專利名稱：噴墨頭用基板及其制造方法和使用該基板的噴墨頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及噴出墨水進行記錄的噴墨頭用基板、該基板的制造方法以及使用上述基板的噴墨頭。
背景技術：
噴墨記錄方式因為作為記錄部件的噴墨頭的緊湊化容易，在可以高速記錄高精細的圖像的同時，對于沒有實施特別的處理的所謂普通紙也可以進行記錄，所以具有運行成本低廉的優(yōu)點。此外，因為是非撞擊式的記錄方式所以噪音的發(fā)生少，而且還具有容易與使用多色墨水的彩色圖像記錄相對應等的優(yōu)點。
在用于實現(xiàn)噴墨記錄方式的噴墨頭中也有采用各種噴出方式的。而其中，利用在美國專利第4,723,129號說明書以及美國專利第4,740,796號說明書等中公開的那樣的采用熱能噴出墨水的方式的噴墨頭一般是把使墨水加熱發(fā)泡的多個發(fā)熱單元(加熱器)以及與之電連接的布線等制作在同一基體上作為噴墨頭用基板，進一步在其上形成與發(fā)熱單元對應使墨水噴出用的噴嘴(噴出口)的結構。該結構因為可以經(jīng)由和半導體制造工序同樣的工藝，容易并且高精度地制造高密度配置了多個發(fā)熱電阻體以及布線等的噴墨頭用基板，所以可以實現(xiàn)記錄的高精細化以及高速化。由此，可以謀求噴墨頭以及使用它的記錄裝置的進一步的緊湊化。
圖1以及圖2分別是一般的噴墨頭用基板的發(fā)熱單元的示意性平面圖及其II-II線剖面圖。如圖2所示，在基體120上將發(fā)熱電阻層107形成為下層，進而作為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)熱電阻體層來形成發(fā)熱單元102。電極布線的圖案205以及207在基體120上圍繞，與驅動元件電路或者外部電源端子連接，可以接收來自外部的電力供給。在此，發(fā)熱電阻體層107用電阻值高的材料形成，通過經(jīng)由電極布線層103’流動來自外部的電流，作為電極布線103’不存在部分的發(fā)熱單元102產(chǎn)生熱能，使墨水發(fā)泡。此外，在形成電極布線層103’的材料中，主要使用Al或者包含Al的合金材料。
噴墨頭用基板一方面謀求通過降低投入電能來節(jié)省能量，另一方面為了防止因墨水的發(fā)泡和消泡的重復引起的氣蝕帶來的機械性損傷、和因脈沖狀電能重復施加而發(fā)熱引起發(fā)熱單元102被破壞，導致基板的壽命降低，在發(fā)熱單元上設置保護層。
該保護層如果從熱即能量效率的觀點出發(fā)，熱傳導率高的保護層或者膜厚度薄的保護層的一方有利。而且另一方面，在保護層中還具有從墨水中保護與發(fā)熱單元102連接的電極布線的目的，例如在成膜工序中從在膜上產(chǎn)生的缺陷的存在概率的觀點出發(fā)，增加膜厚度的方法有利。因而，從在能源效率以及可靠性方面折衷的觀點出發(fā)，保護層被設定在適宜的厚度。
但是，保護層受到伴隨墨水的發(fā)泡等產(chǎn)生的氣蝕引起的損傷即機械性損傷，和因為在發(fā)泡后表面高溫，所以在高溫下的保護層形成材料和墨水成分產(chǎn)生化學反應引起的損傷即化學性損傷的雙方的影響。因此，實際上實現(xiàn)把布線從墨水中絕緣保護用的功能，和相對機械性以及化學性的損傷的穩(wěn)定化功能這兩個功能都有效是困難的。因而，一般是把噴墨基板的保護層設置成2層結構，在上層形成相對機械性以及化學性的損傷穩(wěn)定性高的層，在下層形成用于保護布線的絕緣保護層。
