JP3946173B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

本発明はインクジェットプリントヘッドに係り，特にヒュージング方式によりデータの入出力を行うインクジェットプリントヘッドに関する。

一般に，インクジェットプリントヘッドは，微少量の印刷用インクの液滴を，記録用紙上の所望の位置に吐出することにより，所定のカラー画像を印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドがインクの液滴を吐出するメカニズムは，大きく二つの方式に分類することができる。一つは，熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり，これは，熱源を用いてインクにバブルを発生させてそのバブルの膨張力によりインク液滴を吐出させる駆動方式である。もう一つは，圧電駆動方式（ピエゾ方式）のインクジェットプリントヘッドであり，これは，圧電体を使用してその圧電体の変形によってインクに加えられる圧力によりインク液滴を吐出させる駆動方式である。

熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおけるインク液滴の吐出メカニズムについて，以下に詳細に説明する。熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは抵抗発熱体より成るヒータを備え，このヒータはパルス電流を供給されると発熱する。この熱により，ヒータに隣接するインクは瞬時に約３００℃の温度に加熱されて沸騰し，インク内にバブルが生成される。このようにして生成されたバブルは膨張して，インクが充満されたインクチャンバ内部に圧力を加える。これにより，ノズル付近にあったインクがノズルを通じてインクチャンバ外へ液滴状となって吐出される。

ここで，バブルの成長方向とインク液滴の吐出方向によって，前述した熱駆動方式は更に，トップ−シューティング方式，サイド−シューティング方式，バック−シューティング方式に分類することができる。トップ−シューティング方式はバブルの成長方向がインク液滴の吐出方向と同一となる吐出方式であり，サイド−シューティング方式はバブルの成長方向がインク液滴の吐出方向に対して直角となる吐出方式であり，そしてバック−シューティング方式はバブルの成長方向がインク液滴の吐出方向に対して反対方向となる吐出方式である。

このような熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは，一般に，以下に述べる要件を満たしていなければならない。第１に，インクジェットプリントヘッドの製造方法は，簡単かつ低コストで実現できるものであり，大量生産可能なものでなければならない。第２に，高品質な画像を得るためには，隣接したノズル間の干渉を抑制し，かつ，各ノズルは隣接したノズル間の間隔が極力狭くなるように配設されなければならない。即ち，ＤＰＩ（Ｄｏｔｓ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）を大きくするためには，複数のノズルを互いの間隔を狭くして高密度に配置するようにしなければならない。第３に，高速印刷のためには，インクチャンバからインクが吐出されてから再度インクチャンバにインクが充填（リフィル）されるまでの時間を極力短くし，また，加熱されたインクを急速に冷却することにより，駆動周波数を高くするようにしなければならない。

インクジェットプリンタ市場では，鮮明な画像と高速出力のために盛んに製品開発が行われている。これらを実現するために，インクジェットプリントヘッドに設けられるノズルのサイズを小さくし，数を増やすことにより，小さいサイズのノズルが数百本以上配設されたインクジェットプリントヘッドが開発されている。

一方，プリントヘッドチップには，ノズルを駆動するための各種駆動回路，及びノズルをアドレッシングするための各種ディジタル論理回路が内蔵されている。これら回路が誤動作をせず正しく作動するためには，ヘッドチップが有する様々な重要な電気的特性に応じて回路を正確に制御しなければならない。ヘッドチップが有する重要な電気的特性としては，例えば，インクジェットプリントヘッド内でバブルを発生させるための発熱ヒータの抵抗値，ノズルを駆動させるＭＯＳ ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のインピータンス，温度センサの温度定数，などがある。これらの電気的特性は，どのヘッドチップにおいても同一の値を有するものではなく，ヘッドチップの半導体製造工程における複数の変数に応じて一定範囲の分布を有する。インクジェットプリントヘッドに配設された数百本のノズルを正確に制御して駆動させるためには，前述した各ヘッドチップごとに異なる値を有する電気的特性値を反映しつつノズルの駆動を行わなければならない。そのためには，各ヘッドチップにそれぞれの電気的特性値を記憶させておき，プリントヘッドが最適化された条件で駆動されるようにすれば，所望の性能を得ることができる。すなわち，インクジェットプリントヘッドの製造が完成された時点で，このインクジェットプリントヘッドを最適な条件で駆動するための電気的特性値を実測によって求め，このようにして測定された電気的特性値をインクジェットプリントヘッドに記憶させてから出荷を行う。そして，インクジェットプリントヘッドがプリンタに装着されて使用される際には，インクジェットプリントヘッドに記憶された電気的特性値を読み出して，その値に応じてインクジェットプリントヘッドの駆動条件を調節することにより，プリンタはインクジェットプリントヘッドを最適な条件で駆動させることができる。

