專利名稱：噴墨頭用基板、該基板的制造方法和使用上述基板的噴墨頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴出墨進(jìn)行記錄的噴墨頭用的基板、該基板的制造方法和使用上述基板的噴墨頭。
背景技術(shù)：
噴墨記錄方式具有下述優(yōu)點(diǎn)作為記錄單元的噴墨頭的小型化是容易的，能以高速記錄高精細(xì)的圖像，同時對于未進(jìn)行特別的處理的所謂普通紙也可進(jìn)行記錄，因此，運(yùn)行成本是低廉的。此外，由于是非沖擊的記錄方式，故噪聲的發(fā)生較少，而且也具有容易與使用了多色的墨的彩色圖像記錄相對應(yīng)等的優(yōu)點(diǎn)。
在實(shí)現(xiàn)噴墨記錄方式用的噴墨頭中也有各種各樣的噴出方式的噴墨頭。其中，在美國專利第4,723,129號說明書和美國專利第4,740,796號說明書等中公開了利用熱能噴出墨的方式的噴墨頭的一般的結(jié)構(gòu)如下在同一基體上制作使墨加熱發(fā)泡用的多個發(fā)熱部(加熱器)和進(jìn)行至其上的電連接的布線等，作成噴墨頭用基板，進(jìn)而在其上與發(fā)熱部對應(yīng)地形成噴出墨用的噴嘴(噴出口)。因?yàn)榻?jīng)過與半導(dǎo)體制造工序同樣的工藝，可容易且高精度地制造以高密度配置了多個發(fā)熱電阻體和布線等的噴墨頭用基板，故該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)記錄的高精細(xì)化和高速化。再者，由此可謀求噴墨頭以及使用噴墨頭的記錄裝置的進(jìn)一步的小型化。
圖1和圖2分別是一般的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的平面圖和其II-II線剖面圖。如圖2中所示，在基體120上，在下層形成發(fā)熱電阻體層107，進(jìn)而在其上層形成電極布線層103’，通過除去電極布線層103’的一部分露出該部分的發(fā)熱電阻體層形成發(fā)熱部102。電極布線的圖形205和207在基體120上迂回，連接到驅(qū)動元件電路以及外部電源端子上，可接受來自外部的電力供給。在此，發(fā)熱電阻體層107用電阻值高的材料來形成，通過經(jīng)電極布線層103’從外部使電流流動，作為電極布線層103’的非存在部分的發(fā)熱部102發(fā)生加熱能量，使墨發(fā)泡。此外，主要使用了Al或包含Al的合金材料作為形成電極布線層103’的材料。
對于噴墨頭用基板來說，一方面謀求因減少投入的電能導(dǎo)致的省電，另一方面為了防止因墨發(fā)泡和消泡的重復(fù)引起的氣穴帶來的機(jī)械的損傷或起因于重復(fù)地施加脈沖狀的電能導(dǎo)致發(fā)熱、因發(fā)熱部102被破壞引起的基板的壽命的下降，在發(fā)熱部上設(shè)置了保護(hù)層。
如果從熱即能量效率的方面來看，該保護(hù)層的熱傳導(dǎo)率高或膜厚薄是有利的。而另一方面，對于保護(hù)層來說，也有保護(hù)連接到發(fā)熱部102上的電極布線使之不受墨的影響的目的，例如從在成膜工序中在膜中產(chǎn)生的缺陷的存在概率的方面來看，加厚膜厚是有利的。因而，從使能量效率和可靠性折衷的觀點(diǎn)來看，將保護(hù)層的厚度設(shè)定為適當(dāng)?shù)暮穸取?br> 但是，保護(hù)層受到因伴隨墨的發(fā)泡等產(chǎn)生的氣穴導(dǎo)致的損傷即機(jī)械的損傷和因在發(fā)泡后因?yàn)楸砻娉蔀楦邷毓十a(chǎn)生高溫下的保護(hù)層形成材料的與墨成分的化學(xué)反應(yīng)引起的損傷即化學(xué)損傷這兩者的影響。因此，實(shí)際上難以兼顧對布線進(jìn)行絕緣、保護(hù)使之不受墨的影響用的功能和對于機(jī)械的和化學(xué)的損傷的穩(wěn)定化功能。因而，將噴墨基板的保護(hù)層作成2層結(jié)構(gòu)，一般在上層形成對于機(jī)械的和化學(xué)的損傷穩(wěn)定性高的膜，在下層形成保護(hù)布線用的保護(hù)絕緣層。
而且，具體地說，一般在上層形成作為機(jī)械的和化學(xué)的穩(wěn)定性極高的層的Ta膜，在下層形成用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造裝置能容易地形成穩(wěn)定的膜的SiN膜或SiO膜。更具體地說，在布線上形成厚度約0.2～1μm的SiN膜作為下層的保護(hù)層(保護(hù)絕緣層)108，其后，形成厚度0.2～0.5μm的Ta膜作為上層的保護(hù)層(一般來說，根據(jù)作為對于因該氣穴引起的損傷的膜的性能，有時稱為耐氣穴層)110。根據(jù)該結(jié)構(gòu)來謀求噴墨頭用基板的電熱變換效率的提高和長壽命化與可靠性的兼顧。
近年來，根據(jù)省能和熱效率提高的觀點(diǎn)，噴墨頭的發(fā)熱電阻體的高電阻化得到了進(jìn)展，即使是微小的加熱器尺寸的離散，也對加熱器電阻值的離散產(chǎn)生很大的影響。如果因電阻值的離散的緣故在各加熱器中在發(fā)泡現(xiàn)象中產(chǎn)生了差別，則不僅不能確保1個噴嘴中的所希望的墨噴出量，而且在各噴嘴間，墨噴出量也有較大的離散，這與記錄品位的下降有關(guān)聯(lián)，因此，要求加熱器部中的電極布線的構(gòu)圖精度的提高比迄今為止能達(dá)到的水平高。
