JP4963679B2 - 液体吐出ヘッド用基体及びその製造方法、並びに該基体を用いる液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出させるための液体吐出ヘッド用基体及びその製造方法、並びに液体吐出ヘッド用基体を用いる液体吐出ヘッドに関するものである。

インクジェット記録方法は、微少量のインクを液滴として吐出口から高速で吐出することにより、高精細な画像の高速記録が可能であるという特徴を持っている。また、この液体吐出方法により、インクのみならず、各種の液体を吐出させる技術が開発されている。

このインクジェット記録方法を実現するためのインクジェットヘッド（以下、単に記録ヘッドとも言う）は、吐出原理に応じて幾つかの種類に分けることができる。現在では、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェットヘッドであって、シリコン基板の上に、発熱部とその発熱部に対応してインクを吐出させるための吐出口とを形成した構成が一般的である。インクジェットヘッド用基体としては、インクを加熱発泡させるための複数の発熱部（ヒーター）及びこれに電気的接続を行う配線等を同一の基板上に作製した構成が一般的である。これらの構成は、半導体製造工程と同様のプロセスを用いて製造することができる。従って、この構成によれば、半導体製造工程と同様のプロセスを用い、発熱抵抗層及び配線等を高密度に多数配置したインクジェットヘッド用基体を容易かつ精度高く製造することができるので、記録の高精細化及び高速化を実現できる。更にこれにより、インクジェットヘッドないしはこれを用いる記録装置の一層のコンパクト化を図ることができる。

図１は、吐出液体としてインクを用いるインクジェットヘッド用基体の基板上に形成された１つの発熱部及その付近の一般的な構成を示す模式的平面図である。基板１１００上に、発熱抵抗層１１０４が形成され、発熱抵抗層１００４を覆うように配線層１１０５が形成されている。その配線層１１０５の一部が除去され、そこに発熱抵抗層を露出させ、発熱部１１０４’が形成されている。

配線は、駆動回路と接続している。駆動回路が基板１１００上に形成されている場合、駆動回路に設けられた接続端子を介して外部の電源と接続されている。基板１１００外に設けられた駆動回路を用いる場合には、駆動回路と配線とは、配線に設けられた接続端子を介して駆動回路と接続されている。

発熱抵抗層１１０４は電気抵抗値が高いＴａＳｉＮ等の材料で形成され、配線層１１０５を介して外部から電流を流すことによって、発熱部１１０４’が発熱することで熱エネルギーを発生し、インクを発泡させる。

図１４は、図１のインクジェットヘッド用基体におけるII−II部の断面図である。このインクジェットヘッド用基体は、基板１２０としてＳｉ基板が用いられており、その表面には、熱酸化等で形成されたＳｉＯ₂層からなる蓄熱層１０６が形成されている。蓄熱層１０６上には、インクに熱エネルギーを付与するための発熱抵抗層１０７と発熱抵抗層１０７に電圧を印加するための配線１０３、１０４とが形成されている。そして、発熱抵抗層１０７のこれらの配線から露出した部分が発熱部１０２となる。また、この発熱抵抗層１０７及び配線１０３、１０４上には、これらを保護するための絶縁保護層１０８が設けられている。更に、絶縁保護層１０８上には、耐キャビテーション層であるＴａ層１１０が設けられている。

少なくとも発熱部１０２上には吐出口へ連通するインク流路（図示せず）が形成され、発熱部１０２上の部分が液体のインクと接触する部分となる。金属からなる配線１０３、１０４及び発熱部１０２がインクと接触すると、腐食（エロージョン）等の化学的なダメージを受けることになる。また、発熱部上でのインクの発泡と消泡の繰り返しによるキャビテーションがもたらす機械的衝撃によって、これらの部分が物理的なダメージを受け易くなる。そこで、これらの部分を保護及び絶縁するための絶縁保護層１０８及び上部保護層となるＴａ層１１０が形成されている。更に、これらの部分は、例えば、０．１〜１０マイクロ秒という極めて短時間に１０００℃前後の温度の上昇及び下降に曝されるといった厳しい環境下で使用されるため、絶縁保護層１０８及びＴａ層１１０は、かかる使用環境下において、これらの部分を保護する役割も担っている。

従って、保護層には、耐熱性、耐液性、液浸透防止性、酸化安定性、絶縁性、耐破傷性、及び熱伝導性に優れていることが要求され、シリコン酸化層あるいはシリコン窒化層等の無機化合物が一般的に用いられている。シリコン酸化層あるいはシリコン窒化層のような絶縁保護層１０８だけでは、発熱抵抗層の保護性能としては不十分な場合もある。そこで、図１４に示すように耐キャビテーション性の高いＴａ層１１０等の金属で構成された上部保護層が、絶縁性の保護層１０８上に形成されている場合が多い。

デジタルカメラの普及及び高精細化に伴い、インクジェット記録装置により記録される画像には、高解像化、高画質化、高速化が求められている。高解像化、高画質化の解決手段の一つとして、１ドット当りの吐出インク量の小液滴化（インクを滴として吐出する場合にはインク滴の小径化）がある。従来、インクの小液滴化には、吐出口開口の面積を小さくするとともに発熱部の面積を小さくすることによる対応がなされてきた。

また、高速記録の要求に対しては、例えば以下の対応がなされてきた。
（１）電気熱変換素子を駆動する電気パルスの幅を短くし、駆動周波数を上げ、単位時間当たりの吐出回数を増加させる。
（２）インクを吐出させる吐出口の数を増やすことで、１回のインクの吐出により記録可能な面積を増加させる。

このうち、駆動周波数を上げるという対応の場合、配線の抵抗が小さいことが重要であり、同じ材料を使って配線の抵抗を下げるためには、配線の幅を広くする、あるいは配線の層厚（膜厚）を厚くする必要がある。また、インク吐出口の数を増やすという対応の場合、配線の幅が広いと単位面積あたりのインク吐出口の数が減るために、記録ヘッドそのもののサイズが大きくなるので、配線の層厚を厚くすることが行なわれている。

また、配線層を厚くすると、発熱部を形成する発熱抵抗層と配線層との段差部及び配線と蓄熱層との段差部における段差が大きくなり、段差部でのカバレッジ性を考慮すると、絶縁性保護層の厚さを厚くしなければならず、そのため、保護層は厚くなる。

しかしながら、駆動周波数を上げ、吐出口数を増加させると発熱部で発生する熱の総量が大きくなり、発熱部で発生した熱が基板に蓄積されて記録ヘッドの昇温をもたらすことになる。記録ヘッドが昇温すると、場合によっては記録動作を中断させなければならなくなり、記録のスループットが低下するという新たな問題が発生する場合がある。

発熱抵抗層とインクに接する面との間の保護層の厚さが薄いほど熱伝導性が良好となり、インク側以外へ逃げる熱量が減るため、記録ヘッドの蓄熱ないしは昇温の問題を抑制することができ、かつ発泡を生じさせるための消費電力も少なくてすむ。すなわち、発熱部上の保護層の実効的な厚みが薄いほどエネルギー効率がよくなる。

一方、保護層が薄すぎると、配線の段差部を十分にカバーすることができなくなるために段差部の被覆不足を生じさせたりしてしまう。この結果、そこからインクが侵入し、配線の腐食や発熱抵抗層の腐食を引き起こし、その結果、信頼性の低下及び寿命の低下が発生する場合がある。

更に、保護層に存在するピンホール等によりインクが侵入し、配線や発熱抵抗層が腐食することがある。

そこで、保護層の厚さを薄くしても、上記の問題を起さず、発熱部で発生した熱を効率的にインクに作用させ、インクの吐出に利用するように層構成を工夫する試みがなされている。

特開平８−１１２９０２号公報には、この問題に対処するための基体として、図１３に示す構成が開示されている。この基体１０１では、基板１２０として、シリコン基板あるいはＩＣ素子作り込み済みのシリコン基板が用いられている。基板１２０の表面には、蓄熱層１０６としてのＳｉＯ₂層が設けられている。蓄熱層１０６の表面には、更に、発熱部を形成するためのＴａＮ層である発熱抵抗層１０７及び配線１０３、１０４となるＡｌ層が形成されている。これらの配線パターンは、配線パターン以外の部分の発熱抵抗層１０７及びＡｌ層を除去することで形成される。発熱抵抗層１０７が露出するようにＡｌ層の一部を除去することで、その部位に発熱部１０２が形成される。このＡｌ層の一部除去により、Ａｌ層の対向する２つの端部が形成され、各端部からの部分がそれぞれＡｌ配線１０３、１０４となる。発熱部１０２（発熱抵抗層１０７であるＴａＮ層の露出した部位）、Ａｌ配線１０３、１０４を覆う第１の絶縁保護層１０８ａが形成される。絶縁保護層１０８ａの発熱部１０２に対応する部分は除去されている。更に、少なくとも発熱部１０２を覆う位置に、第２の絶縁保護層１０８ｂ及びＴａ保護層１１０が形成されている。

