(57)【要約】【課題】高い比抵抗値，改善された信頼性および寿命を有する発熱抵抗器を備えたインクジェットヘッド基板，インクジェットヘッド基板を具備するインクジェットヘッド，インクジェットヘッド基板の製造方法を提供する。【解決手段】  支持構造物１００と，支持構造物１００上に配置され，インク吐出のための熱エネルギーを発生させる下記の化学式の構造を有する金属炭窒化物よりなる少なくとも一つの発熱抵抗器１０４ａとを含むことを特徴とする。  ＭｘＣｙＮｚ・・・・・・（化学式１）【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造物と；
前記支持構造物上に配置され，インク吐出のための熱エネルギーを発生させる金属炭窒化物よりなる少なくとも一つの発熱抵抗器と；
を含むことを特徴とする，インクジェットヘッド基板。
【請求項２】
前記金属炭窒化物は，下記の化学式の構造を有することを特徴とする，請求項１に記載のインクジェットヘッド基板。
ＭｘＣｙＮｚ・・・・・・（化学式１）
前記化学式１において，Ｍは金属で，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。
【請求項３】
前記金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される少なくとも一つの物質であることを特徴とする，請求項２に記載のインクジェットヘッド基板。
【請求項４】
前記発熱抵抗器は，約３００〜２０００μΩ・ｃｍの比抵抗を有することを特徴とする，請求項１，２または３のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板。
【請求項５】
前記発熱抵抗器は，約１０〜２００ｎｍの厚さを有することを特徴とする，請求項１，２，３または４のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板。
【請求項６】
前記支持構造物と前記発熱抵抗器との間に，前記支持構造物の全部または一部を覆うように形成された熱障壁層と；
前記発熱抵抗器に電気的に接続され，前記発熱抵抗器に熱エネルギーを発生させるための電気信号を供給する配線と；
前記発熱抵抗器および前記配線の全部または一部を覆うパシベーション層と；
前記パシベーション層上の少なくとも前記発熱抵抗器に対応する領域に重なるように配置されるキャビテーション防止層と；
をさらに含むことを特徴とする，請求項１，２，３，４または５のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板。
【請求項７】
支持構造物および前記支持構造物上に配置され，インク吐出のための熱エネルギーを発生させる金属炭窒化物よりなる少なくとも一つの発熱抵抗器を有するインクジェットヘッド基板と；
前記インクジェットヘッド基板上の前記発熱抵抗器に対応する領域に設けられる少なくとも一つのインクチャンバと，インク吐出のための少なくとも一つの開口部とを有するチャンバ構造物と；
を含むことを特徴とする，インクジェットヘッド。
【請求項８】
前記金属炭窒化物は，下記の化学式の構造を有することを特徴とする，請求項７記載のインクジェットヘッド。
ＭｘＣｙＮｚ・・・・・・（化学式１）
前記化学式１において，Ｍは金属で，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００であることを特徴とする，請求項７に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される少なくとも一つの物質であることを特徴とする，請求項８に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記発熱抵抗器は，約３００〜２０００μΩ・の比抵抗を有することを特徴とする，請求項７，８または９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
前記発熱抵抗器は，約１０〜２００ｎｍの厚さを有することを特徴とする，請求項７，８，９または１０のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記支持構造物と前記発熱抵抗器との間に，前記支持構造物の全部または一部を覆うように形成された熱障壁層と；
前記発熱抵抗器に電気的に接続され，前記発熱抵抗器に熱エネルギーを発生させるための電気信号を供給する配線と；
前記発熱抵抗器および前記配線の全部または一部を覆うパシベーション層と；
前記パシベーション層上の少なくとも前記発熱抵抗器に対応する領域に重なるように配置されるキャビテーション防止層と；
をさらに含むことを特徴とする，請求項７，８，９，１０または１１のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】
前記チャンバ構造物は，
前記インクチャンバの側壁を構成する側壁構造物と；
前記インクチャンバの上面を構成するように前記側壁構造物上に配置され，インク吐出のための前記少なくとも一つの開口部を有する物質層と；
を含むことを特徴とする，請求項７，８，９，１０，１１または１２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】
支持構造物を形成する段階と；
前記支持構造物上に下記の化学式の構造を有する金属炭窒化物よりなる発熱抵抗層を形成する段階と；
を含むことを特徴とする，インクジェットヘッド基板の製造方法。
ＭｘＣｙＮｚ・・・・・・（化学式１）
前記化学式１において，Ｍは金属で，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。
【請求項１５】
前記金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される少なくとも一つの物質であることを特徴とする，請求項１４に記載のインクジェットヘッド基板の製造方法。
