JP3780882B2 - 発熱抵抗体の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一チャンバ内でターゲットを交換することなく機能特性の異なる複数層の膜を連続して成膜する発熱抵抗体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、インクジェット方式のプリンタが広く用いられている。このインクジェット方式のプリンタに用いられる印字ヘッドには、インクを加熱し気泡を発生させてその圧力でインク滴を飛ばすサーマル方式や、ピエゾ抵抗素子(圧電素子)の変形によってインク滴を飛ばすピエゾ方式等の印字ヘッドがある。
【0003】
これらは、色材たるインクをインク滴にして直接記録紙に向かって吐出し印字を行うから、粉末状の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較した場合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合によってカラー化が容易であり、印字ドットを小さくできるので高画質であり、騒音がきわめて低いので、特にパーソナル用プリンタの印字ヘッドとして広く用いられている。
【0004】
上記のサーマル方式の印字ヘッドには、インク滴の吐出方向により二通りの構成があり、一つは発熱素子の発熱面に平行な方向へインク滴を吐出する構成のサイドシュータ型と呼ばれる形式のもの、他の一つは発熱素子の発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成のルーフシュータ型と呼ばれる形式のものである。このルーフシュータ型の印字ヘッドは、サイドシュータ型に比較して、消費電力が極めて小さく経済的であることが知られている。
【0005】
このルーフシュータ型の印字ヘッドの製法としては、例えば6×25.4mm以上の直径の一枚のシリコンウエハ上に例えば90個以上に区画された10mm×15mm程度の大きさの多数のチップ基板の上に、LSI形成技術と薄膜形成技術を利用して、多数の発熱抵抗体と、これらを個々に発熱駆動する駆動回路と、これにインクを供給するインク流路と、インク滴を吐出する吐出ノズルとを、一括してモノリシックに形成する方法がある。
【0006】
図5(a) は、そのようなルーフシュータ型の印字ヘッドのインク吐出面を模式的に示す平面図であり、同図(b) は、そのA−A′断面矢視図、同図(c) は、その内部構造を透視的に示す拡大平面図である。同図(a),(b),(c) に示す印字ヘッド1は、シリコンチップ基板2の上で、LSI形成処理技術と薄膜形成処理技術とにより形成され、完成後に、シリコンウェハから個々に切り出されて採取される。
【0007】
同図(a) に示すように、印字ヘッド1のインク吐出面にはイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの4種類のインクを吐出するための4列のノズル列3が形成されている。1列のノズル列3には、例えばこの印字ヘッド1が600ドット/25.4mmの解像度で、多数のインク吐出ノズル4が42.3μmの配列ピッチで縦1列に並んで配置されている。これらの各ノズル列3には不図示のインクカートリッジ等から各ノズル列3に対応する色のインクが夫々供給される。
【0008】
この印字ヘッド1の内部構造は、同図(b),(c) に示すように、シリコンチップ基板2上に、LSIからなる駆動回路5と薄い発熱抵抗膜6が形成され、この発熱抵抗膜6の発熱部つまり発熱抵抗体6aとなる部分の一方の端部と駆動回路5を結ぶ個別配線電極7が形成され、更に発熱抵抗体6aの他方の端部と給電用端子8(同図(a) 参照)とを接続する共通電極9が形成されている。そして、これらの上に隔壁11(11a、11b、11c)が積層されている。上記の発熱抵抗体6aと個別駆動電極7は、それぞれ後から形成されるノズル列3のインク吐出ノズル4の数だけ配設される。
【0009】
そして、この発熱抵抗体6aの配置方向と平行に延在するインク供給溝12と、このインク供給溝12に連通してシリコンチップ基板2の下面に貫通するインク供給孔13が穿設され、これらの上からオリフィス板14が、隔壁11上に接着されて積層されている。このオリフィス板14の積層により、隔壁11の厚さに対応する高さおよそ10μmのインク供給路15が、発熱抵抗体6aとインク供給溝12間に形成される。この後、オリフィス板14に、インクを吐出する上述のインク吐出ノズル4が形成される。
