に接続された接地用のＧＮＤパッド１６０ａである。従って、導電層１３０ａは基板１００の内部と電気的に接続されている。導電層１３０ａは、発熱抵抗素子１１１上の耐キャビテーション層１３０及び溝２１０内の保護膜１３０ｃとは電気的に接続されていない。導電層１３０ａが基板１００の内部と電気的に接続されている限り、パッド以外の構成で導電層１３０ａを基板１００の内部に接続させてもよい。

吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃと導電層１３０ａは接触していてもよいし、接触していなくてもよい。接触していない場合、吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃの第一縁部２００ｄと導電層１３０ａとの間は、接着層などの絶縁層で構成されていることが望ましい。これによって、吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃから導電層１３０ａまでの間で沿面放電を確実に生じさせることができる。導電層１３０ａは吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃを跨いて、素子形成層１１０の内側部１１０ｃと外側部１１０ｄとに渡って設けられている。すなわち、導電層１３０ａの内周部は素子形成層１１０と吐出口形成部材２００の間に位置しており、外周部は吐出口形成部材２００の外部で、吐出口形成部材２００の全周に沿って露出している。導電層１３０ａの内周部は省略することができる。導電層１３０ａは、吐出口形成部材２００の全周に沿って連続的に設けられているが、吐出口形成部材２００の全周に沿って、部分的、間欠的または断続的に設けられてもよい。

第１の実施形態のウエハから導電層１３０ａを省略した比較例１のウエハを作成した。比較例１のウエハを洗浄工程まで行ったところ、洗浄工程後にウエハ全体で３０箇所のＥＳＤ破壊が発生した。ＥＳＤ破壊は発熱抵抗素子１１１の電極部１５０ａ，１５０ｂと溝２１０の近傍で確認された。溝２１０の近傍では、電極部１５０ａ，１５０ｂに接続される配線層でＥＳＤ破壊が発生しており、特に配線の端部にＥＳＤ破壊が集中していた。配線層の低抵抗化のため配線層の膜厚を大きくしていること、それに伴い保護膜１３１ｃの絶縁性が低下していることにより、配線の側面でＥＳＤ破壊が発生しやすくなっていると考えられる。
一方、発熱抵抗素子１１１の電極部１５０ａ，１５０ｂにおけるＥＳＤ破壊のメカニズムは以下の通りであると考えられる。図９は比較例１の発熱抵抗素子１１１の近傍を拡大して示す平面図である。図１０は図９におけるＹ−Ｙ線に沿った断面図である。図９におけるＷ部（発熱抵抗素子１１１と共通発熱抵抗素子電極１５０ａの境界部）において、耐キャビテーション層１３０と共通発熱抵抗素子電極１５０ａとの間の保護膜１３１でＥＳＤ破壊が多く発生した。この現象は吐出口形成部材２００の表面に生じた沿面放電が原因である。沿面放電とは放電源と放電先との間に絶縁体が存在する系において絶縁体の表面に沿って放電が生じる現象をいう。吐出口形成部材２００の表面は、絶縁材料であるエポキシ系樹脂材料から形成されている。そのため、図１０で示すように、ＥＳＤによる電流は吐出口２０１、天井部材２００ａの裏面、側面部材２００ｂの内壁を介して導電体である耐キャビテーション層１３０に流れ込む。その後、耐キャビテーション層１３０と共通発熱抵抗素子電極１５０ａとの間の保護膜１３１のうち、絶縁性が劣る、もしくは欠陥のある箇所でＥＳＤ破壊が生じる（Ｄ部参照）。共通発熱抵抗素子電極１５０ａ側でＥＳＤ破壊が多く発生した理由は、共通発熱抵抗素子電極１５０ａは共通発熱抵抗素子配線（不図示）と接続されているため、個別発熱抵抗素子電極１５０ｂと比べて電気容量が大きいためである。

これに対し、第１の実施形態では、洗浄工程後のＥＳＤ破壊の発生箇所数は、比較例１に対し５箇所まで減少した。これは、図８に示すように、ＥＳＤによる電流が沿面放電によって吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃに誘導され、吐出口形成部材２００の外部で露出された導電層１３０ａに流れ込むためである。導電層１３０ａはパッド１６０ａを介して基板１００の内部に接地されているため、発熱抵抗素子１１１を覆う耐キャビテーション層１３０や溝２１０の底部にある耐キャビテーション層１３０ｃと異なり、十分な容量を持っている。
複数の発熱抵抗素子１１１のうち、パッド１６０ａに近い発熱抵抗素子１１１で、ＥＳＤ破壊の発生率が低下した。これは、ＥＳＤによる電流の一部が橋掛け部２１０ａを伝わって、吐出口形成面２０６上を溝２１０の外方へ流れたためと考えられる。