【請求項１６】
前記発熱抵抗層は，原子層蒸着法を適用して形成されることを特徴とする，請求項１４または１５のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板の製造方法。
【請求項１７】
前記金属がＴａである場合に，前記発熱抵抗層は，ＴａＣｌ５を含む金属有機化合物を金属ソースとして使用し，炭素ソースとしてはＣＨ４ガスを使用し，窒素ソースとしては，ＮＨ３ガスを使用し，約３００〜４００℃の反応器の温度，約１０〜１０３Ｐａの反応器の圧力で形成されることを特徴とする，請求項１４，１５または１６のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板の製造方法。
【請求項１８】
前記発熱抵抗層は，反応性スパッタリング法を適用して形成され，Ｎ２ガスおよびＣＨ４ガスの混合ガス雰囲気下で金属粉末をターゲット物質として使用して形成されるか，または，Ｎ２ガスの雰囲気下で金属−炭素粉末をターゲット物質として使用して形成されることを特徴とする，請求項１４，１５，１６または１７のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板の製造方法。
【請求項１９】
前記発熱抵抗層を形成する前に，前記支持構造物上に熱障壁層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする，請求項１４，１５，１６，１７または１８のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板の製造方法。
【請求項２０】
前記発熱抵抗層を形成した後に，前記発熱抵抗層上に配線用導電層を形成する段階と；
前記配線用導電層および前記発熱抵抗層をパターニングして配線用導電層パターンおよび発熱抵抗層パターンを形成する段階と；
前記発熱抵抗層パターンの所定領域が露出されるように前記配線用導電層パターンを選択的に除去して配線を形成するとともに前記配線により露出された部分の前記発熱抵抗層パターンに発熱抵抗器を設ける段階と；
前記配線および前記発熱抵抗器を覆うパシベーション層を形成する段階と；
前記パシベーション層上の少なくとも前記発熱抵抗器に対応する領域に重なるようにキャビテーション防止層を形成する段階と；
をさらに含むことを特徴とする，請求項１４，１５，１６，１７，１８または１９のいずれかに記載のインクジェットヘッド基板の製造方法。
【請求項２１】
支持構造物と；
前記支持構造物上に配置されて金属，炭素および窒素を含む化合物よりなる発熱抵抗層パターンと，前記発熱抵抗層パターンの第１の部分上および第２の部分上に形成されて配線として提供される導電層と，前記第１の部分および前記第２の部分の間に配置される前記発熱抵抗層パターンの第３の部分上および前記配線上に形成されたパシベーション層と，前記パシベーション層上に形成されるキャビテーション防止層とを有するインクジェットヘッド基板と；
前記インクジェットヘッド基板上に配置され，前記発熱抵抗層パターンの前記第３の部分に対応するようにノズルおよびインクチャンバを設けるチャンバ構造物と；
を含むことを特徴とする，インクジェットヘッド。
【請求項２２】
支持構造物上に金属，炭素および窒素を含む化合物よりなる発熱抵抗層パターンを形成する段階と；
前記発熱抵抗層パターンの第１の部分上および第２の部分上に形成されて配線として提供される導電層を形成する段階と；
前記第１の部分および前記第２の部分の間に配置される前記発熱抵抗層パターンの第３の部分上および前記導電層上にパシベーション層を形成する段階と；
前記発熱抵抗層パターンの前記第３の部分に対応するようにノズルおよびインクチャンバを設けるチャンバ構造物を前記パシベーション層上に形成する段階と；
を含むことを特徴とする，インクジェットヘッド基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，インクジェットヘッド基板，インクジェットヘッド，インクジェットヘッド基板の製造方法に関し，特に，改善された信頼性および寿命を有する発熱抵抗器（ｈｅａｔ  ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）を備えたインクジェットヘッド基板と，このインクジェットヘッド基板を具備するインクジェットヘッド，インクジェットヘッド基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置（ｉｎｋ  ｊｅｔ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）は，印刷用インクの微小な液滴を記録媒体上の希望する位置に吐出させて画像を印刷する装置である。このようなインクジェット記録装置は，低価であり，多様な種類の色相を高解像度で印刷できるので，幅広く使われている。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置は，基本的には，インクが実質的に吐出されるインクジェットヘッド（ｉｎｋ  ｊｅｔ  ｈｅａｄ）と，インクジェットヘッドと流体によって連通されるインク収納容器とを含む。インクジェット記録装置のインク吐出方式は，電気−熱変換器（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を使用する熱方式と，電気−機械変換器(ｅｌｅｃｔｒｏ−  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ)を使用する圧電方式に分類される。熱方式のインクジェット記録装置については，特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００４】
