JP2001253074A

JP2001253074A - サーマル式インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number: JP2001253074A
Application number: JP2000066178A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kamata; 英樹鎌田; Osamu Nakamura; 修中村; Satoshi Sakuraoka; 聡櫻岡
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁性の良い保護膜を均等に薄く被着した発熱
効率の良いサーマル式インクジェットプリンタヘッドを
提供する。【解決手段】印字ヘッド３０は共通電極３９、発熱部３
６、個別配線電極４１及びパッシベーション膜３４の上
に、珪素化合物単独又はこの珪素化合物にガラス質形成
剤を添加した皮膜形成用塗布液を用いて、回転式塗布装
置により皮膜を形成し、ホットプレートで乾燥し、更に
焼成炉で焼成して、段差平滑用回転塗布膜４８を形成す
る。これにより共通電極３９の側壁３９ａと個別配線電
極４１の側壁４１ａに形成されるハングオーバー部分の
段差の表面勾配を緩和した後、この段差平滑用回転塗布
膜４８の上に、物理的な気相成長法であるスパッタ或は
真空蒸着等により、又は化学的気相成長法によりＳｉＯ
₂等の均等な厚さの絶縁膜４９を成膜して、二層構造の
保護膜５０を形成する。均等な厚さの絶縁膜４９により
いずれの部分も漏れ無く良好な絶縁性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚が薄くても耐
腐食性及び絶縁性に優れる保護膜を備えた発熱素子を備
えてエネルギー効率が良く信頼性の高いサーマル式イン
クジェットプリンタヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、印字ヘッドからインクを用紙
面に吐出して印字を行うインクジェットプリンタがあ
る。このインクジェットプリンタによる印字方法は、印
字ヘッドのインク吐出面に多数配列されている微細な孔
（吐出ノズル）からインクの液滴を吐出させ、このイン
ク滴（印字ドット）を紙、布などの被記録材に着弾させ
て吸収させ、これにより文字や画像等の印字を行なうも
のであり、騒音の発生が少なく、特別な定着処理を要す
ることもなく且つフルカラー記録も比較的容易な記録方
法である。

【０００３】インクの液滴を吐出させる方法としては、
微細なインク加圧室に発熱部を配して、この発熱部に電
気パルスを与え高速でインクと発熱部の界面に気泡を発
生させ、その気泡の成長力を利用して吐出ノズルから液
滴を吐出させるサーマル式のインクジェットプリンタヘ
ッドがある。

【０００４】上記のサーマル式のインクジェットプリン
タヘッドには、インク滴の吐出方向により、二通りの構
成があり、一つは発熱部の発熱面に平行な方向へインク
を吐出する構成のものであり、他の一つは発熱部の発熱
面に垂直な方向にインクを吐出する構成のものである。
中でも発熱部の発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出す
る構成のものは、ルーフシュータ型インクジェットプリ
ンタヘッドと呼称されており、発熱部の発熱面に平行な
方向へインクを吐出する構成のものに比較して、消費電
力が極めて小さくて済むことが知られている。

【０００５】このルーフシュータ型のインクジェットプ
リンタヘッドの製法としては、例えば６×２．５４ｍｍ
以上の直径の一枚のシリコンウエハ上に例えば９０個以
上に区画された１０ｍｍ×１５ｍｍ程度の大きさの多数
のチップ基板の上に、ＬＳＩ形成技術と薄膜形成技術を
利用して、多数の発熱部と、これらを個々に駆動する駆
動回路とインク流路と吐出ノズルとを一括してモノリシ
ックに形成する方法がある。

【０００６】図４(a),(b),(c) は、そのような従来のイ
ンクジェットプリンタヘッド（以下、単に印字ヘッドと
いう）の製造方法を工程順に示す図であり、それぞれ一
連の工程においてチップ基板上に形成されていく状態の
概略の平面図と断面図を模式的に示している。尚、これ
らの図には、説明の便宜上、１列のみの吐出ノズルを備
えたモノクロ用印字ヘッドを示しているが、実際にはこ
のような印字ヘッドが複数個（通常は４個）連なった形
状で１個のチップ基板に形成されたものがフルカラー用
印字ヘッドとして一般的に実用化されている。

【０００７】また、同図(c) には２３個の吐出ノズルを
示しているが、実際には、設計上の方針によっても異な
るが６４個、１２８個、２５６個等、多数の吐出ノズル
が形成されるものである。

【０００８】図５(a),(b),(c) は、上段に図４(a),(b),
(c) の平面図をそれぞれ一部を拡大して詳細に示してお
り、図５(a),(b),(c) の中段には上段のＡ−Ａ′断面矢
視図（同図(a) 参照）を示し、下段には上段のＢ−Ｂ′
断面矢視図（同図(a) 参照）示している。また、同図
(a),(b),(c) の中段に示す断面図は、それぞれ図４(a),
(b),(c) の下に示す断面図と同一のものである。尚、図
５(a),(b),(c) には、図示する上での便宜上、本来は上
記のように６４個、１２８個又は２５６個というように
多数形成されるインク吐出ノズルを、５個のインク吐出
ノズルで代表させて示している。

