【手続補正書】
【提出日】平成15年9月18日(2003.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】インク噴射記録ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】Ｓｉ基板の第１面上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体で構成される複数個の発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体を駆動するべく同一Ｓｉ基板上に形成され、前記複数個の発熱抵抗体に接続された駆動用ＬＳＩと、
前記複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電することによって前記発熱抵抗体と垂直またはほぼ垂直方向にインク滴を吐出する複数個の吐出口とを有するインク噴射記録ヘッドであって、
前記複数個の発熱抵抗体につながる共通配線導体が、Ａｌ金属薄膜と、該Ａｌ金属薄膜を被覆するように形成された配線導体とで構成されていることを特徴とするインク噴射記録ヘッド。
【請求項２】前記配線導体が、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜とＮｉ金属薄膜の２層構造であり、前記共通配線導体が、前記Ａｌ金属薄膜と、前記Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜と、前記Ｎｉ金属薄膜との３層構造である請求項１に記載のインク噴射記録ヘッド。
【請求項３】前記薄膜抵抗体が、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜で、前記薄膜導体が、Ｎｉ金属薄膜で構成されている請求項１または２に記載のインク噴射記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギを利用してインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式のインク噴射記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルス加熱によってインクの一部を急速に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィスから吐出させる方式のインクジェット記録装置は、特開昭４８−９６２２号公報および特開昭５４−５１８３７号公報等によって開示されている。
【０００３】
このパルス加熱の最も簡便な方法は、ヒータにパルス通電することであり、その具体的な方法が日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、およびHewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されている。これら従来のヒータの共通する基本的構成は、薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであった。
【０００４】
この複雑な多層構造を抜本的に簡略化するものとして、特開平０６−７１８８８号公報に記載のように、前記酸化防止層と耐キャビテーション層を不要とするヒータを用いて印字する方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な気化とそれによるインクの吐出特性が大幅に改善され、熱効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることができた。このような画期的な性能を実現できた最大の理由は、耐パルス性、耐酸化性、耐電食性、耐キャビテーション性に優れたＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体とＮｉ金属薄膜導体から構成されるヒータ（発熱抵抗体）を用いたことにあり、極薄自己酸化被膜を付加させるだけで如何なる保護層も必要としないことによる（特願平０７−４３９６８号明細書（特開平０８−２３８７７１号公報）参照）。
【０００５】
