JP2022078885A - 液体吐出ヘッド用基板、及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】流路形成部材と保護層の密着性、耐インク性といった中間層として求められる性能を満たしつつ、陽極酸化による中間層の溶解を抑制することで液体吐出ヘッド用基板、及び液体吐出ヘッドの長期信頼性を向上させる。【解決手段】吐出口と流路を有する流路形成部材と、液体の吐出のための発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う絶縁層と、表面が流路に露出する保護層と、流路形成部材と保護層との間に設けられた中間層が、以下の組成式（Ｉ）：Ｓｉｗ１Ｏｘ１Ｃｙ１（Ｉ）［３９≦ｗ１≦６２（ａｔ．％）であり、３２≦ｘ１≦５５（ａｔ．％）であり、６≦ｙ１≦２９（ａｔ．％）である。ただし、ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）である。］で表される材料を含む液体吐出ヘッド用基板。【選択図】 図２

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド用基板、及び液体吐出ヘッドに関する。

液体吐出ヘッドとして代表的なインクジェットヘッドを用いた記録方式の一つに、発熱素子によってインクを加熱して発泡させ、この気泡を利用してインクを吐出する方式がある。

上記の吐出方式を適用した液体吐出ヘッドの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される液体吐出ヘッドは、
吐出口と流路を有する樹脂層を含む流路形成部材と、
液体の吐出のための発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う部分を備え、該部分の表面が流路に露出する保護層と、を有する基板と、
前記樹脂層と前記保護層との間に設けられ、炭窒化シリコン材料を含む中間層と、
を有している。
基板には、発熱抵抗素子を駆動するための配線が設けられている。発熱抵抗素子及び配線は発熱抵抗素子を駆動可能なように、これらを被覆する絶縁層により絶縁されている。

特開２０１７－４３０９８号公報

特許文献１では、液体吐出ヘッドに、炭窒化シリコン材料を流路形成部材に含まれる樹脂層と保護層との間の中間層に適用している。このような液体吐出ヘッドにおいては、偶発的に保護層に電圧が印加された状態で使用すると、中間層に適用された炭窒化シリコンには絶縁性がないため、陽極酸化されてインク中に溶解することがある。中間層が溶解すると、ノズルが剥がれ、正常吐出ができなくなる恐れがある。さらに、中間層が溶解したインクが液体吐出ヘッドの内部に侵入し絶縁層を溶解することにより配線の腐食に至る恐れがあるため、液体吐出ヘッド全体の不具合に繋がる恐れもある。このように、中間層の溶解によって液体吐出ヘッドの信頼性が低下するため、信頼性の低下を抑えることが課題となる。
そこで、本発明は、流路形成部材及び保護層への密着性、耐インク性といった中間層として求められる性能を満たし、陽極酸化による中間層の溶解が抑制された、長期信頼性を有する液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、吐出口と流路を有する流路形成部材と、液体の吐出のための発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、表面が前記流路に露出する保護層と、前記流路形成部材と前記保護層との間に設けられた中間層とを有し、前記中間層が以下の組成式（Ｉ）：
Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１ （Ｉ）
［上記式（Ｉ）において、３９≦ｗ１≦６２（ａｔ．％）であり、３２≦ｘ１≦５５（ａｔ．％）であり、６≦ｙ１≦２９（ａｔ．％）である。ただし、ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）である。］
で表される材料を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板が提供される。
また、本発明の別の態様によれば、前記中間層が以下の組成式（ＩＩＩ）：
Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）
［上記式（ＩＩＩ）において、３７≦ｗ３≦６０（ａｔ．％）であり、３０≦ｘ３≦５３（ａｔ．％）であり、６≦ｙ３≦２９（ａｔ．％）であり、４≦ｚ３≦９（ａｔ．％）である。ただし、ｗ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１００（ａｔ％）である。］で表される材料を含む液体吐出ヘッド用基板が提供される。

本発明の他の態様によれば、上記の液体吐出ヘッド用基板を備えた液体吐出ヘッドが提供される。

本発明によれば、流路形成部材と保護層の密着性、耐インク性といった中間層として求められる性能を満たし、陽極酸化による中間層の溶解が抑制された長期信頼性を有する液体吐出ヘッド用基板、及び液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の一例を示す斜視図である。 図１に示す液体吐出ヘッド用基板のＡ－Ａ’の断面図である。 中間層に電圧が印加された場合に流れる電流を示すグラフである。 中間層の成膜に使用した成膜装置を模式的に示す断面図である。

液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの情報出力装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなどの種々の被記録媒体に記録を行うことができる。

