JP5311975B2 - 液体吐出ヘッド用基体及びこれを用いる液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、紙、プラスチックシート、布等の記録媒体に対して、液体（例えばインク等の機能性液体）を吐出することにより、文字、記号、画像や、パターン等の記録等を行う液体吐出ヘッド用基体及びこれを用いる液体吐出ヘッドに関する。

液体吐出記録に使用されるヘッドの一般的な構成としては、複数の吐出口とこの吐出口に連通する流路と、液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体と、を有する構成を上げることができる。そして、発熱抵抗体は発熱抵抗体及びこれに電力を供給するための電極を有して構成され、この発熱抵抗体が絶縁膜により被覆されることで、各発熱抵抗体間での絶縁性が確保される。各液体流路は，その吐出口と反対側の端部が共通液室に連通しており、この共通液室には液体貯留部としての液体タンクから供給される液体が貯留される。そして、共通液室に供給された液体は、ここから各液体流路に導かれ、吐出口近傍でメニスカスを形成して保持される。この状態で、発熱抵抗体を選択的に駆動させることにより発生する熱エネルギーを利用して熱作用面上の液体を急激に加熱発泡させ、この状態変化に伴う圧力によって液体を吐出させる。

この液体吐出時における液体吐出ヘッドの熱作用部は、発熱抵抗体の発する熱により高温に曝されるとともに、液体の発泡、収縮に伴うキャビテーション衝撃や液体による化学的作用を複合的に受けることになる。

よって、通常、熱作用部には、このキャビテーション衝撃や、液体による化学的作用から発熱抵抗体を保護するために上部保護層が設けられる。

このような上部保護層が形成されたヘッド用基体を用いて液体吐出ヘッドの製造方法は、例えば特許文献１に開示されている。

従来は、これらのキャビテーション衝撃や液体による化学的作用に対して比較的強いＴａ膜を、上部保護層として熱作用部の表面に０．２〜０．５μｍの厚さに形成し、ヘッドの寿命及び信頼性の両立を図っていた。

また、これらの熱作用部では、液体に含まれる色材及び添加物などが高温加熱されることにより分子レベルで分解されて難溶解性の物質に変化し、上部保護層上に物理吸着する現象が起こっていた。この現象はコゲーションと呼ばれている。

このように、上部保護層上に難溶解性の有機物や無機物が吸着すると、発熱抵抗体から液体への熱伝導が不均一になり、液体の発泡が不安定になる。そこで、比較的コゲーションの生じない良好な膜であるＴａ膜が一般的に用いられている。

以下に、熱作用部における液体の発泡、消泡に伴う様子について図７を用いて詳細に説明する。図７は、電圧を印加してからの上部保護層の温度変化と発泡状態とを説明する図である。

図７の曲線（ａ）は、駆動電圧Ｖ_ｏｐ：１．３×Ｖ_ｔｈ（Ｖ_ｔｈ：液体の発泡閾値電圧）、駆動周波数：６ｋＨｚ、パルス幅：５μｓである駆動条件の下で、発熱抵抗体に電圧を印加した瞬間からの上部保護層での表面温度の経時変化を示したものである。また、曲線（ｂ）は、同様に発熱抵抗体に電圧を印加した瞬間からの泡の成長状態を示す。

曲線（ａ）のように、電圧を印加してから昇温が始まり、設定された所定のパルス時間よりやや遅れて昇温ピーク（発熱抵抗体からの熱が上部保護層に達するのがやや遅れるため）となり、それ以降は主として熱拡散により温度が降下する。一方、曲線（ｂ）のように泡の成長は、上部保護層温度が３００℃付近から発泡成長が始まり、最大発泡に達した後、消泡する。実際の液体吐出ヘッドでは、これが繰り返し行われる。このように、液体の発泡に伴い、上部保護層表面は、例えば６００℃付近まで昇温しており、いかに液体吐出記録が高温の熱作用を伴って行われているかがわかる。

従って、液体に接する上部保護層は、耐熱性、機械的特性、化学安定性、耐酸化性、耐アルカリ性等に優れた膜特性が要求される。上部保護層に用いられる材料としては、上述したＴａ膜の他に、貴金属、高融点遷移金属等が用いられる。

ところが、近年、液体吐出記録への高画質化、高速記録等の高機能化に対する要求が一段と高まってきている。これらの要求を満足するために、インクの性能の向上、例えば高画質化に対応して発色性や耐候性の向上が求められるとともに、高速記録に対応してブリーディング（カラー異色インク間でのにじみ）の防止が求められている。そこで、これらの要求を満たすために、インク中に種々の成分を添加する試みがなされている。また、インク種自体もブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの他に、濃度を薄くした淡色のインクを用いる等、多様化してきている。これらのインクに対して、上部保護層として従来安定とされていたＴａ膜さえも、インクとの熱化学反応により、Ｔａ膜が腐食する現象が起こる。例えば、Ｃａ、Ｍｇなどの二価金属塩や、キレート錯体を形成する成分を含有するインクを用いた場合には、顕著に現れる。