このように，インクジェットプリントヘッドにヘッドチップの電気的特性値を保有させるために，当初は，プリントヘッドチップとは別個にＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）をインクカートリッジに備えるようにしていた。ＥＥＰＲＯＭには，前述したヘッドチップの電気的特性値を入力して記憶させることができ，また，ヘッドチップのＩＤ Ｃｏｄｅ（識別コード）やインクタンク内のインク保有量等も入力して記憶させることができる。しかし，ＥＥＰＲＯＭを別個に設けると，半導体ウェーハ単位（ウェーハレベル）でヘッドチップを製造した場合に，ヘッドチップが完成した際の検査工程において上記電気的特性を測定してその値を入力することが不可能となる。従って，これら電気的特性値は，カートリッジが組み立てられた後に入力されなければならなくなり，これにより製品の生産性が低下していた。また，ＥＥＰＲＯＭを別個の部品として追加するため，製品の製造コストも上昇していた。

かかる問題を解決するために，データを記憶させるためのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）をヘッドチップとは別個に設置するのではなく，プリントヘッドチップの製造工程において駆動回路部に組み込む方法も考案された。しかし，この方法によっても，プリントヘッドの駆動ＭＯＳ回路にＲＯＭを組み込む工程を新たに追加する必要があり，半導体の製造工程数の増加によりヘッドチップの製造コストが上昇するという問題点があった。

そして，前述したようなヘッドチップにＲＯＭを組み込む方法における問題点を解決するために，最近では，ヘッドチップに記憶させるデータの容量が大きくないという点に着目して，小容量のデータ記憶に適するヒュージング方式のデータ記録方式を用いることにより，ヘッドチップの製造工程において新たな工程を追加する必要なしにヘッドチップ内にメモリ装置を備える方法が具現された。

かかる方法が適用される熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは，例えば，インクを加熱する複数のヒータと，駆動用ＦＥＴアレイと，各ヒータをアドレッシングするためのディジタル論理回路と，連結用パッドとを含んで構成される。そして，このプリントヘッドは，各ヒータの抵抗値，ＭＯＳ ＦＥＴのインピータンス，ヘッドチップのＩＤ Ｃｏｄｅ（識別コード）等のデータを記憶しておくためのヒューズアレイを，ヘッドチップの一部分として更に含んで構成される。

また，ヒューズアレイにデータを入力するためには，ヒューズアレイを構成する個々のヒューズであるヒューズ部（ヒューズメンバ）をヒュージングしなければならない。このとき，ヒュージングを極力小さなエネルギーで行うためには，ヒューズ部の材質，形状，厚さ等を適切に選択することが重要である。

一般に，ヒューズ部の材質には，インクを吐出させるためのヒータ層の下部に形成される電極，またはヒータと同一の材質が用いられる。かかるヒューズ部をヒュージングさせるためには，一定量以上の電流がヒューズ部に流れなければならない。

ヒューズ部の材質を電極の材質と同一にした場合，ヒューズ部の抵抗値は，例えば，表面抵抗率Ｒｓが０．１Ω／ｓｑ以下と，非常に小さくなる。従って，抵抗体を構成するためには非常に長い配線パターンを形成しなければならなくなり，これによりヘッドチップのサイズが大きくなってしまう。一方，このような長い配線を限定された空間に収めるように配線する場合は，配線方向を変える際に角が生じる。そして，この角の形状に誤差があれば，配線は小さい値のノイズ電圧が発生しただけでも短絡される可能性がある。

これに対し，ヒューズ部の材質をヒータの材質と同一にした場合は，ヒータの抵抗値が，例えば表面抵抗率Ｒｓが数十Ω／ｓｑ程度と，比較的高いため，ヒューズ部の配線を長く形成する必要がなくなる。従って，ヒューズ部の材質には，ヒータと同一の材質を用いる方が好ましい。

このようなヒューズアレイを備えた従来のインクジェットプリントヘッドの例が，図１に示されている。図１は，従来のインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。図１を参照すれば，インクジェットプリントヘッドのベース基板１０２上には，複数のヒューズ部１０３から構成されるヒューズアレイ１１０，絶縁層１０４，ヒューズ電極１０５及び保護膜１０６が順に形成される。保護膜１０６より上層は，カバー部材１０７となり，カバー部材１０７にはインク１０８が貯留される。

このとき，ヒューズアレイ１１０には，ヒューズ部１０３を選択的にヒュージングすることにより多種のデータを記憶させることができる。このようなヒュージングによってデータを記憶させる際には，ヒューズ部１０３には必然的に相当な量の熱が発生する。そして，この熱により，ヒューズ部１０３の上部に形成された絶縁層１０４や保護膜１０６にはクラック１９０が生じる場合がある。このようなクラック１９０が生じると，クラック１９０を通じてインク１０８及び外部の湿気がヒューズ部１０３にまで浸透することがあり，その結果，ヒューズ部１０３が短絡されたり，またはヒューズ電極１０５が腐食される恐れがある。

また，ヒューズアレイを備えた従来のインクジェットプリントヘッドの他の例が，図２に示されている（例えば，特許文献１参照）。図２は，他の従来のインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。図２を参照すれば，ベース基板４１０上には複数のヒューズ部４４０から構成されるヒューズアレイ４４１が形成され，その上に絶縁層４５０が蒸着される。絶縁層４５０上にはヒューズ電極４４３が形成され，ヒューズ電極４４３は絶縁層４５０に形成されたビアホール（接続孔）を通じてヒューズ部４４０と連結される。ヒューズ電極４４３の上には絶縁のために保護膜４５２が形成される。また，ヒューズ部４４０をヒュージングする際に保護膜４５２が破損されるのを防止するため，及びヒータの熱またはインクの発泡／消泡による機械的衝撃により保護膜４５２が破損されるのを防止するために，保護膜４５２の上面には耐キャビテーション膜（アンチキャビテーション膜）４５３が形成される。耐キャビテーション膜４５３の上には，更に，封止層４６０とカバー部材４６１が順に形成される。カバー部材４６１は，一般的に，ノズル，インク流路層，インク留等から成る，インク貯留部を有する。