図１３に示した構造にすることで、第１及び第２の絶縁保護層１０８ａ、１０８ｂ、並びにＴａ保護層１１０からなる保護層において、発熱抵抗層１０７の発熱部１０２上の部分１０５を、それ以外の部分に比べ局部的に薄く形成することができる。その結果、エネルギー効率を向上させて消費電力を下げ、かつ、保護層としての信頼性を上げ寿命を伸ばすことが可能となる。

特開平８−１１２９０２号公報に記載された具体例においては、Ａｌ層の厚さを６００ｎｍ、ＴａＮ層の厚さを１００ｎｍとしている。第１の絶縁保護層１０８ａとしては、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成された７００ｎｍの層厚のウエットエッチングレートの速いＰＳＧ層（ＳｉＯ等も可能）が用いられている。第２の絶縁保護層１０８ｂとしては、プラズマＣＶＤ法により形成された層厚３００ｎｍのシリコン窒化層が用いられている。ここでＰＳＧ層とシリコン窒化層とは３００℃以上の成膜温度で形成されているので２層間の密着性は良好である。耐キャビテーション及び耐インク層としてのＴａ保護層１１０は、スパッタリング法により層厚２５０ｎｍで形成されている。

記録される画像の大サイズ化、記録出力枚数の増加等の要因により、インクジェット記録装置の更なる高速化が要求されている。このために発熱部の発熱抵抗層を発熱駆動する駆動周波数の周波数の高周波化と吐出口の増加とが行なわれている。この吐出口の増加に伴い、配線の幅を狭めた場合、配線層の厚さをそのままとすると、配線の抵抗が高くなる。そこで、配線を低抵抗状態に維持する、あるいは更なる低抵抗化を図るためには、配線層の厚さを更に厚くする必要がある。

特開平８−１１２９０２号公報に開示された構成では、配線の段差の良好なカバレッジを確保するために層厚７００ｎｍの絶縁保護層（ＰＳＧ層）を形成した後、発熱抵抗層の露出した面に更にインクに対して耐性のあるシリコン窒化層を層厚３００ｎｍで形成している。Ａｌ層の表面に比べ発熱抵抗層であるＴａＮ層の表面は平滑であるので、平滑性が低い表面における凹凸を覆うために層を厚く形成する必要はない。そのため、ＴａＮ層上ではシリコン窒化層を薄く形成することが可能である。更に、シリコン窒化層とＰＳＧ層（シリコン酸化層）との密着性が高いためにシリコン窒化層を薄層化してもＰＳＧ層とシリコン窒化層との界面で剥がれが生じることがない。近年の高周波化及び液滴の小口径化を考えると吐出口と絶縁保護層の薄い部分１０５（発熱部）との間隔を狭くすることが好ましく、絶縁保護層の薄い部分１０５とそれ以外の部分との段差が小さい方が好ましい。

プラズマＣＶＤ法によって形成される絶縁保護層の層質は、成膜温度をより高温にすることで向上させることが可能である。成膜温度をより高温とするには、配線などに、成膜温度に対する耐熱性のある材料を用いる必要がある。例えば、Ａｌとシリコン等の合金や、チタンシリサイド等のシリサイドを用いることで、成膜温度をより高温にすることができる。

しかしながら、Ａｌとシリコン等の化合物や、チタンシリサイド等のシリサイドは、アルミニウム単独に比べて高抵抗なために、これらの材料を用いて配線を形成した場合は、配線層の厚さを厚くすることが必要となる。そのため、絶縁保護層での更なるカバレッジ性が要求される。更に、Ａｌ系の合金は高温に曝されると表面の平坦性が失われる場合があり、そのような場合には、配線上に形成する絶縁保護層の層厚を更に厚くする必要が生じる。すなわち、成膜温度を上げるには種々の課題が存在する。

更に、プラズマＣＶＤ法で形成される絶縁保護層は、膜質（層質）が十分緻密でなく、下記の問題を有している場合があった。
（１）インクに対して一定の保護機能を有しているものの、膜質が必ずしも十分ではなく、ある種のインクに対して層の一部が溶出する。あるいは、段差部においてカバレッジ性が十分でないために、被覆不良の部位を起点としてインクが内部に侵入してしまい、断線や吐出不能になる場合があった。
（２）耐キャビテーション性が十分ではなく、発泡と消泡とを繰り返すことで削られるので、耐キャビテーション性の高いＴａ等の金属による保護層を必要としている。

また、配線部の段差は急峻であるため応力が集中しやすく、その応力集中部を起点としてクラックが発生しやすくなる。従って、段差部のカバレッジ性を向上させるためには、熱的、機械的な応力等の変化に対して追従できるような膜質（層質）の絶縁保護層であることが好ましい。層質としては比較的軟らかいものが好ましいと考えられる。

しかしながら、このような膜質のものはインクに対する耐性が必ずしも十分ではなく、上述したようにインクに対して層の一部が溶出したり、被覆不良部を起点としてインクが内部に侵入する場合があった。

従って、記録ヘッド等の液体吐出ヘッドに用いる絶縁保護層は、インク等の液体に接する部分においては緻密で化学的及び物理的に安定し、薄層化してもインクに対して耐性があり、段差部においては層のクラック等が発生せずに、カバレッジ性に優れた層であることが要求される。
特開平８−１１２９０２号公報

本発明の目的は、発熱部の発熱抵抗層で発生した熱エネルギーを高効率に液体に伝達でき、消費電力の削減を可能とする液体吐出ヘッド用基体及びその製造方法、並びに該基体を用いる液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の更なる目的は、液体に対する耐性に優れ、段差部におけるカバレッジ性が良好であり、信頼性の高い吐出動作を可能とする液体吐出ヘッド用基体及びその製造方法、並びに該基体を用いる液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の更なる目的は、低温における成膜が可能であり、配線に用いるＡｌ等によるヒロックの発生を少なくすることができ、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の更なる目的は、比較的低温で膜応力の小さい成膜が可能であり、チップの変形を抑え、多ノズル化や長尺化に対応した液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明にかかる液体吐出ヘッド用基体の第一の態様は、
基板と、
該基板の上に形成された絶縁材料からなる絶縁層と、
該絶縁層の上に設けられた通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、
該発熱抵抗層の上に設けられ、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、
前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように、絶縁材料からなる層を複数有する絶縁保護層と、を有し、
前記絶縁保護層が有する複数の層の少なくとも１層がラジカルシャワーＣＶＤ法で形成された層であることを特徴とする。
本発明にかかる液体吐出ヘッド用基体の第二の態様は、
基板と、
該基板の上に形成された絶縁材料からなる絶縁層と、
該絶縁層の上に設けられた通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、
該発熱抵抗層の上に設けられ、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、
前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように、ラジカルシャワーＣＶＤ法により形成された絶縁材料からなる絶縁保護層と、
を有することを特徴とする。

本発明にかかる液体吐出ヘッド用基体の製造方法の第一の態様は、
絶縁材料からなる絶縁層と、通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、がこの順に積層された基板を用意する工程と、
前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように、絶縁材料からなる層を複数積層して絶縁保護層を形成する工程と、
を有し、
前記絶縁保護層が有する複数の層の少なくとも１層をラジカルシャワーＣＶＤ法により形成する
ことを特徴とする。
本発明にかかる液体吐出ヘッド用基体の製造方法の第二の態様は、
絶縁材料からなる絶縁層と、通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、がこの順に積層された基板を用意する工程と、
ラジカルシャワーＣＶＤ法を用いて、前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように絶縁材料からなる絶縁保護層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明の液体吐出記録ヘッドは、上記構成の液体吐出ヘッド用基体を用いたことを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッド用基体及び液体吐出ヘッドは、インクを含む種々の液体の吐出に利用できる。以下、液体としてインクを用いる場合について、液体吐出ヘッドをインクジェットヘッド、液体吐出ヘッド用基体をインクジェットヘッド用基体として本発明を説明する。