【0010】
この印字ヘッド1は、印字時には、外部のインクカートリッジ等から発熱抵抗体6aに、インク供給孔13、インク供給溝12及びインク供給路15を介してインクが供給される。駆動回路5は、画像情報に応じて複数の発熱抵抗体6aを選択的に通電してインクとの界面に急激に膨張し消滅する膜気泡現象を発生させ、その膨張時の圧力でインク滴をインク吐出ノズル4から用紙面に向かって吐出させる。
【0011】
図6(a),(b),(c) は、上記印字ヘッド1の基本的なインク吐出動作を示す図である。同図には、図5(a),(b),(c) に示した構成と同一の構成部分には図5(a),(b),(c) と同一の番号を付与して全体を簡略に示している。
先ず、図6(a) に示す待機状態において外部からインク供給路15に供給されているインク16は、インク吐出ノズル4内に入り込み、オリフィス板14の上面に沿ったインク吐出ノズル4の上部開口でメニスカス16aを形成している。
【0012】
次に、このインク吐出ノズル4からインク16を吐出させるには、上述したように画像情報に応じた通電により発熱抵抗体6aを発熱させて、同図(b) に示すように、発熱低抗体6a上に膜気泡17を発生させる。この膜気泡17は最初に発生した多数の核気泡が合体して形成されたものである。
【0013】
この膜気泡17が断熱膨張して成長し周囲のインク16を押し遣り、これによりインク吐出ノズル4からインク16bが押し出され、更にこの押し出されたインク16bが、同図(c) に示すように、インク滴16cとなってインク吐出ノズル4から不図示の記録媒体に向けて吐出される。この後、上記の成長した膜気泡は周囲のインクに熱を取られて収縮して、ついには消滅する。インク滴16cが飛び出した直後のインク16は、インク吐出ノズル4の底部でメニスカス16aを形成しているが、このメニスカス16aはインク16が外部からインク供給路15に補充されることにより、インク吐出ノズル4内を上昇して、同図(a) の基準待機状態に復元される。
【0014】
上記の発熱抵抗体6aの加熱期間は0〜1μs、膜気泡17の発生からインク滴の吐出までの期間は2μsから3μsの初め、膜気泡の収縮と消滅までの期間は3μsの終りから6μsまでであり、一瞬の間にインク滴吐出の1サイクルが終了する。
【0015】
図7(a) は上記のようにシリコン基板に形成される印字ヘッドの発熱抵抗体近傍の構成を示す拡大図であり、同図(b) はアルミナ基板に形成される場合の発熱抵抗体近傍の構成を示す拡大図である。尚、同図(a),(b) は共に、図5(b) の構成の破線の丸Bで示す発熱抵抗体6a近傍の構成を拡大して示したものであり、図5(b) と同一構成部分には、図5(b) と同一の番号を付与して示している。
【0016】
同図(a) に示す印字ヘッド1′の例では、シリコン(Si)チップ基板2の上一面に、このシリコンチップ基板2の表面を酸化して得られるシリコン酸化膜(SiO2 )からなる絶縁層19が形成され、この上に、発熱抵抗膜6が形成されている。
【0017】
一般に、インクジェットプリンタの印字ヘッドにおいては、発熱抵抗体による発熱を印字実行後に外部に効率よく放散するための放熱性と、連続して印字を行う場合に熱エネルギー効率を向上させるため前回の印字の際の残熱を利用するための蓄熱性とが、バランス良く保たれることが必要とされる。
【0018】
上記のシリコンチップ基板2は、表面の研磨が比較的し易すく平滑な面が得られるだけでなく、熱伝導性が比較的よい基板材料である。また、表面のシリコン酸化膜からなる絶縁層19は、適度の蓄熱性を備えている。
上述したように10mm×15mm程度の大きさのシリコンチップ基板2上に作成される小型の印字ヘッド1は、主として印字ヘッドが用紙の幅方向に往復移動して印字を行うシリアル式プリンタ用の印字ヘッドとして用いられ、小型であるため全体としての発熱量が少ない。そして、上記のようにシリコンチップ基板2が持つ適宜の放熱性と、絶縁膜19が持つ適宜の蓄熱性とがバランス良く形成されているため、この印字ヘッド1は、良好な印字を、継続して実行できる性能を備えている。
【0019】
