(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の発熱抵抗体、該発熱抵抗体と電気的に接続する配線パターンが形成され、該発熱抵抗体と該配線パターンの上にそれらをインクから保護するための保護膜が形成されているインクジェット記録ヘッド用基板において、基板上に絶縁膜が形成され、発熱抵抗体に接続する配線の片方が絶縁膜をはさんで、発熱抵抗体の直下にかつ発熱抵抗体より幅広く、長く配置する上下折り返し配線構成において、
発熱抵抗体およびその直下に位置する配線が異なる不純物濃度のポリシリコンより形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
【請求項２】
前記発熱抵抗体のシート抵抗は７０〜３００Ω／□、その直下に位置する配線用のポリシリコンのシート抵抗が１〜２０Ω／□である請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
【請求項３】
ポリシリコンを発熱抵抗体、および絶縁膜を間にはさんで下層に配線として用いた複数の上下折り返し配線構成においてその上下折り返し部分がその両側に位置する基板部分より高い段差を形成している請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
【請求項４】
前記の発熱抵抗体およびその直下に位置する配線の厚さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍである請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
【請求項５】
基板上に複数の発熱抵抗体、該発熱抵抗体と電気的に接続する配線パターンが形成され、該発熱抵抗体と配線パターンの上にそれらをインクから保護するための保護膜が形成されているインクジェット用基板において、基板上に絶縁膜が形成され、発熱抵抗体に接続する配線の片方が絶縁膜をはさんで発熱抵抗体の直下に位置する上下折り返し配線構成において、
発熱抵抗体およびその直下に位置する配線の形成後、その部分と接続するメタル配線を形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法。
【請求項６】
前記メタル配線は、Ａｌ、Ｃｕ単体あるいはその合金からなる請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載のインクジェット用基板と該基板の発熱抵抗体に対応したインク流路とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
請求項７記載のインクジェット記録ヘッドを備え、記録信号に基づいてインクを前記インクジェット記録ヘッドの吐出口から吐出して記録を行なうことを特徴としたインクジェット記録装置。
【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記録ヘッド用基板、該基板の製造方法及びインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第４７２３１２９号、あるいは米国特許第４７４０７９６号に記載されているインクジェット記録方式は、高速高密度で高精度高画質の記録が可能で、かつ、カラー化、コンパクト化に適しており近年特に注目を集めている。この方式を用いる装置の代表例においては、記録液体等（以下インクと称す）を熱エネルギーを利用して吐出させるため、インクに熱を作用させる熱作用部が存在する。すなわち、インク流路に対応して、一対の配線電極と、これらの配線電極に接続され、配線電極間の領域に熱を発生するための発熱抵抗層とを有する電気熱変換体を設け、この発熱抵抗体層から発生した熱エネルギーを利用して熱作用面上のインクを急激に加熱発泡させ、この発泡によって、インクを吐出するものである。
【０００３】
ところで、インクジェット記録ヘッドの発熱抵抗層の材料、構成については、今まで数多くの提案がなされて来た。例えば特開平７−１２５２１８号に記載されているものはＴａ系の発熱抵抗体、あるいは米国特許５１６９８０６号に記載されているものは、ポリシリコンを用いた発熱抵抗体である。また一方では、この発熱抵抗体の配列のピッチを高密度化するために、特公平２−０３４７８６号に記載されているように配線を発熱抵抗体の直下に配置させ、発熱抵抗体間の配線を取り除く提案もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のポリシリコンを発熱抵抗体に用いた構成では、高密度化するため配線パターンを発熱抵抗体の直下に用いようとした場合、製造上、構成が取れないという問題があった。
