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JP2783566B2 - 薄膜抵抗装置の製造方法 - Google Patents
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JP2783566B2 - 薄膜抵抗装置の製造方法 - Google Patents

薄膜抵抗装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は一般的にはインクジェットプリンタ用プリ
ントヘッドの製造に関し、特に、新しく改良された薄膜
タイプのプリントヘッド、および熱インクジェット（TI
J）プリンタ用の関連製造プロセスに関する。
（従来技術とその問題点） 熱インクジェットプリンタ用の薄膜抵抗器（TFR）タ
イプのプリントヘッドの製造および使用において、イン
クジェットの印字動作中には抵抗加熱素子を用いてイン
クを加熱、沸騰させ、インクをオリフィス板に進ませる
ことがよく知られている。抵抗加熱物質は典型的には絶
縁基板上に配置され、個々の加熱素子は導電性のトレー
スパターンによって寸法が定義される。該導電性トレー
スパターンは従来の写真製版マスキング、紫外線露光、
および既知のエッチング技術を用いて写真製版方式で形
成される。この薄膜プリントヘッドの部分構造は中間バ
リア層および外側のオリフィス板に取りつけられ、典型
的にはバリア層の内側形状が多数のインクだめを形成
し、対応する多数の加熱抵抗の上にそれに位置決めして
該インクだめを重ねる。これらのタイプの薄膜プリント
ヘッド構造についてさらに議論するため、1985年５月に
発行されたHewlett−Packard Journal第38巻、第５号が
参照される。
これらの加熱抵抗器のＸ−Ｙ方向の寸法を定義するた
めの従来からの伝統的なプロセスの一つは、まず絶縁基
板上に抵抗および導電物質の層を連続して沈積し、次に
単一のフォトレジストマスクを用いて、まず外側の導電
パターンの導電ストリップの幅だけを定義するというも
のである。このフォトレジストマスクはまた下の抵抗層
用のエッチマスクとして働き、抵抗加熱素子の最初の寸
法を定義する。抵抗領域の露出した領域をエッチング
し、導電物質の外側のストリップの下に抵抗物質のスト
リップをそのまま残しておき、その後別の組のマスキン
グおよびエッチング手順を用いて導電ストリップに開口
を形成し、それによって抵抗加熱素子の第２の寸法を確
定する。
前述のプロセスにおいて最初の２つのエッチングは同
じフォトレジストマスクを用いるので、最初のエッチン
グ中にパターン劣化が起こり、２番目のエッチングの質
に望ましくない影響が出てくる。さらに底の層（抵抗
層）に用いるエッチング液は一番上の層（導電体層）の
新しく露出したエッジに作用して、様々な欠陥を起こす
原因となる。２番目のマスキング段階およびエッチング
段階で前述のような抵抗加熱素子の第２の寸法が定義さ
れるが、また表面が変質した導電体層をエッチングする
ことになるので、それに起因した条件に悩まされる。こ
れは最初のマスキング段階およびエッチング段階におい
てフォトレジスト物質からの微量の有機残留物を含んだ
化学薬品に晒されるために、これらの変質が起こる。後
者の事実により抵抗器／導電体界面での斜角の品質が不
規則になる。
（発明の目的） 本発明の一般的な目的は薄膜インクジェットプリント
ヘッドの製造に新しく改良された製造プロセスを提供す
ることであり、伝統的な従来のプロセス技術の前述の欠
点を除去すると同時にプロセスの歩留まりを増加し、プ
ロセスコストを下げ、特性および性能のプリントヘッド
毎のばらつきを改良し、プリントヘッドの寿命を延ばす
ことである。
（発明の概要） この目的を達成するために新しく改良したインクジェ
ットプリントヘッドおよび製造プロセスを発見し、開発
した。それは選択された基板の一番上に抵抗物質層を形
成し、次に抵抗層の一番上に導電物質層を形成すること
を含む。次に導電層に導電トレースパターンを完全に形
成し、導電トレースパターンは不連続な導電物質ストリ
ップを含み、導電物質ストリップは抵抗加熱素子の両側
に張り出し、抵抗加熱素子の最初の寸法を定義する。次
にこれらの導電トレースパターンの導電ストリップをマ
スクで完全に被い、それによって今までまだ定義されて
いない抵抗物質の予め決められた領域を露出したままに
する。次に抵抗層の露出領域をエッチングなどによって
除去し、こうして抵抗加熱素子の２番目の寸法を定義
し、それによって非常にはっきりと定義された、なめら
かな輪郭の側壁と抵抗物質および導電物質の両方のエッ
ジを残す。
したがって本発明の多くの長所の中には斜角の品質が
良好で、なめらかなうまく制御された導体エッジ輪郭の
提供が含まれる。熱インクジェット過程には良好な斜角
の品質が重要である。これらのエッジ輪郭はパシベーシ
ョン段階で覆われる導体エッジ上の範囲を増強する。こ
