JPH1110882A

JPH1110882A - 液体噴射記録ヘッド用基板およびその製造方法ならびに液体噴射記録装置

Info

Publication number: JPH1110882A
Application number: JP17904297A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tonogaki; 雅彦殿垣; Teruo Ozaki; 照夫尾崎; Toshihiro Mori; 利浩森; Yoshiyuki Imanaka; 良行今仲
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-01-19
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: JP3618965B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液体噴射記録ヘッドの高密度化を可能とする
とともに、省電力、高耐久性および高速応答性を達成
し、記録品質の向上を図ることが可能な液体噴射記録ヘ
ッド用基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に電極配線層２を形成し、その
上にパターニングされた層間絶縁層３を形成し、層間絶
縁層３をパターニングにより部分的に除去して金属を埋
め込んでスルーホール部４を形成し、そして層間絶縁層
３をパターニングにより部分的に除去した凹部に金属膜
を配した後、大気にさらさない状態で連続的に加熱し
て、凹部に金属単結晶を堆積させて電極配線層５とし、
その後、ＣＭＰ法によって層間絶縁層３、スルーホール
部４および電極配線層５を研磨して平坦化し、この平坦
化された表面に発熱抵抗体層６を形成し、さらにその上
に保護層７、８を形成して、液体噴射記録ヘッド用基板
を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーによ
って液体中に気泡の発生を含む状態変化を生起させ、こ
の状態変化に伴って吐出口から液体を吐出させて記録を
行なう液体噴射記録ヘッド用基板およびその製造方法な
らびに該液体噴射記録ヘッド用基板を用いた液体噴射記
録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体噴射記録方式による記録は、記録時
における騒音の発生が無視し得る程度に小さく、高速記
録が可能であり、しかも定着等の特別な処置を必要とせ
ず、普通紙に記録が行なえる等の利点があり、最近特に
関心を集めている。

【０００３】このような液体噴射記録方式の中でも、例
えば特開昭５４−５１８３７号公報やドイツ国特許出願
公開第２８４３０６４号明細書等に記載されている液体
噴射記録方式は、熱エネルギーをインクに作用させてイ
ンク液滴を吐出するための作用力を得るものであって、
熱エネルギーの作用を受けたインクは急激に加熱されて
気泡を発生し、この気泡の膨脹、収縮に伴うインク中の
圧力波伝播によって吐出口からインク液滴が吐出されて
飛翔的液滴が形成され、記録を行なうようになした点で
他の液体噴射記録方式とは異なる特徴を有している。特
に、ドイツ国特許出願公開第２８４３０６４号明細書に
記載された液体噴射記録方式は、所謂ドロップ・オンデ
マンド方式の記録方式に極めて有効に適用されるばかり
でなく、記録ヘッド部がフルラインタイプで、高密度マ
ルチオリフィス化された記録ヘッドが容易に具現化でき
るため、高解像度、高品質の画像を高速で得られるとい
う特徴を有している。

【０００４】上記の記録方式を適用する装置の記録ヘッ
ドは、インク液滴を吐出するために設けられた吐出口
と、この吐出口に連通してインクを吐出するための熱エ
ネルギーをインクに作用させる部分としての熱作用部を
構成の一部とするインク流路とを有する液吐出部と、熱
エネルギーを発生する手段としての電気熱変換体とを具
備している。

【０００５】そして、この電気熱変換体は、一対の電極
と、これらの電極に接続して電極間に発熱する領域（熱
発生部）を構成する発熱抵抗体層とからなり、これらの
発熱抵抗体と電極は、一般的に液体噴射記録ヘッドの基
板部分の上部層中に形成されている。このような電気熱
変換体の構成された基板構成の一例を図５の（ａ）ない
し（ｃ）に示し、以下、図５に基づいて従来技術につい
て説明する。

【０００６】図５において、（ａ）は、液体噴射記録ヘ
ッドを構成する基板における電気熱変換体付近の部分的
な平面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ線の部分断面図であ
り、（ｃ）は、その一部を拡大した断面図である。

【０００７】基板２０１は、図５の（ｂ）および（ｃ）
に示すように、基板支持体２０５上に、順次、下部層２
０６、発熱抵抗体層２０７、電極２０３、２０４、上部
保護層２０８を積層して形成されている。発熱抵抗体層
２０７と共通電極２０３、選択電極２０４はエッチング
によって所定の形状にパターニングされており、すなわ
ち、電気熱変換体２０２を構成する部分以外の部分では
同一形状にパターニングされているが、電気熱変換体２
０２を構成する部分では、発熱抵抗体層２０７上に電極
は積層されず発熱抵抗体層２０７のみで構成している。

【０００８】このように形成された基板の上層部に使用
される材料は、その上層部が設けられるそれぞれの部位
によって要求される耐熱性、耐液性、熱伝導性、絶縁性
等の特性に応じて選択されており、上記の従来技術にお
ける上部保護層２０８の主な機能は、共通電極２０３と
選択電極２０４間の絶縁性を保つことにある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱エネルギ
ー発生手段は、通電されることによって発熱する発熱抵
抗体層と該発熱抵抗体層に通電するための一対の電極と
で構成されているために、発熱抵抗体層が直に記録液に
接触する状態にあると、記録液の電気抵抗値如何によっ
ては記録液を介して電流が流れたり、あるいは発熱抵抗
体層への通電に際してこの発熱抵抗体と記録液とが反応
して、発熱抵抗体層の腐食による抵抗値の変化や発熱抵
抗体層の破損あるいは破壊が生じたりする場合があっ
た。

