JPH1016242A - インクジェット記録装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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記録装置に関する
もので、特にヘッドの製造方法の改善策に関するもので
ある。 【解決手段】 インク吐出口近傍に設けられたＴａ−Ｓ
ｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体とＮｉ金属薄膜導体からなる
発熱抵抗体にパルス通電することによってインク液路中
のインクの一部を急速に気化させ、この気泡の膨張力に
よって前記吐出口から液滴状インクを吐出させて記録す
るインクジェット記録装置の製造方法において、前記発
熱抵抗体を熱酸化処理する前に前記Ｎｉ金属薄膜導体と
これにつながる外部回路との接続用Ｎｉ金属薄膜電極の
うち、少なくと接続用Ｎｉ金属薄膜電極の表面を金めっ
き処理しておく。

Description

【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記
録装置の製造方法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、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薄膜ヒ
−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、及びHewlet
t-Packard-Journal,Aug.1988で発表されている。これら
従来の薄膜ヒ−タの共通する基本的構成は、薄膜抵抗体
と薄膜導体を厚さ約３μｍの酸化防止層で被覆し、該酸
化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、この上
に厚さ約０．５μｍのＴａ金属層を被覆するというもの
であった。

【０００４】しかし、このように厚い多層保護層を介し
てインクをパルス加熱するため、インクの吐出に必要な
投入エネルギは１５〜３０μＪ／パルスにも達し、その
殆んどのエネルギは基板（ヘッド）の昇温に消費される
という大きな欠点があった。

【０００５】これを抜本的に改善する目的で、本発明者
はＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体を開発し、これを
熱酸化することでその表面に約１００Åという厚さの電
気絶縁性と機械的強度に優れた自己酸化被膜を形成する
方法を発明した（特願平07-43968号、および特願平07-3
40486号参照）。これによって、インクの吐出に必要な
エネルギは２．４〜２．７μＪ／パルスにまで低減さ
れ、しかも安定な吐出に最適な加熱速度範囲（１×１０
⁸〜５×１０⁸℃／ｓ）をこのヒータによって容易に実現
できるようになった（本発明者の特願平07-285650号参
照）。

【０００６】一方、自己酸化膜を持つＴａ−Ｓｉ−Ｏ三
元合金薄膜抵抗体を有効に利用するためには、インク中
でも腐食しない通電電極用の薄膜金属材料が不可欠であ
り、本発明者は最適材料としてＮｉを選択してきた（特
開平06-71888号公報等参照）。

【０００７】しかし、インク中で優れた耐蝕性を示す薄
膜Ｎｉ導体でも、正極側の薄膜Ｎｉ導体は電蝕され易
く、長時間の使用には問題のあることが分かった。これ
に対しては、無機絶縁物層と有機絶縁物層を効果的に利
用することによって長時間の使用に耐えるヒ−タを実現
することができた（特願平07-43968号、及び特願平08-1
22091号参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したような優れた
特性を有するＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体を用い
たインクジェットヘッドを製造する方法として、既に本
発明者は図３に示す製造プロセスを適用している（特願
平07-135185号、特願平07-320446号参照）。

【０００９】図３のプロセスでは、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元
合金薄膜抵抗体を熱酸化(11)することによって、耐キャ
ビテ−ション性に優れた極薄自己酸化絶縁被膜をその表
面に形成することができる。この際、熱酸化には３５０
℃以上の加熱が必要であるが、Ｎｉ金属薄膜導体の表面
も同時に熱酸化され、更にこの延長上に在る外部回路と
の接続用Ｎｉ金属薄膜電極の表面も絶縁化されてしま
う。このため、外部回路と電気的に接続するためには、
この絶縁被膜をドライエッチング等によって除去するこ
とが必要であった。

【００１０】本発明の課題は、Ｎｉ金属薄膜電極の表面
酸化を防止すると共に、電気的接続作業の歩留りを飛躍
的に向上させ、接続の信頼性をも向上させることにあ
る。

【００１１】

【発明が解決するための手段】上記課題は、インク吐出
口近傍に設けられたＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体
とＮｉ金属薄膜導体からなる発熱抵抗体にパルス通電す
ることによってインク液路中のインクの一部を急速に気
化させ、この気泡の膨張力によって前記吐出口から液滴
状インクを吐出させて記録するインクジェット記録装置
の製造方法において、前記発熱抵抗体を熱酸化処理する
前に、前記Ｎｉ金属薄膜導体とこれにつながる外部回路
との接続用Ｎｉ金属薄膜電極のうち、少なくとも前記接
続用Ｎｉ金属薄膜電極の表面を金めっき処理しておくこ
とによって達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の発熱抵抗体につい
て、その実施例を図面を用いて説明する。

