(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒーターの断線による寿命の短期化および隣接する個別電極配線の短絡を防止することが可能なインクジェット記録ヘッド用基体、記録ヘッドおよび記録装置を実現する。【解決手段】個別電極配線の発熱部１２と対向する面およびその両側面をバリアメタル１５bで覆う。個別配線１５は、当該個別配線の延在する方向と直交する断面が四角形状であり、前記個別電極配線における前記電気熱変換体と対向する上面、および該上面と繋がった両側面が、１気圧のもとにおける融点が摂氏１５００度以上である金属で覆う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に設けられ、液体に熱エネルギーを供給するための電気熱変換体と、前記基板の上で前記基板と前記電気熱変換体との間に設けられ、前記電気熱変換体と電気的に接続された、断面が四角形状の個別電極配線と、前記基板の上に設けられ、前記電気熱変換体と電気的に接続された共通電極配線と、を備えたインクジェット記録ヘッド用基体において、
前記個別配線は、当該個別配線の延在する方向と直交する断面が四角形状であり、
前記個別電極配線における前記電気熱変換体と対向する上面、および該上面と繋がった両側面が、１気圧のもとにおける融点が摂氏１５００度以上である金属で覆わ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体。
【請求項２】
前記個別電極配線は、該個別電極配線と前記電気熱変換体との間の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基体。
【請求項３】
前記金属は、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、またはこれらの金属元素から選択された２またはそれ以上の金属元素からなる合金である請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド用基体。
【請求項４】
前記金属はＴａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＭｏから選択された金属元素を含有する合金である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基体。
【請求項５】
前記基板と前記個別電極配線との間に前記金属が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基体。
【請求項６】
インクを吐出することで記録を行うインクジェット記録ヘッドであり、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基体を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
記録媒体に対してインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置であり、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドを備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙、プラスチックシート、布、物品等を包含する記録媒体（以下、「紙」と称する）に対してインク、機能性液体等（以下、「インク」と称する）を吐出することにより文字、記号、画像等（以下、「画像」と称する）の記録、印刷等（以下、代表的に「記録」と称する）を行うインクジェット記録ヘッドを構成するための基体、その基体を用いて構成される記録ヘッド、およびその記録ヘッドが装着される記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置は記録ヘッドからインクを微小な滴として吐出口から高速で吐出することにより、高精細な画像の高速記録を行うことができるという特徴を有している。特にインクを吐出するために利用されるエネルギー発生手段として電気熱変換体を用い、この電気熱変換体が発生する熱エネルギーによって生じるインクの発泡を利用してインクを吐出する方式のインクジェット装置は、一般的に広く用いられている。このようなインクジェット記録装置は、画像の高精細性、高速記録性、記録ヘッドおよび装置の小型化やカラー化などにおいて優れ、これらの装置性能に関する市場の要求は年々大きくなっており、これに応じてインクジェット装置の各種の改良が進められている。
【０００３】
インクジェット記録に使用される記録ヘッドは、基板上に複数の吐出口が形成され、その基板上には、各吐出口よりインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子が各吐出口毎に設けられている。電気熱変換素子は、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に電力を供給するための電極配線およびこれらを保護する絶縁膜を備えている。また、吐出口と繋がる各インク流路は、複数の流路壁を基板上に形成し、インク供給口が形成された天板と流路壁とが接合されることで形成される（この電気熱変換素子とインク流路とを合わせて以下ではノズルともいう）。