ところで、近年、情報機器の普及に伴って印字を高速に行うプリンタの要望が強くなり、上記のシリアル式プリンタでは印字速度が遅いという不満が高まっている。これに対処すべく、インクジェットプリンタにおいても、用紙の幅一杯の長さのノズル列を備えた印字ヘッドがプリンタ本体に固定され、用紙のみが移動して印字が行われるライン式プリンタが提案されている。
【0020】
そのようなライン式プリンタに使用される大型長尺の印字ヘッドを作成するには、その基板にシリコンウエハを用いたのでは、より高度な技術が要求される上に、歩留りが低下するためコストが極めて高くなって製品価格が上昇するという実用面の問題を有している。そこで、大型長尺の印字ヘッド作成用として、大きさに限界のあるシリコンウエハではなく、ガラス基板を用いる方法が提案されている。ガラス基板はLCDディスプレイなどの大型基板として既に採用されている素材であり、技術的には問題が無いと思われた。
【0021】
ところが、大型長尺の印字ヘッドでは全体としての発熱量も大きくなるため、熱伝導率の低いガラス基板では放熱性と蓄熱性との良好なバランスが得られず、このため、図6(a),(b),(c) で説明した正しい発泡状態が得られないという問題が発生した。そこで、比較的大きなサイズの基板を製作でき且つ熱伝導性もガラス基板に比べると良好なセラミックス基板を用いたものが実用化の端緒についている。
【0022】
図7(b) に示す印字ヘッド1″の例は、そのようなセラミックス基板の中で、アルミナ基板を用いて製作された印字ヘッドの発熱抵抗体近傍の構成を示す拡大図である。同図に示すアルミナ基板21は、アルミの原料パウダを型内で焼成することによって得られる。このアルミナ基板21は、シリコン基板以上に良い熱伝導性を備えている。
【0023】
このアルミナ基板21の上に、蓄熱層としてSiO2からなる絶縁層22を形成する。このSiO2からなる絶縁層22は酸素雰囲気中でSiターゲットをスパッタリングして得られる。この絶縁層22の上に発熱抵抗膜6と個別配線電極7及び共通電極9を積層して発熱抵抗体6aを形成し、更にその上に、図5(a),(b) に示したオリフィス板14を積層し、インク吐出ノズル4を形成する。
【0024】
このような構成によって、大型長尺の印字ヘッドの場合であっても放熱性と蓄熱性とのバランスが良くとれて、良好な印字を実行することができる。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のアルミナ基板21は、焼成による成形の段階で、数μm〜数十μm程度のサイズのピンホールや突起等の表面欠陥が発生し易く、この表面欠陥の発生は、現在の技術では避けることができない。そして、このアルミナ基板21の表面粗度はRa0.15程度と比較的粗い面を形成している。このようなピンホールや突起等が形成されている粗い表面粗度が起因となって、アルミナ基板21を組み込んだ印字ヘッドの耐久寿命は短いことで知られている。
【0026】
そうかといって、そのアルミナ基板の粗度の粗い表面を、研磨等の機械的な処理によって改善しようとしても、アルミナ自体が高硬度の材料であるため、この改善作業は極めて困難を伴うものであって、決して実用的ではない。
そこで、このようなアルミナ基板の欠点を補った基板として、アルミナ基板の表面に溶融ガラスをコーティングして表面粗度を改善した、いわゆるアルミナグレース基板が知られている。ところがアルミナグレース基板が有するガラスからなるグレース層は、本来は厚さが薄いほうが良いのだが、製法上その厚さを薄くするのに限界があり、40〜50μm程度より以下には薄くすることができない。薄くすることができないと、ガラス基板と同様に基板への過度の蓄熱の問題が発生する。結果として、ガラス同様に、大型長尺の印字ヘッド作成用の基板としては不向きであって採用できないということになる。
【0027】
したがって、大型長尺の印字ヘッド用としては、現在まで上述のアルミナ基板21を用いる以外に方法がなく、このため、大型長尺の印字ヘッドの短い耐久寿命をなかなか改善することが出来ないという問題は、解決されないまま今日に至っている。
【0028】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、インクジェットプリンタ用の印字ヘッドを作製する場合、バランスの良い放熱性と蓄熱性を備えた放熱層と蓄熱層とを効率よく形成する発熱抵抗体の製造方法を提供することである。