熱方式のインクジェット記録装置(以下，熱インクジェット記録装置と称する)に使用されるインクジェットヘッド(以下，熱インクジェットヘッドと称する)は，一般にインクジェットヘッド基板(ｉｎｋ  ｊｅｔ  ｈｅａｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)およびインクが排出される開口部を有するノズル板を含む。また，そのインクジェットヘッド基板には，インクを排出させるための熱エネルギーを発生させる電気−熱変換器が用意される。この電気−熱変換器は，一般にＴａのように高融点を有する金属を含む合金からなる(以下，発熱抵抗器と称する)。この熱インクジェット記録装置のインクジェットヘッドに使用される発熱抵抗器は，次のような特性を有することが好ましい。即ち，(１)基本的に高い比抵抗を有する必要があり，(２)瞬間的にインクを吐出できるように短時間内に必要温度に到逹する能力がなければならないし，(３)高速動作および連続駆動において排出されるインクの液滴が一定になるように抵抗の変化が小さい必要がある。また，(４)寿命向上のために熱応力(ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｒｅｓｓ)に対する高い耐久性を持たなければならない。
【０００５】
かかる特性を満足させるために，従来の発熱抵抗器の材料としてＴａＡｌが主に使用された。ＴａＡｌよりなる発熱抵抗器を使用したインクジェットヘッドは，特許文献３に開示されている。一方，熱インクジェット記録装置の性能は，印刷物の解像度および動作速度により評価できる。印刷物の解像度を向上させる方法には，発熱抵抗器のサイズを減少させて吐出されるインク液滴のサイズを減少させる方法がある。発熱抵抗器のサイズを減少させる場合において，従来と同一の動作条件で熱インクジェット記録装置を動作させるためには，発熱抵抗器の抵抗を増加させる必要があることを下記の数式１から確認できる。
【０００６】
2005254815.tif 000003
【０００７】
ここで，Ｐ／Ａは，電力密度（ｐｏｗｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ)，Ａは，発熱抵抗器の面積，Ｖは，駆動電圧，Ｉは，駆動電流，Ｒは，発熱抵抗器の抵抗である。
【０００８】
一般的に，熱インクジェット記録装置において，インク吐出に必要なバブルを発生させるためには，電力密度(Ｐ／Ａ)が約１〜２ＧＷ／２以上にならなければならない。したがって，発熱抵抗器の面積(Ａ)を減少させる場合において，同一の電力密度(Ｐ／Ａ)を維持するためには，発熱抵抗器の抵抗(Ｒ)を増加しなければならないことが分かる。また，発熱抵抗器の抵抗(Ｒ)を増加させる場合，熱インクジェット記録装置の駆動電流(Ｉ)を減少させることができるようになり，エネルギー要求(ｅｎｅｒｇｙ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ)の観点でも好しい。
【０００９】
熱インクジェット記録装置において，高解像度と安定的な高速動作を具現するためには，高い比抵抗と向上された熱的耐久性，機械的耐久性を有する発熱抵抗器の開発が必要である。それと関連して，ＴａｘＳｉｙＲｚよりなる発熱抵抗器を具備したインクジェットヘッドについて特許文献４に開示されており，ＴａＮ０.８ｈｅｘよりなる発熱抵抗器を具備したインクジェットヘッドについて特許文献５に開示されている。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４,５００,８９５号明細書
【特許文献２】米国特許第６,３３６,７１３号明細書
【特許文献３】米国特許第５,１２２,８１２号明細書
【特許文献４】米国特許第６,５２７,８１３号明細書
【特許文献５】米国特許第６,３７５,３１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし，従来の発熱抵抗器の材料として使われるＴａＡｌは，約２５０〜３００μΩ・ｃｍの比抵抗を有し，約１００ｎｍの厚さで約３０Ω・ｃｍの面抵抗を有する。したがって，発熱抵抗器の面積を減少させることに限界がある。発熱抵抗器の面抵抗を増加させる方案として発熱抵抗器の厚さを減少させる方案があるが，この場合には発熱抵抗器に印加されるエネルギーの増加による抵抗変化が大きくなって熱インクジェット記録装置の安定的な動作が難しくなる。
【００１２】
そこで，本発明は，このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので，その目的は，高い比抵抗と向上された熱的耐久性，機械的耐久性を有する発熱抵抗器を具備したインクジェットヘッド基板，インクジェットヘッド基板の製造方法，インクジェットヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，支持構造物(ｓｕｐｐｏｒｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ)と，上記支持構造物上に配置され，インク吐出のための熱エネルギーを発生させる金属炭窒化物(ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ)よりなる少なくとも一つの発熱抵抗器とを含むインクジェットヘッド基板が提供される。
【００１４】
本発明によれば，インクジェット基板およびインクジェットにおいて，インク吐出のための熱エネルギーを発生させる発熱抵抗器を金属炭窒化物により形成する。その結果，発熱抵抗器は，高い比抵抗値を有することができるので，インクジェット記録装置において，高い解像度で印刷することができる。また，本発明に係る発熱抵抗器は，向上された熱的耐久性，機械的耐久性を有することができるので，その高い信頼性および寿命によって，インクジェット記録装置において，安定した高速動作で印刷することができる。
【００１５】
上記金属炭窒化物は，下記の化学式の構造を有することができる。
【００１６】
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【００１７】