本発明にかかるインクジェットヘッド用基体において、発熱抵抗層とその上に配された電極配線層とを覆う絶縁保護層は、以下の構成を採ることができる。
（１）ＲＳ（ラジカルシャワー）−ＣＶＤ法で得られた一層からなる絶縁保護層。
（２）ＲＳ−ＣＶＤ法で得られた複数の層からなる絶縁保護層。
（３）複数の層からなり、少なくともＣａｔ（触媒）−ＣＶＤ法により形成された層の下層としてＲＳ−ＣＶＤ法で得られた層を含む絶縁保護層。
（４）複数の層からなり、通常のプラズマＣＶＤ法で形成した層の中に、ＲＳ−ＣＶＤ法で得られた層を含む絶縁保護層。

なお、上記（１）の絶縁保護層は、その厚さ方向に組成が変化したものでもよい。また、上記（２）〜（４）の複数の層の少なくとも２層間で組成が異なる場合があってもよい。

ラジカルシャワーＣＶＤ法は「Ｒａｄｉｃａｌ ｓｈｏｗｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」法であり、ＲＳ−ＣＶＤ法と称す。このＲＳ−ＣＶＤ法は、通常のプラズマＣＶＤ法とは異なり、プラズマ化させたラジカル生成ガスから取出した中性ラジカルを、材料ガスと反応させることにより基板上に薄膜形成を行なうものである。そのため、５０〜４００℃程度、好ましくは１００〜３００℃の低温で緻密な欠陥の少ない薄膜を形成することが可能となる。つまり、従来用いられているような高エネルギーの粒子を用いたスパッタリング法やプラズマを用いた通常のプラズマＣＶＤ法に比べて、欠陥の少ない緻密な膜（層）の低温での形成が可能となる。その結果、膜応力を低減させることができ、チップの変形を抑え、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することができる。更に、ＲＳ−ＣＶＤ法により得られる保護層は薄膜としても保護機能を十分維持しており、発熱抵抗層からの熱エネルギーを有効に利用できるものである。すなわち、ＲＳ―ＣＶＤ法によれば、プラズマダメージフリーな薄膜形成が可能となる。

更に、配線にアルミニウムあるいはアルミニウム系の合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ等）を用いた場合、プラズマを用いたＣＶＤ法では成膜時の基板温度以外にプラズマによるダメージも加わり表面粗れが生じる場合がある。これに対して、ＲＳ−ＣＶＤ法の場合、プラズマを発生させるチャンバーと、材料ガスを反応させて薄膜を形成するチャンバーは異なるために温度以外のダメージが表面に加わらない。その結果、表面粗れが発生しないので、Ａｌ系の配線の表面に厚い絶縁保護層を形成する必要がなくなる。

また、ＲＳ−ＣＶＤ法では基板近傍において中性ラジカルと材料ガスとの反応により成膜が行われる。発熱部の形成により段差部が形成されている基板上でのＲＳ−ＣＶＤ法による成膜では、中性ラジカルが段差部に入り込み、その部分において材料ガスと反応して膜（層）が形成される。その結果、カバレッジ性の良好な膜（層）を段差部に得ることが可能となる。すなわち、本発明のインクジェットヘッド用基体は、複数層構成の絶縁保護層のうち、少なくとも１つの層をＲＳ−ＣＶＤ法により形成しているので、段差部におけるカバレッジ性が良好な保護層を有することができる。

また、ＲＳ−ＣＶＤ法では、高エネルギーの粒子を発生させるチャンバーと薄膜形成を行うチャンバーが異なるため、プラズマによるダメージがなく、膜の応力をコントロールし易い。その結果、本発明の保護層の上に有機樹脂等からなる部材を形成する場合は、特に、有機樹脂等との応力のバランスを考慮して薄膜形成を行うことができる。また、インクジェットプリンターの今後の高速化に対応した多ノズル化や長尺化に対しては、記録素子基板自体の変形が懸念され、その変形を抑えるために膜の応力を低減させることが必要であり、有効な手段となる。

触媒−ＣＶＤ法は、「Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」法であり、Ｃａｔ―ＣＶＤ法と称する。このＣａｔ−ＣＶＤ法では、高温に加熱された熱触媒体に原料ガスを接触させ、熱触媒体との接触分解反応を利用して基板上に薄膜形成が行われる。そのため、５０〜４００℃程度、好ましくは１００〜３００℃の低温で緻密な欠陥の少ない薄膜を形成することが可能となる。つまり、従来用いられているような高エネルギーの粒子を用いたスパッタリング法やプラズマを用いたＣＶＤ法に比べて、欠陥の少ない緻密な膜（層）の形成ができ、膜応力を低減させることができる。Ｃａｔ−ＣＶＤ法により得られた保護層は、これを薄膜化しても保護機能を維持しており、Ｃａｔ−ＣＶＤ法により得られた薄膜としての保護膜を用いることにより、発熱抵抗体からの熱エネルギーを有効に利用することができる。

さらに、少なくもインクに接する最上層を、Ｃａｔ−ＣＶＤ法により形成した場合、上述したように緻密で応力の小さい絶縁保護層とすることができる。その結果、ＲＳ−ＣＶＤ法で形成した保護層と積層することにより、段差部でのカバレッジ性の更なる向上と、インクに対する耐性に優れたインクジェットヘッド用基体を提供することができる。

更に、Ｃａｔ−ＣＶＤ法による保護膜は、従来の絶縁保護膜よりも緻密な膜であり、耐キャビテーション性があるのでＴａ等の金属膜からなる上部保護層を形成しないことも可能となる。また、発熱部の保護層の膜厚を薄くすることが可能となり、熱伝導性が良好となり、インク側以外へ逃げる熱量が減るため、記録ヘッドの蓄熱ないしは昇温の問題を抑制することができる。

今後のインクジェットプリンターの更なる高速化・高解像度化に対応するためには、更なる多ノズル化が要求される。この場合、プリンタヘッドからのインクを噴射するサイクルの短縮だけでなく、吐出口数を増やすことによる高速化への対応が行なわれている。吐出口数を増やす場合、記録媒体の搬送方向の吐出口数を増やすことが多い。この結果、記録素子基板がより長尺化する。

半導体集積回路（ＬＳＩ）のチップは正方形に近い矩形であるので保護膜（層）の応力による変形が少ないが、プリンタヘッド用のチップ（記録素子基板）は、一辺に対し他の片が極端に長い長尺状のチップとなる。このため、チップの変形、破壊の原因となる保護層の応力を低減しておことが必要であり、有効な手段となる。

カラー画像形成用のインクジェットプリンターのインクジェットヘッドには、カラーの色再現性を改善するため、多数の色のインクが用いられる。この結果、弱アルカリ性〜中性〜弱酸性のインクと種々のｐＨのインクが用いられる。これらのインクが直接膜（層）に接し、且つ、インクを、熱エネルギーを利用して吐出させる際に加熱発泡させるため、インクジェットヘッドに用いる保護膜には種々の制約が課せられる。

更に、インクジェットヘッドに用いる絶縁保護層には、インクに対する耐性だけでなく発熱部からの熱を効率的にインクに伝達することが要求される。このため一般的な半導体分野の素子に比べて制約が大きく、インクへの耐性やエネルギーの観点からの膜設計が要求される。

本発明の液体吐出ヘッド用基体には、少なくとも、ＲＳ−ＣＶＤ法により形成された保護層が用いられており、本発明によれば上述の要求を満たすことができる。

以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。但し、本発明は、以下に説明する各実施例のみに限定されるものでなく、本発明の目的を達成し得るものであれば、特許請求の範囲を逸脱することなく適宜の構成を採用してもよいことは言うまでもない。

（実施例１）
以下、図面を参照して実施例１を詳細に説明する。図１及び図２は、それぞれ、本発明に係る実施例１のインクジェットヘッド用基体の発熱部周辺の模式的平面図及びそのＩＩ−ＩＩ線断面図である。ここで、図１〜図２の各部で同様に機能する部分については、対応箇所に同一符号を付してある。

図１は、インクジェットヘッド用基体１１００形成された配線パターン１１０５の一部の電極配線層１１０５が除去され、配線パターン１１０５の下に形成された発熱抵抗層１１０４がその部分で露出している。

図２に示すように、シリコン製の基板１１０１からなるインクジェットヘッド用基体１１００に絶縁性の蓄熱層１１０２及び層間膜１１０３がこの順に形成され、層間膜上に発熱抵抗層１１０４及び電極配線層１１０５がこの順に形成されている。電極配線層１１０５の一部が除去され発熱抵抗層１１０４が露出した部位が、発熱部１１０８となる。発熱抵抗層１１０４及び電極配線層１１０５は、図１に示される配線パターン１１０５の形状をしている。更に、配線パターン１１０５上に絶縁保護層１１０６が形成されている。そして、絶縁保護層１１０６の上方（発熱抵抗層及び電極配線のある側とは反対側）には液路としてのインク流路が形成されている。つまり、絶縁層（蓄熱層）の上に、発熱抵抗層、配線、絶縁保護層、インク流路の順に構成されている。