本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。
また本明細書内で用いられる「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録動作に用いるインクのみならず、次の液体も含むものとする。すなわち「液体」は、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体も含む。ここで、インクまたは被記録媒体の処理とは、例えば、被記録媒体に付与されるインクの中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上のための処理のことを言う。さらに、本発明の液体吐出ヘッドに用いられる「液体」は、一般的に電解質を多く含むものであり、導電性を有している。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を図１及び図２（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図１は液体吐出ヘッド用基板の斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）は図１の液体吐出ヘッド用基板のＡ－Ａ’断面図である。ここでは、吐出口の列方向（長手方向）を第１の方向（Ｆ）、ヘッド用基板の幅方向を第２の方向（Ｓ）、基板の厚み方向を第３の方向（Ｔ）として表示している。
図１には、液体吐出ヘッド用基板の主要部を一部破断して示しており、素子基板１には、発熱抵抗素子６と液体供給口７が設けられており、素子基板１上に吐出口９を形成した流路形成部材８が設けられている。また、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、素子基板１はＳｉにより形成される基材（不図示）を有し、ロジック回路（不図示）が形成される多層配線層（不図示）を有している。多層配線層の上層の電気絶縁層（蓄熱層）２０３上には、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子６を構成する発熱抵抗体層２０４及び発熱抵抗素子を駆動するための電極配線２０７を有する。液体供給口７から供給された液体は、流路２１２から発泡室２０５に至り、発熱抵抗素子６で熱エネルギーが印加されて発泡し、この発泡によるエネルギーによって吐出口２０９から吐出される。発熱抵抗体層２０４及び電極配線２０７を覆って絶縁層２０２が形成され、この絶縁層２０２の上には、耐キャビテーション用の保護層２０１、吐出口２０９と流路２１２（発泡室２０５を含む）を有する流路形成部材２００が設けられている。保護層２０１の表面は流路に露出している。
また流路形成部材２００と保護層２０１との間には、後述する特定の炭酸化シリコン材料を含む中間層２１０が設けられている。
絶縁層２０２は、通常ＳｉＮからなり、膜厚（Ｔ方向寸法）は１５０～３００ｎｍ程度である。絶縁層２０２はＳｉＯまたはＳｉＣで形成してもよい。絶縁層２０２は保護層２０１で覆われている。保護層２０１は導電性を有する材料で形成される。保護層２０１は通常Ｔａからなり、膜厚は２００～３００ｎｍ程度である。保護層２０１はＩｒやＩｒとＴａの積層膜で形成してもよい。また、同図では流路形成部材２００と中間層２１０の間に、有機中間層２１１を形成している場合を示しているが、省略してもよい。

中間層２１０は、以下の組成式（Ｉ）：
Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）
［上記式（Ｉ）において３９≦ｗ１≦６２（ａｔ．％）であり、３２≦ｘ１≦５５（ａｔ．％）であり、６≦ｙ１≦２９（ａｔ．％）である。ただし、ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）である。］
で表される材料を含む層で形成される。
液体吐出ヘッドを長期間使用していると、偶発的に発熱抵抗素子６と保護層２０１との間の絶縁層２０２に不具合が生じ、発熱抵抗素子６と保護層２０１とが導通する場合がある。これにより、発熱抵抗素子６に印加された電圧が保護層２０１にも印加された状態となる場合がある。しかし、液体吐出ヘッドの保護層２０１に偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合であっても、上記の中間層２１０を絶縁性の高い組成式（Ｉ）で表される材料を含む層で形成することで、陽極酸化による中間層２１０のインク溶解を抑制することができる。このため、長期の信頼性を有する液体吐出ヘッドを提供することができる。

陽極酸化メカニズムについて図３を用いて説明する。図３は偶発的に保護層２０１に電圧が印加された際、電極（不図示）に流れる電流を示している。中間層２１０がＳｉＣＮのような炭窒化シリコン材料の場合、図３に示すように、電圧が高くなると電流が流れるため、絶縁性が低いことがわかる。つまり、絶縁性が十分ではないため、偶発的に保護層２０１に電圧が印加された際、陽極酸化を起こすことがある。一方、中間層２１０が前記組成式（Ｉ）のＳｉ_ｗＯ_ｘＣ_ｙの材料を含む場合、図３に示すように、この膜に、３５Ｖまで電圧を印加しても、電流は流れないため、絶縁性が高いことがわかる。このように中間層を構成する材料の組成にＯが含まれることで、絶縁性が高くなることがわかる。つまり、絶縁性が高いため、偶発的に保護層２０１に電圧が印加されても、陽極酸化が抑制されることが分かる。

