JPH06143581A - インクジェット印字ヘッド - Google Patents
インクジェット印字ヘッドInfo
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- JPH06143581A JPH06143581A JP5159865A JP15986593A JPH06143581A JP H06143581 A JPH06143581 A JP H06143581A JP 5159865 A JP5159865 A JP 5159865A JP 15986593 A JP15986593 A JP 15986593A JP H06143581 A JPH06143581 A JP H06143581A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 寿命が長く、熱効率の向上したインクジェッ
ト印字ヘッド。 【構成】 加熱素子２の抵抗器８を、６２０℃の平坦温
度プロフィルおよび６２０℃から６４０℃の傾斜温度プ
ロフィルの少なくともどちらか一方により、多結晶シリ
コンの化学蒸着によって形成する。ｐ形またはｎ形のド
ーパントをポリシリコンにイオン注入する間、イオン注
入装置内に配置されたフラッドガンが低エネルギー電子
を放射して、ポリシリコン表面の正電荷の蓄積を中和す
る。低エネルギー電子はポリシリコンの表面における電
荷の蓄積を防止するので、ポリシリコンの表面における
通常の電場の蓄積が解消され、ポリシリコンはドーパン
トのイオン注入によって均等にドーピングすることがで
きる。印字ヘッドの加熱素子の製作中にフラッドガンを
利用することによって、加熱素子および印字ヘッドの抵
抗器８は、相互に対し、実質的に均等な面積抵抗を持
つ。
ト印字ヘッド。 【構成】 加熱素子２の抵抗器８を、６２０℃の平坦温
度プロフィルおよび６２０℃から６４０℃の傾斜温度プ
ロフィルの少なくともどちらか一方により、多結晶シリ
コンの化学蒸着によって形成する。ｐ形またはｎ形のド
ーパントをポリシリコンにイオン注入する間、イオン注
入装置内に配置されたフラッドガンが低エネルギー電子
を放射して、ポリシリコン表面の正電荷の蓄積を中和す
る。低エネルギー電子はポリシリコンの表面における電
荷の蓄積を防止するので、ポリシリコンの表面における
通常の電場の蓄積が解消され、ポリシリコンはドーパン
トのイオン注入によって均等にドーピングすることがで
きる。印字ヘッドの加熱素子の製作中にフラッドガンを
利用することによって、加熱素子および印字ヘッドの抵
抗器８は、相互に対し、実質的に均等な面積抵抗を持
つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット印字シ
ステムに関し、さらに詳しくは、加熱素子付き印字ヘッ
ドを有するドロップオンデマンド形インクジェット印字
システムに関する。
ステムに関し、さらに詳しくは、加熱素子付き印字ヘッ
ドを有するドロップオンデマンド形インクジェット印字
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット印字システムは、２種類
に分類することができる。第１の種類は連続流インクジ
ェット印字システムであり、第２の種類はドロップオン
デマンド印字システムである。
に分類することができる。第１の種類は連続流インクジ
ェット印字システムであり、第２の種類はドロップオン
デマンド印字システムである。
【０００３】連続流インクジェット印字システムの場
合、インクは圧力下で少なくとも１つのオリフィスまた
はノズルから連続した流れとして放出される。インクの
流れは摂動によって、オリフィスから一定の距離で中断
して小滴になる。中断点で小滴はディジタルデータ信号
に従って帯電された後、静電場を通過し、ここで各小滴
の軌跡が調整され、インク小滴は再循環用の側溝に向か
うか、あるいは記録媒体上の特定の位置へ向かう。
合、インクは圧力下で少なくとも１つのオリフィスまた
はノズルから連続した流れとして放出される。インクの
流れは摂動によって、オリフィスから一定の距離で中断
して小滴になる。中断点で小滴はディジタルデータ信号
に従って帯電された後、静電場を通過し、ここで各小滴
の軌跡が調整され、インク小滴は再循環用の側溝に向か
うか、あるいは記録媒体上の特定の位置へ向かう。
【０００４】ドロップオンデマンド形インクジェット印
字システムの場合、小滴がオリフィスからディジタルデ
ータ信号に従って記録媒体上の位置に直接排出される。
小滴を記録媒体に置く必要が無いときは、小滴は形成あ
るいは排出されない。ドロップオンデマンドインクジェ
ット印字システムは、インクの回収、帯電または偏向の
必要が無いので、連続流インクジェット印字システムよ
りずっと単純である。したがって、インクジェット印字
システムでは、ドロップオンデマンド形インクジェット
印字システムが一般的である。
字システムの場合、小滴がオリフィスからディジタルデ
ータ信号に従って記録媒体上の位置に直接排出される。
小滴を記録媒体に置く必要が無いときは、小滴は形成あ
るいは排出されない。ドロップオンデマンドインクジェ
ット印字システムは、インクの回収、帯電または偏向の
必要が無いので、連続流インクジェット印字システムよ
りずっと単純である。したがって、インクジェット印字
システムでは、ドロップオンデマンド形インクジェット
印字システムが一般的である。
【０００５】さらに、ドロップオンデマンド形インクジ
ェット印字システムは２種類ある。第１の種類は、圧電
変換器を利用して圧力パルスを生成することによって、
ノズルから小滴を排出する。第２の種類は、熱エネルギ
ーを利用して、インクが充填された流路に蒸気のバブル
を生成することによって、インク小滴を排出する。
ェット印字システムは２種類ある。第１の種類は、圧電
変換器を利用して圧力パルスを生成することによって、
ノズルから小滴を排出する。第２の種類は、熱エネルギ
ーを利用して、インクが充填された流路に蒸気のバブル
を生成することによって、インク小滴を排出する。
【０００６】第１のタイプのドロップオンデマンド形イ
ンクジェット印字システムは、印字ヘッドにインク充填
流路、流路の端部のノズル、および圧力パルスを生成す
るために他端部付近の圧電変換器を備えている。比較的
大型の変換器はノズルの近接間隔配置を妨げ、また変換
器の物理的限界がインク滴下速度を低くしている。イン
ク滴下速度の低さは、滴下速度の変動および方向性の許
容差を狭め、システムの高品質コピーを作成する能力に
影響を及ぼす。さらに、圧電変換器を用いるドロップオ
ンデマンド印字システムは、印字速度が遅いという欠点
もある。
ンクジェット印字システムは、印字ヘッドにインク充填
流路、流路の端部のノズル、および圧力パルスを生成す
るために他端部付近の圧電変換器を備えている。比較的
大型の変換器はノズルの近接間隔配置を妨げ、また変換
器の物理的限界がインク滴下速度を低くしている。イン
ク滴下速度の低さは、滴下速度の変動および方向性の許
容差を狭め、システムの高品質コピーを作成する能力に
影響を及ぼす。さらに、圧電変換器を用いるドロップオ
ンデマンド印字システムは、印字速度が遅いという欠点
もある。
【０００７】圧電変換器を用いる印字ヘッドの上記の欠
点のために、熱エネルギーを利用してインク充填流路に
蒸気のバブルを生成してインク小滴を排出させる印字ヘ
ッドを有するドロップオンデマンド形インクジェット印
字システムが、一般に使用されている。熱エネルギー発
生器または加熱素子は通常は抵抗器であるが、これは各
流路のノズルから所定の距離に配置される。抵抗器は、
電気パルスによって個別にアドレス指定されて熱を発生
し、それが抵抗器からインクに伝達される。
点のために、熱エネルギーを利用してインク充填流路に
蒸気のバブルを生成してインク小滴を排出させる印字ヘ
ッドを有するドロップオンデマンド形インクジェット印
字システムが、一般に使用されている。熱エネルギー発
生器または加熱素子は通常は抵抗器であるが、これは各
流路のノズルから所定の距離に配置される。抵抗器は、
電気パルスによって個別にアドレス指定されて熱を発生
し、それが抵抗器からインクに伝達される。
【０００８】伝達された熱はインクを過熱させる。つま
り、インクの通常の沸点よりずっと高い温度に加熱され
る。例えば、水性インクはバブル核（bubble nucleatio
n ）生成の臨界温度である２８０℃に達する。核生成さ
れたバブルつまり蒸気は、インクを加熱素子から熱的に
分離し、抵抗器からインクへ熱がそれ以上伝達されるの
を阻止する。さらに、インクに蓄積された通常の沸点を
越える熱が全部拡散消失するか、あるいは液体を蒸気に
変えるのに使用される（これは、いうまでもなく、気化
熱のために熱を除去する）まで、核生成されたバブルは
膨脹する。蒸気のバブルの膨脹中に、インクはノズルか
ら膨れ出て、インクの表面張力によってメニスカスとし