次に、上述のインクジェットヘッド用基体の製造方法を説明する。まず、平面の結晶方位が＜１００＞のシリコン製の基板１１０１を用意する。この＜１００＞の結晶方位を持つシリコン製の基板１１０１を用いることで、例えば、エッチングの開始面から深さ方向に５４．７°の傾斜を持って狭くなる孔を異方性エッチングにより形成することができる。

尚、基板１１０１は、予め駆動用の回路を作り込んだシリコン基板を用いても良い。

次に、基板１１０１上に熱酸化法により層厚１．８μｍの蓄熱層１１０２となるシリコン酸化層を形成し、さらに蓄熱層を兼ねる層間膜１１０３としてシリコン酸化層をプラズマＣＶＤ法により層厚１．２μｍに形成した。駆動用の回路を作りこんだシリコン基板を用いる場合、駆動用の回路を構成する半導体素子間を分離する局所酸化層の形成時の熱酸化層を用い、半導体素子を形成後、シリコン酸化層をプラズマＣＶＤ法により形成することができる。

次に、発熱抵抗層１１０４となるＴａＳｉＮ層及び電極配線層１１０５となるＡｌ層を、スパッタリング法を用いて形成した。

まず、合金ターゲットとしてＴａ−Ｓｉを用いた反応性スパッタリング法により、発熱抵抗層層１１０４となるＴａＳｉＮ層を形成した。ＴａＳｉＮ層の形成は、図７に示すスパッタリング装置を用いて行なった。このスパッタリング装置では、成膜室４００９内に平板マグネット４００２が設置され、所定の組成に作製されたＴａ−Ｓｉターゲット４００１がその上に載置されている。Ｔａ−Ｓｉターゲット４００１に対向して配置された基板ホルダー４００３上には、基板４００４が載置されている。成膜時に基板を所定の温度に保持するため、基板ホルダー４００３を昇温するための内部ヒーター４００５が基板ホルダー４００３内に配置されている。ターゲット４００１と基板４００４との間には、シャッター４０１１が形成されている。

ターゲット４００１と基板４００４との間に電位差を与える直流電源４００６の＋側の端子が基板ホルダー４００３に、−の端子がターゲット４００１に接続されている。成膜室４００９の外側には、成膜室４００９内の温度を制御する外部ヒーター４００８が形成されている。成膜室４００９内は、外部の真空装置（不図示）と排気口４００７を介して接続される。更に、成膜室４００９には、成膜時にガスを供給するガス供給口４０１０が設けられている。

ＴａＳｉＮ層の形成においては、まず、成膜室４００９を排気した後、Ｎ₂ガス分圧比が１６％になるようにＡｒガスを４２ｓｃｃｍで、Ｎ₂ガスを８ｓｃｃｍで供給した。その後、Ｔａ−Ｓｉターゲットに投入するパワーを５００Ｗ、雰囲気温度を２００℃、基板温度を２００℃として、４０ｎｍの厚さにＴａＳｉＮ層を形成した。続いて、配線層１１０５となるＡｌ層を同様にしてスパッタリング法を用いて４００ｎｍの厚さに形成した。

次に、フォトリソグラフィー法を用いてドライエッチングを行い、発熱抵抗層層１１０４及び配線層１１０５を同時にパター二ングした。続いて、フォトリソグラフィー法を用いてドライエッチングを行い、配線層１１０５の一部をエッチング除去してヒーターとして機能する２０μｍ×２０μｍの大きさの発熱部１１０４’を形成した。尚、パターニングされた配線層の端部は、後の工程で形成される保護層によるカバレッジ性を向上させるために、テーパ形状とすることが好ましいので、Ａｌのドライエッチングエッチングは等方性エッチングの条件で行うことが好ましい。Ａｌのエッチングはドライエッチング以外にウェットエッチングで行うことも可能である。

続いて、絶縁保護層１１０６となる層厚２５０ｎｍのシリコン窒化層を、ＲＳ−ＣＶＤ法を用いて形成した。

次に、図８の概略図を用い、ＲＳ−ＣＶＤ装置を説明する。ＲＳ−ＣＶＤ装置は、隔壁プレート３０１によってプラズマ室３０２と成膜室３０３とに分離される。原料ガスとしては、ラジカルを生成するガスと材料ガスを用いる。ラジカルを生成するガス（例えばＮＨ₃、酸素ガス等）をガス導入管３０４よりプラズマ室３０２へ導入し、高周波電源（ＲＦまたはＶＨＦ）を用いた電極３０５によりプラズマ放電させることにより、ラジカルが生成され、成膜室３０３に導入される。

材料ガスは、ガス導入管３０６により隔壁プレート３０１内に導入され、隔壁プレート３０１に設けられた開口部から成膜室３０３へ導入される。

成膜室３０３に導かれたラジカルと材料ガス（例えばＳｉＨ₄、必要に応じてキャリアーガスとしてＡｒやＨｅが添加される）とが反応し、基板ホルダー３０７上に載置された基板上に薄膜が形成される。尚、成膜室３０３を減圧するための排気ポンプ３０８が配されている。

このように、ＲＳ−ＣＶＤ装置はプラズマ室と成膜室を分離したことを特徴とし、成膜される基板が直接プラズマ生成反応にさらされることがないため、得られた膜の欠陥が少なく緻密な膜形成（層形成）が可能となる。

シリコン窒化層を成膜する場合は、ラジカルを生成するガスとしてアンモニア（ＮＨ₃）を、また材料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ₄）や、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等をキャリアーガスのＡｒやＨｅとともに用いることができる。

また、シリコン酸窒化層、シリコン酸炭化層、シリコン窒素炭化層を成膜する場合は、酸素やメタン（ＣＨ４）ガス等を適宜導入することにより形成することができる。

基板の温度を制御するため、基板ホルダー３０７に温度制御装置（基板温度を高温に保持する場合は、ヒーター、基板温度を低温に保持する場合は、冷却装置）を設けても良い。

本実施例では、図８の装置を用いた成膜は、以下のように行なった。

まず、排気ポンプ３０８を用いて成膜室３０３を１×１０^-5〜１×１０^-6Ｐａまで排気する。次いで、ＮＨ₃ガスを、５００ｓｃｃｍの流量でマスフローコントローラー（不図示）を介してガス導入口３０４からプラズマ室３０２に導入した。次に、高周波電源により８００Ｗの電力を印加してプラズマを発生させ、隔離プレート３０１を介して成膜室３０３に窒素ラジカルを導入した。

次に、ＳｉＨ₄ガスを２０ｓｃｃｍで、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍでガス導入口３０６より導入し、窒素ラジカルとＳｉＨ₄ガスとの反応によりシリコン窒化層の形成を行った。尚、この時の成膜圧力は２０Ｐａ、成膜温度は３００℃であった。

成膜されたシリコン窒化層の層厚（膜厚）は２５０ｎｍ、膜応力は２００ＭＰａ（引っ張り応力）であった。

導入するガスの組成を連続的あるいは段階的に変化させることにより、層厚方向で組成を変化させたシリコン窒化層等の絶縁保護層を形成することもできる。

例えば、ＮＨ₃ガスとＳｉＨ₄ガスの流量を変化させることにより、シリコン窒化層の組成を変化させた絶縁保護層を形成することができる。

また、原料ガスとして前述したＮＨ₃ガスやＳｉＨ₄ガスに加えて、酸素を添加することによりシリコン酸窒化層を作製することができる。

続いて、上述のインクジェットヘッド用基体１１００を用いて構成されるインクジェットヘッドを図５に示すインクジェットヘッドの模式的な斜視図を用いて説明する。

インクジェットヘッド１０００では、所定のピッチで発熱部１１０８が形成された発熱部列を２列、並列させたインクジェットヘッド用基体１１００を用いている。尚、２枚のインクジェットヘッド用基体１１００を、発熱部１１０８が配列されている側の縁部を挟んで対向配置することで並列化してもよいし、１枚のインクジェットヘッド用基体上に予め発熱部が２列並列するようにしてもよい。

