JPH07101066A

JPH07101066A - インクジェット記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH07101066A
Application number: JP24466393A
Authority: JP
Inventors: Teruo Ozaki; 照夫尾崎; Hiroshi Sugitani; 博志杉谷; Masami Ikeda; 雅実池田; Masami Kasamoto; 雅己笠本; Masaaki Izumida; 昌明泉田; Masahiko Tonogaki; 雅彦殿垣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】インクジェット記録ヘッドのヒーター上で起
こるコゲーションを防止して、長期間使用した場合にお
いても初期の印字品位を維持することができるインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法を提供する。【構成】インクジェット記録ヘッド基板の製造時にお
いて、耐キャビテーション膜上に、フォトリソグラフィ
ー法で使用するレジストの残渣が残らない様にポジレジ
ストを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
てインクを吐出口から吐出させて記録を行うインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーを利用して吐出口からイン
ク等の記録用インクを吐出、飛翔させ、紙、プラスチッ
クシート、布等の被記録媒体に記録用インクを付着させ
る事によって記録を行うインクジェット記録方法は、ノ
ンインパクト式の記録方法であり、騒音が少ない事、被
記録媒体に特に制限が無い事、またカラー画像記録が容
易にできる事などの利点を有している。そして、このよ
うなインクジェット記録装置については、その構造がシ
ンプルであり、インクの吐出口を高密度に配設できると
ともに、当該記録装置の高速化も比較的容易に達成でき
るといった利点がある。こうした事から、前述したイン
クジェット記録方法は社会的に注目され、該記録法につ
いて幾多の研究が成されている。ちなみに、該インクジ
ェット記録方法を実施する幾つかのインクジェット記録
装置が市場化されて実用に付されている。

【０００３】図６は上記のようなインクジェット記録装
置に使用される記録ヘッドの要部を破断して示す斜視図
であり、また図７は図６に示す記録ヘッドのインク路に
沿った基板に垂直な面での要部を示す断面図である。

【０００４】図６及び図７に示すように記録ヘッドは、
一般にインクジェット記録ヘッド用基体２０８を有して
いる。該インクジェット記録ヘッド用基体２０８は、次
のように構成されている。即ち、インク等の記録液を吐
出する為の複数の吐出口２０７、それら吐出口２０７の
夫々に対応したインク路２０６、各インク路２０６に記
録液としてのインクを供給するための液室２１０、そし
てインクに熱エネルギーを付与するための発熱抵抗体２
０２’と該発熱抵抗体２０２に電気信号を供給するため
の配線２０３ａ、２０３ｂとを具備する電気熱変換体２
１３が配されてなるものである。

【０００５】上記インクジェット記録ヘッド用基体２０
８は、具体的には、一般に図７に示すように、基板２０
１上に抵抗層２０２を設け、この抵抗層２０２上に、良
好な電気伝導性を有する材料で構成される配線層２０３
が積層されている。そして、該配線層２０３が配されて
いない部分の抵抗層２０２が発熱して、上記発熱抵抗体
２０２’となる構成のものである。

【０００６】この構成においては、配線２０３ａ、２０
３ｂを介して発熱抵抗体２０２’に電気信号が印加され
ると、該発熱抵抗体２０２’は発熱するところとなる。
一般に、インクジェット記録ヘッド用基体２０８におい
ては、配線２０３ａ、２０３ｂや発熱抵抗体２０２’を
被覆する目的で、保護層２０４が設けられている。この
保護層２０４は、インクとの接触や、このインクの浸透
による発熱抵抗体２０２’或は配線２０３ａ、２０３ｂ
の電蝕や電気的絶縁破壊を防止する事に寄与している。
また保護層２０４上には、一般に耐キャビテーション層
２０９が設けられる。該耐キャビテーション層２０９
は、保護層２０４と発熱抵抗体２０２’を該発熱抵抗体
２０２’が発熱してインクの吐出がなされる際に気泡が
消泡して発生するキャビテーションから守る目的で設け
られる。

