JPH11240157A - Ink jet recording head, substrate therefor, production of substrate and ink jet recorder - Google Patents
Ink jet recording head, substrate therefor, production of substrate and ink jet recorderInfo
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- JPH11240157A JPH11240157A JP10361042A JP36104298A JPH11240157A JP H11240157 A JPH11240157 A JP H11240157A JP 10361042 A JP10361042 A JP 10361042A JP 36104298 A JP36104298 A JP 36104298A JP H11240157 A JPH11240157 A JP H11240157A
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- B41J2/135—Nozzles
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- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/14129—Layer structure
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インクを吐出して
記録を行うインクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基
板、該基板の製造方法及びインクジェット記録装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head for performing recording by discharging ink, a substrate for the head, a method of manufacturing the substrate, and an ink jet recording apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】米国特許第４７２３１２９号公報あるい
は米国特許第４７４０７９６号公報等に開示されている
インクジェット記録方式は、高速、高密度で高精度、高
画質の記録が可能で、かつカラー化、コンパクト化に適
している。このインクジェット記録方式を用いる、熱エ
ネルギーを利用してインクを発泡させて記録媒体にイン
クを吐出する記録ヘッドは、インクを発泡させるための
発熱抵抗体とこれに電気的接続を行う配線とを同一の基
板上に作製してインクジェット記録ヘッド用基板とし、
さらにその上にインクを吐出させるためのノズルを形成
した構成が一般的である。2. Description of the Related Art The ink jet recording system disclosed in U.S. Pat. No. 4,723,129 or U.S. Pat. No. 4,740,796 is capable of high-speed, high-density, high-precision, high-quality recording, and is colorized and compact. Is suitable for A recording head that uses this ink jet recording method and uses a thermal energy to foam ink to discharge ink to a recording medium uses the same heating resistor for foaming ink and the wiring for electrical connection to the resistor. It is made on the substrate of the above and used as a substrate for an ink jet recording head,
Further, a configuration in which a nozzle for discharging ink is formed thereon is generally used.
【０００３】そして、このインクジェット記録ヘッド用
基板は、一方では投入する電気エネルギーの省力化、他
方ではインクの発泡にともなう機械的ダメージおよび熱
パルスによる発熱部の破壊による基板の寿命の低下を防
ぐために、様々な工夫がなされている。とりわけ一対の
配線パターンの間に位置する発熱部を有する発熱抵抗体
をインクから保護する保護膜については、多くの工夫が
なされている。On the one hand, the substrate for the ink jet recording head is used to save the electric energy to be supplied and, on the other hand, to prevent mechanical damage due to the bubbling of the ink and to reduce the life of the substrate due to the destruction of the heat generating portion due to the heat pulse. , Various ideas have been made. In particular, many measures have been devised for a protective film for protecting a heating resistor having a heating portion located between a pair of wiring patterns from ink.
【０００４】この保護膜は、熱の効率から見ると、熱伝
導率の高いもの、あるいは薄い方が有利である。ところ
が一方、インクの発泡にともなう機械的ダメージや膜の
欠陥の確率からすると、厚い方が有利である。さらに保
護膜は、発熱抵抗体に接続する配線をインクから守ると
いう役目もあり、厚さに関して言えば、発熱抵抗体部よ
りむしろ配線部を保護する目的によって一層の制限を受
ける。[0004] From the viewpoint of heat efficiency, it is advantageous that the protective film has a high thermal conductivity or is thin. On the other hand, from the viewpoint of the probability of mechanical damage and film defects due to foaming of the ink, the thicker is more advantageous. Further, the protective film also has a role of protecting the wiring connected to the heating resistor from ink, and the thickness is further restricted by the purpose of protecting the wiring portion rather than the heating resistor portion.
【０００５】詳述すると、一般的に発熱抵抗体の表面は
非常に平滑であり、その上の保護膜が緻密に形成され得
るのに対し、配線は一般的にＡｌからなり、Ａｌの表面
は製造時の熱の影響を受けやすく、表面に凹凸が比較的
あり、さらにＡｌの厚さは約５００ｎｍ程度の厚さがあ
るため、段差部の保護膜の膜質が悪くなりやすい。以上
の点から、保護膜の厚さはある程度の、実際には１μｍ
程度の厚さが必要になっている。More specifically, the surface of the heating resistor is generally very smooth, and a protective film thereon can be formed densely, whereas the wiring is generally made of Al, and the surface of Al is Since the surface is relatively susceptible to heat at the time of manufacture, the surface is relatively uneven, and the thickness of Al is about 500 nm, the quality of the protective film in the stepped portion is likely to be deteriorated. In view of the above, the thickness of the protective film is a certain level,
A certain thickness is required.
【０００６】発熱抵抗体上の保護膜をできる限り薄く
し、かつ配線上の保護機能を安定させるために、特開平
０８−１１２９０２号公報には、発熱抵抗体上の保護膜
を部分的に薄膜化する方法が記載されている。この方法
では、発熱抵抗体上の保護膜のみを薄くすることで、投
入するエネルギーの低減と寿命の安定化を達成すること
ができる。In order to make the protection film on the heating resistor as thin as possible and to stabilize the protection function on the wiring, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-112902 discloses that the protection film on the heating resistor is partially thinned. It describes how to make it. In this method, by reducing the thickness of only the protective film on the heating resistor, it is possible to reduce the input energy and stabilize the life.