前述したように，インクジェットプリントヘッドにヒューズアレイ４４１を備えることにより，インクジェットプリントヘッドの構造及び製造方法を複雑化させることなく，また製造コストを上昇させることなく，プリントヘッドチップの各種論理回路を正確に作動させるための電気的特性値をインクジェットプリントヘッドに予め記憶させておくことができる。

更にこのとき，ヒューズアレイ４４１を，インクジェットプリントヘッドの他の半導体構成要素と同一工程にて形成するようにすれば，新たな工程を追加することなくヒューズアレイ４４１を設けることができる。そのためには，ヒューズ部４４０にはインクを吐出させるためのヒータと同じ材質を使用し，また，ヒューズ電極４４３にはヒータと連結される金属層と同一の材質を使用することが望ましい。

米国特許第６，３９０，５８９号明細書

しかし，前述したように，ヒューズ部４４０のヒュージングによりヒューズアレイ４４１の上部の絶縁層４５０や保護膜４５２にクラックが形成されると，前記クラックを通じてインク貯留部に貯留されたインクが下位層に浸透する。このように浸透してきたインクによりヒューズアレイ４４１に腐食などの損傷が生じるのを防止するために，従来は，ヒューズアレイ４４１をインクジェットプリントヘッドに配置する際に，ヒューズアレイ４４１がインク貯留部の下部に位置しないように，インク貯留部の下を避けて配置しなければならなかった。かかる構成はインクジェットプリントヘッドのヘッドチップの設計に制約をもたらし，また，その構造を複雑化する，という問題点があった。また，プリンタが劣悪な環境で使用された場合にはインク流路層が分離する恐れがあり，このようなインク流路層の分離によってインク及び外部からの湿気がヘッドチップの内部に侵入するのを防ぐことができないという問題点もあった。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，ヒュージング方式のデータ記録装置であるヒューズアレイの構造を複雑化させることなく改善することにより，ヒューズ部をヒュージングする際に発生するプリントヘッドチップの破損を防止することができるインクジェットプリントヘッドを提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，インクチャンバに充填されたインクを加熱してバブルを発生させることによりノズルを通じてインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドにおいて，前記ノズルを選択的に駆動させる駆動論理回路としての集積回路とデータを入出力させる論理回路とが形成される基板と，前記集積回路及び前記論理回路の配線として使用され，前記基板上にパターニングされて形成される電極と，前記集積回路から前記電極を通じて印加される電流により熱を発生し，前記電極上に形成される複数のヒータと，前記論理回路から前記電極を通じて印加される電流により選択的にヒュージングされて前記データを記憶し，前記ヒータと同一平面上で前記電極上に形成される複数のヒューズ部から構成されるヒューズアレイと，前記ヒータ及び前記ヒューズアレイの上部に設けられ，前記ヒータの各々に対応する位置にインクチャンバ及びノズルが形成されるカバー部材とを備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッドが提供される。

このような本発明にかかるインクジェットプリントヘッドによれば，前記ヒューズアレイは，前記論理回路から前記電極を通じて印加された電流によって各ヒューズ部が選択的にヒュージングされることにより，データを記憶することができる。このように前記ヒューズアレイに記憶されたデータは，前記論理回路によって読み出すこともできる。一方，前記ヒータは，前記集積回路から前記電極を通じて印加された電流により熱を発生する。このとき，前記カバー部材には，前記ヒータの各々に対応する位置にインクチャンバ及びノズルが形成されるので，前記ヒータが発熱することにより，インクチャンバに充填されたインクが加熱されてインク内にバブルが発生し，前記バブルの圧力によってインクがノズルを通じて吐出される。ここで，前記ヒューズアレイと前記ヒータとは同一平面上に形成されるので，プリントヘッドチップの半導体製造工程においては，前記ヒューズアレイと前記ヒータとを同一工程にて形成することが可能となり，製造工程を単純化することができる。

このとき，前記ヒューズアレイの材質は，Ｔｉ（チタニウム）又はＴｉＮ（窒化チタニウム）であるか，もしくは，Ｔａ（タンタル），ＴａＮ（窒化タンタル）又はＴａＡｌ（タンタルアルミニウム）であることが望ましい。特に，Ｔｉ及びＴｉＮは，ＭＯＳ型回路の製造工程において一般的に使用される材質であるため，ＴｉまたはＴｉＮを使用すれば，新たな材料を用いる必要がなくなる。また，Ｔｉ及びＴｉＮは比較的高い表面抵抗率を有するため，ＴｉまたはＴｉＮを使用すると，抵抗体の形成が容易になる，直列抵抗を別個に付加する必要がない，ヒューズ部のサイズを縮小化できる，といった効果もある。