さらに中間層２１０のインク耐性を高めるために、図２（ｂ）に示されるように、組成式（Ｉ）の層を覆うようにインク耐性のある層を設け、中間層２１０を中間層下層２１０ｂと中間層上層２１０ａの二層構成にすることが好ましい。
具体的には、中間層下層２１０ｂは、前記組成式（Ｉ）で表される材料を含む膜で形成され、
中間層上層２１０ａは、
以下の組成式（ＩＩ）：
Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）
［上記式（ＩＩ）において、３０≦ｗ２≦５９（ａｔ．％）であり、ｙ２≧５（ａｔ．％）であり、ｚ２≧１５（ａｔ．％）である。ただし、ｗ２＋ｙ２＋ｚ２＝１００（ａｔ％）である。］
で表される材料を含む膜で形成されることが好ましい。この組成式（ＩＩ）は、特許文献１に開示される組成式（Ｉ）と同等であり、当該組成範囲の技術的意義は、特許文献１から理解される。
このような構成により、前述の組成式（Ｉ）の絶縁性材料による、陽極酸化による中間層２１０のインク溶解の抑制効果に加えて、さらに組成式（ＩＩ）の膜により耐インク性を高めることができるため、液体吐出ヘッドの長期信頼性をより高めることができる。

また、液体吐出ヘッドを省エネルギーで駆動させるために、絶縁層２０２を薄くすることもできる。このような場合、パッシベーション耐性が不足し、水分やイオンが透過しやすくなり、電極配線２０７の腐食が発生することが懸念される。このため、中間層２１０にもパッシベーション耐性を持たせることが好ましい。
例えば、中間層２１０を、
以下の組成式（ＩＩＩ）：
Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）
［上記式（ＩＩＩ）において、３７≦ｗ３≦６０（ａｔ．％）であり、３０≦ｘ３≦５３（ａｔ．％）であり、６≦ｙ３≦２９（ａｔ．％）であり、４≦ｚ３≦９（ａｔ．％）である。ただし、ｗ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１００（ａｔ％）である。］
で表される材料を含む膜で形成することができる。
このような構成により、前述の陽極酸化による中間層２１０のインク溶解の抑制効果に加えて省エネ駆動ができるため、省エネ駆動する液体吐出ヘッドの長期信頼性を高めることができる。

中間層２１０において、組成式（Ｉ）で表される材料を含む膜の膜厚は絶縁性を担保するため１００ｎｍ以上であることが好ましい。また組成式（ＩＩ）で表される材料を含む膜の膜厚は耐インク性を担保するため５０ｎｍ以上であることが好ましい。さらに、組成式（ＩＩＩ）で表される材料を含む層の膜厚は、絶縁性およびパッシベーション耐性を担保するため１００ｎｍ以上であることが好ましい。ただし、保護層２０１を流路に露出させる際に、中間層２１０を開口するエッチングが行われる。このため、中間層２１０と保護層２０１との選択比の観点から、中間層２１０膜厚は３００ｎｍ以下であることが好ましい。

中間層２１０を構成する上記Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜はプラズマＣＶＤ法を用いて成膜することができる。
図４はＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の成膜に使用したプラズマＣＶＤ装置の成膜室を模式的に示す断面図である。
図４を用いて、Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の成膜方法の概略を以下に説明する。

まず、プラズマ放電の際の上部電極として機能するシャワーヘッド３０３と、下部電極として機能するサンプルステージ３０２の間の距離（ＧＡＰ）を、サンプルステージ３０２の高さを調整することで決定する。また、サンプルステージ３０２の温度をヒータ３０４によって加熱することで調整する。

次に、シャワーヘッド３０３を介して使用する各種ガスを成膜室３１０に流入する。その際、各種ガスは各々に対応する配管３００にそれぞれ取り付けられたマスフローコントローラー３０１によって流量が制御される。その後、使用するガスの導入バルブ３０７ａを開放することでガスは配管内で混合され、シャワーヘッド３０３に向けて供給される。続いて、真空ポンプ（不図示）に繋がる排気口３０５に取り付けられた排気バルブ３０７ｂを調整し、排気量を制御することで成膜室３１０内の圧力を一定に保つ。その後、２周波のＲＦ電源３０８ａおよび３０８ｂによってシャワーヘッド３０３とサンプルステージ３０２との間にプラズマを放電する。そのプラズマ中で解離した原子がウエハ３０６上に堆積されていくことで成膜が行われる。