上記化学式１において，Ｍは，金属で，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。
【００１８】
上記金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される少なくとも一つの物質であってよい。
【００１９】
上記発熱抵抗器は，約３００〜２０００μΩ・ｃｍの比抵抗を有することができる。
【００２０】
上記発熱抵抗器は，約１０〜２００ｎｍの厚さを有することができる。
【００２１】
本発明によれば，上記インクジェットヘッド基板は，上記支持構造物と上記発熱抵抗器との間に，上記支持構造物の全部または一部を覆うように形成された熱障壁層と，上記発熱抵抗器に電気的に接続され，上記発熱抵抗器に熱エネルギーを発生させるための電気信号を供給する配線と，上記発熱抵抗器および上記配線の全部または一部を覆うパシベーション層と，上記パシベーション層上の少なくとも上記発熱抵抗器に対応する領域に重なるように配置されたキャビテーション防止層とをさらに含むことができる。
【００２２】
上記課題を解決するために，本発明の第２の観点によれば，支持構造物および上記支持構造物上に配置され，インク吐出のための熱エネルギーを発生させる金属炭窒化物よりなる少なくとも一つの発熱抵抗器を有するインクジェットヘッド基板と，上記インクジェットヘッド基板上の上記発熱抵抗器に対応する領域に配置される少なくとも一つのインクチャンバと，インク吐出のための少なくとも一つの開口部とを有するチャンバ構造物とを含むインクジェットヘッドが提供される。
【００２３】
上記金属炭窒化物は，下記の化学式の構造を有することができる。
【００２４】
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【００２５】
上記化学式１において，Ｍは，金属であり，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。
【００２６】
上記金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される少なくとも一つの物質であってよい。
【００２７】
上記発熱抵抗器は，約３００〜２０００μΩ・ｃｍの比抵抗を有することができる。
【００２８】
上記発熱抵抗器は，約１０〜２００ｎｍの厚さを有するができる。
【００２９】
上記支持構造物と上記発熱抵抗器との間に，上記支持構造物の全部または一部を覆うように形成された熱障壁層と，上記発熱抵抗器に電気的に接続され，上記発熱抵抗器に熱エネルギーを発生させるための電気信号を供給する配線と，上記発熱抵抗器および上記配線の全部または一部を覆うパシベーション層と，上記パシベーション層上の少なくとも上記発熱抵抗器に対応する領域に重なるように配置されるキャビテーション防止層とをさらに含むことができる。
【００３０】
上記チャンバ構造物は，上記インクチャンバの側壁を構成する側壁構造物と，上記インクチャンバの上面を構成するように上記側壁構造物上に配置され，インク吐出のための上記少なくとも一つの開口部を有する物質層とを含むことができる。
【００３１】
上記課題を解決するために，本発明の第３の観点によれば，支持構造物を形成する段階と，上記支持構造物上に下記の化学式の構造を有する金属炭窒化物よりなる発熱抵抗層を形成する段階とを含むインクジェットヘッド基板の製造方法が提供される。
【００３２】
2005254815.tif 000006
【００３３】
上記化学式１において，Ｍは，金属であり，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。
【００３４】
上記金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される少なくとも一つの物質であってよい。
【００３５】
上記発熱抵抗層は，原子層蒸着法を適用して形成されてもよい。
【００３６】
上記金属がＴａである場合に，上記発熱抵抗層は，ＴａＣｌ５を含む金属有機化合物を金属ソースとして使用し，炭素ソースとしてはＣＨ４ガスを使用し，窒素ソースとしては，ＮＨ３ガスを使用し，約３００〜４００℃の反応器の温度，約１０〜１０３Ｐａの反応器の圧力で形成されてもよい。
【００３７】
上記発熱抵抗層は，反応性スパッタリング法を適用して形成され，Ｎ２ガスおよびＣＨ４ガスの混合ガス雰囲気下で金属粉末をターゲット物質として使用して形成されるか，または，Ｎ２ガスの雰囲気下で金属−炭素粉末をターゲット物質として使用して形成されてもよい。
【００３８】
本発明によれば，上記発熱抵抗層を形成する前に，上記支持構造物上に熱障壁層を形成する段階をさらに含むことができる。
【００３９】
上記発熱抵抗層を形成した後に，上記発熱抵抗層上に配線用導電層を形成する段階と，上記配線用導電層および上記発熱抵抗層をパターニングして配線用導電層パターンおよび発熱抵抗層パターンを形成する段階と，上記発熱抵抗層パターンの所定領域が露出されるように上記配線用導電層パターンを選択的に除去して配線を形成するとともに上記配線により露出される部分の上記発熱抵抗層パターンに発熱抵抗器を設ける段階と，上記配線および上記発熱抵抗器を覆うパシベーション層を形成する段階と，上記パシベーション層上の少なくとも上記発熱抵抗器に対応する領域に重なるようにキャビテーション防止層を形成する段階とをさらに含むことができる。
【００４０】
支持構造物と，上記支持構造物上に配置されて金属，炭素および窒素を含む化合物よりなる発熱抵抗層パターンと，上記発熱抵抗層パターンの第１の部分上および第２の部分上に形成されて配線として提供される導電層と，上記第１の部分および上記第２の部分の間に配置される上記発熱抵抗層パターンの上記第３の部分上および上記配線上に形成されたパシベーション層と，上記パシベーション層上に形成されるキャビテーション防止層とを有するインクジェットヘッド基板と，上記インクジェットヘッド基板上に配置され，上記発熱抵抗層パターンの上記第３の部分に対応するようにノズルおよびインクチャンバを設けるチャンバ構造物とを含むインクジェットヘッドが提供される。