【０００５】
すなわち、通常、使用される配線は、一般的にはＡｌ、あるいはＡｌ合金であり、これらの融点は約５８０℃程度である。
【０００６】
ところが一方、半導体工程で一般的に用いられるポリシリコンの形成温度は６００℃を越えており、もし、Ａｌの形成後にこのような高い温度の工程を通れば、Ａｌが拡散してしまう。
【０００７】
このような問題から、ポリシリコンを発熱抵抗体として用いた場合、その下層にはＡｌやＡｌ合金の配線は配置出来ない。
【０００８】
そこで本発明の目的は、ポリシリコンを発熱抵抗体に用いて、かつ、高密度の発熱抵抗体ピッチの配置が可能な上下折り返し配線構成を提供することにある。
【０００９】
さらに本発明の第２の目的は、ポリシリコンを発熱抵抗体に用いた上下折り返し配線構成において、電流供給用のメタル配線との接続を可能とする製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的は以下の手段によって達成される。
【００１１】
すなわち、本発明は、基板上に複数の発熱抵抗体、該発熱抵抗体と電気的に接続する配線パターンが形成され、該発熱抵抗体と該配線パターンの上にそれらをインクから保護するための保護膜が形成されているインクジェット記録ヘッド用基板において、基板上に絶縁膜が形成され、発熱抵抗体に接続する配線の片方が絶縁膜をはさんで、発熱抵抗体の直下にかつ発熱抵抗体より幅広く、長く配置する上下折り返し配線構成において、発熱抵抗体およびその直下に位置する配線が異なる不純物濃度のポリシリコンより形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板を提案するものであり、前記発熱抵抗体のシート抵抗は７０〜３００Ω／□、その直下に位置する配線用のポリシリコンのシート抵抗が１〜２０Ω／□であること、ポリシリコンを発熱抵抗体、および絶縁膜を間にはさんで下層に配線として用いた複数の上下折り返し配線構成においてその上下折り返し部分がその両側に位置する基板部分より高い段差を形成していること、前記の発熱抵抗体およびその直下に位置する配線の厚さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを含む。
【００１２】
また本発明は、基板上に複数の発熱抵抗体、該発熱抵抗体と電気的に接続する配線パターンが形成され、該発熱抵抗体と配線パターンの上にそれらをインクから保護するための保護膜が形成されているインクジェット用基板において、基板上に絶縁膜が形成され、発熱抵抗体に接続する配線の片方が絶縁膜をはさんで発熱抵抗体の直下に位置する上下折り返し配線構成において、発熱抵抗体およびその直下に位置する配線の形成後、その部分と接続するメタル配線を形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を提案するものであり、前記メタル配線は、Ａｌ、Ｃｕ単体あるいはその合金からなることを含む。
【００１３】
更に、本発明は前記した本発明のインクジェット用基板と該基板の発熱抵抗体に対応したインク流路とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド及びこのインクジェット記録ヘッドを備え、記録信号に基づいてインクを前記インクジェット記録ヘッドの吐出口から吐出して記録を行なうことを特徴としたインクジェット記録装置を提案するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。
【００１５】
【実施例】
＜実施例１＞
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施態様に係わるインクジェット記録ヘッドのインクを発泡させる発熱部の基板の平面図であり、図２は、図１で示された基板をＡ−Ａ’の一点鎖線に沿って基板面に垂直に切断したときの切断面の部分図である。
【００１７】
本実施例による発熱部の基板の作成はＳｉ基板１０２（あるいはすでに駆動用のＩＣを作り込んだＳｉ基板）などを用いる。その基板上には蓄熱としてのＳｉＯ２  膜１０３をあらかじめ形成しておく。
【００１８】
次にポリシリコン成長によって基板全面にポリシリコン１１０をＣＶＤ法によって約６２０℃の温度で形成する。
【００１９】