此外，在噴墨打印裝置中，伴隨其普及，近年來要求實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的記錄的高清晰化、高畫質(zhì)、高速化。其中，作為對于高清晰化、高畫質(zhì)的要求的一個解決方法，可舉出進(jìn)一步減少每1圓點(diǎn)(dot)的噴出墨量(在作為滴噴出墨的情況下，減小墨滴的直徑)。以往，為了實(shí)現(xiàn)減少墨量，通過在改變噴嘴的形狀(減小小孔的面積)的同時減小發(fā)熱部的面積(圖1中的寬度W×長度L)來予以對應(yīng)。由于發(fā)熱部的面積越小，加熱器尺寸的離散的影響相對地越大，故即使在該意義上，也要求加熱器部中的電極布線的構(gòu)圖精度的提高。
另一方面，從謀求打印裝置整體的省電的觀點(diǎn)來看，電極布線的低電阻化也是重要的。通常，通過擴(kuò)展在基板上形成的電極布線的寬度來進(jìn)行電極布線的低電阻化。但是，在基板上形成的發(fā)熱部的數(shù)目增加且尋求其小面積化的狀況下，不伴隨基板的大型化就不能確保擴(kuò)展電極布線的寬度的充分的空間，而且，通過擴(kuò)展電極布線的寬度，制約了小面積的加熱器部以及噴嘴的高密度安裝。
因此，也考慮了通過加厚電極布線來謀求電極布線的低電阻化，但伴隨于此，難以提高加熱器部的構(gòu)圖精度。
參照圖1和圖3說明這一點(diǎn)。
首先，在圖1和圖2中示出的結(jié)構(gòu)中，在形成發(fā)熱部102的部分中，通過刻蝕除去電極布線層103’，使該部分的發(fā)熱電阻體層露出。在此，考慮保護(hù)絕緣層108或耐氣穴層110的覆蓋性，使用濕法刻蝕法將電極布線層103’作成錐形形狀。因?yàn)闈穹涛g中的刻蝕以各向同性的方式來進(jìn)行，故因刻蝕產(chǎn)生的誤差、特別是在發(fā)熱部102的長度方向上的尺寸公差處于與電極布線層103’的厚度成比例的關(guān)系。
圖3示出了Al的電極布線層的厚度與上述L方向的尺寸公差的關(guān)系，橫軸示出了例如對于0.3μm(300nm)的厚度的倍率，縱軸示出了尺寸公差(μm)。如該圖中所示，在倍率＝1的厚度的情況下，尺寸公差為0.5μm，而在倍率＝1.7的情況下，尺寸公差為約1μm，在倍率＝2.9的情況下，尺寸公差為約2μm。因而，例如與發(fā)熱部102的小面積化對應(yīng)地越減小長度L，因該公差部分的離散導(dǎo)致的影響越大。
如上所述，兼顧發(fā)熱電阻體的高電阻化或發(fā)熱部的小面積化與電極布線的厚膜化是極為困難的，要求精度極高的構(gòu)圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上的問題而進(jìn)行的，本發(fā)明的第1目的是可高精度地形成發(fā)熱部，適應(yīng)發(fā)熱電阻體的高電阻化或發(fā)熱部的小面積化，因此有利于節(jié)省能量和熱效率的提高或記錄的高清晰化和高畫質(zhì)等。
再者，本發(fā)明的目的在于由此提供實(shí)現(xiàn)了小型化的、可靠性高的且可進(jìn)行穩(wěn)定的記錄的噴墨頭。
在本發(fā)明的第1形態(tài)中，一種具有與通電對應(yīng)地發(fā)生用于噴出墨的熱能的發(fā)熱部的噴墨頭用基板具備具有形成上述發(fā)熱部用的間隙的第1電極；包含上述間隙并作為上述第1電極的上層被配置的發(fā)熱電阻體層；以及具有比上述間隙寬的間隙并重疊在上述第1電極上被配置的第2電極，其中，上述第1電極的厚度比上述第2電極的厚度薄。
在本發(fā)明的第2形態(tài)中，一種具有與通電對應(yīng)地發(fā)生用于噴出墨的熱能的發(fā)熱部的噴墨頭用基板的制造方法具備下述工序
在基體上形成具有形成上述發(fā)熱部用的間隙的第1電極的工序；包含上述間隙并作為上述第1電極的上層配置發(fā)熱電阻體層的工序；以及作為上述第1電極和上述發(fā)熱電阻體層的上層配置成為厚度比上述第1電極的厚度厚的第2電極的層、通過以使其間隙比上述間隙寬并使其端部位于上述第1電極上的方式除去該層來形成第2電極的工序。
在本發(fā)明的第3形態(tài)中，提供具備上述的噴墨頭用基板和與上述發(fā)熱部對應(yīng)的噴墨口的噴墨頭。
按照本發(fā)明，由于可在薄膜化了的第1電極的間隙中形成發(fā)熱部，故可減小發(fā)熱部的尺寸的離散，而且提高了發(fā)熱電阻體層及其上層的保護(hù)層的覆蓋性。由此，可適應(yīng)發(fā)熱電阻體的高電阻化或發(fā)熱部的小面積化，可有利于節(jié)省能量和熱效率的提高或記錄的高清晰化和高畫質(zhì)等，同時可提高基板以及噴墨頭的可靠性和耐久性。
此外，由此可提供實(shí)現(xiàn)了小型化的、可靠性高的且可進(jìn)行穩(wěn)定的記錄的噴墨頭。
通過參照附圖的后述的實(shí)施方式的詳細(xì)的描述，本發(fā)明的上述和其它的目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)會變得更加明白。