【００４１】
支持構造物上に金属，炭素および窒素を含む化合物よりなる発熱抵抗層パターンを形成する段階と，
上記発熱抵抗層パターンの第１部分上および第２の部分上に形成されて配線として提供される導電層を形成する段階と，上記第１の部分および上記第２の部分の間に配置される上記発熱抵抗層パターンの第３の部分上および上記導電層上にパシベーション層を形成する段階と，上記発熱抵抗層パターンの上記第３の部分に対応するようにノズルおよびインクチャンバを設けるチャンバ構造物を上記パシベーション層上に形成する段階とを含むインクジェットヘッド基板の製造方法が提供される。
【００４２】
ここで，上記発熱抵抗層パターン上の上記配線が存在する部分は，上記発熱抵抗層パターンの第１の部分および第２の部分に相当し，上記配線により露出された部分は，上記発熱抵抗層パターンの第３の部分に相当する。
【００４３】
本発明の一実施形態において，上記発熱抵抗層は，原子層蒸着法(ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法を適用して形成されてもよい。しかし，これに限定されるのではなく，その他に反応性スパッタリング(ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ)法を適用するか化学気相蒸着(ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法を適用して上記発熱抵抗層を形成することもできる。
【発明の効果】
【００４４】
以上説明したように本発明によれば，インクジェットヘッド基板およびインクジェットヘッドにおいて，インク吐出のための熱エネルギーを発生させる発熱抵抗器を金属炭窒化物により形成する。その結果，発熱抵抗器は，高い比抵抗値，向上された熱的耐久性，機械的耐久性を有することができるので，発熱抵抗器の面積を減少させること，発熱抵抗器の信頼性および寿命を改善することができるため，高解像度で安定的な高速動作の印刷が可能となる。また，インクジェット記録装置の駆動電流を減少させることができるようになり，エネルギー要求の観点から良い結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下に，添付した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，本明細書及び図面において，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。
【００４６】
図１は，本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板の一部平面図であり，図２は，図１のＩ−Ｉ´線に沿って切断した断面図である。
【００４７】
図１および図２に示したように，支持構造物１００上に発熱抵抗層パターン１０４が配置される。発熱抵抗器１０４ａは，発熱抵抗層パターン１０４の所定領域に設けられる。即ち，発熱抵抗器１０４ａは，発熱抵抗層パターン１０４において発熱抵抗層パターン１０４上に配置された配線１０６により露出された部分である。したがって，以下において発熱抵抗器１０４ａを構成する材料についての説明は，発熱抵抗層パターン１０４についても同一の説明を適用することができる。発熱抵抗層パターン１０４と配線１０６は，積層して配置でき，配線１０６により露出された部分に発熱抵抗器１０４ａが設けられる。配線１０６は，発熱抵抗器１０４ａに電気信号を印加する。配線１０６は，発熱抵抗器１０４ａより低い抵抗を有する物質から構成される。したがって，配線１０６が配置された領域では，抵抗が低い配線１０６が電流の通路として提供される。したがって，配線１０６が配置されなかった領域，即ち，発熱抵抗器１０４ａが実質的にインク吐出のためのエネルギーを発生させる発熱体として機能する。
【００４８】
支持構造物１００は，本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板を成す構成要素を支持するベース層であり，単結晶シリコン基板により形成できる。配線１０６は，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，ＷおよびＰｔなどの導電性を有する物質より形成されてもよく，Ａｌであってもよい。
【００４９】
本発明のある実施形態において，発熱抵抗器１０４ａは，金属炭窒化物より形成される。金属炭窒化物は，金属(Ｍ)，炭素(Ｃ)および窒素(Ｎ)を含む化合物である。金属炭窒化物は，下記の化学式の構造を有することができる。
【００５０】
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【００５１】
上記化学式１において，Ｍは金属を意味し，Ｘ，ＹおよびＺは各成分の原子比(ａｔｏｍｉｃ％)を意味し，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。本発明のある実施形態によれば，上記化学式１において，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０であってよい。上記金属は，本発明の効果を具現するために多様な金属が制限なしに適用できる。ただ，最適の効果を具現するためには，高融点金属(ｈｉｇｈ  ｆｕｓｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ  ｍｅｔａｌ)または遷移金属であってよく，このような金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択された少なくとも一つの物質であってよい。
【００５２】