本発明に係るＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜は、ＳｉＨ_４ガス流量、Ｏ_２ガス流量、ＣＨ_４ガス流量、ＨＲＦ電力、ＬＲＦ電力、圧力、温度の成膜条件を適宜調整することで、組成比の異なるＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）を得ることができる。なお、各プロセスガスの流量比を変化させても、ｗ１≦３８のＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）を作製することはできなかった。基板の膜構成やレイアウトにより、応力抑制が必要な場合は成膜温度を高くすることで調整することができる。

本発明に係るＳｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）膜は、ＳｉＨ_４ガス流量、ＮＨ_３ガス流量、Ｎ_２ガス流量、ＣＨ_４ガス流量、ＨＲＦ電力、ＬＲＦ電力、圧力、温度の成膜条件を適宜調整することで、組成比の異なるＳｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）を得ることができる。

本発明に係るＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜を得るために、ＳｉＨ_４ガス流量、Ｎ_２Ｏガス流量、ＣＨ_４ガス流量、ＨＲＦ電力、ＬＲＦ電力、圧力、及び温度の成膜条件を、条件を適宜調整する。これにより、組成比の異なるＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）を得ることができる。なお、各プロセスガスの流量比を変化させても、ｗ３≦３６のＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜および、ｚ３≧１０のＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜を作製することはできなかった。

なお、本明細書ではＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）は各元素の含有割合を原子百分率（ａｔ．％）で示している。また、上述したＣＶＤ法の原料ガス由来の水素が含有されるが、水素含有量は考慮していない。ただし、上述の原料ガスを用いて成膜された膜には、一般的に１５～３０（ａｔ．％）程度の水素が含まれており、その範囲を大きく逸脱するものでなければ水素が含まれても差し支えない。以下に、Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）の性能を判断するための実施例を示す。また、以下の実施例では、ＳｉＯ膜を参考水準として併せて同様の実験を行った。

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実験例１）
実施形態におけるＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜のインクに対する耐浸食性を確認するために以下の実験を行った。まず、Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）の膜を別々のシリコン基板上に成膜した。その後、前記基板を２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさとなるように割断した。その個片を、６０℃に加熱した３０ｍｌのｐＨ９程度の顔料インクの中に浸漬し７２時間放置した際の溶解量を調べた。その際、基板の端面及び裏面に露出しているＳｉが溶解することによる影響を無くすために、基板の裏面及び側面をインクに不溶な樹脂で保護した。なお、本実験例による膜厚の測定は分光エリプソメータを用いて行った。この実験における、膜厚の変動を調べることでＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜のインクに対する耐浸食性を確認した。結果を表１、２に示す。この実験における判断基準は以下の通りとした。
Ａ：溶解量が１ｎｍ未満である。
Ｂ：溶解量が１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である。
Ｃ：溶解量が１０ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。
Ｄ：溶解量が３０ｎｍ以上である。
この際の判断結果として用いた、Ａは非常に効果が得られるもの、Ｂは効果が得られるもの、Ｃは効果が少ないもの、Ｄはほとんど効果のないものとした。この判断は以下の実験例の結果も同様である。なお、Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜の各サンプルａ～ｋの溶解量は、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）の各サンプルＡ～Ｋの溶解量とほぼ同じ傾向であったため、判定結果のみを表１に示す。
表１に示した結果から、インクに対する耐浸食性を満足するＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）の組成範囲は、６≦ｙ１（ａｔ．％）を満足する組成領域であることがわかる。表２に示した結果から、インクに対する耐浸食性を満足するＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）の組成範囲は、６≦ｙ３（ａｔ．％）を満足する組成領域であることがわかる。特に、顔料インクを用いるときにこの組成領域の範囲内のＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）を用いることが有効である。また、ｐＨ５～１１程度の顔料インク及び染料インクであっても上述の結果と同等の結果が得られた。

（実験例２）
実施形態におけるＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の電気絶縁性を確認するために以下の実験を行った。まず、膜厚１μｍのシリコン熱酸化膜が形成されたシリコン基板上に、第一の電極として用いるために、アルミニウムを主材料とする金属層を２００ｎｍの厚さで形成し、２．５ｍｍ×２．５ｍｍの大きさとなるように加工する。その後Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）またはＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）の膜を３００ｎｍの厚さで成膜した。さらにその上層に第二の電極として用いるためにアルミニウムを主材料とする膜を、２ｍｍ×２ｍｍの大きさに加工し、第一の電極の直上からはみ出ないように２００ｎｍの厚さで形成する。その後第一の電極との電気的な接触を取るためのスルーホールをＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜に開口した。このようなサンプルを用いて、第一の電極と第二の電極との間に３２Ｖの電圧を加えた際の電流量を測定した。この実験における、電流量を測定することでＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の電気絶縁性を確認した。結果を表３、４に示す。この実験における判断基準は以下の通りとした。
Ａ：電流量が、０．１ｎＡ未満である。
Ｂ：電流量が０．１ｎＡ以上１０ｎＡ未満である。
Ｃ：電流量が１０ｎＡ以上１００ｎＡ未満である。
Ｄ：電流量が１００ｎＡ以上である。
なお、Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜の各サンプルａ～ｋの電流値は、Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１Ｎ_ｚ１（ＩＩＩ）膜の各サンプルＡ～Ｋの電流値とほぼ同じ傾向であったため、判定結果のみを表３に示す。
表３に示した結果から、電気絶縁性を満足するＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜の組成範囲は、３２≦ｘ１（ａｔ．％）を満足する組成領域であることがわかる。表４に示した結果から、電気絶縁性を満足するＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）の組成範囲は、３０≦ｘ３（ａｔ．％）を満足する組成領域であることがわかる。

