(57)【要約】【課題】  記録素子と被覆層とが導通した場合に、被覆層と共通配線との間に設けられたヒューズ部をより切断されやすくし、被覆層の変質の影響が広がることを抑制する。【解決手段】  共通配線層はヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低く、共通配線層とヒューズ部層とは、積層方向において異なる層として形成されている。【選択図】  図３
2019005935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の記録素子と、
第２の記録素子と、
前記第１の記録素子を被覆する第１の被覆層と、
前記第２の記録素子を被覆する第２の被覆層と、
前記第１の記録素子と前記第１の被覆層との間に設けられるとともに、前記第２の記録素子と前記第２の被覆層との間に設けられた絶縁層と、
前記第１の被覆層および前記第２の被覆層と電気的に接続された共通配線層と、
前記第１の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第１のヒューズ部と、前記第２の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第２のヒューズ部と、を形成するヒューズ部層と、
有する液体吐出ヘッド用基板において、
前記共通配線層は前記ヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低く、前記共通配線層と前記ヒューズ部層とは積層方向において異なる層として形成され、前記共通配線層は前記ヒューズ部層と部分的に接していることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
【請求項２】
前記共通配線層は、前記ヒューズ部層よりも厚みが大きい、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項３】
前記ヒューズ部は、前記ヒューズ部層において幅が部分的に細く形成されている、請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項４】
前記共通配線層と前記ヒューズ部層との間に設けられた前記絶縁層とは別の絶縁層を有する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項５】
前記絶縁層は窒化珪素を含み、前記別の絶縁層は窒炭化珪素を含む、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項６】
前記共通配線層と前記ヒューズ部層とが同じ材料を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項７】
前記第１の被覆層よりも厚みが大きい、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項８】
前記共通配線層と前記第１の被覆層とは同じ材料を含み、
前記共通配線層は複数の層が積層されて構成されており、
前記第１の被覆層は前記共通配線層を構成する前記複数の層よりも少ない数の層で構成されている、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項９】
前記共通配線層は、イリジウム層と前記イリジウム層の表面が露出する貫通口が形成されたタンタル層とを含んでおり、
前記共通配線層は、前記イリジウム層の前記表面において前記ヒューズ部層と接続されている、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項１０】
請求項４または請求項５に記載の液体吐出ヘッド用基板と、
前記第１の記録素子と前記第２の記録素子とにそれぞれ対応する吐出口が形成された吐出口部材と、
を有し、
前記別の絶縁層は前記吐出口部材と接している液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
第１の記録素子と、
第２の記録素子と、
前記第１の記録素子を被覆する第１の被覆層と、
前記第２の記録素子を被覆する第２の被覆層と、
前記第１の記録素子と前記第１の被覆層との間に設けられるとともに、前記第２の記録素子と前記第２の被覆層との間に設けられた絶縁層と、
前記第１の被覆層および前記第２の被覆層と電気的に接続された共通配線層と、
前記第１の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第１のヒューズ部と、前記第２の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第２のヒューズ部と、を形成するヒューズ部層と、
を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法において、
前記共通配線層を形成する工程と、
前記共通配線層が部分的に前記ヒューズ部層と接するように前記ヒューズ部層を形成する工程と、
を有し、
前記共通配線層は前記ヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低いことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１２】