【０００７】しかしながら、この例では、まず発熱抵抗
体と配線パターンを下地となる酸化シリコン膜上に形成
し、次に酸化シリコンを第１層目の保護膜として形成
し、次にパターニングによって発熱抵抗体の発熱部上の
保護膜を部分的に除去し、最後に窒化シリコンを第２層
目の保護膜として形成するために、以下のような問題が
あった。However, in this example, a heating resistor and a wiring pattern are first formed on a silicon oxide film serving as a base, then silicon oxide is formed as a first protective film, and then the heating resistor is formed by patterning. Since the protective film on the heat generating portion of the body is partially removed, and finally silicon nitride is formed as the second protective film, there are the following problems.
【０００８】部分的な保護膜の除去は、通常ウェットエ
ッチングでなされる。そして、エッチング液としては、
一層目の保護膜が酸化シリコンならばフッ化水素系のエ
ッチング液が用いられる。また、発熱抵抗体はＨｆＢ2
やＴａＮからなるのが一般的であるが、これらはフッ化
水素系のエッチング液ではダメージを受けない。The removal of the partial protective film is usually performed by wet etching. And as an etchant,
If the first protective film is silicon oxide, a hydrogen fluoride-based etchant is used. The heating resistor is HfB 2
And TaN, which are generally not damaged by a hydrogen fluoride-based etchant.
【０００９】ここで局部的に保護膜を除去する部分を発
熱抵抗体の発熱部の領域より数μｍ程度内側とした場
合、製造工程上の問題はないが、発熱部の全面積より内
側の比較的小さい領域となるために、熱効率が低下す
る。When the portion where the protective film is locally removed is set to be several μm inside the region of the heating portion of the heating resistor, there is no problem in the manufacturing process. Since the region is extremely small, the thermal efficiency decreases.
【００１０】一方、配線および発熱抵抗体とその下の基
板との段差を覆いながら形成した一層目の保護膜の膜質
は、その段差部分で悪くなっていることがある。そのた
め、発熱抵抗体の発熱部より広く一層目の保護層を除去
した場合、発熱抵抗体とその下の基板との段差の近くを
エッチングすることになるので、膜質の比較的悪い段差
部に沿ってアンダーカットが進行し、膜内部に空孔が発
生し、結果としてヘッド用基板の寿命を低下させること
がある、という問題が生ずる。ここで、段差部の一層目
の膜質が悪くなるのは、発熱抵抗体のエッチングとして
微細化のために垂直エッチングを採用することが多く、
断面がはぼ９０°に切り立っていることもその要因と考
えられる。従って、アンダーカットを極力なくすために
は、一層目の保護膜のエッチング時間を厳密に管理する
ことが必要であった。On the other hand, the quality of the first protective film formed while covering the step between the wiring and the heating resistor and the substrate thereunder may be deteriorated at the step. Therefore, if the first protective layer is removed more widely than the heating portion of the heating resistor, etching is performed near the step between the heating resistor and the substrate therebelow. As a result, a problem arises in that undercutting proceeds, voids are generated inside the film, and as a result, the life of the head substrate is shortened. Here, the film quality of the first layer in the stepped portion is deteriorated because vertical etching is often employed for miniaturization as the etching of the heating resistor.
It is also considered that the cross section is steep at about 90 °. Therefore, in order to minimize the undercut, it is necessary to strictly control the etching time of the first protective film.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の問題点を解決し、発熱抵抗体の発熱部をできるだけ広
く利用し、また高熱効率で省エネルギー構造でありなが
ら、工程管理が容易で寿命の長いインクジェット記録ヘ
ッド、該ヘッド用基板、該基板の製造方法及びインクジ
ェット記録装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the conventional problems, to use the heat-generating portion of a heat-generating resistor as widely as possible, and to have a high thermal efficiency and energy-saving structure, yet easy to manage the process. An object of the present invention is to provide an ink jet recording head having a long life, a substrate for the head, a method of manufacturing the substrate, and an ink jet recording apparatus.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体
と、該発熱抵抗体に電気的に接続する配線と、前記発熱
抵抗体と前記配線との上にそれらを保護するために設け
られる保護膜と、を有するインクジェット記録ヘッド用
基板上に、インクを吐出する吐出口に連通するインク路
が設けられたインクジェット記録ヘッドであって、前記
保護膜が、前記発熱抵抗体と前記配線とを覆う第１層保
護膜と、該第１層保護膜上に該第１層保護膜とは異なる
材料で形成され前記発熱抵抗体の前記発熱部に対応する
箇所に開口を有し無機材料からなる第２層保護膜と、該
第２層保護膜と前記開口から露出した前記第１層保護膜
とを覆う、前記第１層保護層と同じ材料系の第３層保護
膜と、を含むことを特徴とする。According to the present invention, there is provided an ink jet recording head comprising: a heating resistor for forming a heating portion on a substrate; wiring electrically connected to the heating resistor; An ink jet recording head provided with an ink path communicating with an ejection port for ejecting ink, on a substrate for an ink jet recording head having a protective film provided for protecting them on wiring and the above, A first layer protection film covering the heating resistor and the wiring, and a protection layer formed of a material different from the first layer protection film on the first layer protection film; A second layer protective film made of an inorganic material and having an opening at a position corresponding to the second layer, and covering the second layer protective film and the first layer protective film exposed from the opening, the same as the first layer protective layer. And a material-based third layer protective film. And it features.