圖1是現(xiàn)有的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的平面圖。
圖2是圖1的II-II線剖面圖。
圖3是說明形成發(fā)熱部的電極布線層的厚度與發(fā)熱部面積的尺寸公差的關(guān)系用的說明圖。
圖4是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的剖面圖。
圖5a～圖5d是說明圖4中示出的基板的制造工序用的示意性的剖面圖。
圖6是第1實(shí)施方式的變形例的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的剖面圖。
圖7a和圖7b分別是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的平面圖和示意性的剖面圖。
圖8a和圖8b分別是說明謀求對于發(fā)熱部的電極布線電阻的降低以及均等化的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)的問題和在本發(fā)明的第3實(shí)施方式中采用的基本的結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性用的圖。
圖9是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的剖面圖。
圖10是示出使用與第1實(shí)施方式～第3實(shí)施方式的某一個有關(guān)的基板構(gòu)成的噴墨頭的實(shí)施方式的立體圖。
圖11a～圖11d是說明圖10中示出的噴墨頭的制造工序用的示意性的剖面圖。
圖12是示出使用圖10中示出的噴墨頭構(gòu)成的噴墨盒的立體圖。
圖13是示出使用圖12中示出的噴墨盒進(jìn)行打印的噴墨打印裝置的概略結(jié)構(gòu)例的示意性的立體圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。
(噴墨頭用基板的第1實(shí)施方式及其制造工序)圖4是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的剖面圖，與圖1的II-II線相對應(yīng)。在此，關(guān)于起到與圖2的各部同樣的功能的部分，對于對應(yīng)的部位附以同一符號。
如圖4中所示，在本實(shí)施方式中，隔著絕緣層106在基體120上配置隔開所希望的間隔的一對電極101，通過配置發(fā)熱電阻體層107作為其上層，形成了發(fā)熱部102。在此，在本實(shí)施方式中，假定用耐腐蝕性金屬構(gòu)成電極101。由Al或包含Al的合金構(gòu)成的電極布線層103具有比電極101構(gòu)成的間隙寬的間隔而被配置，經(jīng)發(fā)熱電阻體層107電連接到電極101上。即，利用電極101的間隙形成發(fā)熱部102，而且規(guī)定其尺寸。另一方面，電極布線層103在基體120上迂回，連接到驅(qū)動元件電路以及外部電源端子上，另一方面，其端部隔著發(fā)熱電阻體層107位于第1電極101的面的上方。再有，以下，將形成發(fā)熱部102并規(guī)定其尺寸的電極101稱為第1電極，將電極布線層103稱為第2電極。
參照圖5a～圖5d，說明圖4中示出的噴墨頭用基板的制造方法的首先，在圖5a中，準(zhǔn)備與圖2同樣的用Si構(gòu)成的基體(未圖示)，在其上形成了絕緣層106。在此，作為基體，可定為對于<100>Si基體預(yù)先制成了用有選擇地驅(qū)動發(fā)熱部102的開關(guān)晶體管等的半導(dǎo)體元件構(gòu)成的驅(qū)動電路的基體。再者，在絕緣層106上利用濺射法以100nm的厚度形成了耐腐蝕性金屬、例如Ta膜后，進(jìn)行構(gòu)圖使之成為所希望的形狀，形成第1電極101。
其次，如圖5b中所示，利用濺射法以約50nm的厚度形成了例如由TaSiN構(gòu)成的膜107作為形成發(fā)熱電阻體用的層，接著，以約350nm的厚度形成了例如由Al構(gòu)成的膜作為形成布線用的層。然后，使用光刻法，在將抗蝕劑涂敷為與第2電極103的布線圖形對應(yīng)的所希望的形狀后，利用使用了例如BC13和C12的混合氣體的反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)形成為所希望的形狀。
其次，如圖5c中所示，為了除去發(fā)熱部102附近的成為第2電極103的間隙的部分的Al層，使用光刻法將抗蝕劑涂敷為所希望的形狀后，利用以磷酸為主要成分的濕法刻蝕除去了Al層。由此來形成第2電極103。
其次，如圖5d中所示，為了防止由第2電極103產(chǎn)生的布線部和第2電極103的間隙中的發(fā)熱電阻體層107直接與墨接觸，使用等離子CVD法，在約400℃的溫度下以約300nm的厚度形成了由SiN膜構(gòu)成的保護(hù)絕緣層108。
再者，為了形成耐氣穴層110，利用濺射法以約200nm的厚度形成了例如Ta膜。然后，使用光刻法將抗蝕劑涂敷為所希望的形狀后，利用使用了CF4的反應(yīng)性干法刻蝕將Ta膜形成為所希望的形狀，由此，得到了圖4中示出的噴墨頭用基板。