【００１０】そのために、従来においては、ＮｉＣｒ等
の合金やＺｒＢ₂ 、ＨｆＢ₂ 等の金属ホウ化物等の発熱
抵抗体材料としての特性に比較的優れた無機材料で発熱
抵抗体層を構成するとともに、該材料で構成された発熱
抵抗体層上にＳｉＯ₂ 等の耐酸化性に優れた材料で構成
された保護層を設けることで発熱抵抗体層が記録液に直
に接触することを防止して、前記の問題点を解決し、信
頼性と繰返し使用耐久性の向上を図ろうとすることが提
案されている。

【００１１】そして、このような液体噴射記録ヘッドの
熱エネルギー発生手段を形成するに際して、発熱抵抗体
層を所望の基板上に形成した後に、電極および保護層を
順次積層していくのが一般的であり、この熱エネルギー
発生手段の保護層には、上記のような発熱抵抗体層の破
損防止や電極間の短絡防止などの保護層としての各種の
機能を充分に果たすべく、これらの発熱抵抗体層や電極
の所要部をピンホール等の欠陥を有することなく一様に
覆う（カバー）ことが要求される。

【００１２】また、このような液体噴射記録ヘッドは、
前述したように、一般的には電極が発熱抵抗体層の上に
形成されるため、電極および発熱抵抗体層間に段差（ス
テップ）が生じるが、このような段差部には、層厚の不
均一等が発生しやすいため、露出部分を生じることのな
いようにこの段差を充分に被覆（ステップカバレージ）
するように層形成を実施しなければならない。すなわ
ち、ステップカバレージが不充分な状態では、発熱抵抗
体層の露出部分と記録液とが直に接触して、記録液が電
気分解されたり、記録液と発熱抵抗体層の材料とが反応
して発熱抵抗体層が破壊されてしまうことがあった。ま
た、このような段差部には、膜質の不均一等も生じやす
く、このような膜質の不均一は、熱発生の繰返しによっ
て保護層に生じる熱ストレスの部分集中を招き、保護層
に亀裂（クラック）が生じる原因にもなり、このクラッ
クから記録液が侵入して、上記のような発熱抵抗体層の
破壊に至ることもあった。さらには、ピンホールから記
録液が侵入して発熱抵抗体層が破壊されることもあっ
た。また電極を形成した後に保護層を形成する際に、電
極材料から突起（ヒロック）が成長して、保護層に亀裂
（クラック）が生じる原因にもなり、このクラックから
記録液が侵入して、上記と同様に発熱抵抗体層の破壊に
至ることもあった。

【００１３】従来このような問題の解決にあたっては、
保護層の層厚を厚くし、ステップカバレージの向上やピ
ンホールの減少を図ることが一般的に行なわれている。
しかしながら、保護層を厚くすることは、ステップカバ
レージやピンホールの減少に寄与するものの、保護層を
厚くすることによって記録液への熱供給が阻害され、以
下のような新たな問題を生じることとなる。

【００１４】すなわち、発熱抵抗体層に発生する熱は保
護層を通じて伝達されるので、保護層の層厚を厚くする
と、この熱の作用面である保護層表面と発熱抵抗体層と
の間の熱的抵抗が大きくなり、このため発熱抵抗体層に
必要以上の電力負荷をかける必要が生じ、省電力の点か
ら好ましくなく、また必要以上の熱が基板に蓄積して熱
応答性が悪くなり、そして必要以上の電力のため発熱抵
抗体層の耐久性が悪くなる等といった問題を生じること
となる。

【００１５】このような問題は、保護層を薄くすれば克
服できるのであるが、保護層の形成に例えばスパッタリ
ングあるいは蒸着等の膜形成方法のみを用いる従来の液
体噴射記録ヘッドの製造方法では、ステップカバレージ
不良等のため、前述のような耐久上の欠点があり、保護
層を薄くすることが困難であった。

【００１６】また、液体噴射記録ヘッドにおいては、記
録液の急速加熱を行なうほど記録液の発泡安定性が向上
することが知られている。すなわち、熱エネルギー発生
手段に印加する電気信号は一般には電気パルスであり、
このパルス幅を短くすればするほど、記録液の発泡安定
性が良くなり、これらによって飛翔液滴の吐出安定性が
向上して記録品位が向上することとなる。しかしなが
ら、従来の液体噴射記録ヘッドにおいては、前述のよう
に保護層の層厚を厚くしなければならず、このため保護
層の熱的抵抗が大きくなり、必要以上の熱を熱エネルギ
ー発生手段で発生させねばならないことから、耐久性の
劣化や熱応答性の低下を生じ、このためパルス幅を短く
することも困難であり、記録品位の向上にはおのずと限
度があった。

