(57)【要約】【課題】コゲ性及び耐腐食性に優れた保護膜で被覆された発熱素子を有するインクジェットヘッド及びその製造方法を提供する。【解決手段】インクを発熱素子で加熱して吐出させるインクジェットヘッドにおいて、発熱素子を被覆したタンタル含有被膜からなる保護層のタンタル含有率を保護層の厚み方向に連続的に変化させる。特に、保護層の表面に向けてタンタル含有率を漸次増大させる。タンタル含有被膜におけるタンタル含有率を変えるべく、タンタル含有ターゲットを用いたスパッタリングを行う際に、タンタル含有ターゲットと発熱素子との間の距離を変動させる。特に、タンタル含有ターゲットと発熱素子との間の距離を漸次離隔させながら保護層を形成する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを発熱素子で加熱して吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記発熱素子を被覆したタンタル含有被膜からなる保護層のタンタル含有率を、前記保護層の厚み方向に連続的に変化させたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記保護層のタンタル含有率は、前記保護層の表面に向けて漸次増大させたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
インクを加熱する発熱素子を、タンタル含有被膜からなる保護層で被覆したインクジェットヘッドの製造方法において、
前記保護層を、厚み方向に連続的にタンタル含有率を変化させながら形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記保護層は、タンタル含有ターゲットを用いたスパッタリングによって形成するとともに、前記タンタル含有ターゲットと前記発熱素子との間の距離を変動させながら前記保護層を形成することを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記タンタル含有ターゲットと前記発熱素子との間の距離を漸次離隔させながら前記保護層を形成することを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを発熱素子で加熱することにより発泡を生起してインクの吐出を行うインクジェットヘッド及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用紙に対してインクを吐出させることにより印刷を行うインクジェットプリンタでは、インクの吐出方法として、インクジェットヘッドに設けた発熱素子でインクを加熱することによりインクに発泡を生起し、この発泡によるインクの押出作用を利用してインクを吐出すべく構成している。
【０００３】
かかるインクジェットヘッドの発熱素子は、通常、半導体基板状に設けた抵抗体によって構成しており、同発熱素子には一般的に耐キャビテーション層と呼ばれる保護層による被覆を行っている。すなわち、保護層を設けずに発熱素子でインクを発泡させた場合には、発泡にともなって生起されるキャビテーションによって発熱素子に機械的な損傷が生じるおそれがあり、そのため、キャビテーションに対して耐性を有する被膜で発熱素子を被覆することにより、発熱素子に機械的損傷が生じることを防止している。
【０００４】
また、保護層は、キャビテーションに対して耐性を有しているだけでなく、アルカリ性あるいは酸性であるインクの腐食性に対する耐久性（以下、「耐腐食性」という）、発熱素子の発熱によるインクの焦付きに起因した付着物の堆積に対する耐久性（以下、「コゲ性」という）、さらには断続的な熱負荷に対する耐久性を有していることが望ましく、これらの特性を満たす保護層としては、スパッタリングによって形成するタンタル（Ｔａ）膜からなる被膜を用いることが望ましいことが知られている。
【０００５】
ただし、タンタル膜は万能ではなく、コゲ性の点ではタンタル膜（以下、「Ｔａ膜」）が好適であるものの、耐腐食性の点ではアモルファスタンタル膜（以下、「アモルファスＴａ膜」）が好適であることが知られており、そこで、発熱素子の上面にはアモルファスＴａ膜を成膜し、さらに、このアモルファスＴａ膜の上面にＴａ膜を成膜することにより２層構造とした保護層とし、コゲ性と耐腐食性とをバランスさせた保護層を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