【００１３】また本発明のインクジェット記録ヘッド用
基板は、基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該
発熱抵抗体に電気的に接続する配線と、前記発熱抵抗体
と前記配線との上にそれらを保護するために設けられる
保護膜と、を有するインクジェット記録ヘッド用基板で
あって、前記保護膜が、前記発熱抵抗体と前記配線とを
覆う第１層保護膜と、該第１層保護膜上に該第１層保護
膜とは異なる材料で形成され前記発熱抵抗体の前記発熱
部に対応する箇所に開口を有し無機材料からなる第２層
保護膜と、該第２層保護膜と前記開口から露出した前記
第１層保護膜とを覆う、前記第１層保護層と同じ材料系
の第３層保護膜と、を含むことを特徴とする。The substrate for an ink jet recording head according to the present invention may further comprise a heating resistor forming a heating portion on the substrate, a wire electrically connected to the heating resistor, and a wire connecting the heating resistor and the wire. A protective film provided thereon for protecting them, wherein said protective film is a first-layer protective film covering said heating resistor and said wiring; A second layer protection film made of an inorganic material and formed on the layer protection film with a material different from that of the first layer protection film and having an opening at a position corresponding to the heat generating portion of the heating resistor; And a third layer protection film of the same material type as the first layer protection layer, which covers the protection film and the first layer protection film exposed from the opening.
【００１４】また本発明のインクジェット記録ヘッド用
基板の製造方法は、基板上に、発熱部を形成する発熱抵
抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する配線と、前記
発熱抵抗体と前記配線との上にそれらを保護するために
設けられる保護膜と、を有するインクジェット記録ヘッ
ド用基板の製造方法であって、前記発熱抵抗体と前記配
線とを覆う様に、第１層保護膜を形成する工程と、前記
第１層保護膜上に該第１層保覆膜とは異なる無機材料の
膜を形成する工程と、前記発熱抵抗体の前記発熱部に対
応する箇所にある前記無機材料の膜をエッチングして除
去することにより、前記箇所に開口を有する第２層保護
膜を形成する工程と、前記第２層保護膜と前記開口から
露出した前記第１層保護膜とを覆う様に、前記第１層保
護層と同じ材料系の第３層保護膜を形成する工程と、を
含むことを特徴とする。Further, according to the method of manufacturing a substrate for an ink jet recording head of the present invention, a heating resistor for forming a heating portion on the substrate, a wiring electrically connected to the heating resistor, the heating resistor, A protective film provided on the wiring to protect them, and wherein the first layer protective film is formed so as to cover the heating resistor and the wiring. Forming, forming a film of an inorganic material different from the first layer protective film on the first layer protective film, and forming the inorganic material at a position corresponding to the heat generating portion of the heat generating resistor. Forming a second-layer protective film having an opening at the location by etching the film, and covering the second-layer protective film and the first-layer protective film exposed from the opening. The same material system as the first protective layer Characterized in that it comprises a step of forming a third layer protecting film.
【００１５】また本発明のインクジェット記録装置は、
前記のインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット
記録ヘッドを搭載するための部材と、を具備することを
特徴とする。Further, the ink jet recording apparatus of the present invention comprises:
It is characterized by comprising the above-mentioned ink jet recording head and a member for mounting the ink jet recording head.
【００１６】この様な本発明では、第１層保護膜が発熱
抵抗体と配線を覆うので、発熱抵抗体や配線のパターン
の隅部の段差が緩和される。従って、その上に形成され
る第２層保護膜の膜質が改善され、第２層保護膜をエッ
チングしても、段差部に沿ってオーバーエッチングが進
行することが実質的にない。In the present invention, since the first layer protective film covers the heating resistor and the wiring, the step at the corner of the pattern of the heating resistor and the wiring is reduced. Therefore, the film quality of the second-layer protective film formed thereon is improved, and even if the second-layer protective film is etched, over-etching does not substantially proceed along the step.
【００１７】そして、第１層保護膜と同じ材料系の第３
層保護膜は、発熱部上に残る第１層保護膜と合わさって
発熱部の保護膜となる一方、配線上では第１層保護膜及
び第２層保護膜の上に積層されて少なくとも３層構造の
保護膜を形作る。このように、複数層に分かれて膜形成
が行われるので、１層の保護膜のどこかに欠陥があった
としても、複数層構造の保護膜全体のどこかに欠陥が発
生する確率を極めて小さくすることができる。A third material of the same material system as the first protective film is used.
The layer protective film is combined with the first layer protective film remaining on the heat generating portion to form a protective film for the heat generating portion, and on the wiring, is laminated on the first layer protective film and the second layer protective film to form at least three layers. Form protective film of structure. As described above, since the film formation is performed in a plurality of layers, even if there is a defect somewhere in the protective film of one layer, the probability that the defect will occur somewhere in the whole protective film of the multilayer structure is extremely high. Can be smaller.
【００１８】この様に、本発明によれば、省エネルギー
と寿命安定性と工程管理の簡便性とを兼ね備えたインク
ジェット記録ヘッド、該ヘッド用基板、該基板の製造方
法及びインクジェット記録装置を提供することができ
る。As described above, according to the present invention, there is provided an ink jet recording head, a substrate for the head, a method for manufacturing the substrate, and an ink jet recording apparatus having both energy saving, life stability and easy process control. Can be.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】本発明に係るインクジェット記録
ヘッドは、基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体に電気的に接続する配線と、発熱抵抗体と
配線との上にそれらを保護するために設けられる保護膜
と、を有するインクジェット記録ヘッド用基板上に、イ
ンクを吐出する吐出口に連通するインク路が設けられた
構造をもつものである。保護膜は、発熱抵抗体と配線と
を覆う第１層保護膜と、該第１層保護膜上に該第１層保
護膜とは異なる材料で形成され発熱抵抗体の発熱部に対
応する箇所に開口を有し無機材料からなる第２層保護膜
と、該第２層保護膜と開口から露出した前記第１層保護
膜とを覆う、第１層保護層と同じ材料系の第３層保護膜
と、を含む。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An ink jet recording head according to the present invention comprises: a heating resistor for forming a heating portion on a substrate;
A discharge port for discharging ink on an ink jet recording head substrate having a wiring electrically connected to the heating resistor, and a protective film provided on the heating resistor and the wiring to protect the wiring. Has a structure in which an ink path communicating with is provided. The protection film includes a first layer protection film covering the heating resistor and the wiring, and a portion formed on the first layer protection film with a material different from the first layer protection film and corresponding to a heating portion of the heating resistor. A second layer protective film made of an inorganic material having an opening in the first layer, and a third layer of the same material system as the first layer protective layer, covering the second layer protective film and the first layer protective film exposed from the opening. A protective film.