一方、上述したようにインクに対する耐腐食性を改善した上部保護層を形成した場合には、耐腐食性が高い代わりに表面がほとんどダメージを受けないため、逆にコゲーションが発生し易くなる傾向がある。これにより、インクの吐出速度が低下し、不安定となる。

なお、従来用いられているＴａ膜においてコゲーションの発生が少ないのは、Ｔａ膜の若干の腐食とコゲーションがバランス良く生じているためである。これは、Ｔａ膜の表面が腐食により削れ落ちる際に、コゲーションによる生成物の堆積も一緒にＴａ膜の表面から除去されると推測されている。

また、液体吐出記録の高速化を更に進めるためには、従来よりも駆動周波数を上げて、より一層の短パルスによる駆動が必要となる。このような短パルス駆動においては、ヘッドの熱作用部において短時間に加熱→発泡→消泡→冷却が繰り返されるため、従来より、短い時間に、より多くの熱ストレスを受けるものとなっている。また、短パルス駆動により、インクの発泡、収縮に伴うキャビテーション衝撃も従来になく短時間に上部保護層に集中する。そのため、特に機械的な衝撃特性に優れた上部保護層が必要となる。

このような上部保護層として、特許文献２には、１２ａｔ．％以上のＣｒを含むアモルファス構造のＴａＣｒ合金を用いる液体吐出ヘッド用基体が開示されている。

また、特許文献２には、ドライエッチングによるパターニング加工の観点から、３０ａｔ．％以下のＣｒを含むアモルファス構造のＴａＣｒ合金を用いる液体吐出ヘッド用基体が開示されている。
特開平６−２８６１４９号公報 特開２００４−２１６８７６号公報

しかしながら、近年の記録画像の高速記録化に伴って、液体吐出ヘッド用基体の長尺化（特に１．０インチ以上）や、インクの耐光性や耐ガス性を向上させるための添加物を含有するインクの採用ということが考えられる。この場合には、ヘッドの構成部材の線膨張率の違いによって液流路壁や吐出口を形成する樹脂層の応力等にひずみを生じ、また新規インクの成分によっても構成部材間の界面に影響を与えるおそれがある。これらのことから、液流路壁や吐出口を形成する樹脂製の流路形成部材とシリコン基板上の上部保護層との間で剥離が発生するおそれがあった。また、両者の密着性を向上させるため、上部保護層上に有機物の密着層を設けても、この密着層と上部保護層との界面付近で剥離が発生し、インクが保護層より基板側に浸透し、配線の腐食を引き起こしてしまう可能性があった。その結果、良好な記録が得られず、長期に渡る品質信頼性を確保することが困難となる可能性があった。

つまり、基体サイズが０．５インチ以上１．０インチ未満の場合には、特許文献１に開示されるＴａＣｒ膜と有機物の密着層との間の密着性は良好であった。しかし、基体サイズが１インチ以上の長尺化された記録素子基板では、より密着性を向上させた上部保護層が求められるようになってきている。

また、特許文献２に開示されているように、ＴａＣｒ膜のパターン加工を行う場合に、一般的に多用されているドライエッチングを用いると、エッチングレートはＣｒ含有量に依存し、Ｃｒ含有量の増加に伴い低下する。

そこで本発明は、上述する課題に鑑みてなされたものであって、液体吐出ヘッド用基体のインクに接する部分を有する上部保護層と樹脂層との密着性を改善し、長期に渡る品質信頼性が得られる液体吐出ヘッド用基体を提供することを目的とする。また、このような液体吐出ヘッド用基体を用いる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上述の目的を解決するため、本発明の液体吐出ヘッド基体は、その上に樹脂の流路形成部材が設けられる液体吐出ヘッド用基体であって、液体を吐出するためのエネルギーを発生する発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線上に設けられる絶縁の保護層と、前記保護層上に設けられる上部保護層と、を有し、前記上部保護層は、２２ａｔ．％以上７０ａｔ．％以下のＳｉを含有するＴａＳｉ合金からなることを特徴とする。

また、本発明の液体吐出ヘッドは、上述の液体吐出ヘッド基体に、吐出口を有する流路形成部材が形成されていることを特徴とする。

本発明によると、液体吐出ヘッド用基体のインクに接する部分を有する上部保護層と樹脂層との密着性を改善し、長期に渡る品質信頼性が得られる液体吐出ヘッド基体及びこれを用いる液体吐出ヘッドを提供できる。

本発明の実施形態を図面等に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッドを示す模式的な切断面部分図である。