れらの装置は印字動作中に本質的に熱的で機械的、かつ
化学的な応力を受けるために、熱インクジェットの信頼
性には該パシベーション段階で覆われる範囲が重要であ
る。導体物質と抵抗器物質の間がなめらかに遷移する事
が長いペン寿命には欠かせない。
本発明の二段階プロセスではトレース導体が定義さ
れ、斜角は第１マスクレベルで単一のエッジ段階で生成
される。この段階では金属層のみが影響を受ける。導体
が新たに形成されるのでそれをエッチングすることによ
り、後に十分説明するが、斜角が均一で滑らかになり、
この特徴によりエッジの局部的腐食、側面のエッジのう
ねり、エッチ損傷フォトレジスト残留物がなくなる。
本プロセスを用いると、あるエッチング液だけが導体
寸法に影響を与えるという事実のために、きわどい導体
寸法をよりたやすく制御できる。第２のマスクおよびエ
ッチ段階だけが抵抗層をエッチし、伝統的な従来技術プ
ロセスと対比する抵抗層は金属ストリップの真下にエッ
ジを持たない。この特徴により前述の共通エッジ問題が
なくなる。
ここで述べる強化されたプロセスではエッジ段階を２
個の別個のものにでき、それによって抵抗層のエッジに
導体エッジが覆い被さる可能性がなくなる。さらに、本
プロセスでは導体層物質に対する選択性とは無関係に抵
抗層のエッチング液を独立して修正、最適化することが
できるので抵抗層のエッチング液を選択する上での制約
がなくなる。
本プロセスを用いると、あるエッチング液だけが抵抗
器の幅に影響を与えるという事実のために、よりたやす
くきわどい抵抗器の寸法を制御できる。本プロセスでは
ひとつのエッチ段階、およびそれに関連した焼入れ、す
すぎ、乾燥およびそれに係わる検査段階が削減できる。
さらに本プロセスでは、抵抗層エッチング液が導体表面
に酸の残留物を残さないようになっているので、プロセ
スによる腐食の公算が減少する。後者の作用は伝統的な
従来技術のプロセスで起こる。なぜならば、先行段階で
導体層をエッチングしている間にフォトレジストマスク
に形成された亀裂を通して、抵抗層エッチング液が浸透
するからである。ゆえに、薄膜抵抗器／導体の配列をパ
ターン化する時の全体の品質と均質性は本発明のプロセ
スを用いることで非常に強化される。
（発明の実施例） 第１図に示した薄膜抵抗構造10は、下に基板12を含
み、基板は典型的にはガラスあるいはシリコンでできて
いる。基板12の上には二酸化ケイ素SiO2などでできた層
14があり、この表面絶縁層14を用いて、基板12とその上
のたとえばタンタルアルミニウム合金TaAlなどでできた
抵抗層16との間に誘導障壁およびヒートシンクを提供す
る。抵抗層16はたとえばアルミニウムAlからできた一番
上の導電層18で順番に覆われる。しかしながら導電層18
および抵抗層16は両方とも前述の例に挙げた物質以外の
様々な物質からできていても良い。同様に表面絶縁層14
を全てに用いる必要はなく、その代わり、所望の抵抗物
質を直接受けるのに適した誘電および熱伝達特性を持っ
たタイプの基板物質に抵抗層を直接堆積しても良い。そ
のような適切な基板物質の一つはバリア（baria）ガラ
スである。
第2A図に示したようにフォトレジスト（図示せず）の
ストリップで伝統的な写真製版処理技術を用いて一番上
の導電表面層18を適切にマスクし、次に（例えばH3PO4:
HNO3:CH3COOH:H2Oの割合がそれぞれ16:14:1:2の）金属
エッチング液にさらし、アルミニウム導電層18の全ての
保護されていない部分を除去する。本段階では複数の導
電トレース20および22がそのまま残り、第2B図に示した
ように抵抗器長寸法「Ｘ」を定義する。この図では導電
トレース20および22の２個だけを示してあるが、TIJプ
リンタに用いる様なプリントヘッド構造の薄膜抵抗器は
これらのトレースを多数含むということを当業者は理解
し、正しく評価するであろう。これらのトレースは結局
第2B図に示した中心領域にある対応する多数の加熱抵抗
器24に電流を限定し、供給するのに役く立つ。
第2B図の構造はフォトレジストマスキングステーショ
ンに移動され、そこで第2C図に示したように第２のフォ
トレジストマスク26が形成され、導電トレース20および
22の上部面に完全に覆う。このマスキング段階が完了す
ると次に別に選択したエッチング溶液に第2C図の構造を
浸し、第2C図に示したように上部の領域28と下部の領域
30の間に露出されて保護されていない抵抗層を取り除
く。次に適当なレジスト除去溶剤を用いて第2C図のフォ
トレジストマスク26を取り除き、それによって第2D図の
輪郭の境界36および38を真ん中に持った抵抗物質34をそ
のまま残し、加熱抵抗器24の第２の寸法、すなわち幅
「Ｙ」を定める。この様に、抵抗物質34の連続ストリッ
プは導電トレース20および22の下にあり、これらのトレ
ースよりも幅の寸法が大きい。
ここで第３図を参照すると、輪郭がなめらかで斜角39
および40をつけて改良した二段階の抵抗器／コンダクタ