【００２０】本発明において、第２層保護膜の材料は、
主に製造上の理由により、第１層保護膜とは異なる材料
で形成される。通常は、第２層保護膜の開口をエッチン
グで形成することから、第２層保護膜の方が第１層保護
膜よりエッチングされやすい材料で形成されていること
が好ましい。すなわち、第１層保護膜材料より第２層保
護膜材料のエッチング速度が大きくなるように材料を選
ぶことが好ましく、特に選択比（第２層保護膜材料のエ
ッチング速度／第１層保覆膜材料のエッチング速度）が
１０以上あることが好ましく、２０以上あることが一層
好ましい。In the present invention, the material of the second protective film is
It is formed of a material different from the first layer protective film mainly for manufacturing reasons. Usually, since the opening of the second layer protection film is formed by etching, it is preferable that the second layer protection film is formed of a material which is more easily etched than the first layer protection film. That is, it is preferable to select a material such that the etching rate of the second layer protective film material is higher than that of the first layer protective film material. In particular, the selection ratio (etching rate of second layer protective film material / first layer protective film) (Etching rate of the material) is preferably 10 or more, more preferably 20 or more.
【００２１】また、本発明において、第１層保護膜と第
３層保護膜とは、主に発熱部の開口における膜同士の密
着強度の観点から、同じ材料系からなる。ここで、第２
層保護膜は、前述した様に第１層保護膜及び第３層保護
膜と異なる材料で形成されるが、第１層保護膜及び第３
層保護膜と同じ材料系からなることが好ましい。「同じ
材料系」とは、シリコンを含む材料であることが特に好
ましい。この様な材料として、第１層保護膜及び第３層
保護膜を窒化シリコンで形成し、第２層保護膜を酸化シ
リコンで形成することが好適である。Further, in the present invention, the first layer protection film and the third layer protection film are made of the same material system mainly from the viewpoint of the adhesion strength between the films at the opening of the heat generating portion. Here, the second
As described above, the layer protective film is formed of a different material from the first layer protective film and the third layer protective film.
It is preferable to use the same material as the layer protective film. The “same material system” is particularly preferably a material containing silicon. As such a material, it is preferable that the first-layer protection film and the third-layer protection film are formed of silicon nitride, and the second-layer protection film is formed of silicon oxide.
【００２２】第２層保覆膜を、ボロンまたはリンを含む
酸化シリコンで形成すると、窒化シリコン膜とのエッチ
ングレート差をさらに大きくとることができるので好ま
しい。 本発明において、第１層保護膜の膜厚は、通常
０．０１〜０．５μｍ、好ましくは０．０１〜０．１μ
ｍである。また、第２層保護膜の膜厚は、通常０．３〜
１．５μｍ、好ましくは０．５〜１．０μｍである。第
３層保護膜の膜厚は、通常０．１〜１．０μｍ、好まし
くは０．１〜０．５μｍである。It is preferable that the second layer protective film be formed of silicon oxide containing boron or phosphorus, because the difference in etching rate with the silicon nitride film can be further increased. In the present invention, the thickness of the first layer protective film is usually 0.01 to 0.5 μm, preferably 0.01 to 0.1 μm.
m. The thickness of the second protective layer is usually 0.3 to
It is 1.5 μm, preferably 0.5 to 1.0 μm. The thickness of the third protective film is usually 0.1 to 1.0 μm, preferably 0.1 to 0.5 μm.
【００２３】[0023]
【実施例】以下に実施例を示して、本発明をさらに詳細
に説明する。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
【００２４】（実施例１）図２は本発明のインクジェッ
ト記録ヘッド用基板の要部を示す模式的上面図である。
図１は、図２中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線によって切断し
た模式的側断面図である。Embodiment 1 FIG. 2 is a schematic top view showing a main part of an ink jet recording head substrate according to the present invention.
FIG. 1 is a schematic side sectional view taken along a dashed line X1-X2 in FIG.
【００２５】図１および図２に示すように、Ｓｉ基板１
１の上に、蓄熱層１２として酸化シリコン膜が形成され
ており、その上に発熱抵抗体層１３、配線１４としてＡ
ｌ層がそれぞれ所定のパターン形状に形成されている。
一対の配線１４同士の間隙にある発熱抵抗体層１３の部
分が発熱部２０となる。As shown in FIG. 1 and FIG.
1, a silicon oxide film is formed as a heat storage layer 12, and a heating resistor layer 13 and an A
The l layers are each formed in a predetermined pattern shape.
The portion of the heating resistor layer 13 in the gap between the pair of wirings 14 becomes the heating portion 20.
【００２６】この発熱抵抗体層１３および配線１４を覆
う様に、第１層保護膜１５として窒化シリコン層、発熱
抵抗体層の発熱部２０上に開口を有する第２層保護膜１
６として酸化シリコン層、第３層目保護膜１７として窒
化シリコン膜、更には発泡及び消泡時の衝撃やキャビテ
ーション破壊からの保護を主目的とした耐キャビテーシ
ョン膜１８のＴａ膜が順に形成されている。A first layer protective film 15 is formed of a silicon nitride layer and a second layer protective film 1 having an opening on the heat generating portion 20 of the heat generating resistor layer so as to cover the heat generating resistor layer 13 and the wiring 14.
