JP4385680B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用することができる。本発明は、密着層を作成する工程に、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングするドライエッチング工程を設けることにより、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができるようにする。

近年、画像処理等の分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まってきている。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されている。

これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘッドに設けられたノズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成により高画質の画像を出力することができる。このインクジェット方式は、ノズルからインク液滴を飛翔させる方法の相違により、静電引力方式、連続振動発生方式（ピエゾ方式）及びサーマル方式に分類される。

これらの方式のうちサーマル方式は、インクの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷することができるようになされている。

このようなサーマル方式によるプリンタヘッドは、インクを加熱する発熱素子が発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路と共に一体に半導体基板上に形成される。これによりこの種のプリンタヘッドにおいては、発熱素子を高密度に配置して確実に駆動できるようになされている。

すなわちこのサーマル方式のプリンタにおいて、高画質の印刷結果を得るためには、発熱素子を高密度で配置する必要がある。具体的に、例えば６００〔ＤＰＩ〕相当の印刷結果を得るためには、発熱素子を４２．３３３〔μｍ〕間隔で配置することが必要になるが、このように高密度で配置した発熱素子に個別の駆動素子を配置することは極めて困難である。これによりプリンタヘッドでは、半導体基板上にスイッチングトランジスタ等を作成して集積回路技術により対応する発熱素子と接続し、さらには同様に半導体基板上に作成した駆動回路により各スイッチングトランジスタを駆動することにより、簡易かつ確実に各発熱素子を駆動できるようになされている。

またサーマル方式によるプリンタにおいては、発熱素子への所定電力の印加によりインクに気泡が発生し、ノズルからインクが飛び出すと、この気泡が消滅する。これにより発泡、消泡を繰り返す毎にキャビテーションによる機械的な衝撃を受ける。さらにプリンタは、発熱素子の発熱による温度上昇と温度下降とが、短時間〔数μ秒〕で繰り返され、これにより温度による大きなストレスを受ける。

このためプリンタヘッドは、半導体素子が作成されてなる半導体基板上に層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜上にタンタル（Ｔａ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）、タンタルナイトライド（ＴａＮ_X ）等による発熱素子が形成され、この層間絶縁膜により半導体素子と発熱素子とが絶縁され、またこの層間絶縁膜を蓄熱層として利用して発熱素子の熱をインクに効率良く伝搬するようになされている。また続いてこの発熱素子の上層に窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等による絶縁保護層、β−タンタル（正方晶構造のタンタル）による耐キャビテーション層が順次形成される。プリンタヘッドは、この絶縁保護層により発熱素子を電源、駆動回路に接続する配線パターンと発熱素子とが絶縁されるのに対し、耐キャビテーション層によりキャビテーションによる機械的な衝撃が緩和され、さらには発熱素子からの熱をインクに伝搬する際にインク成分による化学反応が低減され、これらにより発熱素子を保護して信頼性を確保するようになされている。

プリンタヘッドは、このように発熱素子等が形成されてなる基板上に感光性樹脂等による流路形成部材が形成され、この流路形成部材によりインク液室の隔壁、インク流路の隔壁等の流路パターンが作成される。プリンタヘッドは、さらにこの流路形成部材上にニッケル（Ｎｉ）又はニッケルとコバルトとの合金（Ｎｉ−Ｃｏ）によるノズルプレート、若しくは感光性樹脂によるノズルプレートが接着により積層され、これによりノズル、インク液室、このインク液室にインクを導くインク流路等が形成されて作成される。

プリンタヘッドは、このようにして作成されたインク流路によりインク液室にインクが導かれた後、半導体素子の駆動により発熱素子が発熱し、インク液室のインクを局所的に加熱する。プリンタヘッドは、この加熱により、このインク液室に気泡を発生してインク液室の圧力を増大させ、ノズルよりインクを押し出して印刷対象に飛翔させるようになされている。

このように構成されるプリンタヘッドにおいては、インク液室、インク流路内にインクが充填されることにより、このインク液室等を構成する基板と流路形成部材とが常にインクに接し、この流路形成部材と基板の密着性が不十分であると、インク成分による浸食により基板からこの流路形成部材が浮き上がる不具合がある。

このためプリンタヘッドにおいては、基板と流路形成部材との間に有機系樹脂又は感光性アクリル系樹脂による密着層が形成され、この密着層により基板と流路形成部材の密着性を向上するようになされ、具体的に例えば特開平１１−３４８２９０号公報に開示されているように、この密着層の材料に有機系樹脂であるポリエーテルアミド樹脂が適用されるようになされている。

これに対して特開２００１−１００７０号公報、特開２００１−１３０００３号公報においては、このような密着層の材料層であるポリエーテルアミド樹脂層を所望形状に加工する場合に、４フッ化炭素（ＣＦ₄ ）ガスと酸素（Ｏ₂ ）ガスとによる混合ガス又は酸素（Ｏ₂ ）ガスを用いてドライエッチングする方法が提案されるようになされている。

しかしながら４フッ化炭素ガスと酸素ガスとによる混合ガス又は酸素ガスは、ポリエーテルアミド樹脂層のエッチャントとして機能するものの、ポリエーテルアミド樹脂層に対して過剰に作用し、ポリエーテルアミド樹脂層に激しいダメージを加えてしまう。