經(jīng)過以上那樣的工藝制造了的噴墨頭用基板在基體上具有隔開第1間隔被設(shè)置的、在該間隙部分中形成了發(fā)熱部的一對第1電極；在第1電極上形成了的發(fā)熱電阻體層；以及具有比第1間隔寬的第2間隔、重疊在一對第1電極上被形成了的一對第2電極，用耐腐蝕性金屬形成了第1電極。通過采取這樣的結(jié)構(gòu)，可得到以下那樣的顯著的效果。
首先，由于對于第1電極101重疊第2電極103來配置，故既可抑制布線電阻的急劇的增加，又可使第1電極101實(shí)現(xiàn)薄膜化。因此，可減小發(fā)熱部的尺寸的離散，而且提高了發(fā)熱電阻體層進(jìn)而是其上層的保護(hù)層(108、110)的覆蓋性。此外，例如即使在使用濕法刻蝕法進(jìn)行第2電極的構(gòu)圖的情況下，由于在發(fā)熱部102的外側(cè)實(shí)施該刻蝕，故也不會對發(fā)熱部的尺寸產(chǎn)生影響。由此，由于能以高的尺寸精度形成發(fā)熱部，故可適應(yīng)發(fā)熱電阻體的高電阻化或發(fā)熱部的小面積化的要求，再者，因?yàn)樘岣吡伺_階部中的保護(hù)層的覆蓋性，故可提高可靠性和耐久性。
此外，由于由Al等構(gòu)成的第2電極103不直接面對發(fā)熱部102，故即使因驅(qū)動的重復(fù)而產(chǎn)生發(fā)熱部102上或其附近的保護(hù)層的缺陷，也可減少第2電極103被侵蝕的危險性，因而也難以產(chǎn)生沿布線的腐蝕的進(jìn)行。在此，發(fā)熱電阻體層的形成材料一般在耐侵蝕方面比Al強(qiáng)，此外，第1電極的形成材料從耐腐蝕性的金屬材料中選擇。因而，即使產(chǎn)生發(fā)熱部102上或其附近的保護(hù)層的缺陷，與圖2中示出的結(jié)構(gòu)相比，也可抑制腐蝕的進(jìn)行。
即，在圖2中示出的結(jié)構(gòu)中，如果在驅(qū)動中發(fā)熱部102上或其附近的保護(hù)層被破壞，則面對發(fā)熱部的布線受到侵蝕，引起斷線的可能性很高。而且，如果在產(chǎn)生了斷線后繼續(xù)進(jìn)行驅(qū)動，則因電分解的緣故，從斷線部位起逐漸進(jìn)行布線的腐蝕。噴墨頭大多作成以既定的個數(shù)的加熱器為單位共同地被布線來進(jìn)行塊驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，但在形成了這樣的布線結(jié)構(gòu)的情況下，例如即使是1個部位的斷線，有時腐蝕也從該部位起傳染到塊的整體，但在本實(shí)施方式中，可大幅度地減少發(fā)生這樣的重大的問題的危險性。
此外，也可考慮形成發(fā)熱電阻體層作為第1電極101的下層，但為了不因第1電極的構(gòu)圖時、即發(fā)熱部的形成時所應(yīng)用的加工而使下層的發(fā)熱電阻體層受到侵蝕，最好使第1電極與發(fā)熱電阻體層的形成材料不同(例如，在用Ta或包含Ta的合金形成了發(fā)熱電阻體層107的情況下，第1電極101選擇至少包含Ta或包含Ta的合金以外的耐腐蝕性金屬)。因而，在以高的尺寸精度形成發(fā)熱部、且在擴(kuò)大材料選擇的自由度的方面，如本實(shí)施方式那樣形成發(fā)熱電阻體層作為第1電極101的上層是有利的。
再有，可在不脫離本發(fā)明的思想、能得到所希望的效果的范圍內(nèi)來確定第1電極的厚度。即，在以高的尺寸精度形成發(fā)熱部、此外使保護(hù)層的覆蓋性變得良好的方面，最好將第1電極的厚度定為小于等于100nm。
此外，作為作為第1電極可選擇的耐腐蝕性的金屬材料，除了上述的Ta外，可定為其合金、Pt或其合金、或TiW。而且，可進(jìn)行與被選擇的材料對應(yīng)的適當(dāng)?shù)募庸ぁ?br> 在如本實(shí)施方式那樣例如在由SiO構(gòu)成的絕緣層106的上層形成例如由Ta構(gòu)成的第1電極101的情況下，如上所述，使用采用了C12、BC13等的氣體的RIE的干法刻蝕作為其刻蝕方法。在這樣的干法刻蝕法中，與濕法刻蝕相比，對尺寸精度的影響小，但有時可因過刻蝕的緣故產(chǎn)生在第1電極間的絕緣層106的膜厚減少，產(chǎn)生大于等于第1電極的厚度的臺階。這就導(dǎo)致發(fā)熱部間的電阻值的離散，此外，也成為使發(fā)熱電阻體層107以及保護(hù)層(108、110)的覆蓋性下降的主要原因。
因此，在這樣的情況下，如圖6中所示，通過在作為第1電極101的基底層配置了能得到比SiO膜高的刻蝕選擇比的由SiC構(gòu)成的膜210之后形成第1電極來抑制過刻蝕的影響即可。
此外，例如在使用TiW作為第1電極的形成材料的情況下，如果進(jìn)行濕法刻蝕并在此時使用過氧化氫水溶液作為刻蝕液，則可提高與作為下層的絕緣層106的刻蝕選擇比。即，由于減少了第1電極間的絕緣層106的膜厚減少量，故提高了其后的發(fā)熱電阻體層107以及保護(hù)層(108、110)的覆蓋性，可得到提高基板以及頭的可靠性的效果。
