JPH08276597A

JPH08276597A - 記録ヘッド用板状基体およびその製造方法ならびに前記記録ヘッド用板状基体を用いた記録ヘッドとこれを搭載する液体噴射記録装置

Info

Publication number: JPH08276597A
Application number: JP7103023A
Authority: JP
Inventors: Katsura Fujita; 桂藤田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】テーパー状のスルーホールを形成する工程を
改善して歩留まりを向上させる。【構成】基板１１はバイポーラトランジスタを内蔵す
るもので、その表面は絶縁のための層間膜１２で覆われ
ており、層間膜１２のテーパー状のスルーホール１２ａ
によって図示しない電気熱変換素子とバイポーラトラン
ジスタが接続される。スルーホール１２ａは、層間膜１
２にフォトレジスト１３を塗布し、これを水蒸気雰囲気
に接触させながら加熱することでフォトレジスト１３に
溶媒水分濃度勾配を発生させたうえでフォトレジスト１
３にテーパー状の開口１３ａをパターニングし、層間膜
１２の露出部分をエッチングすることで形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、ワードプロセッサやホストコンピュータの出力用プ
リンタ、ビデオ出力用プリンタ等に用いられる液体噴射
記録装置の記録ヘッド用板状基体およびその製造方法な
らびに前記記録ヘッド用板状基体を用いた記録ヘッドと
これを搭載する液体噴射記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体噴射記録装置の記録ヘッド用板状基
体は、単結晶のシリコン基板上に電気熱変換素子アレイ
を設けたもので、各電気熱変換素子を選択的に駆動する
ためのトランジスタアレイ等の駆動回路は、別のシリコ
ン基板上に形成されてフレキシブルケーブルまたはワイ
ヤードボンディングによって各電気熱変換素子に電気接
続されるか、あるいは、電気熱変換素子アレイを配設す
るシリコン基板の内部に一体的に形成される。

【０００３】特に電気熱変換素子アレイを搭載するシリ
コン基板の内部に駆動用のトランジスタアレイを配設し
た駆動回路搭載型の記録ヘッド用板状基体は、例えば特
開昭５７−７２８６７号公報に開示されているように、
長寿命化や量産性の向上等に大きく役立つという点で画
期的であり、最近ではこれが主流になりつつある。

【０００４】駆動回路搭載型の記録ヘッド用板状基体
は、図１７に示すように、単結晶のシリコン基板１００
１の所定の部位にＮ型半導体のエピタキシャル領域１０
０４、一対のＮ型コレクタ領域１００７およびＰ型半導
体のベース領域１００８、高濃度Ｎ型半導体のエミッタ
領域１０１０等からなるバイポーラトランジスタ１０３
０のアレイを形成し、その表面全体を蓄熱層１０２１に
よって覆ったうえで蓄熱層１０２１にスルーホールを設
けて電極１０１２〜１０１４を形成し、続いて蓄熱と電
気的絶縁を兼ねた酸化シリコンの層間膜１０２２を被着
させ、その上に、発熱抵抗層１０２３とアルミニウムの
配線電極１０２４からなる電気熱変換素子のアレイをリ
ソグラフィによって形成したものである。

【０００５】配線電極１０２４の中断部分から露出する
発熱抵抗層１０２３が電気熱変換素子の発熱部１０２０
を構成し、また、配線電極１０２４の端部は、層間膜１
０２２に設けられたテーパー状のスルーホール１０２８
によってコレクタ・ベース共通電極１０１２とエミッタ
電極１０１３に接続される。

【０００６】電気熱変換素子アレイやトランジスタアレ
イを含む板状基体１０００の表面のほぼ全域が主に電気
的絶縁のための第１の保護層１０２５によって覆われて
おり、また、インク等の記録液に対する耐キャビテーシ
ョン性を必要とする部分にはさらに第２の保護層１０２
６が積層される。

【０００７】記録ヘッドは、このようにバイポーラトラ
ンジスタ１０３０のアレイと電気熱変換素子のアレイを
同一シリコン基板１００１に形成した記録ヘッド用板状
基体１０００と、その上に吐出口（オリフィス）や液流
路を形成する図示しないノズル壁等と、その上を閉塞す
る天板によって構成される。

【０００８】各電気熱変換素子の配線電極１０２４をバ
イポーラトランジスタ１０３０の電極１０１２，１０１
３に接続するためのスルーホール１０２８がテーパー状
である理由は、層間膜１０２２の膜厚が一般的に１．０
〜１．５μｍであり、これに対して配線電極１０２４の
厚さは０．５μｍ程度であるから、２〜３倍の膜厚の層
間膜１０２２のスルーホール１０２８におけるステップ
カバレージを良好にするにはスルーホール１０２８の側
面に３５〜５５度の傾斜を必要とするためである。

【０００９】従来、層間膜１０２２のスルーホール１０
２８は以下の工程によって形成されている。まず、前述
のように蓄熱層１０２１とこれから露出する各電極１０
１２〜１０１４の表面を覆う膜厚１．０〜１．５μｍの
酸化シリコンの層間膜１０２２に２．５〜３．０μｍ程
度のフォトレジストを被着させたうえで、スルーホール
１０２８を設ける部分（開口部）のみを露光し、アルカ
リ現像液に接触させて露光部分を除去し、２５０℃の比
較的高温でポストベークを行なう。このような高温でポ
ストベークを行なうことで、層間膜１０２２とその表面
に残存するフォトレジストの密着性を強化するととも
に、フォトレジストを一時的に軟化させて、パターニン
グされたフォトレジストの開口を側面が３４〜５５度で
傾斜したテーパー状の穴に変形させる。