図３は，本発明のある実施形態に係る発熱抵抗器１０４ａの材料であるＴａｘＣｙＮｚの組成範囲を示す図である。上記化学式１の構造の化合物を有する発熱抵抗器１０４ａは，約３００〜２０００μΩ・ｃｍの比抵抗値を有することができる。比抵抗値の範囲内で発熱抵抗器１０４ａは，従来の発熱抵抗器より広い範囲の厚さを有することができ，約１０〜２００ｎｍの厚さを有することができる。
【００５３】
上述のように本発明のある実施形態によれば，発熱抵抗器１０４ａは，金属炭窒化物より形成される。この金属炭窒化物は，従来の熱インクジェットヘッドの発熱抵抗器の材料として使用されるＴａＡｌに比べて高い比抵抗値を有することができる。その結果，発熱抵抗器の抵抗値を増加させることができることにより，発熱抵抗器の面積を減少させることができるので高解像度の印刷が可能となる。また，熱インクジェット記録装置の駆動電流(Ｉ)を減少させることができるので，エネルギー要求の観点でも良い結果を得ることができる。さらに，高融点を有する金属と炭素および窒素を合金化することにより発熱抵抗器１０４ａの熱的特性，機械的特性を強化することができる。このような強化メカニズム(ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ)は，固溶体強化(ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ)または分散強化(ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ)理論により説明できる。その結果，本発明の実施形態に係る発熱抵抗器１０４ａは，信頼性および寿命延長の側面でも良い効果を得ることができる。
【００５４】
続いて，図１および図２を参照すれば，本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板は，上述した支持構造物１００と，発熱抵抗層パターン１０４と，発熱抵抗器１０４ａと，配線１０６の以外に他の構成要素をさらに含むことができる。支持構造物１００と発熱抵抗層パターン１０４との間に，支持構造物１００の全部または一部を覆う熱障壁層１０２が形成される。この熱障壁層１０２は，シリコン酸化膜により形成でき，発熱抵抗器１０４ａから発生した熱エネルギーが支持構造物１００を通じて損失されることを防止することができる。よって，熱障壁層１０２は，支持構造物１００の全面に形成された方が発熱抵抗器１０４ａより発生した熱エネルギーの損失をより効果的に防止することができる。さらに，発熱抵抗器１０４ａおよび配線１０６の全部または一部を覆うパシベーション層１０８が配置される。パシベーション層１０８は，発熱抵抗器１０４ａおよび配線１０６がインクによって腐食されることおよびその外の物理的損傷を防止することができる。よって，パシベーション層１０８は，発熱抵抗器１０４ａおよび配線１０６の全部に形成された方が，インクによる発熱抵抗器１０４ａおよび配線１０６の腐食およびその他の物理的損傷をより効果的に防止することができる。このパシベーション層１０８は，ＳｉＯ，ＳｉＮまたはＳｉＣから形成されてもよい。このパシベーション層１０８上にキャビテーション防止層１１０が配置される。キャビテーション防止層１１０は，インク吐出による圧力変化による物理的損傷から発熱抵抗器１０４ａを保護することができる。このような目的を達成するために，キャビテーション防止層１１０は，パシベーション層１０８上の少なくとも発熱抵抗器１０４ａに対応する領域に重なるように配置されてもよい。キャビテーション防止層１１０は，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏまたはそれらの合金より形成されてもよく，Ｔａより形成されてもよい。
【００５５】
本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板は，金属炭窒化物より形成される発熱抵抗器１０４ａを具備することを新規な特徴とする。したがって，図１示されたような発熱抵抗器１０４ａおよび配線１０６の配置は，本発明の思想が適用できる実施形態の中で一つであり，本発明の思想がここに限定されるのではない。
【００５６】
図４は，本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッドの一部平面図であり，図５は，図４のＩＩ−ＩＩ´線に沿って切断した断面図である。
【００５７】
図４および図５に示したように，本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッドは，インクジェットヘッド基板(Ｓ)とチャンバ構造物(Ｃ)とを含む。インクジェットヘッド基板(Ｓ)は，上述した図１および図２と同一である。即ち，インクジェットヘッド基板(Ｓ)は，支持構造物３００と，熱障壁層３０２と，発熱抵抗層パターン３０４と，発熱抵抗器３０４ａと，配線３０６と，パシベーション層３０８と，キャビテーション防止層３１０とを含む。発熱抵抗器３０４ａを含む発熱抵抗層パターン３０４は，金属炭窒化物より形成される。金属炭窒化物は，下記の化学式の構造を有する。
【００５８】
2005254815.tif 000008
【００５９】
上記化学式１において，Ｍは金属を意味し，Ｘ，ＹおよびＺは各成分の原子比(ａｔｏｍｉｃ％)を意味し，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。本発明のある実施形態によれば，上記化学式１において，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３〜２５，Ｚ＝約１０〜６０であってよい。上記金属は，本発明の効果を具現するために多様な金属が制限なしに適用できる。ただ，最適の効果を具現するためには，高融点金属(ｈｉｇｈ  ｆｕｓｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ  ｍｅｔａｌ)または遷移金属であってよく，このような金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択された少なくとも一つの物質であってよい。上記化学式１の構造の化合物を有する発熱抵抗器３０４ａは，約３００〜２０００μΩ・ｃｍの比抵抗値を有することができる。比抵抗値の範囲内において，発熱抵抗器３０４ａは，従来の発熱抵抗器より広い範囲の厚さを有することができ，約１０〜２００ｎｍの厚さを有することができる。