すなわち４フッ化炭素ガス及び酸素ガスを用いたドライエッチングにおいては、図１５（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ示すように、プラズマにより乖離されてそれぞれフッ素ラジカル（Ｆ* ）及び酸素ラジカル（Ｏ* ）を生成し、このフッ素ラジカル、酸素ラジカルにより余剰な部位のポリエーテルアミド樹脂層を除去する。具体的には、ポリエーテルアミド樹脂層に対するフッ素ラジカルのエッチングは、等方性であることにより、インク液室壁面等を構成するポリエーテルアミド樹脂層の側壁面を弓形（ボーウィング）形状にエッチングする。またポリエーテルアミド樹脂層に対する酸素ラジカルのエッチングも、等方性であり、かつフッ素ラジカルに比してエッチング速度が速いことにより、ポリエーテルアミド樹脂層の側壁面を一段と弓形形状にエッチングする。

またこのような４フッ化炭素ガス及び酸素ガスを用いたドライエッチングにおいて、ポリエーテルアミド樹脂層においては、フッ素ラジカル及び酸素ラジカルがこの側壁面より侵入し、これによりポリエーテルアミド樹脂層自体を脆弱化する。

具体的に酸素ガスを用いたドライエッチングにより加工したポリエーテルアミド樹脂層を加熱し、この加熱によりポリエーテルアミド樹脂層から発生するガス成分の質量を分析したところ、ポリエーテルアミド樹脂層から多量の二酸化炭素（ＣＯ₂ ）ガスが発生し、これによりこのポリエーテルアミド樹脂層においては、ポリエーテルアミド樹脂成分中の炭素が酸素ラジカルにより過剰に酸化されて脆弱になっていることが確認された。

これによりポリエーテルアミド樹脂により密着層を形成し、これら特開２００１−１００７０号公報、特開２００１−１３０００３号公報に開示の手法によりこの密着層をパターニングしてプリンタヘッドを作成した場合に、側壁面が弓形形状に加工されることによりフッ素ラジカル及び酸素ラジカルが基板と密着層との界面に及び易く、またこのように基板と密着層との界面にフッ素ラジカル及び酸素ラジカルが及ぶと、基板と密着層との密着力を弱め、長期の使用により基板から流路形成部材が浮き上がり、結局、プリンタヘッドの信頼性が劣化する恐れがあった。
特開平１１−３４８２９０号公報 特開２００１−１００７０号公報 特開２００１−１３０００３号公報

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して所定のノズルから液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法に適用して、密着層作成工程により、発熱素子が作成されてなる基板上に、液室、液室に液体を導く流路を形成する流路形成部材の、基板への密着力を増大させる密着層を、流路形成部材の形状によりパターニングして形成し、密着層作成工程は、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングするドライエッチング工程を有するようにする。

また請求項７の発明においては、発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して所定のノズルから液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、発熱素子が作成されてなる基板上に、液室、液室に液体を導く流路を形成する流路形成部材の、基板への密着力を増大させる密着層が、流路形成部材の形状によりパターニングして形成され、密着層が、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングするドライエッチングにより形成されてなるようにする。

また請求項８の発明においては、液体吐出ヘッドより飛び出す液滴を対象物に付着させる液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドは、発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して所定のノズルから液滴を飛び出させ、発熱素子が作成されてなる基板上に、液室、液室に液体を導く流路を形成する流路形成部材の、基板への密着力を増大させる密着層が、流路形成部材の形状によりパターニングして形成され、密着層が、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングするドライエッチングにより形成されてなるようにする。

請求項１の構成に係る少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングするドライエッチング工程においては、酸素ラジカル、フッ素ラジカルによるエッチングに比して、過剰な作用を防止することができる。これにより請求項１の構成において、密着層作成工程により、発熱素子が作成されてなる基板上に、液室、液室に液体を導く流路を形成する流路形成部材の、基板への密着力を増大させる密着層を、流路形成部材の形状によりパターニングして形成し、この密着層作成工程は、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングするドライエッチング工程を有するようにすれば、例えばウエットエッチングにより密着層をパターニングしてこのドライエッチング工程により残渣を取り除くようにして、またはこのドライエッチング工程により密着層を直接パターニングして、酸素ラジカル、フッ素ラジカルによる密着層の脆弱化を防止し得、またこのような脆弱化を加速する側壁面の弓形形状によるエッチングを防止し得、これらにより流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる。

これにより請求項７及び請求項８の構成によれば、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することができる。

本発明によれば、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。

（１）実施例の構成
図２は、本発明の実施例１に係るプリンタを示す斜視図である。このラインプリンタ１は、全体が長方形形状の筐体２に収納されて形成され、印刷対象である用紙３を収納した用紙トレイ４をこの筐体２の正面に形成されたトレイ出入口より装着することにより、用紙３を給紙できるようになされている。