図１において、１００は液体吐出ヘッド用基体である。液体吐出ヘッド用基体上に、樹脂製の流路形成部材１０９が設けられる。１０１はシリコン基板、１０２は熱酸化膜からなる蓄熱層を示すものであり、１０３は蓄熱を兼ねるＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる層間膜、１０４は発熱抵抗層である。また、１０５はＡｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料からなる電極配線としての金属配線層、１０６はＳｉＯ膜あるいはＳｉＮ膜等からなる保護層であって絶縁層としても機能する。また、保護層１０６の上に設けられ、発熱抵抗体の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗体を守るためのＴａＳｉ合金である、上部保護層１０７である。このように、上部保護層１０７は、発熱抵抗層１０４と電極配線の上方に配置される。１０８は発熱抵抗層１０４の発熱抵抗体で発生した熱がインクに作用する熱作用部であり、流路形成部材１０９の内部に形成されたインク流路の一部を構成する。なお、発熱抵抗体とは、発熱抵抗層１０４上で所定の間隔を開けて対向する２つの金属配線層１０５の間にあって、電気の印加に応じて発熱する発熱抵抗層１０４で構成される。

液体吐出ヘッドにおける熱作用部１０８は、発熱抵抗体での熱発生により高温に曝されると共に、インクの発泡、発泡後の泡収縮に伴い、キャビテーション衝撃やインクによる化学的作用を主に受ける部分である。そのため、熱作用部１０８には、このキャビテーション衝撃やインクによる化学的作用から発熱抵抗体を保護するため、上部保護層１０７が設けられる。上部保護層１０７の上には、流路形成部材１０９を用いて、インクを吐出するための吐出口１１０を備えた液体吐出ヘッド用基体１００が形成される。

図２は、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体１００の形成法を説明する模式図である。

シリコン基板上に形成された上部保護層１０７上に、最終的にインク流路の形状を作成するための溶解可能な固体層２０１として、レジストをスピンコート法を用いて塗布する。このレジスト材は、ポリメチルイソプロペニルケトンからなり、ネガ型のレジストとして作用する。このレジスト材は、フォトリソグラフィ技術を用いてインク液流路の形状にパターニングされる（図２（ａ））。続いて、液流路壁や吐出口を構成する材料となる被覆樹脂層２０３を形成する（図２（ｂ））。この被覆樹脂層２０３を形成する前に、密着性を向上させるためにシランカップリング処理等を適宜行うことができる。被覆樹脂層２０３は、従来より知られているコーティング法を適宜選択することができ、インク流路パターンが形成された液体吐出ヘッド用基体１００に塗布することができる。次に、フォトリソグラフィー技術を用いて被覆樹脂２０３を所望の液流路壁や吐出口の形状にパターニングする。これにより、樹脂製の流路形成部材が形成される。（図２（ｃ））。その後、液体吐出ヘッド用基体１００の裏面から、異方性エッチング法、サンドブラスト法、異方性プラズマエッチング法等を用いて、インク供給口２０６を形成する。最も好ましくは、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ）、ＮａＯＨやＫＯＨ等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、インク供給口２０６を形成することができる。続いて、溶解可能な固体層２０１を除去するために、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行い、現像、乾燥を行う（図２（ｄ））。

図３は、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を形成する他の方法を説明する模式図である。

この図３に示すように、上部保護層１０７のＴａＳｉ合金（Ｔａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜）形成後に、上部保護層１０７と流路形成部材２０３との間に、有機物の密着膜３０７を形成することもできる（図３（ａ））。密着膜３０７としては、ポリエーテルアミド樹脂を選択した。この樹脂は、アルカリエッチング耐性に優れ、且つ、シリコン等の無機膜との密着性も良好であり、さらには、液体吐出記録ヘッドの耐インク保護膜としても用いることができる等の利点があり、特に好ましいものである。その後、密着層３０７は、フォトリソグラフィ技術により、例えば、図３（ａ）に示すような形状にパターニングされる。このパターニングは、通常の有機膜のドライエッチングと同様の方法で行うことができる。すなわち、ポジ型のレジストをマスクとして、酸素ガスプラズマによりエッチングを行うことができる。

以下、上部保護層１０７（Ｔａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜）形成後に、密着層３０７を形成する方法を図３を用いて説明する。シリコン基板上に、スピンコート法にて、最終的にインク流路となる形状を作成すべく、溶解可能な固体層２０１となるレジストを塗布する。その後、固体層２０１は、ネガ型のレジストとして用いられ、インク流路の形状に、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされる（図３（ｂ））。

続いて、液流路壁や吐出口を形成すべく被覆樹脂層２０３を形成する（図３（ｃ））。この被覆樹脂２０３を形成する前に、密着力の向上のため、シランカップリング処理などを適宜行うことができる。被覆樹脂層２０３は、従来より知られているコーティング法を適宜選択することができ、インク流路パターンが形成された液体吐出ヘッド用基体１００上に塗布することができる。塗布された被膜樹脂層２０３は、フォトリソグラフィ技術にてパターニングされる（図３（ｄ））。その後、液体吐出ヘッド用基体１００裏面より、異方性エッチング法、サンドブラスト法、異方性プラズマエッチングなどによりインク供給口２０６を形成する。最も好ましくは、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ）、ＮａＯＨやＫＯＨ等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、インク供給口２０６を形成することができる。続いて、溶解可能な固体層２０１を除去すべく、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、現像、乾燥を行う（図３（ｅ））。