【００１０】次いで、フッ素系ガスによってフォトレジ
ストの開口から露出する層間膜１０２２のドライエッチ
ング処理を行なう。このとき、Ａｒガス８００ＳＣＣ
Ｍ、ＣＦ₄ ガス４０ＳＣＣＭ、ＣＨＦ₃ ガス３０ＳＣＣ
ＭおよびＯ₂ ガス１０ＳＣＣＭ等を添加してドライエッ
チング処理のレートを向上させる。

【００１１】フォトレジストの開口部の側面は、前述の
ように３５〜５５度の傾斜を有するため、開口部に接触
するエッチングガスの一部が傾斜した側面に沿って流動
し、層間膜１０２２に形成されるスルーホール１０２８
はフォトレジストの開口部の側面の傾斜に倣って３５〜
５５度の傾斜を有するテーパー状のスルーホールとな
る。

【００１２】ドライエッチング終了後は、Ｏ₂ プラズマ
を１８０秒間照射し、有機溶媒を用いてフォトレジスト
を除去する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、層間膜にテーパー状のスルーホールを
形成する工程において、前述のように、２５０℃の高温
でフォトレジストのポストベークを行なうとフォトレジ
ストが著しく硬化し、その内部に強固なクロスリンクが
生じる。このために、ドライエッチング終了後に残存す
るフォトレジストを除去するときにはＯ₂ プラズマ処理
と有機溶媒による洗浄処理を併用するが、高温のポスト
ベークによって硬化したフォトレジストを完全に除去す
ることが困難で、製品の歩留まりが極めて低いという未
解決の課題がある。

【００１４】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、電気熱変換手段とその駆
動回路を電気接続するために絶縁層にテーパー状のスル
ーホールを形成する工程が極めて簡単であり、該工程に
おいて残存するフォトレジストのために著しく歩留りが
低下するおそれもない記録ヘッド用板状基体およびその
製造方法ならびに前記記録ヘッド用板状基体を用いた記
録ヘッドとこれを搭載する液体噴射記録装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の記録ヘッド用板
状基体は、絶縁層とその下に配設された駆動回路を有す
る基板と、該基板の前記絶縁層の表面に被着された電気
熱変換手段を備えており、前記絶縁層に形成された少な
くとも１個のテーパー状のスルーホールによって前記電
気熱変換手段が前記駆動回路に電気接続されている記録
ヘッド用板状基体であって、前記スルーホールが、前記
絶縁層にフォトレジストを被着させ膜厚方向に所定の溶
媒水分濃度勾配を発生させたうえで前記フォトレジスト
に開口をパターニングする工程と、パターニングされた
フォトレジストの開口を通して前記絶縁層をエッチング
する工程を有するリソグラフィによって形成されたもの
であることを特徴とする。

【００１６】また本発明の記録ヘッド用板状基体の製造
方法は、絶縁層とその下に配設された駆動回路を有する
基板と、該基板の前記絶縁層の表面に被着された電気熱
変換手段を備えており、前記絶縁層に形成された少なく
とも１個のテーパー状のスルーホールによって前記電気
熱変換手段が前記駆動回路に電気接続されている記録ヘ
ッド用板状基体の製造方法であって、前記スルーホール
を形成する工程が、前絶縁層にフォトレジストを被着さ
せその表面を水分または溶媒の蒸気を含む気体に接触さ
せながら前記基板を加熱して前記フォトレジストの膜厚
方向に所定の溶媒水分濃度勾配を発生させたうえで前記
フォトレジストに開口をパターニングする工程と、パタ
ーニングされたフォトレジストの開口を通して前記絶縁
層をエッチングする工程を有することを特徴とする。

【００１７】水分の濃度が８０〜９０％であるとよい。

【００１８】また、溶媒の蒸気の濃度が５０〜９０％で
あるとよい。

【００１９】１００〜１２０℃に加熱されたホットプレ
ート上で基板を加熱するとよい。

【００２０】フォトレジストの表面を水分または溶媒の
蒸気を含む気体に接触させながら基板を加熱する替わり
に、該基板を加熱したうえでこれを温水に浸してもよ
い。

【００２１】温水の温度が６０〜８０℃であるとよい。

【００２２】

【作用】絶縁層にスルーホールを形成するに際して、ま
ず絶縁層にフォトレジストを塗布し、フォトレジストの
表面を水分または溶媒の蒸気を含む気体に接触させなが
ら１００〜１２０℃のホットプレート上で基板を加熱し
てフォトレジストのプリベーク処理を行なったうえで、
フォトレジストの所定の開口部を露光し、露光された部
分を現像処理等によって除去する。前記加熱処理におい
てフォトレジストの表面が水分または溶媒の蒸気を含む
気体に接触しているために、加熱によってフォトレジス
トの内部から表面へ拡散する水分や溶媒の気化が抑制さ
れ、フォトレジストの表面に近づく程フォトレジスト内
の溶媒や水分の濃度が高くなる溶媒水分濃度勾配が発生
する。露光後の現像処理においてはフォトレジストの溶
媒水分濃度が高い程フォトレジストの溶解速度が大であ
るから、現像処理によってフォトレジストにパターニン
グされる開口はフォトレジストの表面に近い程大きい開
口寸法を有するテーパー状となる。このようなテーパー
状の開口から露出する絶縁層を速いレートでエッチング
することで、フォトレジストの開口のテーパー形状に倣
ったテーパー状のスルーホールを得ることができる。基
板の加熱処理は前述のように比較的低温で行なわれるた
め、フォトレジストに開口をパターニングしたうえで基
板を２５０℃近い高温に加熱してフォトレジストを一時
的に軟化させることで開口をテーパー状に変形させる方
法に比べて、フォトレジストが硬化しすぎるおそれがな
い。従って、エッチング後にフォトレジストを完全に除
去するのが容易であり、残存するフォトレジストのため
に製品の歩留りが著しく低下するおそれはない。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００２４】図１の（ａ）〜（ｅ）は第１実施例による
記録ヘッド用板状基体の製造方法において、蓄熱層と駆
動回路であるバイポーラトランジスタの各電極部を覆う
絶縁層である層間膜にスルーホールを形成する工程を示
すものである。