用紙トレイ４は、このようにトレイ出入口よりラインプリンタ１に装着されると、所定の機構により用紙３が給紙ローラ５に押し当てられ、この給紙ローラ５の回転により、矢印Ａにより示すように、用紙３が用紙トレイ４よりラインプリンタ１の背面側に向かって送り出される。ラインプリンタ１は、この用紙送りの側に反転ローラ６が配置され、この反転ローラ６の回転等により、矢印Ｂにより示すように、正面方向に用紙３の送り方向が切り換えられる。

ラインプリンタ１は、このようにして用紙送り方向が矢印Ｂで示す方向に切り換えられてなる用紙３が用紙トレイ４上を横切るように拍車ローラ７等により搬送され、矢印Ｃにより示すように、ラインプリンタ１の正面側に配置された排出口より排出される。ラインプリンタ１は、この拍車ローラ７から排出口までの間に、矢印Ｄにより示すように、ヘッドカートリッジ８が交換可能に配置される。

ヘッドカートリッジ８は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのラインヘッドをそれぞれ配置してなるプリンタヘッド９が所定形状のホルダー１０の下面側に配置され、このホルダー１０に順次イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）のインクカートリッジが交換可能に配置されて形成されるようになされている。これによりラインプリンタ１は、これら各色のインクに対応するラインヘッドより用紙３にインクを付着させて画像を印刷できるようになされている。

ここで図３は、図２の用紙３側より見たプリンタヘッドの配列構成の一部を拡大した平面図である。プリンタヘッド９は、図３に示すように、各色のインクのインク流路１１の両側に、交互（千鳥状に）に同一構成によるヘッドチップ１２がノズルプレート上に配置して構成される。また、各へッドチップ１２においては、それぞれ発熱素子がインク流路１１側となるように配置されており、つまりインク流路１１側を介して両側のヘッドチップ１２は向きが１８０度回転させた関係となるように配置されている。これによりプリンタヘッド９は、それぞれ各色において１系統のインク流路１１で各ヘッドチップ１２にインクを供給できるようになされ、その分、簡易な構成により印刷精度を高解像度化することができるようになされている。

また、ヘッドチップ１２は、このようにして１８０度回転して配置した場合でも、微小なインク吐出口であるノズル１３の並ぶ方向には接続用パッド１４の位置が変化しないように、これらノズル１３の並ぶ方向（印刷幅方向）のほぼ中央に接続用パッド１４が配置され、これによりプリンタヘッド９では、隣り合うヘッドチップ１２の接続用パッド１４に接続するフレキシブル配線基板が近接することを防止する、つまりフレキシブル配線基板の一部への集中を防止するようになされている。

なお、このようにしてノズル１３をシフトさせた場合、インク流路１１の上方及び下方に配置されるヘッドチップ１２においては、駆動信号に対して発熱素子の駆動順序が逆転することになる。各ヘッドチップ１２は、このような駆動順序に対応するように、駆動回路における駆動順序を切り換えることができるように構成されている。

図１は、このラインプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す断面図である。プリンタヘッド９は、シリコン基板によるウエハ上に複数ヘッド分の駆動回路、発熱素子等が作成された後、各ヘッドチップ１２にスクライビング処理され、各ヘッドチップ１２にインク液室２０等を作成して形成される。

すなわち図４（Ａ）に示すように、プリンタヘッド９は、ウエハによるシリコン基板２１が洗浄された後、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）が堆積される。続いてプリンタヘッド９は、リソグラフィー工程、ドライエッチング工程によりシリコン基板２１が処理され、これによりトランジスタを形成する所定領域以外の領域よりシリコン窒化膜が取り除かれる。これらによりプリンタヘッド９は、シリコン基板２１上のトランジスタを形成する領域にシリコン窒化膜が形成される。

続いてプリンタヘッド９は、熱酸化工程によりシリコン窒化膜が除去されている領域に熱シリコン酸化膜が膜厚５００〔ｎｍ〕により形成され、この熱シリコン酸化膜によりトランジスタを分離するための素子分離領域（LOCOS: Local Oxidation Of Silicon ）２２が形成される。なおこの素子分離領域２２は、その後の処理により最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。さらに続いてプリンタヘッド９は、シリコン基板２１が洗浄された後、トランジスタ形成領域にタングステンシリサイド／ポリシリコン／熱酸化膜構造のゲートが作成される。さらにソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板２１が処理され、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor ）型によるトランジスタ２３、２４等が作成される。なおここでスイッチングトランジスタ２３は、１８〜２５〔Ｖ〕程度の耐圧を有するＭＯＳ型ドライバートランジスタであり、発熱素子の駆動に供するものである。これに対してスイッチングトランジスタ２４は、このドライバートランジスタを制御する集積回路を構成するトランジスタであり、５〔Ｖ〕の電圧により動作するものである。なおこの実施例においては、ゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層が形成され、その部分で加速される電子の電界を緩和することで耐圧を確保してドライバートランジスタ２３が形成されるようになされている。

このようにしてシリコン基板２１上に、半導体素子であるトランジスタ２３、２４が作成されると、プリンタヘッド９は、続いてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によりリンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ（Phosphorus Silicate Glass ）膜、ボロンとリンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicate Glass）膜２５が順次膜厚１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕により作成され、これにより全体として膜厚が６００〔ｎｍ〕による１層目の層間絶縁膜が作成される。