(噴墨頭用基板的第2實(shí)施方式)本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及上述第1實(shí)施方式的改良，更有效地抑制發(fā)生的進(jìn)行。
圖7a和圖7b分別是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的噴墨頭用基板的發(fā)熱部附近的示意性的平面圖及其VIIb-VIIb線剖面圖。在此，關(guān)于起到與上述的各部同樣的功能的部分，對于對應(yīng)的部位附以同一符號。此外，為了使特征變得明確，省略了基體或保護(hù)層等的圖示。
在本實(shí)施例中，在第1電極101上隔斷發(fā)熱電阻體層107，設(shè)置了在寬度方向(圖7a的上下方向)上延伸的間隙107G。如果這樣做，則即使產(chǎn)生發(fā)熱部102上或其附近的保護(hù)層的缺陷，從該部位起發(fā)熱電阻體層107被侵蝕，腐蝕的進(jìn)行也在間隙107G中被阻止。
再有，在發(fā)熱電阻體層107的形成后或第2電極103的形成后、保護(hù)絕緣層108的形成前，通過使用光刻法并利用刻蝕進(jìn)行發(fā)熱電阻體層107的構(gòu)圖可形成這樣的間隙107G。在該情況下，為了在該構(gòu)圖時使下層的第1電極101不被侵蝕，使第1電極和發(fā)熱電阻體層的形成材料不同即可。
此外，本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于上述的第1實(shí)施方式的變形例或以下敘述的第3實(shí)施方式。
(噴墨頭用基板的第3實(shí)施方式)如上所述，在利用熱能噴出墨的方式的噴墨頭中，為了適應(yīng)于記錄的高清晰化、高畫質(zhì)、高速化，要求增加噴嘴數(shù)，進(jìn)而要求高精細(xì)且高密度化。與此相對應(yīng)，在基體上配置的發(fā)熱部的數(shù)目也增加，而且要求高精細(xì)且高密度地形成這些發(fā)熱部。此外，伴隨于此，也要求提高熱效率及降低功耗的省電。從這樣的省電的觀點(diǎn)來看，強(qiáng)烈地希望謀求連接到發(fā)熱電阻體上的電極布線的電阻的降低。通常通過擴(kuò)展在基板上形成的電極布線的寬度來降低電極布線的電阻。但是，如果在基板上形成的能量發(fā)生部的數(shù)目因上述的原因而變得龐大，則不伴隨基板的大型化就不能確保擴(kuò)展電極布線的寬度的充分的空間。
使用圖8a來說明這一點(diǎn)。
在圖8a的情況下，對于接近于被配置在基板(未圖示)的端部上的端子205T的發(fā)熱部102N的布線圖形205N在Y方向上延伸的布線部分中具有寬度W時，對于離端子205T遠(yuǎn)的發(fā)熱部102F的布線圖形205F在圖的Y方向上延伸的布線部分中就具有寬度x·W(x＞1)。這是因?yàn)?，從端?05T到各發(fā)熱部為止的距離、即布線的長度是不一樣的，電阻值隨離端子205T的距離而變化。這樣，在同一平面中在謀求布線電阻的減少以及均等化的結(jié)構(gòu)中，要求基板具有與對于各發(fā)熱部的上述布線部分的寬度(對于離端子越遠(yuǎn)的發(fā)熱部，上述布線部分的寬度越寬)的合計值相稱的面積。
因而，在為了實(shí)現(xiàn)上述的布線的高清晰化、高畫質(zhì)、高速化而打算使發(fā)熱部的數(shù)目增加的情況下，基體的X方向的尺寸的增大變得更加顯著，不僅成為成本上升的主要原因，而且也制約發(fā)熱部的安裝個數(shù)。此外，即使對于各布線的發(fā)熱部附近的部分，為了降低布線電阻而增加Y方向的寬度的做法也可能成為制約發(fā)熱部的配置間隔以及噴嘴的高密度配置的主要原因。
對于該問題，本發(fā)明者研究了通過隔著保護(hù)絕緣層層疊多條電極布線來防止基體以及基板的大型化以謀求發(fā)熱部的高密度安裝的結(jié)構(gòu)。
如圖8b中所示，在使用多個層進(jìn)行電極布線來謀求布線電阻的減少以及均等化的本實(shí)施方式那樣的結(jié)構(gòu)的情況下，將對于接近于端子205T的發(fā)熱部102N的布線圖形205N和離端子205T遠(yuǎn)的發(fā)熱部102F附近的布線圖形205F1作為下層的第1電極布線層來形成，將到達(dá)布線部205F1的Y方向的布線部分205F2作為上層的第2電極布線層來形成，同時經(jīng)通孔將布線部分205F2的兩端部分別連接到端子205T和布線部分205F1上。在這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，由于只要求基板具有與上層的布線圖形205F1的寬度(x·W)相稱的面積，故既可謀求布線電阻的減少以及均等化，又可減少基板的面積。
因此，在本發(fā)明的第3實(shí)施方式中，除了上述的本發(fā)明的基本的結(jié)構(gòu)外，采用實(shí)現(xiàn)布線電阻的進(jìn)一步的減少以及布線電阻的均等化的結(jié)構(gòu)。
圖9是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的噴墨頭用基板的發(fā)熱部的示意性的剖面圖。在此，關(guān)于起到與第1實(shí)施方式同樣的功能的部分，對于對應(yīng)的部位附以同一符號。