而后具體地說，一般情況下在上層形成機械以及化學穩(wěn)定性極高的Ta膜，在下層形成在現(xiàn)有的半導體制造裝置中容易形成穩(wěn)定的膜的SiN膜或SiO膜108。進一步具體地說，在布線上作為下層的保護層(保護絕緣層)108形成厚度約0.2～1μm的SiN膜，其后作為上層的保護層(一般從作為針對該氣蝕引起的損傷的膜的性能出發(fā)被稱為耐氣蝕層)110，形成厚度0.2～0.5μm的Ta膜。通過該結構謀求噴墨頭基板的電熱變換效率的提高以及長壽命和可靠性的并存。
噴墨頭近年來從節(jié)省能源以及熱效率提高等的觀點出發(fā)，發(fā)熱電阻體的高電阻化提高，即使是微小的加熱器尺寸的偏差，對加熱器電阻值的偏差上也會給出很大影響。如果由于電阻值的偏差在各加熱器中在發(fā)泡現(xiàn)象上產(chǎn)生不同，則不僅不能確保在1個噴嘴上所需要的墨水噴出量，而且在各噴嘴之間也出現(xiàn)墨水噴出量大的偏差，因為這會引起記錄品質的降低，所以直至目前仍要求提高在加熱單元中的電極布線的構圖精度。
此外，在噴墨頭打印裝置中，隨著其普及，近年來進一步要求記錄的高解像度化、高畫質化、高速化。其中作為針對高解像度化、高畫質化的要求的一種解決辦法，可以舉每一點的噴出墨水量更少量化(把墨水作為液滴噴出時墨水液滴的小直徑化)的方法。以往，為了實現(xiàn)墨水的少量化，通過在改變噴嘴的形狀(減小噴嘴面積)的同時減小發(fā)熱單元的面積(圖1中的寬度W×長度L)來應對。因為發(fā)熱單元越小面積化加熱器尺寸的偏差的影響相對越大，所以在該意義上說也要求提高在加熱器單元中的電極布線的構圖精度。
另一方面，從謀求打印裝置整體的節(jié)省電力化的觀點看，電極布線的低電阻化也是重要的。通常，電極布線的低電阻化通過擴大形成在基板上的電極布線的寬度實現(xiàn)。但是，在被形成在基板上的發(fā)熱單元的數(shù)量增加，并且追求其小面積化的狀況下，不能確保不會導致基板的大型化而只是加寬電極布線的充分空間，并且通過擴大電極布線的寬度還制約了小面積的加熱器或者噴嘴的高密度安裝。
因而，一般還認為通過加厚電極布線謀求電極布線的低電阻化，但隨之加熱器單元的構圖精度難以提高。
下面參照圖1以及圖3對此進行說明。
首先，在圖1以及圖2所示的結構中，在形成發(fā)熱單元102的部分上，通過蝕刻除去電極布線層103’使那部分的發(fā)熱電阻體層露出。在此，考慮保護絕緣層108和耐氣蝕層110的覆蓋性，使用濕蝕刻法把電極布線103’形成為錐形形狀。在濕蝕刻中的蝕刻因為各向同性地進行，所以因蝕刻產(chǎn)生的誤差、特別是在發(fā)熱單元102的長度方向上的尺寸公差處于和電極布線層103’的厚度成比例的關系。
圖3表示Al的電極布線層的厚度和上述L方向的尺寸公差的關系，橫軸例如表示相對0.3μm(300nm)厚度的倍率，縱軸表示尺寸公差(μm)。如該圖所示，相對在倍率＝1的厚度中尺寸公差是0.5μm來說，在倍率＝1.7中尺寸公差約為1μm，在倍率＝2.9中尺寸公差約為2μm。因而，例如與發(fā)熱單元102的小面積化對應長度L越小，該公差部分的偏差引起的影響越大。
如上所述，發(fā)熱電阻體的高電阻化及發(fā)熱單元的小面積化、和電極布線的厚膜化并存極其困難，要求極其高精度的構圖。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出的，其第1個目的在于可以高精度形成發(fā)熱單元，適應發(fā)熱電阻體的高電阻化和發(fā)熱單元的小面積化的要求，幫助省能源化以及熱效率的提高，和記錄的高解像度化以及高畫質化等。
進而本發(fā)明據(jù)此提供小型、可靠性高，并且可以穩(wěn)定記錄的噴墨頭。