以上のことから、溝２１０より外側で発生したＥＳＤが、溝２１０または吐出口２０１よりも導電層１３０ａに誘導され易くなり、発熱抵抗素子１１１の近傍だけでなく、溝２１０の近傍でのＥＳＤ破壊が生じにくくなっていると考えられる。本実施形態では、素子形成層１１０の外側部１１０ｄに導電層１３０ａを配置しているため、ＥＳＤによる電流を吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃに効率よく誘導できる。このため、電極１５０ａ，１５０ｂやそれに接続された配線層を厚くして保護膜１３１の絶縁性が低下しても、ＥＳＤ破壊が生じる可能性が低下する。また、本発明はＥＳＤによる電流を吐出口形成部材２００の外部に誘導することを特徴とするので、素子基板領域１００ａ内部の配線レイアウトや吐出口形成部材２００を変更することなく、ＥＳＤ破壊の発生を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態を示す図６のＣ部拡大図である。図１２は、図１１のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。第２の実施形態では、素子形成層１１０と吐出口形成部材２００との密着性を向上させるため、Ｔａで形成された導電層１３０ａの上に、ＳｉＯからなる厚さ１００ｎｍの密着性向上層１４０が配置されている。密着性向上層１４０は吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃの第一縁部２００ｄを跨いで設けられている。密着性向上層１４０は開口部１４０ｂを有しており、この開口部１４０ｂも吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃの第一縁部２００ｄを跨いで設けられている。すなわち、開口部１４０ｂは、吐出口形成部材２００の外部で導電層１３０ａを部分的に露出させている。本実施形態では、一辺１０μｍの正方形の開口１４０ｂが２０μｍ間隔で設けられている。その他の点は第１の実施形態と同様である。密着性向上層１４０を吐出口形成部材２００と素子基板１の間だけに配置し、吐出口形成部材２００の外側で導電層１３０ａを完全に露出させてもよい。開口１４０ｂはスリット状であってもよい。

第２の実施形態のウエハを洗浄工程まで行い、ＥＳＤ破壊の発生状況を評価したところ、ウエハ全体でのＥＳＤ破壊の発生箇所数が１０箇所まで減少した。これは密着性向上層１４０に導電層１３０ａを露出させる開口１４０ｂを設けることで、図１２に示すように、吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃを伝わる沿面放電が生じ、ＥＳＤによる電流が導電層１３０ａに誘導されたためである。本実施形態によれば、素子形成層１１０と吐出口形成部材２００との密着性を確保しつつ、第１の実施形態と同様にＥＳＤ破壊の発生を抑制することが可能となる。

（第３の実施形態）
図１３は本発明の第３の実施形態を示す図６のＣ部拡大図である。本実施形態では、吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃは全面に渡って鋸歯形状で形成されている。外側側面２００ｃは、吐出口形成面２０６側の第二縁部２００ｅから第一縁部２００ｄまで延びる峰部２０７ａを有している。峰部２０７ａの第一縁部２００ｄ側の端部が導電層１３０ａと対向している。峰部２０７の高さｈは１０μｍ、峰部２０７ａの角度θは９０°である。第２の実施形態と同様、導電層１３０ａを露出させる１０μｍ四方の開口１４０ｂを備えた密着性向上層１４０が設けられ、開口１４０ｂは峰部２０７ａの第一縁部２００ｄ側の端部と対向して位置している。図示は省略するが、開口１４０ｂは外側側面２００ｃの谷部２０７ｂの第一縁部２００ｄ側の端部と対向して位置していてもよい。

第３の実施形態のウエハを洗浄工程まで行い、ＥＳＤ破壊の発生状況を評価したところ、ＥＳＤ破壊の発生箇所数が５箇所まで減少した。これは、ＥＳＤによる電流が沿面放電で吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃを伝搬する際に、電流が峰部２０７ａに集中し、さらに導電層１３０ａに誘導され易くなったためであると推定される。本実施形態においても、素子形成層１１０と吐出口形成部材２００との密着性を確保しつつ、ＥＳＤ破壊の発生を抑制することが可能となる。