【0029】
【課題を解決するための手段】
先ず、請求項1記載の発明の発熱抵抗体の製造方法は、基板上に蓄熱層及び発熱層を形成する発熱抵抗体の製造方法であって、上記基板を加工装置のチャンバ内においてベーキングする工程と、ベーキングされた上記基板にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系よりなる蓄熱層を成膜する工程と、該蓄熱層上にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系又はTa−Si−O−N系よりなる発熱層を成膜する工程と、を含んで成り、上記ベーキング工程、上記蓄熱層成膜工程、及び上記発熱層成膜工程を、同一の上記チャンバ内で、ターゲットを交換することなく、連続して成膜するように構成される。
【0030】
次に、請求項2記載の発明の発熱抵抗体の製造方法は、基板上に放熱層、蓄熱層及び発熱層を形成する発熱抵抗体の製造方法であって、上記基板を加工装置のチャンバ内においてベーキングする工程と、ベーキングされた上記基板にスパッタリングにより組成がTa5 −Si3 又はTa2 −Siよりなる放熱層を成膜する工程と、該放熱層上にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系よりなる蓄熱層を成膜する工程と、該蓄熱層上にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系又はTa−Si−O−N系よりなる発熱層を成膜する工程と、を含んで成り、上記ベーキング工程、上記放熱層成膜工程、上記蓄熱層成膜工程、及び上記発熱層成膜工程を、同一の上記チャンバ内で、ターゲットを交換することなく、連続して成膜するように構成される。
【0031】
上記放熱層は、例えば請求項3記載のように、Ta5 Si3 又はTaSiからなり、また、例えば請求項4記載のように、結晶性金属化合物で構成される。
上記蓄熱層は、例えば請求項5記載のように、組成が「Ta+Si+0=100%」で、Oのモル%M1が「60モル%≦M1≦75モル%」の絶縁性の膜で構成され、また、例えば請求項6記載のように、膜厚が1μm以上に成膜されて構成される。
【0032】
上記発熱層は、例えば請求項7記載のように、組成がTa−Si−O系であるとき、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.75」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦55モル%」であり、組成がTa−Si−O−N系であるとき、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.85」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦45モル%」、且つNのモル%M2が「5モル%≦M2≦25モル%」で構成される。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施の形態におけるサーマル式インクジェットプリンタ用の印字ヘッドの発熱抵抗体近傍の構成を示す断面図である。同図に示す印字ヘッド25はアルミナ基板26上に製作される場合の例を示している。アルミナ基板26は、ガラスに比較して熱を良く伝える熱伝導体であり、この印字ヘッド25の放熱層を形成している。
【0034】
この放熱層としてのアルミナ基板26の上に、Ta−Si−O系の薄膜からなる蓄熱層27が積層され、更にその蓄熱層27の上に、Ta−Si−O系またはTa−Si−O−N系の薄膜からなる発熱抵抗膜28が形成され、条形にパターン化されて、その条形パターンが紙面垂直方向に多数並んで配置されている。この条形パターンの発熱抵抗膜28の上に、個別配線電極29と共通電極31が形成され、それら個別配線電極29と共通電極31とに挟まれた発熱抵抗膜28部分が発熱抵抗体28aを形成している。
【0035】