すなわち、保護層を形成する場合には、スパッタ装置に発熱素子を形成した半導体基板を具備するウエーハを装着するとともに、アモルファスＴａ膜を形成するためのターゲットを装着してスパッタリングを行うことにより発熱素子の上面にはアモルファスＴａ膜を所要の膜厚だけ成膜し、次いで、ターゲットをＴａ膜を形成するためのターゲットに取り替えてスパッタリングを行うことによりアモルファスＴａ膜の上面にＴａ膜を所要の膜厚だけ成膜することにより保護層を形成している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１３８７０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように保護層をＴａ膜とアモルファスＴａ膜との２層構造とした場合であっても、Ｔａ膜は膜応力が比較的高いために厚膜のＴａ膜を用いることが困難であり、コゲ性を十分に高めることが困難な場合があるという問題があった。
【０００９】
しかも、インクの組成に基づいたインクのｐＨや粘度等の特性は、インクの組成変更にともなって大きく変動することにより保護層のコゲ性や耐腐食性に影響を与える場合があり、一種類のインクの組成に適合させたＴａ膜とアモルファスＴａ膜とからなる保護膜の膜厚、組成比、膜構造等の製造仕様が、インクの組成変更にともなって適合しなくなり、新たな製造仕様が必要となってインクジェットヘッドの製造コスト低減の障害となっているという問題があった。
【００１０】
本発明者はこのような問題点に鑑み、Ｔａ膜の膜応力の影響を小さくするとともに、より広範囲な組成条件からなるインクにも一つの製造仕様で適合可能な保護膜を形成すべく研究開発を行い、本発明を成すに至ったものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドでは、インクを発熱素子で加熱して吐出させるインクジェットヘッドにおいて、発熱素子を被覆したタンタル含有被膜からなる保護層のタンタル含有率を、保護層の厚み方向に連続的に変化させた。さらに、保護層のタンタル含有率を、保護層の表面に向けて漸次増大させたことにも特徴を有するものである。
【００１２】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法では、インクを加熱する発熱素子を、タンタル含有被膜からなる保護層で被覆したインクジェットヘッドの製造方法において、保護層を厚み方向に連続的にタンタル含有率を変化させながら形成することとした。さらに、保護層をタンタル含有ターゲットを用いたスパッタリングによって形成するとともに、タンタル含有ターゲットと発熱素子との間の距離を変動させながら保護層を形成することにも特徴を有し、さらには、タンタル含有ターゲットと発熱素子との間の距離を漸次離隔させながら保護層を形成することにも特徴を有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法では、インク加熱用の発熱素子を被覆する保護層を、保護層の厚み方向にタンタル含有率を連続的に変化させながら形成したタンタル含有被膜で構成しているものである。したがって、膜応力の小さい保護層を形成することができるので、目的の特性を有する保護層を形成しやすくすることができる。
【００１４】
特に、保護層の表面に向けてタンタル含有率を漸次増大させた場合には、保護層の下層領域をアモルファスＴａ膜として十分なコゲ性を付与することができるとともに、上層はＴａ膜となって十分な耐腐食性を付与することができる。しかも、保護層の厚み方向に連続的にタンタル含有率を増大させることにより、タンタル濃度の高いＴａ膜領域を比較的厚く形成することができ、十分なコゲ性を有するＴａ膜を形成することができる。したがって、１つの製造仕様によって形成した保護層において適用可能なインクの種類を多くすることができ、製造仕様を統一化することにより製造コストの削減を図ることができる。
【００１５】
さらに、保護層は１回のスパッタリングによって形成することができるので、作業性を向上させることができるとともに、単一のターゲットを用いて製造することができるので、製造コストをさらに削減することもできる。
【００１６】
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図１は、インクジェットヘッドＡの発熱素子領域の断面模式図である。
【００１７】
インクジェットヘッドＡは半導体基板１を用いて形成しており、発熱素子２は、本実施形態では、半導体基板１上面に素子分離拡散層３、第１絶縁層４、層間膜５を順次設けた発熱素子配設領域に所要の抵抗値を有する抵抗体を所要形状に設けて形成している。