以上の図２及び図３を用いて説明した工程により、吐出口やインク流路が形成された流路形成部材２０３が作成された液体吐出ヘッド用基体１００を、ダイシングソーなどにより分離切断、チップ化する。その後、発熱抵抗体を駆動するための電気的接合とインク供給部材の接合を行い、液体吐出ヘッドが完成する。

このインクに接する上部保護層１０７は、耐熱性、機械的特性、化学的安定性、耐酸化性、耐アルカリ性等に優れた膜特性が要求されると同時に、密着層３０７や流路形成部材２０３との密着性に優れていることが要求される。このような上部保護層１０７は、ＴａとＳｉとからなるＴａＳｉ合金である、好ましくはＴａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_ＸにおいてＸ≧２２ａｔ．％から構成される。ここでａｔ．％とは、ａｔｏｍｉｃ ｐｅｒｃｅｎｔ（原子百分率）の略である。

上部保護層１０７の膜厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で選択される。また、この上部保護層の膜応力は、少なくとも圧縮応力を有し、０より大きく１．０×１０^１０ｄｙｎ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。なお、上部保護層１０７は、各種成膜法で作製可能であるが一般的には電源として高周波（ＲＦ）電源、または直流（ＤＣ）電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により形成することができる。

図４は、上部保護層１０７を成膜するスパッタリング装置の概要を示すものである。図４において、４００１はＴａＳｉターゲット、４００２は平板マグネット、４０１１は基板への成膜を制御するシャッター、４００３は基板ホルダー、４００４は基板、４００６はターゲット４００１と基板ホルダー４００３に接続された電源である。さらに、図４において、４００８は成膜室４００９の外周壁を囲んで設けられた外部ヒーターである。外部ヒーター４００８は、成膜室４００９の雰囲気温度を調節するのに使用される。基板ホルダー４００３の裏面には、基板の温度制御を行う内部ヒーター４００５が設けられている。

図４の装置を用いた成膜は、次のように行われる。まず、排気ポンプ４００７を用いて成膜室４００９を１×１０^−５Ｐａ〜１×１０^−６Ｐａまで排気する。次いで、Ａｒガスを、マスフローコントローラー（不図示）を介してガス導入口４０１０から成膜室４００９に導入する。この時、基板温度及び雰囲気温度が所定の温度になるように内部ヒーター４００５及び外部ヒーター４００８を調節する。次に、電源４００６からターゲット４００１にパワーを印加してスパッタリング放電を行い、シャッター４０１１を調節して、基板４００４の上に薄膜を形成させる。

また、上部保護層１０７の形成の際には、基板の温度を１００℃〜３００℃に加熱することにより、強い膜密着力を得ることができる。また、上述したような比較的運動エネルギーの大きな粒子を形成できるスパッタリング法により成膜することにより、強い膜密着力を得ることができる。

更に、膜応力としては、１．０×１０^１０ｄｙｎ／ｃｍ^２以下の圧縮応力とすることにより、同様に強い膜密着力を得ることができる。この膜応力は、成膜装置に導入するＡｒガス流量やターゲットに印加するパワー、基板加熱温度を適宜設定することにより調整することができる。

図５は、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッドが適用される液体吐出記録装置の一構成例を示す外観図である。この液体吐出装置は旧式のタイプではあるが、本発明は最新の液体吐出装置に適用されることで、より一層効果を奏するものである。

図５の液体吐出装置２１００において、記録ヘッド２２００は、駆動モータ２１０１の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア２１０２、２１０３を介して回転するリードスクリュー２１０４の螺旋溝２１２１に係合するキャリッジ２１２０上に搭載されている。記録へッド２２００は、駆動モータ２１０１の動力によってキャリッジ２１２０とともにガイド２１１９に案内されつつプラテン２１０６に沿って、矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。

２１１１は記録ヘッド２２００の全面をキャップするキャップ部材で、２１１２はキャップ部材２１１１内のインクを吸引排出するための吸引手段である。この吸引手段は、記録へッドの吐出口からキャップ部材２１１１内へ吸引して、記録ヘッド２２００の吐出性能を維持するための吸引回復を行う。２１１４はクリーニングブレードで、記録へッドの吐出口が配された面を摺擦し、その面に付着したインク等を除去する。

上述したような構成の液体吐出記録装置２１００は、記録媒体供給装置によってプラテン２１０６上に搬送される記録用紙Ｐに対し、記録ヘッド２２００が記録用紙Ｐの全幅にわたって往復運動しながら記録を行うものである。

以下、上部保護層１０７の成膜例、及びそれらを用いた液体吐出ヘッド等についての実施例により、本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は、かかる実施例等により限定されるものではない。

図４に示した装置を使用し、かつ上述した成膜方法を利用して、上部保護層１０７用のＴａＳｉ合金の薄膜をシリコンウエハ上に形成し、膜物性を評価した。その際の成膜操作膜物性の評価について以下に示す。