前記共通配線層を形成する工程では、前記共通配線層を形成するとともに前記第１の被覆層を形成する、請求項１１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１３】
前記共通配線層を形成する工程では、複数の層を積層して前記共通配線層と前記第１の被覆層とをそれぞれ形成し、前記第１の被覆層を構成する前記複数の層のうちの一部の層を除去する、請求項１１または請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、これに用いられる液体吐出ヘッド用基板、および液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、液室の内部の液体を発熱抵抗体（記録素子）に通電させることで加熱し、これによって生じる液体の膜沸騰によって液室内で発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出装置が多く採用されている。
【０００３】
このような液体吐出装置によって記録が行われる場合には、発熱抵抗体上の領域で液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。また、液体の吐出が行われる際には、発熱抵抗体は高温となっているので、液体の成分が熱分解して発熱抵抗体の表面に付着して固着・堆積するといった化学的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体上には、発熱抵抗体を覆う金属材料等で形成された保護層（被覆層）が配置される場合がある。
【０００４】
通常、保護層は液体と接する位置に配置される。したがって、保護層に電気が流れてしまうと、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、場合によっては保護層としての機能が損なわれてしまう場合がある。そのため、発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層へ流れないように、発熱抵抗体と保護層との間に、絶縁層が配置されている。
【０００５】
ところが、何らかの原因によって絶縁層の機能が損なわれてしまい、発熱抵抗体あるいは配線から、保護層へ直接的に電気が流れてしまう導通が生じる可能性がある。発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層に流れた場合には、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、保護層が変質してしまうことがある。さらに、複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う保護層が互いに電気的に接続されている場合は、導通が生じた保護層とは別の保護層にも電流が流れてしまい、変質の影響が広がる恐れがある。
【０００６】
そこで、特許文献１には、複数の保護層と電気的に接続された共通配線に対し、破断部（ヒューズ部）を介してそれぞれの保護層が接続された構成が記載されている。このような構成において上記の導通が生じて１つの保護層に電流が流れた場合に、この電流によってヒューズ部が切断されることで、他の保護層との電気的な接続が切断される。これにより、保護層の変質の影響が広がることを抑えることができる。また、特許文献１には、発熱抵抗体を覆う保護層や共通配線よりもヒューズ部の膜厚を薄くしてヒューズ部が切断されやすくすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１２４９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、導通が生じた場合であっても、記録素子と被覆層との接触領域が微小であると、接触抵抗が大きくヒューズ部に流れる電流は小さくなるため、ヒューズ部が確実に切断されない可能性がある。
【０００９】
そのため、ヒューズ部を設けた構成であってもヒューズ部が切断されずに導通が生じた被覆層から他の被覆層に電流が流れてしまい、ヘッド全体として被覆層の変質の影響が広がる恐れがある。
【００１０】
そこで、本発明は、記録素子と被覆層とが導通した場合に、被覆層と共通配線との間に設けられたヒューズ部をより切断されやすくし、被覆層の変質の影響が広がることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッド用基板は、第１の記録素子と、第２の記録素子と、前記第１の記録素子を被覆する第１の被覆層と、前記第２の記録素子を被覆する第２の被覆層と、前記第１の記録素子と前記第１の被覆層との間に設けられるとともに、前記第２の記録素子と前記第２の被覆層との間に設けられた絶縁層と、前記第１の被覆層および前記第２の被覆層と電気的に接続された共通配線層と、前記第１の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第１のヒューズ部と、前記第２の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第２のヒューズ部と、を形成するヒューズ部層と、有する液体吐出ヘッド用基板において、前記共通配線層は前記ヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低く、前記共通配線層と前記ヒューズ部層とは積層方向において異なる層として形成され、前記共通配線層は前記ヒューズ部層と部分的に接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、記録素子と被覆層とが導通した場合に、被覆層と共通配線との間に設けられたヒューズ部をより切断されやすくし、被覆層の変質の影響が広がることを抑制すること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】液体吐出装置を示す図である。