【０００４】
各インク流路は、その吐出口と反対側の端部が共通液室と連通しており、この共通液室に不図示のインクタンクから供給されるインクが貯留される。共通液室に供給されたインクは、ここから各インク流路に導かれ、吐出口近傍でメニスカスを形成して保持される。この時、電気熱変換素子を選択的に駆動させることにより、その発生する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して膜沸騰を生じさせ、これにより発生した気泡の成長に伴う圧力によってインクを吐出させる。
【０００５】
図１０は、従来のインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）における基板のインク流路に相当する部分を示した図であり、図１１は図１０のＣ−Ｃ’における断面図である。また図１２は、図１０の状態から流路壁を除いた状態を示した図であり、図１３は、図１２のＤ−Ｄ’における断面図である。図１１における記録ヘッドの基板は、シリコン基板６０上に熱酸化膜からなる蓄熱層６１と、蓄熱を兼ねるＳｉＯ層、ＳｉＮ層などからなる絶縁層６２と、発熱抵抗層と、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の電極配線と、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる保護層６３と、発熱抵抗層の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から保護層を守るための耐キャビテーション層６４と、を備えている。また、その基板の表面には、発熱抵抗層６５で発生した熱をインクに作用させるための発熱作用部が形成されている。ここで、発熱抵抗層６５に設けられた電気熱変換素子は、共通電極配線６６と個別電極配線６７とに繋がっており、図１０および図１１に示した基板の構成では、共通電極配線６６と個別電極配線６７とは、同じ層に設けられている。具体的には、共通電極配線６６と個別電極配線６７とが基板上に交互に設けられており、電気熱変換素子同士の間に共通電極配線６６が配置されている。しかし今日では、電気熱変換素子を微小化し、更に液流路を高密度化に構成することにより吐出する液滴を小さくする小ドット化が求められている。図１０および図１１に示した基板の構成では、電気熱変換素子の間に電極配線を配置するスペースが必要となり実装密度を高密度化する際に制約を受ける。
【０００６】
特許文献１では、電極配線のリターン部分を絶縁層の下側に導電層として這わせることで高密度化を図っている。図１４は、特許文献１における一実施形態のインクジェット記録ヘッドの基体の概略断面図であり、図１５はその平面図を示した図である。この構成では、電極のリターン部分を絶縁層８２の下側にベタ状に共通電極配線８１として設けている。しかしながら、電極のリターン部分を絶縁層８２の下側にベタ状に共通電極配線８１として這わせた場合、絶縁層８２の下側にベタ状に這わせた第１の配線層が、おのずと共通電極配線８１となり、個別電極配線８３が第２の配線層となる。一方、同一基板内に形成されるヒーター駆動回路に繋がる個別電極配線は第１の配線層で形成される。そのため、ヒーター８０に繋がる第２の配線層の個別電極配線８３とヒーター駆動回路に繋がる第１の配線層の個別電極配線とを繋ぐためには、スルーホ−ル８４を介して絶縁層８２を挟んで第１の配線層と第２の配線層とを繋げる必要があり高密度化の妨げとなる。そこで、電極配線のリターン部分を絶縁層８２の下側に這わせる場合は、特許文献１における他の実施形態のように電極配線のリターン部分を絶縁層８２の下側にベタ状の導電層ではなく電極配線として配置し、それをヒーター８４の個別電極配線として用いている。
【０００７】
図１６は、特許文献１における他の実施形態のインクジェットヘッド基体の概略断面図を示した図であり、図１７は図１６の概略平面図を示した図である。また、特許文献１における他の実施形態では、下側の電極配線９０の上面にバリアメタル９１として高融点金属を積層させている。これは、ヒーター８０の下側に設ける電極配線９０において、ヒーター８０の熱によるエレクトロマイグレーションにより、電極配線９０を構成するアルミニウムの表面にヒロックが生じる。そのヒロックの成長でヒーター８０上の発泡面に凸部が出来て、その部分にキャビテーションの力が集中し、断線が起こるのを防止するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３３１１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１における他の実施形態のように電極配線のリターン部分を絶縁層の下側に個別電極配線として這わせる構成では、絶縁層の下側の個別電極配線の上面にバリアメタルとして高融点金属を積層させることで、ヒロックの成長を抑えている。しかし、特許文献１の構成では、そのヒロックの成長によってヒーター上の発泡面に凸部が出来るのを防ぐことはできるが、個別電極配線の壁面（側面）にはバリアメタルがないため、壁面に発生するヒロックは防ぐことはできない。そのため、この壁面にヒロックが発生し、そのヒロックがさらに成長すると隣接する個別電極配線と短絡を起こしてしまう。