【０００９】この印字ヘッドの製造方法は、先ず、工程
１として、４×２５．４ｍｍ以上のシリコン基板上に多
数細分化されたチップ基板の区画にそれぞれＬＳＩ形成
処理により駆動回路とその端子を形成すると共に、厚さ
１〜２μｍの酸化膜（Ｓi Ｏ ₂）を形成し、次に、工程
２として、薄膜形成技術を用いて、タンタル（Ｔａ）−
シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）又はＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ
（窒素）からなる発熱抵抗体膜と、Ｔｉ−Ｗ等の密着層
を介在させてＡｕなどによる電極膜を順次積層形成す
る。そして、電極膜と発熱抵抗体膜をフォトリソグラフ
ィー技術によって夫々パターニングし、条形の発熱抵抗
体膜の発熱部とする領域を露出させその両側の発熱抵抗
体膜に重ねて配線電極を形成して、発熱部と両側の配線
電極とからなる発熱素子を形成する。この工程で発熱部
の位置が決められる。

【００１０】図４(a) 及び図５(a) は、上記の工程１及
び工程２が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、チップ基板１の短手方向の一方の（図では右方の）
側端部近傍に沿って駆動回路２が形成され、チップ基板
１の長手方向の一方の（図では上方の）端部に駆動回路
端子２−１が形成されている（図４(a) 参照）。

【００１１】そして、その上からチップ基板１の全面に
形成されたパッシベーション膜３の上に、発熱部４が形
成されている。発熱部４の一方の端部に共通電極５が接
続され、他方の端部と駆動回路２との間に個別配線電極
６が接続されている。上記の発熱部４、共通電極５、及
び個別配線電極６は１組となって条形状にパターン化さ
れて、各条が発熱素子を形成し、所定の間隔で平行に並
設されている。

【００１２】これらの並設により、チップ基板１上に
は、発熱部列４′及び個別配線電極列２′が形成されて
いる。そして、共通電極５には、共通給電端子５−１が
形成されている（図４(a) 参照）。

【００１３】続いて、工程３として、個々の発熱部４に
対応するインク加圧室及びこれらのインク加圧室にイン
クを供給するインク流路を形成すべく感光性ポリイミド
などの有機材料からなる隔壁部材をコーティングにより
高さ２０μｍ程度に形成し、これをフォトリソ技術によ
りパターン化した後に、３００℃〜４００℃の熱を３０
分〜６０分加えるキュア（乾燥硬化、焼成）を行い、高
さ１０μｍ程度の上記感光性ポリイミドによる隔壁をチ
ップ基板上に形成・固着させる。更に、工程４として、
ウェットエッチングまたはサンドブラスト法などにより
上記チップ基板の面に細長のインク供給溝を形成し、更
にこのインク供給溝に連通し基板下面に開口するインク
給送孔を形成する。

【００１４】この工程４では、発熱部、配線電極、隔壁
などが形成されている表面側のインク供給溝と、裏面側
のインク給送孔では、形状が異なるため、表裏から別々
に加工を行う。例えば表面側にインク供給溝をチップ基
板の厚さ半分程度まで穿設し、裏面側からインク給送孔
を穿設して表裏に貫通させる。

【００１５】図４(b) 及び図５(b) は、上述の工程３及
び工程４が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、細長いインク供給溝７及び丸又は角形のインク給送
孔８が形成され、インク供給溝７の左側に位置する共通
電極５部分と、右方の個別配線電極６が配設されている
部分、及び各発熱部４と発熱部４の間に、隔壁９（シー
ル隔壁９−１、９−２、区画隔壁９−３）が形成されて
いる。

【００１６】上記の隔壁９は、個別配線電極６上のシー
ル隔壁９−２を櫛の胴とすれば、各発熱部４と発熱部４
との間に伸び出す区画隔壁９−３は櫛の歯に相当する形
状をなしている。これにより、この櫛の歯状の区画隔壁
９−３を仕切り壁として、その歯と歯の間の付け根部分
に発熱部４が位置する微細な区画部が、発熱部４の数だ
け形成される。

【００１７】この後、工程５として、ポリイミドからな
る厚さ１０〜３０μｍのフィルムのオリフィス板で、そ
の両面又は片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを
極薄に例えば厚さ２〜５μｍにコーテングした状態のも
のを、上記積層構造の最上層つまり隔壁の上に載置し、
真空中で２００〜５０℃で加熱しながら、９．８×１０
^-4Ｐａの数倍の圧力で加圧し、これを数１０分続けて、
そのオリフィス板を固着させる。続いて真空装置又はス
パッタ装置でＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡｌなどの厚さ０．
５〜１μｍ程度の金属膜をオリフィス板表面に蒸着す
る。

【００１８】更に、工程６として、オリフィス板表面の
上記金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエ
ッチングするマスクを形成し、続いて、例えばヘリコン
波によるドライエッチング等により上記の金属膜マスク
に従って吐出ノズルとして２０μｍφ〜４０μｍφの多
数の孔をオリフィス板に一括形成する。

【００１９】図４(c) 及び図５(c) は、上述した工程５
と工程６が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、オリフィス板１１が共通電極給電端子５−１及び駆
動回路端子２−１の部分を除く全領域を覆っており、シ
ール隔壁９−２及び区画隔壁９−３によって形成されて
いる区画部も上を覆われて隔壁９の厚さ１０μｍに対応
する高さの微細なインク加圧室１２を形成して、その開
口をインク供給溝７方向に向けている。そして、これら
インク加圧室１２の開口とインク供給溝７とを連通させ
る高さ１０μｍのインク流路１３が形成されている。

【００２０】そして、オリフィス板１１には、インク加
圧室１２の発熱部４に対向する位置に吐出ノズル１４が
ドライエッチングによって形成されている。これによ
り、６４個、１８個又は５６個の吐出ノズル１４を１列
に備えた多数のモノカラー用印字ヘッド１５がシリコン
ウェハ上に完成する。