ここで，前記ヒューズアレイは，スパッタリング法により蒸着されて形成されるようにすれば，前記ヒューズ部の底面と側面とが合う角はステップカバレージ（段差被覆性）が低くなり，ここにヒュージングによる破損が斜めに生じることにより，ヒューズ部のヒュージングによる衝撃が最大限に吸収され，信頼性の高いインクジェットプリントヘッドを提供することができる。また，このようにヒュージングによる衝撃を最大限に吸収できるようにヒューズ部を形成して信頼性を高めたことにより，ヒューズアレイをインクジェットプリントヘッドに配置する際にインク貯留部を避けて配置する必要がなくなる。

このとき，前記ヒューズアレイの厚さは５００〜１５００Åの範囲内となるように形成すれば，前記ヒューズ部をヒュージングする際に，例えば５Ｖ程度の低い電圧でヒュージングすることができる。

また，前記インクジェットプリントヘッドは，前記ヒューズアレイの上面に形成された絶縁層をさらに備えることが望ましい。更に，前記絶縁層の材質はＳｉＮｘであることがより望ましい。

そして，前記インクジェットプリントヘッドは，前記絶縁層の上面に形成された耐キャビテーション膜をさらに備える如く構成すれば，インクチャンバに充填されたインクから発生されたバブルにより前記絶縁層，前記ヒューズ部，または前記電極が損傷されるのを防止することができる。ここで，前記耐キャビテーション膜の材質は，Ｔａ，Ｔｉ，またはＴｉＮであることが望ましい。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，インクチャンバに充填されたインクを加熱してバブルを発生させることによりノズルを通じてインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドにおいて，前記ノズルを選択的に駆動させる駆動論理回路としての集積回路とデータを入出力させる論理回路とが形成される基板と，前記集積回路から前記電極を通じて印加される電流により熱を発生し，前記基板上に形成される複数のヒータと，前記集積回路及び前記論理回路の配線として使用され，前記基板及び前記ヒータの上面にパターニングされて形成される電極と，前記論理回路から前記電極を通じて印加される電流により選択的にヒュージングされて前記データを記憶し，前記電極上に形成される複数のヒューズ部から構成されるヒューズアレイと，前記ヒータ及び前記ヒューズアレイの上部に設けられ，前記ヒータの各々に対応する位置にインクチャンバ及びノズルが形成されるカバー部材と，を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッドが提供される。

このような本発明にかかるインクジェットプリントヘッドによれば，前記ヒューズアレイは，前記論理回路から前記電極を通じて印加された電流によって各ヒューズ部が選択的にヒュージングされることにより，データを記憶することができる。このように前記ヒューズアレイに記憶されたデータは，前記論理回路によって読み出すこともできる。一方，前記ヒータは，前記集積回路から前記電極を通じて印加された電流により熱を発生する。このとき，前記カバー部材には，前記ヒータの各々に対応する位置にインクチャンバ及びノズルが形成されるので，前記ヒータが発熱することにより，インクチャンバに充填されたインクが加熱されてインク内にバブルが発生し，前記バブルの圧力によってインクがノズルを通じて吐出される。

このとき，前記ヒューズアレイの材質は，Ｔｉ（チタニウム）又はＴｉＮ（窒化チタニウム）であるか，もしくは，Ｔａ（タンタル），ＴａＮ（窒化タンタル）又はＴａＡｌ（タンタルアルミニウム）であることが望ましい。特に，Ｔｉ及びＴｉＮは，ＭＯＳ型回路の製造工程において一般的に使用される材質であるため，ＴｉまたはＴｉＮを使用すれば，新たな材料を用いる必要がなくなる。また，Ｔｉ及びＴｉＮは比較的高い表面抵抗率を有するため，ＴｉまたはＴｉＮを使用すると，抵抗体の形成が容易になる，直列抵抗を別個に付加する必要がない，ヒューズ部のサイズを縮小化できる，といった効果もある。

ここで，前記ヒューズアレイは，スパッタリング法により蒸着されて形成されるようにすれば，前記ヒューズ部の底面と側面とが合う角はステップカバレージ（段差被覆性）が低くなり，ここにヒュージングによる破損が斜めに生じることにより，ヒューズ部のヒュージングによる衝撃が最大限に吸収され，信頼性の高いインクジェットプリントヘッドを提供することができる。また，このようにヒュージングによる衝撃を最大限に吸収できるようにヒューズ部を形成して信頼性を高めたことにより，ヒューズアレイをインクジェットプリントヘッドに配置する際にインク貯留部を避けて配置する必要がなくなる。

また，前記インクジェットプリントヘッドは，前記ヒューズアレイの上面に形成された絶縁層をさらに備えることが望ましい。更に，前記絶縁層の材質はＳｉＮｘであることがより望ましい。

そして，前記インクジェットプリントヘッドは，前記絶縁層の上面に形成された耐キャビテーション膜をさらに備える如く構成すれば，インクチャンバに充填されたインクから発生されたバブルにより前記絶縁層，前記ヒューズ部，または前記電極が損傷されるのを防止することができる。ここで，前記耐キャビテーション膜の材質は，Ｔａ，Ｔｉ，またはＴｉＮであることが望ましい。