【０００７】また、基板２０１と抵抗層２０２との間に
は、一般に、蓄熱層２１２が設けられる。この蓄熱層２
１２は、発熱抵抗体２０２’に電圧印加されたエネルギ
ーをインクに効率良く伝えるようにするために設けられ
るもので、該蓄熱層２１２は、熱伝導度の悪い材料で構
成される。

【０００８】この様に、基板上に形成される発熱抵抗層
や電極、保護層等は、一般に半導体や印刷の分野で用い
られているフォトリソグラフィー法によって形成され
る。

【０００９】ここで、フォトリソグラフィー法とは、基
板上にパターニングを行いたいときに、基板上にパター
ンを形成するためのパターン形成層を設け、該パターン
形成層上に感光性材料からなるレジストを設け、該レジ
ストに所望のパターンの露光を行いエッチングに対する
マスキング層を形成する。その後パターン形成層をエッ
チングして所望のパターンを作成し、最後に、残ったレ
ジストを除去（剥離）することによってパターニングが
完成する方法である。

【００１０】上記のフォトリソグラフィー法に使用され
るレジストは、その性質によって２つに分類される。１
つは露光された部分が溶解可能となるポジ型レジスト
（以下ポジレジストと称する）、もう１つは露光された
部分が硬化して未露光部分のみが溶解可能となるネガ型
レジスト（以下ネガレジストと称する）である。このポ
ジレジストとネガレジストは主に、パターンの形状によ
って使い分けられている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなインクジェット記録ヘッドにおいては、インクを加
熱して気泡を発生させる為、ヒーター上の耐キャビテー
ション層表面は２００〜５００℃程度まで昇温する。こ
の熱がインクを局部的に炭化させ、結果としてコゲーシ
ョンと呼ばれるヒーター上の耐キャビテーション層表面
の炭化物の蓄積が起こり、熱の発生の分布を悪化させ、
発泡を阻害し、インクの吐出に影響を与え、印字品位を
低下させるという問題点があった。

【００１２】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、インクジェット記録ヘッドのコゲーシ
ョンによる印字不良を無くす事ができるインクジェット
記録ヘッドの製造方法を提供することを目的としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドの製造方法は、インクを吐出する為の吐出口
と、該吐出口に連通しインクを保持するインク路と、前
記インクに熱エネルギーを付与するための発熱抵抗体と
該発熱抵抗体に電気信号を供給するための配線とを具備
する電気熱変換体と、少なくとも該電気熱変換体を覆い
フォトリソグラフィー法によってパターニングされる保
護層と、前記電気熱変換体が設けられる基板と、を具備
するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
記保護層の少なくとも熱発生部上のインクと接する部分
のパターニングをポジレジストを用いたフォトリソグラ
フィー法によって形成するようにしたものである。

【００１４】

【作用】本発明によれば、インクと接する膜の形成後、
フォトリソグラフィー法によってパターニングする際、
ポジレジストを使うことで、コゲーションの発生を極力
押さえることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１６】記録ヘッドのコゲーションを防止するため
の手段としては、上述のようにコゲーションの少ないイ
ンクを用いることはもちろんであるが、本発明者らは各
インクジェット記録ヘッドによってもコゲーションの発
生率が異なることに着目し、そこで様々な条件で記録ヘ
ッドを作成したところ、上述のパターニング時に行われ
るフォトリソグラフィー法において、レジストとしてネ
ガレジストを用いたときにコゲーションの発生率が非常
に高くなっていることを発見した。更に、ネガレジスト
によって形成された耐キャビテーション膜を顕微鏡にて
観察したところ、表面に微小な残渣が見受けられた。