【００２１】ここまでが、シリコンウェハの状態で処理
される。そして、最後に、工程７として、ダイシングソ
ーなどを用いてシリコンウェハをスクライブラインに沿
ってカッテングして、チップ基板単位毎に個別に分割
し、実装基板にダイボンデングし、端子接続して、実用
単位のモノカラー用印字ヘッドが完成する。

【００２２】上記のように１列の吐出ノズル１４を備え
たモノカラー用印字ヘッド１５はモノクロ用インクジェ
ットヘッドの構成であるが、通常フルカラー印字におい
ては、減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼン
タ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３色に、文字や画像の黒部分
に専用されるブラック（Ｂｋ）を加えて合計４色のイン
クを必要とする。したがって最低でも４列のノズル列が
必要である。そして上述した製造方法によればモノカラ
ー用印字ヘッド１５の構成をモノリシックに４列構成と
することは可能であり、各モノカラー用印字ヘッド１５
のノズル列の位置関係も今日の半導体の製造技術により
正確に配置することが可能である。

【００２３】図６(a) は、上述の図４及び図５に示した
チップ基板１、駆動回路２、駆動回路端子２−１、発熱
部４、共通電極５、共通電極給電端子５−１、個別配線
電極６、インク供給溝７、インク供給孔８、隔壁９、オ
リフィス板１１、インク加圧室１２、インク流路１３、
吐出ノズル１４の各部を１組としてなるモノカラー用印
字ヘッド１５をヘッド素子として、このヘッド素子をや
や大きく区画したチップ基板１６上に４列並べ、これに
より、１個のチップ基板１６に４列のノズル列１７（１
７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）を形成してフルカラー
用印字ヘッド１８を構成した例を示す図である。また、
図６(b) は、製造工程の途上にあるシリコウエハ１９上
における上記のフルカラー用印字ヘッド１８を示してい
る。

【００２４】続いて、上述した工程２における発熱抵抗
体膜からなる発熱部４とその両側の導電層からなる共通
電極５及び個別配線電極６の形成について更に詳しく説
明する。

【００２５】図７は、図４及び図５に示したチップ基板
１上における発熱部４と共通電極５及び個別配線電極６
を中心とする構成部分を更に詳しく示す模式的拡大断面
図である。尚、この図７は、図５(c) の中段に示す断面
図の詳細な拡大図であり、新たに図示する構成部分以外
の図５(a),(b),(c) に示した構成と同一構成部分には図
５(a),(b),(c) と同一の番号を付与して示している。

【００２６】図７に示すように、チップ基板１の裏面に
は絶縁層２１が形成され、表面には駆動回路２の上を含
む全面にパッシベーション膜３が形成されている。この
パッシベーション膜３の上一面に、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系の
厚さ１０００Å〜５０００Åの発熱抵抗体膜２２を形成
し、更にその上に、Ｗ−Ｔｉ系の厚さ１０００Å〜３０
００Åの下地配線膜２３と、Ａｕ等の厚さ３０００Å〜
１００００Åの上部配線膜２４を、スパッタ、真空蒸着
等の薄膜形成処理技術を用いて順次積層する。

【００２７】次に、フォトリソグラフィー技術を用いて
上部電極膜２４上にレジストパターンを形成した後、ヨ
ウ素系のエッチャントで上部配線膜２４をエッチング
し、次に過酸化水素系のエッチャントで下地配線膜２３
をエッチングし、フォトレジストを剥離・除去して、下
地電極膜２３と上部電極膜２４から成る二層構造の共通
電極５及び個別配線電極６を形成する。

【００２８】このように電極を二層構造にするのは、発
熱抵抗体膜２２と良導体の上部電極膜２４とでは良い接
着性が得られないため、発熱抵抗体膜２２と上部電極膜
２４との両方に良い接着性を有する下地電極膜２３を介
在させる必要があるからである。

【００２９】続いて、再びフォトリソグラフィー技術を
用いて、全面にレジストパターンを形成した後、露出し
ている発熱抵抗体膜２２をふっ酸系のエッチャントでエ
ッチングし、フォトレジストを剥・離除去して発熱部４
の発熱抵抗体膜パターンを形成する。この後、前述した
ように、隔壁９を形成し、オリフィス板１１を積層し、
インク加圧室１２を形成し、吐出ノズル１４を穿設す
る。

【００３０】ところで、上述のようなインクジェットプ
リンタヘッドを駆動して印字を行っていると、発熱部４
で膜気泡が発生するばかりでなく、共通電極５、個別配
線電極６、インク供給溝７の内壁、及びインク供給孔８
の内壁にも、微細な気泡が発生する。

【００３１】このようにインク流路内に気泡が発生する
と、インクの流動だけでなく、インク滴を吐出する際の
圧力の伝わり方にもその悪影響が及ぶようになり、全体
としてインクの良好な吐出性能を阻害し、印字品質を顕
著に低下させるという問題が発生する。

【００３２】上記の微細気泡発生の要因を調べてみる
と、次のようなことがわかった。通常のインクジェット
プリンタ用のインクは一般に弱電解質溶液である。そし
て、駆動回路２の論理回路には駆動回路端子２−１（図
４(a) 参照）を介して５Ｖの信号用電源電圧が供給さ
れ、共通電極５には給電用端子５−１（図４(a) 参照）
を介して発熱駆動用電源から１５〜２０Ｖの駆動電圧が
供給されている。また、チップ基板１は、図７に示すよ
うに、接地されている。そして、発熱部４、これに接続
する共通電極５と個別配線電極６の一部、及びインク供
給溝７とインク供給孔８の内壁は、インクに直接曝され
ている。