本發(fā)明提供了一種噴墨頭用基板，具有響應通電而產(chǎn)生用于噴出墨水的熱能的發(fā)熱單元，該噴墨頭用基板包括具有用于形成上述發(fā)熱單元的間隙的第1電極；具有比上述間隙寬的間隙且疊置于上述第1電極上的第2電極；以及包含上述第1電極的間隙和上述第2電極的間隙且作為上述第1電極以及上述第2電極的上層而配置的發(fā)熱電阻體層，其中，上述第1電極的厚度比上述第2電極的厚度小。
本發(fā)明還提供了一種噴墨頭用基板的制造方法，該噴墨頭用基板具有響應通電而產(chǎn)生用于噴出墨水的熱能的發(fā)熱單元，該制造方法包括在基體上形成具有用于形成上述發(fā)熱單元的間隙的第1電極的工序；作為上述第1電極的上層配置待成為比上述第1電極厚度厚的第2電極的層，通過將該層除去為具有比上述間隙寬的間隙且其端部位于上述第1電極上，從而形成第2電極的工序；以及包含上述第1電極的間隙和上述第2電極的間隙且作為上述第1電極以及上述第2電極的上層配置發(fā)熱電阻體層的工序。
此外，本發(fā)明還提供了具備上述噴墨頭用基板和與發(fā)熱單元對應的墨水噴出口的噴墨頭。
如果采用本發(fā)明，則因為可以在薄膜化的第1電極的間隙上形成發(fā)熱單元，所以可以減小發(fā)熱單元的尺寸偏差，并且提高發(fā)熱電阻層以及進一步提高其上層的保護層的覆蓋性。由此，與發(fā)熱電阻體的高電阻化和發(fā)熱單元的小面積化的要求相適應，在可以幫助節(jié)省能源以及熱效率的提高、和記錄的高解像度以及高畫質化等的同時，可以提高基板或者噴墨頭的可靠性以及耐久性。
進而，由此可以提供小型、可靠性高，并且可以進行穩(wěn)定的記錄的噴墨頭。


圖1是以往的噴墨頭用基板的發(fā)熱單元的示意性平面圖。
圖2是圖1的II-II線剖面圖。
圖3是用于說明形成發(fā)熱單元的電極布線層的厚度和發(fā)熱單元面積的尺寸公差的關系的說明圖。
圖4是本發(fā)明的實施方式1的噴墨頭用基板的發(fā)熱單元的示意性剖面圖。
圖5a～圖5d是用于說明圖4所示的基板的制造工序的示意性剖面圖。
圖6是實施方式1的變形例的噴墨頭用基板的發(fā)熱單元的示意性剖面圖。
圖7a以及圖7b分別用于說明謀求對發(fā)熱單元的電極布線電阻的降低或者均勻化的以往結構的問題，以及在本發(fā)明的實施方式2中采用的基本性結構的優(yōu)越性。
圖8是本發(fā)明的實施方式2的噴墨頭用基板的發(fā)熱單元的示意性剖面圖。
圖9是展示使用實施方式1以及2之一的基板構成的噴墨頭的實施方式的斜視圖。
圖10a～圖10d是用于說明圖9所示的噴墨頭的制造工序的示意性剖面圖。
圖11是用于說明使用圖9所示的噴墨頭的制造工序構成的噴墨墨盒的斜視圖。
圖12是展示使用圖11所示的噴墨墨盒進行打印的噴墨打印裝置的概略構成例的示意性斜視圖。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明本發(fā)明。
(噴墨頭用基板的實施方式1及其制造方法)圖4是本發(fā)明的實施方式1的噴墨頭用基板的發(fā)熱單元的示意性剖面圖，與圖1的II-II線剖面對應。在此，對于和圖2的各部分同樣的功能的部分在對應的位置上附加同一符號。
如圖4所示，在本實施方式中，設置了所希望間隔的一對電極101隔著絕緣層106被配置在基體120上。在此，在本實施方式中把電極101設置成用耐腐蝕性金屬構成的電極。作為其上層以比電極101形成的間隙還寬的間隙配置由Al或者包含Al的合金構成的電極布線層103，與電極101電連接。進而覆蓋它們配置發(fā)熱電阻體層107。即，用電極101的間隙形成發(fā)熱單元102，并且規(guī)定其尺寸。另一方面，電極布線層103在基體120上圍繞，與驅動元件電路或者外部電源端子連接，且端部位于第1電極101的表面上。進而以下，形成發(fā)熱單元102，并且把規(guī)定該尺寸的電極101稱為第1電極，把電極布線層103稱為第2電極。