【図２】液体吐出ヘッドユニットおよび液体吐出ヘッドを示す図である。
【図３】液体吐出ヘッドを示す図である。
【図４】液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体の回路図を示す図である。
【図５】液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
【図６】液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（液体吐出装置）
図１は本発明の実施形態に係る液体吐出装置１０００についての斜視図である。液体吐出装置１０００はその内部に後述する液体吐出ヘッドユニット４１０が収納されるキャリッジ２１１を備えている。本実施形態の液体吐出装置１０００において、キャリッジ２１１は、ガイドシャフト２０６に沿って矢印Ａの主走査方向に移動自在にガイドされている。ガイドシャフト２０６は、記録媒体の幅方向に沿って延びるように配置されている。したがって、キャリッジ２１１に搭載された液体吐出ヘッドは、記録媒体の搬送される搬送方向と交差する方向に走査しながら記録を行う。このように、液体吐出装置１０００は、液体吐出ヘッド１の主走査方向の移動と、記録媒体の副走査方向の搬送と、を伴って画像を記録するいわゆるシリアルスキャンタイプの液体吐出装置である。
【００１５】
キャリッジ２１１は、記録媒体の搬送方向に直交する方向に走査されるように、ガイドシャフト２０６によって貫通されて支持されている。キャリッジ２１１にはベルト２０４が取り付けられており、ベルト２０４にはキャリッジモータ２１２が取り付けられている。これにより、キャリッジモータ２１２による駆動力がベルト２０４を介してキャリッジ２１１に伝えられるので、キャリッジ２１１がガイドシャフト２０６によって案内されながら主走査方向に移動可能に構成されている。
【００１６】
また、キャリッジ２１１には、制御部からの電気信号を液体吐出ヘッドユニット４１０の液体吐出ヘッド１に転送するためのフレキシブルケーブル２１３が、液体吐出ヘッドユニットに接続されるように取り付けられている。また、液体吐出装置１０００は、液体吐出ヘッドの回復処理を行うために用いられるキャップ２４１及びワイパブレード２４３が配置されている。また、液体吐出装置１０００は、記録媒体を積層状態で蓄える給紙部２１５と、キャリッジ２１１の位置を光学的に読み取るエンコーダセンサ２１６を有している。
【００１７】
（液体吐出ヘッドユニット、および液体吐出ヘッド）
図２（ａ）は液体吐出ヘッドユニット４１０を示す斜視図である。液体吐出ヘッドユニット４１０は液体吐出ヘッドをタンクと一体化してなるカートリッジ形態のユニットである。液体吐出ヘッドユニット４１０はキャリッジ２１１の内部に装着及び取り外し可能に構成されている。液体吐出ヘッドユニット４１０は液体を吐出する液体吐出ヘッド１を有している。液体吐出ヘッドユニット４１０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を有している。このテープ部材４０２に設けられた接点４０３や配線を介して液体吐出装置１０００から発熱抵抗体１０８に電力が供給される。液体吐出ヘッドユニット４１０は、液体を一旦貯留し、そこから液体を液体吐出ヘッド１に供給するためのタンク４０４を有している。
【００１８】
図２（ｂ）は液体吐出ヘッド１を示しており、その一部を破断して示す斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１は、液体吐出ヘッド用基板１００と流路形成部材１２０（吐出口部材）とが貼り付けられることで構成されている。液体吐出ヘッド用基板１００と流路形成部材１２０との間には、内部に液体を貯留させることが可能な複数の液室１３２（図３（ｂ））が画成されている。液体吐出ヘッド用基板１００には、液体吐出ヘッド用基板１００を表面から裏面へ貫通するように液体供給口１３０が形成されている。流路形成部材１２０には、液体供給口１３０に連通するように共通液室１３１が形成されている。また、液体供給口１３０は共通液室１３１を介してそれぞれの液室１３２と連通している。それぞれの液室１３２の内部には熱作用部１１７が形成されている。流路形成部材１２０における熱作用部１１７に対応する位置には吐出口１２１が形成されている。複数の熱作用部１１７は列をなして配設されており、熱作用部１１７に対応して設けられた吐出口１２１も列をなして配設されている。
【００１９】
ここでは、液体吐出ヘッド用基板１００における液体の吐出の行われる側の面のことを表面と言うものとする。また、液体吐出ヘッド用基板１００における液体の吐出の行われる側とは逆側の面のことを裏面と言うものとする。
【００２０】