【００３３】他方、駆動回路２の不図示の駆動トランジ
スタからなるドライバがオフのときは、共通電極５、発
熱部４及び個別配線電極６は同電位になっており、チッ
プ基板１との間には、１５〜２０Ｖの電位差が生じてい
る。また、駆動回路２の不図示の論理回路により、いず
れかのドライバが選択されてオンとなり、給電用端子５
−１、共通電極５、発熱部４、個別配線電極６、接地配
線と順次電流が流れて、選択された発熱部４が発熱する
ときにおいても、個別配線電極６の電位は発熱部４での
電圧降下分共通電極５より低くなっているだけである。

【００３４】したがって、ドライバのオン／オフに拘ら
ず、発熱駆動用電源がオンしている間は、共通電極５、
発熱部４及び個別配線電極６は、接地されたチップ基板
１との間に略１５〜２０Ｖの電位差が生じており、共通
電極５及び個別配線電極６と、インク供給溝７及びイン
ク供給孔８の内壁との間に、インクの固有抵抗を介した
電気回路が形成される。

【００３５】そして、この電気回路に流れる電流による
電気化学反応によりインクが電気分解され、陽極側であ
る共通電極５、発熱部４、及び個別配線電極６では酸素
が発生し、陰極側であるインク供給溝７及びインク供給
孔８の内壁には水素が発生する。そして、これらが微細
な気泡となってインク吐出に悪影響を及ぼすということ
が判明した。

【００３６】また、上記のように発熱部４を発熱駆動す
る個別配線電極６及び共通電極５は前述したように、下
地電極膜２３と上部電極膜２４から成る二層構造の電極
層を一括してエッチングすることによって形成されてお
り、共通電極５及び個別配線電極６は、単に表面部ばか
りでなく、それらの二層構造電極の側壁５ａ及び６ａも
常時インクに接触している。

【００３７】一般に、固体または液体の異種の導電体の
相が接触したとき、両相の外部電位（表面すぐ外側の真
空部分の電位）の間に生じる電位差をボルタ電位差また
は接触電位差というが、両相が電荷を持たない金属であ
る場合、その接触電位差によって、電子の仕事関数の小
さい金属から大きい金属に向かってトンネル効果と呼ば
れる電子の移動が発生する。

【００３８】このような電子の移動は本来は両金属中の
電子の電気化学的ポテンシャルが等しくなるところで平
衝に達するが、上部電極膜２４（例えばＡｕ）と下地電
極膜２３（例えばＷ−Ｔｉ）の場合は、その側壁５ａ及
び６ａがインクという電解質の中に存在するため平衝反
応に到達することが無く、アノード溶解反応が連続的に
生じて接合部から腐蝕反応（電蝕作用）がどんどん進行
し、ついには印字ヘッド１５の構造破壊を引き起こす。

【００３９】図８は、上記の問題を解決すべく発熱部と
電極のインクとの接触面に絶縁保護膜を被着した従来の
構成を示す図である。尚、同図には、説明に必要な図７
に示した構成と同一構成部分には図７と同一の符号を付
与して示している。

【００４０】図８に示すように、共通電極５及び個別配
線電極６は発熱部４と共に絶縁保護膜２５によって全面
を覆われている。すなわち、共通電極５、発熱部４及び
個別配線電極６の表面ばかりでなく電極の二層構造を成
す下地電極膜２３と上部電極膜２４のインクに面する側
壁５′及び６′も絶縁保護層２５に覆われている。

【００４１】これにより、共通電極５、発熱部４及び個
別配線電極６が電解質（インク）から隔離された。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インク
の電気分解による微細気泡の発生や二層構造の配線電極
の腐蝕を確実に防止するには、絶縁保護膜に必要且つ十
分な絶縁性が要求される。ところが、下地配線膜２３と
上部配線膜２４のように特に二層構造の配線電極の場合
は、真空蒸着等で連続成膜すると、二層構造の合計の膜
厚が５０００Å〜１８０００Åになる電極膜において、
その側壁５ａ及び６ａの部分で、下地配線膜２３よりも
上部配線膜２４がオーバーハングして形成される傾向が
ある。

【００４３】このように、二層電極の側壁５ａ及び６ａ
がオーバーハング構造であると、スパッタ法又は真空蒸
着法により発熱部のエネルギー効率を低下させないよう
に３０００Å以下の厚さで絶縁保護膜を薄く成膜しよう
とすると、オーバーハング構造部の角部の絶縁保護膜の
厚さが他の部分よりも薄くなるという問題が発生する。

【００４４】一方、このような段差部分に対して被覆性
の良いプラズマＣＶＤ成膜法を用いた場合には、かなり
絶縁性が向上するが、これとても、下地配線膜２３より
も上部配線膜２４がオーバーハングしているような段差
が形成されている場合には、どうしても、側壁５ａ及び
６ａにおける配線膜と抵抗膜との段差部分に電界が集中
するため、十分な絶縁性を確保することは非常に困難で
あった。

【００４５】したがって、そのオーバーハング角部の耐
腐蝕性と確実な絶縁性を確保するために、つまりオーバ
ーハング角部の絶縁保護膜２５に充分な厚みを持たせる
ためには、少なくとも５０００Å以上、好ましくは１０
０００Å以上の厚さとなるように、絶縁保護膜２５を全
体的に厚く形成せざるを得ない。

【００４６】ところが、そうすると、発熱部４の上の絶
縁保護膜２５も厚くなるため、インク吐出の為のエネル
ギー効率（発熱効率）が低下し、低消費電力化に逆行す
るという問題が発生する。

【００４７】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
電極構造に拘わらず絶縁保護膜を均等な厚さで薄く被着
できて耐腐蝕性と絶縁性に優れる保護膜を備え、信頼性
が高く且つエネルギー効率の良いサーマル式インクジェ
ットプリンタヘッドを提供することである。