【００１７】また本発明者らは、耐キャビテーション膜
形成後にフォトリソグラフィー法によってパターニング
する際、ネガレジスト剥離後に表面の凹凸に存在する微
小な残渣が前記インクの場合と同様にコゲーションを引
き起こすことに着目した。また、この残渣は、一般的な
ネガレジストウエット剥離法より強いウエット剥離法及
びプラズマアッシング法によっても完全に除去できず、
コゲーションを引き起こすという結論に至った。

【００１８】すなわち、インクジェット記録ヘッドの基
板の製造工程において、耐キャビテーション膜上にフォ
トリソグラフィー法で使用するレジストの残渣が残らな
いようにポジレジストを選択すれば、コゲーションの発
生は極めて少ない。一方ネガレジストを選択すれば、コ
ゲーションは発生してしまう。この減少の差異は以下の
ように考えることができる。

【００１９】ネガレジストのパターニング後の剥離は、
フェノール系溶剤（例えば東京応化社製７０２剥離剤）
による有機剥離あるいはプラズマアッシングが一般的で
ある。ところが、ネガレジストは通常数万〜数十万の分
子からなる高分子重合体であるため、溶剤あるいはアッ
シングによっても簡単には分解しないという性質を持っ
ている。そのため、上記方法によっても、処理が不十分
の場合、残渣残りという問題を起こしている。そして、
微視的に見れば。例えばＳｉ基板の微細な凹凸の間にこ
の残渣がしばしば残ると考えられる。

【００２０】一方、これに対し、ポジレジストは通常５
０００の分子からなる高分子重合体であり、ネガレジス
トと比較すれば、かなり小さな単位の重合体であり、溶
剤あるいはアッシングによって簡単に分解できるという
性質を持っている。

【００２１】本発明に用いられるポジレジストとして
は、通常フォトリソグラフィー法に用いられている微細
加工用のポジレジストを使用することができるが、代表
的にはＯＦＰＲ−８３（商品名：東京応化社製）、ＯＦ
ＰＲ−８００（商品名：東京応化社製）、ＯＦＰＲ−５
０００（商品名：東京応化社製）、ＯＦＰＲ−８６００
（商品名：東京応化社製）といったものを挙げることが
できる。

【００２２】更に、コゲーションが発生するのは主に耐
キャビテーション膜上であることから、それ以外の部分
においてはネガレジストを用いたフォトリソグラフィー
法を行っても構わないが、好ましくはインクに接する部
分のパターニングは、ポジレジストを用いる方が望まし
い。

【００２３】次に、図１〜図６により、本発明を更に詳
細に説明する。

【００２４】（実施例１）図１に示すインクジェット記
録ヘッド用の基板１００において、成膜直前の同一装置
内でシリコン基板１０１表面をプラズマクリーニングに
より該表面を正常化した。蓄熱層１０２は熱酸化法によ
りＳｉＯ₂ を１．２μｍの厚さに形成させ、更に層間絶
縁を兼ねる蓄熱層１０３をプラズマＣＶＤ法によりＳｉ
Ｏ_N を１．２μｍの厚さに堆積させた。次に、反応性ス
パッタリング法により以下の条件でＴａＮ膜を成膜して
発熱抵抗体となる抵抗層１０４を形成した。すなわち、
窒素ガス分圧比が２４％、アルゴンガス（Ａｒ）と窒素
ガス（Ｎ₂ ）の混合ガスの全圧が７．５ｍＴｏｒｒ、ス
パッタリングＤＣパワーが２．０ＫＷ、雰囲気温度が２
００℃、基板温度が２００℃で実施した。

【００２５】このようにして形成したＴａＮ膜の上の熱
作用部（熱発生部）１０８に、インクを吐出させるため
に発生する熱エネルギーを供給するための導電体である
Ａｌを５５００Åの厚さにスパッタリング法により堆積
させてＡｌ合金配線１０５を形成した。該Ａｌ層は発熱
抵抗体の堆積後、大気中に取り出す前に同一装置内で連
続的にスパッタリングにより成膜する。この連続成膜に
より、抵抗層１０４とＡｌ合金配線１０５とからなる電
気熱変換体１０９は不純物や水分の侵入が抑制されると
共に、両層の密着性が良く信頼性の高い記録ヘッドの基
体の作成が可能である。