次にフォトリソ工程でパターニングをおこない、リアクティブイオンエッチによって所定の形状にエッチングをおこなう。ここで形成されたポリシリコンは、ＩＣ駆動部ではゲート材料となり、発熱抵抗体部では上下折り返し配線の発熱抵抗体直下の配線となる。そして後工程で形成する発熱抵抗体部分より幅広く、長くとることで発泡部分の段差をなくし、信頼性をあげる。次にリンのイオン注入、あるいはリン拡散によってポリシリコンを所定のシート抵抗値とする。特に発熱抵抗体直下の配線となるポリシリコンはシート抵抗が１Ω／□〜２０Ω／□となるように、リンの濃度をコントロールする。次にＰＳＧ（リンを含んだＳｉＯ膜）１０４を約４００℃のＣＶＤ成長によって約８００ｎｍの厚さに形成する。これがこの後形成する上層のポリシリコンとの間の絶縁膜となる。
【００２０】
次にフォトリソ工程でパターニングをおこない、リアクティブイオンエッチによって所定の形状に（ここではスルーホール部）１１３のように穴あけをおこなう。
【００２１】
次にポリシリコン１１１を６２０℃の温度で全面に形成し、その後、リン拡散、あるいはイオン注入で７０〜３００Ω／□のシート抵抗となるようにリンをポリシリコン中に添加、拡散させる。
【００２２】
次にフォトリソ工程でパターニングをおこない、リアクティブイオンエッチによって所定の形状に（ここでは発熱抵抗体の形状に）エッチングをおこなう。
【００２３】
次に、さらにフォトリソ工程で下地の絶縁層のパターニングをおこない、コンタクトホール１１２を形成する。
【００２４】
次に一層目のＡｌ  １０５を約５００ｎｍの厚さにスパッタで形成し、フォトリソ工程でパターニングをおこない、リアクティブイオンエッチによって所定の形状に（ここでは配線として）エッチングをおこなう。
【００２５】
次に約４００℃のＣＶＤ成長によって約１０００ｎｍの厚さにＳｉＮ  １０６を形成する。
【００２６】
次にフォトリソ工程でパターニングをおこない、リアクティブイオンエッチによってスルーホール１１４を形成する。
【００２７】
次に２層目のＡｌ  １０７を約５００ｎｍの厚さにスパッタで形成し、フォトリソ工程でパターニングをおこない、リアクティブイオンエッチによって所定の形状に（ここでは配線として）エッチングを行なう。
【００２８】
次に約４００℃のＣＶＤ成長によって約１０００ｎｍの厚さにＳｉＮ  １０８を形成し、続いて、耐キャビテーション膜としてのＴａを２３０ｎｍの厚さに形成し、次に、フォトリソ工程でパターニングをおこない、リアクティブイオンエッチによってＴａとＳｉＮをエッチングし、基板を完成させる。
【００２９】
以上、製造フローについて述べたが、ここでは本発明の第１の目的である不純物の異なるポリシリコンの上下折り返し配線構造と第２の目的であるポリシリコンを用いた構成におけるメタル配線との接続の製造方法を説明した。この製造フローについて図３、図４、図５、図６に示す。
【００３０】
＜実施例２＞
ポリシリコンを発熱抵抗体、および絶縁膜をはさんで下層に配線として用いた上下折り返し配線において、２つのポリシリコンの厚さを厚くすれば以下のような効果が得られる。
【００３１】
例えば特開平７−８９０７３は以下のような提案がなされている。すなわち、インク流路となる溝付き天板と、インクジェット基板を貼り合わせるためには、きびしい精度が要求される。その工程を簡略化するためにあらかじめインクジェット基板に溝を掘り込み、組立時にこの溝に、溝付き天板の壁部分を落し込むという提案である。しかし、これを達成するためには、インクジェット基板の製造工程中に溝を掘り込む構成が必要で、実際には１０００ｎｍ程度の掘り込みしか出来ない。
【００３２】
しかし、発熱抵抗体とその直下に位置する配線のポリシリコン厚さを各々５００ｎｍ〜１０００ｎｍにとればさらに１０００〜２０００ｎｍの段差をつけることが出来る。この構成について図７に、その断面構造を示す。
【００３３】
＜他の実施例＞
以下に本発明を用いたインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置について説明する。
【００３４】
図８はこの様なインクジェット記録ヘッドの概略構成図であり、エッチング・蒸着・スパッタリング等の半導体製造プロセス工程を経て、基板１１０２上に成膜形成された電気熱変換体１１０３、配線１１０４、液路壁１１０５、天板１１０６から構成されているインクジェット記録ヘッドが示されている。記録用液体１１１２は図示していない液体貯蔵室から液体供給管１１０７を通して記録ヘッド１１０１の共通液室１１０８内に供給される。図中１１０９は液体供給管用コネクタである。共通液室１１０８内に供給された液体１１１２は所謂毛管現象により液路１１１０内に供給され、液路先端の吐出口面（オリフィス面）でメニスカスを形成することにより安定に保持される。ここで電気熱変換体１１０３に通電することにより、電気熱変換体面上の液体が急峻に加熱され、液路中に気泡が生起され、その気泡の膨張・収縮により吐出口１１１１から液体を吐出し液滴が形成される。
【００３５】