て保持される。
り、インクの通常の沸点よりずっと高い温度に加熱され
る。例えば、水性インクはバブル核（bubble nucleatio
n ）生成の臨界温度である２８０℃に達する。核生成さ
れたバブルつまり蒸気は、インクを加熱素子から熱的に
分離し、抵抗器からインクへ熱がそれ以上伝達されるの
を阻止する。さらに、インクに蓄積された通常の沸点を
越える熱が全部拡散消失するか、あるいは液体を蒸気に
変えるのに使用される（これは、いうまでもなく、気化
熱のために熱を除去する）まで、核生成されたバブルは
膨脹する。蒸気のバブルの膨脹中に、インクはノズルか
ら膨れ出て、インクの表面張力によってメニスカスとし
て保持される。
【０００９】過剰な熱がインクから除去されたとき、熱
発生電流はもう抵抗器に流れていないので、蒸気のバブ
ルは抵抗器のところでしぼむ。バブルがしぼみ始める
と、まだ流路のノズルとバブルの間にあったインクは、
しぼむバブルの方向に移動し、ノズルでのインクの体積
収縮が発生し、結果的に膨れ出し部分のインクがインク
小滴として分離される。バブルが成長するときにノズル
から膨れ出るインクの加速度により、インク小滴を紙な
どの記録媒体に向かって実質的に直線方向に排出する運
動量および速度が得られる。バブルの膨脹と収縮のサイ
クルは全体で約２０マイクロ秒（μｓ）かかる。流路は
１００ないし５００μｓの最小ドウェル時間後に再始動
して、流路にインクを再充填したり、また動的再充填フ
ァクターを幾分緩和することができる。
発生電流はもう抵抗器に流れていないので、蒸気のバブ
ルは抵抗器のところでしぼむ。バブルがしぼみ始める
と、まだ流路のノズルとバブルの間にあったインクは、
しぼむバブルの方向に移動し、ノズルでのインクの体積
収縮が発生し、結果的に膨れ出し部分のインクがインク
小滴として分離される。バブルが成長するときにノズル
から膨れ出るインクの加速度により、インク小滴を紙な
どの記録媒体に向かって実質的に直線方向に排出する運
動量および速度が得られる。バブルの膨脹と収縮のサイ
クルは全体で約２０マイクロ秒（μｓ）かかる。流路は
１００ないし５００μｓの最小ドウェル時間後に再始動
して、流路にインクを再充填したり、また動的再充填フ
ァクターを幾分緩和することができる。
【００１０】インク小滴を排出するためには、各加熱素
子が、インクをバブル核生成温度（水性インクの場合は
２８０℃が好ましい）にするのに充分な程度まで熱くな
らなければならない。加熱素子が熱エネルギーを発生し
てバブルの核生成を起こさせるために、加熱素子の抵抗
器に動作電圧（operationg voltage）を印加する。一般
に、動作電圧は抵抗器の抵抗に比例する。つまり、抵抗
が高ければ高いほど、動作電圧も高くなる。
子が、インクをバブル核生成温度（水性インクの場合は
２８０℃が好ましい）にするのに充分な程度まで熱くな
らなければならない。加熱素子が熱エネルギーを発生し
てバブルの核生成を起こさせるために、加熱素子の抵抗
器に動作電圧（operationg voltage）を印加する。一般
に、動作電圧は抵抗器の抵抗に比例する。つまり、抵抗
が高ければ高いほど、動作電圧も高くなる。
【００１１】一般的に、加熱素子の抵抗器にはポリシリ
コンが使用されている。抵抗器の抵抗値は、バブル核生
成によってインクの小滴を排出させるための実際の所用
電力（電力＝Ｖ×Ｉ＝Ｉ2 ×Ｒ＝Ｖ2 ／Ｒ）に基づいて
選択される。所用電力と電圧を選択すれば、抵抗値が決
定される。決定された抵抗の製作は、ポリシリコンの面
積抵抗（オーム／スケヤ；Ω／□）および抵抗器のサイ
ズによって制御される。抵抗器のサイズは、フォトリソ
グラフィー技術によって厳格に制御することができる。
ポリシリコンの面積抵抗は主に、不純物のドーピング、
好ましくはイオン注入、およびイオン注入ポリシリコン
のアニーリングによって制御される。
コンが使用されている。抵抗器の抵抗値は、バブル核生
成によってインクの小滴を排出させるための実際の所用
電力（電力＝Ｖ×Ｉ＝Ｉ2 ×Ｒ＝Ｖ2 ／Ｒ）に基づいて
選択される。所用電力と電圧を選択すれば、抵抗値が決
定される。決定された抵抗の製作は、ポリシリコンの面
積抵抗（オーム／スケヤ；Ω／□）および抵抗器のサイ
ズによって制御される。抵抗器のサイズは、フォトリソ
グラフィー技術によって厳格に制御することができる。
ポリシリコンの面積抵抗は主に、不純物のドーピング、
好ましくはイオン注入、およびイオン注入ポリシリコン
のアニーリングによって制御される。
【００１２】図１は、従来のイオン注入およびアニーリ
ング処理によってドーピングしたｐ形ポリシリコンのウ
ェハの面積抵抗の変動を示している。図１の線は等高線
であり、各等高線は平均面積抵抗に対する１％の面積抵
抗の増加（＋）または減少（−）を表わす。したがっ
て、多数の等高線は平均面積抵抗からの偏差が大きいこ
とを示す。図では一定の長さのウェハ内の面積抵抗は１
２．８０％変動しており、一般的に面積抵抗は１０％な
いし１５％変動することがある。このように、加熱素子
の製作中にイオン注入によって形成される多数の抵抗器
は、抵抗器間に面積抵抗の変動を生じる。多数の抵抗器
のサイズは同一であり、面積抵抗は１０％ないし１５％
変動するので、抵抗器の抵抗は相互間で１０％ないし１
５％変動する。
ング処理によってドーピングしたｐ形ポリシリコンのウ
ェハの面積抵抗の変動を示している。図１の線は等高線
であり、各等高線は平均面積抵抗に対する１％の面積抵
抗の増加（＋）または減少（−）を表わす。したがっ
て、多数の等高線は平均面積抵抗からの偏差が大きいこ
とを示す。図では一定の長さのウェハ内の面積抵抗は１
２．８０％変動しており、一般的に面積抵抗は１０％な
いし１５％変動することがある。このように、加熱素子
の製作中にイオン注入によって形成される多数の抵抗器
は、抵抗器間に面積抵抗の変動を生じる。多数の抵抗器
のサイズは同一であり、面積抵抗は１０％ないし１５％
変動するので、抵抗器の抵抗は相互間で１０％ないし１
５％変動する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】静的ＲＡＭの設計に
は、面積抵抗が２ないし４ＫΩ／□の大きさの高抵抗ポ
リシリコン負荷が使用されるが、サーマルインクジェッ
ト分野に使用する抵抗器の面積抵抗は、非常に正確であ
ること（例えば４０オーム／□）、および厳格に制御す
ることの両方が要求される。抵抗器間の抵抗の変動は、
加熱素子の動作および寿命に悪影響を及ぼし、これがさ
らに印字ヘッドの動作および寿命に悪影響を及ぼす。選
択された電圧が、所望の抵抗より大きい抵抗を持つ抵抗
器に印加されると、バブル核生成に必要な電力より低い
電力が発生し、したがってインク小滴の排出が妨げられ
る。選択された電圧が、所望の抵抗より低い抵抗を持つ
抵抗器に印加されると、バブル核生成に必要な電力より
大きい電力が発生し、そのような発生電力はインクを抵
抗器に焼き付けさせ、インクと抵抗器の間に絶縁層を形
成する。低抵抗の抵抗器に絶縁層が形成された場合や、
高抵抗の抵抗器のためにインク小滴が排出されない場合
には、印字ヘッドの寿命期間にわたってインク小滴を生
成するために必要な電圧を高くしなければならない。電
圧のそうした増加は、印字ヘッドの動作寿命を短くす
る。
は、面積抵抗が２ないし４ＫΩ／□の大きさの高抵抗ポ
リシリコン負荷が使用されるが、サーマルインクジェッ
ト分野に使用する抵抗器の面積抵抗は、非常に正確であ
ること（例えば４０オーム／□）、および厳格に制御す
ることの両方が要求される。抵抗器間の抵抗の変動は、
加熱素子の動作および寿命に悪影響を及ぼし、これがさ
らに印字ヘッドの動作および寿命に悪影響を及ぼす。選
択された電圧が、所望の抵抗より大きい抵抗を持つ抵抗
器に印加されると、バブル核生成に必要な電力より低い
電力が発生し、したがってインク小滴の排出が妨げられ
る。選択された電圧が、所望の抵抗より低い抵抗を持つ
抵抗器に印加されると、バブル核生成に必要な電力より
大きい電力が発生し、そのような発生電力はインクを抵
抗器に焼き付けさせ、インクと抵抗器の間に絶縁層を形
成する。低抵抗の抵抗器に絶縁層が形成された場合や、
高抵抗の抵抗器のためにインク小滴が排出されない場合
には、印字ヘッドの寿命期間にわたってインク小滴を生
成するために必要な電圧を高くしなければならない。電
圧のそうした増加は、印字ヘッドの動作寿命を短くす
る。
【００１４】以下の特許は、ポリシリコンで形成された
抵抗器を持つ様々な印字ヘッドを開示しているが、加熱
素子の抵抗器間の実質的に均等な面積抵抗およびそうし
た抵抗器の製作方法を開示した特許は無い。
抵抗器を持つ様々な印字ヘッドを開示しているが、加熱
素子の抵抗器間の実質的に均等な面積抵抗およびそうし
た抵抗器の製作方法を開示した特許は無い。
【００１５】発明者Desphande による米国特許第４，９
４７，１９３号は、インク流路の一端に配置されたノズ