以上詳述したように本発明によれば，基板上に形成された電極上にスパッタリング法によりヒューズ部を蒸着して，ステップカバレージ（段差被覆性）が低く形成された部分を人為的に形成することにより，ヒューズ部のヒュージング時にヒューズ部の底面から斜めの方向に破損が生じるようにし，前記斜めに形成された破損によりヒュージングによる衝撃を最大限に吸収できる信頼性の高いインクジェットプリントヘッドを提供できるものである。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図面において各要素のサイズや厚さは，本発明の内容を明瞭に説明するために便宜上誇張されている場合もある。また，ある層が「基板または他の層の上に存在する」と説明されるとき，その層は基板または他の層に直接接しながら上に存在するか，または，その層と基板または他の層との間に第３の層が介在する場合もある。

図３は，本発明の第１の実施の形態にかかるインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。

図３を参照すれば，インクジェットプリントヘッドは基板２００と，基板２００上に形成される電極２０２と，電極２０２上に形成されるヒータ２０４及びヒューズアレイ２３０と，ヒータ２０４及びヒューズアレイ２３０の上部に設けられるカバー部材２２０とを備える。

基板２００には一般にシリコン基板が使用される。これは，半導体素子の製造に広く用いられるシリコンウェーハをそのまま使用することができ，大量生産を行う際に効果的であるからである。

基板２００には，ノズル２１６をアドレッシングして電流を印加するための駆動論理回路としての集積回路（図示せず），及び，ヒューズアレイ２３０へのデータの入出力を行う論理回路（図示せず）が形成される。

かかる回路には，一般に，ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）型のＭＯＳ回路が使用される。具体的には，基板２００に高密度のＰウェル（ｐ−ｗｅｌｌ）及び低密度のＮウェル（ｎ−ｗｅｌｌ）を形成した後，基板２００上のゲート酸化膜上にゲートを形成したＭＯＳ ＦＥＴを完成する。このように完成されたＭＯＳ ＦＥＴ上には，ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ），ＳｉＮ，またはＳｉＯ_２等のような物質より成る絶縁膜が蒸着される。

また，ヒューズアレイ２３０に対して入出力されるデータは，例えばヒータ２０４の抵抗値などの，インクジェットプリントヘッドを最適な条件で駆動させるための電気的特性の値である。かかるデータは，インクジェットプリントヘッドの出荷時にヒューズアレイ２３０に入力されて記憶される。そして，インクジェットプリントヘッドがプリンタに装着されて使用される際には，プリンタがヒューズアレイ２３０に記憶されているデータを読み取って，最適な条件でインクジェットプリントヘッドを駆動させる。

前記絶縁膜上には電極２０２が形成される。電極２０２は，前述した基板２００に設けられる論理回路であるＭＯＳ回路の配線として使用される。また，電極２０２は，優れた導電性を有し，パターニングが容易な金属，例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金等を，フォトリソグラフィー（写真）工程及びエッチング工程を経てパターニングすることにより形成される。ここで，電極２０２の厚さは，約３０００Å−７０００Åに形成されることが望ましい。一方，配線が複雑なために電極２０２が他の電極の上に重畳されるようになった場合には，電極２０２を２層または３層に形成することもできる。この場合，各層の間には絶縁のために絶縁膜が形成される。このように電極２０２が複数層に形成された場合には，最上層の電極がヒューズアレイ２３０と連結される。

複数のヒータ２０４及びヒューズアレイ２３０は，電極２０２のエッチングされた部分に形成される。

ヒータ２０４は，前記集積回路から電極２０２を通じて印加された電流により熱を発生する抵抗発熱体であり，その材質はＴｉ（チタニウム）またはＴｉＮ（窒化チタニウム）であるか，Ｔａ（タンタル），ＴａＮ（窒化タンタル）またはＴａＡｌ（タンタルアルミニウム）であることが望ましい。また，ヒータ２０４の幅Ｗ１は約２５μｍであり，その平面図が図４に示されている。

ヒューズアレイ２３０は，複数のヒューズ部２０６から構成され，前記論理回路が電極２０２を通じて印加した電流によって選択的にヒュージングされることにより，データを記憶する役割を果たす。かかるヒューズアレイ２３０を構成するヒューズ部２０６は，ヒータ２０４と同時に蒸着されることができる。その場合，ヒューズ部２０６に使用される材質は，ヒータ２０４の材質と同一になる。すなわちヒューズ部２０６の材質は，ＴｉまたはＴｉＮであるか，Ｔａ，ＴａＮまたはＴａＡｌであることが望ましい。ヒューズ部２０６の幅Ｗ２は数μｍ程度であり，その平面図が図５に示されている。

ヒューズ部２０６が５Ｖ程度の電圧でヒュージングされるようにするためには，ヒューズ部２０６の表面抵抗率Ｒｓは，おおよそ３０〜７０Ω／ｓｑの範囲内でなければならない。そのためには，ヒューズ部２０６の厚さは約５００〜１５００Åであることが望ましい。

