(57)【要約】【課題】電気的特性が均一であって耐久性が向上したヒータを備える，インクジェットプリントヘッドおよび製造法を提供する。【解決手段】コンダクタ３０をドライエッチングした後でその上部にヒータ物質層２２を蒸着してコンダクタ３０と電気的に連結し，かつ，このヒータ物質層２２をさらにドライエッチングによってパターニングし，ヒータ２０を形成することを特徴とする，インクジェットプリントヘッドおよび製造法が提供される。かかる構成により，コンダクタ３０およびヒータ２０は，均一なパターンと均一な電気的特性とを有する。また，非導電性熱伝導層４０は，ヒータ２０をインク等から隔離すると共に，ヒータ付近での熱蓄積を効果的に防止する放熱機能も有する。これらは，インクジェットプリントヘッドの性能向上，特に応答速度の向上による一層高い周波数への動作を可能にする。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリントヘッドを形成する基板と，
基板上に配列される抵抗性のヒータと，
前記ヒータの下部にヒータと電気的に接続されるように設けられたコンダクタと，
前記ヒータおよびコンダクタを覆い前記基板全面に形成される非導電性熱伝導層と，
前記非導電性熱伝導層上に形成されるキャビテーション層と，
前記ヒータの上部に位置するインクチャンバが設けられた流路板と，
前記流路板上に形成され，前記インクチャンバに対応するノズルを備えるノズル板と，
を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記ヒータおよびコンダクタは，ドライエッチングにより形成されることを特徴とする，請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記キャビテーション層は，タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），チタン（Ｔｉ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質より形成される第１キャビテーション層，および，タンタル（Ｔａ）による第２キャビテーション層を含むことを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記ヒータは，窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），窒化ケイ素タングステン（ＷＳｉＮ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質より形成されることを特徴とする，請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記コンダクタは，タングステン（Ｗ）により形成されることを特徴とする，請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記コンダクタの上下には，接着層が設けられていることを特徴とする，請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
基板の表面に絶縁層を形成する段階と，
前記絶縁層上に金属層を形成する段階と，
前記金属層をドライエッチング法によりパターニングし，後続する段階にて形成される複数のヒータぞれぞれに対応するコンダクタの組み合わせを形成する段階と，
前記基板上にヒータ機能を有する抵抗性のヒータ物質層を形成する段階と，
前記ヒータ物質層をドライエッチング法によりパターニングし，前記各コンダクタの組み合わせに対応する複数のヒータを形成する段階と，
前記ヒータおよびコンダクタを覆うために前記基板上に非導電性熱伝導層を形成する段階と，
前記各ヒータの上部に位置するインクチャンバを提供する流路板を形成する段階と，
前記流路板上に前記各インクチャンバに対応するノズルを有するノズル板を形成する段階と，
を含むことを特徴とする，インクジェットプリントヘッドの製造法。
【請求項８】
前記ヒータは，窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），窒化ケイ素タングステン（ＷＳｉＮ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質から形成されることを特徴とする，請求項７に記載のインクジェットプリントヘッドの製造法。
【請求項９】
前記コンダクタを形成する工程は，金属性薄膜を化学気相成長法（ＣＶＤ）により行われることを特徴とする，請求項７または８のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッドの製造法。
【請求項１０】
前記ヒータを形成する工程は，ヒータ物質層を化学気相成長法（ＣＶＤ）により行われることを特徴とする，請求項７から９のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッドの製造法。
【請求項１１】