ルから要求によってインク小滴を排出するために、電気
信号によって選択的にアドレス指定できる多数の加熱素
子をインク流路に持つ、改良されたサーマルインクジェ
ット印字ヘッドを開示している。各加熱素子は、流路内
のインク方向を横切る方向の面積抵抗が不均等な不活性
化層の抵抗材を有する。不均等な面積抵抗により、抵抗
層の幅全体にわたって実質的に均等な温度が得られるの
で、小滴を排出するために必要な電力は低下し、小滴の
大きさの電気信号エネルギーに対する依存性は無くな
る。
４７，１９３号は、インク流路の一端に配置されたノズ
ルから要求によってインク小滴を排出するために、電気
信号によって選択的にアドレス指定できる多数の加熱素
子をインク流路に持つ、改良されたサーマルインクジェ
ット印字ヘッドを開示している。各加熱素子は、流路内
のインク方向を横切る方向の面積抵抗が不均等な不活性
化層の抵抗材を有する。不均等な面積抵抗により、抵抗
層の幅全体にわたって実質的に均等な温度が得られるの
で、小滴を排出するために必要な電力は低下し、小滴の
大きさの電気信号エネルギーに対する依存性は無くな
る。
【００１６】発明者Haraへの米国特許第４，３７０，６
６０号は、液滴を排出するためのオリフィスを含む液排
出部とオリフィスに接続された熱作用部とから成る液排
出記録ヘッドを用いた液排出記録方法を開示している。
熱作用部は、液的を排出するための熱エネルギーが液に
作用する部分であり、電気熱変換器は、基板上に基板か
ら熱作用部まで、熱作用部の位置で下層、抵抗加熱器
層、および上層の順序で積層した構造を持つ。信号電圧
が抵抗加熱器層に印加され、電位ＶA およびＶBが２つ
の電極ＡおよびＢに印加されると、信号電圧が抵抗加熱
器層に印加される間、少なくとも上層の表面部に印加さ
れた電位Ｖは、ＶA とＶB の中間に維持される。
６０号は、液滴を排出するためのオリフィスを含む液排
出部とオリフィスに接続された熱作用部とから成る液排
出記録ヘッドを用いた液排出記録方法を開示している。
熱作用部は、液的を排出するための熱エネルギーが液に
作用する部分であり、電気熱変換器は、基板上に基板か
ら熱作用部まで、熱作用部の位置で下層、抵抗加熱器
層、および上層の順序で積層した構造を持つ。信号電圧
が抵抗加熱器層に印加され、電位ＶA およびＶBが２つ
の電極ＡおよびＢに印加されると、信号電圧が抵抗加熱
器層に印加される間、少なくとも上層の表面部に印加さ
れた電位Ｖは、ＶA とＶB の中間に維持される。
【００１７】Wuらの「高電流注入装置のウェハ帯電制
御」という著述の中で、Wuらは、高電流イオン注入装置
におけるウェハの帯電、およびヴァリアン１６０−１０
注入装置における電子フラッドガンの動作について検討
している。３５０ｅＶまでのエネルギーを持つフラッド
ガンの電子がウェハに到達し、ウェハが過度にオーバー
フラッドされると破損することを示している。容量性ピ
ックアップセンサを用いた現場フラッドガンモニタにつ
いて説明されている。容量性電荷センサによる実験はさ
らに、（ｉ）ターゲットチャンバの通気中またはポンプ
ダウン中に、ウェハが自己帯電し得ること、（ii）わず
かなオーバーフラッドは、アンダーフラッドより好まし
いこと、および（iii ）完全な中和のために、フラッド
ガン放射電流は、ウェハにおけるイオンビームの磁気走
査によって変化すべきであることを示した。Wuらは、試
験車として酸化金属半導体（ＭＯＳ）コンデンサを用い
て、イオン注入の深さに対するフィールド酸化物やフォ
トレジストの厚さや、注入中のウェハの裏側の適切な接
地、ゲート酸化物の下のシリコンの極性などのような、
他の要素もまた、注入中のデバイスの帯電破損に影響を
及ぼしうることを示している。適切な電子フラッド制御
の利点を実証し、作動手順を提唱している。
御」という著述の中で、Wuらは、高電流イオン注入装置
におけるウェハの帯電、およびヴァリアン１６０−１０
注入装置における電子フラッドガンの動作について検討
している。３５０ｅＶまでのエネルギーを持つフラッド
ガンの電子がウェハに到達し、ウェハが過度にオーバー
フラッドされると破損することを示している。容量性ピ
ックアップセンサを用いた現場フラッドガンモニタにつ
いて説明されている。容量性電荷センサによる実験はさ
らに、（ｉ）ターゲットチャンバの通気中またはポンプ
ダウン中に、ウェハが自己帯電し得ること、（ii）わず
かなオーバーフラッドは、アンダーフラッドより好まし
いこと、および（iii ）完全な中和のために、フラッド
ガン放射電流は、ウェハにおけるイオンビームの磁気走
査によって変化すべきであることを示した。Wuらは、試
験車として酸化金属半導体（ＭＯＳ）コンデンサを用い
て、イオン注入の深さに対するフィールド酸化物やフォ
トレジストの厚さや、注入中のウェハの裏側の適切な接
地、ゲート酸化物の下のシリコンの極性などのような、
他の要素もまた、注入中のデバイスの帯電破損に影響を
及ぼしうることを示している。適切な電子フラッド制御
の利点を実証し、作動手順を提唱している。
【００１８】発明者Hawkins への米国特許第４，５３
２，５３０号は、動作寿命を犠牲にすることなく、より
効率的に作動し、かつ電力消費を低くした改良形バブル
発生抵抗器を備えた、キャリッジ形バブルインクジェッ
ト印字システムを開示している。抵抗器材料はヘビード
ーピング多結晶シリコンであり、これは、機器のコスト
を軽減し、より高い歩留まりを達成するために、集積回
路と同じプロセスラインで形成することができる。ガラ
スメサ（glass mesas ）は、抵抗器の能動部をシリコン
支持基板および電極接続点から熱的に分離し、動作中に
電極接続点が比較的低温に維持されるようにしている。
熱によって成長する誘電体層は、抵抗器とその保護イン
ク界面タンタル層の間に薄い電気絶縁層を形成し、これ
によりインクへの熱エネルギーの伝達を高める。
２，５３０号は、動作寿命を犠牲にすることなく、より
効率的に作動し、かつ電力消費を低くした改良形バブル
発生抵抗器を備えた、キャリッジ形バブルインクジェッ
ト印字システムを開示している。抵抗器材料はヘビード
ーピング多結晶シリコンであり、これは、機器のコスト
を軽減し、より高い歩留まりを達成するために、集積回
路と同じプロセスラインで形成することができる。ガラ
スメサ（glass mesas ）は、抵抗器の能動部をシリコン
支持基板および電極接続点から熱的に分離し、動作中に
電極接続点が比較的低温に維持されるようにしている。
熱によって成長する誘電体層は、抵抗器とその保護イン
ク界面タンタル層の間に薄い電気絶縁層を形成し、これ
によりインクへの熱エネルギーの伝達を高める。
【００１９】上記の文献を、追加的または代替的な説
明、特徴および／または技術的背景の適切な教示として
適宜、本明細書に引用によって組み込む。
明、特徴および／または技術的背景の適切な教示として
適宜、本明細書に引用によって組み込む。
【００２０】本発明の目的は、加熱素子の寿命を延長す
る、抵抗器付き印字ヘッドを持つインクジェット印字シ
ステムを提供することである。
る、抵抗器付き印字ヘッドを持つインクジェット印字シ
ステムを提供することである。
【００２１】本発明の別の目的は、加熱素子の効率を向
上する、抵抗器付き印字ヘッドを持つインクジェット印
字システムを提供することである。
上する、抵抗器付き印字ヘッドを持つインクジェット印
字システムを提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記およびその他の目的
および利点を達成し、先に述べた欠点を克服するため
に、ポリシリコン抵抗器にドーパントをイオン注入（im
plantation）する時に、抵抗器表面に電荷が蓄積される
のを防止し、かつポリシリコン抵抗器に均等にドーピン
グするために、フラッドガン（flood gun ）を使用す
る。印字ヘッドの加熱素子の製作時にフラッドガンを使
用することによって、加熱素子の抵抗器は、相互に対し
実質的に均等な面積抵抗を持つようになる。印字ヘッド
の抵抗器の面積抵抗の変動は３％未満であり、好ましく
は１％未満である。このように低い面積抵抗の変動は、
不足電圧や過電圧が抵抗器に印加されるのを防止し、加
熱素子の寿命を延ばし、したがって印字ヘッドの寿命を
延ばす。
および利点を達成し、先に述べた欠点を克服するため
に、ポリシリコン抵抗器にドーパントをイオン注入（im
plantation）する時に、抵抗器表面に電荷が蓄積される
のを防止し、かつポリシリコン抵抗器に均等にドーピン
グするために、フラッドガン（flood gun ）を使用す
る。印字ヘッドの加熱素子の製作時にフラッドガンを使
用することによって、加熱素子の抵抗器は、相互に対し
実質的に均等な面積抵抗を持つようになる。印字ヘッド
の抵抗器の面積抵抗の変動は３％未満であり、好ましく
は１％未満である。このように低い面積抵抗の変動は、