【００１３】なお、インクジェットプリントヘッドの構
造とか製造方法の詳細については省略するが、本願が対
象とする発熱抵抗体はトップシュ−タタイプ、サイドシ
ュ−タタイプの如何にかかわらず、いわゆるサ−マルイ
ンクジェットプリントヘッドに共通するもので、両タイ
プに適用可能なものである。

【００１４】先ず、Ｓｉ基板１の表面に約２μｍ厚さの
ＳｉＯ₂断熱層２を形成する。このＳｉＯ₂断熱層２は、
Ｓｉ基板１を熱酸化させて形成しても良いし、図１
（ａ）に示すように、同一Ｓｉ基板１上にドライバ回路
１４を形成する時に形成される多層構造のＳｉＯ₂層２
を利用してもよい。また、後者の場合は、このＳｉＯ₂
層２の上にプラズマＣＶＤ法によって約１μｍ厚さのＳ
ｉ窒化膜がパッシベ−ション膜として形成されているの
が一般的であるが、このＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄２層膜を断
熱層２として利用してもよいことは本発明者の特許出願
発明（特願平07-320446号）に記した通りである。

【００１５】以下、ドライバ回路一体型ヘッドを例にし
て説明する。

【００１６】この断熱層２を有するＳｉ基板１上に、
（ｂ）に示すようにＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜６とＮ
ｉ金属薄膜７をスパッタ法によって順次積層させ、
（ｃ）に示すようにフォトエッチングによって所定形状
の発熱抵抗体８とボンディングパッド１１を形成する。

【００１７】発熱抵抗体８と導体９の膜厚は各々約０.
１μｍと約０.５μｍ、発熱抵抗体形状は例えば５０μ
ｍ□、発熱抵抗体８の抵抗値はＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金
薄膜の組成比によって若干の相違があるが、８０〜２５
０Ωである。なお、ここで検討した三元合金薄膜の組成
比は特願平０７−３４０４８６号にて記載した６４％≦
Ｔａ≦８５％、５％≦Ｓｉ≦２６％、６％≦Ｏ≦１５％
の範囲のものを中心とした。

【００１８】前記Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜６は、３
５０℃以上の熱酸化処理でその表面に約１００Åという
極めて薄く、且つ機械的強度にも優れた絶縁性自己酸化
被膜を形成し、電解質インク中でのパルス通電にも充分
長い稼動寿命を示す材料となる。このため、従来は図１
（ｃ）の段階でこの熱酸化処理を行っていたが、一括処
理ではボンディングパッド１１のＮｉ薄膜表面も薄く酸
化されるので、ドライエッチングなどによる酸化被膜の
選択除去が必要であった。或いは（ｃ）の段階で、ボン
ディングパッド１１から駆動信号を投入し、薄膜ヒータ
を酸化雰囲気中でパルス加熱することによって抵抗体上
のみを酸化させることも行っていた。しかしこれでは生
産性に問題があり、やはり一括処理が望まれていた。

【００１９】そこで（ｃ）の段階でＮｉ金属薄膜表面の
みにＡｕめっき１２を施し、これによって一括熱酸化処
理のできる方法を開発したのである。すなわち、（ｃ）
の基板を置換金めっき液に浸漬し、基板上のＮｉ薄膜表
面の全てをＡｕめっきする。この置換金めっき液には例
えば日立化成（株）製のＨＧＳ−１００を使用すれば、
Ｎｉ薄膜表面（含側面）のみに約５００Åの厚さでＡｕ
めっきすることができる。これを更に無電解Ａｕめっき
液に浸漬し、Ａｕめっきの厚さを１０００〜１５００Å
又はこれ以上の厚さにする。この無電解Ａｕめっき液に
は例えば日立化成（株）製のＨＧＳ−２０００が使用で
きる。

【００２０】置換ＡｕめっきはＮｉ表面にしか付着せ
ず、無電解ＡｕめっきはＡｕ表面にしか付着しないの
で、図１（ｄ）に示すようにＮｉ薄膜７、９、９’の表
面の全てがＡｕめっき１２され、薄膜ヒ−タ部８の上に
は付着しない。この基板を約４００℃で熱酸化すると、
図１（ｅ）に示すように薄膜ヒ−タ部８の表面は約１０
０Åの厚さの熱酸化絶縁被膜１３でおおわれるので、基
板上のすべての薄膜表面（含側面）がＡｕか熱酸化絶縁
被膜で被覆されることになる。

【００２１】なお、本発明において、Ａｕめっき１２を
このように厚くするのは、４００℃前後の熱酸化処理で
ＮｉとＡｕが数１００Åの距離を相互拡散するが、その
場合でもＮｉがＡｕめっきの表面にまで拡散してこない
ようにするためである。

【００２２】このようにして形成されたドライバ回路一
体型ヒータ基板（Ｓｉウエハ基板）の上に、インクジェ
ットデバイスを薄膜プロセスによって形成する工程を図
２に示す。ここで図１（ａ）は、図２（８）の工程が完
了したウエハの断面の一部を示し、薄膜ヒータ８とボン
ディングパッド１１は１対１に対応するのではなく、ヒ
ータｎ個に対し約６パッドが対応している。