（第４の実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施形態を示す図６と同様の図である。本実施形態では、両側に発熱抵抗素子１１１が配列されたインク供給路１０１が一つの素子基板領域１００ａ当たり３つ配置されている。従って、第１の実施形態と比べて、パッド１６０の配列方向Ｘにおける素子基板領域１００ａの長さが約３倍に拡大している。これに伴い３つの溝２１０が設けられており、それぞれの溝２１０は互いに異なる吐出口２０１（吐出口列２０５）を取り囲んでいる。直径２００ｍｍのウエハには９０個の素子基板１が形成される。吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃは、吐出口形成面２０６側の第二縁部２００ｅの、溝間領域２１０ｂ（互いに隣接する２つの溝２１０の間の領域）と対向する位置から第一縁部２００ｄまで延びる凹部（溝部）２０８を有している。すなわち、吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃは、溝間領域２１０ｂと対向する位置で、基板１００の中央部に寄せられている。凹部２０８の幅と奥行きはそれぞれ１００μｍである。

第４の実施形態から凹部２０８を省略した変形例１のウエハ（図１５参照）を作成した。変形例１のウエハを洗浄工程まで行ったところ、洗浄工程後にウエハ全体で２０箇所のＥＳＤ破壊が発生した。特に、中央のインク供給路１０１やＶ部で示す溝間領域２１０ｂに隣接した溝２１０でＥＳＤ破壊の発生箇所が増加した。
第４の実施形態と変形例１では、吐出口形成部材２００の中央部から導電層１３０ａが設けられている吐出口形成部材２００の縁部までの距離が大きい。このため、変形例１では、吐出口形成部材２００の中央部や溝間領域２１０ｂで発生したＥＳＤによる電流が、吐出口２０１や溝２１０に誘導されやすくなっている。

これに対し、本実施形態では、ＥＳＤ破壊の発生箇所が１０箇所にまで減少しており、特に凹部２０８の近傍のＶ部で、ＥＳＤ破壊の発生個所が減少した。これは、図１４に示すように、溝間領域２１０ｂから導電層１３０ａまでの距離が近づくように凹部２０８を設けたことで、凹部２０８の近傍、特に導電層１３０ａに近い箇所で発生したＥＳＤによる電流が凹部２０８に誘導されたためと推定される。
なお、凹部２０８を設けていない変形例１のような構成であっても、第一縁部２００ｄと素子形成層１１０との間に導電層１３０ａを設けていればＥＳＤ破壊の発生を抑えることができるので必ずしも凹部２０８を設けなくてもよい。

図１４に示すように、吐出口形成部材２００に面取り部２０９を形成してもよい。面取り部２０９は、互いに隣接する２つの外側側面２００ｃの境界部を、第二縁部２００ｄから第一縁部２００ｅまで延びている。吐出口形成部材２００の角部を面取りしない場合、溝２１０と吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃの距離が大きい。これに対し、面取り部２０９を設けることでこの距離を縮小し、ＥＳＤによる電流を吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃに誘導することができる。

以上述べた各実施形態において、素子基板領域１００ａ（または素子基板１）の形状は長方形に限定されず、平行四辺形、三角形、その他の多角形でもよい。第１の蓄熱層１２２及び第２の蓄熱層１３２に平坦化処理を行ってもよい。これらの液体吐出ヘッドでも同様の効果が得られる。

本発明は特に長尺化された液体吐出ヘッドに好適に適用できる。長尺化された液体吐出ヘッドにおいては、発熱抵抗素子１１１の電極１５０ａ，１５０ｂの抵抗が増大しやすい。液体吐出ヘッドの基板サイズへの影響を避けつつ、電極１５０ａ，１５０ｂの抵抗を抑えるためには、電極１５０ａ，１５０ｂの膜厚を増加することが考えられる。その場合、電極１５０ａ，１５０ｂを覆う保護膜１３１の被覆性が低下し、ＥＳＤ破壊が生じやすくなる。本発明によれば、吐出口形成部材２００で発生したＥＳＤを、吐出口形成部材２００の外側側面２００ｃに沿って沿面放電によって導電層１３０ａに伝達することができる。そのため、長尺化に伴い、電極１５０ａ，１５０ｂが１０００ｎｍ以上に厚膜化された液体吐出ヘッドにおいてもＥＳＤ破壊を抑えることができる。

１ 素子基板
１００ 基板
１１０ 素子形成層
１３０ａ 導電層
２００ 吐出口形成部材
２００ｃ 外側側面

Claims (14)