前記キャビテーション層を形成する段階は，タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），チタン（Ｔｉ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質による第１キャビテーション層およびタンタル（Ｔａ）による第２キャビテーション層を形成する段階を含むことを特徴とする，請求項７から１０のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッドの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，インクジェットプリントヘッドおよびその製造法にかかり，ヒータの構造が改善されたインクジェットプリントヘッドおよびその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリントヘッドは，熱源を利用してインクに気泡（バブル）を発生させ，その力でインク滴を吐出する。
【０００３】
図１は，米国特許５，８８３，６５０号に開示されたインクジェットプリントヘッドの概略的構造を図示する。
【０００４】
図１を参照すると，基板１上に絶縁層２が形成され，その上にヒータ３が設けられている。ヒータ３の下部両側には，ヒータ３に電流を供給するためのコンダクタ４が接触している。ヒータ３の上にはパシベーション層５およびキャビテーションバリア６が順次に積層されている。上記キャビテーションバリア６の上部にはインクチャンバを設ける流路板７が形成されている。流路板７上にはノズル９が形成されたノズル板８が設けられている。
【０００５】
上記コンダクタ４は，アルミニウムなどで形成され，ウェットまたはドライエッチングによりパターニングすることができる。しかしながら，ヒータ３，パシベーション層５，および，キャビテーションバリア６は，スパッタリングのような物理気相成長法（ＰＶＤ）により形成され，この場合においては，上記コンダクタ４のパターニングは，実質的にウェットエッチングなどによる等方性エッチングを必要とする。これは，物理気相成長法（ＰＶＤ）によると，蒸着方向に垂直な縁面には蒸着が起こらないからである。従って，この部分にて蒸着不良による切れが発生する。
【０００６】
このような切れを防止するため，物理気相成長法（ＰＶＤ）使用時に物質が良好に蒸着するように，ヒータ３下部のコンダクタ４には，図１に示すような傾斜した部分が存在しなければならない。このような傾斜した部分はウェットエッチングにより得られる。
【０００７】
従って，図１に示された構造のインクジェットプリントヘッドにおいては，コンダクタのパターニングは，事実上ウェットエッチングに依存しなければならない。しかし，ウェットエッチングは，エッチングされた部分のプロファイルを粗いデコボコ面に形成する。このような粗い加工は，コンダクタの加工均一度および信頼度を下げる。
【０００８】
一方，ヒータ３を物理気相成長法（ＰＶＤ）より形成する場合にヒータ３の厚さ方向の偏差が非常に大きく現れる。このような厚さ方向の偏差は，多数のノズルを有するインクジェットプリントヘッドにおいて，各ノズルに対応するヒータ間の電気的抵抗特性の不均一を招く。
【０００９】
また，図１に示されるようにヒータ３がパシベーション層５およびキャビテーションバリア６により完全に覆われず，その縁部が露出されている。この場合では，ヒータ３の縁部がインクに接触する可能性があり，ヒータの寿命を極めて短縮させてしまう。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５，８８３，６５０号明細書
【発明が解決しようとする課題】
本発明は，従来のインクジェットプリントヘッドが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，電気的特性が均一であって耐久性が向上したヒータを備えている，新規かつ改良されたインクジェットプリントヘッドおよびその製造法を提供することである。
【００１１】
また，本発明の他の目的は，良好な再現性と高い信頼度とを有する，新規かつ改良されたインクジェットプリントヘッドとその製造法とを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，インクジェットプリントヘッドを形成する基板と，基板上に配列される抵抗性のヒータと，上記ヒータの下部にヒータと電気的に接続されるように設けられたコンダクタと，上記ヒータおよびコンダクタを覆い上記基板全面に形成される非導電性熱伝導層と，上記非導電性熱伝導層上に形成されるキャビテーション層と，上記ヒータの上部に位置するインクチャンバが設けられた流路板と，上記流路板上に形成され，上記インクチャンバに対応するノズルを備えるノズル板と，を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッドを提供する。
【００１３】
かかる構成により，ヒータがインク等から隔離され，また，ヒータを保護する非導電性熱伝導層は，ヒータ付近での熱蓄積を効果的に防止する放熱機能も有することとなる。
【００１４】
また，上記ヒータおよびコンダクタは，ドライエッチングにより形成することができる。
【００１５】
かかる構成により，基板上で微細パターンを形成することが可能となり，上記コンダクタおよび上記ヒータは，基板全体において，均一なパターンと均一な電気的特性とを有することが可能となる。
【００１６】
また，上記キャビテーション層は，タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），チタン（Ｔｉ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質より形成される第１キャビテーション層，および，タンタル（Ｔａ）による第２キャビテーション層を含むとしてもよい。