（実験例３）
応力調整方法のひとつとして、成膜温度がある。ＳｉＯＣは成膜温度を高くすることで、応力を抑制することができる。ＳｉＯＣＮは窒素を有することで応力を抑制するため、ＳｉＯＣよりも低い成膜温度で成膜可能できる。
本発明におけるＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の応力を測定するために以下の実験を行った。シリコン基板上にＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜を成膜し、応力測定器で応力を測定した。結果を表５に示す。なお、応力の値は０以上であれば引張応力、０未満であれば圧縮応力を表す。この実験における判断基準は以下の通りである。
Ａ：応力の絶対値が１５０ＭＰａ未満である。
Ｂ：応力の絶対値が１５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ未満である。
Ｃ：応力の絶対値が４００ＭＰａ以上５００ＭＰａ未満である。
Ｄ：応力の絶対値が５００ＭＰａ以上である。表５に示した結果から、低応力を満足するＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の組成範囲は、４≦ｚ３（ａｔ．％）を満足する組成領域であることがわかる。

以上の実験例１から実験例３の実験結果を表６、７にまとめる。表６はＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）、表７はＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）の実験結果である。総合的な判断は、各実験の結果の中で最も評価が低いものの判断を用いた。液体吐出ヘッドの中間層２１０としては、以上の実験例１から３に挙げた性能に優れることが求められる。
Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜の組成範囲を以下の様に定める。ｗ１≦３８のＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜を作製することはできなかった。表６からＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜の組成は、ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）として、３２≦ｘ１（ａｔ．％）であり、６≦ｙ１（ａｔ．％）である。以上のことから、各性能を満足するようＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜の組成は、ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）として、３９≦ｗ１（ａｔ．％），３２≦ｘ１（ａｔ．％）であり、６≦ｙ１（ａｔ．％）となる。ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）であることから、ｗ１、ｘ１、ｙ１の上限はそれぞれｗ１≦６２（ａｔ．％）であり、ｘ１≦５５（ａｔ％）であり、ｙ１≦２９（ａｔ％）となる。したがって，求められる性能を発揮可能なＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）膜の組成は、ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）として、３９≦ｗ１≦６２（ａｔ．％）であり、３２≦ｘ１≦５５（ａｔ．％）であり、６≦ｙ１≦２９（ａｔ．％）となる。
また、総合的な判断がＡ、Ｂとなる水準はｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈの各水準であった。これより、Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）において、３９≦ｗ１≦４３（ａｔ．％）であり、３５≦ｘ１≦４４（ａｔ．％）であり、１３≦ｙ１≦２４（ａｔ．％）の関係式を満たすことがより好ましい。

Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の組成範囲を以下の様に定める。ｗ３≦３６、ｚ３≧１０のＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３膜を作製することはできなかった。表７からＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）膜の組成は、ｗ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１００（ａｔ％）として、３０≦ｘ３（ａｔ．％）であり、６≦ｙ３（ａｔ．％）であり、４≦ｚ３（ａｔ．％）である。以上のことから、各性能を満足するようＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３膜の組成は、ｗ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１００（ａｔ％）として、３７≦ｗ３（ａｔ．％）であり、３０≦ｘ３（ａｔ．％）であり、６≦ｙ３（ａｔ．％）であり、４≦ｚ３≦９（ａｔ．％）となる。ｗ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１００（ａｔ％）であることから、ｗ３、ｘ３、ｙ３の上限はそれぞれｗ３≦６０（ａｔ．％）であり、ｘ３≦５３（ａｔ％）であり、ｙ３≦２９（ａｔ％）となる。したがって、求められる性能を発揮可能なＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３膜の組成は以下の通りとなる。すなわち、ｗ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１００（ａｔ％）として、３７≦ｗ３≦６０（ａｔ．％）であり、３０≦ｘ３≦５３（ａｔ．％）であり、６≦ｙ３≦２９（ａｔ．％）であり、４≦ｚ３≦９（ａｔ．％）となる。
また、総合的な判断がＢ以上となる水準はＤ、Ｆ、Ｇ、Ｈの各水準であった。これより、Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３において、３７≦ｗ３≦３９（ａｔ．％）であり、３３≦ｘ３≦４１（ａｔ．％）であり、１２≦ｙ３≦２２（ａｔ．％）であり、７≦ｚ３≦８（ａｔ．％）の関係式を満たすことがより好ましい。