不足電圧や過電圧が抵抗器に印加されるのを防止し、加
熱素子の寿命を延ばし、したがって印字ヘッドの寿命を
延ばす。
【００２３】さらに、均等な面積抵抗を得るために、抵
抗器をシリコンの化学蒸着によって形成する。第１実施
例では、チューブの温度をポンプ端から原料端まで傾斜
させ、チューブ内を通るガスの消耗を補償する。一般
に、温度はガス入口である負荷端を６２０℃とし、中間
部を６３０℃、ポンプ端を６４０℃とする。第２実施例
では、チューブを６２０℃の平坦な温度プロフィルで作
動し、ガスはチューブの長さに沿った複数位置から注入
する。第３の実施例では、一般に負荷端部が５６５℃、
中間部が５７０℃、ポンプ端部が５７５℃の傾斜温度プ
ロフィルで、アモルファスシリコンの化学蒸着によっ
て、抵抗器を形成する。あるいはまた、アモルファスシ
リコンを５８０℃未満の平坦な温度プロフィルで蒸着す
ることもできる。アモルファスシリコンを蒸着する実施
例はどちらの場合も、アモルファスシリコンをその後の
熱サイクルで、典型的に１０００℃の温度で、多結晶シ
リコンに変化させる。このような方法でポリシリコンを
形成することにより、約１０００Åの極めて均等な結晶
粒度が得られ、第１および第２実施例では、結晶粒度を
２００Åないし１０００Åに変化させることができる。
第３および第４実施例では、熱サイクルの完了後のポリ
シリコンが、好ましくは１０００Åから１μｍの均等な
結晶粒度を持つ。
抗器をシリコンの化学蒸着によって形成する。第１実施
例では、チューブの温度をポンプ端から原料端まで傾斜
させ、チューブ内を通るガスの消耗を補償する。一般
に、温度はガス入口である負荷端を６２０℃とし、中間
部を６３０℃、ポンプ端を６４０℃とする。第２実施例
では、チューブを６２０℃の平坦な温度プロフィルで作
動し、ガスはチューブの長さに沿った複数位置から注入
する。第３の実施例では、一般に負荷端部が５６５℃、
中間部が５７０℃、ポンプ端部が５７５℃の傾斜温度プ
ロフィルで、アモルファスシリコンの化学蒸着によっ
て、抵抗器を形成する。あるいはまた、アモルファスシ
リコンを５８０℃未満の平坦な温度プロフィルで蒸着す
ることもできる。アモルファスシリコンを蒸着する実施
例はどちらの場合も、アモルファスシリコンをその後の
熱サイクルで、典型的に１０００℃の温度で、多結晶シ
リコンに変化させる。このような方法でポリシリコンを
形成することにより、約１０００Åの極めて均等な結晶
粒度が得られ、第１および第２実施例では、結晶粒度を
２００Åないし１０００Åに変化させることができる。
第３および第４実施例では、熱サイクルの完了後のポリ
シリコンが、好ましくは１０００Åから１μｍの均等な
結晶粒度を持つ。
【００２４】ｐ形またはｎ形のドーパントをポリシリコ
ンにイオン注入する際に、イオン注入装置に配備された
フラッドガンは、ポリシリコンの表面における電荷の蓄
積を中和するために、低エネルギーの電子を放射する。
低エネルギーの電子はポリシリコンの表面に電荷が蓄積
するのを防止するので、ポリシリコンの表面における電
場の通常の蓄積は無くなり、ポリシリコンはドーパント
のイオン注入によって均等にドーピングされる。
ンにイオン注入する際に、イオン注入装置に配備された
フラッドガンは、ポリシリコンの表面における電荷の蓄
積を中和するために、低エネルギーの電子を放射する。
低エネルギーの電子はポリシリコンの表面に電荷が蓄積
するのを防止するので、ポリシリコンの表面における電
場の通常の蓄積は無くなり、ポリシリコンはドーパント
のイオン注入によって均等にドーピングされる。
【００２５】
【実施例】次に、本発明を、添付の図面を参照しながら
説明する。図中では、同様の要素は同様の符号で示して
いる。図２は、本発明に従ってドーピングしたシリコン
ウェハの実質的に均等な面積抵抗を示している。イオン
注入によってシリコンウェハをドーピングすると、ウェ
ハ表面に電荷が蓄積することが発見された。ウェハ表面
のこのような電荷の蓄積は電場を形成し、そのためにｎ
形またはｐ形のドーパントが偏向するので、ドーパント
をシリコンウェハに均等に打ち込むことができなくな
る。さらに、高いドーパント密度およびイオンビーム電
流をシリコンウェハのドーピングに使用した場合、帯電
はさらにひどくなった。帯電を防止し、均等な面積抵抗
を得るために、イオン注入時にフラッドガンを使用する
と、シリコンウェハの帯電がかなり減少した。図に示す
ように、一定の長さのウェハ内の面積抵抗は、変動が１
％未満であった。
説明する。図中では、同様の要素は同様の符号で示して
いる。図２は、本発明に従ってドーピングしたシリコン
ウェハの実質的に均等な面積抵抗を示している。イオン
注入によってシリコンウェハをドーピングすると、ウェ
ハ表面に電荷が蓄積することが発見された。ウェハ表面
のこのような電荷の蓄積は電場を形成し、そのためにｎ
形またはｐ形のドーパントが偏向するので、ドーパント
をシリコンウェハに均等に打ち込むことができなくな
る。さらに、高いドーパント密度およびイオンビーム電
流をシリコンウェハのドーピングに使用した場合、帯電
はさらにひどくなった。帯電を防止し、均等な面積抵抗
を得るために、イオン注入時にフラッドガンを使用する
と、シリコンウェハの帯電がかなり減少した。図に示す
ように、一定の長さのウェハ内の面積抵抗は、変動が１
％未満であった。
【００２６】図３は、抵抗器の製作中にフラッドガンを
利用した加熱素子２の拡大断面図である。１つの加熱素
子しか示されていないが、印字ヘッドの加熱素子は大量
に作成される。このように、均等な面積抵抗を得るため
にフラッドガンを使用することによって、同時に製作さ
れる加熱素子の抵抗器は全部、実質的に均等な面積抵抗
を持ち、抵抗は、印字ヘッドの加熱素子の個々の抵抗器
間、および印字ヘッド間でも、実質的に均等になる。
利用した加熱素子２の拡大断面図である。１つの加熱素
子しか示されていないが、印字ヘッドの加熱素子は大量
に作成される。このように、均等な面積抵抗を得るため
にフラッドガンを使用することによって、同時に製作さ
れる加熱素子の抵抗器は全部、実質的に均等な面積抵抗
を持ち、抵抗は、印字ヘッドの加熱素子の個々の抵抗器
間、および印字ヘッド間でも、実質的に均等になる。
【００２７】加熱素子は、基板４上のアンダグレーズ層
６に形成される。アンダグレーズ層６の上にポリシリコ
ンを蒸着し、これをエッチング加工して、抵抗器８を形
成する。抵抗器８は、軽くドーピングされたｎ形領域８
Ａと、その両端に形成された２つの大量にドーピングさ
れたｎ形領域８Ｂを有する。大量ドーピング領域と軽量
ドーピング領域の間の境界面は、ドーパントライン９を
形成する。ドーパントライン９が加熱素子の実際の加熱
領域となる。
６に形成される。アンダグレーズ層６の上にポリシリコ
ンを蒸着し、これをエッチング加工して、抵抗器８を形
成する。抵抗器８は、軽くドーピングされたｎ形領域８
Ａと、その両端に形成された２つの大量にドーピングさ
れたｎ形領域８Ｂを有する。大量ドーピング領域と軽量
ドーピング領域の間の境界面は、ドーパントライン９を
形成する。ドーパントライン９が加熱素子の実際の加熱
領域となる。
【００２８】抵抗器８の上に、リンけい酸塩ガラス（Ｐ
ＳＧ）を蒸着およびリフローした後、エッチング加工し
て、アドレス指定および共通リターン電極１６、１８の
電極バイアス１２、１４および抵抗器８の頂面を露出す
るＰＳＧステップ領域１０を形成する。さらに、ＰＳＧ
ステップ領域１０は、有効加熱器領域を形成する。窒化
けい素および二酸化けい素の誘電体絶縁層２０を、抵抗
器８の上に形成し、抵抗器をタンタル層２２およびイン
クから電気絶縁する。タンタル（Ｔａ）層２２は、抵抗
器８および誘電体絶縁層２０を、高温の腐食性インク及
びしぼんでいくバブルによるキャビテーション圧力から
保護するために、誘電体絶縁層２０の上にスパッタ蒸着
する。誘電体絶縁層２０およびタンタル層２２をエッチ
ング加工し、さらにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着および
エッチング加工して、アドレス指定電極１６および共通
リターン電極１８を形成する。オーバグレーズパッシベ
ーション層２４として、基板全体の上にＣＶＤ蒸着リン
けい酸塩ガラスの厚い層を蒸着し、Ｔａ層２２に露出す
るようにエッチング加工する。最後に、基板全体の上に
厚い絶縁層を蒸着し、エッチング加工してピット層２６
およびピット２８を形成する。
ＳＧ）を蒸着およびリフローした後、エッチング加工し
て、アドレス指定および共通リターン電極１６、１８の
電極バイアス１２、１４および抵抗器８の頂面を露出す
るＰＳＧステップ領域１０を形成する。さらに、ＰＳＧ
ステップ領域１０は、有効加熱器領域を形成する。窒化
けい素および二酸化けい素の誘電体絶縁層２０を、抵抗
器８の上に形成し、抵抗器をタンタル層２２およびイン
クから電気絶縁する。タンタル（Ｔａ）層２２は、抵抗