発熱部１１０８が形成されたインクジェットヘッド用基体１１００上に吐出口５が形成された部材（流路形成部材）４が、発熱部１１０８と対応した位置に吐出口が配される様に接合され、インクジェットヘッド１０００が構成される。部材（流路形成部材）４には、インク吐出口５と、外部から導入されたインクを貯留する液室部分（不図示）と、吐出口５のそれぞれに対応して液室からインクを供給するためのインク供給口９と、吐出口５と供給口９とを連通する流路とが形成されている。

尚、図５では、各列の発熱部１１０８及びインク吐出口５が、線対称に配置されているように描かれているが、各列の発熱部１１０８及びインク吐出口５を互いに半ピッチずらして配置することで、記録の解像度をさらに高めることもできる。

図６は、図５のインクジェットヘッドを製造する工程を示す模式的断面図である。

発熱部１００２が形成されたインクジェットヘッド用基体１００１の裏面に形成されたシリコン酸化層１００７上に、インク供給口１０１０を形成するための耐アルカリ性を有するパターニングマスク１００８を形成する。

シリコン酸化層のパターニングマスク１００８の形成は次のようにして行うことができる。まず、マスク剤をスピンコートなどによって基板１００１の裏面に全面塗布し、熱硬化させる。そして、その上にポジ型レジスト（不図示）をスピンコートなどによって塗布し、乾燥させる。その後ポジ型レジストを、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングし、ポジ型レジストをマスクとして、パターニングマスク１００８となるマスク剤の露出された部分をドライエッチングなどによって除去する。最後にポジ型レジストを剥離して、所望のパターンのパターニングマスク１００８を得る。

次に、発熱部１１０８が形成された面上に型材１００３を形成する。型材１００３は後の工程で溶解されるが、流路形状に形成された後に溶解された型材が存在していた空間部分をインク流路として形成するものである。そのため、所望の高さ及び平面パターンのインク流路を形成するために、適切な高さ及び平面パターンに型材１００３を形成する。

型材１００３としては、例えば、ポジ型フォトレジストを用い、これをドライフィルムのラミネート、又は、スピンコートなどによって基板１００１上に所定の厚みで塗布する。次に、紫外線、ＤｅｅｐＵＶ光などによって露光、現像を行うフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングする（図６（ａ））。

次に、型材１００３を被覆するように、流路形成部材１００４の素材をスピンコートなどによって塗布し、フォトリソグラフィー技術によって、所望の形状にパターニングする。そして、発熱部１１０８と対向する位置にインク吐出口１００５をフォトリソグラフィー技術によって開口する。

その後、インク吐出口１００５が開口された流路形成部材１００４の面には、ドライフィルムのラミネートなどによって撥水層１００６を形成する（図６（ｂ））。

流路形成部材１００４の材料としては、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂などを用いることができる。流路形成部材１００４は、インク流路を構成するものであり、インクジェットヘッド使用時には常にインクと接触することになる。そのため、その材料としては、特に、光反応によるカチオン重合性化合物が適している。また、流路形成部材１００４の材料としては、使用するインクの種類及び特性によって耐久性などが大きく左右されるので、使用するインクによっては、上記の材料以外の相応の化合物を選択してもよい。

次に、基板１００１を貫通する貫通口であるインク供給口１０１０の形成を行う。この際、インクジェットヘッドの機能素子が形成された面や基板１００１の側面にエッチング液が触れないように、樹脂からなる保護材１０１１をスピンコートなどによって塗布することでこれらの部分を覆う。保護材１０１１の材料としては、異方性エッチングを行う際に使用する強アルカリ溶液に対して十分な耐性を有する材料を用いる。このような保護材１０１１によって流路形成部材４の上面側をも覆うことによって、撥水層１００６の劣化を防ぐことも可能となる。次に、予め形成しておいたパターニングマスク１００８を用いて、シリコン酸化層１００７をウェットエッチングなどによってパターニングし、基板１００１の裏面を露出するエッチング開始開口部１００９を形成する（図６（ｃ））。次に、シリコン酸化層１００７をマスクとして異方性エッチングによってインク供給口１０１０を形成する。異方性エッチングに用いるエッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニュウムハイドロオキサイド）の２２重量％溶液を用いることができ、この溶液の温度を８０℃に保ちながら所定時間（十数時間）エッチングを行い、貫通口を形成する。その後、パターニングマスク１００８と保護材１０１１を除去する。そして、更に、型材１００３を溶解させ、インク吐出口１００５、インク供給口１０１０から溶出させて除去し、乾燥させる（図６（ｄ））。

型材１００３の溶出は、ＤｅｅｐＵＶ光によって全面露光を行った後、現像を行うことによって実施でき、必要に応じて現像の際、超音波浸漬すれば、型材１００３を除去することができる。

このように製造されたインクジェットヘッドは、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装置、更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、このインクジェットヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。

尚、本明細書において、「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を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。

次に、インクジェットヘッドをインクタンクと一体化したカートリッジ形態のユニット（図９）及びこれを用いたインクジェット記録装置（図１０）について説明する。

図９は、記録装置に装着可能なカートリッジの形態を有するインクジェットヘッドユニット４１０の構成例を示す図である。インクジェットヘッドユニット４１０には、インクジェットヘッド５が配置されている。インクジェットヘッド５は、電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）用のテープ部材４０２に配され、インクタンク４０４と接合されている。インクジェットヘッド５の配線は、ＴＡＢ用のテープ部材４０２の端子４０３から延在する配線（不図示）と接続されている。

図１０は図９のインクジェットヘッドユニットを用いて記録を行うインクジェット記録装置の概略構成例を示すものである。インクジェット記録装置では、無端ベルト５０１に固定されたキャリッジ５００が、ガイドシャフト５０２に沿って移動可能になっている。無端ベルト５０１はプーリ５０３に巻回され、プーリ５０３にはキャリッジ駆動モータ５０４の駆動軸が連結されている。従って、キャリッジ５００は、モータ５０４の回転駆動に伴いガイドシャフト５０２に沿って往復方向（図中のＡ方向）に主走査される。キャリッジ５００上には、カートリッジ形態のインクジェットヘッドユニット４１０が搭載されている。インクジェットヘッドユニット４１０は、インクジェットヘッドの吐出口５が記録媒体としての用紙Ｐと対向し、かつ配列方向が主走査方向と異なる方向（例えば用紙Ｐの搬送方向である副走査方向）に一致するようにキャリッジ５００に搭載される。尚、インクジェットヘッド４１０及びインクタンク４０４の組は、使用するインク色に対応した個数を設けることができ、図示の例では４色（例えば、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）に対応して４組設けられている。

記録媒体としての記録紙Ｐは、キャリッジ５００のスキャン方向と直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙Ｐは搬送方向上流側の一対のローラユニット５１０及び５１１と、下流側一対のローラユニット５１１及び５１２とにより支持されて搬送される。各ローラユニットに対する駆動力は、図示しない用紙搬送モータから伝達される。

以上のような構成によって、キャリッジ５００の移動に伴いインクジェットヘッド４１０の吐出口の配列幅に対応した幅の記録と用紙Ｐの搬送とを交互に繰り返しながら、用紙Ｐ全体に対する記録が行われる。尚、キャリッジ５００のホームポジションには、各インクジェットヘッド４１０の吐出口が設けられた面（吐出口形成面）をキャッピングするキャップ部材５１３が設けられている。このキャップ部材５１３には吐出口から強制的にインクを吸引して吐出口の目詰まり等を防止するための吸引回復手段（不図示）が接続されている。

（実施例２）
実施例２では、図２の構成と異なり、図３に示すように、第一保護層１１０６ａ上に第二保護層１１０６ａ’が、それぞれＲＳ−ＣＶＤ法を用いて形成されている。図２の絶縁保護層１１０６を除いた構成と、図３の第一保護層１１０６ａ及び第二保護層１１０６ａ’を除いた構成とは、同様の構成及び製造方法である。

まず、第一保護層１１０６ａとして、ＮＨ₃ガスを５００ｓｃｃｍで、Ｏ₂ガスを２００ｓｃｃｍで、ＳｉＨ₄ガスを２０ｓｃｃｍで、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍで流し、成膜圧力を２０Ｐａ、基板温度３５０℃の条件で成膜し、層厚２００ｎｍの厚さにシリコン酸窒化層を形成した。

第二保護層１１０６ａ’としては、ＮＨ₃ガスを５００ｓｃｃｍで、ＳｉＨ₄ガスを３０ｓｃｃｍで、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍで流し、成膜圧力を１５Ｐａ、基板温度３５０℃の条件で成膜し、層厚１００ｎｍの厚さにシリコン窒化層を形成した。