【００２６】その後、上記Ａｌ層とＴａＮ層を所定の形
状にパターニングする。パターニングは、例えば東京応
化（株）社製のポジ型フォトレジストのＯＦＰＲ−８３
を用いて、フォトリソグラフィー法によって選択的なエ
ッチングを行うことで達成した。この工程においては、
フォトレジストはポジ型だけでなく、ネガ型フォトレジ
ストでも構わない。なお、レジスト膜厚は２〜３μｍと
した。次にレジストをプラズマアッシング法により除去
後、プラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ₂ を１μｍの厚
さに堆積させ、その後ＤＣスパッタリング法によりＴａ
膜を２０００Åの厚さに堆積させて、耐キャビテーショ
ン層１０７とした。そして、その後、上述の本発明の方
法によってパターニングを行った。即ち、東京応化
（株）社製のポジ型フォトレジストＯＦＰＲ−８３を用
いて、Ｔａのパターニング、また、ワイヤボンディング
用パッドの穴開けとしてＳｉＯ₂ のパターニングを実施
した。何れのポジ型フォトレジストの除去もプラズマア
ッシング法によって実施した。このようにして完成した
インクジェット記録ヘッド用基板に、ポリサルフォンか
らなる流路溝と吐出口が形成された溝付き天板を接合す
ることによって、インクジェット記録ヘッドを完成し
た。

【００２７】（実施例２）耐キャビテーション膜上のポ
ジレジストの除去をフェノール系溶剤（例えば東京応化
社製７０２剥離剤）による有機剥離によって行った。そ
れ以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを
作成した。

【００２８】（実施例３）耐キャビテーション膜上のパ
ターニングに使用されるポジレジストをＯＦＰＲ−８０
０（商品名：東京応化社製）に変えて行った。それ以外
は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作成し
た。

【００２９】（実施例４）耐キャビテーション膜上のパ
ターニングに使用されるポジレジストをＯＦＰＲ−８０
０（商品名：東京応化社製）に変えて行った。それ以外
は実施例２と同様にインクジェット記録ヘッドを作成し
た。

【００３０】（比較例１）耐キャビテーション膜上のパ
ターニングに使用されるレジストをネガレジストＯＭＲ
−８３（商品名：東京応化社製）に変えて行った。それ
以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作
成した。

【００３１】（比較例２）耐キャビテーション膜上のパ
ターニングに使用されるレジストをネガレジストＯＭＲ
−８３（商品名：東京応化社製）に変えて行った。それ
以外は実施例２と同様にインクジェット記録ヘッドを作
成した。

【００３２】以上の実施例１〜４、比較例１、２で作成
されたそれぞれのインクジェット記録ヘッドに対して１
０⁶ パルスのインク吐出を行った後、耐キャビテーショ
ン膜上を観察した結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】上記表１から明らかなように、剥離の方法
にかかわらず、レジストによってコゲーションの発生に
差があるのは明白である。

【００３５】図２は上述したインクジェット記録ヘッド
用基板１００の各層を成膜する成膜装置の概略を示す模
式図である。図中、３０２は直流電源３０６の負側に接
続された電極であり、成膜材３０４がヒータ３０５によ
り熱せられて基板３１１上に膜形成が行われる。３０８
はケース３０９に取り付けられたヒータで、ケース３０
９にはＡｒ＋Ｎ₂ 混合ガスの吸気管３１０と排気管３０
７が設けられている。

【００３６】図３は本発明により製造されるインクジェ
ット記録ヘッド用基板１８００の一例を模式的に示す断
面図である。図中１８０１，１８０４はシリコン基板、
１８０２，１８０３及び１８０５〜１８１１は電極１８
１２〜１８１４のドライバ構成部分である。また、１８
１８は抵抗層、１８１９は保護層、１８２０は熱作用部
１８２２を有した耐キャビテーション層である。