A silicon oxide layer is formed as 6, a silicon nitride film is formed as the third protective film 17, and a Ta film of an anti-cavitation film 18 mainly for protecting against impact and cavitation damage during foaming and defoaming is formed in this order. I have.
【００２７】この構造をもつインクジェット記録ヘッド
用基体の製造方法を、図３および図４の（ａ）〜（ｇ）
を用いて説明する。The method of manufacturing a substrate for an ink jet recording head having this structure will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【００２８】図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１に
熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって、発熱抵
抗体の下地としての蓄熱層１２となる酸化シリコン膜を
形成する。As shown in FIG. 3A, a silicon oxide film serving as a heat storage layer 12 as a base of a heating resistor is formed on a Si substrate 11 by a thermal oxidation method, a sputtering method, a CVD method, or the like.
【００２９】次に図３（ｂ）に示すように、蓄熱層１２
上に、反応性スパッタリングにより、発熱抵抗体層１３
となるＴａＮ層１３ａを約１００ｎｍ、配線１４となる
Ａｌ層１４ａをスパッタリングにより５００ｎｍの厚さ
に形成する。Next, as shown in FIG.
The heating resistor layer 13 is formed thereon by reactive sputtering.
The TaN layer 13a to be about 100 nm is formed, and the Al layer 14a to be the wiring 14 is formed to a thickness of 500 nm by sputtering.
【００３０】次に、フォトリソグラフィ法を用いて、Ａ
ｌ層１４ａをウェットエッチングし、さらにＴａＮ層１
３ａをリアクティブエッチングし、断面形状が図３
（ｃ）(平面形状は図１を参照のこと)のような配線１４
および発熱抵抗体層１３を形成する。発熱部２０は、Ａ
ｌ層１４ａが除去されて発熱抵抗体層１３が露出してお
り、配線パターン１４に電流を流したときに発熱が生じ
る。Next, using photolithography, A
1 layer 14a is wet-etched, and the TaN layer 1
3a is reactively etched, and its sectional shape is shown in FIG.
(C) Wiring 14 as shown in FIG.
Then, the heating resistor layer 13 is formed. The heating unit 20 is A
The heat generating resistor layer 13 is exposed by removing the l layer 14a, and heat is generated when a current flows through the wiring pattern 14.
【００３１】次に、図３（ｄ）に示すように、第１層保
護膜１５として窒化シリコン膜を２００ｎｍ、さらに第
２層保護膜１６となる酸化シリコン膜１６ａをＣＶＤ法
によって５００ｎｍの厚さに形成する。Next, as shown in FIG. 3D, a 200 nm thick silicon nitride film as the first protective film 15 and a 500 nm thick silicon oxide film 16a as the second protective film 16 are formed by CVD. Formed.
【００３２】次に、フォトリソグラフィ法を用いて、発
熱抵抗体の発熱部２０上の酸化シリコン膜１６ａを部分
的にフッ化水素液を用いてエッチングして、図４（ｅ）
に示すように第２層保護膜１６を形成する。このとき、
段差３０が形成される。Next, the silicon oxide film 16a on the heat-generating portion 20 of the heat-generating resistor is partially etched using a hydrogen fluoride solution by using a photolithography method.
A second protective layer 16 is formed as shown in FIG. At this time,
A step 30 is formed.
【００３３】次に、図４（ｆ）に示すように、第３層保
護膜１７として窒化シリコンを３００ｎｍの厚さにＣＶ
Ｄ法を用いて形成する。Next, as shown in FIG. 4F, a silicon nitride film having a thickness of 300 nm
Formed using Method D.
【００３４】次に、図４（ｇ）に示すように、スパッタ
リング法によって耐キャビテーション膜１８としてのＴ
ａを２００ｎｍの厚さに形成する。Next, as shown in FIG. 4 (g), a T.sub.
a is formed to a thickness of 200 nm.
【００３５】最後にフォトリソグラフィ法によってＴａ
膜及び第１〜第３層保護膜をエッチングし、外部電源と
の接続に必要なＡｌ電極による電極パッドを露出させる
ことにより、インクジェット記録ヘッド用基板の要部の
製造を完了する。Finally, Ta is formed by photolithography.
The film and the first to third protective layers are etched to expose an electrode pad formed of an Al electrode necessary for connection to an external power supply, thereby completing the manufacture of the main part of the substrate for an inkjet recording head.
【００３６】このようにして製造したインクジェット記
録ヘッド用基板を用いてインクジェットヘッドを組み立
て、その性能を確認したところ、省電力及び長寿命を達
成できた。An ink-jet head was assembled using the substrate for an ink-jet recording head thus manufactured, and its performance was confirmed. As a result, power saving and long life were achieved.
【００３７】（実施例２）第２層保護膜としてボロンま
たはリンをドープした酸化シリコンを用いることを除
き、実施例１と同様にしてインクジェット記録ヘッドを
製造した。その結果、フッ化水素液に対するエッチング
レートが速くなり、第１層保護膜の材料である窒化シリ
コンとの選択比がさらに大きくなった。これにより、第
２層保護膜のエッチング時におきる第１層保護膜に対す
るダメージが軽減するので、さらに第２層保護膜を厚く
することができる。従って、省電力でありながら、配線
層の保護を一層確実に図ることができる。(Example 2) An ink jet recording head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that silicon oxide doped with boron or phosphorus was used as the second layer protective film. As a result, the etching rate with respect to the hydrogen fluoride solution was increased, and the selectivity with respect to silicon nitride as the material of the first protective film was further increased. This reduces damage to the first layer protection film during etching of the second layer protection film, so that the second layer protection film can be further thickened. Therefore, it is possible to more reliably protect the wiring layer while saving power.