前述したヒューズ部２０６の材質であるＴｉ及びＴｉＮは，ＭＯＳ型回路の製造工程において一般的に使用される材質であり，一般に，物理気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の一種であるスパッタリング法により蒸着することができる。このとき，スパッタリング法における蒸着特性上，エッチングされた電極２０２上に形成されたヒュージングメンバ２０６の底面部には，ヒュージングメンバ２０６の他の部分よりも厚さが薄い角２２５が形成される。かかるヒューズ部２０６の角２２５は，ヒューズ部２０６がヒュージングされる際に重要な役割を果たす（詳細後述）。

また，ヒューズ部２０６の材質にＴｉまたはＴｉＮを使用すると，抵抗体の形成が容易になる，直列抵抗を別個に付加する必要がない，ヒューズ部のサイズを縮小化できる，といった効果もある。また，Ｔｉ及びＴｉＮは，ＭＯＳ ＦＥＴなどの半導体素子の製造工程において広く使用される物質であるため，ヒューズ部２０６の材質にＴｉまたはＴｉＮを使用すれば，追加の装備や製造工程の開発を要することもなく，製造コストを抑制することができる。

ヒータ２０４及びヒューズアレイ２３０の上面には絶縁層２０８が形成される。絶縁層２０８の材質はＳｉＮ_ｘであることが望ましい。また，ヒータ２０４の材質がＴｉＮである場合には，ＳｉＮ_ｘ絶縁層２０８は，ヒータ２０４及びヒューズアレイ２３０の上面に共通に形成されてもよい。

ヒータ２０４側に形成された絶縁層２０８の上面には，インクチャンバ２１４に充填されたインクから発生されたバブルによって絶縁層２０８が損傷されるのを防止するために耐キャビテーション膜（アンチキャビテーション膜）２１０が形成される。

絶縁層２０８及び耐キャビテーション膜２１０の上部にはカバー部材２２０が設けられる。カバー部材２２０は，インクが充填されるインクチャンバ２１４を個々に区切って限定する隔壁２１２と，インクチャンバ２１４の上部壁を成すノズルプレート２１８から構成される。インクチャンバ２１４はヒータ２０４の各々と対応する位置に形成され，インク貯蔵庫（図示せず）と連結されている。ノズルプレート２１８にはインクチャンバ２１４に充填されたインクを吐出するためのノズル２１６が形成される。

図６の（ａ）から（ｅ）は，図３に示されたインクジェットプリントヘッドのヒューズアレイ２３０の部分が形成される過程を示す図である。前述した通り，ヒューズ部２０６の材質であるＴｉ及びＴｉＮは，物理気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の一種であるスパッタリング法により蒸着することができる。

図６を参照すれば，先ず，ノズル２１６をアドレッシングして電流を印加するための駆動論理回路としての集積回路，及びヒューズアレイに対してデータを入出力するための論理回路が形成された，基板２００を準備する（図６（ａ））。次に，基板２００上に前記集積回路及び前記論理回路の配線として使用される電極２０２を蒸着する（図６（ｂ））。次いで，電極２０２上にヒューズ部２０６を形成するために，電極２０２のヒューズ部２０６が配設される領域を，フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を通じてパターニングする（図６（ｃ））。このとき，ヒータ２０４が配設される領域もヒューズ部２０６と同時にパターニングされる。次に，パターニングされた電極２０２上にヒューズ部２０６をスパッタリング法により蒸着する（図６（ｄ））。また，これと同時に，ヒータ２０４もパターニングされた電極２０２上に蒸着される。次いで，蒸着されたヒューズ部２０６及びヒータ２０４の上面に絶縁層２０８を蒸着する（図６（ｅ））。

前述したような構造を有するインクジェットプリントヘッドを備えるプリンタは，次のように印刷を行う。先ず，中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）（図示せず）がヒューズアレイ２３０に記憶されているデータを読み取る。次に，ＣＰＵが制御信号を駆動論理回路に送り，この制御信号を受けた駆動論理回路はノズル２１６を選択的に駆動させてインクを吐出させる。

ここで，ヒューズアレイ２３０に記憶させるデータをヒューズアレイ２３０に入力するには，複数のヒューズ部２０６を選択的にヒュージングして２進データを記録させる必要があるが，その過程は以下の通りである。先ず，論理回路を通じて電極２０２に一定の電圧が印加されると，電流が電極２０２を通じてヒューズ部２０６に流れる。例えば，ヒューズ部２０６の材質がＴｉＮである場合には，その表面抵抗率Ｒｓはおおよそ３０〜７０Ω／ｓｑなので，５Ｖの電圧が電極２０２に印加されると，ヒューズ部２０６には数百ｍＡの電流が流れる。従って，ヒューズ部２０６の幅が数μｍ以下となるように形成されていれば，ヒューズ部２０６は加熱されてヒュージングされる。一方，電極２０２の表面抵抗率Ｒｓは０．１Ω／ｓｑ以下と低いため，ＴｉＮ部材が電極２０２上に設けられると，ＴｉＮ部材は抵抗体の役割を果たす。従って，電極２０２を通じてヒューズ部２０６に電流が流れると，発熱は主にＴｉＮ部材にのみ発生する。このような特性から，ＴｉＮ部材は，ヒューズ部２０６としてだけではなく，インクを吐出させる発熱ヒータ２０４の材質としても使用することが可能である。