【００２５】まず、図１の（ａ）に示すように、公知の
方法で形成されたバイポーラトランジスタとこれを覆う
蓄熱層を有し、Ａｌ，Ａｌ−ＳｉあるいはＡｌ−Ｃｕ等
からなる各電極部が蓄熱層から露出した状態の基板１１
の表面にＰ−ＳｉＯＮの層間膜１２を被着させ、該層間
膜１２をＨＭＤＳ処理後、その表面に図１の（ｂ）に示
すようにポジ型のフォトレジスト１３をスピナーによっ
て塗布し、１００〜１２０℃のホットプレートＰ₁ 上で
基板１１を加熱し、フォトレジスト１３のプリベーク処
理を行なう。このとき、周囲を水分を含む気体である水
蒸気雰囲気（湿度８０〜９０％）に保つことで、フォト
レジスト１３の表面からの水分や溶媒の発散を抑制す
る。

【００２６】プリベーク処理中、フォトレジスト１３は
ホットプレートＰ₁ によって下方から加熱されるため、
フォトレジスト１３の水分や溶媒が表面に向って拡散す
るが、前述のようにフォトレジスト１３の表面は高湿度
の水蒸気雰囲気に保たれているためにフォトレジスト１
３の表面からの水分や溶媒の発散が抑制され、その結
果、フォトレジスト１３の表面に近い程溶媒や水分の濃
度が高くなる溶媒水分濃度勾配がフォトレジスト１３の
膜厚方向に生じる。

【００２７】続いて、図１の（ｃ）に示すようにマスク
Ｍ₁ をフォトレジスト１３の表面にかぶせて紫外線を照
射し、フォトレジスト１３の所定の部分を露光する。こ
のときの露光エネルギーはＥｔｈ（自然光）の約１６倍
程度である。

【００２８】次いで、図１の（ｄ）に示すようにアルカ
リ溶液（ＴＭＡＨ２．３８％）を用いて現像処理を行な
い、フォトレジスト１３の露光部分を溶解して開口１３
ａを形成する。アルカリ溶液によるフォトレジスト１３
の溶解速度は比較的大であり、しかも、フォトレジスト
１３の溶媒水分濃度が高いほど増大する傾向がある。

【００２９】前述のプリベーク処理によってフォトレジ
スト１３の溶媒水分濃度は表面に近い程高くなってお
り、従ってフォトレジスト１３の表面に近い程溶解速度
が速いため、現像処理によってフォトレジスト１３に形
成される開口１３ａは全体的に露光部分より大きく、し
かも側面１３ｂがフォトレジスト１３の膜厚方向に対し
て略３５〜５５度傾斜したテーパー状となる（図２参
照）。

【００３０】このようにしてフォトレジスト１３に開口
１３ａをパターニングし、続いて１３０〜１５０℃でポ
ストベーク処理したのち、フォトレジスト１３の開口１
３ａに露出する層間膜１２をエッチングガスに接触さ
せ、スルーホール１２ａを形成する。エッチングガス
は、Ｆ₄ ガス３０〜４０ＳＣＣＭ、ＨＦ₃ ガス３０〜４
０ＳＣＣＭ、Ｏ₂ ガス１０ＳＣＣＭを添加したもので、
エッチング条件は、真空圧１．５〜２．０Ｔｏｒｒ、電
源電圧５００Ｗであった。

【００３１】このようにエッチングガスにＯ₂ ガスを添
加すると、層間膜１２の露出部分のみならずその周囲の
フォトレジスト１３もエッチングされ、開口１３ａが徐
々に拡大する。フォトレジスト１３の開口１３ａは前述
のようにテーパー状であり、しかもエッチングの進行と
ともに拡大するため、層間膜１２に形成されるスルーホ
ール１２ａはフォトレジスト１３の開口１３ａの側面１
３ｂの傾斜に倣った傾斜角略３０〜５０度のテーパー状
となる。

【００３２】エッチング終了ののちに公知の方法でフォ
トレジスト１３を除去し、図１の（ｅ）に示すようなス
ルーホール１２ａを有する層間膜１２を得る。

【００３３】上記の工程において、フォトレジストをパ
ターニングしたのちのポストベーク処理は１３０〜１５
０℃と比較的低温で行なわれるため、フォトレジストの
内部に強固なクロスリンクが発生しフォトレジストが硬
化しすぎるおそれはない。従って従来例のようにエッチ
ング後のフォトレジスト除去が不完全になり、このため
に製品の歩留まりが低下するのを防ぐことができる。