個別配線電極29の上には感光硬化性ポリイミド等の樹脂からなる隔壁32が紙面垂直方向に延在してパターン化して配設され、更にその隔壁32から紙面左方向に伸び出して、隣接する発熱抵抗体28aと発熱抵抗体28aとの間に隔壁32a(図5の隔壁11cと同様の構成)がパターン化されて配設されている。この隔壁32、32aの上にオリフィス板33が貼着して積層され、このオリフィス板33の上記発熱抵抗体28aと対向する位置に、インク滴を吐出するノズルであるオリフィス34が穿設されて形成されている。
【0036】
各発熱抵抗体28aの上方には、隔壁32と32aに三方を囲まれたインク加圧室35が形成され、このインク加圧室35に、外部からインク供給路36を通ってインクが供給され、図6(a),(b),(c) に示した場合と同様にして、発熱抵抗体28aが発熱し、オリフィス34からインク滴が吐出される。
【0037】
ところで、上記のインク滴の吐出において、前述の図6で説明した膜気泡の収縮と消滅の間には、気泡内部の圧力が急激に低下して発熱抵抗体の上方に負圧を伴うキャビテーションが発生する。
このキャビテーションは、発熱抵抗体を設置面から引き剥がそうとする力として働き、その衝撃力は、水深1mmのオープンプールでの実験によれば1000ton/cm2 に達すると言われている。このような稼動環境下において、発熱抵抗体28aは、キャビテーションの衝撃によって、やがては破壊される。したがって、発熱抵抗体28aは、キャビテーションの破壊力に長期に耐え得る強力な構成でなければならない。
【0038】
上記のTa−Si−O系またはTa−Si−O−N系の薄膜からなる発熱抵抗膜28(つまり発熱抵抗体28a)の材料構成は、種々試料を試作して実験を繰り返して、強い耐キャビテーション性を有する材料を探し求めた結果得られたものである。
【0039】
この実験では、組成がTa−Si−O系である場合は、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.75」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦55モル%」であるとき、発熱抵抗体として適する高抵抗率を備えると共に強い耐キャビテーション性を発揮することが確認された。また、組成がTa−Si−O−N系である場合には、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.85」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦45モル%」、且つNのモル%M2が「5モル%≦M2≦25モル%」であるとき、上記と同様に、発熱抵抗体として適する高抵抗率を備えると共に強い耐キャビテーション性を発揮することが確認された。
【0040】
また、蓄熱層27は、発熱抵抗膜28の上記のような選択可能な2つの組成の内の一方の組成Ta−Si−Oと同じ成分のTa−Si−O系の薄膜からなり、厚さは1μm以上に形成され、絶縁性を備えている。この蓄熱層27も、種々試料を試作して実験を繰り返した結果、アルミナ基板26と発熱抵抗膜28の両方に強い密着性があり且つ強い絶縁性を有する蓄熱層として開発されたものである。この蓄熱層27の組成の成分は、発熱抵抗膜の場合と同一の成分を含んでいるが、それらの成分比は発熱抵抗膜の場合と大きく異なる。すなわち、組成は「Ta+Si+0=100%」であり、Oのモル%M1は「60モル%≦M1≦75モル%」となるように成膜されている。
【0041】
上記の開発では、蓄熱層と発熱抵抗体は個々に開発されたものであったが、Ta−Si−O系、Ta−Si−O−N系、あるいはTa−Si−Al−O系の膜が酸素の含有率の程度によって導電性、絶縁性、耐キャビテーション性が変化する特性のあることが実験の結果判明しているので、このことに着眼して、実際の印字ヘッドを製作するに場合において、この第1の実施の形態における発熱抵抗体の製造方法においては、これら2種類の薄膜をスパッタリング装置の同一チャンバ内で、ターゲットを交換することなく、連続して成膜する。
【0042】
図2は、そのような絶縁性の蓄熱層と強力耐キャビテーション性の発熱抵抗膜の2種類の薄膜を、スパッタリング装置の同一チャンバ内で、ターゲットを交換することなく、連続して成膜する処理工程のフローチャートである。
先ず、同図に示すステップS1の基板投入工程では、アルミナ基板26がスパッタリング装置のチャンバ内の処理台上に載置される。