図９は本発明が適用されるインクジェット記録装置の概観図で、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１、５００９を介して回転するリードスクリュー５００５のら線溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有し、矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。５００２は紙押さえ板であり、キャリッジ移動方向にわたって紙をプラテン５０００に対して押圧する。５００７、５００８はフォトカプラでキャリッジのレバ−５００６のこの域での存在を確認してモータ５０１３の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段である。５０１６は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引手段でキャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることはいうまでもない。又、５０１２は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。
【００３６】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきたときにリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれば、本例には何れも適用できる。上述における各構成は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明にとって好ましい構成例を示している。
【００３７】
なお、本装置にはインク吐出圧発生素子を駆動するための駆動信号供給手段を有している。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数のポリシリコン層を絶縁膜を間にはさんで形成し、下層のポリシリコン層を配線、上層のポリシリコン層を発熱抵抗体として用いることで、ポリシリコンを発熱抵抗体として用い、かつ、高密度な発熱抵抗体ピッチの上下折り返し配線構成が可能となる。
【００３９】
また、複数のポリシリコン層が絶縁膜を間にはさんで上下２層に形成され、上層のポリシリコン層は発熱抵抗体、下層のポリシリコン層は配線として用いられる構成とすることにより、上下２層に形成したポリシリコンのメタル配線との接続が可能になる。
【００４０】
さらに上下折り返し配線において、ポリシリコンを用いることで基板部分に段差を発生させ、組立工程容易な構造にすることによりインク供給路となる溝付き天板の組立が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係るインクジェット基板の平面図である。
【図２】図１をＡ−Ａ’の一点鎖線で切断した時の断面図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係るインクジェット基板の製造フローである。
【図４】本発明の第一の実施例に係るインクジェット基板の製造フローである。
【図５】本発明の第一の実施例に係るインクジェット基板の製造フローである。
【図６】本発明の第一の実施例に係るインクジェット基板の製造フローである。
【図７】本発明の第二の実施例に係るもので、図１のＢ−Ｂ’で切断した断面図である。
【図８】本発明が適用されるインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。
【図９】本発明が適用されるインクジェット記録装置の概観図である。
【符号の説明】
１０１    インクジェット基板の平面図
１０２    基板（Ｓｉ）
１０３    蓄熱層
１０４    絶縁膜（ＰＳＧ）
１０５    １層目のＡｌ配線
１０６    層間絶縁膜ＳｉＮ
１０７    ２層目のＡｌ配線
１０８    保護膜
１０９    耐キャビテーション膜
１１０    １層目のポリシリコン
１１１    ２層目のポリシリコン
１１２    スルーホール部
１１３    スルーホール部
１１４    スルーホール部
１１５    保護膜（ここでは１０６を使用）
１１６    溝付き天板の壁
１２０    基板の溝の掘り込み部
【図１】
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【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】
0003559701.tif 000009
【図９】
0003559701.tif 000010