【００３４】図３の（ａ）〜（ｅ）は第１実施例の一変
形例によるテーパー状のスルーホール形成工程を示す。
これは、図３の（ｂ）に示すプリベーク処理においてフ
ォトレジスト２３の表面を水蒸気雰囲気に保つ替わり
に、フォトレジスト２３の溶媒と同種の溶媒、例えばＥ
ＣＡ（エチルセルソルブアセテート）、ＭＭＰ（メトキ
シメトキシプロピオネート）、ＰＧＭＥＡ（プロピレン
グリコールモノメチルエーテルアセテート）、ＰＧＭＥ
（プロピレングリコールモノメチルエーテル）、ＥＰ
（エチルピルベート）、ＥＬ（エチルラクテート）等の
溶媒の蒸気を含む気体である溶媒蒸気の雰囲気に保つも
ので、蒸気の濃度は５０〜９０％とする。本変形例は、
プリベーク処理後のフォトレジスト２３の溶媒水分濃度
勾配を、使用する溶媒の種類によって変化させることが
できるという利点を有する。

【００３５】図４の（ａ）〜（ｆ）は第２実施例による
スルーホール形成工程を示す。これは、図４の（ｂ）に
示すホットプレートＰ₂ を用いたプリベーク処理を湿度
３５％程度の大気の雰囲気で行ない、続いて図４の
（ｃ）に示すように、６０〜８０℃の温水Ｈ₂ にフォト
レジスト３３と層間膜３２を積層した基板３１を０．５
〜１分間浸すことで、フォトレジスト３３の表面に水分
を吸収させるものである。このようにして水分を吸収し
たフォトレジスト３３は第１実施例と近似した溶媒水分
濃度勾配を有し、図４の（ｄ）に示す露光に続いて現像
処理を行なうと、図４の（ｅ）に示すようなテーパー状
の開口３３ａが形成され、これから露出する層間膜３２
をエッチングしてスルーホール３２ａを得る。その他の
点は第１実施例と同様であるので説明は省略する。

【００３６】次に第１、第２実施例による記録ヘッド用
板状基体９０の全体構造を図５に基づいて説明する。こ
れは、Ｐ型シリコン基板９０１の所定の部位にＮ型エピ
タキシャル領域９０４、一対のＮ型コレクタ領域９０７
およびＰ型ベース領域９０８、高濃度Ｎ型エミッタ領域
９１０等からなるバイポーラトランジスタ９３０のアレ
イを形成し、その表面全体を蓄熱層９２１によって覆っ
たうえで蓄熱層９２１にスルーホールを設けて電極９１
２〜９１４を形成し、続いて蓄熱と電気的絶縁を兼ねた
酸化シリコンの層間膜９２２を被着させ、その上に発熱
抵抗層９２３とアルミニウムの配線電極９２４からなる
電気熱変換手段である電気熱変換素子のアレイをリソグ
ラフィによって形成したものである。

【００３７】配線電極９２４の中断部分から露出する発
熱抵抗層９２３が電気熱変換素子の発熱部９２０を構成
し、また、配線電極９２４の端部は、層間膜９２２に設
けられたテーパー状のスルーホール９２８によってコレ
クタ・ベース共通電極９１２とエミッタ電極９１３に接
続される。

【００３８】電気熱変換素子アレイやトランジスタアレ
イを配設した表面全体が主に電気的絶縁のための第１の
保護膜９２５によって覆われており、また、インク等の
記録液に対する耐キャビテーション性を必要とする部分
にはさらに第２の保護膜９２６が積層される。

【００３９】記録ヘッド用板状基体９０の層間膜９２２
が前述の層間膜１２，３２であり、これを被着させる前
の状態が前述の基板１１，３１に相当し、層間膜９２２
に設けられたスルーホール９２８が層間膜１２，３２の
スルーホール１２ａ，３２ａに相当する。

【００４０】次に、図５の記録ヘッド用板状基体９０の
製造方法を説明する。

【００４１】図６に示すように、Ｐ型シリコン基板９０
１（不純物濃度１×１０¹²〜１×１０¹⁶ｃｍ^-3程度）の
表面に、８０００Å程度のシリコン酸化膜を形成したの
ち、各セル（各バイポーラトランジスタ９３０）のＮ型
コレクタ埋込領域９０２を形成する部分のシリコン酸化
膜をフォトリソグラフィーにより除去した。新たにシリ
コン酸化膜を形成したのち、Ｎ型不純物（たとえば、
Ｐ，Ａｓなど）をイオン注入し、熱拡散により不純物濃
度１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上のＮ型コレクタ埋込領域９０２
を厚さ２〜６０μｍほど形成し、シート抵抗が３０Ω／
□以下の低抵抗となるようにした。続いて、Ｐ型アイソ
レーション埋込領域９０３を形成する領域のシリコン酸
化膜を除去し、新たに１０００Å程度のシリコン酸化膜
を形成したのち、Ｐ型不純物（たとえば、Ｂなど）をイ
オン注入し、熱拡散により不純物濃度１×１０¹⁵〜１×
１０¹⁷ｃｍ^-3以上のＰ型アイソレーション埋込領域９０
３を形成した。

【００４２】図７に示すように、全面のシリコン酸化膜
を除去したのち、Ｎ型エピタキシャル領域９０４（不純
物濃度１×１０¹³〜１×１０¹⁵ｃｍ^-3程度）を厚さ５〜
２０μｍほどエピタキシャル成長させた。