続いてフォトリソグラフィー工程の後、Ｃ₄ Ｆ₈ ／ＣＯ／Ｏ₂ ／Ａｒ系ガスを用いたリアクティブイオンエッチング法によりシリコン半導体拡散層（ソース・ドレイン）上にコンタクトホール２６が作成される。

さらにプリンタヘッド９は、希フッ酸により洗浄された後、スパッタリング法により、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタンコンタクトメタル、膜厚７０〔ｎｍ〕による窒化酸化チタンバリアメタル、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンが１〔ａｔ％〕添加されたアルミニューム、または銅が０．５〔ａｔ％〕添加されたアルミニュームが膜厚５００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘッド９は、膜厚１０〔ｎｍ〕によるチタン、反射防止膜である窒化酸化チタンが膜厚２５〔ｎｍ〕により堆積され、これらにより配線パターン材料が成膜される。さらに続いてプリンタヘッド９は、フォトリソグラフィー工程、塩素系ガスを主体に用いたドライエッチング工程により、成膜された配線パターン材料が選択的に除去され、これにより上層側から見て窒化酸化チタン反射防止膜、チタン、シリコンが１〔ａｔ％〕添加されたアルミニュームまたは銅が０．５〔ａｔ％〕添加されたアルミニューム、チタン、窒化酸化チタンバリアメタル、チタンコンタクトメタルにより構成される１層目の配線パターン２７が作成される。プリンタヘッド９は、このようにして作成された１層目の配線パターン２７により、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ２４を接続してロジック集積回路が形成される。

続いてプリンタヘッド９は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ）を原料ガスとしたＣＶＤ法により層間絶縁膜であるシリコン酸化膜が堆積される。続いてプリンタヘッド９は、ＳＯＧ（Spin On Glass ）を含む塗布型シリコン酸化膜の塗布とエッチバックとにより、シリコン酸化膜が平坦化され、これらの工程が２回繰り返されて１層目の配線パターン２７と続く２層目の配線パターンとを絶縁する膜厚４４０〔ｎｍ〕のシリコン酸化膜による２層目の層間絶縁膜２８が形成される。

プリンタヘッド９は、続いて図４（Ｂ）に示すように、スパッタリング法により膜厚８３〔ｎｍ〕によるタンタル膜が堆積され、これによりシリコン基板２１上に抵抗体膜２９が形成される。具体的にプリンタヘッド９は、タンタルをターゲットに用いたＤＣマグネトロン・スパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搭載された後、アルゴンガス雰囲気によりグロー放電が開始され、これにより抵抗体膜２９が成膜される。なおこの場合、基板温度は、２００〜４００度、直流パワーは、２〜４〔ｋＷ〕であり、アルゴンガス流量は、２５〔ｓｃｃｍ〕で一定にした。

プリンタヘッド９は、続いて感光性樹脂であるフォトレジストが全面に塗布されて露光装置に搬送され、所定形状を描画してなるマスクがシリコン基板２１上に載置されて紫外線が照射される。さらにプリンタヘッド９は、現像液に浸漬されて紫外線の照射を受けた部位が溶解され、これにより抵抗体膜２９上にフォトレジスト３０による発熱素子の作成領域がマスクされる。さらに続いて図５（Ｃ）に示すように、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたドライエッチング工程により、マスクパターンによって余剰な部位の抵抗体膜２９が除去される。

続いて図５（Ｄ）に示すように、プリンタヘッド９は、酸素プラズマアッシング装置に搭載された後、酸素ラジカルを含むプラズマ流がシリコン基板２１に照射されることによりシリコン基板２１上のレジストが短時間により除去される。これらによりこの実施例においては、正方形形状又は一端を配線パターンに接続する折り返し形状の発熱素子３１が作成される。

このようにして発熱素子３１が形成されると、プリンタヘッド９は、図６（Ｅ）に示すように、シリコン基板２１が洗浄された後、ＣＶＤ法により膜厚３００〔ｎｍ〕によるシリコン窒化膜が堆積され、発熱素子３１の絶縁保護層３２が形成される。続いて図６（Ｆ）に示すように、フォトリゾグラフィー工程、ＣＨＦ₃ ／ＣＦ₄ ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、所定箇所のシリコン窒化膜３２が除去され、これにより発熱素子３１を配線パターンに接続する部位が露出される。さらにＣＨＦ₃ ／ＣＦ₄ ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、層間絶縁膜２８に開口を形成してビアホール３３が作成される。

プリンタヘッド９は、さらに図７（Ｇ）に示すように、スパッタリング法により、膜厚２００〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンを１〔ａｔ％〕添加したアルミニューム、または銅を０．５〔ａｔ％〕添加したアルミニュームが膜厚６００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘッド９は、膜厚２５〔ｎｍ〕による窒化酸化チタンが堆積され、これにより反射防止膜が形成される。これらによりプリンタヘッド９は、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等による配線パターン材料層３４が成膜される。

続いて図７（Ｈ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたドライエッチング工程により成膜した配線パターン材料層３４が選択的に除去され、２層目の配線パターン３５が作成される。プリンタヘッド９は、この２層目の配線パターン３５により、電源用の配線パターン、アース用の配線パターンが作成され、またドライバートランジスタ２４を発熱素子３１に接続する配線パターンが作成される。なお発熱素子３１の上層に取り残されたシリコン窒化膜３２にあっては、この配線パターン作成の際のエッチング工程において、発熱素子３１の保護層として機能する。