タンク４０４から液体吐出ヘッド１に液体が供給される際には、液体吐出ヘッド用基板１００における液体供給口１３０、共通液室１３１を通り、それぞれの液室１３２の内部へ供給される。このとき、共通液室１３１内の液体は毛管現象により液室１３２に供給され、吐出口１２１にてメニスカスを形成することにより、液体の液面が安定に保持される。
【００２１】
熱作用部１１７の裏面側には後述する発熱抵抗体１０８が備えられており、この発熱抵抗体１０８への通電により熱エネルギーが発生する。この熱エネルギーにより熱作用部１１７の表面側の液体が加熱されて膜沸騰により発泡し、そのときの発泡エネルギーによって吐出口１２１から液滴が吐出される。
【００２２】
なお、液体吐出ヘッドユニットは本実施形態のようにタンクと一体化された形態に適用されるものに限られない。例えば、液体吐出ヘッドとタンクとが別々に構成されたものであってもよい。こうすることにより、タンク内の液体が無くなったときにタンクのみを取り外して新たなタンクを取り付けることでき、タンクのみを交換することができる。そのため、必ずしもタンクと共に液体吐出ヘッドを交換する必要がなく、液体吐出ヘッドの交換頻度を抑えてコストを低く抑えることができる。
【００２３】
また、液体吐出装置は、液体吐出ヘッドとタンクとが別々の位置に配置され、これらの間をチューブ等によって接続して液体吐出ヘッドへ液体を供給する形式のものであってもよい。また、本実施形態では、液体吐出装置は、記録ヘッドが主走査方向Ａに沿って走査するシリアルスキャン方式に適用されているが本発明はこれに限定されない。本発明は、ラインプリンタに適用されるような記録媒体の全幅に対応した範囲に亘って延在する液体吐出ヘッドを用いるフルラインタイプの液体吐出装置にも適用可能である。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
（液体吐出ヘッド用基板）
図３（ａ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１の熱作用部１１７付近を上面から見て模式的に示した平面図である。また、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った液体吐出ヘッド１の模式的な断面図である。なお、図３（ａ）は流路形成部材１２０を省略して示している。
【００２５】
液体吐出ヘッド１は、シリコンによって形成された基体１０１上に複数の層が積層された液体吐出ヘッド用基板１００を有する。基体１０１上には、熱酸化膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成される蓄熱層１０２が配置される。また、蓄熱層１０２上には、ＴａＳｉＮ等によって形成される発熱抵抗体層１０４が配置され、発熱抵抗体層１０４上には、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料から形成される配線としての電極配線層１０５が配置されている。電極配線層１０５上には絶縁保護層１０６が配置されている。絶縁保護層１０６は、発熱抵抗体層１０４及び電極配線層１０５を覆うようにこれらの上側に設けられている。絶縁保護層１０６は、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜等によって形成されている。
【００２６】
絶縁保護層１０６上には発熱抵抗体１０８を覆うように上部保護層１０７が配置されている。上部保護層１０７は、発熱抵抗体１０８の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗体１０８を保護している。本実施形態では、上部保護層１０７は、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の白金族やタンタル（Ｔａ）によって２０〜１００ｎｍの厚さで形成されている。なお、上部保護層１０７は、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｔａのいずれかに限らず、これらを含む合金によって形成してもよく、また、これらを積層して形成してもよい。なお、これらの材料によって形成された上部保護層１０７は導電性を有している。
【００２７】
上部保護層１０７は発熱抵抗体１０８のそれぞれを覆うように設けられている。すなわち、図３（ａ）に示すように、第１の記録素子としての発熱抵抗体１０８（１０８ａ）を覆うように第１の被覆層としての上部保護層１０７（１０７ａ）が設けられている。また、第２の記録素子としての発熱抵抗体１０８（１０８ｂ）を覆うように第２の被覆層としての上部保護層１０７（１０７ｂ）が設けられている。また、絶縁保護層１０６は発熱抵抗体１０８ａ、１０８ｂと上部保護層１０７ａ、１０７ｂとの間に設けられており、発熱抵抗体１０８ａと上部保護層１０７ａとの間の絶縁、および発熱抵抗体１０８ｂと上部保護層１０７ｂとの間の絶縁が確保されている。
【００２８】
発熱抵抗体１０８は電極配線層１０５が部分的に除去されることによって形成されている。すなわち、電極配線層１０５の一部が除去されてその部分から発熱抵抗体層１０４が露出しており、この電極配線層１０５から露出する発熱抵抗体層１０４の部分が発熱抵抗体１０８として機能する。電極配線層１０５は、不図示の駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されており、外部からの電力の供給を受けることができるように構成されている。
【００２９】