【００２３】本発明において、熱酸化処理工程の直前に
Ａｕめっき工程を導入することは、（１）発熱抵抗体の
一括熱酸化処理が可能、（２）インク溝形成がＡｌ被覆
処理なしで可能、（インク溝形成用エッチングにはヒド
ラジン水溶液が使われるが、Ｎｉ薄膜はこれによって溶
解するので、Ａｌ膜で被覆してこれを防止していた。今
回のＡｕめっき処理によって図３の（１２）、（１
３）、（１５）の３工程が削除できた）（３）ボンディ
ングパッドのＡｕめっき工程の削除（既にＡｕめっきさ
れている）、（４）Ｎｉ薄膜導体の低抵抗化（１／２〜
１／３化）、という大きな効果が得られる。

【００２４】勿論、Ａｕめっき処理された導体でも、電
解質インク中では正極側電極が電蝕され易くなることは
Ｎｉ導体の場合と同様であり、これに対しては薄い無機
絶縁物層と有機絶縁物層の被覆という対策によって解決
できることは先述の通りである。

【００２５】このようにして、製作されたヘッドに水性
インクを充填して印字させたところ、１億ドット以上の
インクの吐出後においても初期状態と何ら変わることの
ない動作を示した。インクの吐出に必要な印加電力は、
４００ｄｐｉのノズルで約２μＪ／ドット（２Ｗ×１μ
ｓ）と小さく、従来技術のヘッドに比べ約１／１０と桁
違いに小さい特徴を持っていることは言うまでもない。

【００２６】なお、Ａｕめっき処理のコストは、めっき
面積とめっき厚さの積に比例するので、ボンディングパ
ッド１１のＮｉ薄膜以外は必ずしもＡｕめっきする必要
はない。この場合はレジストでめっきの不要なＮｉ薄膜
を被覆し、ボンディングパッド部のみをＡｕめっきすれ
ば良く、同様にライン抵抗の低減のために共通Ｎｉ薄膜
導体を含めてめっき処理することもある。

【００２７】また、熱処理によるＡｕとＮｉの相互拡散
で、置換Ａｕめっき膜だけではその表面にＮｉが析出
し、これが酸化して不動態化し易い。このため、置換Ａ
ｕめっき膜の上に厚付け用無電解Ａｕめっきを追加し、
合計厚さを少なくとも１０００〜１５００Åとすること
が必要である。こうすることによって、外部回路との接
続の作業性（接続歩留り、接続強度等）が完全となり、
信頼性も格段に向上することは説明するまでもないであ
ろう。また、ヘッド製造プロセス全体の合理化はヘッド
の製造歩留りを向上させ、製造コストを更に引き下げる
ことに貢献している。

【００２８】

【発明の効果】熱酸化処置工程の直前にＮｉ薄膜のＡｕ
めっき処理を行うことによって、 （１）発熱抵抗体の一括熱酸化処理が可能 （２）Ａｌ被覆処理なしでインク溝の形成が可能 （３）従来技術のボンディングパッドのＡｕめっき工程
が全面的に不要化 （４）ライン抵抗の大きいＮｉ薄膜導体を低抵抗化（１
／２〜１／３化） （５）外部回路との接続歩留りと信頼性の向上 等が達成でき、ヘッドの製造歩留りの向上と製造コスト
の低減をも達成した。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一例を工程順に示すヒ−タ基板の断
面図である。

【図２】 本発明の一例を示すヘッド製造工程を示すフ
ローチャートである。

【図３】 従来技術のヘッド製造工程を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１はＳｉ基板、２はＳｉＯ₂層、３はドライバ回路のＡ
ｌ配線、４はボンディングパッド用のスルーホール、６
はＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜、７はＮｉ金属薄膜、８
は発熱抵抗体、９，９’は配線導体、１０は接続部、１
１はボンディングパッド、１２はＡｕめっき被膜、１３
は自己酸化被膜、１４はドライバ回路のデバイス部であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク吐出口近傍に設けられたＴａ−Ｓｉ
   −Ｏ三元合金薄膜抵抗体とＮｉ金属薄膜導体からなる発
   熱抵抗体にパルス通電することによってインク液路中の
   インクの一部を急速に気化させ、この気泡の膨張力によ
   って前記吐出口から液滴状インクを吐出させて記録する
   インクジェット記録装置の製造方法において、前記発熱
   抵抗体を熱酸化処理する前に前記Ｎｉ金属薄膜導体とこ
   れにつながる外部回路との接続用Ｎｉ金属薄膜電極のう
   ち、少なくと接続用Ｎｉ金属薄膜電極の表面を金めっき
   処理しておくことを特徴とするインクジェット記録装置
   の製造方法。