続いて図８（Ｉ）に示すように、プリンタヘッド９は、ＣＶＤ法によりインク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜３６が膜厚４００〔ｎｍ〕により堆積される。さらに熱処理炉において、４〔％〕の水素を添加した窒素ガスの雰囲気中で、又は１００〔％〕の窒素ガス雰囲気中で、４００度、６０分間の熱処理が実施される。これによりプリンタヘッド９は、トランジスタ２３、２４の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン２７と２層目の配線パターン３５との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。

プリンタヘッド９は、続いてＤＣマグネトロン・スパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搭載された後、スパッタリング法によりβ−タンタルによる耐キャビテーション層材料膜が膜厚２００〔ｎｍ〕により堆積される。続いてプリンタヘッド９は、フォトレジスト工程により耐キャビテーション層材料膜が所望の形状にマスクされ、さらにＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用いたドライエッチング工程によりこのマスクによってエッチング処理され、これにより耐キャビテーション層３７が形成される。

このようにしてシリコン基板２１上に発熱素子３１、絶縁保護層３６、耐キャビテーション層３７が順次形成されると、プリンタヘッド９は、図８（Ｊ）に示すように、スピンコーターにより密着層材料層３８が膜厚０．５〜２．０〔μｍ〕によりシリコン基板２１上に形成される。

ここでこの実施例において、密着層材料層３８には、感光性のアクリル樹脂が適用され、この密着層材料層３８を所望の形状にパターニングして密着層が作成される。またこの密着層材料層３８のエッチング処理において、露光、現像液によるウエットエッチングにより余剰な部位が溶解されてパターニングされた後、水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスを用いたドライエッチングによりウエットエッチングによるアクリル樹脂の残渣を除去する。

具体的にプリンタヘッド９は、図９（Ｋ）に示すように、７０度、２分間のプリベークが実施された後、流路形成部材の形状によるマスク３９がシリコン基板２１上に載置されて露光される。さらに続いて図９（Ｌ）に示すように、現像液に浸漬されて露光を受けた部位が溶解され、これによりフォトリソグラフィーの手法を適用して密着層４０がパターニングされる。

しかしてこのようなウエットエッチングにおいては、フッ素ラジカル、酸素ラジカルによるドライエッチングに比して、過剰な作用を防止し得、これによりプリンタヘッド９では、密着層４０の側壁面における弓形形状のエッチングを防止し、さらには密着層４０の脆弱化を防止するようになされている。しかしながらこのようなウエットエッチングにおいては、耐キャビテーション層３７の表面に密着層の材料が残渣４１として残ることになる。このため続いて図１０（Ｍ）に示すように、６０秒間流水により洗浄された後、ドライエッチング装置又はアッシング装置に搭載され、窒素（Ｎ₂ ）ガスと水素（Ｈ₂ ）ガスとによる混合ガス又はアンモニア（ＮＨ₃ ）ガスを用いたドライエッチングにより耐キャビテーション層３７の表面から残渣４１が除去される。

ここで窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスを用いたドライエッチングにおいては、窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスを励起して活性な水素原子、ＮＨラジカル等を含むプラズマ流が生成され、これにより水素原子成分、窒素原子成分を含むエッチングガスが生成される。またエッチングガスであるプラズマ流を加工対象に照射し、これによりプラズマ中の活性な水素原子、ＮＨラジカルにより加工対象を還元して除去するものである。

すなわちこのドライエッチングによれば、耐キャビテーション層３７の表面においては、プラズマ中の活性な水素原子、ＮＨラジカル等により残渣４１が還元され、耐キャビテーション層３７の表面から残渣４１が除去されるのに対し、露光を受けた部位である密着層４０の側壁面等においては、殆どダメージを与えないようにすることができる。

しかしてプリンタヘッド９は、これら露光現像、残渣除去処理により密着層４０が形成されることにより、ドライエッチングによる密着層４０の側壁面へのダメージが有効に回避され、これにより基板２１との界面における脆弱化が防止され、密着力の劣化が防止されるようにされている。なお実験した結果によれば、窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスの何れを用いた場合でも、所望のほぼ垂直な断面形状により密着層４０の側壁面を作成することができた。またこの場合、密着層材料層３８には、露光を受けた部位が反応により現像液に溶解されないネガタイプの感光性アクリル樹脂を適用した。また残渣除去処理において、電源電力は、１００〜５００〔Ｗ〕、活性な水素原子、ＮＨラジカル等を含むプラズマ流の照射時間は、１０〜３０秒間であり、窒素ガス流量及び水素ガス流量は、それぞれ２５及び７５〔ｓｃｃｍ〕に設定したのに対し、アンモニアガス流量は、３０〜１００〔ｓｃｃｍ〕に設定した。