器８および誘電体絶縁層２０を、高温の腐食性インク及
びしぼんでいくバブルによるキャビテーション圧力から
保護するために、誘電体絶縁層２０の上にスパッタ蒸着
する。誘電体絶縁層２０およびタンタル層２２をエッチ
ング加工し、さらにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着および
エッチング加工して、アドレス指定電極１６および共通
リターン電極１８を形成する。オーバグレーズパッシベ
ーション層２４として、基板全体の上にＣＶＤ蒸着リン
けい酸塩ガラスの厚い層を蒸着し、Ｔａ層２２に露出す
るようにエッチング加工する。最後に、基板全体の上に
厚い絶縁層を蒸着し、エッチング加工してピット層２６
およびピット２８を形成する。
【００２９】次に、図３に示した加熱素子を形成するた
めに用いる様々な方法および材料について説明する。
めに用いる様々な方法および材料について説明する。
【００３０】加熱素子の基板４は、シリコンから形成す
ることが望ましい。シリコンを使用することが望ましい
理由は、それが電気を絶縁すると共に、加熱素子によっ
て発生する熱を除去するために優れた熱伝導性を持つか
らである。基板は（１００）両面研磨Ｐ形シリコンであ
り、厚さは５２５マイクロメータ（μｍ）である。さら
に、基板４は、例えば１０オーム・ｃｍの抵抗に軽くド
ーピングするか、電流帰路ができるように０．０１ない
し０．００１オーム・ｃｍの範囲の抵抗に縮退ドーピン
グするか、あるいは能動電解効果トランジスタまたはバ
イポーラトランジスタが形成できるように、２ないし２
５μｍのエピタキシャル軽量ドーピング表面層に縮退ド
ーピングすることができる。
ることが望ましい。シリコンを使用することが望ましい
理由は、それが電気を絶縁すると共に、加熱素子によっ
て発生する熱を除去するために優れた熱伝導性を持つか
らである。基板は（１００）両面研磨Ｐ形シリコンであ
り、厚さは５２５マイクロメータ（μｍ）である。さら
に、基板４は、例えば１０オーム・ｃｍの抵抗に軽くド
ーピングするか、電流帰路ができるように０．０１ない
し０．００１オーム・ｃｍの範囲の抵抗に縮退ドーピン
グするか、あるいは能動電解効果トランジスタまたはバ
イポーラトランジスタが形成できるように、２ないし２
５μｍのエピタキシャル軽量ドーピング表面層に縮退ド
ーピングすることができる。
【００３１】アンダグレーズ層６は、二酸化けい素（Ｓ
ｉＯ2 ）から形成することが望ましい。これはシリコン
基板の熱酸化によって成長する。しかし、他の適切な熱
酸化物層をアンダグレーズ層６に使用することもでき
る。アンダグレーズ層６は１ないし２μｍの厚さを持
ち、好適実施例は１．５μｍの厚さである。
ｉＯ2 ）から形成することが望ましい。これはシリコン
基板の熱酸化によって成長する。しかし、他の適切な熱
酸化物層をアンダグレーズ層６に使用することもでき
る。アンダグレーズ層６は１ないし２μｍの厚さを持
ち、好適実施例は１．５μｍの厚さである。
【００３２】ポリシリコンは、アンダグレーズ層の上
に、化学蒸着（ＣＶＤ）によって、１０００から６００
０オングストローム（Å）の間の厚さに蒸着し、抵抗器
８を形成する。好適実施例では、抵抗器８の厚さは４０
００から５０００Åの間であり、できれば４５００Åの
厚さとする。ポリシリコンは、化学蒸着のときに温度傾
斜プロフィルまたは平坦温度プロフィルのいずれかを用
いて蒸着する。第１実施例では、チューブを下るガスの
消耗を補償するために、チューブ内の温度をポンプ端か
らソース端から原料端まで傾斜させる。一般に負荷端の
温度を６２０℃とし、中間部のガス入口を６３０℃、ポ
ンプ端を６４０℃とする。第２実施例では、チューブを
６２０℃の平坦な温度プロフィルで作動し、ガスはチュ
ーブの長さに沿った複数位置から注入する。このような
ポリシリコンの形成方法により、約１０００Åの極めて
均等な結晶粒度が得られ、結晶粒度は２００Åないし１
０００Åの間で変化させることができる。
に、化学蒸着（ＣＶＤ）によって、１０００から６００
０オングストローム（Å）の間の厚さに蒸着し、抵抗器
８を形成する。好適実施例では、抵抗器８の厚さは４０
００から５０００Åの間であり、できれば４５００Åの
厚さとする。ポリシリコンは、化学蒸着のときに温度傾
斜プロフィルまたは平坦温度プロフィルのいずれかを用
いて蒸着する。第１実施例では、チューブを下るガスの
消耗を補償するために、チューブ内の温度をポンプ端か
らソース端から原料端まで傾斜させる。一般に負荷端の
温度を６２０℃とし、中間部のガス入口を６３０℃、ポ
ンプ端を６４０℃とする。第２実施例では、チューブを
６２０℃の平坦な温度プロフィルで作動し、ガスはチュ
ーブの長さに沿った複数位置から注入する。このような
ポリシリコンの形成方法により、約１０００Åの極めて
均等な結晶粒度が得られ、結晶粒度は２００Åないし１
０００Åの間で変化させることができる。
【００３３】イオン注入したポリシリコンのアニーリン
グ中に、より大きい結晶粒界に拡散するドーパントは少
なくなるので、また抵抗器の面積抵抗がいっそう均等に
なるので、結晶粒度は大きい方が好ましい。より大きい
均等な結晶粒度を達成するために、抵抗器は、一般に負
荷端が５６５℃、中間部が５７０℃、ポンプ端が５７５
℃の傾斜温度プロフィルで、アモルファスシリコンの化
学蒸着によって形成する。あるいはまた、アモルファス
シリコンを５８０℃未満の平坦な温度プロフィルで蒸着
することもできる。どちらの方法でも、蒸着したアモル
ファスシリコンは、その後の熱サイクルで、一般に１０
００℃の温度で、多結晶シリコン（polycrystalline ）
に変化させる。このような方法で形成されたポリシリコ
ンは、好ましくは約１０００Åないし１μｍの極めて均
等な結晶粒度を持つ。
グ中に、より大きい結晶粒界に拡散するドーパントは少
なくなるので、また抵抗器の面積抵抗がいっそう均等に
なるので、結晶粒度は大きい方が好ましい。より大きい
均等な結晶粒度を達成するために、抵抗器は、一般に負
荷端が５６５℃、中間部が５７０℃、ポンプ端が５７５
℃の傾斜温度プロフィルで、アモルファスシリコンの化
学蒸着によって形成する。あるいはまた、アモルファス
シリコンを５８０℃未満の平坦な温度プロフィルで蒸着
することもできる。どちらの方法でも、蒸着したアモル
ファスシリコンは、その後の熱サイクルで、一般に１０
００℃の温度で、多結晶シリコン（polycrystalline ）
に変化させる。このような方法で形成されたポリシリコ
ンは、好ましくは約１０００Åないし１μｍの極めて均
等な結晶粒度を持つ。
【００３４】加熱素子の多数の抵抗器間で均等な面積抵
抗を得るために、ポリシリコンのドーピング中にフラッ
ドガンを使用する。好適実施例では、ｎ形ドーパント、
例えばリンをポリシリコンにイオン注入して、軽量ドー
ピングｎ形領域を形成する。イオン注入装置（図示せ
ず）は、５０−１００ＫｅＶで１０15−１０16原子／ｃ
ｍ2 のドーパント密度でポリシリコンに注入する。イオ
ン注入時に、低エネルギー電子（メディアンエネルギー
は１０−１５ｅＶ）の流れを、イオン注入装置内に配置
された電子フラッドガン（図示せず）によってウェハに
向けて放出し、ポリシリコン表面に蓄積される正電荷を
中和させる。フラッドガンは、１５−３０ｍＡの電流で
駆動する。電流の選択は、注入装置のイオンビームが始
動するときに、基板ホイール上の電荷を監視し、この電
荷を中和するようにフラッドガンの電流を調整すること
によって行われる。好適なポリシリコン注入パラメータ
の場合、電流は約２０ｍＡとなる。次にマスクを用い
て、フラッドガンを使用しながら、または使用せずに、
イオン注入によって抵抗器８の両端部にさらに重量ドー
ピングを行う。また、湿式または乾式エッチングを用い
て、過剰なポリシリコンを除去し、適切な長さの抵抗器
８を達成する。さらに、ポリシリコンを同時に使用し
て、電解効果トランジスタや相互接続のゲートなど、関
連能動回路機構の素子を形成することができる。また、
固体源の拡散源またはガスによってポリシリコンにドー
ピングすることもできる。
抗を得るために、ポリシリコンのドーピング中にフラッ
ドガンを使用する。好適実施例では、ｎ形ドーパント、
例えばリンをポリシリコンにイオン注入して、軽量ドー
ピングｎ形領域を形成する。イオン注入装置（図示せ
ず）は、５０−１００ＫｅＶで１０15−１０16原子／ｃ
ｍ2 のドーパント密度でポリシリコンに注入する。イオ
ン注入時に、低エネルギー電子（メディアンエネルギー
は１０−１５ｅＶ）の流れを、イオン注入装置内に配置
された電子フラッドガン（図示せず）によってウェハに
向けて放出し、ポリシリコン表面に蓄積される正電荷を
中和させる。フラッドガンは、１５−３０ｍＡの電流で
駆動する。電流の選択は、注入装置のイオンビームが始
動するときに、基板ホイール上の電荷を監視し、この電
荷を中和するようにフラッドガンの電流を調整すること