【0043】
続いて、ステップS2の基板ベーキング工程では、上記チャンバ内のアルミナ基板26の表面に所定の熱と酸素が所定の時間加えられ、元来が焼結によって生成されたアルミナ基板26の表面が更に焼成される。これにより、後工程で成膜される蓄熱層27とアルミナ基板26との密着性が向上する。
【0044】
次に、ステップS3の蓄熱層27としてのTa−Si−O膜の成膜工程では、Ta板に所定の量のSiを埋めこんだターゲット、例えばTa:Si=3:1であるようなターゲットを使用し、チャンバ内を1×10-6×133Pa以下に排気した後、ArとO2 の混合ガスを所定量導入した雰囲気中でスパッタリングにより成膜する。
【0045】
スパッタ条件は、例えば、基板の温度を約2000℃、成膜速度を約20Å/sec、成膜の膜厚は1μm以上とする。また、この成膜時における上記の混合ガス「Ar+O2 」中の酸素ガスの割合(体積%)は、2.5%〜3%である。これにより、Oのモル%M1が「60モル%≦M1≦75モル%」の絶縁性の蓄熱層27がアルミナ基板26上に生成される。
【0046】
続いて、ステップS4の発熱抵抗膜28としてのTa−Si−O膜またはTa−Si−O−N膜の成膜工程では、同一チャンバ内において、再びターゲットにTaにSiを埋めこんだ上記のターゲットを使用する。
そして、Ta−Si−O膜を成膜する場合は、上記同様にArとO2 の混合ガスを導入するが、この場合は混合ガス「Ar+O2 」中の酸素ガスの割合は、2%である。これにより、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.75」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦55モル%」の発熱抵抗膜28が蓄熱層27の上に連続して成膜される。
【0047】
また、Ta−Si−O−N膜を成膜する場合は、ArとO2 とN による所定の割合の混合ガスを導入して、スパッタリングによって成膜する。これにより、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.85」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦45モル%」、且つNのモル%M2が「5モル%≦M2≦25モル%」の発熱抵抗膜28が蓄熱層27の上に連続して成膜される。
【0048】
そして、図1に示す蓄熱層27と発熱抵抗膜28の成膜工程が終了する。この後に続く工程では、図1で構成を説明した個別配線電極29と共通電極31用の電極膜の積層と、レジスト塗布と、マスクパターンの作成と、エッチングによる電極のパターン化、隔壁32用の樹脂層の塗布と、ポジ又はネガ型マスクパターンの作成と、樹脂の感光硬化と、除去と、焼成とによる隔壁32の形成、オリフィス板33の積層とオリフィス34の穿設からなる通常の工程を経て印字ヘッドの全製造工程を終了する。
【0049】
上記第1の実施の形態では、ライン式プリンタ用の大型長尺の印字ヘッドのためのアルミナ基板を例にとって説明したが、発熱抵抗体の下方に積層される異なる性質の薄膜を発熱抵抗体と共に連続成膜する方法は、アルミナ基板に発熱抵抗体と蓄熱層を連続成膜するだけに限るものではない。シリコン基板の場合でも、特には図示しないが、小型印字ヘッドチップを親基板上に千鳥足状に配設して、大型基板を形成する方法があり、また、コストの上昇を許容できる場合はシリコンウエハ上に直接大型基板を形成することもできる。
【0050】
その場合には、上述したアルミナ基板の場合と同様の高い放熱性が要求されるが、本発明の連続成膜の方法を用いれば、大型シリコン基板の場合でも、放熱性と蓄熱性のバランスのとれた印字ヘッドを効率良く製造することができる。以下、これを第2の実施の形態として説明する。
【0051】
図3は、第2の実施の形態におけるサーマル式インクジェットプリンタ用の印字ヘッドの発熱抵抗体近傍の構成を示す断面図である。尚、同図には、図1と同一の構成部分には図1と同一の番号を付与して示している。図3に示すように、この印字ヘッド40は、基板41の上に放熱層42、蓄熱層27、及び発熱抵抗膜28が順次積層されている。本例では、上記の基板41がシリコン基板であり、放熱層42がTa5 −Si3 又はTa2 −Siよりなること以外は、これらの上に積層された他の構成は、図1の印字ヘッド25の場合と同様である。