本実施例においては、いずれもＲＳ−ＣＶＤ法を用いて、比較的カバレッジ性が良好なシリコン酸窒化層を第一保護層として形成し、その上に比較的耐インク性に優れたシリコン窒化層を第二保護層として形成した。

（実施例３）
本実施例においては図４のように、シリコン窒化層からなる絶縁保護層１１０６を、ＲＳ−ＣＶＤ法を用いてその組成を層厚方向で変化させて形成した。具体的には、シリコン窒化層は、インクに接する側を発熱抵抗層に接する側よりもＳｉ組成の多い組成とすることにより耐インク性に良好な層となるように形成した。つまり、発熱抵抗層に接する側からインクに接する側に向けてＳｉＨ₄ガス流量を多くなるように設定した。まず、ＮＨ₃ガスを５００ｓｃｃｍで、ＳｉＨ₄ガスを２０ｓｃｃｍで、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍで流し、成膜圧力を２０Ｐａ、基板温度３５０℃の条件で成膜を開始した。その後ＳｉＨ₄ガス量を２５ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍと変化させて層厚３００ｎｍの厚さにシリコン窒化層を形成した。このときのシリコン窒化層の膜応力は−１５０ＭＰａ（圧縮応力）であった。尚、インク液がアルカリ性の場合には、シリコン窒化層中のシリコンがインクへ溶出するおそれがあるため、逆に、インクに接する側を発熱抵抗層に接する側よりもＳｉ組成の少ない組成とすることにより、アルカリ性インクに対する耐性の良好な層が得られる。

（実施例４）
本実施例では、図２の構成と異なり、図１４と同様の構成とし、ＲＳ−ＣＶＤ法により形成した絶縁保護層１０８上に、耐キャビテーション層である上部保護層１１０が形成されている。上部保護層１１０は、スパッタリング法を用いてＴａ膜を２００ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行って図１４に示すインクジェットヘッド用基体を得た。尚、実施例４においては、上部保護層１１０を形成する以外は実施例１と同様にしてインクジェットヘッド用基体を形成した。

（実施例５）
本実施例では、実施例１と同様に図２の構成で、ＲＳ−ＣＶＤ法の成膜条件を変化させた膜厚２００ｎｍのシリコン窒化層を形成した。ＲＳ−ＣＶＤの原料ガスとしては、ＮＨ₃ガスを４００ｓｃｃｍで、ＳｉＨ₄ガスを３０ｓｃｃｍで、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍで流し、成膜圧力を２０Ｐａ、基板温度を３８０℃に設定して成膜を行った。このときのシリコン窒化層の膜応力は、１００ＭＰａ（引っ張り応力）であった。

（実施例６）
本実施例では、実施例１と同様のＲＳ−ＣＶＤ法の成膜条件で、層厚を変化させたシリコン窒化層を形成した。層厚は１００ｎｍであった。

（実施例７）
本実施例では、実施例１と同様の成膜条件で、膜厚を変化させたシリコン窒化層をＲＳ−ＣＶＤ法を用いて形成した。層厚は５００ｎｍであった。

（実施例８）
本実施例では、実施例１と同様に図２の構成で、層厚３００ｎｍのシリコン酸窒化層を形成した。ＲＳ−ＣＶＤの原料ガスとしては、ＮＨ₃ガスを５００ｓｃｃｍで、Ｏ₂ガスを２００ｓｃｃｍで、ＳｉＨ₄ガスを２０ｓｃｃｍで、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍで流し、成膜圧力を２０Ｐａ、基板温度を３００℃に設定して成膜を行った。

このときのシリコン酸窒化層の膜応力は、５００ＭＰａ（引っ張り応力）であった。

（実施例９）
本実施例では、成膜時の基板温度を５０℃に設定する以外は実施例１と同様のＲＳ−ＣＶＤ成膜条件でシリコン窒化層を形成した。

（比較例１）
絶縁保護層を、プラズマＣＶＤ法を用いて形成する以外は、実施例１と同様にしてインクジェット用基体を作製した。原料ガスはＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスを用い、基板温度４００℃、成膜圧力を０．５Ｐａ、層厚（膜厚）２５０ｎｍ、膜応力は−９００ＭＰａ（圧縮応力）であった。

実施例１〜９のインクジェット用基体の形成においては、基板温度は４００℃以下に設定されており、ＲＳ−ＣＶＤ法の特徴であるプラズマが成膜室には存在しないことから、Ａｌ層の表面にはヒロックの発生はなかった。一方、比較例のプラズマＣＶＤ法による成膜においては、層質を良好にするために基板温度を４００℃に設定しており、基板がプラズマにさらされることから、Ａｌ層の表面にはヒロックが観察された。

（インクジェットヘッド用基体及びインクジェットヘッドの評価）
＜耐インク性の評価結果＞
各実施例１〜３、５〜９及び比較例のインクジェットヘッド用基体を、インク液中に浸漬させ、７０℃の恒温槽に３日間放置し、初期の層厚に対して放置後の絶縁保護層の層厚変化を調べた。

その結果、比較例１のインクジェットヘッド用基体においてはシリコン窒化層が約８０ｎｍ減少したのに対し、実施例１〜３、５〜９のインクジェットヘッド用基体においては約２０ｎｍ程度の減少しか見られず、インクに対して耐性の強い層（膜）であることがわかった。

これは、従来の絶縁保護層として用いているプラズマＣＶＤ法で形成したシリコン窒化層に対して、本発明のＲＳ−ＣＶＤ法により形成した層（膜）はインク耐性に優れることから、薄膜化しても保護性能を得ることができる。この結果、絶縁保護層の層厚を薄膜化することにより、エネルギー効率の高い構成が可能である。

＜ヘッド特性＞
次に各実施例及び比較例１のインクジェットヘッド用基体を用いて構成した実施例１〜９、及び比較例１のインクジェットヘッドをインクジェット記録装置に取り付けて、吐出を開始する発泡開始電圧Ｖｔｈの測定及び印字耐久試験を行った。この試験は、Ａ４サイズの用紙に、インクジェット記録装置に組み込まれている一般的なテストパターンを記録させることで行った。このとき、駆動周波数１５ＫＨｚ、駆動パルス幅１μｓのパルス信号を与え、発泡開始電圧Ｖｔｈを求めた。その結果を表１に示す。

図１４の構成において、絶縁保護層をＲＳ−ＣＶＤ法により形成し、上部保護層を層厚２００ｎｍ形成したものではＶｔｈ＝１８．０Ｖであった（実施例４）。

また、図２のように上部保護層を形成せずに絶縁保護層をインクに接する構成（実施例１）にしたものでは、表１のような結果が得られ、Ｖｔｈが約１０〜１５％程度低減され、消費電力の更なる改善が見られた。

また、絶縁保護層を積層した実施例２、絶縁保護層の層厚方向で組成を変化させた実施例３や、絶縁保護層の成膜条件を変えた実施例５、絶縁保護層の層厚を変化させた実施例６〜７、シリコン酸窒化層の実施例８、ＲＳ−ＣＶＤ成膜時の基板温度を下げて形成した実施例９のものにおいても、表１のようなＶｔｈの低下が見られた。

実施例７においては、発泡開始電圧Ｖｔｈは、比較例１に比べて高い値となっているが、これは層厚を５００ｎｍと厚くしているためで、層厚換算でみると消費電力の改善がされている。次に、このＶｔｈの１．３倍を駆動電圧Ｖｏｐとし、１５００文字の標準文書の記録を行ったところ、実施例１〜実施例９のいずれのヘッドにおいても、５０００枚以上の記録が可能であることが確認され、かつ記録品位の劣化も見られなかった。

一方、比較例１のヘッドにおいては、１０００枚程度の記録の後、印字が不能となった。これは、絶縁保護層が主としてキャビテーション及びインクによる溶出により断線に至ったためであることが確認された。

すなわち、本発明を適用したインクジェットヘッドでは、長期にわたり、画像が安定しており、耐久特性にも優れていることがわかった。

（実施例１０）
図１及び図３は、それぞれ、実施例１０にかかるインクジェットヘッド用基体の発熱部周辺の模式的平面図及びそのII―II線断面図である。ここで、図１及び図３の各部の構成は、既に上述の実施例１及び実施例２で説明済みである。本実施例では、図３の第１保護層１１０６ａをＲＳ−ＣＶＤ法で形成し、その上層の第２保護層１１０６ａ’をＣａｔ−ＣＶＤ法で形成した構成が相違するものである。そのため、同様に機能する部分については、対応箇所に同一符号を付してある。