［成膜操作］
まず、単結晶シリコンウエハ上に熱酸化膜を形成し、このシリコンウエハ（基板４００４）を図４の装置の成膜室４００９内の基板ホルダー４００３にセットした。次いで、排気ポンプ４００７により成膜室４００９内を８×１０^−６Ｐａまで排気した。その後、Ａｒガスをガス導入口４０１０から成膜室４００９に導入し、成膜室４００９内の条件を以下のようにした。

［成膜条件］
基板温度：１５０℃
成膜室内ガス雰囲気温度：１５０℃
成膜室内混合ガス圧力：０．６Ｐａ
次いで、各種ＴａＳｉターゲットを用いて、スパッタリング法により、シリコンウエハの熱酸化膜上に２００ｎｍの膜厚でＴａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜を形成し、試料１〜３を得た。

更に、ＴａターゲットとＳｉターゲットを用いて、２元同時スッパタリング法により、同様にしてシリコンウエハの熱酸化膜上に２００ｎｍの膜厚でＴａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜を形成し、試料４〜１２を得た。

［膜物性評価］
得られた上記試料１〜３、および４〜１２についてＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析を行い、各試料の組成分析を行った。その結果を表１および表２に示す。

［膜応力について］
次に、各試料の膜応力について、成膜の前後における基板変形量により測定した。試料１〜１２において、膜応力は０より大きく、１．０×１０^１０ｄｙｎ／ｃｍ^２以下の圧縮応力にすることにより、強い膜密着力を得ることができた。膜応力が０より大きい圧縮応力であると膜が緻密になり、１．０×１０^１０ｄｙｎ／ｃｍ^２以上であると応力が大きいため、ウエハのそりや膜割れの可能性が大きくなる。

［樹脂との密着性について］
（実施例１）
本実施例のＴａ_７８Ｓｉ_２２膜１０７（組成比が、Ｔａ：７８ａｔ．％、Ｓｉ：２２ａｔ．％の膜を表す。以下、同様。）と密着層（ポリエーテルアミド樹脂）３０７との密着性を簡易的に評価するために、テープ引き剥がし試験をＰＣＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ）後に行った。

テープ引き剥がし試験は、次のように行った。

上部保護層１０７が形成されたシリコンウエハ上に、密着層（ポリエーテルアミド樹脂）３０７を膜厚２μｍに形成し、カッターナイフを用いて１ｍｍ×１ｍｍ角の碁盤目状のマス目を１０×１０＝１００（縦×横）個、密着層３０７上に形成した。続いて、１２１℃、２．０２６５×１０^５Ｐａ（２ａｔｏｍ）で１０ｈｒ、アルカリインク中に浸漬する条件でＰＣＴ試験を行った。

その後に、上記碁盤目状のマス目の部分にテープを貼り、テープによる引き剥がしを行い、１００個の中でテープにより引き剥がされた数を調べた。その結果、１００個中２３個程度の剥がれが発生したが、全体的には良好な結果であった。その結果を表３に示す。

（比較例１）
実施例１と同様の方法を用いて、Ｔａ膜と密着層（ポリエーテルアミド樹脂）３０７との密着性について、ＰＣＴ後の密着性の評価を行った。その結果を表３に示す。

表３のように、ＰＣＴ試験後にはＴａ膜と密着層３０７との界面から剥がれが発生し、密着性の低下が顕著であった。

（実施例２〜９、比較例２〜４）
実施例１と同様の方法を用いて、組成の異なるＴａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜について、ＰＣＴ後の密着性の評価を行った。その結果を表３に示す。

上述実施例及び比較例のＴａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜において、ＰＣＴ試験を行った後の上部保護層１０７と密着層３０７との密着性（剥離数）を図８に示す。図８からも明らかなように、Ｓｉ組成が少ない膜で低下する傾向があった。特に、Ｔａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜のＸが２２ａｔ．％以上の膜では、非常に良好な密着性を有することがわかった。

以上は、密着層がある場合の結果を示したが、密着層がない場合も同様の傾向を示した。これらのことより、密着層の有無にかかわらず、Ｔａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜（Ｘ≧２２ａｔ．％）は、膜とその上の構造物との密着性向上に対し、効果のあることがわかった。

また、上部保護層１０７の膜厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が１０ｎｍ未満であると、実際の製品形態において、上部保護層１０７の下層に対する上部保護層１０７のカバレッジが不十分となるからである。また、５００ｎｍより厚いと発熱抵抗体層からのエネルギー（熱）がインクに有効に伝達されず、エネルギー損失が大きくなるからである。

このように、実施例１〜９では、膜厚が１０ｎｍ程度でも優れた密着性を得ることが可能であった。また、膜応力としては、少なくとも圧縮応力を有し、０より大きく、１．０×１０^１０ｄｙｎ／ｃｍ^２以下にすることにより強い膜付着力を得ることができた。