【００４３】図８に示すように、Ｎ型エピタキシャル領
域９０４の表面に１０００Å程度のシリコン酸化膜を形
成し、レジストを塗布し、パターニングを行ない、低濃
度のＰ型ベース領域９０５を形成する部分にのみＰ型不
純物をイオン注入した。レジスト除去後、熱拡散によっ
て低濃度のＰ型ベース領域９０５（不純物濃度１×１０
¹⁴〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度）を厚さ５〜１０μｍほど形
成した。その後、再びシリコン酸化膜を全面除去し、新
たに８０００Å程度のシリコン酸化膜を形成したのち、
Ｐ型アイソレーション領域９０６を形成する部分のシリ
コン酸化膜を除去し、ＢＳＧ膜を全面にＣＶＤ法を用い
て堆積し、さらに、熱拡散によって、Ｐ型アイソレーシ
ョン埋込領域９０３に届くように、Ｐ型アイソレーショ
ン領域９０６（不純物濃度１×１０¹⁸〜１×１０²⁰ｃｍ
^-3程度）を厚さ１０μｍほど形成した。このとき、ＢＢ
ｒ₃ を拡散源として用いてＰ型アイソレーション領域９
０６を形成することも可能である。

【００４４】図９に示すように、ＢＳＧ膜を除去し、８
０００Å程度のシリコン酸化膜を形成し、さらに、Ｎ型
コレクタ領域９０７を形成する部分のみシリコン酸化膜
を除去したのち、Ｎ型の固相拡散およびリンイオンを注
入しあるいは熱拡散によって、Ｎ型コレクタ埋込領域９
０２に届きかつシート抵抗が１０Ω／□以下の低抵抗と
なるようにＮ型コレクタ領域９０７（不純物濃度１×１
０¹⁸〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度）を厚さ１０μｍほど形成
した。続いて、１２５００Å程度のシリコン酸化膜を形
成し、蓄熱層９２１（図１０参照）を形成したのち、セ
ル領域のシリコン酸化膜を選択的に除去し、２０００Å
程度のシリコン酸化膜を形成した。レジストパターニン
グを行ない、高濃度のベース領域９０８および高濃度ア
イソレーション領域９０９を形成する部分にのみＰ型不
純物の注入を行なった。レジストを除去したのち、高濃
度Ｎ型エミッタ領域９１０および高濃度Ｎ型コレクタ領
域９１１を形成する部分のシリコン酸化膜を除去し、熱
酸化膜を全面に形成し、Ｐ⁺ を注入して、熱拡散によっ
て高濃度Ｎ型エミッタ領域９１０および高濃度Ｎ型コレ
クタ領域９１１を同時に形成した。なお、高濃度Ｎ型エ
ミッタ領域９１０および高濃度Ｎ型コレクタ領域９１１
の厚さは１．０μｍ以下、不純物濃度は１×１０¹⁸〜１
×１０²⁰ｃｍ^-3程度とした。

【００４５】次に、図１０に示すように、一部電極の接
続箇所のシリコン酸化膜を除去したのち、Ａｌ（アルミ
ニウム）を全面堆積して、コレクタ・ベース共通電極９
１２、エミッタ電極９１３およびアイソレーション電極
９１４の領域以外のＡｌを除去した。

【００４６】続いて、図１１に示すように、プラズマＣ
ＶＤ法により蓄熱層としての機能も有する層間膜を９２
２となるＰ−ＳｉＯＮ膜を全面に１．０〜１．５μｍほ
ど形成した。Ｐ−ＳｉＯＮ膜はスパッタ法によるもので
あってもよい。また、Ｐ−ＳｉＯＮ膜に限らずＳｉＯ₂
膜であってもよい。その後、電気的接続をとるために、
エミッタ電極９１３およびコレクタ・ベース共通電極９
１２の上部にあたる層間膜９２２の一部をフォトリソグ
ラフィにより開口し、テーパー状のスルーホール９２８
を形成した。このとき図１で示した工程に従い、ＴＨの
端面に法線に対し３０〜５０°のテーパーを持たせる。

【００４７】次に、図１２に示すように、エミッタ電極
９１３およびコレクタ・ベース共通電極９１２上と層間
膜９２２（Ｐ−ＳｉＯＮ膜）上とに、発熱抵抗層９２３
としてＨｆＢ₂ あるいはＴａＮを１０００Åほど堆積し
た。発熱抵抗層９２３上に、電気熱変換素子の一対の配
線電極９２４（ダイオードのカソード配線電極に相当）
およびダイオードのアノード配線電極９１５としてのＡ
ｌ層を約５０００Åほど堆積したのち、ＨｆＢ₂ あるい
はＴａＮと、Ａｌを部分的にエッチングして、発熱部９
２０と配線電極９２４を形成した。

【００４８】その後、図１３に示すように、スパッタリ
ング法またはＣＶＤ法により、電気熱変換素子の保護層
およびＡｌ配線間の絶縁層としての第１の保護膜９２５
（ＳｉＯ₂ 膜あるいはＳｉＮ膜）を約６０００Åほどの
堆積したのち、耐キャビテーションのための第２の保護
膜９２６としてＴａを電気熱変換体の発熱部９２０上部
に約２０００Åほど堆積した。このようにして作成され
た電気熱変換素子、ＴａおよびＳｉＯ₂ 膜あるいはＳｉ
Ｎ膜を部分的に除去し、ボンディング用のバッドを形成
した。なお、第２の保護膜９２６はＳｉＯ₂ 以外にＳｉ
ＯＮまたはＳｉＮでもよい。