このようにして密着層４０が作成されると、プリンタヘッド９は、続いて図１０（Ｎ）に示すように、流路形成部材４２となる有機系樹脂がスピンコート法により膜厚９．５〔μｍ〕により塗布され、８５度、１５分間のプリベークが実施される。さらに露光現像工程によりインク液室２０、インク流路１１に対応する部位が取り除かれた後、３０秒間流水により洗浄され、８５度、５分間のベークが実施されて流路形成部材４２が硬化される。これによりプリンタヘッド９は、この有機系樹脂による流路形成部材４２と上述した密着層４０とによりインク液室２０の隔壁、インク流路１１の隔壁等の流路パターンが作成される。これらによりプリンタヘッド９は、流路形成部材４２とシリコン基板２１の密着力が確保され、これにより長期間使用してもシリコン基板２１からの流路形成部材の浮き上がりを有効に回避して信頼性を確保するようになされている。

プリンタヘッド９は、続いて図１に示すように、各ヘッドチップ１２にスクライビングされた後、ニッケルとコバルトとの合金（Ｎｉ−Ｃｏ）によるノズルプレート４３が積層される。ここでノズルプレート４３は、発熱素子３１の上にノズル１３を形成するように所定形状に加工された板状部材であり、流路形成部材４２上に接着により保持される。これによりプリンタヘッド９は、ノズル１３、インク液室２０、このインク液室２０にインクを導くインク流路１１等が形成されて作成される。

プリンタヘッド９は、このようなインク液室２０が紙面の奥行き方向に連続するように形成され、これによりラインヘッドを構成するようになされている。

（２）実施例の動作
以上の構成において、プリンタヘッド９は、半導体基板であるシリコン基板２１に素子分離領域２２が作成されて半導体素子であるトランジスタ２３、２４が作成され、絶縁層２５により絶縁されて１層目の配線パターン２７が作成される。また続いて発熱素子３１が作成された後、２層目の配線パターン３５が作成される。また続いて絶縁保護層３６が作成された後、熱処理により配線パターン２７及び３５間、配線パターン３５と発熱素子３１等との間の接続が安定化され、耐キャビテーション層３７が形成される。また続いて密着層４０、流路形成部材４２が順次形成されて流路パターンが作成され、ノズルプレート４３の積層によりインク液室２０、ノズル１３が形成されて作成される（図１、図４〜図１０）。

このラインプリンタ１は、このようにして作成されたプリンタヘッド９のインク液室２０にヘッドカートリッジ８に保持されてなるインクがインク流路１１により導かれ（図３）、発熱素子３１の駆動によりインク液室２０に保持したインクが加熱されて気泡が発生し、この気泡によりインク液室２０内の圧力が急激に増大する。ラインプリンタ１では、この圧力の増大によりインク液室２０のインクがノズル１３からインク液滴として飛び出し、ローラ５、６、７等により用紙トレイ４から搬送された印刷対象である用紙３にこのインク液滴が付着する。

ラインプリンタ１では、このような発熱素子３１の駆動が間欠的に繰り返され、これにより所望の画像等が用紙３に印刷されて排出口より排出される（図２）。しかしてプリンタヘッド９においては、この発熱素子３１の間欠的な駆動により、インク液室２０内において、気泡の発生、気泡の消滅が繰り返され、これにより機械的な衝撃であるキャビテーションが発生する。プリンタヘッド９では、インク液室２０の発熱素子３１側に設けられた保護層である耐キャビテーション層３７によりこのキャビテーションによる機械的な衝撃が緩和され、発熱素子３１がこの衝撃から保護される。また耐キャビテーション層３７、絶縁保護層３６により発熱素子３１へのインクの直接の接触が防止され、これによっても発熱素子３１が保護される。

プリンタヘッド９では、このような発熱素子３１の間欠的な駆動によりインク流路１１を介してインク液室２０内にインクが順次充填され、これにより流路形成部材４２と基板２１とが常にインクと接することになる。このためプリンタヘッド９では、密着層作成工程により、この流路形成部材４２の、基板２１への密着力を増大させる密着層４０が作成されるものの、このような密着層４０を酸素ラジカル、フッ素ラジカルによるドライエッチングによりパターニングして作成した場合にあっては、長期の使用により基板２１から流路形成部材４２が浮き上がり、これにより信頼性が劣化することが心配される。

しかしながらプリンタヘッド９では、露光、現像液によるウエットエッチングにより高い精度で密着層４０がパターニングされ、またウエットエッチングにより余剰な部位が除去されることにより、密着層４０の脆弱化が十分に防止される。またこのようなウエットエッチングにより余剰な部位を除去して残る残渣４１が、窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスを用いたドライエッチングにより除去され、この窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスを用いたドライエッチングにおいては、密着層４０へのダメージを十分に防止し得、これによってもプリンタヘッド９では、密着層４０の脆弱化が防止される。

しかしてこのような窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスを用いたドライエッチングにおいては、水素原子成分、窒素原子成分を含むエッチングガスによるエッチングであり、このようなエッチングガスによるエッチングにおいては、酸素ラジカル、フッ素ラジカルによりエッチングする場合に比して、エッチング対象への過剰な作用を防止することができ、これにより密着層の脆弱化を確実に防止することができる。