（実施例１）
本実施形態において作製した各種液体吐出ヘッドを使用して実際に液体の吐出を行った。本実施例では、中間層２１０をＳｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１膜またはＳｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３膜の単層で形成した。結果を以下に示す。
表６に示したｂ～ｊの水準の材料で形成された中間層２１０は絶縁性を有している。このため、ｂ～ｊの水準の材料で形成された中間層２１０を有する液体吐出ヘッドは、偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合であっても、陽極酸化による中間層２１０のインク溶解を抑制することができ、長期信頼性を有するものとなった。特にｃ～ｈの水準の材料を中間層２１０に用いた場合、耐浸食性、絶縁性ともにＢ判定以上であるため、より信頼性の高い液体吐出ヘッドを形成することができた。
一方、ａ、ｌの水準の材料を中間層２１０に用いた液体吐出ヘッドは、長期間吐出を続けると、中間層２１０がインクに溶解し、吐出性能が低下する場合があった。中間層２１０の溶解によりノズルが剥がれ正常吐出ができなくなる場合があった。さらに、インクが侵入し絶縁層２０２を溶解することにより配線２０７の腐食に至るため液体吐出ヘッド全体の不具合が生じる場合もあった。また、ｋの水準の材料を中間層２１０に用いた液体吐出ヘッドは、通常時には不良が生じなかったが、偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合、中間層２１０の絶縁性が乏しいため、陽極酸化してインク中に溶解した。中間層２１０の溶解によりノズルが剥がれ正常吐出ができなくなる場合があった。さらに、インクが侵入し絶縁層２０２を溶解することにより配線２０７の腐食に至るため液体吐出ヘッド全体の不具合に繋がることがあった。
表７に示したＢ，Ｄ～Ｊの水準の材料で形成された中間層２１０は絶縁性を有している。このため、Ｂ，Ｄ～Ｊの水準の材料で形成された中間層２１０を有する液体吐出ヘッドについては、偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合であっても、陽極酸化による中間層２１０のインク溶解を抑制することができる。このため、長期信頼性を有する液体吐出ヘッドを形成することができた。特にＤ，Ｆ～Ｈの水準の材料を中間層に用いた場合、耐浸食性、絶縁性、応力ともにＢ判定以上であるため、より信頼性の高い液体吐出ヘッドを形成することができた。
一方、Ａ、Ｌの水準の材料を中間層２１０に用いた液体吐出ヘッドは、長期間吐出を続けると、中間層２１０がインクに溶解し、吐出性能が低下する場合があった。中間層２１０の溶解によりノズルが剥がれ正常吐出ができなくなる場合があった。さらに、インクが侵入し絶縁層２０２を溶解することにより配線２０７の腐食に至るため液体吐出ヘッド全体の不具合が生じる場合もあった。Ｃの水準の材料を中間層２１０に用いた液体吐出ヘッドは、不良は生じなかったが、基板の反りが大きく、ヘッドの作製工程の一部で搬送エラーや吸着エラーが生じた。また、Ｋの水準の材料を中間層２１０に用いた液体吐出ヘッドは、通常時には不良が生じなかったが、偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合、中間層２１０の絶縁性が乏しいため、陽極酸化してインク中に溶解した。中間層２１０の溶解によりノズルが剥がれ正常吐出ができなくなる場合があった。