【００１７】さらに、従来の液体噴射記録ヘッドにおい
て、図５の（ｃ）に示すように、基板２０１に発熱抵抗
体層２０７をスパッタリング法を用いて積層し、発熱抵
抗体層２０７と接続する少なくとも一対の電極２０３、
２０４とを設けている。なお、２１０は電極２０３およ
び２０４間に形成される発熱抵抗体層２０７の熱発生部
２０２ａに電力を供給して発生した熱を記録液に伝える
熱作用面であり、２１１は発熱抵抗体層２０７と電極２
０３との間の段差（ステップ）である。このように構成
された基板においては、保護層２０８にピンホール等の
欠陥を生じやすく、特にステップ２１１には露出部分を
生じやすいために、保護層２０８の層厚を必要以上に厚
く（電極の厚みの２倍以上）しなければならなかった。

【００１８】また、上記のような問題点に鑑みて、配線
形成やピンホールを埋めるために、Ａｌ−ＣＶＤ法を用
いる方法（特開平５−１６３６９号公報、特開平５−１
７７８３６号公報）や、配線形成および折返し配線構成
にＡｌリフロー法を用いる方法等が考えられている。し
かし、このような構成においても、配線部分と発熱体部
分および他の部分との段差を解消することは不可能であ
った。

【００１９】そこで、本発明は、上述した従来技術の有
する未解決な課題に鑑みてなされたものであって、省電
力、高耐久性および高速応答性を達成し、さらには液体
噴射記録ヘッドの高密度化を可能とし、記録品質の向上
を図ることが可能な液体噴射記録ヘッド用基板およびそ
の製造方法、さらには該液体噴射記録ヘッド用基板を用
いた液体噴射記録装置を提供することを目的とするもの
である。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体噴射記録ヘッド用基板は、飛翔液滴を
形成するために液体を噴射する吐出口に連通する液流路
を形成する複数の熱作用部と、該熱作用部の各々に満た
されている液体に熱を効果的に伝達するように各熱作用
部毎に設けられている複数の発熱体と、該発熱体の各々
を独立に駆動するための信号を分離して所望の発熱体を
駆動するように設けられた複数の機能素子で構成される
駆動回路とを具備してなる液体噴射記録ヘッド用基板に
おいて、前記発熱体に電気的に接続される電極配線は、
第１の電極と第２の電極とからなり、これらの電極は前
記基板内で前記発熱体の層より下層に配置されて、立体
的な折り返し構造として配設されていることを特徴とす
る。

【００２１】また、本発明の液体噴射記録ヘッド用基板
は、飛翔液滴を形成するために液体を噴射する吐出口に
連通する液流路を形成する複数の熱作用部と、該熱作用
部の各々に満たされている液体に熱を効果的に伝達する
ように各熱作用部毎に設けられている複数の発熱体と、
該発熱体の各々を独立に駆動するための信号を分離して
所望の発熱体を駆動するように設けられた複数の機能素
子で構成される駆動回路とを具備し、前記複数の発熱体
と機能素子とを同一の基板の表面内部に構造的に設けて
ある液体噴射記録ヘッド用基板において、前記発熱体に
電気的に接続される電極配線は、第１の電極と第２の電
極とからなり、これらの電極は前記基板内で前記発熱体
の層より下層に配置されて、立体的な折り返し構造とし
て配設されていることを特徴とする。

【００２２】さらに、本発明の液体噴射記録ヘッド用基
板において、発熱体の層の上に保護層を形成することが
好ましく、また、電気配線は、アルミニウム、タングス
テン、銅、銀、金、白金、あるいはこれらの金属を１つ
以上含む合金で形成することが好ましい。

【００２３】そして、本発明の液体噴射記録ヘッド用基
板の製造方法は、基板上に第１の金属膜をＣＶＤ法で形
成する工程と、パターニングされた層間絶縁層を形成す
る工程と、前記層間絶縁層をパターニングにより部分的
に除去して金属を埋め込んで、前記第１の金属膜と後に
形成する発熱抵抗体層とを電気的に接続するスルーホー
ル部を形成するとともに、前記層間絶縁層をパターニン
グにより部分的に除去した凹部に第２の金属膜を蒸着
法、スパッタリング法またはＣＶＤ法等により形成した
後、大気にさらさない状態で連続的に加熱して、前記凹
部に金属単結晶を堆積させる工程と、ＣＭＰ法によって
前記層間絶縁層、前記スルーホール部および前記第２の
金属膜を研磨し、余分な金属膜を除去して平坦部を形成
する工程と、記録液を吐出するための熱エネルギーを前
記記録液に供給する発熱抵抗体層を平坦化された表面に
形成する工程とを含むことを特徴とする。

【００２４】さらに、本発明の液体噴射記録ヘッド用基
板の製造方法は、発熱抵抗体層の上に保護層を形成する
工程を含むことが望ましい。

【００２５】また、本発明の液体噴射記録装置は、前記
液体噴射記録ヘッド用基板あるいは前記液体噴射記録ヘ
ッド用基板の製造方法によって製造された記録ヘッド用
基板を用いて形成した液体噴射記録ヘッドと、該液体噴
射記録ヘッドを搭載したキャリッジと、前記液体噴射記
録ヘッドに対向するように記録紙を搬送する記録紙搬送
装置を具備することを特徴とする。