在此，在第2電極103上隔著保護(hù)絕緣層109還形成了電極布線層104，經(jīng)通孔連接了這些電極布線。通過將電極布線作成多層，可減少到達(dá)各發(fā)熱部的布線電阻而且可謀求發(fā)熱部間的布線電阻的均等化。
再有，可用下述的工序作成這樣的結(jié)構(gòu)的基板。
即，首先利用與第1實(shí)施方式的圖5a～圖5c同樣的工序，在基體上依次形成絕緣層106、第1電極101和發(fā)熱電阻體層107以形成發(fā)熱部102，進(jìn)而形成第2電極103。
然后，在這些部分上形成了保護(hù)絕緣層109后，將發(fā)熱電阻體層107作為刻蝕中止層，在發(fā)熱部102上及其外側(cè)除去保護(hù)絕緣層109。與此同時，根據(jù)需要形成通孔，以便連接第2電極103與在其后形成的電極布線層104。然后，進(jìn)行電極布線層104的形成以及構(gòu)圖，在其上依次形成保護(hù)層108、110即可。
再有，本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于上述的第1實(shí)施方式的變形例。
(噴墨頭的結(jié)構(gòu)和制造工序)接著，說明使用了與上述第1～第3實(shí)施方式有關(guān)的基板構(gòu)成的噴墨頭。
圖10是噴墨頭的示意性的立體圖。
該噴墨頭具有使2列的按既定的間距形成了發(fā)熱部102的發(fā)熱部列并列的基板1。在此，可通過使排列了發(fā)熱部102的一側(cè)的邊緣部相對地配置經(jīng)過上述制造工序制造了的2片基板來進(jìn)行該并列，也可在1片基體上預(yù)先以并列2列的發(fā)熱部的方式實(shí)施上述制造工序。
對于該基板1，接合了與發(fā)熱部102對應(yīng)的噴墨口5、儲存從外部導(dǎo)入的墨的液室部分(未圖示)、分別與噴出口5對應(yīng)地從液室供給墨用的墨供給口9和形成了連通噴出口5與供給口9的流路的構(gòu)件(小孔板)4，構(gòu)成噴墨頭410。
再有，在圖10中，將各列的發(fā)熱部102和噴墨口5描繪為以線對稱的方式來配置，但通過互相錯開半個間距地配置發(fā)熱部102和噴墨口5，可進(jìn)一步提高記錄的清晰度。
圖11a～圖11d是制造圖10的噴墨頭的工序的示意性的剖面圖。
上面已提到使用形成發(fā)熱部102的面的Si結(jié)晶方位為<100>的基體作為構(gòu)成基板1用的基體。在這樣的基板1的背面的SiO2膜307上，如圖1a中所示，形成用具有耐堿性的掩模劑構(gòu)成的SiO2膜構(gòu)圖掩模308，該SiO2膜構(gòu)圖掩模308是形成墨供給口310用的掩模。例如如以下那樣來形成SiO2膜構(gòu)圖掩模308。
首先，利用旋轉(zhuǎn)涂敷在基板1的整個背面上涂敷成為SiO2膜構(gòu)圖掩模308的掩模劑并使其熱硬化。然后，利用旋轉(zhuǎn)涂敷在其上涂敷正型抗蝕劑并使其干燥。其次，利用光刻技術(shù)對該正型抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖，以該正型抗蝕劑為掩模，利用干法刻蝕除去成為SiO2膜構(gòu)圖掩模308的掩模劑的已露出的部分。最后，剝離正型抗蝕劑，得到所希望的圖形的SiO2膜構(gòu)圖掩模308。
其次，在形成了發(fā)熱部102的面上形成型材303。型材303是為了在以后的工序中溶解、將設(shè)置了該型材303的部分作成墨流路而形成的。即，為了形成所希望的高度和平面圖形的墨流路，形成為適當(dāng)?shù)母叨群推矫鎴D形。型材303的形成例如可如以下那樣來進(jìn)行。
作為型材303的材料，例如使用作為正型光致抗蝕劑的ODUR1010(東京應(yīng)化工業(yè)(株)制，商品名)，利用干膜的層疊、旋轉(zhuǎn)涂敷等在基板1上以既定的厚度涂敷該正型光致抗蝕劑。其次，使用利用紫外線、深UV光等進(jìn)行曝光、顯影的光刻技術(shù)進(jìn)行構(gòu)圖。由此，可得到具有所希望的厚度和平面圖形的型材303。
其次，在圖11b的工序中，利用旋轉(zhuǎn)涂敷等涂敷小孔板4的原材料，以便覆蓋在前面的工序中在基板1上形成了的型材303，利用光刻技術(shù)構(gòu)圖為所希望的顯著。然后，在發(fā)熱部102上的既定的位置上利用光刻技術(shù)對噴墨口5進(jìn)行開口。此外，在噴墨口5開口的小孔板4的面上利用干膜的層疊等形成疏水層306。
作為小孔板4的形成材料，可使用感光性環(huán)氧樹脂、感光性丙烯酸樹脂等。小孔板4構(gòu)成墨流路，由于在噴墨頭使用時常時地與墨接觸，故作為其材料，由光反應(yīng)得到的陽離子聚合性化合物是特別適合的。此外，作為小孔板4的形成材料，由于在很大的程度上由所使用的墨的種類和特性來決定耐久性等，故也可根據(jù)所使用的墨來選擇上述的材料以外的相應(yīng)的化合物。
其次，在圖11c的工序中，在進(jìn)行作為貫通基板1的貫通口的墨供給口310的形成時，通過利用旋轉(zhuǎn)涂敷涂敷由樹脂構(gòu)成的保護(hù)材料311來覆蓋這些部分，以免刻蝕液接觸形成了噴墨頭的功能元件的面或基板1的側(cè)面。作為保護(hù)材料311的材料，使用具有充分的對抗進(jìn)行各向異性刻蝕時使用的強(qiáng)堿溶液的性能的材料。通過利用這樣的保護(hù)材料311也覆蓋小孔板4的上面一側(cè)，也可防止疏水層106的性能惡化。