【００１７】
また，上記ヒータは，窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），窒化ケイ素タングステン（ＷＳｉＮ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質より形成することができる。
【００１８】
また，上記コンダクタは，タングステン（Ｗ）により形成することができる。かかる構成により，高温の化学気相成長法（ＣＶＤ）などによる熱衝撃に強いコンダクタを使用できる。
【００１９】
また，上記コンダクタの上下には，接着層が設けられているとしてもよい。
【００２０】
また，上記課題を解決するため，本発明の第２の観点によれば，基板の表面に絶縁層を形成する段階と，上記絶縁層上に金属層を形成する段階と，上記金属層をドライエッチング法によりパターニングし，後続する段階にて形成される複数のヒータぞれぞれに対応するコンダクタの組み合わせを形成する段階と，上記基板上にヒータ機能を有する抵抗性のヒータ物質層を形成する段階と，上記ヒータ物質層をドライエッチング法によりパターニングし，上記各コンダクタの組み合わせに対応する複数のヒータを形成する段階と，上記ヒータおよびコンダクタを覆うために上記基板上に非導電性熱伝導層を形成する段階と，前記各ヒータの上部に位置するインクチャンバを提供する流路板を形成する段階と，上記流路板上に上記各インクチャンバに対応するノズルを有するノズル板を形成する段階と，を含むことを特徴とする，インクジェットプリントヘッドの製造法を提供する。
【００２１】
かかる構成により，基板上で微細パターンを形成することが可能となり，上記コンダクタおよび上記ヒータは，基板全体において，均一なパターンと均一な電気的特性とを有することが可能となる。また，ヒータがインク等から隔離され，また，ヒータを保護する非導電性熱伝導層は，ヒータ付近での熱蓄積を効果的に防止する放熱機能も有する。
【００２２】
また，上記ヒータは，窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），窒化ケイ素タングステン（ＷＳｉＮ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質から形成されるとしてもよい。
【００２３】
また，上記コンダクタを形成する工程は，金属性薄膜を化学気相成長法（ＣＶＤ）により行うこともできる。
【００２４】
また，上記ヒータを形成する工程は，ヒータ物質層を化学気相成長法（ＣＶＤ）により行うこともできる。
【００２５】
また，上記キャビテーション層を形成する段階は，タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），チタン（Ｔｉ）よりなるグループから選択されたいずれか一つの物質による第１キャビテーション層およびタンタル（Ｔａ）による第２キャビテーション層を形成する段階を含むとしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
インクジェットプリントヘッドは，一つのヒータおよびこれに対応するインクチャンバノズルなどを備える単位インク噴射手段を，一つの基板に複数整列して形成される。しかし，以下の実施例では，理解を容易にするため，複数整列しているインクジェットプリントヘッドのうち，単位インク噴射手段に着目して説明する。
【００２８】
図２は本実施形態によるインクジェットプリントヘッド単位インク噴射手段の縦断面図である。
【００２９】
図２を参照すれば，基板１０の表面には，二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などからなる絶縁層１１が形成されている。その上に窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），窒化ケイ素タングステン（ＷＳｉＮ）などの物質よりなるヒータ２０が形成される。ヒータ２０の下部両側には各ヒータ２０に電流を供給するためのアルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）によるコンダクタ３０が設けられている。
【００３０】
上記ヒータ２０の上には，電気的絶縁性を有する窒化ケイ素（ＳｉＮ）またはドーピングされていないポリシリコンなどの物質を，スパッタリングまたは化学気相成長法（ＣＶＤ）により形成する非導電性熱伝導層４０が設けられている。この非導電性熱伝導層４０は，一種のパシベーション層の役割を兼ねると共に，ヒータ２０およびコンダクタ３０を覆うべく基板１０の表面全体に形成されている。
【００３１】
一方，上記非導電性熱伝導層４０の上には，ヒータ２０の上方に位置するようにタングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）またはチタン（Ｔｉ）などによるキャビテーション層５０が設けられている。上記キャビテーション層５０は後述するインクチャンバ６１の底に位置する。上記キャビテーション層５０の上には，インクチャンバ６１およびインクチャンバ６１へのインク流路（図示せず）を提供する流路板６０が形成されている。そして，流路板６０の上には，インクチャンバ６１の上方に位置するノズル７１を有するノズル板７０が形成される。