このように、従来技術に比較して、大幅に小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、このヒータを駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域に近接して形成しても、もはや、ＬＳＩデバイスを加熱して温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成のモノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるようになった。これについては、本願発明者が先に出願した特願平０７−４３９６８号明細書（特開平０８−２３８７７１号公報参照）および特願平０７−１３５１８５号明細書（特開平０８−２０７２９１号公報参照）に記載の通りである。この新しい技術によって、多くのインク噴射ノズルを持つオンデマンド型インクジェットプリントヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化して製造することができるようになり、しかもその駆動を制御する配線本数が大幅に削減できるので実装方法も非常に簡略化することができた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ノズル数の多い大規模なヘッドにおいては、一列に並ぶノズル数が多くなればその分だけ発熱抵抗体につながる共通配線導体の長さが長くなり、この抵抗値が大きくなって発熱抵抗体の抵抗値に対して無視できない大きさとなる。特に、共通配線導体として比抵抗の大きなＮｉ金属薄膜導体を用いる場合は問題となる。すなわち、発熱抵抗体に流れる電流値がその位置によって異なることとなり、発熱量、すなわち発熱温度が各発熱抵抗体によって異なるという不都合が発生することになる。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決し、ラインヘッドの様な極端に長いヘッドにおいても全ての発熱抵抗体の発熱温度をほぼ均一化できるインク噴射記録ヘッドを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、Ｓｉ基板の第１面上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体で構成される複数個の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を駆動するべく同一Ｓｉ基板上に形成され、前記複数個の発熱抵抗体に接続された駆動用ＬＳＩと、前記複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電することによって前記発熱抵抗体と垂直またはほぼ垂直方向にインク滴を吐出する複数個の吐出口とを有するインク噴射記録ヘッドであって、前記複数個の発熱抵抗体につながる共通配線導体が、Ａｌ金属薄膜と該Ａｌ金属薄膜を被覆するように形成された配線導体とで構成されていることを特徴とする本発明のインク噴射記録ヘッドによって達成される。
ここで、前記配線導体が、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜とＮｉ金属薄膜の２層構造であり、前記共通配線導体が、前記Ａｌ金属薄膜と、前記Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜と、前記Ｎｉ金属薄膜との３層構造であるのが好ましい。
また、前記薄膜抵抗体が、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜で前記薄膜導体が、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜とＮｉ金属薄膜で構成されているのが好ましい。
また、本発明のインク噴射記録ヘッドは、さらに、前記複数個の吐出口のそれぞれに対応して前記Ｓｉ基板上に設けられた複数個の個別インク通路を有するのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を説明する。
【００１０】
本発明になる、例えば４００ｄｐｉ（ドット／インチ）のインク噴射記録ヘッドの１ノズル列分の断面図を図２（ａ）に、このヘッドのオリフィスプレート１６側から見た平面図を図２（ｂ）および図３に示す。図２（ｂ）は、ヘッド全体を示す図３の一部である。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）からオリフィスプレートを取り除いた場合の平面図で、更に図２（ｃ）から隔壁１５を取り除いた平面図が図２（ｄ）である。
【００１１】
発熱抵抗体７のＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜４は、Ｎｉ金属薄膜２５と２６とによりそれぞれ構成される共通配線導体５と個別配線導体６につながっており、個別配線導体６のそれぞれは図１に示すスルーホール９を通して駆動用ＬＳＩ１１のドライバトランジスタ１０のそれぞれにつながっている。
【００１２】
なお、図１は、インク溝１３をエッチングによって形成する前段階のＳｉ基板１のうちの発熱抵抗体７近傍の断面構造を示す。
【００１３】
駆動用ＬＳＩ１１にはドライバトランジスタの他にシフトレジスタとラッチ回路が含まれており、これらは、ＬＳＩ用Ａｌ配線導体１８につながっている。該Ａｌ配線導体１８に外部回路から信号電圧等を入力する端子部分が、図３に示すボンディングパッド１９であり、そのひとつはＧＮＤの共通配線導体５に、他はパッシベーション用Ｓｉ窒化膜３で被覆されたＡｌ配線導体１８につながっている。