【００４９】次に、図５に示した記録ヘッド用板状基体
９０の駆動用機能素子であるバイポーラトランジスタ９
３０の基本動作について、図１４を用いて説明する。

【００５０】バイポーラトランジスタ９３０では、コレ
クタ・ベース共通電極９１２がダイオードのアノード電
極に対応し、エミッタ電極９１３がダイオードのカソー
ド電極に対応している。すなわち、コレクタ・ベース共
通電極９１２に正電位のバイアスＶＨＩを印加すること
により、セル内のＮＰＮトランジスタがターンオンし、
バイアス電流がコレクタ電流およびベース電流としてエ
ミッタ電極９１３から流出する。また、ベースとコレク
タとを短絡した構成にした結果、電気熱変換素子の熱の
立上がりおよび立下がり特性が良好となり膜沸騰現象の
生起、それに伴なう気泡の成長収縮の制御性がよくなり
安定したインクの吐出を行なうことができる。これは、
熱エネルギーを利用するインクジェット記録ヘッドでは
トランジスタの特性と膜沸騰の特性との結び付きが深
く、トランジスタにおける少数キャリアの蓄積が少ない
ためスイッチング特性が速く立上がり特性がよくなるこ
とが予想以上に大きく影響しているものと考えられる。
また、比較的寄生効果が少なく、素子間のバラツキがな
く、安定した駆動電流が得られるものである。さらに、
アイソレーション電極９１４を接地することにより、隣
接する他のセルへの電荷の流入を防ぐことができ、他の
素子の誤動作という問題を防ぐことができる。

【００５１】このような半導体装置においては、Ｎ型コ
レクタ埋込領域９０２の濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上と
すること、ベース領域９０５の濃度を５×１０¹⁴〜５×
１０¹⁷ｃｍ^-3とすること、さらには、高濃度ベース領域
９０８と電極との接合面の面積をなるべく小さくするこ
とが望ましい。このようにすれば、ＮＰＮトランジスタ
からＰ型シリコン基板９０１およびアイソレーション領
域を経てグランドにおちる漏れ電流の発生を防止するこ
とができる。

【００５２】図１４には、２つのダイオードセルＳＨ
１，ＳＨ２が示されているだけであるが、実際には、こ
のような駆動用機能素子がたとえば１２８個の電気熱変
換素子に対応して同数等間隔に配置され、ブロック駆動
が可能なように電気的にマトリックス接続されている。
ここでは、説明の簡単のため、同一グループに２つのセ
グメントとしての電気熱変換素子ＲＨ１，ＲＨ２の駆動
について説明する。

【００５３】電気熱変換素子ＲＨ１を駆動するために
は、まずスイッチング信号Ｇ１によりグループの選択が
なされるとともに、スイッチング信号Ｓ１により電気熱
変換素子ＲＨ１が選択される。すると、トランジスタ構
成のダイオードセルＳＨ１は正バイアスされ、電流が供
給されて電気熱変換素子ＲＨ１は発熱する。この熱エネ
ルギーが液体（インク）に状態変化を生起させて、気泡
を発生させ吐出口より液体を吐出する。同様に、電気熱
変換素子ＲＨ２を駆動する場合にも、スイッチング信号
Ｇ１およびスイッチング信号Ｓ２により電気熱変換素子
ＲＨ２を選択して、ダイオードセルＳＨ２を駆動して電
気熱変換体に電流を供給する。このとき、Ｐ型シリコン
基板９０１はアイソレーション領域を介して接地されて
いる。このように各半導体素子（セル）のアイソレーシ
ョン領域が接地されることにより各半導体素子間の電気
的な干渉による誤動作を防止している。

【００５４】次に本発明の記録ヘッドの製造方法の一実
施例について説明する。

【００５５】図６から図１３に示した基体作成工程に続
いて、図１５に示すように記録ヘッド用板状基体９０上
に、共通液室８７や吐出口８８を形成するためのノズル
壁８３および天板８４を設ける工程と、天板８４にコネ
クタ８６を設ける工程などを追加すればよい。

【００５６】このように製造したインクジェット記録ヘ
ッドについて、電気熱変換素子をブロック駆動し、記録
した場合一つのセグメントに８個の半導体ダイオードを
接続し、各半導体ダイオードに３００ｍＡ（計２．４
Ａ）の電流が流れるが、他の半導体ダイオードを誤動作
させることなく、良好な吐出を行なうことができる。

【００５７】以上の説明においては、記録ヘッド用基体
およびインクジェット記録ヘッドについて説明したが、
本発明により製造される記録ヘッド用基体および記録ヘ
ッドは、たとえば、サーマルヘッド用基体およびサーマ
ルヘッドにも応用できるものである。また、図３に示し
た発熱抵抗層９２３を構成する材料としては、Ｔａ，Ｚ
ｒＢ₂ ，Ｔｉ−Ｗ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｔａ−Ａｌ，Ｔａ−Ｓ
ｉ，Ｔａ−Ｍｏ，Ｔａ−Ｗ，Ｔａ−Ｃｕ，Ｔａ−Ｎｉ，
Ｔａ−Ｎｉ−Ａｌ，Ｔａ−Ｍｏ−Ａｌ，Ｔａ−Ｍｏ−Ｎ
ｉ，Ｔａ−Ｗ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｓｉ−Ａｌ，Ｔａ−Ｗ−Ａ
ｌ−Ｎｉなどがある。次に、本発明の記録ヘッドを搭載
した図１６に示す液体噴射記録装置について説明する。