【００２６】

【作用】本発明の液体噴射記録ヘッド用基板は、基板上
に第１の金属膜を形成する工程と、パターニングされた
層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層をパター
ニングにより部分的に除去して金属を埋め込んで、第１
の金属膜と後に形成する発熱抵抗体層とを電気的に接続
するスルーホール部を形成するとともに、層間絶縁層を
パターニングにより部分的に除去した凹部に第２の金属
膜を形成した後、大気にさらさない状態で連続的に加熱
して、凹部に金属単結晶を堆積させる工程と、ＣＭＰ
（化学的機械研磨）法によって、層間絶縁層、スルーホ
ール部および第２の金属膜を研磨し、余分な金属膜を除
去して平坦部を形成する工程と、熱エネルギーを記録液
に供給する発熱抵抗体層を平坦化された表面に形成する
工程と、さらに発熱抵抗体層の上に保護層を形成する工
程とからなる製造方法によって作製されており、発熱体
に接続される第１電極配線層（第１の金属膜）と第２電
極配線層（第２の金属膜）は層間絶縁層を介して上下に
配置され、第２電極配線層の上に形成された発熱抵抗体
層は、層間絶縁層に形成されたスルーホール部を介して
第１電極配線層と電気的に接続されている。かくして、
第１電極配線層と第２電極配線層は、基板内で発熱抵抗
対層の下層において、上下に立体的な折り返し構造とし
て配設されており、発熱体の配設ピッチの間隔を縮小さ
せることができ、高密度化を図ることができる。また発
熱抵抗体層は、層間絶縁層、スルーホール部および第２
電極配線層をＣＭＰ（化学的機械研磨）法により平坦化
した表面に形成しており、そして発熱抵抗体層を保護す
る保護層もまた段差や凹凸のない面に成膜することがで
き、充分に薄く形成することが可能となる。したがっ
て、電極配線を、従来から使用している装置を用いて、
従来のように段差や凹凸等を発生することなく、保護層
と同程度の厚みに形成することができ、保護層と電極配
線の上面を平坦化することが可能であるため、保護層に
おいてピンホールあるいはクラックの発生の原因となる
膜質の不均一等の層欠陥を解消することができ、保護層
を薄くしても良好なステップカバレージが得られる。さ
らに、保護層の薄膜化ができるため、液体噴射記録ヘッ
ドの省電力化、熱応答性の高速化、耐久性の向上、吐出
安定性の向上および記録品質の向上等を達成することが
できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２８】図１は本発明の液体噴射記録ヘッド用基板
の製造方法の一例を示す工程図であり、発熱抵抗体層や
保護層は、従来から周知の材料を用いて、従来から知ら
れている手法、例えば、高周波（ＲＦ）スパッタリング
等のスパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、真
空蒸着法等を用いて形成することができ、発熱抵抗体層
に電気的に接続する電極の形成方法にも発熱抵抗体層の
形成と同様の方法を用いることができる。これらの方法
は超集積回路（ＵＬＳＩ）の配線を形成するために開発
された技術である。また、「東芝レビュー（１９９３．
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．７）」には、単結晶Ａｌ配線形成方
法の詳細が記載され、この方法は、ボイド（空洞）とヒ
ロック（突起）の発生しない単結晶Ａｌ配線を形成する
ことができ、そしてその形成手段として、新たな成膜装
置を必要とせず、従来から用いられている成膜装置を成
膜後連続的に５００℃まで加熱可能に改良することで達
成できるという点で有効であって、本発明の製造方法に
用いることができる。

【００２９】以下、本発明の液体噴射記録ヘッド用基板
およびその製造方法をその工程に沿って説明する。先
ず、図１の（ａ）に示すように、所望の材料、例えば、
シリコン、ガラス、セラミック、アルミニウム、あるい
はプラスチックからなる基板１上に、アルミニウム、タ
ングステン、銅、銀、金、白金、あるいはこれらの金属
を１つ以上含む合金をＣＶＤ法を用いて、第１の電極配
線層２を形成する。この際に、形成された電極配線膜
は、金属や合金の結晶構造をとる。なお、この電極配線
膜の形成方法は、フォトリソグラフィ等の周知の方法を
用いたパターニング工程と金属リフロー工程およびＣＭ
Ｐ工程を用いて形成してもよい。

【００３０】次に、図１の（ｂ）に示すように、パター
ニングされた第１の電極配線層２上に、例えば、ＳｉＯ
₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等からなる層間絶縁層３を、スパッタリ
ング法あるいはＣＶＤ法等を用いて形成する。

【００３１】次に、図１の（ｃ）に示すように、フォト
リソグラフィ等の方法によってスルーホール部４が形成
される部分のみを層間絶縁層３から取り除いた後、ＣＶ
Ｄ法等を用いて、アルミニウム、タングステン、銅、
銀、金、白金、あるいはこれらの金属を１つ以上含む合
金によるスルーホール部４を形成する。このスルーホー
ル部４は、第１の電極配線層２と後述する発熱抵抗体層
６とを電気的に接続する作用をするものである。