【００１４】
インク供給穴１４から供給されたインクは、インク溝１３を満たし、共通配線導体５上の共通インク通路と発熱抵抗体が内在している個別インク通路２３を通ってノズル１７から駆動信号に応じて吐出される。
【００１５】
このヘッドの駆動用ＬＳＩと発熱抵抗体との概念的結線図を図４に示す。
【００１６】
従来、ＧＮＤ側の配線は、各発熱抵抗体７の間をそれぞれ回帰させて、駆動用ＬＳＩ１１側に配置するのが一般的であった。しかし、この方法は、発熱抵抗体間の狭いスペースに各ＧＮＤ配線を配置させることからノズル密度は４００ｄｐｉ程度が限界となり、しかも、本発明の特徴の一つである保護層を持たないＮｉ金属薄膜導体がこの狭いスペースに近接配置され、パルス電圧が印加されるという避けたい問題を含んでいる。
【００１７】
そこで、図４に示す例では、発熱抵抗体７の列とインク溝１３との間に共通ＧＮＤ配線５´を配置している。しかし、従来、共通ＧＮＤ配線５´として用いられるＴａ−Ｓｉ−Ｏ／Ｎｉの２層構造の共通配線導体のライン抵抗は、１μｍ厚さ×１００μｍ幅で約１５Ω／cmと大きく、数１００ドットを越える規模の大きな長尺ヘッドでは、本発明者の発明になる特願平７−２３８２４６号明細書（特開平９−７６４９８号公報参照）のような特別の考慮を払う必要があった。本発明ではこのような特別の考慮を払うことなく、しかもヘッド製造の工程数も増やすことなくこれを解決できるのである。
【００１８】
すなわち、図１に示すように、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜４およびＮｉ金属薄膜２５からなる上記２層構造の（共通）配線導体２４によって保護されたＡｌ金属薄膜２０からなる３層構造の共通配線導体５を用いるのである。こうすることによって、例えば、１μｍ厚さ×８０μｍ幅のＡｌ金属薄膜２０を共通配線導体５に用いる場合、上述した１５Ω／cmというライン抵抗が２．８Ω／cmと大幅に小さくなり、大規模で高集積密度のラインヘッド、例えば、１６００ｄｐｉのＡ４サイズのフルカラー用ラインヘッドも製造可能となる。
【００１９】
具体的な製造方法は以下の通りである。
【００２０】
Ｃ−ＭＯＳ、Ｂｉｐ、またはＢｉ−ＣＭＯＳで作られる駆動用ＬＳＩの最終工程であるＡｌ配線形成工程で、第２層目のＡｌ薄膜配線を形成するが、この時、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ／Ｎｉの２層構造の共通配線導体２４を形成する予定の場所にこれとほぼ同形状のＡｌ薄膜導体２０も同時に形成しておく。
【００２１】
この上にパッシベーション用プラズマＳｉ窒化膜３を形成し、フォトエッチングによって個別配線導体６用スルーホール９、ボンディングパッド１９用スルーホール２１、インク溝形成予定部１２のＳｉ窒化膜（３）を除去するが、同時に共通配線導体５用Ａｌ金属薄膜２０の周縁部を除いた上部のＳｉ窒化膜（３）も除去し、共通配線（共通配線導体５）低抵抗化用スルーホール２２を形成しておく。この時のＳｉ基板１の平面図を図５（１ノズル列分のチップのみを示す）に示すが、各スルーホール９、２１、２２の底面は、それぞれＡｌ金属薄膜８、１８、２０、インク溝形成予定部１２の底面はＳｉＯ2 膜（２）となっている。
【００２２】
この後、インク溝形成予定部１２のＳｉＯ2 膜（２）を除去し、基板表面の全面にＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜４とＮｉ金属薄膜２５、２６をスパッタ法によって順次積層し、フォトエッチングによって発熱抵抗体７、共通配線導体５、個別配線導体６およびボンディングパッド１９を形成する。
【００２３】
ここで、共通配線導体５、個別配線導体６およびボンディングパッド１９の表面は、約１μｍ厚さのＮｉ金属薄膜２５、２６であるが、その下層には同形状の約０．１μｍ厚さのＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜４があり、更に、その一部はプラズマＳｉ窒化膜（３）にあけられたスルーホール２２、９、２１を通して、それぞれ下層のＡｌ配線導体であるＡｌ金属薄膜２０、８、１８とつながっている。この状態のＳｉ基板１の平面図を図６に示す。また、そのＡ−Ａ断面が図１に示される。
【００２４】
このように、Ａｌ金属薄膜２０をＳｉ窒化膜３とＴａ−Ｓｉ−Ｏ合金薄膜４およびＮｉ金属薄膜５で完全に被覆するので、Ａｌ金属薄膜は腐食されることもなく、しかも、この３層構造の共通配線導体５の抵抗値は、この低抵抗Ａｌ金属薄膜によって１／５〜１／６の大きさに低減させることが可能となった。
【００２５】
すなわち、従来方法では４００ｄｐｉで３００ｄｏｔｓ程度（約２cm長さ）が限界であったノズル列が、この方法によって１７００ｄｏｔｓも可能となり、本発明者の発明になる特願平３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報参照）に記載の方法を用いてＡ４サイズのフルカラー用ラインヘッドも製造可能となった。このことは、図２（ａ）に示すノズル列１７を８００ｄｐｉとし、インク溝１３を対称中心として反対側にも同じ８００ｄｐｉのノズル列を並べた１６００ｄｐｉのラインヘッドも製造可能となることを示している。