【００３８】以上の実施例において、米国特許第４，４
２９，３２１号公報の様に、発熱抵抗体を駆動する集積
回路を同一のＳｉ基板内に作り込んでもよい。この場
合、集積回路部分は、配線部分と同様に、第１層保護
膜、第２層保護膜および第３層保護膜で覆われているこ
とが好ましい。In the above embodiment, US Pat.
As described in JP-A-29,321, an integrated circuit for driving a heating resistor may be formed in the same Si substrate. In this case, it is preferable that the integrated circuit portion is covered with the first-layer protection film, the second-layer protection film, and the third-layer protection film, similarly to the wiring portion.
【００３９】（他の実施例）以下、本発明のインクジェ
ットヘッド用基板を適用可能なインクジェットヘッド及
びインクジェット装置について説明する。図５は、この
ようなインクジェットヘッドを示す模式的部分破断斜視
図である。エッチング、蒸着スパッタリング等の半導体
プロセス工程を経て、基板１１０２上に成膜形成された
電気熱変換体１１０３、配線１１０４、液路壁１１０
５、天板１１０６から構成されているインクジェットヘ
ッドが示されている。(Other Embodiments) Hereinafter, an ink jet head and an ink jet apparatus to which the substrate for an ink jet head of the present invention can be applied will be described. FIG. 5 is a schematic partially broken perspective view showing such an ink jet head. An electrothermal transducer 1103, a wiring 1104, and a liquid path wall 110 formed on the substrate 1102 through a semiconductor process such as etching and vapor deposition sputtering.
5, an ink jet head constituted by a top plate 1106 is shown.
【００４０】記録用液体１１１２は図示していない液体
貯蔵室から液体供給管１１０７を通してヘッド１１０１
の共通液室１１０８内に供給される。図中、１１０９は
液体供給管用コネクタである。共通液室１１０８内に供
給された液体１１１２はいわゆる毛管現象により液路１
１１０内に供給され、液路先端の吐出口面（オリフィス
面）でメニスカスを形成することにより安定に保持され
る。A recording liquid 1112 is supplied from a liquid storage chamber (not shown) to a head 1101 through a liquid supply pipe 1107.
Is supplied into the common liquid chamber 1108 of the liquid crystal display. In the figure, reference numeral 1109 denotes a liquid supply pipe connector. The liquid 1112 supplied into the common liquid chamber 1108 is supplied to the liquid path 1 by so-called capillary action.
The liquid is supplied into the liquid channel 110 and is stably held by forming a meniscus at the discharge port surface (orifice surface) at the tip of the liquid path.
【００４１】ここで、電気熱変換体１１０３に通電する
ことにより、電気熱変換体面上の液体が急峻に加熱さ
れ、液路中に気泡が生起され、その気泡の膨張、収縮に
より吐出口１１１１から液体を吐出し液滴が形成され
る。Here, when electricity is supplied to the electrothermal converter 1103, the liquid on the electrothermal converter surface is rapidly heated, and bubbles are generated in the liquid path. The liquid is discharged to form droplets.
【００４２】図６は、本発明が適用されるインクジェッ
ト装置の要部を示す模式的斜視図である。駆動モータ５
０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，
５００９を介して回転するリードスクリュー５００４の
螺旋溝５００５に対して係合するキャリッジＨＣはピン
(不図示)を有し、矢印方向に往復移動される。５００２
は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって紙を
プラテン５０００に対して押圧する。５００７，５００
８はフォトカプラでキャリッジのレバー５００６のこの
域での存在を確認してモータ５０１３の回転方向切替等
を行うためのホームポジション検知手段である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a main part of an ink jet apparatus to which the present invention is applied. Drive motor 5
013, the driving force transmission gear 5011,
The carriage HC engaging with the spiral groove 5005 of the lead screw 5004 rotating via the
(Not shown), and is reciprocated in the direction of the arrow. 5002
Denotes a paper pressing plate, which presses the paper against the platen 5000 in the carriage moving direction. 5007,500
Reference numeral 8 denotes a home position detecting means for confirming the presence of the carriage lever 5006 in this area by a photocoupler and switching the rotation direction of the motor 5013.
【００４３】５０１６は記録ヘッドの前面をキャップす
るキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５は
このキャップ内を吸引する吸引手段でキャップ内開口５
０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７
はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレードを
前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０
１８にこれらは支持されている。ブレードは、この形態
でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できる
ことは言うまでもない。また、５０１２は吸引回復の吸
引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカ
ム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆
動力がクラッチ切替等の公知の伝達手段で移動制御され
る。Reference numeral 5016 denotes a member for supporting a cap member 5022 for capping the front surface of the recording head. Reference numeral 5015 denotes suction means for sucking the inside of the cap.
The suction recovery of the recording head is performed via 023. 5017
Reference numeral 5019 denotes a cleaning blade, which is a member that allows the blade to move in the front-rear direction.
At 18 these are supported. It goes without saying that the blade is not limited to this form and a known cleaning blade can be applied to this example. Reference numeral 5012 denotes a lever for starting suction for recovery from suction, which moves with the movement of the cam 5020 which engages with the carriage, and whose driving force from the drive motor is controlled by a known transmission means such as clutch switching. You.