なお、発熱抵抗体１０８は、上述したような、発熱抵抗体層１０４の上に電極配線層１０５を配置する構成に限定されない。例えば、電極配線層１０５を基体１０１または熱酸化膜１０２上に形成し、電極配線層１０５の一部を部分的に除去してギャップを形成して、その電極配線層１０５の上に発熱抵抗体層１０４を配置する構成であってもよい。また、電極配線層１０５を蓄熱層１０２の中に埋め込み、蓄熱層１０２上に単層として形成された発熱抵抗体層１０４に対して電極配線層１０５から例えばタングステンなどの金属プラグを介して電力を供給するような構成であってもよい。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、発熱抵抗体１０８（１０８ａ）を覆う上部保護層１０７（１０７ａ）は、共通配線層１１０を介して他の発熱抵抗体１０８（１０８ｂ）を覆う上部保護層１０７（１０７ｂ）と電気的に接続されている。共通配線層１１０は発熱抵抗体１０８の配列方向に沿って延在している。また、上部保護層１０７と共通配線層１１０とは、電流が流れることで破断されやすく構成されたヒューズ部１０９を有するヒューズ部層１１３を介して接続されている。ヒューズ部１０９は液室１３２内の液体と接する領域に配置されている。また、ヒューズ部層１１３は、共通配線層１１０よりも上側（表面側）に位置しており、液体吐出ヘッド用基板１００における最表面に位置している。
【００３１】
なお、共通配線層１１０は、上部保護層１０７の材料と同様に、Ｒｕ、Ｔａ、Ｉｒのいずれか、あるいはＲｕ、Ｔａ、Ｉｒのいずれかを含む合金、さらにはそれらを積層して形成することが好ましい。これにより、共通配線層１１０と上部保護層１０７とを同じ工程で形成することができる。なお、ヒューズ部層１１３は、上部保護層１０７や共通配線層１１０を構成する材料と同じ材料（例えばＴａなど）で形成してもよく、異なる材料で形成してもよい。
【００３２】
ここで、共通配線層１１０は、ヒューズ部１０９に電流を多く流すために、可能な限り低抵抗となるように構成することが好ましい。一方で、ヒューズ部１０９をより確実に切断するためにヒューズ部層１１３は共通配線層１１０に比べて高抵抗とすることが好ましい。したがって、本実施形態では、共通配線層１１０の単位長さあたりの電気抵抗をヒューズ部層１１３の単位長さあたりの電気抵抗よりも低くしている。
【００３３】
本実施形態では、上部保護層１０７および共通配線層１１０はヒューズ部層１１３よりも厚く形成されている。具体的には、上部保護層１０７および共通配線層１１０は１００〜３００ｎｍの厚さで形成されており、ヒューズ部層１１３は２０〜１００ｎｍの厚さで形成されている。また、ヒューズ部層１１３のヒューズ部１０９は所定の電流が流れた際に切断されるように細く形成されており、ヒューズ部１０９の幅（短手方向の長さ）は１〜５μｍの幅で形成されている。
【００３４】
（液体吐出ヘッドの製造方法）
図５（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１の製造工程を示す模式的断面図である。
【００３５】
なお、通常、液体吐出ヘッドの製造工程では、Ｓｉによって形成された基体１０１に、駆動回路が予め作り込こまれた状態で、基体１０１上にそれぞれの層が積層されて液体吐出ヘッド１が製造される。発熱抵抗体１０８を選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ１１４といった半導体素子等が駆動回路として基体１０１に予め作り込まれ、その上に各層が積層されて液体吐出ヘッド１が形成される。なお、図５では簡略化のために予め配置された駆動回路等については図示せずに説明を省略する。また、下記で説明する各層の成膜方法、材料、および厚さ等は一例であり、本発明は下記に限定されるものではない。
【００３６】
まず、基体１０１上に、熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって、発熱抵抗体層１０４の下部層としてＳｉＯ２の熱酸化膜からなる蓄熱層１０２を形成する。なお、駆動回路を予め作り込んだ基体に対しては、それら駆動回路の製造プロセス中で蓄熱層を形成することができる。
【００３７】
次に、蓄熱層１０２上にＴａＳｉＮ等の発熱抵抗体層１０４を反応スパッタリングにより約２０ｎｍの厚さに形成する。また、発熱抵抗体層１０４上にＡｌ等の電極配線層１０５をスパッタリングにより約３００ｎｍの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗体層１０４および電極配線層１０５に対して同時にドライエッチングを施す。さらに、発熱抵抗体１０８を形成するために電極配線層１０５を部分的に除去する。これにより、図５（ａ）に示す形状の発熱抵抗体層１０４および電極配線層１０５が形成される。なお、本実施形態では、ドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いている。
【００３８】
次に、絶縁保護層１０６を形成するために、図５（ｂ）に示されるように、プラズマＣＶＤ法を用いて、絶縁保護層１０６としてＳｉＮ膜を約２００ｎｍの厚さに形成する。
【００３９】
次に、上部保護層１０７および共通配線層１１０を形成するために、絶縁保護層１０６上にスパッタリングによりＴａ層を約２００ｎｍの厚さに形成する。
【００４０】