構造の平面図を示す。斜角を付けたエッジ39および40は
水平に対して約20度の傾きを持ち、前述のプロセスでの
単一のエッチ段階だけを受けた結果として表面は非常に
滑らかである。
ここで第4A図を参照すると、この図は第2D図の4A−4A
に沿って切り取った断面図であり、先に述べた滑らかで
低い角度のエッジ39および40のアルミニウムトレースパ
ターンを示し、抵抗加熱素子41を定義している。第4A図
の構造は通常不活性パシベーション堆積ステーションに
移され、そこでは初めにアルミニウムトレース物質およ
び露出した加熱抵抗器の表面に典型的にはシリコン窒化
物Si3N4の薄膜層が堆積される。その後Si3N4の表面に非
常に不活性な炭化ケイ素SiCの保護層が外側に堆積さ
れ、第4B図に示すような複合内部表面パシベーション層
42が完成する。次にはるかに厚い外側のバリア層44が表
面のパシベーション層42の表面に形成される。外側のバ
リア層44はよく知られたポリマであるRISTONあるいはVA
CRELなどのポリマ物質でできており米国Delaware州のWi
lmingtonにあるDuPont社から入手できる。代わりの方法
として前記Hewlett−Packard−Journalに述べられた方
法でバリア層44をニッケル電鋳してもよい。
厚い、すなわち外側のバリア層44は前述のような既知
のポリマ物質を用いて写真製版的に定めてもよいし、あ
るいはニッケルのような金属を用いて、既知の電鋳とフ
ォトレジストおよびマスキング技術で形成して、第4B図
の46に示したようなインクだめ部を含むようにしても良
い。そのような電鋳技術はたとえばC.S.Chanらの発明に
対する合衆国特許4,694,308に発表されている。
インクだめ46は通常先に形成された抵抗加熱素子41に
重なっている。外側のバリア層44は外側のオリフィス
板、すなわちノズル板に適当な接着剤を（あるいは外側
のバリア層44自身を接着剤として）用いて順番に固めら
れる。これらのオリフィスは合衆国特許4,694,308に述
べてあるような既知のオリフィス形成技術を用いて定め
られる。オリフィスは典型的には複数の先すぼみの外表
面50によって定義され、対応する複数の出力インク噴射
用開口部52で終結する。オリフィス板48はニッケル電鋳
でも良く、あるいは他の物質、例えばプラスチックや他
の写真限定できるポリマで形成しても良い。したがっ
て、本発明は特別な物質、および外側のパリア層44の形
状、および前述のプリントヘッドの部品44および48用の
オリフィス板48の物質には制限されない。
次の表の値は例として与えたもので、ここで述べたタ
イプの一つのプリントヘッドに対してだけのものである
が、実際に作られたテストに合格している。
（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の実施により、簡素化さ
れたプロセスで高精度高信頼エッチングがおこなわれ、
プロセスの歩留まり向上、コスト低下、性能のばらつき
低減がなされる。さらに、高精度幾何構造のためもあ
り、長寿命が達成されるので、実用に供して有益であ
る。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のでプロセス施す１つの薄膜部分構造の
等角図、第2A図〜第2D図は導電トレース材と抵抗材のそ
れぞれのパターン幾何の形成を示す平面図、第３図は第
2D図の中央部分の抵抗ストリップ決定後における抵抗及
び導電体の関係を示す図、第4A図は第2D図の4A−4A線に
沿った断面図、第4B図は第4A図の部分構造にバリア層物
質と外側のオリフィス板を付加した様子を示す断面図で
ある。 10:薄膜抵抗構造 12:基板 14:表面絶縁層 16:抵抗層 18:導電層 20,22:導電トレース（ストリップ） 24:（加熱）抵抗器 26:フォトレジストマスク 34:抵抗物質 36,38:輪郭の境界 41:抵抗加熱素子 42:パシベーション層 44:バリア層 46:インクだめ 48:外側のオリフィス板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】次の（イ）から（ホ）より成る薄膜抵抗装
    置の製造方法、 （イ）所定の基板上に抵抗層を形成する過程、 （ロ）前記抵抗層上に導電層を形成する過程、 （ハ）前記導電層にマスキングした後エッチングを施
    し、前記抵抗層の一部をなす抵抗加熱器の両側に延在し
    て、該抵抗加熱器の長さを決定する不連続な導電ストリ
    ップを前記導電層内に形成する過程、 （ニ）前記抵抗加熱器と前記導電ストリップの全体とを
    マスクにより被覆し前記抵抗層の所定部分を露出させる
    過程、 （ホ）前記抵抗加熱器の幅を決定するために前記抵抗層
    からエッチングにより前記所定部分を除去する過程。
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