【００３２】次に、図１の（ｄ）に示すように、フォト
リソグラフィ等の方法によって第２の電極配線部５が形
成される部分のみを層間絶縁層３から取り除いた後、真
空蒸着法あるいはスパッタリング法等を用いて全面に金
属膜を形成する。引き続いて、この金属膜表面の自然酸
化を抑制した状態（大気にさらさない状態）で、連続的
に約５００℃に加熱する。すると、図１の（ｄ）に示す
ように金属膜は溶融に似た状態を起こし、溝への埋め込
みが起こる。その後、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法によ
って、層間絶縁層３、スルーホール部４および第２の電
極配線層５を完全に平坦化する。

【００３３】なお、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法に関し
ては、例えば、「日経マイクロデバイス（１９９５年５
月号）」（１１９〜１２１頁）には、単結晶Ｃｕ配線の
形成およびＣＭＰを用いた平坦化についての詳細が記載
され、さらに「ＳＥＭＩテクノロジー９４、講演予稿
集」（１７９〜１８５頁、２５９〜２６７頁および２６
９〜２７８頁）には、ＣＭＰを用いた平坦化方法が記載
されており、このようなＣＭＰ（化学的機械研磨）法を
採用することができる。

【００３４】次に、図１の（ｅ）に示すように、前記層
間絶縁層３、スルーホール部４および第２の電極配線層
５の上に、例えば、ＮｉＣｒ等の合金、ＺｒＢ₂ 等の金
属ホウ化物、あるいはＴａＮ等の金属窒化物からなる発
熱抵抗体層６を、真空蒸着法あるいはスパッタリング法
等を用いて、５０〜１０００オングストローム形成し、
さらにフォトリソグラフィ等の周知の方法によりパター
ニングする。

【００３５】次に、図１の（ｆ）に示すように、例え
ば、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等からなる保護層７を、スパ
ッタリング法あるいはＣＶＤ法等を用いて形成する。そ
の結果、前述のように、保護層７は下地が平坦に近いた
め欠陥を生じにくく、十分に薄くすることができる。

【００３６】そして、図１の（ｇ）に示すように、Ｔ
ａ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属膜あるいはＳＵＳ等の合金膜か
らなる耐キャビテーション層８を、スパッタリング法あ
るいはＣＶＤ法等を用いて形成する。この耐キャビテー
ション層８は、液体の加熱によって生じた気泡が消泡す
る時に発生するキャビテーションから発熱抵抗体層６を
保護するために設けられたものである。

【００３７】さらに、本発明の液体噴射記録ヘッド用基
板の製造方法の具体例を図１および図２を参照して説明
する。ここで、図２は、図１に図示した液体噴射記録ヘ
ッド用基板の製造方法における各工程の斜視図である。

【００３８】先ず、Ｓｉからなる基板１に厚さ２０００
オングストロームの第１の電極配線層２（Ａｌ）をＣＶ
Ｄ法で形成した（図１（ａ）および図２（ａ）参照）。
この基板１上にＲＦスパッタリング装置によって、Ｓｉ
Ｏ₂ を１００００オングストロームの厚みに成膜して層
間絶縁層３を形成した（図１（ｂ）および図２（ｂ）参
照）。フォトリソグラフィ工程によるパターニングによ
りスルーホール部４となる部分のＳｉＯ₂ スパッタリン
グ膜を除去した。そしてＣＶＤ法を用いて、スルーホー
ル部４に金属Ａｌを埋め込んだ（図１（ｃ）および図２
（ｃ）参照）。

【００３９】さらに、フォトリソグラフィ工程によるパ
ターニングにより第２の電極配線層５となる部分のＳｉ
Ｏ₂ スパッタリング膜を除去して溝を形成し、そしてス
パッタリング法により、Ｃｕ膜を２０００オングストロ
ームの厚みに成膜し、基板を大気にさらさずに連続的に
加熱（４００℃、４５秒間）した。そして層間絶縁層３
の溝部分を埋め、第２の電極配線層５を形成した（図１
（ｄ）および図２（ｄ）参照）。

【００４０】引き続いて、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法
によって、層間絶縁層３、スルーホール部４および第２
の電極配線層５を完全に平坦化し、リフロー後の第２の
電極配線層５上の余分なＣｕ膜も完全に除去した。ＣＭ
Ｐ（化学的機械研磨）時の研磨液としては、ＣＨ₂ ＮＨ
₂ ＣＯＯＨとＨ₂ Ｏ₂ の混合液に研磨用の微粒子を加え
たものを使用した。この時、デイッシングの発生を抑制
するために、Ｈ₂ Ｏ₂の濃度を変化させながらＣＭＰを
行なうことが好ましい。

【００４１】次に、発熱抵抗体層６をスパッタリング法
により４００オングストロームの厚みに形成した。そし
て発熱抵抗体層６にフォトリソグラフィ工程によるパタ
ーニングを施し、熱発生部の大きさが幅２３μｍ×長さ
１２０μｍ、配列ピッチが４２．５μｍ（６００ dpi）
となるようにした（図１（ｅ）および図２（ｅ）参
照）。