次に、図５（ｃ）に示されるように、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりＴａ層を部分的に除去し、上部保護層１０７および共通配線層１１０を形成する。
【００４１】
次に、図５（ｄ）に示されるように、スパッタリングによりＴａ層を約５０ｎｍの厚さに形成した後フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりＴａ層を部分的に除去し、ヒューズ部１０９を備えるヒューズ部層１１３を形成する。ヒューズ部層１１３は、共通配線層１１０と上部保護層１０７とを電気的に接続するように形成される。ヒューズ部１０９の幅は例えば２μｍとフォトリソグラフィ法の最小限界寸法に近い寸法で形成され、ヒューズ部１０９に電流が流れた場合、ヒューズ部１０９の電流密度が大きくなり破断し易いように設計されている。以上の工程で液体吐出ヘッド用基板１００が形成される。
【００４２】
次に、上部保護層１０７側の面にスピンコート法を用いて溶解可能な固体層であるレジスト層を塗布する。レジスト層の材料としては、例えばネガ型のレジストとして作用するポリメチルイソプロペニルケトンを用いる。そして、フォトリソグラフィ法を用い、レジスト層を所望の液室１３２の形状にパターニングする。続いて、液流路壁や吐出口１２１を構成する流路形成部材１２０を形成するために、被覆樹脂層を形成する。この被覆樹脂層を形成する前に、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。被覆樹脂層は、従来知られているコーティング法を適宜選択して、液室１３２の形状にパターニングされたレジスト層が形成された液体吐出ヘッド用基板１００の上に樹脂を塗布することによって形成する。次に、フォトリソグラフィ法を用い、被覆樹脂層を所望の液流路壁や吐出口１２１の形状にパターニングする。その後、基板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、液体吐出ヘッド用基板１００を貫通する液体供給口１３０を形成する（不図示）。この際、例えば、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ），ＮａＯＨ，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、液体供給口１３０を形成する。続いて、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行い、現像および乾燥を行うことにより、レジスト層を除去して液室１３２を形成する（図５（ｅ））。
【００４３】
以上の工程を経て、液体吐出ヘッド１が製造される。
【００４４】
（液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体の回路構成）
図４は、本実施形態の液体吐出ヘッドユニット４１０と液体吐出装置本体５００の回路図を示している。図４（ａ）は正常な状態を示し、図４（ｂ）は発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で導通が生じた状態を示している。
【００４５】
それぞれの発熱抵抗体１０８は、スイッチングトランジスタ１１４及び不図示の選択回路によって選択されて駆動されている。本実施形態では、液体吐出ヘッドユニット４１０の外部である液体吐出装置本体５００に設けられた電源３０１は、２０〜３５Ｖの駆動電圧である。このような構成により、所定のタイミングで発熱抵抗体１０８に電源３０１からの電力を供給することができ、所定のタイミングで吐出口から液滴を吐出することができる。
【００４６】
上述のように発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間には、絶縁層として機能する絶縁保護層１０６が配置されているので、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７とは、電気的に接続されていない。上部保護層１０７は、ヒューズ部層１１３と共通配線層１１０に接続されている。
【００４７】
記録が行われる過程で何らかの理由での偶発故障により、発熱抵抗体１０８（１０８ａ）と上部保護層１０７（１０７ａ）との間が導通して電流が流れてしまうことがある。図４（ｂ）に示すように、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で導通２００が生じると、発熱抵抗体１０８（１０８ａ）から上部保護層１０７（１０７ａ）に向かう方向へ電流４００が流れる。例えば、発熱抵抗体１０８が破損したときには、その影響によって絶縁保護層１０６が破断する場合がある。そのとき、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７の一部が溶融し、これらが直接接触して導通２００が生じる可能性がある。そこで、上部保護層１０７がＴａで形成されている場合には、上部保護層１０７が液体との間で電気化学反応を起こし、そこで陽極酸化が始まる。陽極酸化が進むと、酸化したＴａは液体に溶け出しやすいため、上部保護層１０７の寿命が短くなる。また、上部保護層１０７がＩｒやＲｕで形成されている場合には、上部保護層１０７と液体との間の電気化学反応により、上部保護層１０７が液体に溶出するために、上部保護層１０７の耐久性が低下する。液室の内部に液体が貯留され、発熱抵抗体１０８が通電されて駆動されるときには、液体の電位は、発熱抵抗体１０８の駆動電位よりも低い。そのため、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との間で導通が生じたときに上部保護層１０７へ電気が流れると、上部保護層１０７と液体との間で容易に電気化学反応が生じる。