【００３７】図４は上述の記録ヘッドを用いたインクジ
ェット記録装置２１００の一例を示す斜視図である。キ
ャリッジ２１２０に載置された記録ヘッドは矢印ａ，ｂ
方向に移動し、記録紙Ｐ上に印字が行われる。

【００３８】図５は上述のインクジェット記録ヘッド用
基板の主要素子を示す断面図である。図中、２４０１は
シリコン基板、２４１４及び２４１６は蓄熱層、２４１
７はＡｌ合金配線、２４１９は抵抗層、２４２２耐キャ
ビテーション層、２４５５はその熱作用部である。

【００３９】なお、インクジェット記録ヘッド以外の分
野でも本発明を適用することも可能である。

【００４０】例えば、半導体素子の製造においては、通
常の段差を持つＩＣディスクリート素子では、ポジレジ
ストとネガレジストの差は見られない。ところが、深い
溝を持ち、その中にレジストが染み込んでいく可能性が
あるもの、例えば、バンプメッキを素子上に形成したも
のは、メッキがキノコ状に形成し、素子との透き間に残
渣が残りやすい。そして透き間に残った残渣は、半導体
の最終工程であるシンター工程の約４００℃の温度で分
解し、金属を腐食させる。例えば、銀バンプメッキ品
は、下地にＡｕより安価なＴｉ−Ａｇ膜をしばしば用い
るが、このＴｉ膜が残渣の分解時に腐食し、銀バンプメ
ッキとの界面剥離を引き起こし、信頼性上大きな問題と
なる。しかし、このメッキ工程において、ポジレジスト
を用いればこの様な問題は起きない。即ちレジストの残
渣が完全に除去されるので、熱により分解しＴｉを腐食
させることがない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明した様に、インクジェット記録
ヘッド基板の製造時において、耐キャビテーション膜上
に、フォトリソグラフィー法で使用するレジストの残渣
が残らない様にポジレジストを選択することで、インク
ジェット記録ヘッドのコゲーションによる印字不良を無
くすことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板
の構成を示す断面図である。

【図２】本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板
の各層を成膜する成膜装置の構成図である。

【図３】本発明により製造されるインクジェット記録ヘ
ッド用基板の一例を模式的に示す断面図である。

【図４】本発明に係る記録ヘッドを用いたインクジェッ
ト記録装置の一例を模式的に示す斜視図である。

【図５】本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板
の主要素子を模式的に示す断面図である。

【図６】インクジェット記録ヘッドを模式的に示す斜視
図である。

【図７】インクジェット記録ヘッドの一般的な構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

１０１、２４０１シリコン基板１０２、２４１４蓄熱層１０３、２４１６蓄熱層１０４、２４１９抵抗層（発熱抵抗体）１０５、２４１７Ａｌ合金配線１０６保護層１０７、２４２２耐キャビテーション層１０８、２４５５熱作用部（熱発生部）１０９電気熱変換体２０６インク路２０７吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笠本雅己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 (72)発明者泉田昌明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 (72)発明者殿垣雅彦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】インクを吐出する為の吐出口と、該吐出
口に連通しインクを保持するインク路と、前記インクに
熱エネルギーを付与するための発熱抵抗体と該発熱抵抗
体に電気信号を供給するための配線とを具備する電気熱
変換体と、少なくとも該電気熱変換体を覆いフォトリソ
グラフィー法によってパターニングされる保護層と、前
記電気熱変換体が設けられる基板と、を具備するインク
ジェット記録ヘッドの製造方法において、前記保護層の少なくとも熱発生部上のインクと接する部
分のパターニングをポジレジストを用いたフォトリソグ
ラフィー法によって形成することを特徴とするインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法。