其次，使用預(yù)先形成了的SiO2膜構(gòu)圖掩模308，通過對SiO2膜307進(jìn)行濕法刻蝕等進(jìn)行構(gòu)圖，形成露出基板1的背面的刻蝕開始開口部309。
其次，在圖11d的工序中，利用以SiO2膜307為掩模的各向異性刻蝕形成墨供給口310。作為該各向異性刻蝕中使用的刻蝕液，使用例如TMAH(氫氧化四甲銨)溶液等的強(qiáng)堿溶液。然后，例如一邊將TMAH的22重量％溶液的溫度保持于80℃，一邊在既定的時間(十幾小時)內(nèi)通過從刻蝕開始開口部309對Si基板1供給該溶液來形成貫通口。
最后，除去SiO2膜構(gòu)圖掩模308和保護(hù)材料311。然后，再使型材303溶解，從噴墨口5和墨供給口310或310使其溶出并除去，使其干燥。在利用深UV光進(jìn)行了全面曝光后，通過進(jìn)行顯影，可實(shí)施型材303的溶出，如果根據(jù)需要在顯影時進(jìn)行超聲波浸漬，則可實(shí)質(zhì)上完全地除去型材303。
按以上所述，結(jié)束了噴墨頭的主要的制造工序，可得到圖10中示出的結(jié)構(gòu)。
(噴墨頭墨盒和打印裝置)該噴墨頭可安裝在打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、具有通信系統(tǒng)的傳真機(jī)、具有打印部的文字處理器等的裝置、進(jìn)而是與各種處理裝置復(fù)合地組合了的產(chǎn)業(yè)記錄裝置上。而且，通過使用該噴墨記錄頭，可在紙、線、纖維、布匹、皮革、金屬、塑料、玻璃、木材、陶瓷等各種各樣的記錄媒體上進(jìn)行記錄。再有，在本說明書中，所謂「記錄」，不僅意味著對于記錄媒體賦予具有文字或圖形等的意義的圖像，而且也意味著賦予不具有圖形等的意義的圖像。
以下，說明將上述噴墨頭與墨罐一體化而構(gòu)成的墨盒形態(tài)的單元和使用該單元的噴墨打印裝置。
圖12示出在構(gòu)成要素中包含噴墨頭的噴墨頭單元的結(jié)構(gòu)例。圖中402是具有對噴墨頭部410供給電力用的端子的TAB(帶自動鍵合)用的帶構(gòu)件，從打印機(jī)本體經(jīng)接點(diǎn)403供給電力。404是對頭部410供給墨用的墨罐。即，圖15的噴墨頭單元具有可安裝在打印裝置上的墨盒的形態(tài)。
圖13示出使用圖12的噴墨頭單元進(jìn)行打印的噴墨打印裝置的概略結(jié)構(gòu)例。
在圖示的噴墨打印裝置中，將滑動架500固定在無端帶501上，而且能沿引導(dǎo)軸502移動。無端帶501被卷繞在皮帶輪503和504上，在皮帶輪503上連結(jié)了滑動架驅(qū)動電機(jī)504的驅(qū)動軸。因而，滑動架500伴隨電機(jī)504的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，沿引導(dǎo)軸502在往復(fù)方向(A方向)上進(jìn)行主掃描。
在滑動架500上安裝了上述墨盒形態(tài)的噴墨頭單元。對于噴墨頭單元來說，頭410的噴出口4與作為打印媒體的用紙P相對，而且，以上述排列方向與主掃描方向不同的方向(例如，作為用紙P的運(yùn)送方向的副掃描方向)一致的方式安裝在滑動架500上。再有，關(guān)于噴墨頭410和墨罐404的組，可設(shè)置與使用的墨色對應(yīng)的個數(shù)，在圖示的例中，與4色(例如黑、黃、紫紅、藍(lán)綠)相對應(yīng)，設(shè)置了4組。
此外，在圖示的裝置中，為了檢測滑動架的主掃描方向上的移動位置等的目的，設(shè)置了直線編碼器506。作為直線編碼器506的一個構(gòu)成要素，有沿滑動架500的移動方向設(shè)置的直線標(biāo)尺507，在該直線標(biāo)尺507上以既定的密度按等間隔形成了狹縫。另一方面，在滑動架500上例如設(shè)置了具有發(fā)光部和受光傳感器的狹縫的檢測系統(tǒng)508和信號處理電路作為直線編碼器506的另一個構(gòu)成要素。因而，伴隨滑動架500的移動，從直線編碼器506輸出規(guī)定墨噴出時序用的噴出時序信號和滑動架的位置信息。
在與滑動架500的掃描方向正交的箭頭B方向上間歇地運(yùn)送作為打印媒體的記錄紙P。利用運(yùn)送方向上流側(cè)的一對滾筒單元509和510以及下流側(cè)的一對滾筒單元511和512支撐記錄紙P，在賦予一定的張力并確保了對于噴墨頭410的平坦性的狀態(tài)下運(yùn)送記錄紙P。從未圖示的用紙運(yùn)送電機(jī)傳遞對各滾筒單元的驅(qū)動力。
利用以上那樣的結(jié)構(gòu)，伴隨滑動架500的移動，一邊交替地重復(fù)進(jìn)行與噴墨頭410的噴出口的排列寬度對應(yīng)的寬度的打印和用紙P的運(yùn)送，一邊進(jìn)行對于用紙P整體的打印。