【００４８】
発熱抵抗体１０８（１０８ａ）と上部保護層１０７（１０７ａ）との間で導通２００が生じたときには、電流が共通配線層１１０を介して他の発熱抵抗体１０８（１０８ｂ）を覆う上部保護層１０７（１０７ｂ）にも流れる可能性がある。この場合、導通による影響が導通の生じていない上部保護層１０７（１０７ｂ）にも及んでしまう。そのため、陽極酸化や溶出といった電気化学反応による上部保護層１０７の変質の影響が、広範囲に亘って及んでしまう可能性がある。
【００４９】
図３（ａ）に示すように、本実施形態では、複数の上部保護層１０７（１０７ａ、１０７ｂ）とこれらに共通に接続された共通配線層１１０とは、それぞれヒューズ部１０９（１０９ａ、１０９ｂ）を介して接続されている。したがって、発熱抵抗体１０８（１０８ａ）と上部保護層１０７（１０７ａ）との間で導通が生じ、上部保護層１０７（１０７ａ）に電流が流れたときにはヒューズ部１０９（第１のヒューズ部１０９ａ）にも電気が流れる。ヒューズ部１０９は上部保護層１０７や共通配線層１１０に比べて細く形成されており、ヒューズ部１０９での電流密度が高くなり破断（電気的に絶縁される）することができる。これによって、導通による影響が他の上部保護層１０７に及ぶことを抑制できる。
【００５０】
しかしながら、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７との導通の状態によっては、ヒューズ部１０９が破断されない可能性がある。例えば、発熱抵抗体１０８と上部保護層１０７と接触領域が微小である場合は導通部の接触抵抗が大きくなり、ヒューズ部１０９に流れる電流は小さくなるため、ヒューズ部１０９が破断に至らない場合がある。
【００５１】
そこで、本実施形態では、ヒューズ部１０９を確実に切断するために、共通配線層１１０とヒューズ部層１１３とは、層の積層方向において異なる別の層として形成されている。また、共通配線層１１０は、ヒューズ部層１１３との電気接続部においてヒューズ部層１１３と部分的に接している。すなわち、共通配線層１１０はヒューズ部層１１３から露出する部分を有している。
【００５２】
本実施形態によると、共通配線層１１０をヒューズ部層１１３よりも厚く構成してその電気抵抗を小さくすることができるため、ヒューズ部１０９に流れる電流を大きくすることができ、ヒューズ部１０９をより切断されやすくすることができる。また、ヒューズ部層１１３の厚みを薄くするとともにヒューズ部１０９の幅を細くすることで、その電気抵抗を大きくし、導通時におけるヒューズ部１０９における電流密度を大きくして、ヒューズ部１０９をより切断されやすくすることができる。
【００５３】
そのため、発熱抵抗体１０８が偶発故障して上部保護層１０７に上記の電流が流れたときには、発熱抵抗体１０８と共通配線層１１０との間の電気的な接続を遮断することができる。このように、ヒューズ部１０９において電気的な接続が遮断されるので、電気的な接続を遮断するヒューズ部１０９としての信頼性を向上させることができる。したがって、これによって、導通による影響が他の上部保護層１０７に及ぶことを一層抑制することできる。
【００５４】
なお、例えば、ヒューズ部１０９がＴａを用いて幅２μｍ、厚さ１００ｎｍで形成されている場合には、１５〜３０ｍＡの電流を流すことでヒューズ部１０９を電気的に断線させることができる。
【００５５】
＜第２の実施形態＞
本実施形態は、上述の実施形態とは、上部保護層１０７および共通配線層１１０の層構成が異なっている。上述の実施形態と同様の点に関しては説明を省略する。
【００５６】
図６（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１の製造工程を示す模式的断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１の製造方法と構成とについて説明する。
【００５７】
図６（ａ）、（ｂ）は、上述の実施形態を示す図５（ａ）、（ｂ）とそれぞれ同様である。図６（ａ）、（ｂ）を経て基体１０１の上に発熱抵抗体層１０４、電極配線層１０５、および絶縁保護層１０６が形成される。
【００５８】
次に、上部保護層１０７と共通配線層１１０を形成するために、スパッタリング法を用いて絶縁保護層１０６上にタンタル層（Ｔａ層）、イリジウム層（Ｉｒ層）、タンタル層（Ｔａ層）を順に成膜する。その際、それぞれ約３０、３０、２００ｎｍの厚さになるように形成する。
【００５９】
次に、図６（ｃ）に示されるように、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングにより、上部保護層１０７と共通配線層１１０となる部分を残し、Ｔａ層、Ｉｒ層、Ｔａ層の３層の積層膜を部分的に除去する。これにより、Ｔａ層１１０ａ、Ｉｒ層１１０ｂ、Ｔａ層１１０ｃが積層された共通配線層１１０が形成される。なお、発熱抵抗体１０８の上側にはＴａ層、Ｉｒ層、Ｔａ層が順に積層された積層体１１５が設けられており、これが発熱抵抗体１０８を被覆した状態となっている。
【００６０】