【００４８】

【課題を解決するための手段】以下に、本発明に係わる
サーマル式インクジェットプリンタヘッドの構成を述べ
る。本発明のサーマル式インクジェットプリンタヘッド
は、インクを加熱して気泡を発生させ該気泡の圧力によ
りインクを所定方向に噴射させて記録を行うサーマル式
インクジェットプリンタヘッドであって、基板上に、発
熱抵抗体層からなる発熱部の両端に配線電極層が電気的
に接続されて成るインクを加熱する為の発熱素子を複数
個設置し、上記発熱抵抗体層及び上記配線電極層の少な
くともインクと接触する表面で段差を形成する部分に絶
縁性を備えた保護膜を被覆し、該保護膜は、上記段差を
形成する部分の表面勾配を緩和するための段差平滑用膜
と絶縁膜とからなる多層膜で構成される。

【００４９】上記保護膜は、例えば請求項２記載のよう
に、上記発熱素子の表面に段差平滑用膜として回転塗布
膜を被着し、該段差平滑用回転塗布膜の上に絶縁膜を積
層してなることが好ましく、この場合、絶縁膜は、例え
ば請求項３記載のように、物理的気相成長法又は化学的
気相成長法により形成すると良い。

【００５０】また、例えば請求項４記載のように、上記
段差平滑用回転塗布膜は珪素化合物からなり、上記絶縁
膜も珪素化合物からなるように構成しても良い。また、
上記保護膜は、例えば請求項５記載のように、発熱素子
表面に上記絶縁膜を被着し、該絶縁膜の上に段差平滑用
回転塗布膜を積層してなるように構成してもよい。そし
て、この場合は、上記発熱抵抗体層は、例えば請求項６
記載のように、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系化合物からなり、
上記絶縁膜は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系化合物からなるように
構成するのが好ましい。

【００５１】更に、上記保護膜は、例えば請求項７記載
のように、上記発熱素子の表面に第１絶縁膜を被着し、
該第１絶縁膜の上に段差平滑用回転塗布膜を積層し、更
に該段差平滑用回転塗布膜の上に第２絶縁膜を積層して
なるように構成しても良い。そして、この場合は、上記
発熱抵抗体層は、例えば請求項８記載のように、Ｔａ−
Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系化合物からなり、上記第１絶縁膜は、Ｔ
ａ−Ｓｉ−Ｏ系化合物からなるように構成することが好
ましい。また、上記第１絶縁膜は、例えば請求項９記載
のように、その膜厚が上記第２絶縁膜の膜厚よりも薄く
形成されていることが好ましい。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に
おけるサーマル式のインクジェットプリンタヘッド（以
下、単に印字ヘッドという）の模式的側断面図である。
同図に示す印字ヘッド３０において、チップ基板３１、
裏面の絶縁層３２、表面の駆動回路３３、パッシベーシ
ョン膜３４、抵抗膜３５、発熱部３６、下地配線膜３
７、上部配線膜３８、これらから成る二層構造の共通電
極３９と個別配線電極４１、インク供給溝４２、インク
供給孔４３、隔壁４４、オリフィス板４５、インク加圧
室４６、及び吐出ノズル４７の構成は、図７に示した印
字ヘッド１５におけるチップ基板１、裏面の絶縁層２
１、表面の駆動回路２、パッシベーション膜３、抵抗膜
２２、発熱部４、下地配線膜２３、上部配線膜２４、共
通電極５、個別配線電極６、インク供給溝７、インク供
給孔８、隔壁９、オリフィス板１１、インク加圧室１
２、及び吐出ノズル１４の構成と同一である。

【００５３】そして、図１の印字ヘッド３０において
は、上記の共通電極３９、発熱部３６、個別配線電極４
１及びパッシベーション膜３４の上に被覆される絶縁保
護膜（以下、単に保護膜ともいう）５０の構成が、図７
の印字ヘッド１５の絶縁保護膜２５の構成と異なる。す
なわち、本例において、保護膜５０は、段差平滑用回転
塗布膜４８と絶縁膜４９とからなる二層構造の膜で形成
されている。

【００５４】本実施形態では、段差平滑用回転塗布膜４
８として、例えばＳｉＯ₂等の珪素化合物単独又はこの
珪素化合物にＰ、Ａｌ、Ａｓ、Ｔｉ等の化合物のガラス
質形成剤を添加したものを用いる。なお、ＳｉＯ₂等の
珪素酸化物に金属酸化物を含有させたものも、段差平滑
用回転塗布膜４８として好適に用いることができる。

【００５５】ＳｉＯ₂系の皮膜形成用塗布液を用いる場
合は、スピンナー等の回転式塗布装置により、濃度１．
５〜５．９（重量％）の塗布液を滴下し、チップ基板３
１つまりこれらのチップ基板３１が多数形成されている
シリコンウエハを、回転数１０００〜６０００（回毎
分）で一定時間回転させて、所望の厚さ例えば２００〜
２０００Åの範囲の厚さの皮膜、すなわち段差部の表面
勾配を緩和する為の段差平滑用回転塗布膜４８を塗布す
ることができる。

【００５６】この段差平滑用回転塗布膜４８の厚さを２
００〜２０００Åの範囲のいずれに設定するかは、上記
の塗布液濃度１．５〜５．９（重量％）とスピンナーの
回転数１０００〜６０００（回毎分）の条件を適宜に組
み合わせることにより達成される。この回転式塗布装置
により成膜される段差平滑用回転塗布膜は、常温、常圧
で容易に所望の皮膜が得られ、量産化が可能である。ま
た、塗布液の濃度やスピンナーの回転速度などを変えて
膜厚を自由にコントロールすることが容易にできる。