【0052】
そして、本実施の形態においても、上記3種類の性質の異なる各薄膜は、スパッタリング装置の同一チャンバ内で、ターゲットを交換することなく、連続して成膜される。
図4は、放熱層42と蓄熱層27と発熱抵抗膜28をスパッタリング装置の同一チャンバ内でターゲットを交換することなく連続して成膜する処理工程のフローチャートである。
【0053】
先ず、同図に示すステップS11の基板投入工程では、基板41がスパッタリング装置のチャンバ内の処理台上に載置される。
続いて、ステップS12の基板ベーキング工程では、上記チャンバ内の基板41の表面に所定の熱処理が施される。これにより。SiO2 からなる酸化膜が形成されて、後工程で成膜される蓄熱層27と基板41との密着性が向上する。
【0054】
次に、ステップS13の放熱層42としてのTa5 Si3 又はTa2Siからなる薄膜の成膜工程では、成膜後の組成が上記のTa5 Si3 又はTa2SiとなるようにTaにSiを埋め込んだターゲットを使用し、スパッタリングによる成膜する。
【0055】
更に、ステップS14の蓄熱層27としてのTa−Si−O膜の成膜工程では、上記のターゲットを用い、成膜後の組成の成分が「Ta+Si+0=100%」でOのモル%M1が「60モル%≦M1≦75モル%」になるような割合のArとO2 の混合ガスをチャンバ内に導入し、スパッタリングによって成膜する。
【0056】
続くステップS15の発熱抵抗膜28としてのTa−Si−O膜またはTa−Si−O−N膜の成膜工程では、同一チャンバ内において、再び上記のターゲットを用い、Ta−Si−O膜を成膜する場合は、成膜後の組成の成分のSiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.75」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦55モル%」になるように、また、Ta−Si−O−N膜を成膜する場合は、成膜後の組成の成分のSiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.85」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦45モル%」、且つNのモル%M2が「5モル%≦M2≦25モル%」になるように、それぞれArとO2 とN による所定の割合の混合ガスをチャンバ内に導入して、スパッタリングによって成膜する。
【0057】
そして、図3に示す放熱層42と蓄熱層27と発熱抵抗膜28の成膜工程が終了する。この後に続く工程では、図2の場合と同様である。
尚、上記第1の実施の形態では、大型長尺用の印字ヘッドの基板としてアルミナ基板を取り上げて説明しているが、基板はこれに限ることなく、アルミナ以外のセラミックスであってもよい。
【0058】
また、第2の実施の形態では、シリコン基板を例にとって説明しているが、放熱層を用いる基板はシリコン基板と限ることなく、どのようなタイプの基板にでも適用できることは勿論である。
【0059】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、基板の放熱性が良い場合は蓄熱層と発熱抵抗膜、基板の放熱性がさほど良くない場合は放熱層と蓄熱層と発熱抵抗膜を、スパッタリング装置の同一チャンバ内でターゲットを交換することなく連続して成膜するので、放熱性と蓄熱性のバランスのとれた印字ヘッドを効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態におけるサーマル式インクジェットプリンタ用の印字ヘッドの発熱抵抗体近傍の構成を示す断面図である。
【図2】蓄熱層と発熱抵抗膜をスパッタリング装置の同一チャンバ内でターゲットを交換することなく連続して成膜する処理工程のフローチャートである。
【図3】第2の実施の形態におけるサーマル式インクジェットプリンタ用の印字ヘッドの発熱抵抗体近傍の構成を示す断面図である。
【図4】放熱層と蓄熱層と発熱抵抗膜をスパッタリング装置の同一チャンバ内でターゲットを交換することなく連続して成膜する処理工程のフローチャートである。