再有，滑動架500在打印開始時或打印中根據(jù)需要停止在起始位置上。在該起始位置上設(shè)置了對設(shè)置了噴墨頭410的噴出口的面(噴出口面)進(jìn)行加蓋的頂蓋構(gòu)件513，在該頂蓋構(gòu)件513上連接了從噴出口強(qiáng)制地吸引墨并防止噴出口的堵塞等用的吸引回復(fù)單元(未圖示)。
已參照優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，很明顯的是，在更寬的范圍內(nèi)不偏離本發(fā)明的情況下，可作各種變動和修正。因而，本發(fā)明的意圖是，只要這些變動和修正落入本發(fā)明的真正的精神的范圍內(nèi)，后述的權(quán)利要求就包含這些變動和修正。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭用基板，具有與通電對應(yīng)地發(fā)生用于噴出墨的熱能的發(fā)熱部，其特征在于，具備具有用于形成上述發(fā)熱部的間隙的第1電極；包含上述間隙并作為上述第1電極的上層被配置的發(fā)熱電阻體層；以及具有比上述間隙寬的間隙并重疊在上述第1電極上而配置的第2電極，其中，上述第1電極的厚度比上述第2電極的厚度薄。
2.如權(quán)利要求1中所述的噴墨頭用基板，其特征在于用耐腐蝕性金屬形成了上述第1電極。
3.如權(quán)利要求2中所述的噴墨頭用基板，其特征在于上述耐腐蝕性金屬由Ta、Pt或包含這些金屬的至少1種的合金構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3中所述的噴墨頭用基板，其特征在于配置了SiC層作為上述第1電極的下層。
5.如權(quán)利要求2中所述的噴墨頭用基板，其特征在于上述耐腐蝕性金屬是TiW。
6.如權(quán)利要求1中所述的噴墨頭用基板，其特征在于上述發(fā)熱電阻體層在上述第1電極上被分割。
7.如權(quán)利要求1中所述的噴墨頭用基板，其特征在于還具備隔著保護(hù)層配置在上述第2電極上的與上述第2電極電連接的電極布線層。
8.如權(quán)利要求1中所述的噴墨頭用基板，其特征在于上述第1電極的厚度小于等于100nm。
9.一種噴墨頭用基板的制造方法，該噴墨頭用基板具有與通電對應(yīng)地發(fā)生用于噴出墨的熱能的發(fā)熱部，該制造方法的特征在于，具備下述工序在基體上形成具有用于形成上述發(fā)熱部的間隙的第1電極；包含上述間隙并作為上述第1電極的上層配置發(fā)熱電阻體層；以及作為上述第1電極和上述發(fā)熱電阻體層的上層配置成為厚度比上述第1電極的厚度厚的第2電極的層、并以使其間隙比上述間隙寬并使其端部位于上述第1電極上的方式除去該層，由此來形成第2電極。
10.如權(quán)利要求9中所述的噴墨頭用基板的制造方法，其特征在于用耐腐蝕性金屬形成上述第1電極。
11.如權(quán)利要求10中所述的噴墨頭用基板的制造方法，其特征在于還具備在形成上述第1電極之前在上述基體上配置由SiC構(gòu)成的層的工序。
12.如權(quán)利要求11中所述的噴墨頭用基板的制造方法，其特征在于形成上述第1電極的工序具有用Ta、Pt或包含這些金屬的至少1種的合金形成成為上述第1電極的層的工序和利用干法刻蝕對該層進(jìn)行構(gòu)圖以形成上述第1電極的工序。
13.如權(quán)利要求10中所述的噴墨頭用基板的制造方法，其特征在于形成上述第1電極的工序具有用TiW形成成為上述第1電極的層的工序和利用以過氧化氫為主要成分的水溶液刻蝕該層以形成上述第1電極的工序。
14.如權(quán)利要求9中所述的噴墨頭用基板的制造方法，其特征在于還具備通過在上述第1電極上部分地除去上述發(fā)熱電阻體層來分割的工序。
15.如權(quán)利要求9至權(quán)利要求14中的任一項所述的噴墨頭用基板的制造方法，其特征在于還具備配置隔著保護(hù)層配置在上述第2電極上的與上述第2電極電連接的電極布線層的工序。
16.一種噴墨頭，其特征在于，具備權(quán)利要求1中記載的噴墨頭用基板；以及與上述發(fā)熱部對應(yīng)的噴墨口。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有與通電對應(yīng)地發(fā)生用于噴出墨的熱能的發(fā)熱部的噴墨頭用基板，可高精度地形成發(fā)熱部并可實(shí)現(xiàn)發(fā)熱部的小面積化，同時抑制電極布線的腐蝕以及其進(jìn)行。為此，在基體上配置用耐腐蝕性金屬構(gòu)成的薄膜的第1電極101，在其上配置發(fā)熱電阻體層107，進(jìn)而通過對于第1電極重疊地配置用Al構(gòu)成的第2電極103，在不產(chǎn)生大的尺寸離散性的情況下形成發(fā)熱部。即使產(chǎn)生在發(fā)熱部上或在其附近的保護(hù)層的缺陷，由于發(fā)熱電阻體層的材料與Al相比在抗侵蝕的性能方面較強(qiáng)，而且第1電極是耐腐蝕性的，故也能有效地抑制腐蝕的進(jìn)行。
文檔編號B41J2/16GK1736716SQ20051009260
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月16日
發(fā)明者柴田和昭, 小野賢二, 尾崎照夫, 伊部智, 齊藤一郎, 橫山宇, 坂井稔康 申請人:佳能株式會社