【００５７】この後、上記塗布後の溶剤を除去するため
に約１５０℃のホットプレートで数分間乾燥し、更に焼
成炉により４００〜５００℃で約３０分間焼成する。こ
れにより、図１に示すように、保護膜５０の下部層の皮
膜である段差平滑用回転塗布膜４８が完成する。これに
より、共通電極３９の側壁３９ａ及び個別配線電極４１
の側壁４１ａに形成されているオーバーハング部分の段
差の表面勾配が緩和される、つまり段差が平滑化され
る。

【００５８】尚、この段差平滑用回転塗布膜４８を形成
するための液体材料としては、最終膜の材質が絶縁性を
有していて回転塗布に適するものであれば、いずれの材
料を使用しても良い。また、２０００〜１００００Åの
皮膜を形成する場合は、珪素酸化物の含有量の多い皮膜
形成用塗布液を用いると良い。

【００５９】次に、上記の段差平滑用回転塗布膜４８の
上に、絶縁膜４９を形成する。この絶縁膜４９の成膜で
は、物理的な気相成長法（ＰＶＤ：Physical Vapor Dep
osition ）であるスパッタ、真空蒸着等により、ＳｉＯ
₂、ＴａＳｉＯ等の酸化物の薄膜を形成するか又は化学
的気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）
によりＳｉＯ₂、ＳｉＮ等の薄膜を成膜する。こによ
り、保護膜５０の上部層の皮膜である絶縁膜４９が完成
する。

【００６０】上述したように段差平滑用回転塗布膜４８
によって予め共通電極３９の側壁３９ａ及び個別配線電
極４１の側壁４１ａに形成されているオーバーハング部
分の段差部の表面勾配が緩和されているので、上記の絶
縁膜４９は、段差平滑用回転塗布膜４８の上に均等な厚
さで且つ薄く形成することができる。

【００６１】すなわち、発熱部３６の発熱抵抗体膜厚５
０００Å〜１８０００Åに対して、段差平滑用回転塗布
膜４８を膜厚５００Å〜２０００Åで形成し、その上
に、絶縁膜４９を膜厚５００Å〜３０００Åで形成する
ことができる。上記のように絶縁膜４９は、共通電極３
９の側壁３９ａ及び個別配線電極４１の側壁４１ａのハ
ングオーバー部分においても、その部分の表面勾配が緩
和された上に均等な厚さに形成されるので、電極の表面
は勿論のこと、側壁３９ａ及び４１ａの部分においても
充分な絶縁性が得られる。

【００６２】尚、上記の絶縁膜４９は、絶縁性を有する
材料であれば材質については特に限定されるものではな
いが、下部層の段差平滑用回転塗布膜４８が珪素化合物
系である場合は上部層の絶縁膜４９も珪素化合物である
方が密着性等の面で良い結果が得られる。

【００６３】図２は、第２の実施の形態における印字ヘ
ッドの模式的側断面図である。尚、同図に示す印字ヘッ
ド３０′においては、保護膜以外の部分の構成は、図１
に示した印字ヘッド３０と同一の構成であるので、説明
に要する部分と新たな構成の保護膜の部分以外には番号
の付与を省略している。

【００６４】図２に示す印字ヘッド３０′において、発
熱部３６、共通電極３９、個別配線電極４１及びパッシ
ベーション膜３４の上に形成される保護膜５１は、下部
層の絶縁膜５２と上部層の段差平滑用回転塗布膜５３と
から成る。本例では、上記の発熱部３６を形成する抵抗
膜３５は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系化合物からなる薄膜で
形成されており、絶縁膜５２はＴａ−Ｓｉ−Ｏ系化合物
からなる絶縁膜である。そして、先に絶縁膜５２を下部
層として形成し、この絶縁膜５２の上に絶縁性のある段
差平滑用回転塗布膜５３を形成する。すなわち、図１の
印字ヘッド３０の場合とは、絶縁膜と段差平滑用回転塗
布膜の成膜の順序が入れ代わって逆になっている。

【００６５】成膜の順序が入れ代わることに応じて成膜
の方法も変り、最初に物理的気相成長法又は化学的気相
成長法によるＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の絶縁層５２が５００Å
〜３０００Åの厚さで成膜され、次に回転式塗布装置に
よる段差平滑用回転塗布膜５３が厚さ５００Å〜２００
０Åで成膜される。

【００６６】このように、電極の側壁下方角部の絶縁性
に問題を有するにも拘らず絶縁層の形成を先に行う理由
は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系（又はＴａ−Ｓｉ−Ｏ系でも
良い）から成る発熱部３６を形成する抵抗膜３５は、大
気中でアニールした場合、表面にＴａ−Ｓｉ−Ｏ系との
密着性の良い自己酸化膜が形成されるからであり、使用
されるインクの導電性が低く、インクによる腐蝕や電気
分解の問題よりもキャビテーション損傷の問題が重要視
される場合、すなわち、発熱部３６と絶縁層５２との密
着性が問われる場合には、このように、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ
−Ｎ系又はＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の発熱部３６の上にＴａ−
Ｓｉ−Ｏ系の絶縁膜５２を積層した方が相互の密着性が
よく、良好なキャビテーション耐性が得られるからであ
る。