【図5】 (a) は従来のルーフシュータ型の印字ヘッドのインク吐出面を模式的に示す平面図、(b) はそのA−A′断面矢視図、(c) はその内部構造を透視的に示す拡大平面図である。
【図6】 (a),(b),(c) はルーフシュータ型の印字ヘッドの基本的なインク吐出動作を示す図である。
【図7】 (a) は従来のシリコン基板に形成される場合の発熱抵抗体近傍の構成を示す拡大図、(b) は従来のアルミナ基板に形成される場合の発熱抵抗体近傍の構成を示す拡大図である。
【符号の説明】
1 印字ヘッド
2 シリコンチップ基板
3 ノズル列
4 インク吐出ノズル
5 駆動回路
6 発熱抵抗膜
6a 発熱抵抗体
7 個別配線電極
9 共通電極
11(11a、11b、11c) 隔壁
12 インク供給溝
13 インク供給孔
14 オリフィス板
15 インク供給路
16 インク
16a メニスカス
16b インク
16c インク滴
17 膜気泡
19、22 絶縁層
21 アルミナ基板
25 印字ヘッド
26 アルミナ基板
27 蓄熱層
28 発熱抵抗膜
28a 発熱抵抗体
29 個別配線電極
31 共通電極
32、32a 隔壁
33 オリフィス板
34 オリフィス
35 インク加圧室
36 インク供給路
40 印字ヘッド
41 基板
42 放熱層
Claims (7)
- 基板上に蓄熱層及び発熱層を形成する発熱抵抗体の製造方法であって、
前記基板を加工装置のチャンバ内においてベーキングする工程と、
ベーキングされた前記基板にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系よりなる蓄熱層を成膜する工程と、
該蓄熱層上にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系又はTa−Si−O−N系よりなる発熱層を成膜する工程と、
を含んで成り、
前記ベーキング工程、前記蓄熱層成膜工程、及び前記発熱層成膜工程を、
同一の前記チャンバ内で、
ターゲットを交換することなく、
連続して成膜する
ことを特徴とする発熱抵抗体の製造方法。 - 基板上に放熱層、蓄熱層及び発熱層を形成する発熱抵抗体の製造方法であって、
前記基板を加工装置のチャンバ内においてベーキングする工程と、
ベーキングされた前記基板にスパッタリングにより組成がTa5 −Si3 又はTa2 −Siよりなる放熱層を成膜する工程と、
該放熱層上にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系よりなる蓄熱層を成膜する工程と、
該蓄熱層上にスパッタリングにより組成がTa−Si−O系又はTa−Si−O−N系よりなる発熱層を成膜する工程と、
を含んで成り、
前記ベーキング工程、前記放熱層成膜工程、前記蓄熱層成膜工程、及び前記発熱層成膜工程を、
同一の前記チャンバ内で、
ターゲットを交換することなく、
連続して成膜する
ことを特徴とする発熱抵抗体の製造方法。 - 前記放熱層は、Ta5 Si3 又はTa2Siからなることを特徴とする請求項2記載の発熱抵抗体の製造方法。
- 前記放熱層は、結晶性金属化合物であることを特徴とする請求項2記載の発熱抵抗体の製造方法。
- 前記蓄熱層は、組成が「Ta+Si+O=100%」で、Oのモル%M1が「60モル%≦M1≦75モル%」の絶縁性の膜であることを特徴とする請求項1又は2記載の発熱抵抗体の製造方法。
- 前記蓄熱層は、膜厚が1μm以上に成膜されていることを特徴とする請求項5記載の発熱抵抗体の製造方法。
- 前記発熱層は、組成がTa−Si−O系であるとき、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.75」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦55モル%」であり、組成がTa−Si−O−N系であるとき、SiとTaのモル比Si/Taが「0.35<Si/Ta<0.85」で、Oのモル%M1が「25モル%≦M1≦45モル%」、且つNのモル%M2が「5モル%≦M2≦25モル%」である、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の発熱抵抗体の製造方法。
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