プリンタヘッド９では、さらにこのようにして作成された密着層４０の上層に流路形成部材４２が形成され、これによりこの流路形成部材４２とシリコン基板２１の密着力が密着層４０により十分に確保され、長期間使用しても基板２１からの流路形成部材４２の浮き上がりが有効に防止される。これによりプリンタヘッド９では、流路形成部材４２の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができるようになされている。

（３）実施例の効果
以上の構成によれば、密着層を作成する工程において、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングするドライエッチング工程を設けることにより、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる。

すなわち露光、現像液による現像によるパターニング工程により密着層をパターニングした後、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより密着層の材料をエッチングして残渣を除去することにより、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる。

またこのドライエッチング工程が、水素ガス及び窒素ガスの混合ガス、又はアンモニアガスを用いたドライエッチングであることにより、具体的にエッチングガスを適用して、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる。

また密着層の材料が、感光性アクリル系樹脂であることにより、このようなエッチングガスによるドライエッチング工程により、流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる。

この実施例においては、感光性アクリル樹脂による密着層に代えて、ポリエーテルアミド樹脂により密着層を作成する。なおこの実施例においては、密着層の材料が異なる点、さらには密着層に関連する作成工程が異なる点を除いて、実施例１に係るプリンタヘッドと同一に構成されることにより、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。

すなわち図１１（Ａ）に示すように、プリンタヘッド４９は、シリコン基板２１上にＭＯＳ型によるトランジスタ２３、２４が作成され、絶縁層２５により絶縁されて１層目の配線パターン２７が作成される。また続いてタンタルによる発熱素子３１が作成された後、２層目の配線パターン３５が作成される。また続いて発熱素子３１の上層に絶縁保護層３６、耐キャビテーション層３７が順次形成される。

続いてプリンタヘッド４９は、スピンコート法によりポリエーテルアミド樹脂による密着層材料層５０が膜厚０．５〜２．０〔μｍ〕によりシリコン基板２１上に形成され、その後、９０〜１００度による２０〜３０分間のプリベーク、２５０度による１時間のベークが順次実施される。

続いてプリンタヘッド４９は、窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスを用いたドライエッチングによりこの密着層材料層５０が選択的にエッチング処理され、これにより密着層５１がパターニングされる。

具体的にプリンタヘッド４９は、図１１（Ｂ）に示すように、耐エッチングマスクとなる有機系樹脂によるフォトレジストが密着層材料層５０上に塗布された後、露光現像工程によりフォトレジスト５２がパターニングされ、このフォトレジスト５２により密着層を形成する領域がマスクされる。

プリンタヘッド４９は、続いて図１２（Ｃ）に示すように、ドライエッチング装置に搭載された後、窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスの雰囲気によりエッチング処理が実行される。この処理において、プリンタヘッド４９は、窒素ガスと水素ガスとが励起されて、又はアンモニアガスが励起されて、活性な水素原子、ＮＨラジカル等を含むプラズマ流が生成され、これにより水素原子成分、窒素原子成分を含むエッチングガスが生成される。またこのようなエッチングガスであるプラズマ流がシリコン基板２１に照射され、これによりプラズマ中の活性な水素原子、ＮＨラジカルにより余剰な部位のポリエーテルアミド樹脂層５０が還元されて除去される。

このときプリンタヘッド４９は、図１３に示すように、プラズマ中の窒素原子成分によりフォトレジスト５２から一部の炭素原子等が還元され、この還元された化合物（ＣＮ等）がポリエーテルアミド樹脂層５０の側壁面に堆積する。プリンタヘッド４９では、この堆積した化合物がドライエッチングに対する側壁面の保護層として機能し、これによりポリエーテルアミド樹脂層５０の側壁面に殆どダメージを与えないようにすることができる。

これによりこのドライエッチングによれば、高い精度により密着層５１がパターニングされ、また密着層５１へのダメージを十分に防止し得、これによりプリンタヘッド４９では、基板２１との界面における脆弱化が防止され、密着層５１の劣化が防止される。なお実験した結果によれば、窒素ガスと水素ガスとによる混合ガス又はアンモニアガスの何れを用いた場合でも、所望のほぼ垂直な断面形状により密着層５１の側壁面を作成することができた。またこの場合、フォトレジスト５２には、フェノールノボラック樹脂を骨格高分子とするノボラック系ポジ型レジストを適用した。またドライエッチング処理において、電源電力は、１００〜５００〔Ｗ〕であり、窒素ガス流量及び水素ガス流量は、それぞれ２５及び７５〔ｓｃｃｍ〕に設定したのに対し、アンモニアガス流量は、３０〜１００〔ｓｃｃｍ〕に設定した。因みにノボラック系ポジ型レジストは、露光を受けた部位が反応により現像液に溶解されるものであり、現像液による膨潤、変形が少なく、かつ高い解像度とドライエッチング耐性とを有することが知られている。

このようにして密着層５１が形成されると、プリンタヘッド４９は、続いて図１２（Ｄ）に示すように、フォトレジスト５２が除去され、また続いて図１４（Ｅ）に示すように、実施例１について説明したと同様に流路形成部材４２が形成される。また続いて図１に示すように、ノズルプレート４３が積層され、これによりプリンタヘッド４９は、ノズル１３、インク液室２０、このインク液室２０にインクを導くインク流路１１等が形成されて作成される。