【００１０】
よって本発明は、ヒーターの断線による寿命の短期化および隣接する個別電極配線の短絡を防止することが可能なインクジェット記録ヘッド用基体、記録ヘッドおよび記録装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そのため、本発明のインクジェット記録ヘッド用基体は、基板の上に設けられ、液体に熱エネルギーを供給するための電気熱変換体と、前記基板の上で前記基板と前記電気熱変換体との間に設けられ、前記電気熱変換体と電気的に接続された、断面が四角形状の個別電極配線と、前記基板の上に設けられ、前記電気熱変換体と電気的に接続された共通電極配線と、を備えたインクジェット記録ヘッド用基体において、前記個別配線は、当該個別配線の延在する方向と直交する断面が四角形状であり、前記個別電極配線における前記電気熱変換体と対向する上面、および該上面と繋がった両側面が、１気圧のもとにおける融点が摂氏１５００度以上である金属で覆われていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出することで記録を行うインクジェット記録ヘッドであり、前記インクジェット記録ヘッド用基体を備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のインクジェット記録装置は、記録媒体に対してインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置であり、前記インクジェット記録ヘッドを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インクジェット記録ヘッド用基体は、個別電極配線における電気熱変換体と対向する上面、およびその上面と繋がった両側面が、１気圧のもとにおける融点が摂氏１５００度以上である金属で覆われている。これによって、ヒーターの断線による寿命の短期化および隣接する個別電極配線の短絡を防止することが可能なインクジェット記録ヘッド用基体を実現することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、インクジェット記録ヘッドは、上記インクジェット記録ヘッド用基体を備えている。これによって、ヒーターの断線による寿命の短期化および隣接する個別電極配線の短絡を防止することが可能なインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、インクジェット記録装置は、上記インクジェット記録ヘッドを備えている。これによって、ヒーターの断線による寿命の短期化および隣接する個別電極配線の短絡を防止することが可能なインクジェット記録装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】液体吐出ヘッドを具えた液体吐出装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】液体吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体を示した概略平面図である。
【図４】図３のインクジェット記録ヘッド用基体のＡ−Ａ’における断面図である。
【図５】図３のインクジェット記録ヘッド用基体の流路壁を取り去った状態を示した図である。
【図６】図５のインクジェット記録ヘッド用基体のＢ−Ｂ’における断面図である。
【図７】（ａ）から（ｔ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体を作製する各行程を示した図である。
【図８】他の実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体の断面図である。
【図９】（ａ）から（ｔ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体を作製する各行程を示した図である。
【図１０】従来のインクジェット記録ヘッドにおける基板のインク流路に相当する部分を示した図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ’における断面図である。
【図１２】図１０の基板から流路壁を除いた状態を示した図である。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ’における断面図である。