次に、図６（ｄ）に示されるように、プラズマＣＶＤ法を用いて、層間絶縁層１１１を例えばプラズマＳｉＯからなる材料で、約１５０ｎｍの厚さで形成する。続いて、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングによって、層間絶縁層１１１のうちの発熱抵抗体１０８の上側に位置する部分と、発熱抵抗体１０８の上側に位置する積層体１１５のうちの、最上層のＴａ層とを除去する。これにより、Ｔａ層１０７ａ、Ｉｒ層１０７ｂが積層された上部保護層１０７が形成される。この際、後の工程で形成されるヒューズ部層１１３と上部保護層１０７および共通配線層１１０とを接続するために、接続部に対応する領域における最上層のＴａ層と層間絶縁層１１１との除去も合わせて行う。これにより、後にヒューズ部層１１３との接続部となるＩｒ層の表面が、Ｔａ層と層間絶縁層１１１とに形成された貫通口１１８、１１９から露出した状態となる。
【００６１】
さらに、スパッタリングにより、層間絶縁層１１１上に、ヒューズ部層１１３を形成するためにＴａ層を厚さ約５０ｎｍとなるように形成する。続いて、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりＴａ層を部分的に除去し、ヒューズ部１０９を備えた、上部保護層１０７と共通配線層１１０とを接続するヒューズ部層１１３が形成される。ここで、上述の工程で露出されたＩｒ層の表面とヒューズ部層１１３とが接続されることで、上部保護層１０７および共通配線層１１０とヒューズ部層１１３とが接続される。このような構成は、図６（ｃ）で形成された最上層のＴａ層とヒューズ部層１１３とを接続する構成と比べ、Ｔａ層の表面に形成される酸化膜による接触抵抗の増大を抑えられるため好ましい。
【００６２】
次に、図６（ｅ）に示すように流路形成部材１２０を形成し、液体吐出ヘッド１が製造される。なお、流路形成部材１２０は、上述の実施形態と同様の方法で形成すればよい。
【００６３】
本実施形態では、図６（ｄ）に示すように、上部保護層１０７の発熱抵抗体１０８を被覆する部分は、Ｔａ層１０７ａとＩｒ層１０７ｂとの２層が積層されて構成されている。また、共通配線層１１０は、Ｔａ層１１０ａ、Ｉｒ層１１０ｂ、Ｔａ層１１０ｃの３層が積層されて構成されている。このように、発熱抵抗体１０８を被覆する上部保護層１０７の膜厚を薄くすることで、発熱抵抗体１０８で発生した熱をインクへ効率的に伝導することができる。また、共通配線層１１０の膜厚を厚くすることで、共通配線層１１０の電気抵抗を小さくして、ヒューズ部１０９を破断させるために十分な電流を流すことができる。本実施形態によると、上部保護層１０７と共通配線層１１０とを形成するための成膜工程を共通して行うことで製造工程の負荷を抑えつつ、上部保護層１０７と共通配線層１１０のそれぞれに求められる性能を満足させることができる。
【００６４】
特に、共通配線層１１０は基板の大きさが大きくなると、配線が長くなって配線抵抗が大きくなってしまうが、共通配線層１１０の膜厚を大きくしてその配線抵抗を十分に小さくすることができる。ここで、ヒューズ部層１１３に設けられるヒューズ部１０９の幅は例えば２μｍで形成する。ヒューズ部１０９（ヒューズ部層１１３）の膜厚は５０ｎｍであり、共通配線層１１０の膜厚約２６０ｎｍに対して約１／５の膜厚となる。これにより、ヒューズ部層１１３に電流が流れた場合、上述の実施形態よりもヒューズ部１０９の電流密度が更に大きくなるため、ヒューズ部１０９を一層切断されやすくすることができる。
【００６５】
また、ヒューズ部層１１３と共通配線層１１０との間には、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮなどの材料によって層間絶縁層１１１が形成されている。これにより、ヒューズ部層１１３のレイアウトに捉われることなく共通配線層１１０の配線を形成することができるため、共通配線層１１０のレイアウトの自由度を向上することができる。また、ヒューズ部１０９が破断された際の衝撃から絶縁保護層１０６や共通配線層１１０といった他の層を保護することができる。
【００６６】
さらに、層間絶縁層１１１を絶縁保護層１０６よりも耐インク性に優れた材料で形成する場合、層間絶縁層１１１によって絶縁保護層１０６のインクへの溶解を抑えることができる。例えば、絶縁保護層１０６をＳｉＮ（窒化珪素）で形成し、層間絶縁層１１１をＳｉＣＮ（窒炭化珪素）で形成することで、絶縁保護層１０６のインクへの溶解を抑えることができる。さらに、この層間絶縁層１１１と接するように流路形成部材１２０を設けることで、流路形成部材１２０と液体吐出ヘッド用基板１００との密着性を向上することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  液体吐出ヘッド用基板
１０１  基体
１０４  発熱抵抗体層
１０６  絶縁保護層（絶縁層）
１０７  上部保護層（被覆層）
１０８  発熱抵抗体（記録素子）
１０９  ヒューズ部
１１０  共通配線層
１１３  ヒューズ部層
【図１】
2019005935.tif 000003
【図２】
2019005935.tif 000004
【図３】
2019005935.tif 000005
【図４】
2019005935.tif 000006
【図５】
2019005935.tif 000007
【図６】
2019005935.tif 000008