【００４４】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきた
ときにリードスクリュー５００４の作用によってそれら
の対応位置で所望の処理が行えるように構成されている
が、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれ
ば、本例にはいずれも通用できる。なお、本装置は、イ
ンクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する
エネルギー発生素子を駆動するための駆動信号供給手段
を有している。The capping, cleaning, and suction recovery are configured such that desired operations can be performed at the corresponding positions by the action of the lead screw 5004 when the carriage comes to the home position side area. If the desired operation is performed in any of the above, any of the present embodiments can be applied. Note that the present device has a drive signal supply unit for driving an energy generating element that generates energy used for discharging ink.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
省エネルギーと寿命安定性と工程管理の簡便性とを兼ね
備えたインクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基板、該
基板の製造方法及びインクジェット記録装置を提供する
ことができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide an ink jet recording head, a substrate for the head, a method of manufacturing the substrate, and an ink jet recording apparatus having both energy saving, life stability, and easy process management.
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の一
例を示す模式的側断面図である。FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an example of a substrate for an inkjet recording head of the present invention.
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の一
例を示す模式的上面図である。FIG. 2 is a schematic top view showing an example of a substrate for an inkjet recording head of the present invention.
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の製
造工程を示す模式的側断面図である。FIG. 3 is a schematic side sectional view showing a manufacturing process of the substrate for an inkjet recording head of the present invention.
【図４】図３に引き続き、本発明のインクジェット記録
ヘッド用基板の製造工程を示す模式的側断面図である。FIG. 4 is a schematic side sectional view showing a manufacturing process of the substrate for an inkjet recording head of the present invention, following FIG. 3;
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの要部を示
す模式的部分破断斜視図である。FIG. 5 is a schematic partially broken perspective view showing a main part of the ink jet recording head of the present invention.
【図６】本発明のインクジェット記録装置の要部を示す
模式的斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a main part of the ink jet recording apparatus of the present invention.
１１ Ｓｉ基板 １２ 蓄熱層（酸化シリコン） １３ 発熱抵抗体 １３ａ ＴａＮ層 １４ 配線パターン １４ａ Ａｌ層 １５ 第１層保護膜（窒化シリコン） １６ 第２層保護膜 １６ａ 酸化シリコン膜 １７ 第３層保護膜（窒化シリコン） １８ 耐キャビテーション膜（Ｔａ） ２０ 発熱部 ３０ 段差 Reference Signs List 11 Si substrate 12 Thermal storage layer (silicon oxide) 13 Heating resistor 13a TaN layer 14 Wiring pattern 14a Al layer 15 First layer protective film (silicon nitride) 16 Second layer protective film 16a Silicon oxide film 17 Third layer protective film ( Silicon nitride) 18 Anti-cavitation film (Ta) 20 Heating part 30 Step
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 正彦 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 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Masahiko Ogawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc.
Claims (25)
と、該発熱抵抗体に電気的に接続する配線と、前記発熱
抵抗体と前記配線との上にそれらを保護するために設け
られる保護膜と、を有するインクジェット記録ヘッド用
基板上に、インクを吐出する吐出口に連通するインク路
が設けられたインクジェット記録ヘッドであって、 前記保護膜が、前記発熱抵抗体と前記配線とを覆う第１
層保護膜と、該第１層保護膜上に該第１層保護膜とは異
なる材料で形成され前記発熱抵抗体の前記発熱部に対応
する箇所に開口を有し無機材料からなる第２層保護膜
と、該第２層保護膜と前記開口から露出した前記第１層
保護膜とを覆う、前記第１層保護層と同じ材料系の第３
層保護膜と、を含むことを特徴とするインクジェット記
録ヘッド。1. A heating resistor forming a heating portion, a wiring electrically connected to the heating resistor, and a heating resistor and the wiring provided on the substrate to protect them. An ink jet recording head provided with an ink path communicating with an ejection port for ejecting ink, on a substrate for an ink jet recording head having a protective film, wherein the protective film comprises: First covering
A second layer made of an inorganic material having a layer protection film and an opening formed on the first layer protection film with a material different from that of the first layer protection film and corresponding to the heat generating portion of the heat generating resistor; A third material of the same material system as the first layer protection layer, which covers the protection film, the second layer protection film, and the first layer protection film exposed from the opening.
And a layer protective film.
よりエッチング速度の大きい材料で形成されていること
を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the second layer protective film is formed of a material having a higher etching rate than the first layer protective film.
と同じ材料系からなることを特徴とする請求項１に記載
のインクジェット記録ヘッド。3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the second layer protective film is made of the same material as the first layer protective film.
前記第３層保護膜とが、シリコンを含む材料からなるこ
とを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。4. The ink jet recording head according to claim 3, wherein the first layer protective film, the second layer protective film, and the third layer protective film are made of a material containing silicon.
膜が窒化シリコンからなり、前記第２層保護膜が酸化シ
リコンからなることを特徴とする請求項４に記載のイン
クジェット記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 4, wherein said first layer protection film and said third layer protection film are made of silicon nitride, and said second layer protection film is made of silicon oxide.
よびリンを含む酸化シリコンからなることを特徴とする
請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。6. The ink jet recording head according to claim 5, wherein the second layer protective film is made of silicon oxide containing boron and / or phosphorus.
ション膜が更に設けられていることを特徴とする請求項
１に記載のインクジェット記録ヘッド。7. The ink jet recording head according to claim 1, further comprising an anti-cavitation film on the third layer protective film.
らなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。8. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the anti-cavitation film is made of tantalum.
特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。9. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the base material of the substrate is silicon.
形成される側に、蓄熱層を有することを特徹とする請求
項１または９に記載のインクジェット記録ヘッド。10. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the substrate has a heat storage layer at least on a side where the heat generating portion is formed.
を特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。11. The ink jet recording head according to claim 10, wherein said heat storage layer is made of silicon oxide.
利用してインクに膜沸騰が発生することに基づいて前記
吐出口からインクが吐出することを特徴とする請求項１
に記載のインクジェット記録ヘッド。12. The ink ejection apparatus according to claim 1, wherein the ink is ejected from the ejection port based on film boiling of the ink utilizing heat energy generated by the heat generating section.