1. 基板と、前記基板の上に設けられ、液体に吐出のためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子を備えた素子形成層と、前記素子形成層の上に設けられ、液体が吐出する吐出口が形成された吐出口形成面を備えた絶縁体からなる吐出口形成部材と、を有し、
   前記吐出口形成部材は前記吐出口形成面と前記素子形成層との間に位置する外側側面を有し、前記外側側面は前記素子形成層と対向する第一縁部を有し、
   前記外側側面の前記第一縁部と前記素子形成層との間に位置し、前記基板と電気的に接続された導電層をさらに有する、液体吐出ヘッドの素子基板。
2. 前記素子形成層は前記吐出口形成部材が設けられた第一面を有し、前記第一面は、前記素子形成層と前記吐出口形成部材との間に位置する内側部と、前記内側部の外方に位置する外側部と、を有し、
   前記素子形成層の前記外側部に設けられ、前記基板と電気的に接続された導電性のパッドと、
   前記素子形成層の前記外側部に設けられ、前記導電層を前記パッドに電気的に接続する電気接続層と、を有する、請求項１に記載の素子基板。
3. 前記導電層は、前記吐出口形成部材の全周に沿って連続的に設けられている、請求項１または２に記載の素子基板。
4. 前記吐出口形成面は前記吐出口を取り囲む溝を有している、請求項１から３のいずれか１項に記載の素子基板。
5. 前記溝を幅方向に横断する橋掛け部を有している、請求項４に記載の素子基板。
6. 互いに異なる吐出口を取り囲む複数の前記溝を有し、
   前記吐出口形成面は、互いに隣接する２つの前記溝の間の領域である溝間領域を有し、前記外側側面は、前記吐出口形成面との境界をなす第二縁部と、前記第二縁部の前記溝間領域と対向する位置から前記第一縁部まで延びる凹部と、を有している、請求項４または５に記載の素子基板。
7. 前記素子形成層は、前記エネルギー発生素子を覆い前記吐出口形成部材の外部まで延びる絶縁性の保護膜と、前記保護膜の一部を覆う耐キャビテーション層と、を有し、前記導電層は前記吐出口形成部材の外部で前記保護膜と接している、請求項１から６のいずれか１項に記載の素子基板。
8. 前記導電層は前記耐キャビテーション層と同一の材料で形成されている、請求項７に記載の素子基板。
9. 前記外側側面は、前記吐出口形成面との境界をなす第二縁部から前記第一縁部まで延びる峰部を有し、前記峰部の前記第一縁部側の端部が前記導電層と対向している、請求項１から８のいずれか１項に記載の素子基板。
10. 前記導電層は前記外側側面の前記第一縁部を跨いで設けられており、
    前記導電層の上に前記外側側面の前記第一縁部を跨いで設けられ、前記素子形成層と前記吐出口形成部材との密着性を向上させる密着性向上層を有し、前記密着性向上層は前記吐出口形成部材の外部で前記導電層を露出させる開口を有している、請求項１から９のいずれか１項に記載の素子基板。
11. 前記導電層は前記外側側面の前記第一縁部を跨いで設けられ、前記吐出口形成部材の外部で、前記吐出口形成部材の全周に沿って露出している、請求項１から９のいずれか１項に記載の素子基板。
12. 前記外側側面は、前記吐出口形成面との境界をなす第二縁部から前記第一縁部まで延びる峰部を有し、
    前記導電層の上に前記外側側面の前記第一縁部を跨いで設けられ、前記素子形成層と前記吐出口形成部材との密着性を向上させる密着性向上層を有し、前記密着性向上層は、前記峰部の前記第一縁部側の端部と対向する位置に、前記導電層を露出させる開口を有している、請求項１から９のいずれか１項に記載の素子基板。
13. 互いに隣接する２つの前記外側側面の境界部に、前記吐出口形成面との境界をなす第二縁部から前記第一縁部まで延びる面取り部を有している、請求項１から１２のいずれか１項に記載の素子基板。
14. 複数の素子基板が形成されたウエハであって、
    前記素子基板はそれぞれ
    基板と、前記基板の上に設けられ、液体に吐出のためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子を備えた素子形成層と、前記素子形成層の上に設けられ、液体が吐出する吐出口が形成された吐出口形成面を備えた絶縁体からなる吐出口形成部材と、を有し、
    前記吐出口形成部材は前記吐出口形成面と前記素子形成層との間に位置する外側側面を有し、前記外側側面は前記素子形成層と対向する第一縁部を有し、
    前記素子基板は、前記外側側面の前記第一縁部と前記素子形成層との間に位置し、前記基板と電気的に接続された導電層をさらに有する、ウエハ。

Images