【００５８】本実施例またはその変形例による記録ヘッ
ドと同様の記録ヘッド１０３とインク容器とを接合した
記録ヘッドユニットを搭載したキャリッジ１０１はガイ
ド軸１０４および螺旋溝１０５ａをもつリードスクリュ
１０５に案内され、キャリッジ１０１上には、インク容
器カセット１０２を装着することが可能である。

【００５９】リードスクリュ１０５は、正逆回転する駆
動モータ１０６によって歯車列１０６ａ，１０６ｂ，１
０６ｃ，１０６ｄを介して正逆回転され、その螺旋溝１
０５ａに先端部が係合したキャリッジ１０１に設けられ
ているピン（図示せず）を介してキャリッジ１０１を矢
印方向および反矢印方向へ往復移動させる。駆動モータ
１０６の正逆回転の切換は、キャリッジ１０１がホーム
ポジションにあることをキャリッジ１０１に設けられた
レバー１１５とフォトカプラ１１６とで検出することに
より行なう。

【００６０】他方、被記録媒体である記録紙１０９は、
プラテン１０７に押え板１０８によって押圧され、紙送
りモータ１１０によって駆動される搬送装置である紙送
りローラ（図示せず）によって記録ヘッドに対向するよ
うに搬送される。

【００６１】回復ユニット１１１は、記録ヘッド１０３
の吐出口に付着した異物や粘度の高くなったインクを除
去して、吐出特性を正規の状態に維持するために設けら
れたものである。

【００６２】回復ユニット１１１は、吸引手段（図示せ
ず）に連通されたキャップ部材１１３を有し、記録ヘッ
ド１０３の前記吐出口をキャッピングして吸引すること
により、吐出口に付着した異物や粘度の高くなったイン
クを除去する。また、回復ユニット１１１とプラテン１
０７の間には、案内部材１１２に案内されて記録ヘッド
１０３の吐出口面の走行経路上に向けて前進、後退する
クリーニングブレード１１４が配設されており、該クリ
ーニングブレード１１４の先端で前記吐出口面に付着し
た異物やインク滴をクリーニングできるように構成され
ている。

【００６３】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中で熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記録を
行なうインクジェット記録方式の記録ヘッド、記録装置
において、優れた効果をもたらすものである。

【００６４】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この記録方
式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれ
にも適用可能である。

【００６５】この記録方式を簡単に説明すると、記録液
（インク）が保持されているシートや液路に対応して配
置されている電気熱変換体に、記録情報に対応して記録
液（インク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じる
様な急速な温度上昇を与えるための少なくとも一つの駆
動信号を印加することによって、熱エネルギーを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせる。こ
のように記録液（インク）から電気熱変換体に付与する
駆動信号に一対一対応した気泡を形成できるため、特に
オンデマンド型の記録法には有効である。この気泡の成
長、収縮により吐出孔を介して記録液（インク）を吐出
させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号
をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行
なわれるので、特に応答性に優れた記録液（インク）の
吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動
信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同
第４３４５２６２号明細書に記載されているようなもの
が適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関す
る発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載され
ている条件を採用すると、さらに優れた記録を行なうこ
とができる。

【００６６】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路又は直角液流路）
の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書に開示されているように、熱
作用部が屈曲する領域に配置された構成を持つものにも
本発明は有効である。

【００６７】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出口とする構成を開
示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギー
の圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開
示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた構
成を有するものにおいても本発明は有効である。

【００６８】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録可能である記録媒体の最
大幅に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッドが
ある。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開示
されているような記録ヘッドを複数組み合わせることに
よってフルライン構成にしたものや、一体的に形成され
た一個のフルライン記録ヘッドであっても良い。

【００６９】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００７０】また、本発明の液体噴射記録装置に、記録
ヘッドに対する回復手段や予備的な補助手段を付加する
ことは、記録装置を一層安定にすることができるので好
ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘ
ッドに対しての、キャッピング手段、クリーニング手
段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の
加熱素子、或はこれらの組み合わせによる予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出モード手段を付
加することも安定した記録を行なうために有効である。

【００７１】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録
ヘッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わせ
で構成したものかのいずれでも良いが、異なる色の複色
カラーまたは、混色によるフルカラーの少なくとも一つ
を備えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００７２】本発明において、上述した各インクにたい
して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行する
ものである。

【００７３】さらに加えて、本発明のインクジェット記
録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器
の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と
組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するフ
ァクシミリ装置の形態を採るものであってもよい。

【００７４】以上説明した本発明の実施例においては、
インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で
固化するインクであって、室温で軟化もしくは液体とな
るもの、或いは、インクジェットにおいて一般的に行な
われている温度調整の温度範囲である３０℃以上７０℃
以下の温度範囲で軟化もしくは液体となるものでもよ
い。すなわち、使用記録信号付与時にインクが液状をな
すものであればよい。加えて、積極的に熱エネルギーに
よる昇温をインクの固形状態から液体状態への態変化の
エネルギーとして使用せしめることで防止するか、また
は、インクの蒸発防止を目的として放置状態で固化する
インクを用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの
記録信号に応じた付与によってインクが液化してインク
液状として吐出するものや記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギーによ
って初めて液化する性質のインク使用も本発明には適用
可能である。このような場合インクは、特開昭５４−５
６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報
に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に
液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換
体に対して対向するような形態としてもよい。本発明に
おいては、上述した各インクに対して最も有効なもの
は、上述した膜沸騰方式を実行するものである。