このようにヒューズ部２０６に電流が印加されると，ヒューズ部２０６の最も脆弱な部分には損傷が生じる。ここで，ヒューズ部２０６の最も脆弱な部分とは，ヒューズ部２０６の蒸着においてステップカバレージ（段差被覆性）が低く形成された部分，すなわちヒューズ部２０６の底面と垂直面（側面）とが合う角２２５の部分である。よって，ヒューズ部２０６の角２２５には，ヒュージングによる破損が発生する。

このようにヒューズ部２０６の角２２５にて発生した破損は，層の厚さが最も薄く，角特性が強い方向に広がっていく。そして最終的には，図７に示されるように，例えばひび等の破損２５０は，ヒューズ部２０６の底面から斜めの方向に形成される。そして，ヒューズ部２０６をヒュージングする際に発生するスパークやその他衝撃がヒューズ部２０６の上面に形成された絶縁層２０８に伝播される際には，前記斜めに形成された破損２５０によってヒュージングの衝撃が絶縁層２０８の側面方向に伝播されるので，絶縁層２０８が大きく損傷される可能性を減少させることができる。

このように，ヒューズ部２０６を物理気相蒸着（ＰＶＤ）法により形成してステップカバレージが低く形成された部分を人為的に形成することによって，ヒューズ部２０６のヒュージングによる衝撃を最大限に吸収できる信頼性の高いインクジェットプリントヘッドを提供することができる。また，このようにヒュージングによる衝撃を最大限に吸収できるようにヒューズ部２０６を形成して信頼性を高めたことにより，ヒューズアレイをインクジェットプリントヘッドに配置する際に，インク貯留部を避けて配置する必要がなくなる。

また，第１の実施の形態のように，ヒューズ部をヒータと同一の層に同時に形成する場合にはプリントヘッドの製造工程を単純化することができる。

次に，第１の実施の形態の他の例について，図８を参照しながら説明する。第１の実施の形態の他の例においては，ヒューズアレイ２３０が形成された絶縁層２０８の上面にも耐キャビテーション膜２１０’が形成される。これにより，インクチャンバ２１４に充填されたインクによりヒューズ部２０６及び電極２０２が損傷されるのを防止することができ，より信頼性が向上されたインクジェットプリントヘッドを提供することができるようになる。ここで，前記耐キャビテーション膜２１０’の材質はＴａやＴｉまたはＴｉＮであることが望ましい。

次に，本発明の第２の実施の形態にかかるインクジェットプリントヘッドについて説明する。図９は本発明の第２の実施の形態にかかるインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。

図９を参照すれば，インクジェットプリントヘッドは基板３００と，基板３００上に形成された複数のヒータ３０４と，基板３００及びヒータ３０４上にパターニングされて形成された電極３０２と，電極３０２上に形成されたヒューズアレイ３３０と，ヒータ３０４，電極３０２及びヒューズアレイ３３０の上面に形成された絶縁層３０８と，絶縁層３０８の上部に設けられたカバー部材３２０とを備える。

基板３００には，ノズル３１６をアドレッシングし電流を印加するための駆動論理回路としての集積回路（図示せず），及びヒューズアレイ３３０に対してデータを入出力する論理回路（図示せず）が形成される。

ヒータ３０４は，前記集積回路から電極３０２を通じて印加された電流により熱を発生させる抵抗発熱体として，基板３００上に形成される。

電極３０２は，前記集積回路及び論理回路の配線として使用され，基板３００及びヒータ３０４の上面にパターニングされて形成される。

ヒューズアレイ３３０を構成する複数のヒューズ部３０６は，前記パターニングされた電極３０２上にスパッタリング法により蒸着される。このようなヒューズアレイ３３０には，前記論理回路から電極を通じて印加された電流によりヒューズ部３０６が選択的にヒュージングされることにより，データが記録される。

ヒータ３０４，電極３０２及びヒューズアレイ３３０の上面には絶縁層３０８が形成される。一方，ヒータ３０４側に形成された絶縁層３０８の上面には，インクチャンバ３１４に充填されたインクから発生されたバブルにより絶縁層３０８が損傷されることを防止するために耐キャビテーション膜３１０が形成される。

絶縁層３０８及び耐キャビテーション３１０膜の上部にはカバー部材３２０が設けられる。カバー部材３２０は，インクチャンバ３１４を個々に区切って限定する隔壁３１２と，インクチャンバ３１４の上部壁を成すノズルプレート３１８から構成される。ノズルプレート３１８にはインクチャンバ３１４に充填されたインクを吐出するためのノズル３１６が形成される。

ここで，基板３００，ヒータ３０４，電極３０２，ヒューズ部３０６，絶縁層３０８及び耐キャビテーション膜３１０の材質は，前述した第１の実施の形態の場合と同一なので，これについての説明は省略する。