【００１８】
発熱素子２の上面は第２絶縁層６を形成し、同第２絶縁層６には所要位置に発熱素子２を露出させる導通用開口６ａを形成し、第２絶縁層６上面に発熱素子２に電力を供給するための配線層７を形成して、発熱素子２に通電可能としている。なお、発熱素子２における熱作用部２ａ部分上面の配線層７は除去している。
【００１９】
所要形状の配線層７の形成後、配線層７の上面には第３絶縁層８を設けて配線層７の絶縁を行っている。発熱素子２における熱作用部２ａ部分上面に形成される第２絶縁層６及び第３絶縁層８は、発熱素子２の熱効率を高めるためにできるだけ薄くすることが望ましく、必要に応じて第２絶縁層６及び／または第３絶縁層８を薄肉化する処理を行ってもよい。
【００２０】
第３絶縁層８の形成後、同第３絶縁層８の上面に保護層９を形成している。保護層９は、タンタル含有ターゲットを用いたスパッタリングによって形成しており、しかも、厚み方向にタンタル含有率を連続的に変化させたタンタル含有被膜で形成している。特に、保護層９は、表層に向けてタンタル含有率を漸次増大させて、保護層９の下層側はアモルファスＴａ膜とし、保護層９の上層側はＴａ膜としている。
【００２１】
かかる保護層９は、図２に模式的に示したスパッタ装置Ｂを用いて形成している。
【００２２】
スパッタ装置Ｂは、内部にウエーハ１１を載設するステージ１２と、ターゲット１３を装着するターゲット支持体１４とを設けたチャンバー１５で構成している。また、チャンバー１５には真空ポンプ（図示せず）と連通連結する排気管１６を接続するとともに、チャンバー１５内にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給管１７を接続している。さらに、ターゲット支持体１４に装着したターゲット１３を負電位とすべく電圧印加装置（図示せず）を設けている。
【００２３】
特に、スパッタ装置Ｂは、ターゲット支持体１４を上下に昇降自在としており、ターゲット支持体１４を昇降操作することによって、ステージ１２に載設したウエーハ１１とターゲット支持体１４に装着したターゲット１３との間の距離（以下、「ＴＳ距離」という）１８を変更自在としている。本実施形態では、ターゲット支持体１４を昇降自在としているが、ステージ１２を昇降自在としてもよく、ＴＳ距離１８が変更自在であればどのような構成であってもよい。
【００２４】
保護層９を形成する場合には、保護層９形成前のインクジェットヘッドＡを形成しているウエーハ１１をステージ１２の所要位置に載設し、所要のターゲット１３をターゲット支持体１４に装着し、チャンバー内を真空ポンプによって所要の真空度とした後にアルゴンガスの送気を行ってスパッタリングを行うことにより保護層９を形成している。
【００２５】
本実施形態では、ターゲット１３にはタンタル・アルミ合金を用いており、特にタンタルとアルミのモル比が６：４（Ｔａ：Ａｌ＝６：４）のものを用いている。
【００２６】
かかるタンタル・アルミ合金からなるターゲット１３を用いてスパッタリングを行う場合、ターゲット支持体１４を昇降操作してＴＳ距離１８を変えることによって、ウエーハ１１上面に成膜されるタンタル含有被膜のタンタル含有率を図３に示すように制御することができる。すなわち、ウエーハ１１とターゲット１３とを近接させてＴＳ距離１８を小さくした場合には、タンタル含有率を低くしてアモルファスＴａ膜からなるタンタル含有被膜を形成することができ、ウエーハ１１とターゲット１３とを離隔させてＴＳ距離１８を大きくした場合には、タンタル含有率を大きくしてＴａ膜からなるタンタル含有被膜を形成することができる。
【００２７】
そこで、保護層９を形成する場合には、はじめにウエーハ１１とターゲット１３とを近接させた状態で保護層９となるタンタル含有被膜の成膜を開始することによりアモルファスＴａ膜を成膜し、その後、タンタル含有被膜の成膜にともなってターゲット１３をウエーハ１１から漸次離隔させることによりタンタル含有被膜タンタル含有率を漸次大きくして最終的にＴａ膜を形成して、保護層９の表面をＴａ膜で構成している。
【００２８】
すなわち、所要の耐腐食性を付与することができるようにアモルファスＴａ膜を成膜し、その後、ターゲット１３をウエーハ１１から漸次離隔させて所要のコゲ性を付与することができるようにＴａ膜を成膜して保護層９を形成している。
【００２９】
特に、ＴＳ距離１８を異ならせながらタンタル含有被膜を成膜した場合には、図４に示すように、タンタル含有被膜における膜応力を調整することができ、好適な耐腐食性やコゲ性を有するようにタンタル含有被膜の形成を行うとともに、膜応力も制御しながらタンタル含有被膜の形成を行うことができる。