【００２６】
なお、図６に示すＳｉ基板にインク溝１３とインク供給穴１４を異方性エッチングによって形成し、更に隔壁１５とオリフィスプレート１６を形成する製造工程については、本願発明者の発明になる特願平７−４３９６８号明細書（特開平８−２３８７７１号公報参照）、特願平７−１３５１８５号明細書（特開平８−２０７２９１号公報参照）および特願平７−３２０４４６号明細書（特開平９−１５６１０３号公報参照）に詳しく記載したので省略する。勿論、上記の構成のヘッドで本発明による共通配線導体５が長期信頼性試験に何らの問題もなく合格していることは言うまでもない。
【００２７】
次に示す形態は、共通配線導体５の抵抗値を第１の実施の形態よりも更に１／２〜１／３に低減できる方法を提供するものである。
【００２８】
図７に示すように、低抵抗Ａｌ金属薄膜２０’を発熱抵抗体７の下層にまで拡幅する方法である。勿論、このＡｌ金属薄膜２０’の上層には、パッシベーション膜でかつ熱絶縁性に優れたＳｉＯ2 膜２’を１〜１．５μｍ厚さで被覆し、発熱抵抗体７の短パルス駆動（１〜２μｓ幅）に対する必要かつ十分な断熱層を設けることはいうまでもない。
【００２９】
また、このＳｉＯ2 層２’の上層にパッシベーション特性に優れたＳｉ窒化膜（図示せず）を形成してもよい。この場合は、Ｓｉ窒化膜の良熱伝導性のために必要発泡エネルギが約１０％増加するが、インクの吐出特性には何らの影響も与えないことは第１の例と同様である。
【００３０】
本例では、Ａｌ薄膜導体２０’の配線幅（図７の長手方向の幅）を約２５０μｍとしたので、この３層構造共通配線導体のライン抵抗値は１Ω／ｃｍ弱となり、図４に示す構成の１５ｃｍ長さのラインヘッドの場合の最大ライン抵抗値で約１５Ω、迂回配線利用による共通配線の抵抗化方法（本願発明者の特許出願の特願平０７−２３８２４６号明細書（特開平９−７６４９８号公報）参照）を用いると最大ライン抵抗値は約５Ωとなる。ここに用いるＴａ−Ｓｉ−Ｏ発熱抵抗体の抵抗値は約１００Ωなので、この抵抗値のバラツキに関与するライン抵抗分は±２．５％となって、ヒータの過加熱による寿命への悪影響を問題のないレベルに抑えることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、共通配線導体をＡｌ／Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ／Ｎｉの３層構造薄膜導体などのＡｌ金属薄膜を配線導体で被覆する構造としたことにより、共通配線導体のライン抵抗値を従来のＴａ−Ｓｉ−Ｏ／Ｎｉの２層構造薄膜導体などの従来の共通配線導体の１／５〜１／１５とすることができ、大規模なノズル列を持つ長尺のラインヘッドも製造可能となった。しかもその製造に何らの工程を付加することもなく、また、ヘッドの信頼性を損なうこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる発熱抵抗体近傍のＳｉ基板の断面図（図６のＡ−Ａ断面図）である。
【図２】本発明になるヘッドの断面図と平面図である。
【図３】本発明になるヘッドのオリフィス側から見た平面図である。
【図４】本発明になるヘッドの駆動用ＬＳＩと発熱抵抗体の概念的結線図である。
【図５】本発明になるモノリシックＬＳＩヘッドの製造工程の内、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ／Ｎｉ２層スパッタ膜（２層構造の配線導体）積層前のＳｉ基板の平面図である。
【図６】図５のＳｉ基板にＴａ−Ｓｉ−Ｏ／Ｎｉ２層スパッタ膜を積層し、これに所定のフォトエッチングを行った後のＳｉ基板の平面図である。
【図７】本発明の他の例になる発熱抵抗体近傍のＳｉ基板の断面図である。
【符号の説明】
１はＳｉ基板（１００）、２、２’はＳｉＯ2 膜、３はＳｉ窒化膜、４はＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜、５、５’は共通配線導体、６は個別配線導体、７は発熱抵抗体、８、２０、２０’はＡｌ金属薄膜、９、２１、２２はスルーホール、１０はドライバトランジスタ、１１は駆動用ＬＳＩ、１２はインク溝形成予定部、１３はインク溝、１４はインク供給穴、１５は隔壁、１６はオリフィスプレート、１７はノズル、１８はＬＳＩ用Ａｌ金属薄膜、１９はボンディングパッド、２３は個別インク通路、２４は配線導体、２５、２６はＮｉ金属薄膜である。


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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