以上、説明したような実施例１〜９は、上部保護層１０７の上部に樹脂（流路形成部材１０９）を形成した場合に、その樹脂が上部保護層１０７に良好に固定されるものであった。このような上部保護層を用いることにより、より長尺化・高密度化を可能とした液体吐出ヘッド用基体及びこれを用いる液体吐出ヘッドを提供することが可能となった。

（実施例１０）
上部保護層１０７としてＴａ_６５Ｓｉ_３５の単層膜を用いて液体吐出ヘッドを完成し、実際にインクを吐出させて、その吐出評価を行なった。

本実施例では、Ｔａ_５０Ｓｉ_５０ターゲットを用いて、スパッタリング法により膜厚２３０ｎｍのＴａ_６５Ｓｉ_３５膜を絶縁膜上に形成した。

その後、Ｔａ_６５Ｓｉ_３５膜のパターン形成を、一般的なフォトリソプロセスを用い、レジストパターニング（レジスト塗布、露光、現像）、Ｔａ_６５Ｓｉ_３５膜のエッチング、レジスト剥離の順に行った。この際、Ｔａ_６５Ｓｉ_３５膜のパターン形状は、露光時のフォトマスクパターンにより所望のパターンを選択することができる。

その後、シリコン基板１０１の上に形成された上部保護層１０７を含む基板上に溶解可能な固体層２０１をスピンコート法により塗布し、露光することにより、インク流路となるべき形状を作成した。インク流路の形状は、通常のマスクとＤｅｅｐ−ＵＶ光を用いて得ることができた。その後、被覆樹脂層２０３を積層し、露光装置を用いて露光後、現像することで吐出口１１０を形成した。続いて、ＴＭＡＨを用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、インク供給口２０６を形成した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を全面照射し、現像、乾燥することにより、被覆樹脂層２０３の溶解すべき部位を除去した。以上の工程により、吐出口１１０やインク流路が形成された流路形成部材１０９が完成した。この流路形成部材１０９が形成された液体吐出ヘッド用基体１００をダイシングソーなどにより分離切断、チップ化した。そして、発熱抵抗体を駆動するための電気的接合とインク供給部材の接合を行い、液体吐出ヘッドを完成させた。

ここで作製した液体吐出ヘッドを用いてｐＨ１０のアルカリインクを吐出させて吐出評価を行なったところ、良好な画像記録を得ることができた。また、このインク中に液体吐出ヘッドを、６０℃、３ヶ月浸漬させた後、インクを吐出させる吐出評価を行ったところ、良好な記録品位のものを得ることができたとともに、被覆樹脂層２０３の剥離は確認されなかった。

また、上記液体吐出ヘッドを用いて吐出耐久試験を行った。この試験は、駆動周波数５ＫＨｚ、パルス幅１μｓｅｃとし、連続して吐出させて液体吐出記録ヘッドが吐出できなくなるまで寿命を調べた。その結果、耐久性の観点でＴａ_{１００−Ｘ}Ｓｉ_Ｘ膜のＸが７０ａｔ．％以下が好ましく、より好ましくは５０ａｔ．％以下であれば良い。

（実施例１１）
図６は、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を形成する更に他の方法を説明する模式図である。

ここで説明する実施例は、図６に示すように、上部保護層１１１の下にＴａ層が設けられている。熱作用部において、ＴａＳｉよりなる上層１１１とＴａよりなる下層１１２とで構成されている。

具体的には、上部保護層１１１としてＴａ_６５Ｓｉ_３５膜、下層膜１１２としてＴａ膜を用いた場合を示す。

下層１１２は、Ｔａターゲットを用いて、スパッタリング法により、絶縁膜上に膜厚２２０ｎｍのＴａ膜を形成した。その後、上層１１１として、Ｔａ_５０Ｓｉ_５０ターゲットを用いて、スパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのＴａ_６５Ｓｉ_３５の組成の膜を、下層１１２上に形成した。

その後、Ｔａ_６５Ｓｉ_３５膜及びＴａ膜の２層からなる膜のパターン形成を、一般的なフォトリソプロセスを用い、レジストパターニング（レジスト塗布、露光、現像）、Ｔａ_６５Ｓｉ_３５膜及びＴａ膜のエッチング、レジスト剥離の順に行った。ここで、Ｔａ_６５Ｓｉ_３５膜及びＴａ膜は連続でドライエッチングした。

この際、Ｔａ_６５Ｓｉ_３５膜及びＴａ膜のパターン形状は露光時のフォトマスクパターンにより所望のパターンを選択することができる。

その後、実施例１０と同様の工程を経て液体吐出ヘッドを完成させ、ｐＨ１０のアルカリインクを吐出させて吐出評価を行なったところ、良好な画像記録を得ることができた。また、このインク中に液体吐出ヘッドを、６０℃、３ヶ月浸漬させた後、インクを吐出させる吐出評価を行ったところ、良好な記録品位のものを得ることができたとともに、被覆樹脂層２０３の剥離は確認されなかった。