【図１４】特許文献１における一実施形態のインクジェット記録ヘッドの基体の概略断面図である。
【図１５】図１４の平面図を示した図である。
【図１６】特許文献１における他の実施形態のインクジェットヘッド基体の概略断面図を示した図である。
【図１７】図１６の概略平面図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、液体吐出ヘッド１１０を具えた液体吐出装置（以下、インクジェット記録装置ともいう）１１１の内部構造を示す正面図である。図中の液体吐出装置１１１は、複数の液体吐出ヘッド１１０、各液体吐出ヘッド１１０に対応する個別の回復ユニット１１２、液体を収納するカートリッジ１１３、記録媒体搬送部１１４、オペレーションパネル部１１５、給紙部１１６等を備えている。なお、ここでいう液体とは、インクや画像形成に用いられる処理液等を含むものである。
【００２０】
図２は、液体吐出ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）１１０を分解した状態を示す分解斜視図である。ヒータボード１０１は、セラミック製のベースプレート１００によって支持されており、そのヒータボード１０１をベースプレート１００と挟む形で配線基板１０２が配置されている。このヒータボード１０１から液体に対して熱エネルギーが供給されることで、液体が吐出される構成となっている。そして、ヒータボード１０１の凹部に形成されたヒーター２と配線基板１０２上の端子とは各々の配線に対応してワイヤボンディングにより電気的に接続されている。この記録ヘッド１１０から、熱エネルギーの作用によって、記録媒体に対して液体を吐出することで記録が行われる。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体を示した概略平面図である。また、図４は、図３に示したインクジェット記録ヘッド用基体のＡ−Ａ’における断面図である。なお、図３については耐キャビテーション膜および保護膜は図示していない。
【００２２】
本形態のインクジェット記録ヘッド用基体１０は、流路壁２０によって区切られた複数のノズルが隣接して形成されたものであり、それぞれのノズルのインク流動方向前方にスルーホール１１が、その後方には発熱素子（電気熱変換体）１２が形成されている。発熱素子１２の上には、保護膜１８と、消泡によって生じるキャビテーションが、発熱素子１２に及ぼす影響を抑制するための耐キャビテーション膜１９が形成されている。
【００２３】
発熱素子１２へ接続される電極配線は、以下に説明するように配設されている。各発熱素子に接続された共通電極配線１３は、ノズルのインク流動方向前方のスルーホール１１を介して層間絶縁膜１４の上部に配設される。また、発熱素子１２の共通電極配線１３が接続されている側の反対側には個別電極配線１５が配設されている。断面が四角形状の個別電極配線は延在する方向と直交する断面が四角形状をなしている。尚、ここでいう延在する方向と直交する断面とは、図３に示したＡ−Ａ’における断面と同じであり、断面が四角形状とは、上面および両側面を有す形状を指す。すなわち発熱素子１２と個別電極配線１５とは層間絶縁膜１４によって絶縁されている。また、個別電極配線１５は、発熱素子１２と対向する面（上面）およびその側面がバリアメタル１５ｂで覆われている。
【００２４】
図５は、図３に示したインクジェット記録ヘッド用基体の流路壁を取り去った状態を示した図であり、図６は、図５に示したインクジェット記録ヘッド用基体のＢ−Ｂ’における断面図である。
【００２５】
図７（ａ）から（ｔ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体を作製する各行程を示した図である。以下、図７（ａ）から順に各行程を説明する。（ａ）まず、単結晶シリコンからなるシリコン基板１６上に、熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって１．１２μｍの蓄熱層１７を形成し、その上にスパッタリング法により膜厚１μｍのＡｌＳｉからなるＡｌＳｉ膜２１を形成する。（ｂ）ＡｌＳｉ膜２１上にフォトレジスト２２を被せ、フォトリソグラフィ法で個別電極配線パターンを形成する。（ｃ）ドライエッチングにより不要なＡｌＳｉを除去し、（ｄ）フォトレジスト２２を除去することで個別電極配線１５の第１の層１５ａを形成する。（ｅ）引き続き個別電極配線１５のバリアメタル１５ｂを形成するために、個別電極配線の第１の層１５ａの表面を覆うようにスパッタリング法により膜厚０．１μｍのＴａからなる膜を形成する。（ｆ）Ｔａの膜上にフォトレジスト２３を被せ、フォトリソグラフィ法により（ｂ）で形成した個別電極配線パターンに対して、個別電極配線パターン１５ａの側面に形成されたＴａ膜の厚さ分寸法が太い個別電極配線パターンを形成し、（ｇ）次いで異方性ドライエッチングにより、個別電極配線パターン１５ａの側面に形成されたＴａ膜を残し、蓄熱層１７上のＴａ膜を除去する。