次に，第２の実施の形態の他の例について，図１０を参照しながら説明する。第２の実施の形態の他の例においては，ヒューズアレイ３３０が形成された絶縁層３０８の上面にも耐キャビテーション膜３１０’が形成される。これにより，インクチャンバ３１４に充填されたインクによりヒューズ部３０６及び電極３０２が損傷されるのを防止することができ，より信頼性が向上されたインクジェットプリントヘッドを提供することができるようになる。ここで，前記耐キャビテーション膜３１０’の材質はＴａやＴｉまたはＴｉＮであることが望ましい。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，インクジェットプリンタに設けられるインクジェットプリントヘッドに適用可能であり，特にヒュージング方式によりデータの入出力を行うインクジェットプリントヘッドに適用可能である。

従来のインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。 従来の他のインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態にかかるインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。 図３に示されたヒータの平面図である。 図３に示されたヒューズ部の平面図である。 図３に示されたヒューズ部が形成される過程を示す図である。 図３に示されたヒューズ部がヒュージングにより破損された様子を示す図である。 第１の実施の形態の他の例にかかるインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態にかかるインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。 第２の実施の形態の他の例にかかるインクジェットプリントヘッドの一部分の概略構成を示す縦断面図である。

符号の説明

２００ 基板
２０２ 電極
２０４ ヒータ
２０６ ヒューズ部
２０８ 絶縁層
２１０ 耐キャビテーション膜
２１４ インクチャンバ
２１６ ノズル
２１８ ノズルプレート
２２０ カバー部材
２２５ 角
２３０ ヒューズアレイ

Claims (19)

1. インクチャンバに充填されたインクを加熱してバブルを発生させることによりノズルを通じてインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドにおいて，
   前記ノズルを選択的に駆動させる駆動論理回路としての集積回路とデータを入出力させる論理回路とが形成される基板と，
   前記集積回路及び前記論理回路の配線として使用され，前記基板上にパターニングされて形成される電極と，
   前記集積回路から前記電極を通じて印加される電流により熱を発生し，前記電極上に形成される複数のヒータと，
   前記論理回路から前記電極を通じて印加される電流により選択的にヒュージングされて前記データを記憶し，前記ヒータと同一平面上で前記電極上に底面と側面とを備えるように形成される複数のヒューズ部から構成されるヒューズアレイと，
   前記ヒータ及び前記ヒューズアレイの上部に設けられ，前記ヒータの各々に対応する位置にインクチャンバ及びノズルが形成されるカバー部材と，
   を備え、
   前記ヒューズ部の底面と側面との交差部分は，前記ヒューズ部が形成される段差における被覆性が，前記ヒューズ部の前記底面の他の部分および前記側面の他の部分の被覆性より低いことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. 前記ヒューズアレイの材質は，Ｔｉ又はＴｉＮであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
3. 前記ヒューズアレイの材質は，Ｔａ，ＴａＮ又はＴａＡｌであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
4. 前記ヒューズアレイは，スパッタリング法により蒸着されて形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
5. 前記ヒューズアレイの厚さは５００〜１５００Åの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
6. 前記ヒューズアレイの上面に形成された絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
7. 前記絶縁層の材質はＳｉＮｘであることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 前記絶縁層の上面に形成された耐キャビテーション膜をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
9. 前記耐キャビテーション膜の材質はＴａであることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
10. 前記耐キャビテーション膜の材質はＴｉ又はＴｉＮであることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
11. インクチャンバに充填されたインクを加熱してバブルを発生させることによりノズルを通じてインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドにおいて，
    前記ノズルを選択的に駆動させる駆動論理回路としての集積回路とデータを入出力させる論理回路とが形成される基板と，
    前記基板上に形成されるヒータと，
    前記集積回路及び前記論理回路の配線として使用され，前記基板及び前記ヒータの上面にパターニングされて形成される電極と，
    前記ヒータは、前記集積回路から前記電極を通じて印加される電流により熱を発生することと、
    前記論理回路から前記電極を通じて印加される電流により選択的にヒュージングされて前記データを記憶し，前記電極上に底面と側面とを備えるように形成される複数のヒューズ部から構成されるヒューズアレイと，
    前記ヒータ及び前記ヒューズアレイの上部に設けられ，前記ヒータの各々に対応する位置にインクチャンバ及びノズルが形成されるカバー部材と，
    を備え、
    前記ヒューズ部の底面と側面との交差部分は，前記ヒューズ部が形成される段差における被覆性が，前記ヒューズ部の前記底面の他の部分および前記側面の他の部分の被覆性より低いことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
12. 前記ヒューズアレイの材質は，Ｔｉ又はＴｉＮであることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
13. 前記ヒューズアレイの材質は，Ｔａ，ＴａＮ又はＴａＡｌであることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
14. 前記ヒューズアレイは，スパッタリング法により蒸着されて形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
15. 前記ヒューズアレイの上面に形成された絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
16. 前記絶縁層の材質はＳｉＮｘであることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッド。
17. 前記絶縁層の上面に形成された耐キャビテーション膜をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッド。
18. 前記耐キャビテーション膜の材質はＴａであることを特徴とする請求項１７に記載のインクジェットプリントヘッド。
19. 前記耐キャビテーション膜の材質はＴｉ又はＴｉＮであることを特徴とする請求項１７に記載のインクジェットプリントヘッド

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