（実施例１２）
ここで説明する実施例は、上部保護層１０７として、ＴａＳｉの傾斜組成膜を用いた場合を示す。詳細には、上部保護層１０７は、発熱抵抗層１０４から被覆樹脂層２０３に向かって、Ｓｉの含有量が増加する傾斜組成膜となっている。上部保護層１０７において、ＴａとＳｉとの組成比は、流路形成部材である被覆樹脂層２０３と接する面の方が、発熱抵抗層１０４と接する面と比較してＳｉの含有量が多くなっていることが好ましく、より密着性に対して有利となる。

本実施例では、ＴａターゲットとＳｉターゲットとを用いた２元スパッタリング法を用い、ＴａスパッタリングパワーとＳｉスパッタリングパワーを各々可変させて成膜した。最初はＴａターゲットのみ７００Ｗのパワーを投入し、その後Ｔａターゲットのパワーは固定し、Ｓｉターゲットのパワーを増加させ、最終的にはＴａターゲットのパワーは７００Ｗ、Ｓｉターゲットは６００Ｗまで変化させながら膜厚方向で連続的に膜組成を変化させたＴａＳｉ膜を膜厚は２３０ｎｍで形成した。これにより、発熱抵抗層１０４側のＴａから被覆樹脂層２０３側のＴａ６６Ｓｉ３４に向かって、Ｓｉの含有量が増加する傾斜組成膜となっている。ここでは膜組成が連続的に変化させた構成となっているが、段階的に変化させても良い。

上記した保護膜１０７を用いて、実施例１０と同様に液体吐出ヘッドを完成させ、ｐＨ１０のアルカリインクを吐出させて吐出評価を行なったところ、良好な画像記録を得ることができた。また、このインク中に液体吐出ヘッドを、６０℃、３ヶ月浸漬させた後、インクを吐出させる吐出評価を行ったところ、良好な記録品位のものを得ることができたとともに、被覆樹脂層２０３の剥離は確認されなかった。

（比較例５）
実施例１０〜１２の比較例として、上部保護層としてＴａのみの単層膜を用いた場合を示す。

本比較例では、Ｔａターゲットを用いて、スパッタリング法により膜厚２３０ｎｍのＴａ膜を形成し、実施例１０と同様に液体吐出ヘッドを完成させた。

そして、この液体吐出ヘッドを用いてｐＨ１０のアルカリインクを吐出させて吐出評価を行なったところ、良好な画像記録を得ることができた。しかしながら、このインク中に液体吐出ヘッドを、６０℃、３ヶ月浸漬させた後、インクを吐出させる吐出評価を行ったところ、不吐出の部分が観察され、良好な記録品位のものを得ることはできなかった。また、液体吐出ヘッドを観察したところ、被覆樹脂層２０３の剥離が観察され、本来独立しているインク流路の部分で、インク流路間の連通箇所が確認された。

（実施例１３）
図９は、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を形成する更に他の方法を説明する模式図である。

ここで説明する実施例は、図９に示すように、発熱抵抗体に対応する上部保護層１１１のさらに上層にＴａの層１１２が設けられた２層構成となっている。このように熱作用部では、Ｔａよりなる上層１１２とＴａＳｉよりなる下層１１１とで構成されている。

具体的には、上部保護層１０７の上層膜１１２としてＴａ膜、下層膜１１１としてＴａ_６９．１Ｓｉ_３０．９膜を用いた場合を示す。

ＴａＳｉ膜１１１は、ＴａターゲットおよびをＳｉターゲット用いて、２元スパッタリング法により、絶縁膜上に膜厚１００ｎｍのＴａ_６９．１Ｓｉ_３０．９膜を形成した。その後、Ｔａ膜１１２を、Ｔａターゲットを用いて、スパッタリング法により、膜厚２００ｎｍで形成する。

その後、Ｔａ膜及びＴａ_６９．１Ｓｉ_３０．９膜の２層からなる膜のパターン形成を、一般的なフォトリソプロセスを用い、レジストパターニング（レジスト塗布、露光、現像）、Ｔａ膜及びＴａ_６９．１Ｓｉ_３０．９のエッチング、レジスト剥離の順に行った。

この際、Ｔａ膜上には流路形成部材が重ならないことが好ましく、流路形成部材はＴａ_６９．１Ｓｉ_３０．９上に形成されるのが好ましい。このようなパターン形状は、露光時のフォトマスクパターンにより所望のパターンを選択することができる。

その後、実施例１０と同様の工程を経てＴａ_６９．１Ｓｉ_３０．９膜１１１上の一部に重なるように、流路形成部材１０９を形成する。本構成にすることにより、Ｔａ_６９．１Ｓｉ_３０．９膜１１１上に流路形成部材を形成させることにより、密着性を向上させることができた。一方、インクに接する上層膜１１２としてＴａ膜を用いることにより、従来と同等の耐久性を得ることができた。次に、液体吐出ヘッドを完成させ、ｐＨ１０のアルカリインクを吐出させて吐出評価を行なったところ、良好な画像記録を得ることができた。また、このインク中に液体吐出ヘッドを、６０℃、３ヶ月浸漬させた後、インクを吐出させる吐出評価を行ったところ、良好な記録品位のものを得ることができたとともに、被覆樹脂層２０３の剥離は確認されなかった。