【００４２】最後に、ＰＥＣＶＤ法により上層にＳｉＯ
₂ を３０００オングストロームの厚みに成膜し、保護層
７を形成した（図１（ｆ）参照）。

【００４３】さらに、保護層７の耐キャビテーション損
傷性を向上させる目的で、Ｔａからなる耐キャビテーシ
ョン層８を保護層７上にスパッタリング装置を用いて２
０００オングストロームの厚みに形成し、液体噴射記録
ヘッド基板を得た（図１（ｇ）および図２（ｇ）参
照）。

【００４４】以上のように製造された液体噴射記録ヘッ
ド用基板においては、第１電極配線層２と第２電極配線
層５は層間絶縁層３を介して上下に配置され、第２電極
配線層５の上に形成された発熱抵抗体層６は、層間絶縁
層３に形成されたスルーホール部４を介して第１電極配
線層２と電気的に接続されている。かくして、第１電極
配線層２と第２電極配線層５は、基板１内で発熱抵抗体
層６の下層において、上下に立体的な折り返し構造とし
て配設されており、発熱体の配設ピッチの間隔を縮小さ
せることができ、高密度化を図ることができる。また発
熱抵抗体層６は、層間絶縁層３、スルーホール部４およ
び第２電極配線層５をＣＭＰ（化学的機械研磨）法によ
り平坦化した表面に形成しており、そして発熱抵抗体層
６を保護する保護層７、８もまた段差や凹凸のない面に
成膜することができ、充分に薄く形成することが可能と
なる。

【００４５】また、基板１においては、電気熱変換体と
して作用する複数の発熱抵抗体に、画像データに対応し
て各々独立に駆動するように記録電流を選択的に通電す
るための駆動素子は、複数の駆動素子を集積回路として
発熱抵抗体を形成した基板上の表面内部に構造的に設け
ることができ、あるいは発熱抵抗体を形成した基板とは
別個の独立した基板に形成して、発熱抵抗体を形成した
基板と電気的に接続するように構成することもできる。

【００４６】次に、このように製造された液体噴射記録
ヘッド用基板を用いて、図３に示すように、液体噴射記
録ヘッドを作製する。すなわち、液体噴射記録ヘッド用
基板１１上にインクを吐出するための吐出口３７や液流
路３５等を配設して、液体噴射記録ヘッド３０を構成す
る。

【００４７】液体噴射記録ヘッド３０の液流路３５は、
液流路壁部材３１によって区画され、それぞれの吐出口
３７に連通するとともに、供給される記録液を一時的に
貯溜する共通液室３４に連通し、そして共通液室３４に
は液供給口３３を通じて記録ヘッド外部から記録液が供
給される。そして、基板１１と溝付き天板３２とを、基
板１１の熱エネルギー発生手段のそれぞれが液流路３５
のそれぞれに対応するように十分に位置合わせをして接
合する。また電極配線１４には、記録ヘッド３０の外部
から所望のパルス信号を印加するための電極リードが接
続される。

【００４８】このようにして作成された液体噴射記録ヘ
ッドは、従来のものに比して、（１）消費電力において、約３０％程度減少する。（２）熱応答性において、約３０％程度向上する。（３）従来のものよりも短いパルス幅での駆動において
耐久性が良好である。といった性能の向上が認められた。さらに短パルスの駆
動による発泡安定性に基づいて、記録液の吐出安定性が
良くなり、記録品質の向上が図られた。

【００４９】なお、以上の実施例においては特に説明し
なかったが、液吐出口あるいは液流路等の形成は、図３
に図示するような溝付き天板によることは必ずしも必要
ではなく、感光性樹脂のパターニング等により形成して
もよい。また、本発明は、上述したような複数の液体吐
出口を有するマルチアレータイプの液体噴射記録ヘッド
にのみ限定されるものではなく、液体吐出口が１つのシ
ングルアレータイプの液体噴射記録ヘッドにも勿論適用
できるものである。

【００５０】次に、本発明の液体噴射記録ヘッドを搭載
した液体噴射記録装置の一例を図４を参照して説明す
る。液体噴射記録ヘッド１０３は、駆動モータ１０６の
正逆回転に連動して歯車列１０６ａ、１０６ｂ、１０６
ｃ、１０６ｄを介して回転するリードスクリュ１０５の
螺旋溝１０５ａに対して係合するキャリッジ１０１上に
インク容器カセット１０２とともに搭載されており、駆
動モータ１０６の動力によってキャリッジ１０１ととも
にガイド軸１０４に沿って矢印方向および反矢印方向へ
往復移動される。駆動モータ１０６の正逆回転の切換え
は、キャリッジ１０１がホームポジションにあることを
リードスクリュ１０５の一端の近傍に配設されたフォト
カプラ１１６とキャリッジ１０１に設けられたレバー１
１５とで検出することにより行なう。

【００５１】記録紙１０９は押え板１０８によってプラ
テン１０７に押圧され、紙送りモータ１１０によって駆
動される図示しない紙送りローラによって記録ヘッドに
対向するように搬送される。