（ｈ）フォトレジスト２３を除去することにより個別電極配線の第２の層であるバリアメタル１５ｂを形成する。（ｉ）その後、プラズマＣＶＤ法などによってＳｉＯからなる膜厚０．９μｍの層間絶縁層１４を形成する。これにフォトリソグラフィ法によりスルーホールパターンを形成しエッチングでスルーホールを形成する（不図示）。(j)次いで、Ｔａ−Ｓｉ合金ターゲットを用い反応性スパッタリング法により、ＴａＳｉＮからなる発熱抵抗層２６を形成する。その上に膜厚０．４μｍのＡｌＣｕ膜２４を形成し、（ｋ）ＡｌＣｕ膜２４上にフォトレジスト２５を被せ、フォトリソグラフィ法を用いて共通電極配線パターンを形成する。（ｌ）ドライエッチングにより、ＡｌＣｕ層と発熱抵抗層２６の不用部を同時に取り除き、（ｍ）フォトレジスト２５を除去することで共通電極配線１３を形成する。（ｎ）更に、フォトリソグラフィ法により発熱素子に相当するパターンを形成し、（ｏ）ＡｌＣｕ膜をエッチングし、（ｐ）フォトレジストを除去することで発熱部１２を形成する。（ｑ）次に、保護膜１８としてプラズマＣＶＤ法によってＳｉＮから成る膜厚０．５μの絶縁体を設け、続いて耐キャビテーション層１９を作るためにスパッタリング法によって膜厚０．２３μｍのＴａ膜を形成する。（ｒ）フォトリソグラフィ法により耐キャビテーションパターンを形成し、（ｓ）エッチングを行い、（ｔ）フォトレジストを除去することで、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体を作製した。
【００２６】
このように形成されたインクジェット記録ヘッド用基体は、個別電極配線における第１の層１５ａの発熱部１２と対向する面および側面がバリアメタル１５ｂで覆われている。このバリアメタル１５ｂは、発熱部１２から伝わる熱を拡散させてその影響をやわらげ、バリアメタル１５ｂ自体は熱の影響を受けないものとして機能する。これにより、ヒロックの生成が防止或いは抑制され、個別電極配線１５における第１の層１５ａの発熱部１２と対向する面および側面に凸部が形成されることも防止或いは抑制される。これによって、発熱部１２の発泡面に凸部が出来てキャビテーションの力が集中することで生じる断線や、隣接する個別電極配線が短絡することを防止することができる。なお、バリアメタル１５ｂに用いる材料としては、１気圧のもとにおける融点が摂氏１５００度以上である金属で、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＭｏから選択された金属元素を含有する合金であればよい。
【００２７】
このように、個別電極配線の発熱部と対向する面およびその両側面をバリアメタルで覆う。これによって、ヒーターの断線による寿命の短期化および隣接する個別電極配線の短絡を防止することが可能なインクジェット記録ヘッド用基体、記録ヘッドおよび記録装置を実現することができた。
【００２８】
（他の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の他の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は上記実施形態と同様であるため、ここでは特徴的な構成についてのみ説明する。
【００２９】
図８は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体の断面図である。本実施形態の個別電極配線３０は、発熱部１２と対向する面および側面だけでなく、その下面もバリアメタル３０ｂで覆われている。これによって、発熱部１２と対向する面および側面だけでなく、その下面におけるヒロックの成長も抑えることができる。
【００３０】
図９（ａ）から（ｔ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基体を作製する各行程を示した図である。各工程は図７で説明した上記実施形態における各工程とほぼ同じであるが、図９（ａ）の工程で蓄熱層１７とＡｌＳｉ層２１との間にバリアメタルを形成している点および図９（ｇ）におけるドライエッチングの際に、一部のバリアメタルを取り除いた点が異なる。その他の工程は図７で説明した上記実施形態と同じ工程である。
【００３１】
このように、個別電極配線の発熱部と対向する面と側面および下面をバリアメタルで覆う。これによって、ヒーターの断線による寿命の短期化および隣接する個別電極配線の短絡を防止することが可能なインクジェット記録ヘッド用基体、記録ヘッドおよび記録装置を実現することができた。
【符号の説明】
【００３２】
１２  発熱部
１３  共通電極配線
１５  個別電極配線
１５ｂ  バリアメタル
１７  蓄熱層
１８  保護膜
１９  耐キャビテーション膜
１１０  記録ヘッド
１１１  インクジェット記録装置
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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