（本実施形態で得られる膜のエッチングレートについて）
表３の実施例１〜３で成膜された各々の組成の金属膜上に、所定の形状にパターニングされたフォトレジストを形成した試料を作製した。これに対し、リアクティブイオンエッチング装置を用いて、Ｃｌ２ガスを流量１００ｓｃｃｍ、圧力１Ｐａに導入し、５００Ｗのパワーで各々の試料に対してドライエッチングを実施した。その結果、Ｓｉ量が増加するとエッチングレートは増加する傾向ではあるが、実施例１〜３の膜のエッチングレートは、２００〜３００ｎｍ／ｍｉｎ．程度であり、組成による依存性は低いことがわかった。

これに対し、特許文献２に開示されているＴａＣｒでは、ドライエッチングによるエッチングレートはＣｒ含有量に依存し、Ｃｒ量が増加するとエッチングレートが大幅に低下し、組成による依存度が大きい。本発明のＴａＳｉは、組成によるエッチングレートの影響は少なく、ＴａＣｒとは、明らかに異なる。

以上、説明した実施例１０〜１３は、液体吐出ヘッド用基体１００上の上部保護層１０７の流路形成部材１０９と接する下面にＴａＳｉ膜を形成したものである。これらの実施例によると、記録画像の高精細化に対応した小ドット化や高速記録に対応した例えば１インチ以上の長尺化、あるいは多様なインクを用いた場合にも上部保護層と液流路を形成する樹脂層との密着性が改善された。また、実施例１４により、本発明のＴａＳｉ膜は、ドライエッチング法を用いて大きく組成により依存することなくエッチング加工が可能であり、既存の装置を用いてパターン加工が可能である。その結果、高密度化を可能とする液体吐出ヘッド用基体及びこれを用いる液体吐出ヘッドを提供することが可能となった。

なお、上述の各実施例は、フォトリソグラフィ技術を用いて吐出口、インク流路等の流路形成部材を形成した液体吐出ヘッドについて説明してきた。しかしながら、本発明はこれに限られず、吐出口となるオリフィスプレートやインク流路を形成する天板を別体で構成し、これらを接着剤等により上部保護層の上に形成したものも包含するものである。

本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体の部分断面図である。 本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を形成する方法を説明する模式図である。 本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を形成する他の方法を説明する模式図である。 本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体の各層を成膜する成膜装置である。 本発明の実施例に係る液体吐出ヘッドが適用される液体吐出記録装置の一構成例を示す外観図である。 本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を形成する更に他の方法を説明する模式図である。 電圧を印加してからの上部保護層の温度変化と発泡状態とを説明する図である 本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を用いて、密着膜との密着性に対する組成依存性を説明する図である。 本発明の実施例に係る液体吐出ヘッド用基体を形成する更に他の方法を説明する模式図である。

符号の説明

１００ 液体吐出ヘッド用基体
１０１ シリコン基板
１０２ 蓄熱層
１０３ 層間膜
１０４ 発熱抵抗層
１０５ 金属配線
１０６ 保護層
１０７ 上部保護層
１０８ 熱作用部
１０９ 液路形成部材
１１０ 吐出口

Claims (9)

1. その上に樹脂の流路形成部材が設けられる液体吐出ヘッド用基体であって、
   液体を吐出するためのエネルギーを発生する発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、
   前記発熱抵抗体と前記電極配線上に設けられる絶縁の保護層と、
   前記保護層上に設けられる上部保護層と、
   を有し、
   前記上部保護層は、２２ａｔ．％以上７０ａｔ．％以下のＳｉを含有するＴａＳｉ合金からなることを特徴とする液体吐出ヘッド用基体。
2. 前記上部保護層は、前記基体の側のＳｉの含有量よりも、前記流路形成部材の側のＳｉの含有量が多い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. 前記流路形成部材と前記上部保護層との間に位置し、前記上部保護層に接し、有機物を含む有機層を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基体。
4. 前記有機層が、ポリエーテルアミド樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基体。
5. 前記上部保護層の膜厚が、１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であ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. 前記上部保護層の膜応力が、０より大きく１．０×１０^１０ｄｙｎ／ｃｍ^２以下の圧縮応力であ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. 前記発熱抵抗体に対応する前記上部保護層の上側にＴａ層が設けられてい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. 前記上部保護層の下側にＴａ層が設けられていること特徴とする請求項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。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基体と、
   前記液体吐出ヘッド用基体上に設けられる流路形成部材と、を有し、
   前記流路形成部材には、液体を吐出する吐出口が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。

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