まず、第１保護膜１１０６ａとなる膜厚１５０ｎｍのシリコン窒化層を、ＲＳ−ＣＶＤ法を用いて形成した。原料ガスはＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスを用い、基板温度４００℃、成膜圧力を０．５Ｐａの条件で行った。次いで、第２保護層１１０６ａ’として膜厚１００ｎｍのシリコン窒化層をＣａｔ―ＣＶＤを用いて形成し、パターニングを行って図３に示すインクジェットヘッド用基体１１００を得た。次に、図８を用いて説明した製法と同様にしてＲＳ―ＣＶＤ装置により、層厚が１５０ｎｍ、膜応力が２００ＭＰａ（引っ張り応力）の第１保護層１１０６ａとしてのシリコン窒化層を成膜した。次に、図１１の概略図を用いて、第２保護層１１０６ａ’を成膜する装置であるＣａｔ―ＣＶＤ装置を説明する。このＣａｔ−ＣＶＤ装置は、成膜室８０１内に、基板ホルダー８０２、ヒーター８０４及びガス導入部８０３が設けられた構造を有し、成膜室８０１を減圧するための排気ポンプ８０５が更に設けられている。ヒーター８０４は、基板ホルダー８０２上でガスを接触分解反応させるための触媒体となる。原料ガスはガス導入部８０３からヒーター８０４上に導入される。成膜室８０１を減圧するための排気ポンプ８０５が更に設けられている。

Ｃａｔ―ＣＶＤ法は、触媒体となるヒーター８０４を加熱し、触媒反応を利用してそこに導入された原料ガスの接触分解を行い、基板ホルダー８０２上に載置された基板上に膜（層）を形成する方法である。Ｃａｔ―ＣＶＤ法によれば、基板温度を下げて成膜することが可能となる成膜方法である。

シリコン窒化層を成膜する場合、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）や、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等を、また窒素の原料ガスとしてはアンモニア（ＮＨ₃）を用いることができ、触媒体としてタングステン（Ｗ）を用いることができる。また、カバレッジ性の改善のために水素（Ｈ₂）を添加しても良い。基板を加熱するために基板ホルダー８０２にヒーターを設けても良い。

本実施例では、図１１の装置を用いた成膜は、以下のように行なった。まず、排気ポンプ８０５を用いて成膜室８０１を１×１０^-5〜１×１０^-6Ｐａまで排気する。次いで、ＮＨ₃ガスを、２００ｓｃｃｍマスフローコントローラー（不図示）を介してガス導入口８０３から成膜室８０１に導入した。このとき、基板温度を３００℃になるようにヒーターを調節した（不図示）。次に、外部の電源により加熱触媒体の温度を１７００℃に加熱した。次に、ＳｉＨ₄ガスを５ｓｃｃｍ導入し、ＮＨ₃ガスとＳｉＨ₄ガスとの接触分解反応によりシリコン窒化層の形成を行った。尚、この時の成膜圧力は５Ｐａであった。成膜されたシリコン窒化層の層厚は１００ｎｍ、膜応力は２００ＭＰａ（引っ張り応力）であった。

上述のインクジェットヘッド用基体１１００を用いて構成されるインクジェットヘッド１０００の構成及びその製造方法は、図５及び図６を用いて上述したとおりである。また、このインクジェットヘッドをインクタンクと一体化してカートリッジ形態のユニットとすること及びこれをインクジェット記録装置に搭載する構成については、図９及び図１０を用いて上述したとおりである。

（実施例１１）
実施例１１では、図３に示した構成と異なり、図１２に示すように、第１保護層１１０６ａ、第２保護層１１０６ａ’上に上部保護層１１０７、例えば金属性の耐キャビテーション層としての保護層が形成されている。

実施例１０と同様にして、ＲＳ−ＣＶＤ法により形成したシリコン窒化層からなる層厚１５０nmの第１保護層１１０６ａ上に、Ｃａｔ−ＣＶＤ法によりシリコン窒化層からなる層厚１００nmの第２保護層１１０６ａ’を形成した。最後に、スパッタリング法により上部保護層１１０７としてＴａ層を１００ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行って図１２に示すインクジェットヘッド用基体１１００を得た。

Ｔａ層からなる上部保護層１１０７は、第１保護層１１０６ａや第２保護層１１０６ａ’に比べ熱伝導率が高く、熱効率を大きく低下させるものではない。また、上部保護層１１０７は、緻密な絶縁保護層１１０６ａ’上に直接的に形成されることから、発熱部１１０４’からの熱エネルギーを発熱部１１０８に効率よく伝導し、有効に発泡ないしインク吐出のために作用させることができる。

（実施例１２）
本実施例においては、実施例１０と同様の構成の第１保護層１１０６ａ、第２保護層１１０６ａ’を形成した。第１保護層１１０６ａとして、ＲＳ−ＣＶＤ法により膜厚２００nmのシリコン酸窒化層を形成した。ＲＳ−ＣＶＤの原料ガスとしては、ＮＨ₃ガスを５００ｓｃｃｍとＯ₂ガスを２００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ₄ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを５０ｓｃｃｍとし、成膜圧力を２０Ｐａ、基板温度を３００℃に設定して行った。この時の膜応力は５００ＭＰａ（引っ張り応力）であった。

次に、第１保護層１１０６ａ上に、Ｃａｔ−ＣＶＤ法によりシリコン窒化層からなる第２保護層１１０６ａ’を形成した。この時の原料ガスとしてはＮＨ₃ガスを５０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ₄ガスを５ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガスを１００ｓｃｃｍとし、成膜圧力を４Ｐａ、加熱触媒体の温度は１７００℃、基板温度３５０℃に設定して行った。このときの層厚は１００ｎｍ、膜応力は５００ＭＰａ（引っ張り応力）であった。

（実施例１３）
本実施例においては、第１保護層１１０６ａとしてＲＳ−ＣＶＤ法により１００ｎｍのシリコン窒化層を形成した。原料ガスはＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスを用い、基板温度４００℃、成膜圧力を０．５Ｐａの条件で行った。第２保護層１１０６ａ’として、層厚５０ｎｍのシリコン窒化層をＣａｔ―ＣＶＤを用いて形成した。この時の原料ガスとしてはＮＨ₃ガスを５０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ₄ガスを５ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガスを１００ｓｃｃｍとし、成膜圧力を４Ｐａ、加熱触媒体の温度は１７００℃、基板温度１００℃に設定して行った。このときの膜応力は４００ＭＰａ（引っ張り応力）であった。

（比較例２）
絶縁保護層を、プラズマＣＶＤ法を用いて形成する以外は、実施例１０と同様にしてインクジェット用基体を作製した。原料ガスはＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスを用い、基板温度４００℃、成膜圧力を０．５Ｐａ、膜応力は９００ＭＰａ（圧縮応力）であった。また、成膜した絶縁保護層の層厚は２５０ｎｍであった。

（インクジェットヘッド用基体及びインクジェットヘッドの評価）
＜耐インク性の評価結果＞
実施例１０、１２、１３及び比較例２の基体を、インク液中に浸漬させ、７０℃の恒温槽に３日間放置し、初期の層厚に対して放置後の絶縁保護層の層厚変化を調べた。その結果、比較例２のインクジェットヘッド用基体においてはシリコン窒化層が約８０ｎｍ減少したのに対し、各実施例のインクジェットヘッド用基体においては約１０ｎｍ程度の減少しか見られず、インクに対して耐性の強い膜であることがわかった。また、直接インクと接する層をＲＳ−ＣＶＤ法で形成した場合よりも、Ｃａｔ−ＣＶＤ法で形成した方が、耐インク性という観点からは良い結果が得られることがわかった。

このように、比較例２におけるプラズマＣＶＤ法で形成したシリコン窒化層に対して、各実施例でのインクジェットヘッド用基体では、絶縁保護層が、少なくとも最上層がＣａｔ−ＣＶＤ法で形成され、下層がＲＳ（ラジカルシャワー）−ＣＶＤ法で形成された、複数の層からなることによるものと考えられる。すなわち、かかる特定の複数構成の絶縁保護層を用いることで、段差部におけるカバレッジ性が良好であり、段差部でのクラック等の発生はなく、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することが可能となった。