さらに、インクが侵入し絶縁層２０２を溶解することにより配線２０７の腐食に至るためヘッド全体の不具合が生じる場合もあった。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２を、図２（ａ）を用いて説明する。図２（ａ）に示すように、絶縁層２０２はＳｉＮまたはＳｉＯからなり、膜厚は３００ｎｍで形成した。絶縁層２０２は膜厚２００ｎｍのＴａ保護層２０１で被覆し、保護層２０１を発泡室２０５に面する領域に残るようにパターニングした。保護層２０１を覆って中間層２１０を、前記組成式（Ｉ）：Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１（Ｉ）で表される材料で１００ｎｍの膜厚にプラズマＣＶＤ法で成膜した。ここで、前記組成式（Ｉ）で表される材料からなる膜は、ｗ１、ｘ１、ｙ１をそれぞれ、ｗ１＝４２（ａｔ．％）、ｘ１＝４２（ａｔ．％）、ｙ１＝１６（ａｔ．％）として形成した。なお、中間層２１０の絶縁性の担保のためには、中間層２１０を１００ｎｍ以上の膜厚とすることが好ましい。その後、保護層２０１を露出させるため、発泡室に相当する部位の中間層２１０を除去した。更にポリエーテルアミド樹脂からなる有機中間層２１１を形成した。
流路２１２の側壁部及び天井部となる部分と、吐出口２０９を有する流路形成部材２００は、感光性樹脂材料の硬化物層として基板上に形成した。感光性樹脂材料は特に限定されず、記録ヘッドの流路形成部材用として利用されているものから選択して用いることができる。流路形成部材の樹脂層からなる部分には、更に、他の材料からなる部分を追加してもよい。例えば、吐出口は開口する面には撥水層の形成などによる表面処理を行ってもよい。
図１に示す通り、流路形成部材と基板との接合は、流路以外の部分に設けられた接合部を介して行われる。接合部は、基板側の電気絶縁層２０２、保護層２０１、中間層２１０、有機中間層２１１が積層された部分と、樹脂層からなる流路形成部材２００とによって形成される。これらの接合は、基板上で感光性樹脂材料により流路形成部材のパターンを形成し、これを露光により硬化させ、更に必要に応じて熱硬化させることにより行うことができる。吐出口２０９は、露光により形成してもよく、レーザー等を用いて形成してもよい。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３を、実施例２と異なる箇所のみ示す。図２（ｂ）に示すように、組成式（Ｉ）の材料（ここでは、実施例２と同様の材料）により下層中間層２１０ｂを１００ｎｍの膜厚で形成した。さらに、さらにインク耐性を高めるために、下層中間層２１０ｂを覆うようにインク耐性のある前記組成式（ＩＩ）で表される材料からなる膜で形成した。組成式（ＩＩ）で表される材料からなる膜は耐インク性を担保するため、その膜厚を５０ｎｍとした。前記組成式（ＩＩ）：Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）で表される膜は、ｘ２、ｙ２、ｚ２が、ｗ２＝４７（ａｔ．％）、ｙ２＝１７（ａｔ．％）、ｚ２＝３６（ａｔ．％）である膜で形成した。このような構成により、液体吐出ヘッドの前記保護層２０１に偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合であっても、保護層に接する下層中間層２１０ｂに絶縁性があるため、陽極酸化によるインク溶解を抑制することができた。さらに上層中間層２１０ａを設けることで中間層としての耐インク性を高めることができた。これらの点より、液体吐出ヘッドの長期信頼性を向上させることができた。