【００６７】とはいえ、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系の絶縁膜５２
は、通常スパッタにより成膜するため、上述したように
電極の側壁の段差部分の保護が不十分である。この保護
の不充分な段差部分を更に保護して、この部分の絶縁性
を確保するために、絶縁膜５２の上に更に絶縁性の段差
平滑用回転塗布膜５３を成膜する。これにより、絶縁膜
５２の絶縁性の不充分な側壁段差部分の表面勾配が緩和
されて、必要な絶縁性が確保される。

【００６８】図３は、第３の実施の形態における印字ヘ
ッドの模式的側断面図である。尚、同図に示す印字ヘッ
ド３０″において、新たな構成となる保護膜以外の部分
の構成は、図１に示した印字ヘッド３０と同一の構成で
あるので、それらの構成部分には図１と同一の番号を付
与して示している。また、図３には、隔壁及びオリフィ
ス板の図示を省略している。

【００６９】図３に示す印字ヘッド３０″は、共通電極
３９、発熱部３６、個別配線電極４１及びパッシベーシ
ョン膜３４の上に被覆される保護膜５４は、共通電極３
９、発熱部３６、個別配線電極４１及びパッシベーショ
ン膜３４の上に直接被着される第１絶縁膜５５、この第
１絶縁膜５５の上に積層された段差平滑用回転塗布膜５
６、この段差平滑用回転塗布膜５６に積層された第２絶
縁膜５７から成る。

【００７０】このように保護膜５４を多層構造とし、こ
の場合も発熱部３６つまり抵抗膜３４にはＴａ−Ｓｉ−
Ｏ−Ｎ系化合物を用い、これに直接重畳される第１絶縁
膜５５にはＴａ−Ｓｉ−Ｏ系化合物を用いて、厚さ１０
０Å〜２００Åμｍで成膜する。また、段差平滑用回転
塗布膜５６には上述したような適宜の皮膜形成用液体材
料を用いて厚さ５００Å〜２０００Åで成膜する。そし
て、更にその上に第２絶縁膜５７を適宜な絶縁皮膜形成
材料を用いて厚さ５００Å〜３０００Åで成膜する。

【００７１】上記のようにＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系化合物
の発熱部３６に対して第１絶縁膜５５がＴａ−Ｓｉ−Ｏ
系化合物であるので、発熱部３６と第１絶縁膜５５との
密着性は極めて強く、優れたキャビテーション耐性を有
する発熱部３６の構造が得られる。

【００７２】また、この第１絶縁膜５５の電極側壁下方
角部の段差部の表面勾配を段差平滑用回転塗布膜５６に
よって緩和した後、第２の絶縁層５７を積層しているの
で、この最も絶縁性が要求される部分に対してより確実
な絶縁性が得られる。

【００７３】尚、上記の例では、段差平滑用膜として回
転塗布膜を用いているが、段差平滑用膜はこれに限ら
ず、浸漬法等の他の方法によっても形成することが可能
である。

【００７４】また、第１絶縁膜５５の膜厚が第２絶縁膜
５７の膜厚よりも薄く形成されているが、第１絶縁膜５
５、第２絶縁膜５７ともに同じ厚さであっても良く、ま
た、第１絶縁膜５５の膜厚が第２絶縁膜５７の膜厚より
も厚くなるように形成しても良い。

【００７５】更にまた、表面平滑性を重視する場合は、
保護膜５４の三層構造を、上記のように第１絶縁層、段
差平滑用回転塗布膜、第２絶縁層とするのではなく、第
１段差平滑用回転塗布膜、絶縁層、第２段差平滑用回転
塗布膜となるように構成しても良い。

【００７６】加えて、本発明は、発熱素子とその駆動回
路を同一基板上に設置したモノリシック型インクジェッ
トプリンタヘッドに限らず、発熱素子と駆動回路基板を
別個の基板に配設したインクジェットプリンタヘッドに
も好適に適用できることは勿論である。

【００７７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、発熱素子に被着する保護膜を段差平滑膜と絶縁膜
からなる多層構造膜とするので、電極が多層に形成され
て側壁や端面にオーバーハング状の段差が形成されてい
ても必要最小限な膜厚で必要な絶縁性及び耐腐食性を十
分に確保することができ、耐キャビテーション性に優れ
ると共にインクの電気分解による気泡の発生が確実に防
止され且つエネルギー効率に優れたインクジェットプリ
ンタヘッドを提供することができる。

【００７８】即ち、本発明の第１の実施の形態のように
構成することにより、発熱部や電極を保護する保護膜
を、インクと直接接触する発熱部、共通電極及び個別配
線電極に液状材料を用いて段差平滑用回転塗布膜を形成
して二層構造の電極側壁に形成される段差部分の表面勾
配を緩和した後その上に絶縁膜を成膜して形成するの
で、薄いながらも均一な厚さの絶縁膜を形成することが
可能となり、これにより、保護膜の厚さを抑制して発熱
部のエネルギー損失を低減させてエネルギー効率を高め
ると共に信頼性の高い絶縁性保護膜を有する高密度で高
精細なサーマル式インクジェットプリンタヘッドを提供
することが可能となる。

【００７９】また、本発明の第２の実施の形態のように
構成することにより、発熱部との密着性が良い絶縁膜を
先に成膜してから絶縁性を有する液体材料を用いて段差
平滑用回転塗布膜を形成するので、キャビテーション耐
性により優れた発熱部を形成すると共に絶縁性の不充分
な側壁段差部分の表面勾配が緩和されて、より良い絶縁
性が確保されるようになる。

【００８０】また、本発明の第３の実施の形態のように
構成することにより、保護膜を、発熱部と密着性の良い
絶縁膜と段差平滑用回転塗布膜と他の絶縁膜から成る三
層構造とするので、薄い保護膜ながらエネルギー効率、
絶縁性、キャビテーション耐性が共に良好なサーマル式
インクジェットプリンタヘッドの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるサーマル式のインク
ジェットプリンタヘッドの模式的側断面図である。