によって行われる。好適なポリシリコン注入パラメータ
の場合、電流は約２０ｍＡとなる。次にマスクを用い
て、フラッドガンを使用しながら、または使用せずに、
イオン注入によって抵抗器８の両端部にさらに重量ドー
ピングを行う。また、湿式または乾式エッチングを用い
て、過剰なポリシリコンを除去し、適切な長さの抵抗器
８を達成する。さらに、ポリシリコンを同時に使用し
て、電解効果トランジスタや相互接続のゲートなど、関
連能動回路機構の素子を形成することができる。また、
固体源の拡散源またはガスによってポリシリコンにドー
ピングすることもできる。
【００３５】ＰＳＧステップ領域１０は、７．５ｗｔ％
のＰＳＧから形成することが望ましい。ＰＳＧを形成す
るためには、ＳｉＯ2 をＣＶＤによって蒸着するか、熱
酸化によって成長させた後、ＳｉＯ2 に好ましくは７．
５ｗｔ％のリンをドーピングする。ＰＳＧを加熱してＰ
ＳＧをリフローさせてプレーナ面を作成し、アドレス電
極１６および共通リターン電極１８のためのアルミニウ
ムのメタライズ用の平滑な表面を提供する。さらに、Ｐ
ＳＧ層をエッチング加工して、アドレス電極１６および
共通リターン電極用１８の電極バイア１２、１４を形成
すると共に、インクに露出される領域を加熱器の上に形
成し、誘電体絶縁層２０およびＴａ層２２用の場所を設
ける。
のＰＳＧから形成することが望ましい。ＰＳＧを形成す
るためには、ＳｉＯ2 をＣＶＤによって蒸着するか、熱
酸化によって成長させた後、ＳｉＯ2 に好ましくは７．
５ｗｔ％のリンをドーピングする。ＰＳＧを加熱してＰ
ＳＧをリフローさせてプレーナ面を作成し、アドレス電
極１６および共通リターン電極１８のためのアルミニウ
ムのメタライズ用の平滑な表面を提供する。さらに、Ｐ
ＳＧ層をエッチング加工して、アドレス電極１６および
共通リターン電極用１８の電極バイア１２、１４を形成
すると共に、インクに露出される領域を加熱器の上に形
成し、誘電体絶縁層２０およびＴａ層２２用の場所を設
ける。
【００３６】誘電体絶縁層２０は、窒化シリコン（Ｓｉ
3Ｎ4）の熱分解化学蒸着およびＳｉ 3Ｎ4 のエッチング
によって形成する。露出したポリシリコン抵抗器の上に
直接蒸着したＳｉ3Ｎ4 層は、５００ないし２５００Å
の厚さを持ち、好ましくは約１５００Åの厚さを持つ。
熱分解窒化シリコンは非常に優れた熱伝導性を持ち、抵
抗器に直接接触して蒸着した場合、非常に抵抗器とイン
クの間で熱を効果的に伝達する。
3Ｎ4）の熱分解化学蒸着およびＳｉ 3Ｎ4 のエッチング
によって形成する。露出したポリシリコン抵抗器の上に
直接蒸着したＳｉ3Ｎ4 層は、５００ないし２５００Å
の厚さを持ち、好ましくは約１５００Åの厚さを持つ。
熱分解窒化シリコンは非常に優れた熱伝導性を持ち、抵
抗器に直接接触して蒸着した場合、非常に抵抗器とイン
クの間で熱を効果的に伝達する。
【００３７】あるいはまた、誘電体絶縁層２０は、ポリ
シリコン抵抗器の熱酸化によってＳｉＯ2 を形成するこ
とによって、形成することもできる。ＳｉＯ2 の誘電体
層は、５００Åないし１μｍの厚さまで成長することが
でき、好適実施例では、１０００ないし２０００Åの厚
さを持つ。
シリコン抵抗器の熱酸化によってＳｉＯ2 を形成するこ
とによって、形成することもできる。ＳｉＯ2 の誘電体
層は、５００Åないし１μｍの厚さまで成長することが
でき、好適実施例では、１０００ないし２０００Åの厚
さを持つ。
【００３８】Ｔａ層２２は、誘電体絶縁層２０の上に、
化学蒸着法によってスパッタ蒸着し、厚さは０．１ない
し１．０μｍの間である。Ｔａ層２２はマスクを掛け、
エッチング処理によって余分なタンタルを除去する。次
に、アドレス電極１６および共通リターン電極１８をメ
タライズする前に、誘電体絶縁層２２もエッチング加工
する。
化学蒸着法によってスパッタ蒸着し、厚さは０．１ない
し１．０μｍの間である。Ｔａ層２２はマスクを掛け、
エッチング処理によって余分なタンタルを除去する。次
に、アドレス電極１６および共通リターン電極１８をメ
タライズする前に、誘電体絶縁層２２もエッチング加工
する。
【００３９】アドレス電極１６および共通リターン電極
１８は、電極バイアス１２、１４にアルミニウムを化学
蒸着し、余分なアルミニウムをエッチング処理すること
によって形成する。アドレス電極および共通リターン電
極の端子８２（図６）は、チャネルプレート７２（図
６）を基板４に取り付けた後で制御回路に電気接続する
ための隙間ができるように、所定の位置に配置する。ア
ドレス電極１６および共通リターン電極１８は、０．５
ないし３μｍの厚さに蒸着し、好適な厚さは１．５μｍ
である。
１８は、電極バイアス１２、１４にアルミニウムを化学
蒸着し、余分なアルミニウムをエッチング処理すること
によって形成する。アドレス電極および共通リターン電
極の端子８２（図６）は、チャネルプレート７２（図
６）を基板４に取り付けた後で制御回路に電気接続する
ための隙間ができるように、所定の位置に配置する。ア
ドレス電極１６および共通リターン電極１８は、０．５
ないし３μｍの厚さに蒸着し、好適な厚さは１．５μｍ
である。
【００４０】オーバグレーズパッシベーション層２４
は、ＰＳＧと窒化シリコンＳｉx Ｎyの複合層から形成
する。オーバグレーズパッシベーション層の累積厚さ
は、０．１から１０μｍの範囲とすることができ、好適
な厚さは１．５μｍである。できれば４ｗｔ％のリンを
含むＰＳＧを、低温化学蒸着法（ＬＯＴＯＸ）によっ
て、５０００Åの厚さに蒸着する。次に、窒化シリコン
をプラズマ化学蒸着法によって、厚さ１．０μｍに蒸着
する。パッシベーションマスクを用いて、窒化シリコン
のプラズマエッチングおよびＰＳＧの湿式エッチングを
行って加熱素子から除去し、制御器６２（図４）に電気
接続するために、Ｔａ層２２およびアドレス電極１６と
共通リターン電極１８の端子８２を露出させる。代替実
施例として、オーバグレーズパッシベーション層２４
は、完全にＰＳＧだけで形成することもできる。さら
に、オーバグレーズパッシベーション層２４は、上記の
方法のどちらかで形成した後、ＰＳＧおよび／または窒
化シリコンの層の上に、厚さ１ないし１０μｍのポリイ
ミドの複合層を追加することもできる。
は、ＰＳＧと窒化シリコンＳｉx Ｎyの複合層から形成
する。オーバグレーズパッシベーション層の累積厚さ
は、０．１から１０μｍの範囲とすることができ、好適
な厚さは１．５μｍである。できれば４ｗｔ％のリンを
含むＰＳＧを、低温化学蒸着法（ＬＯＴＯＸ）によっ
て、５０００Åの厚さに蒸着する。次に、窒化シリコン
をプラズマ化学蒸着法によって、厚さ１．０μｍに蒸着
する。パッシベーションマスクを用いて、窒化シリコン
のプラズマエッチングおよびＰＳＧの湿式エッチングを
行って加熱素子から除去し、制御器６２（図４）に電気
接続するために、Ｔａ層２２およびアドレス電極１６と
共通リターン電極１８の端子８２を露出させる。代替実
施例として、オーバグレーズパッシベーション層２４
は、完全にＰＳＧだけで形成することもできる。さら
に、オーバグレーズパッシベーション層２４は、上記の
方法のどちらかで形成した後、ＰＳＧおよび／または窒
化シリコンの層の上に、厚さ１ないし１０μｍのポリイ
ミドの複合層を追加することもできる。
【００４１】次に、例えばＲＩＳＴＯＮ（登録商標）、
ＶＡＣＲＥＩ（登録商標）、ＰＲＯＢＩＭＥＲ５２（登
録商標）、ＰＡＲＡＤ（登録商標）、またはポリイミド
などの厚膜絶縁層を、基板の表面全体の上に形成する。
厚膜絶縁層の厚さは５ないし１００μｍであり、好適厚
さは１０ないし５０μｍである。厚膜絶縁層は、各加熱
素子２の上の厚膜絶縁層２６の部分をエッチングして除
去できるようにフォトリソグラフィによって処理し、ピ
ット層２６を形成する。ピット層２６の内壁２７は、加
熱器によって発生した蒸気バブルが横方向に移動するの
を防止し、したがって暴噴現象を防止する。
ＶＡＣＲＥＩ（登録商標）、ＰＲＯＢＩＭＥＲ５２（登
録商標）、ＰＡＲＡＤ（登録商標）、またはポリイミド
などの厚膜絶縁層を、基板の表面全体の上に形成する。
厚膜絶縁層の厚さは５ないし１００μｍであり、好適厚
さは１０ないし５０μｍである。厚膜絶縁層は、各加熱
素子２の上の厚膜絶縁層２６の部分をエッチングして除
去できるようにフォトリソグラフィによって処理し、ピ
ット層２６を形成する。ピット層２６の内壁２７は、加
熱器によって発生した蒸気バブルが横方向に移動するの
を防止し、したがって暴噴現象を防止する。
【００４２】図４は、本発明を組み込んだ印字ヘッド３
２を有するキャリッジ形ドロップオンデマンドインクジ
ェット印字システム３０である。直線配列のインク小滴
生成チャネルが、往復キャリッジアセンブリの印字ヘッ
ド３２内に収容されている。インク小滴３４は、印字ヘ
ッド３２が矢印４２の方向に記録媒体３６全体を一方向
に横切るたびに、ステップモータ３８によって矢印４０
の方向にステップ移動する記録媒体３６まで、予め選択