【００３０】
すなわち、膜応力が比較的大きくなるＴａ膜は、そのなかでも膜応力の小さいＴａ膜を選択して形成することによりＴａ膜を厚く形成することが可能であり、コゲ性を向上させることができる。しかも全体として膜応力の小さい保護層９を形成することができる。ちなみにタンタル１００％のターゲットを用いて形成したＴａ膜の膜応力は約−１，０００ＭＰａである。
【００３１】
上記したように形成した保護層９は、適宜のレジストパターンを用いてパターンニングを行うことにより、図１に示すように、熱作用部２ａ部分にのみ保護層９を残存させている。
【００３２】
このように、保護層９は、１種類のターゲット１３を用いた１回のスパッタリングで形成することができるので、作業性がよく、製造コストも低減させることができる。
【００３３】
上記した実施形態では、ターゲット１３にタンタル・アルミ合金を用いているが、タンタル・アルミ合金に限定するものではなく、適宜の金属を含有したタンタル合金からなるタンタル含有ターゲットを用いてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、インクを発熱素子で加熱して吐出させるインクジェットヘッドにおいて、発熱素子を被覆したタンタル含有被膜からなる保護層のタンタル含有率を保護層の厚み方向に連続的に変化させたことによって、耐キャビテーション層として要求されるコゲ性及び耐腐食性を高レベルで有しながらも膜応力の小さい保護層を形成することができる。したがって、保護層の適合性を向上させることができ、多品種のインクに対して１つの製造仕様からなる保護層で対応することができる。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、保護層のタンタル含有率を保護層の表面に向けて漸次増大させたことによって、コゲ性に対して有効であるタンタル膜領域を小さい膜応力で形成することができるので、タンタル膜領域を厚く形成してコゲ性をより向上させることができる。
【００３６】
請求項３記載の発明によれば、インクを加熱する発熱素子を、タンタル含有被膜からなる保護層で被覆したインクジェットヘッドの製造方法において、保護層を厚み方向に連続的にタンタル含有率を変化させながら形成することによって、耐キャビテーション層として要求されるコゲ性及び耐腐食性を高レベルで有しながらも膜応力の小さい保護層を形成することができる。したがって、保護層の適合性を向上させることができ、多品種のインクに対して１つの製造仕様からなる保護層で対応することができる。
【００３７】
請求項４記載の発明によれば、保護層をタンタル含有ターゲットを用いたスパッタリングによって形成するとともに、タンタル含有ターゲットと発熱素子との間の距離を変動させながら保護層を形成することによって、１回のスパッタリングで所要のコゲ性及び耐腐食性を有する保護層を形成することができるので、生産性を向上させることができるとともに、製造コストを低減させることができる。
【００３８】
請求項５記載の発明によれば、タンタル含有ターゲットと発熱素子との間の距離を漸次離隔させながら保護層を形成することによって、コゲ性に対して有効であるタンタル膜領域を小さい膜応力で形成することができるので、タンタル膜領域を厚く形成してコゲ性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるインクジェットヘッドの発熱素子部分の断面模式図である。
【図２】スパッタ装置の模式図である。
【図３】ターゲットとウエーハとの間の距離と、成膜されたタンタル含有被膜におけるタンタル（Ｔａ）とアルミ（Ａｌ）のモル比率との関係を示したグラフである。
【図４】ターゲットとウエーハとの間の距離と、成膜されたタンタル含有被膜における膜応力との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
Ａ  インクジェットヘッド
Ｂ  スパッタ装置
１  半導体基板
２  発熱素子
２ａ  熱作用部
３  素子分離拡散層
４  第１絶縁層
５  層間膜
６  第２絶縁層
６ａ  導通用開口
７  配線層
８  第３絶縁層
９  保護層
１１  ウエーハ
１２  ステージ
１３  ターゲット
１４  ターゲット支持体
１５  チャンバー
１６  排気管
１７  アルゴンガス供給管
１８  ＴＳ距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004299353.tif 000006