【図２】第２の実施の形態におけるサーマル式のインク
ジェットプリンタヘッドの模式的側断面図である。

【図３】第３の実施の形態におけるサーマル式のインク
ジェットプリンタヘッドの模式的側断面図である。

【図４】(a),(b),(c) は従来の印字ヘッドの製造方法を
工程順に模式的に示す概略の平面図と断面図である。

【図５】(a),(b),(c) の上段は図４(a),(b),(c) の一部
拡大詳細図、中段は上段のＡ−Ａ′断面矢視図、下段は
上段のＢ−Ｂ′断面矢視図である。

【図６】(a) はモノカラー用印字ヘッドを１個のチップ
基板上に４列並べてフルカラー用印字ヘッドを構成した
例を示す図、(b) は製造工程の途上にあるシリコウエハ
上におけるフルカラー用印字ヘッドを示す図である。

【図７】従来の発熱部、共通電極及び個別配線電極を中
心する構成部分を更に詳しく示す模式的拡大断面図であ
る。

【図８】電極腐蝕の問題を解決すべく提案されている電
極の側壁部分の絶縁膜の構成を示す図である。

【符号の説明】

１チップ基板２駆動回路２−１駆動回路端子３パッシベーション膜４発熱部４′ 発熱部列５共通電極５ａ側壁５−１共通電極給電端子６個別配線電極６ａ側壁６′ 個別配線電極列７インク供給溝８インク給送孔９隔壁９−１、９−２シール隔壁９−３区画隔壁１１オリフィス板１２インク加圧室１３インク流路１４吐出ノズル１５モノカラー用インクジェットプリンタヘッド１６チップ基板１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）ノズル列１８フルカラー用インクジェットプリンタヘッド１９シリコウエハ２１絶縁層２２抵抗膜２３下地電極膜２４上部電極膜２５絶縁保護膜３０、３０´、３０″ サーマル式インクジェットプリ
ンタヘッド３１チップ基板３２絶縁層３３駆動回路３４パッシベーション膜３５抵抗膜３６発熱部３７下地配線膜３８上部配線膜３９共通電極４１個別配線電極４２インク供給溝４３インク供給孔４４隔壁４５オリフィス板４６インク加圧室４７吐出ノズル４８、５３段差平滑用回転塗布膜４９、５２絶縁膜５０、５１、５４保護膜５５第１絶縁膜５６段差平滑用回転塗布膜５７第２絶縁膜

フロントページの続き (72)発明者櫻岡聡東京都青梅市今井３丁目10番６号カシオ計算機株式会社青梅事業所内Ｆターム(参考） 2C057 AF53 AF66 AF70 AG46 AG99 AP02 AP52 AP53 AP54 AP57 BA04 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを加熱して気泡を発生させ該気泡
の圧力によりインクを所定方向に噴射させて記録を行う
サーマル式インクジェットプリンタヘッドであって、基板上に、発熱抵抗体層からなる発熱部の両端に配線電
極層が電気的に接続されて成るインクを加熱する為の発
熱素子を複数個設置し、前記発熱抵抗体層及び前記配線
電極層の少なくともインクと接触する表面で段差を形成
する部分に絶縁性を備えた保護膜を被覆し、該保護膜は、前記段差を形成する部分の表面勾配を緩和
するための段差平滑用膜と絶縁膜とからなる多層膜であ
ることを特徴とするサーマル式インクジェットプリンタ
ヘッド。
【請求項２】前記保護膜は、前記発熱素子の表面に段
差平滑用回転塗布膜を被着し、該段差平滑用回転塗布膜
の上に絶縁膜を積層してなることを特徴とする請求項１
記載のサーマル式インクジェットプリンタヘッド。
【請求項３】前記絶縁膜は、物理的気相成長法又は化
学的気相成長法により形成されることを特徴とする請求
項２記載のサーマル式インクジェットプリンタヘッド。
【請求項４】前記段差平滑用回転塗布膜は、珪素化合
物からなり、前記絶縁膜も珪素化合物からなることを特
徴とする請求項２記載のサーマル式インクジェットプリ
ンタヘッド。
【請求項５】前記保護膜は、発熱素子表面に前記絶縁
膜を被着し、該絶縁膜の上に段差平滑用回転塗布膜を積
層してなることを特徴とする請求項１記載のサーマル式
インクジェットプリンタヘッド。
【請求項６】前記発熱抵抗体層は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−
Ｎ系化合物からなり、前記絶縁膜は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系
化合物からなることを特徴とする請求項５記載のサーマ
ル式インクジェットプリンタヘッド。
【請求項７】前記保護膜は、前記発熱素子の表面に第
１絶縁膜を被着し、該第１絶縁膜の上に段差平滑用回転
塗布膜を積層し、更に該段差平滑用回転塗布膜の上に第
２絶縁膜を積層してなることを特徴とする請求項１記載
のサーマル式インクジェットプリンタヘッド。
【請求項８】前記発熱抵抗体層は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−
Ｎ系化合物からなり、前記第１絶縁膜は、Ｔａ−Ｓｉ−
Ｏ系化合物からなることを特徴とする請求項７記載のサ
ーマル式インクジェットプリンタヘッド。
【請求項９】前記第１絶縁膜は、その膜厚が前記第２
絶縁膜の膜厚よりも薄く形成されていることを特徴とす
る請求項７又は８記載のサーマル式インクジェットプリ
ンタヘッド。