された距離を推進される。紙などの記録媒体３６は繰出
しロール４４に貯蔵されており、当業界で周知の方法に
より、ステップモータ３８によってロール４４にステッ
プ移動して巻き取られる。さらに、当業界で周知の給紙
機構を使用することにより、枚葉紙を使用することもで
きる。
２を有するキャリッジ形ドロップオンデマンドインクジ
ェット印字システム３０である。直線配列のインク小滴
生成チャネルが、往復キャリッジアセンブリの印字ヘッ
ド３２内に収容されている。インク小滴３４は、印字ヘ
ッド３２が矢印４２の方向に記録媒体３６全体を一方向
に横切るたびに、ステップモータ３８によって矢印４０
の方向にステップ移動する記録媒体３６まで、予め選択
された距離を推進される。紙などの記録媒体３６は繰出
しロール４４に貯蔵されており、当業界で周知の方法に
より、ステップモータ３８によってロール４４にステッ
プ移動して巻き取られる。さらに、当業界で周知の給紙
機構を使用することにより、枚葉紙を使用することもで
きる。
【００４３】印字ヘッド３２は、支持台４８に固定的に
取り付けられており、往復キャリッジアセンブリ５０を
構成する。往復キャリッジアセンブリ５０は、２つの平
行ガイドレール５２上で、記録媒体３６がステップ移動
する方向に対して直角に滑動させることによって、記録
媒体３６と平行してこれを横切るように左右に移動する
ことができる。印字ヘッド３２の往復運動は、ケーブル
５４および１対の回転可能なプーリ５６によって達成さ
れる。プーリの一方は可逆モータ５８によって駆動す
る。
取り付けられており、往復キャリッジアセンブリ５０を
構成する。往復キャリッジアセンブリ５０は、２つの平
行ガイドレール５２上で、記録媒体３６がステップ移動
する方向に対して直角に滑動させることによって、記録
媒体３６と平行してこれを横切るように左右に移動する
ことができる。印字ヘッド３２の往復運動は、ケーブル
５４および１対の回転可能なプーリ５６によって達成さ
れる。プーリの一方は可逆モータ５８によって駆動す
る。
【００４４】制御器６２からのコンジット６０は、各イ
ンクチャネルの個々の抵抗器に電流パルスを与える。イ
ンク小滴を生じる電流パルスは、電極６４を介して制御
器６２が受信したディジタルデータ信号に応答して生成
される。インク供給部６８から伸びているホース６６
は、印字システム３０の作動中に、チャネルにインクを
供給する。
ンクチャネルの個々の抵抗器に電流パルスを与える。イ
ンク小滴を生じる電流パルスは、電極６４を介して制御
器６２が受信したディジタルデータ信号に応答して生成
される。インク供給部６８から伸びているホース６６
は、印字システム３０の作動中に、チャネルにインクを
供給する。
【００４５】図５は、図４に示した印字ヘッド３２の拡
大概略アイソメトリック図であり、印字ヘッド３２のチ
ャネル７２の正面７１のノズル７０の配列を示す。線Ａ
−Ａにおける断面図である図６も併せて参照すると、下
部の電気絶縁基板４は、加熱素子２およびその表面にパ
ターン印刷された端子８２を有しており、チャネルプレ
ート７２は、一方向に伸長しチャネルプレート７２の正
面まで貫通した並列溝７４を有している。溝７４の他端
は傾斜した壁７６で終わっている。
大概略アイソメトリック図であり、印字ヘッド３２のチ
ャネル７２の正面７１のノズル７０の配列を示す。線Ａ
−Ａにおける断面図である図６も併せて参照すると、下
部の電気絶縁基板４は、加熱素子２およびその表面にパ
ターン印刷された端子８２を有しており、チャネルプレ
ート７２は、一方向に伸長しチャネルプレート７２の正
面まで貫通した並列溝７４を有している。溝７４の他端
は傾斜した壁７６で終わっている。
【００４６】チャネルプレート７２と溝７４の表面は一
列に整列し、溝７４および基板４によって形成される各
チャネル７５に多数の加熱素子２が配置されるように、
基板４に接着する。印字ヘッド３２は、加熱素子を制御
器６２に接続するために用いられる絶縁電極８０を含む
金属基板７８に取り付ける。金属基盤７８は印字ヘッド
３２内で発生した熱を消失させるヒートシンクとして作
用する。基板４上の電極１６、１８は端子８２で終端す
る。チャネルプレート７２は基板４より小さくして、電
極端子８２を露出させ、かつ金属基板７８上の電極８０
を介して制御器６２に接続することができるようにす
る。
列に整列し、溝７４および基板４によって形成される各
チャネル７５に多数の加熱素子２が配置されるように、
基板４に接着する。印字ヘッド３２は、加熱素子を制御
器６２に接続するために用いられる絶縁電極８０を含む
金属基板７８に取り付ける。金属基盤７８は印字ヘッド
３２内で発生した熱を消失させるヒートシンクとして作
用する。基板４上の電極１６、１８は端子８２で終端す
る。チャネルプレート７２は基板４より小さくして、電
極端子８２を露出させ、かつ金属基板７８上の電極８０
を介して制御器６２に接続することができるようにす
る。
【００４７】内部凹所は、インクチャネルのインク供給
マニホルド８４として使用する。インク供給マニホルド
８４は、インク充填穴８６として使用される開口底を有
し、インクは充填穴８６からマニホルド８４および共通
凹所８８に入り、穴８６及び各チャネル７５を毛管作用
で充填する。各ノズル７０におけるインクは、わずかな
負圧でメニスカスを形成し、インクがそこからこぼれる
のを防止する。
マニホルド８４として使用する。インク供給マニホルド
８４は、インク充填穴８６として使用される開口底を有
し、インクは充填穴８６からマニホルド８４および共通
凹所８８に入り、穴８６及び各チャネル７５を毛管作用
で充填する。各ノズル７０におけるインクは、わずかな
負圧でメニスカスを形成し、インクがそこからこぼれる
のを防止する。
【００４８】均等な結晶粒度のポリシリコンにドーパン
トをイオン注入するときにフラッドガンを利用すること
によって、印字ヘッドに使用する加熱素子の抵抗器間の
面積抵抗が実質的に均等になる。均等な面積抵抗は、イ
ンク小滴の噴射を阻害する電圧不足の問題や、インクを
抵抗器に焼き付かせる過電圧の問題を解消する。こうし
た問題の解消により、加熱阻止の作動寿命が伸び、した
がって印字ヘッドの寿命が伸びる。
トをイオン注入するときにフラッドガンを利用すること
によって、印字ヘッドに使用する加熱素子の抵抗器間の
面積抵抗が実質的に均等になる。均等な面積抵抗は、イ
ンク小滴の噴射を阻害する電圧不足の問題や、インクを
抵抗器に焼き付かせる過電圧の問題を解消する。こうし
た問題の解消により、加熱阻止の作動寿命が伸び、した
がって印字ヘッドの寿命が伸びる。
【００４９】上記の実施例は、説明のためのものであっ
て、発明を制限するものではない。例えば、本発明は、
全幅印字ヘッドを使用する印字システムにも適用するこ
とができる。また、本発明は、フルピットチャネル形状
またはオープンピットチャネル形状を持つ印字ヘッドに
適用することができる。このように、請求の範囲に規定
する本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様
々な変化例を形成することができる。
て、発明を制限するものではない。例えば、本発明は、
全幅印字ヘッドを使用する印字システムにも適用するこ
とができる。また、本発明は、フルピットチャネル形状
またはオープンピットチャネル形状を持つ印字ヘッドに
適用することができる。このように、請求の範囲に規定
する本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様
々な変化例を形成することができる。
【図１】従来の方法でドーピングしたウェハの面積抵抗
の変動を示す。
の変動を示す。
【図２】本発明に従ってドーピングしたシリコンウェハ
の実質的に均等な面積抵抗を示す。
の実質的に均等な面積抵抗を示す。
【図３】本発明に従ってドーピングした抵抗器を持つ加
熱素子の拡大断面図である。
熱素子の拡大断面図である。
【図４】本発明を組み込んだ印字ヘッドを有するキャリ
ッジ形ドロップオンデマンドインクジェット印字システ
ムの略斜視図である。
ッジ形ドロップオンデマンドインクジェット印字システ
ムの略斜視図である。
【図５】図４に示した印字ヘッドの拡大概略アイソメト
リック図である。
リック図である。
【図６】図５の線Ａ−Ａにおける断面図である。
２ 加熱素子 ４ 基板 ６ アンダグレーズ層 ８ 抵抗器 ９ ドーパントライン ２０ 誘電体絶縁層 ２２ タンタル層 ２６ ピット層 ２８ ピット ３０ キャリッジ形ドロップオンデマンドインクジェ
ット印字システム ３２ 印字ヘッド ３６ 記録媒体 ３８ ステップモータ ７２ チャネルプレート ８２ 電極端子
ット印字システム ３２ 印字ヘッド ３６ 記録媒体 ３８ ステップモータ ７２ チャネルプレート ８２ 電極端子