（実施例４）
次に、本発明の実施例４を、実施例２と異なる箇所のみ示す。液体吐出ヘッドを省エネルギーで駆動させるために、前記絶縁層２０２の膜厚を１７０ｎｍに薄化した。しかし、パッシベーション耐性が不足し、水分やイオンが透過しやすくなり、電極配線２０７の腐食が懸念される。そこで、中間層にパッシベーション耐性を持たせるため、中間層２１０の構成を以下のとおり変更した。中間層２１０は、前記組成式（ＩＩＩ）：Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）において、ｗ３、ｘ３、ｙ３、ｚ３が、ｗ３＝３８（ａｔ．％）、ｘ＝３９（ａｔ．％）、ｙ３＝１５（ａｔ．％）、ｚ３＝８（ａｔ．％）である材料を含む膜で形成した。前記中間層２１０において、組成式（ＩＩＩ）で表される材料からなる膜は絶縁性およびパッシベーション耐性を担保するため、その膜厚を１００ｎｍとした。この構成により、液体吐出ヘッドの前記保護層２０１に偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合であっても、中間層２１０に絶縁性があるため、陽極酸化による中間層２１０のインク溶解を抑制することができた。さらに絶縁層２０２の膜厚を薄膜化したことで省エネ駆動ができた。

（比較例１）
次に、本発明の比較例１を、実施例１と異なる箇所のみ示す。中間層２１０の構成を以下のとおり変更した。
中間層２１０は、前記組成式（ＩＩ）：Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２（ＩＩ）において、ｘ２、ｙ２、ｚ２が、ｗ２＝４７（ａｔ．％）、ｙ２＝１７（ａｔ．％）、ｚ２＝３６（ａｔ．％）である材料からなる膜で形成した。膜厚は１００ｎｍであった。
この構成により、液体吐出ヘッドの前記保護層２０１に偶発的に電圧が印加された状態で使用した場合、中間層２１０の絶縁性が乏しいため、陽極酸化してインク中に溶解することがある。中間層２１０の溶解によりノズルが剥がれ正常吐出ができなくなることがあった。さらに、インクが侵入し絶縁層２０２を溶解することにより配線２０７の腐食に至るためヘッド全体の不具合が生じることがあった。

１ 素子基板
８、２００ 流路形成部材
２０１ 保護層
２０２ 絶縁層
２０４ 発熱抵抗体層
９、２０９ 吐出口
２１０ 中間層
２１０ａ 中間層上層
２１０ｂ 中間層下層
２１２ 流路
６ 発熱抵抗素子

Claims (13)

1. 吐出口と流路を有する流路形成部材と、液体の吐出のための発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、表面が前記流路に露出する導電性の保護層と、前記流路形成部材と前記保護層との間に設けられた中間層とを有し、
   前記中間層が、以下の組成式（Ｉ）：
   Ｓｉ_ｗ１Ｏ_ｘ１Ｃ_ｙ１ （Ｉ）
   ［上記式（Ｉ）において、
   ３９≦ｗ１≦６２（ａｔ．％）であり、
   ３２≦ｘ１≦５５（ａｔ．％）であり、
   ６≦ｙ１≦２９（ａｔ．％）である。
   ただし、ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００（ａｔ％）である。］
   で表される材料を含む液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記組成式（Ｉ）中のｗ１、ｘ１及びｚ１が以下の関係式：
   ３９≦ｗ１≦４３（ａｔ．％）、
   ３５≦ｘ１≦４４（ａｔ．％）、
   １３≦ｙ１≦２４（ａｔ．％）
   を満たす請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
3. 前記中間層は、前記組成式（Ｉ）で表される材料からなる層を有し、当該層の膜厚が１００ｎｍ以上である請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記中間層は、前記保護層に接する下層と、前記下層を覆う上層を有し、
   前記下層が、前記組成式（Ｉ）で表される材料を含み、
   前記上層が、以下の組成式（ＩＩ）：
   Ｓｉ_ｗ２Ｃ_ｙ２Ｎ_ｚ２ （ＩＩ）
   ［上記式（ＩＩ）において、
   ３０≦ｗ２≦５９（ａｔ．％）であり、
   ｙ２≧５（ａｔ．％）であり、
   ｚ２≧１５（ａｔ．％）である。
   ただし、ｗ２＋ｙ２＋ｚ２＝１００（ａｔ％）である。］
   で表される材料を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記中間層の上層は、前記組成式（ＩＩ）で表される材料からなる層であり、該上層の膜厚が５０ｎｍ以上である請求項４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 吐出口と流路を有する流路形成部材と、液体の吐出のための発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う絶縁層と、表面が流路に露出する導電性の保護層と、流路形成部材と保護層との間に設けられた中間層とを有し、
   前記中間層が、以下の組成式（ＩＩＩ）：
   Ｓｉ_ｗ３Ｏ_ｘ３Ｃ_ｙ３Ｎ_ｚ３（ＩＩＩ）
   ［上記式（ＩＩＩ）において、
   ３７≦ｗ３≦６０（ａｔ．％）であり、
   ３０≦ｘ３≦５３（ａｔ．％）であり、
   ６≦ｙ３≦２９（ａｔ．％）であり、
   ４≦ｚ３≦９（ａｔ．％）である。
   ただし、ｗ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１００（ａｔ％）である。］
   で表される材料を含む液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記組成式（ＩＩＩ）中のｗ３、ｘ３、ｙ３及びｚ３が、
   以下の関係式：
   ３７≦ｗ３≦３９（ａｔ．％）、
   ３３≦ｘ≦４１（ａｔ．％）、
   １２≦ｙ≦２２（ａｔ．％）、及び
   ７≦ｚ≦８（ａｔ．％）
   を満たす請求項６に記載の液体吐出ヘッド用基板。
8. 前記中間層が、前記組成式（ＩＩＩ）で表される材料からなる層を有し、当該層の膜厚は１００ｎｍ以上である請求項６又は７に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 前記中間層の膜厚は３００ｎｍ以下である請求項１～８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
10. 前記保護層は、Ｔａを含む請求項１～９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
11. 前記保護層は、Ｉｒを含む請求項１～９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
12. 前記流路形成部材と前記中間層との間に、有機中間層を有することを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板を備えた液体吐出ヘッド。

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