【００５２】記録ヘッド１０３の吐出口に付着した異物
や粘度の高くなったインクを除去して、吐出特性を正規
の状態に維持するために設けられた回復ユニットは、図
示しない吸引手段に連通されたキャップ部材１１３を有
し、記録ヘッド１０３の吐出口をキャッピングして吸引
することにより、吐出口に付着した異物や粘度の高くな
ったインクを除去する。また回復ユニットとプラテン１
０７の間には、案内部材１１２に案内されて記録ヘッド
１０３の吐出口面の走行経路上に向けて前後方向に移動
可能なクリーニングブレード１１４が配設されており、
該クリーニングブレード１１４は、その先端で記録ヘッ
ド１０３の吐出口面に付着した異物やインク滴をクリー
ニングできるように構成されている。

【００５３】上述の構成を有する液体噴射記録装置は、
プラテン１０７上を搬送される記録紙１０９に対し、記
録ヘッド１０３を記録紙１０９の全幅にわたって往復移
動しながら記録を行なう。

【００５４】なお、本発明は、インクジェット記録方式
の中でも、インク吐出を行なわせるために利用されるエ
ネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電
気熱変換体）を備え、熱エネルギーによりインクの状態
変化を生起させる方式の記録ヘッドおよび記録装置にお
いて優れた効果をもたらすものである。このような方式
によれば、記録の高密度化、高精細化が達成できるから
である。

【００５５】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この記録方
式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれ
にも適用可能である。

【００５６】この記録方式を簡単に説明すると、記録液
（インク）が保持されているシートや流路に対応して配
置されている電気熱変換体に、記録情報に対応して記録
液（インク）に核沸騰現象を越え膜沸騰現象を生じさせ
るような急速な温度上昇を与えるための少なくとも一つ
の駆動信号を印加することによって、熱エネルギーを発
生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせ
る。このように記録液（インク）において電気熱変換体
に付与する駆動信号に一対一で対応した気泡を形成でき
るため、特にオンデマンド型の記録方式には有効であ
る。この気泡の成長、収縮により吐出口を介して記録液
（インク）を吐出させて、少なくとも一つの液滴を形成
する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に
気泡の成長収縮が行なわれるので、特に応答性に優れた
記録液（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。こ
のパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３
３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載さ
れているようなものが適している。なお、熱作用面の温
度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明
細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた
記録を行なうことができる。

【００５７】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路又は直角液流路）
の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書に開示されているように、熱
作用部が屈曲する領域に配置された構成を持つものにも
本発明は有効である。加えて、複数の電気熱変換体に対
して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出口とする
構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エ
ネルギーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる
構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づ
いた構成を有するものにおいても本発明は有効である。

【００５８】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録可能である被記録媒体の
最大幅に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッド
がある。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開
示されているような記録ヘッドを複数組み合わせること
によってフルライン構成にしたものや、一体的に形成さ
れた一個のフルライン記録ヘッドであってもよい。

【００５９】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００６０】また、本発明の液体噴射記録装置に、記録
ヘッドに対する回復手段や予備的な補助手段を付加する
ことは、記録装置を一層安定にすることができるので好
ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘ
ッドに対しての、キャッピング手段、クリーニング手
段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれ
とは別の加熱素子、あるいはこれらの組み合わせによる
予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出モー
ド手段を付加することも安定した記録を行なうために有
効である。

【００６１】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録
ヘッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わせ
で構成したものかのいずれでもよいが、異なる色の複色
カラーまたは混色によるフルカラーの少なくとも一つを
備えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００６２】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであっても室温以上で軟化
もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインク
ジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の
範囲内で温度調整を行なってインクの粘性を安定吐出範
囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、
使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いて
もよい。加えて、熱エネルギーによる昇温を、インクの
固形状態から液体状態への状態変化のエネルギーとして
使用せしめることで積極的に防止するため、またはイン
クの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によっ
て液化するインクを用いてもよい。いずれにしても、熱
エネルギーの記録信号に応じた付与によってインクが液
化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達
する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エ
ネルギーの付与によって初めて液化する性質のインクを
使用する場合も本発明は適用可能である。このような場
合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報や特開昭
６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シ
ート凹部または貫通孔に液状または固形物として保持さ
れた状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態
としてもよい。本発明において、上述した各インクに対
して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行した
ものである。

【００６３】さらに加えて、本発明のインクジェット記
録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器
の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と
組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するフ
ァクシミリ装置の形態を採るものであってもよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明にかかる液体噴射記録ヘッド用基
板は、以上説明したように構成されているので、従来使
用している装置を用いて、電極を、従来のように表面凹
凸等を発生することなく、保護層と同程度の厚みに形成
することができ、保護層と電極の上面を平坦化すること
が可能であるため、保護層においてピンホールあるいは
クラックの発生の原因となる膜質の不均一等の層欠陥を
解消することができ、保護層を薄くしても良好なステッ
プカバレージが得られる。

【００６５】さらに、本発明によれば、層欠陥の解消、
ステップカバレージの向上等保護層の薄膜化に伴なう問
題点を解消することができるため、液体噴射記録ヘッド
の省電力化はいうに及ばず、熱応答性の高速化、耐久性
の向上、吐出安定性の向上等を図ることができるととも
に、高密度化が可能であって記録品質の向上が達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体噴射記録ヘッド用基板の製造方法
の一例を示す工程図である。