【００６０】
続いて，図４および図５を参照すれば，インクジェットヘッド基板(Ｓ)上にチャンバ構造物(Ｃ)が配置される。本発明のある実施形態において，チャンバ構造物(Ｃ)は，インクジェットヘッド基板(Ｓ)上の発熱抵抗器３０４ａに対応する領域に配置される少なくとも一つのインクチャンバ３１２と，インクチャンバ３１２を構成する側壁構造物３１４と，側壁構造物３１４の上面に配置され，インク吐出のための少なくとも一つの開口部３１６を有する物質層３１８とを含む。開口部３１６は，ノズル(ｎｏｚｚｌｅ)またはオリフィス(ｏｒｉｆｉｃｅ)に命名でき，発熱抵抗器３０４ａの上部に位置するようになる。側壁構造物３１４または開口部３１６を有する物質層３１８を形成する材料は，当業者に公知された技術により多様に変形できる。例えば，側壁構造物３１４は，高い誘電率を有する有機化合物単量体または重合体から形成することができる。また，物質層３１８は，ニッケル(Ｎｉ)を主成分とする板金から形成することができる。また，側壁構造物３１４および物質層３１８は，一体型構造を有し，同一の材料から形成することもできる。
【００６１】
図６および図７は，本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板の製造方法を説明するために図１のＩ−Ｉ´線に沿って切断した断面図である。
【００６２】
図１および図６を参照すれば，まず，支持構造物５００を形成する。支持構造物５００は，単結晶シリコン基板により形成できる。支持構造物５００上に熱障壁層５０２を形成する。熱障壁層５０２は，シリコン酸化膜により形成できる。熱障壁層５０２は，公知の熱酸化(ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ)法または化学気相蒸着法(ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法により形成できる。次に，熱障壁層５０２上に発熱抵抗層５０３を形成する。本発明のある実施形態において，発熱抵抗層５０３は，下記の化学式の構造を有する金属炭窒化物により形成される。
【００６３】
2005254815.tif 000009
【００６４】
上記化学式１において，Ｍは金属を意味し，Ｘ，ＹおよびＺは各成分の原子比(ａｔｏｍｉｃ％)を意味し，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００である。本発明のある実施形態によれば，上記化学式１において，Ｘ＝約２０〜８０，Ｙ＝約３０〜２５，Ｚ＝約１０〜６０であってよい。上記金属は，本発明の効果を具現するために多様な金属が制限なしに適用できる。ただ，最適の効果を具現するためには，高融点金属または遷移金属であってよく，このような金属は，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択された少なくとも一つの物質であってよい。上記化学式１の構造の化合物を有する発熱抵抗層５０３は，約３００〜２０００μΩ・ｃｍの比抵抗値を有することができる。比抵抗値の範囲内において，発熱抵抗層５０３は，従来の発熱抵抗器より広い範囲の厚さを有することができ，約１０〜２００ｎｍの厚さを有するように形成できる。
【００６５】
本発明のある実施形態において，発熱抵抗層５０３は原子層蒸着法(ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)により形成することができる。原子層蒸着法は，反応物間の交差化学吸着(ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｈｅｍｉｓｏｒｐｔｉｏｎ)，表面反応(ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅａｃｔｉｏｎ)および副産物の脱着(ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ)に基づいて原子層単位で薄膜を形成する薄膜蒸着方法である。原子層蒸着法を使用して発熱抵抗層５０３を形成することにより，薄膜の組成を精密に制御することができ，その結果，発熱抵抗層５０３の比抵抗の調節が容易になる。反応物間の反応がより活発に進行されるようにプラズマ強化原子層蒸着法(ＰＥＡＬＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)を適用することもできる。
【００６６】
本発明のある実施形態において，原子層蒸着法を使用してＴａｘＣｙＮｚより形成される発熱抵抗層５０３を形成する過程は，次のようである。まず，反応器の温度を約３００〜４００℃，反応器の圧力を約１０〜１０３Ｐａで維持する。以後，反応器内にＴａソース，炭素ソースおよび窒素ソースを時分割して注入する。この時，Ｔａソースとしては，ＴａＣｌ５が含まれた金属有機物が使われ，炭素ソースとしては，ＣＨ４ガス，窒素ソースとしては，ＮＨ３ガスが使われる。また，各ソースが反応器内に供給された後には，次のソースが供給される前にパージ(ｐｕｒｇｅ)工程が実行される。このパージ工程は，Ａｒのような不活性ガスを反応器内に注入して実行される。上述した過程を反復実行することにより，希望する厚さの発熱抵抗層５０３を形成することができる。
【００６７】