3. The ink jet recording head according to item 1.
体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する配線と、前記発
熱抵抗体と前記配線との上にそれらを保護するために設
けられる保護膜と、を有するインクジェット記録ヘッド
用基板であって、 前記保護膜が、前記発熱抵抗体と前記配線とを覆う第１
層保護膜と、該第１層保護膜上に該第１層保護膜とは異
なる材料で形成され前記発熱抵抗体の前記発熱部に対応
する箇所に開口を有し無機材料からなる第２層保護膜
と、該第２層保護膜と前記開口から露出した前記第１層
保護膜とを覆う、前記第１層保護層と同じ材料系の第３
層保護膜と、を含むことを特徴とするインクジェット記
録ヘッド用基板。13. A heating resistor for forming a heating portion, a wiring electrically connected to the heating resistor, and a heating resistor and the wiring provided on the substrate for protecting them. And a protective film, wherein the protective film covers the heating resistor and the wiring.
A second layer made of an inorganic material having a layer protection film and an opening formed on the first layer protection film with a material different from that of the first layer protection film and corresponding to the heat generating portion of the heat generating resistor; A third material of the same material system as the first layer protection layer, which covers the protection film, the second layer protection film, and the first layer protection film exposed from the opening.
And a layer protective film.
膜よりエッチング速度の大きい材料で形成されているこ
とを特徴とする請求項１３に記載のインクジェット記録
ヘッド用基板。14. The substrate according to claim 13, wherein the second layer protective film is formed of a material having a higher etching rate than the first layer protective film.
膜と同じ材料系からなることを特徴とする請求項１３に
記載のインクジェット記録ヘッド用基板。15. The substrate according to claim 13, wherein the second layer protective film is made of the same material as the first layer protective film.
と前記第３層保護膜とが、シリコンを含む材料からなる
ことを特徴とする請求項１５に記載のインクジェット記
録ヘッド用基板。16. The substrate for an ink jet recording head according to claim 15, wherein the first layer protective film, the second layer protective film, and the third layer protective film are made of a material containing silicon. .
護膜が窒化シリコンからなり、前記第２層保護膜が酸化
シリコンからなることを特徴とする請求項１６に記載の
インクジェット記録ヘッド用基板。17. The ink jet recording head according to claim 16, wherein the first layer protection film and the third layer protection film are made of silicon nitride, and the second layer protection film is made of silicon oxide. substrate.
およびリンを含む酸化シリコンからなることを特徴とす
る請求項１７に記載のインクジェット記録ヘッド用基
板。18. The method according to claim 18, wherein the second protective layer is made of boron or / and / or boron.
18. The substrate for an ink jet recording head according to claim 17, comprising silicon oxide containing phosphorus and phosphorus.
ーション膜が更に設けられていることを特徴とする請求
項１３に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。19. The substrate for an ink jet recording head according to claim 13, wherein a cavitation resistant film is further provided on the third layer protective film.
からなることを特徴とする請求項１３に記載のインクジ
ェット記録ヘッド用基板。20. The substrate according to claim 13, wherein the anti-cavitation film is made of tantalum.
を特徴とする請求項１３に記載のインクジェット記録ヘ
ッド用基板。21. The substrate according to claim 13, wherein the base material of the substrate is silicon.
形成される側に、蓄熱層を有することを特徴とする請求
項１３または２１に記載のインクジェット記録ヘッド用
基板。22. The substrate for an ink jet recording head according to claim 13, wherein the substrate has a heat storage layer at least on a side where the heat generating portion is formed.
を特徴とする請求項２２に記載のインクジェット記録ヘ
ッド用基板。23. The substrate according to claim 22, wherein the heat storage layer is made of silicon oxide.
体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する配線と、前記発
熱抵抗体と前記配線との上にそれらを保護するために設
けられる保護膜と、を有するインクジェット記録ヘッド
用基板の製造方法であって、 前記発熱抵抗体と前記配線とを覆う様に、第１層保護膜
を形成する工程と、 前記第１層保護膜上に該第１層保覆膜とは異なる無機材
料の膜を形成する工程と、 前記発熱抵抗体の前記発熱部に対応する箇所にある前記
無機材料の膜をエッチングして除去することにより、前
記箇所に開口を有する第２層保護膜を形成する工程と、 前記第２層保護膜と前記開口から露出した前記第１層保
護膜とを覆う様に、前記第１層保護層と同じ材料系の第
３層保護膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする
インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法。24. A heating resistor for forming a heating portion, a wiring electrically connected to the heating resistor, and a heating resistor and the wiring provided on the substrate for protecting them. A method of manufacturing a substrate for an ink jet recording head, comprising: forming a first layer protection film so as to cover the heating resistor and the wiring; and forming a first layer protection film on the first layer protection film. Forming a film of an inorganic material different from the first layer covering film, and etching and removing the inorganic material film at a location corresponding to the heating portion of the heating resistor, Forming a second layer protective film having an opening at a location; and forming the same material system as the first layer protective layer so as to cover the second layer protective film and the first layer protective film exposed from the opening. Forming a third-layer protective film. Manufacturing method of that ink jet recording head substrate.
ヘッドと、 該インクジェット記録ヘッドを搭載するための部材と、
を具備することを特徴とするインクジェット記録装置。25. An ink jet recording head according to claim 1, and a member for mounting the ink jet recording head;
An ink jet recording apparatus comprising:
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP9-349335 | 1997-12-18 | ||
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| CN110023088B (en) * | 2017-01-31 | 2021-09-03 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | Atomic layer deposition oxide layer in fluid ejection devices |
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