【図２】図１に図示した液体噴射記録ヘッド用基板の製
造方法における各工程の斜視図である。

【図３】本発明の基板を用いて形成した液体噴射記録ヘ
ッドの一例を示す斜視図である。

【図４】本発明の基板を用いて形成した液体噴射記録ヘ
ッドを搭載した液体噴射記録装置の一例を示す斜視図で
ある。

【図５】従来の液体噴射記録ヘッドを構成する基板を示
し、（ａ）は液体噴射記録ヘッドを構成する基板におけ
る電気熱変換体付近の部分平面図であり、（ｂ）はＸ−
Ｘ線の部分断面図であり、（ｃ）はその一部を拡大して
示す断面図である。

【符号の説明】

１基板２第１電極配線層３層間絶縁層４スルーホール部５第２電極配線層６発熱抵抗体層７保護層８耐キャビテーション層１０熱発生部１１基板３０液体噴射記録ヘッド３５液流路３７吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今仲良行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飛翔液滴を形成するために液体を噴射す
る吐出口に連通する液流路を形成する複数の熱作用部
と、該熱作用部の各々に満たされている液体に熱を効果
的に伝達するように各熱作用部毎に設けられている複数
の発熱体と、該発熱体の各々を独立に駆動するための信
号を分離して所望の発熱体を駆動するように設けられた
複数の機能素子で構成される駆動回路とを具備してなる
液体噴射記録ヘッド用基板において、前記発熱体に電気的に接続される電極配線は、第１の電
極と第２の電極とからなり、これらの電極は前記基板内
で前記発熱体の層より下層に配置されて、立体的な折り
返し構造として配設されていることを特徴とする液体噴
射記録ヘッド用基板。
【請求項２】飛翔液滴を形成するために液体を噴射す
る吐出口に連通する液流路を形成する複数の熱作用部
と、該熱作用部の各々に満たされている液体に熱を効果
的に伝達するように各熱作用部毎に設けられている複数
の発熱体と、該発熱体の各々を独立に駆動するための信
号を分離して所望の発熱体を駆動するように設けられた
複数の機能素子で構成される駆動回路とを具備し、前記
複数の発熱体と機能素子とを同一の基板の表面内部に構
造的に設けてある液体噴射記録ヘッド用基板において、前記発熱体に電気的に接続される電極配線は、第１の電
極と第２の電極とからなり、これらの電極は前記基板内
で前記発熱体の層より下層に配置されて、立体的な折り
返し構造として配設されていることを特徴とする液体噴
射記録ヘッド用基板。
【請求項３】発熱体の層の上に保護層が形成されてい
ることを特徴とする請求項１または２記載の液体噴射記
録ヘッド用基板。
【請求項４】電極配線が、アルミニウム、タングステ
ン、銅、銀、金、白金、あるいはこれらの金属を１つ以
上含む合金で形成されていることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項記載の液体噴射記録ヘッド用基
板。
【請求項５】基板上に第１の金属膜をＣＶＤ法で形成
する工程と、パターニングされた層間絶縁層を形成する
工程と、前記層間絶縁層をパターニングにより部分的に
除去して金属を埋め込んで、前記第１の金属膜と後に形
成する発熱抵抗体層とを電気的に接続するスルーホール
部を形成するとともに、前記層間絶縁層をパターニング
により部分的に除去した凹部に第２の金属膜を蒸着法、
スパッタリング法またはＣＶＤ法等により形成した後、
大気にさらさない状態で連続的に加熱して、前記凹部に
金属単結晶を堆積させる工程と、ＣＭＰ法によって前記
層間絶縁層、前記スルーホール部および前記第２の金属
膜を研磨し、余分な金属膜を除去して平坦部を形成する
工程と、記録液を吐出するための熱エネルギーを前記記
録液に供給する発熱抵抗体層を平坦化された表面に形成
する工程とを含むことを特徴とする液体噴射記録ヘッド
用基板の製造方法。
【請求項６】発熱抵抗体層の上に保護層を形成する工
程を含むことを特徴とする請求項５記載の液体噴射記録
ヘッド用基板の製造方法。
【請求項７】第１および第２の金属膜が、アルミニウ
ム、タングステン、銅、銀、金、白金、あるいはこれら
の金属を１つ以上含む合金であることを特徴とする請求
項５または６記載の液体噴射記録ヘッド用基板の製造方
法。
【請求項８】請求項１ないし４のいずれか１項記載の
液体噴射記録ヘッド用基板を用いて形成した液体噴射記
録ヘッドと、該液体噴射記録ヘッドを搭載したキャリッ
ジと、前記液体噴射記録ヘッドに対向するように記録紙
を搬送する記録紙搬送装置を具備することを特徴とする
液体噴射記録装置。
【請求項９】請求項５ないし７のいずれか１項記載の
液体噴射記録ヘッド用基板の製造方法によって製造され
た液体噴射記録ヘッド用基板を用いて形成した液体噴射
記録ヘッドと、該液体噴射記録ヘッドを搭載したキャリ
ッジと、前記液体噴射記録ヘッドに対向するように記録
紙を搬送する記録紙搬送装置を具備することを特徴とす
る液体噴射記録装置。