その他に，発熱抵抗層５０３は，反応性スパッタリング(ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ)法またはＣＶＤ法，特に，有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法により形成することもできる。反応性スパッタリング法を使用する場合において，発熱抵抗層５３０は，Ｎ２ガスおよびＣＨ４ガスの混合ガス雰囲気下で金属粉末をターゲット物質として使用するか，または，Ｎ２ガスの雰囲気下で金属−炭素粉末をターゲット物質として使用して形成できる。ターゲット物質に含まれる金属は，上述したようにＴａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択された少なくとも一つの物質であってよい。
【００６８】
図１および図７を参照すれば，発熱抵抗層５０３を形成した後，発熱抵抗層５０３上に配線用導電層を形成する。配線用導電層は，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，ＷまたはＰｔなどの導電性を有する物質により形成できる。また，配線用導電層は，スパッタリング法またはＣＶＤ法を適用して形成できる。次に，配線用導電層および発熱抵抗層５０３をパターニングして熱障壁層５０２上に順に積層された配線用導電層パターンおよび発熱抵抗層パターン５０４を形成する。配線用導電層および発熱抵抗層５０３をパターニングする過程は，公知のフォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程により実行できる。以後，発熱抵抗層パターン５０４の所定領域が露出されるように配線用導電層パターンを選択的に除去して配線５０６を形成する。その結果，配線５０６により露出された部分の発熱抵抗層パターン５０４に発熱抵抗器５０４ａが設けられる。ここで，発熱抵抗層パターン５０４上の配線５０６が存在する部分は，発熱抵抗層パターン５０４の第１の部分および第２の部分に相当し，配線５０６により露出された部分は，発熱抵抗層パターン５０４の第３の部分に相当する。配線用導電層パターンを選択的に除去する工程は，公知のフォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程により実行できる。
【００６９】
次に，配線５０６および発熱抵抗器５０４ａ上にパシベーション層５０８を形成する。このパシベーション層５０８は，シリコン酸化膜，シリコン窒化膜またはシリコン炭化膜により形成できる。例えば，パシベーション層５０８をシリコン窒化膜に形成する場合に，シリコン窒化膜はプラズマ強化化学気相蒸着法(ＰＥＶＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法により形成できる。パシベーション層５０８上にキャビテーション防止層５１０を形成する。このキャビテーション防止層５１０は，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏまたはそれらの合金により形成でき，Ｔａで形成することができる。例えば，Ｔａによりキャビテーション防止層５１０を形成する過程は次のようである。パシベーション層５０８上にＴａ層を形成する。このＴａ層は，スパッタリング法を適用して形成することができる。以後，Ｔａ層をパターニングして，図７に示されたようにパシベーション層１０８上の少なくとも発熱抵抗器５０４ａに対応する領域に重なるようにキャビテーション防止層を配置することができる。Ｔａ層は，フォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程によりパターニングできる。
【００７０】
本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板の製造方法は，金属炭窒化物により形成される発熱抵抗器５０４ａを形成することを新規な特徴とする。
【００７１】
以上，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説明したが，本発明は係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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板の一部平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ´線に沿って切断した断面図である。
【図３】本発明のある実施形態に係る発熱抵抗器の組成範囲を示す図である。
【図４】本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッドの一部平面図である。
【図５】図４のＩＩ−ＩＩ´線に沿って切断した断面図である。
【図６】本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板の製造方法を説明するために図１のＩ−Ｉ´線に沿って切断した断面図である。
【図７】本発明のある実施形態に係るインクジェットヘッド基板の製造方法を説明するために図１のＩ−Ｉ´線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１００，３００，５００  支持構造物
１０２，３０２，５０２  熱障壁層
１０４，３０４，５０４  発熱抵抗層パターン
１０４ａ，３０４ａ，５０４ａ  発熱抵抗器
１０６，３０６，５０６  配線
１０８，３０８，５０８  パシベーション層
１１０，３１０，５１０  キャビテーション防止層
３１２  インクチャンバ
３１４  側壁構造物
３１６  開口部
３１８  物質層
５０３  発熱抵抗層
【図１】
2005254815.tif 000010
【図２】
2005254815.tif 000011
【図３】
2005254815.tif 000012
【図４】
2005254815.tif 000013
【図５】
2005254815.tif 000014
【図６】
2005254815.tif 000015
【図７】
2005254815.tif 000016