【００３２】
上述の構造において，上記ヒータ２０は，従来のインクジェットプリントヘッドとは異なり，非導電性熱伝導層４０により完全に覆われることによって保護されている。すなわち，上記非導電性熱伝導層４０は，電気的に上記ヒータ２０を保護すると共に，インク等がヒータ２０と接触するのを防止する。また，ヒータ２０から発生した熱のうち，剰余熱を排出し，ヒータ２０付近での熱蓄積を防止する役割を果たす。上記キャビテーション層５０は，インク滴を吐出した後におけるバブルの急激な収縮による物理的衝撃から非導電性熱伝導層４０およびヒータ２０を保護する層である。
【００３３】
（第２の実施の形態）
上の構造において，コンダクタ，ヒータおよびキャビテーション層のうち少なくともいずれか一つが前述通りの構造以外の多層構造を有することができる。このような，同一物質または異種物質により多層構造が形成された実施例を図３に示す。
【００３４】
図３を参照すれば，キャビテーション層５０は，タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），チタン（Ｔｉ）による第１キャビテーション層５１と，この表面に形成されるタンタル（Ｔａ）による第２キャビテーション層５２とを備える。そして，コンダクタ３０は，層の中央に形成されるＡｌなどによる中間層３１と，その上下のポリシリコン，チタン（Ｔｉ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化タンタル（ＴａＮ）などによる導電性接着層３２とを備える。これは高温化学気相成長法（ＣＶＤ）によるヒータ２０の接着不良を補完するためのものである。
【００３５】
図４および図５は，ヒータ２０およびその両側に形成されるコンダクタ３０の関係を示した平面図である。
【００３６】
図４においては，ヒータ２０が左右対称な形を有し，その両端がヒータ２０の両側に形成されたコンダクタ３０と重なるように連結される。図５においては，ヒータ２０ａは非対称に形成され，電流の進行方向に断面積が拡大するような形を有している。これに応じてヒータ２０ａの両側に形成されたコンダクタ３０，３０ａは異なる面積に形成される。
【００３７】
（第３の実施形態）
以下に添付された図面を参考にしながら，本発明によるインクジェットプリントヘッド製造法の実施例を詳細に説明する。
【００３８】
インクジェットプリントのヘッドは，一つのウェーハ上に一連の工程を通じて多数のインクジェットプリントヘッドが作られる。しかし，以下の実施例では，理解を容易にするため，複数整列しているインクジェットプリントヘッドのうち，単位インク噴射手段に着目して説明する。
【００３９】
図６〜図１４は，本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【００４０】
図６においては，シリコン基板１０の表面を高温加熱し，二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）絶縁層１１を１〜３μｍの厚さに形成する。
【００４１】
図７では，コンダクタを形成するための金属層３６を形成する。金属層３６は，アルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）により，化学気相成長法（ＣＶＤ），または物理気相成長法（ＰＶＤ）を使って５０００オングストローム（Å）〜２μｍの厚さに形成される。
【００４２】
図８では，上記金属層３６の表面に，フォトレジストによる第１マスク３４を写真エッチング法によって形成する。この第１マスク３４によりコンダクタ３０の金属配線パターンを形成する。
【００４３】
図９では，ドライエッチングにより第１マスク３４に覆われていない部分の金属を除去する。これによって目的とする，ヒータ２０の両側に設けられるコンダクタ３０を形成する。エッチングの完了後は，上記第１マスク３４を一般的なフォトレジスト除去工程であるＯ２プラズマアッシングおよびストリップにより除去する。
【００４４】
図１０では，上記基板１０上のコンダクタ３０およびコンダクタ３０に覆われていない絶縁層１１上面の全体に，化学気相成長法（ＣＶＤ）によって，ヒータ物質層２２を形成する。ヒータ物質としては窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）または窒化ケイ素タングステン（ＷＳｉＮ）を使用する。
【００４５】
図１１では，上記ヒータ物質層２２上に，目的とするパターンの開口部を有する第２マスク２３を形成する。その後で上記ヒータ物質層２２の露出部分に対するドライエッチングを行い，ヒータ物質層２２から図１２に示されるようなヒータ２０を得る。
【００４６】
図１３では，上記形成物の上面に窒化ケイ素（ＳｉＮ）またはポリシリコンを使って，スパッタリングまたは化学気相成長法（ＣＶＤ）により非導電性熱伝導層４０が形成される。
【００４７】
図１４では，上記非導電性熱伝導層４０の上面にタンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）を蒸着する。その後で上記ヒータ２０の上部に相当する部分だけ残留するようにパターニングし，キャビテーション層５０を形成する。
【００４８】