フロントページの続き (72)発明者 ダニエル エス．ブレナン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14620 ロチェスター サウス アべニュー 1060 アパートメント １ (72)発明者 キース ジー．カメコナ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90250 ホーソーン ワンハンドレッド− サーティ−フィフス ストリート 3839 (72)発明者 ロベルト イー．プロアノ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14607 ロチェスター アーノルド パーク 21 アパートメント １
Claims (1)
- 【請求項１】第１基板と、 前記第１基板上に形成され、多数の抵抗器を有する加熱
素子であって、前記多数の抵抗器の全部が相互に実質的
に均等な面積抵抗を持つようにした多数の加熱素子と、 前記第１基板に結合され、個数および位置が前記多数の
加熱素子に対応する多数のチャネルを有し、前記チャネ
ルにインクを供給するマニホルドを有し、前記多数のチ
ャネルの第１端部がノズルを形成し、前記多数のチャネ
ルの第２端部を前記インクマニホルドに接続して前記多
数のチャネルにインクを供給するようにしたチャネルプ
レートと、 前記チャネルプレートの反対側で前記第１基板に結合さ
れ、バブル核生成を発生させて印字ヘッドの前記ノズル
からインクを噴射させるために、前記多数の加熱素子の
選択された抵抗器に電気パルスを送信するために制御器
に結合された多数の端子を有する第２基板と、を有する
インクジェット印字ヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US97227792A | 1992-11-05 | 1992-11-05 | |
| US972277 | 1997-11-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06143581A true JPH06143581A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=25519454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5159865A Pending JPH06143581A (ja) | 1992-11-05 | 1993-06-30 | インクジェット印字ヘッド |
Country Status (6)
| Country | Link |
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| US (1) | US5639386A (ja) |
| EP (1) | EP0596705B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06143581A (ja) |
| BR (1) | BR9304491A (ja) |
| DE (1) | DE69318800T2 (ja) |
| MX (1) | MX9306882A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5774148A (en) * | 1995-10-19 | 1998-06-30 | Lexmark International, Inc. | Printhead with field oxide as thermal barrier in chip |
| DE69840914D1 (de) * | 1997-10-14 | 2009-07-30 | Patterning Technologies Ltd | Methode zur Herstellung eines elektrischen Kondensators |
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| KR100555739B1 (ko) * | 2002-12-02 | 2006-03-03 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린트 헤드의 히터장치 및 그 제조방법 |
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| US7366370B2 (en) * | 2004-08-20 | 2008-04-29 | Nortel Networks Limited | Technique for photonic switching |
| TW201313490A (zh) * | 2011-09-29 | 2013-04-01 | Int United Technology Co Ltd | 噴墨頭加熱晶片及其製造方法 |
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| JPS5693564A (en) * | 1979-12-28 | 1981-07-29 | Canon Inc | Recording method by jetting of liquid droplet |
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| US4532530A (en) * | 1984-03-09 | 1985-07-30 | Xerox Corporation | Bubble jet printing device |
| DE3613372A1 (de) * | 1986-03-21 | 1987-09-24 | Siemens Ag | Verfahren zur einstellung des schichtwiderstandes von duennen polykristallinen siliziumschichten in integrierten halbleiterschaltungen |
| JPS63216966A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-09 | Toshiba Corp | スパツタタ−ゲツト |
| US4947193A (en) * | 1989-05-01 | 1990-08-07 | Xerox Corporation | Thermal ink jet printhead with improved heating elements |
| US5169806A (en) * | 1990-09-26 | 1992-12-08 | Xerox Corporation | Method of making amorphous deposited polycrystalline silicon thermal ink jet transducers |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP5159865A patent/JPH06143581A/ja active Pending
- 1993-11-02 DE DE69318800T patent/DE69318800T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-11-02 EP EP93308759A patent/EP0596705B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-11-04 MX MX9306882A patent/MX9306882A/es not_active IP Right Cessation
- 1993-11-04 BR BR9304491A patent/BR9304491A/pt not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-03-07 US US08/400,638 patent/US5639386A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0596705B1 (en) | 1998-05-27 |
| MX9306882A (es) | 1995-01-31 |
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| BR9304491A (pt) | 1994-05-10 |
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| DE69318800D1 (de) | 1998-07-02 |
| EP0596705A2 (en) | 1994-05-11 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030401 |