また、少なくとも最上層の絶縁保護膜がＣａｔ−ＣＶＤ法により形成されることで、インク耐性に優れていることがわかった。

＜ヘッド特性＞
次に実施例１０〜１３及び比較例２のインクジェットヘッド用基体を用いて構成したインクジェットヘッドをインクジェット記録装置に取り付けて、吐出を開始する発泡開始電圧Ｖｔｈの測定及び印字耐久試験を行った。この試験は、Ａ４サイズの用紙に、インクジェット記録装置に組み込まれている一般的なテストパターンを記録させることで行った。このとき、駆動周波数１５ＫＨｚ、駆動パルス幅１μｓのパルス信号を与え、発泡開始電圧Ｖｔｈを求めた。その結果を表２に示す。

図３の構成において、第１保護層をＲＳ−CＶＤ法で、第２保護層をＣａｔ（触媒）−ＣＶＤ法により形成したものではＶｔｈ＝１４．２Ｖであった（実施例１０）。

また、表２のように実施例１１〜１３においても同様の結果が得られ、Ｖｔｈが約５％程度低減され、消費電力の改善が見られた。

次に、このＶｔｈの１．３倍を駆動電圧Ｖｏｐとし、１５００文字の標準文書の記録を行ったところ、実施例１０〜１３のいずれのヘッドにおいても、５０００枚以上の記録が可能であることが確認され、かつ記録品位の劣化も見られなかった。

一方、比較例２のヘッドにおいては、１０００枚程度の記録の後、印字が不能となった。これは、絶縁保護層が主としてキャビテーション及びインクによる溶出により断線に至ったためであることが確認された。すなわち、本発明を適用したインクジェットヘッドでは長期にわたり画像が安定しており、耐久特性にも優れていることがわかった。

尚、上述の各実施例においては、インクと直接接する層をＲＳ−ＣＶＤ法やＣａｔ−ＣＶＤ法で形成し、少なくとも電極配線と発熱抵抗層との段差部を覆う層を段差カバレッジ性に優れたＲＳ−ＣＶＤ法で形成している。しかしながら、インクの特性やヘッドの寿命等を考慮した場合に、インクによる保護層の溶出量がヘッドの吐出特性に影響しない範囲内であれば、プラズマＣＶＤ法によりインクに直接接する層を形成してよい。この場合、カバレッジ性に優れたＲＳ−ＣＶＤ法により形成した保護層をプラズマＣＶＤ法で形成した保護層の下層（発熱抵抗層及び電極配線層側）に配した複数保護層構成であれば、インクに直接接する層をプラズマＣＶＤ法で形成しても良いことになる。

また、本発明の絶縁保護層を複数の層から形成し、少なくとも、耐インク性に優れたＣａｔ−ＣＶＤ法で形成した保護層の下層（発熱抵抗層及び電極配線層側）として段差カバレッジ性に優れたＲＳ−ＣＶＤ法で形成した保護層を配する構成も優れた効果を奏する。

更に、最上層を耐インク性に優れたＣａｔ−ＣＶＤ法で形成した保護層を配し、最下層に段差カバレッジ性に優れたＲＳ−ＣＶＤ法で形成した保護層を配する構成も優れた効果を奏するものである。

本発明のインクジェットヘッド用基体の発熱部の模式的平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 本発明の他のインクジェットヘッド用基体の発熱部の模式的断面図である。 本発明の他のインクジェットヘッド用基体の発熱部周辺の模式的断図である。 本発明の一実施形態によるインクジェットヘッド用基体の発熱部周辺の模式的平面図である。 図４に示したインクジェットヘッドの製造工程を説明するための模式的断面図である。 インクジェットヘッド用基体の製造工程に適用可能な成膜装置の一例を示す模式図である。 本発明の絶縁保護層を形成するための成膜装置の模式図である。 図６に示したインクジェットヘッドを用いて構成したインクジェットカートリッジを示す斜視図である。 図９に示したインクジェットカートリッジを用いてプリントを行うインクジェットプリント装置の概略構成例を示す模式的斜視図である。 本発明の絶縁保護層を形成するための別の成膜装置の模式図である。 本発明の他のインクジェットヘッド用基体の発熱部の模式的断面図である。 従来のインクジェットヘッド用基体の発熱部の模式的断面図である。 従来の他のインクジェットヘッド用基体の発熱部の模式的断面図である。

符号の説明

１０００ インクジェット記録ヘッド
１１００ インクジェット記録ヘッド用基体
１１０１ シリコン基板
１１０２ 蓄熱層
１１０３ 層間膜
１１０４ 発熱抵抗体層
１１０４’ 発熱部
１１０５ 配線層
１１０６ 絶縁保護層
１１０６ａ 第１保護層
１１０６ａ’ 第２保護層
１１０７ 上部保護層
１１０８ 熱作用部
１００１ 基板
１００２ 発熱抵抗層
１００３ 型材
１００４、４ オリフィスプレート
１００５、５ 吐出口
１００６ 撥水層
１００７ 裏面シリコン酸化膜
１００８ パター二ングマスク
１００９、９ エッチング開始開口部
１０１０ インク供給口
１０１１ 保護材
４１０ インクジェットヘッド
４０２ テープ部材
４０３ 接点
４０４ インクタンク
１２０ シリコン基板
１０６ 蓄熱層
１０７ 発熱抵抗体層
１０２ 発熱部
１０３、１０４ 配線層
１０８ 絶縁保護層
１０８ａ 第１保護層
１０８ｂ 第２保護層
１１０ 上部保護層
１０５ 熱作用部
８０１ 成膜室
８０２ 基板ホルダー
８０３ ガス導入口
８０４ ヒーター
８０５ 排気ポンプ

Claims (16)

1. 基板と、
   該基板の上に形成された絶縁材料からなる絶縁層と、
   該絶縁層の上に設けられた通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、
   該発熱抵抗層の上に設けられ、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、
   前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように、絶縁材料からなる層を複数有する絶縁保護層と、を有し、
   前記絶縁保護層が有する複数の層の少なくとも１層がラジカルシャワーＣＶＤ法で形成された層であることを特徴とする液体吐出ヘッド用基体。
2. 前記絶縁保護層は、ラジカルシャワーＣＶＤ法により形成された層よりも上に、触媒ＣＶＤ法により形成された層を有していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基体。
3. 基板と、
   該基板の上に形成された絶縁材料からなる絶縁層と、
   該絶縁層の上に設けられた通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、
   該発熱抵抗層の上に設けられ、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、
   前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように、ラジカルシャワーＣＶＤ法により形成された絶縁材料からなる絶縁保護層と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基体。
4. 前記絶縁保護層は、シリコンを含有する絶縁材料からなり、シリコンの比が層厚方向で変化するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体。
5. 前記絶縁保護層は、シリコン窒化層、シリコン酸窒化層、シリコン酸炭化層およびシリコン窒素炭化層のいずれか１つまたはこれらを組み合わせて設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体。
6. 前記絶縁保護層上に金属材料からなる金属保護層がさらに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体。
7. 絶縁保護層の上側に、液体を吐出するための吐出口と、該吐出口に連通し液体を供給するために用いられる流路と、を構成する流路形成部材をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体を備えた液体吐出ヘッド。
9. 絶縁材料からなる絶縁層と、通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、がこの順に積層された基板を用意する工程と、
   前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように、絶縁材料からなる層を複数積層して絶縁保護層を形成する工程と、
   を有し、
   前記絶縁保護層が有する複数の層の少なくとも１層をラジカルシャワーＣＶＤ法により形成する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
10. 前記絶縁保護層を形成する工程において、前記ラジカルシャワーＣＶＤ法の後に、ラジカルシャワーＣＶＤ法以外の方法を用いることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
11. 前記ラジカルシャワーＣＶＤ法以外の方法は、触媒ＣＶＤ法であることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
12. 絶縁材料からなる絶縁層と、通電により発熱する材料からなる発熱抵抗層と、前記発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の配線と、がこの順に積層された基板を用意する工程と、
    ラジカルシャワーＣＶＤ法を用いて、前記発熱抵抗層と前記一対の配線とを覆うように絶縁材料からなる絶縁保護層を形成する工程と、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
13. 前記ラジカルシャワーＣＶＤ法は、
    ラジカルを生成する生成ガスを用いてラジカルを生成する工程と、
    生成された前記ラジカルと、モノシランガスまたはジシランガスからなる材料ガスと、を反応させる工程と、
    を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
14. 前記ラジカルシャワーＣＶＤ法は、前記基板の温度が４００℃以下となる条件で行われることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
15. 前記絶縁保護層上に金属材料からなる金属保護層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
16. 絶縁保護層の上側に、液体を吐出するための吐出口と、該吐出口に連通し液体を供給するために用いられる流路と、を構成する流路形成部材を設ける工程をさらに有することを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体の製造方法。

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