次に，公知のポリイミドのコーティングおよびこのパターニング工程を通じて流路板６０を形成し，最終的に上記流路板６０上にノズル板７０を形成する。これにより図２に示されたような構造の本実施形態によるインクジェットプリントヘッドを得る。
【００４９】
以上のような本実施形態の製造法においては，コンダクタをドライエッチングした後でその上部にヒータ物質を蒸着してコンダクタと電気的に連結し，かつ，この工程に続いてマスクを形成した後，ヒータ物質をさらにドライエッチングによってパターニングし，ヒータを形成する点に特徴がある。かかるコンダクタおよびヒータのドライエッチングは，微細パターンを形成する場合に有利であり，特に一つの基板に多数のコンダクタおよびヒータが設けられる場合，コンダクタおよびヒータは，基板全体において，均一なパターンと均一な電気的特性とを有する。
【００５０】
本発明においては，一つの基板に形成されるヒータ間およびコンダクタ間の物理的，電気的特性の不均一を解消するために，ウェットエッチングではなく，ドライエッチングを適用する。コンダクタとしては，アルミニウム（Ａｌ）ではなく，タングステン（Ｗ）のように後続する工程で熱衝撃に強い物質を適用することが望ましい。また，ヒータ物質はスパッタリングのような物理的蒸着ではなく，高温の化学気相成長法（ＣＶＤ）を適用することにより，良好な工程マージンを有す。さらに，パシベーション層としての非導電性熱伝導層を，二酸化ケイ素（ＳｉＮ）により，高温の化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成することができる。これにより，ヒータの強度は増し，その信頼性が高まる。
【００５１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５２】
【発明の効果】
上記のように，本発明のインクジェットプリントヘッドは，ヒータがインクなどから隔離される構造を有する。また，ヒータを保護する非導電性熱伝導層は，ヒータ付近での熱蓄積を効果的に防止する放熱機能も有する。このような効果的な放熱構造はインクジェットプリントヘッドの性能向上，特に応答速度の向上による一層高い周波数への動作を可能にする。
【００５３】
また，本発明の方法によればドライエッチングが使用可能なので，コンダクタおよびヒータの物理的，電気的特性を均一にすることができる。これによりインクジェットプリントヘッドが全体的に均一的な電気的特性を有することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のインクジェットプリントヘッドの一例を示す概略的な断面図である。
【図２】第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッド単位インク噴射手段の縦断面図である。
【図３】第２の実施形態によるインクジェットプリントヘッド単位インク噴射手段の縦断面図である。
【図４】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドに適用されるヒータおよびコンダクタの関係を示す平面図である。
【図５】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドに適用されるヒータおよびコンダクタの関係を示す平面図である。
【図６】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図７】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図８】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図９】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図１０】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図１１】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図１２】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図１３】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【図１４】本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの製造工程と示す断面図である。
【符号の説明】
１０　基板
１１　絶縁層
２０　ヒータ
２２　ヒータ物質層
３０　コンダクタ
３６　金属層
４０　非導電性熱伝導層
５０　キャビテーション層
５１　第１キャビテーション層
５２　第２キャビテーション層
６０　流路板
６１　インクチャンバ
７０　ノズル板
７１　ノズル
【図１】
2004017652.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004017652.tif 000011
【図１０】
2004017652.tif 000012
【図１１】
2004017652.tif 000013
【図１２】
2004017652.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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