これによりこの実施例のように、水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスによるドライエッチング工程により密着層の材料をエッチングして密着層を直接パターニングするようにしても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

またこのように密着層を直接パターニングする処理において、マスクと窒素原子成分との反応物により密着層の材料層に保護層を形成しながら密着層をエッチングすることにより、密着層の側壁面へのダメージを緩和することができ、これによっても流路形成部材の浮き上がりを防止して信頼性を確保することができる。

なお上述の実施例においては、感光性アクリル樹脂、ポリエーテルアミド樹脂により密着層を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の有機系樹脂を広く適用することができる。

また上述の実施例においては、感光性アクリル樹脂又はポリエーテルアミド樹脂による密着層のパターニングに本発明を適用する場合について述べたが、上述の実施例に係る加工方法にあっては、種々の有機系樹脂をパターニングする場合にも広く適用することができる。

また上述の実施例においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて液滴が各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等である液体吐出ヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に広く適用することができる。

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用することができる。

本発明の実施例１に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す断面図である。 本発明の実施例１に係るプリンタを示す斜視図である。 図２のプリンタヘッドにおけるヘッドチップの配列構成を示す平面図である。 図１のプリンタヘッドの作成工程の説明に供する断面図である。 図４の続きを示す断面図である。 図５の続きを示す断面図である。 図６の続きを示す断面図である。 図７の続きを示す断面図である。 図８の続きを示す断面図である。 図９の続きを示す断面図である。 本発明の実施例２に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドの作成工程の説明に供する断面図である。 図１１の続きを示す断面図である。 密着層のパターニングの説明に供する断面図である。 図１２の続きを示す断面図である。 従来のプリンタヘッドにおける密着層のパターニングの説明に供する断面図である。

符号の説明

１……プリンタ、９、４９……プリンタヘッド、１１……インク流路、２０……インク液室、２１……基板、３１……発熱素子、４０、５１……密着層、４２……流路形成部材、４３……ノズルプレート、５２……フォトレジスト

Claims (7)

1. 発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して所定のノズルから前記液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
   密着層作成工程により、前記発熱素子が作成されてなる基板上に、前記液室、前記液室に前記液体を導く流路を形成する流路形成部材の、前記基板への密着力を増大させる密着層を、前記流路形成部材の形状によりパターニングして形成し、
   前記密着層作成工程は、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより前記密着層の材料をエッチングするドライエッチング工程を有し、
   前記密着層の材料が、有機系樹脂材料であり、
   前記ドライエッチング工程による前記密着層の材料のエッチングが、前記流路形成部材の形状による有機系樹脂材料のマスクを用いて、前記流路形成部材の形状により前記密着層をパターニングする処理であり、
   前記ドライエッチング工程は、
   前記マスクと前記窒素原子成分との反応物により前記密着層の材料層に保護層を形成しながら前記密着層をエッチングする
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記密着層作成工程は、
   前記密着層をパターニングするパターニング工程を有し、
   前記ドライエッチング工程による前記密着層の材料のエッチングが、前記パターニング工程により前記基板上に残る前記密着層の材料による残渣の除去である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記ドライエッチング工程は、水素ガス及び窒素ガスの混合ガス、又はアンモニアガスによるドライエッチングである
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記密着層の材料が、感光性アクリル系樹脂である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記密着層の材料が、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１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して所定のノズルから前記液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   前記発熱素子が作成されてなる基板と、
   前記基板上に、前記液室に前記液体を導く流路を形成する流路形成部材と、
   前記流路形成部材の形状によりパターニングして形成され、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより材料をエッチングするドライエッチングにより形成されており、前記流路形成部材の前記基板への密着力を増大させる密着層と、
   を備え、
   前記密着層の材料が、有機系樹脂材料であり、
   前記ドライエッチングによる前記密着層の材料のエッチングは、前記流路形成部材の形状による有機系樹脂材料のマスクを用いて、前記流路形成部材の形状により前記密着層をパターニングする処理であり、
   前記密着層の材料層は、
   前記ドライエッチングによる前記マスクと前記窒素原子成分との反応物により形成される保護層を含む
   ことを特徴とする、液体吐出ヘッド。
7. 液体吐出ヘッドによって、発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して所定のノズルから液滴を吐出させて、当該液滴を対象物に付着させる液体吐出装置において、
   前記発熱素子が作成されてなる基板と、
   前記基板上に、前記液室に前記液体を導く流路を形成する流路形成部材と、
   前記流路形成部材の形状によりパターニングして形成され、少なくとも水素原子成分及び窒素原子成分を含むエッチングガスにより材料をエッチングするドライエッチングにより形成されており、前記流路形成部材の前記基板への密着力を増大させる密着層と、
   を備え、
   前記密着層の材料が、有機系樹脂材料であり、
   前記ドライエッチングによる前記密着層の材料のエッチングは、前記流路形成部材の形状による有機系樹脂材料のマスクを用いて、前記流路形成部材の形状により前記密着層をパターニングする処理であり、
   前記密着層の材料層は、
   前記ドライエッチングによる前記マスクと前記窒素原子成分との反応物により形成される保護層を含む
   ことを特徴とする液体吐出装置。
   

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