【００７５】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００７６】記録ヘッド用板状基体の電気熱変換手段と
その駆動回路を電気接続するために絶縁層にテーパー状
のスルーホールを形成する工程が極めて簡単であり、該
工程において残存するフォトレジストのために製品の歩
留りが著しく低下するおそれもない。その結果、安価で
高性能な記録ヘッド用板状基体を得ることができる。こ
のような記録ヘッド用板状基体を用いれば、安価で高性
能な液体噴射記録装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例による記録ヘッド用板状基体の製造
方法において、層間膜にスルーホールを形成する工程を
示す図である。

【図２】フォトレジストの開口の形状を説明する図であ
る。

【図３】第１実施例の一変形例によるスルーホールの形
成工程を示す図である。

【図４】第２実施例によるスルーホールの形成工程を示
す図である。

【図５】第１、第２実施例による記録ヘッド用板状基体
の全体構造を示す模式部分断面図である。

【図６】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第１
工程を示す図である。

【図７】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第２
工程を示す図である。

【図８】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第３
工程を示す図である。

【図９】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第４
工程を示す図である。

【図１０】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第
５工程を示す図である。

【図１１】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第
６工程を示す図である。

【図１２】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第
７工程を示す図である。

【図１３】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第
８工程を示す図である。

【図１４】図５の記録ヘッド用板状基体の製造方法の第
９工程を示す図である。

【図１５】記録ヘッドの一部分を示す部分斜視図であ
る。

【図１６】液体噴射記録装置の全体を説明する斜視図で
ある。

【図１７】従来例による記録ヘッド用板状基体を示す模
式部分断面図である。

【符号の説明】

１１，３１基板１２，３２層間膜１２ａ，３２ａスルーホール１３，２３，３３フォトレジスト１３ａ開口１３ｂ側面９０記録ヘッド用板状基体１０３記録ヘッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層とその下に配設された駆動回路を
有する基板と、該基板の前記絶縁層の表面に被着された
電気熱変換手段を備えており、前記絶縁層に形成された
少なくとも１個のテーパー状のスルーホールによって前
記電気熱変換手段が前記駆動回路に電気接続されている
記録ヘッド用板状基体であって、前記スルーホールが、
前記絶縁層にフォトレジストを被着させその膜厚方向に
所定の溶媒水分濃度勾配を発生させたうえで前記フォト
レジストに開口をパターニングする工程と、パターニン
グされたフォトレジストの開口を通して前記絶縁層をエ
ッチングする工程を有するリソグラフィによって形成さ
れたものであることを特徴とする記録ヘッド用板状基
体。
【請求項２】フォトレジストの表面を水分または溶媒
の蒸気を含む気体に接触させながら基板を加熱すること
で前記フォトレジストの膜厚方向に所定の溶媒水分濃度
勾配を発生させたことを特徴とする請求項１記載の記録
ヘッド用板状基体。
【請求項３】フォトレジストの表面を水分または溶媒
の蒸気を含む気体に接触させながら基板を加熱する替わ
りに、該基板を加熱したうえでこれを温水に浸すことを
特徴とする請求項２記載の記録ヘッド用板状基体。
【請求項４】絶縁層とその下に配設された駆動回路を
有する基板と、該基板の前記絶縁層の表面に被着された
電気熱変換手段を備えており、前記絶縁層に形成された
少なくとも１個のテーパー状のスルーホールによって前
記電気熱変換手段が前記駆動回路に電気接続されている
記録ヘッド用板状基体の製造方法であって、前記スルー
ホールを形成する工程が、前絶縁層にフォトレジストを
被着させその表面を水分または溶媒の蒸気を含む気体に
接触させながら前記基板を加熱して前記フォトレジスト
の膜厚方向に所定の溶媒水分濃度勾配を発生させたうえ
で前記フォトレジストに開口をパターニングする工程
と、パターニングされたフォトレジストの開口を通して
前記絶縁層をエッチングする工程を有することを特徴と
する記録ヘッド用板状基体の製造方法。
【請求項５】水分の濃度が８０〜９０％であることを
特徴とする請求項４記載の記録ヘッド用板状基体の製造
方法。
【請求項６】溶媒の蒸気の濃度が５０〜９０％である
ことを特徴とする請求項４記載の記録ヘッド用板状基体
の製造方法。
【請求項７】溶媒が、エチルセルソルブアセテート、
メトキシメトキシプロピオネート、プロピレングリコー
ルモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコー
ルモノメチルエーテル、エチルピルベート、エチルラク
テートのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする
請求項６記載の記録ヘッド用板状基体の製造方法。
【請求項８】１００〜１２０℃に加熱されたホットプ
レート上で基板を加熱することを特徴とする請求項４な
いし７いずれか１項記載の記録ヘッド用板状基体の製造
方法。
【請求項９】フォトレジストの表面を水分または溶媒
の蒸気を含む気体に接触させながら基板を加熱する替わ
りに、該基板を加熱したうえでこれを温水に浸すことを
特徴とする請求項４記載の記録ヘッド用板状基体の製造
方法。
【請求項１０】温水の温度が６０〜８０℃であること
を特徴とする請求項９記載の記録ヘッド用板状基体の製
造方法。
【請求項１１】請求項１ないし３いずれか１項記載の
記録ヘッド用板状基体と、その上に複数の吐出口を形成
するためのノズル壁と共通液室を備えた記録ヘッド。
【請求項１２】請求項１１記載の記録ヘッドを搭載す
るキャリッジと、前記記録ヘッドの駆動回路に電気信号
を供給する手段と、前記記録ヘッドに対向するように被
記録媒体を搬送するための搬送装置を備えた液体噴射記
録装置。