參照圖5a～圖5d說明圖4所示的噴墨頭用基板的制造方法的實施方式。
首先，在圖5a中，準備和圖2一樣的由Si構成的基體(未圖示)，在其上形成絕緣層106。在此，作為基體，對于<100>Si基體，可以設置成預先制作進由用于有選擇地驅動發(fā)熱單元102的開關晶體管等的半導體元件構成的驅動電路。進而，在絕緣層106上，在用濺射把耐腐蝕性金屬例如Ta膜形成為100nm厚度后，構圖為所希望的形狀，形成第1電極101。
以下，如圖5b所示，把用于得到第2電極103的Al膜形成為約350～600nm的厚度。接著用光刻法在把抗蝕劑涂布成規(guī)定的形狀后，例如用BCl3以及Cl2的混合氣體的反應性離子蝕刻(RIE)形成為所希望的形狀。為了除去在發(fā)熱單元102附近的成為第2電極103的間隙的部分的Al層，使用光刻法在把抗蝕劑涂布成所希望的形狀后，用以磷酸為主要成分的濕蝕刻法除去Al層。
以下，如圖5c所示，用濺射法，作為形成發(fā)熱電阻體的層例如把由TaSiN構成的膜107形成為約50nm的厚度，接著用光刻法在把抗蝕劑涂布成規(guī)定的形狀后，例如通過使用了BCl3以及Cl2的混合氣體的RIE形成為所希望的形狀。
以下，如圖5d所示，為了防止發(fā)熱電阻體層107以及布線部分直接與墨水接觸，使用等離子體CVD法，在約400℃的溫度下，把由SiN膜構成的保護絕緣層108形成為約300nm的厚度。
進而，為了形成耐氣蝕層110，用濺射法例如把Ta膜形成為約200nm的厚度。而后，用光刻法在把抗蝕劑涂布成所希望的形狀后，通過使用了CF4的反應性干蝕刻把Ta膜形成為所希望的形狀，由此得到圖4所示的噴墨頭用基板。
經(jīng)由以上那樣的工藝制造出的噴墨記錄頭用基板在基體上具有隔著第1間隙設置且在該間隙部分上形成有發(fā)熱單元的一對第1電極；具有比第1間隙寬的第2間隙且重疊形成在一對第1電極上的一對第2電極；被形成在它們上的發(fā)熱電阻體層，第1電極用耐腐蝕性金屬層形成。通過采用這樣的結構，可以得到以下那樣的顯著效果。
首先，因為對第1電極101重疊配置第2電極103，所以可以一邊抑制布線電阻的急劇性增加一邊薄膜化第1電極101。而后，發(fā)熱單元102因為用第1電極101形成，所以可以減小發(fā)熱單元的尺寸偏差，并且發(fā)熱電阻體層及其上層的保護層(108，110)的覆蓋性提高。此外，例如在使用濕蝕刻法進行第2電極的構圖的情況下，因為它在發(fā)熱單元102的外側實施，所以不會對發(fā)熱單元的尺寸有影響，并且即使假設覆蓋性不充分也不會對加熱器電阻的偏差有影響。由此因為可以高尺寸精度地形成發(fā)熱單元，所以可以與發(fā)熱電阻體的高電阻化和發(fā)熱單元的小面積化的要求相適應，進而，因為臺階部中的保護層的覆蓋性提高，所以可以提高可靠性以及耐久性。
此外，一般在電極布線層中使用的Al或者Al合金在保護層形成時施加的溫度如果大于等于400℃則小丘的發(fā)生顯著，因為該小丘成為電極布線層的覆蓋性降低的原因，所以用于保護電極布線層的保護層需要充分的厚度。但是，如果在電極布線上形成發(fā)熱電阻體，則即使在保護層形成時施加的溫度大于等于400℃，由于存在包含高熔點金屬的發(fā)熱電阻體，因而也可以控制小丘的發(fā)生。
此外，和本實施方式不同，當作為第1電極101的下層形成發(fā)熱電阻層的情況下，為了通過在第1電極的構圖時即發(fā)熱單元的形成時適用的加工不會侵蝕下層的發(fā)熱電阻體層，理想的是使第1電極以及發(fā)熱電阻體層的形成材料不同(例如在發(fā)熱電阻體107用Ta或者包含Ta的合金形成的情況下，第1電極101至少選擇Ta或者包含Ta的合金以外的耐腐蝕性金屬)。因而，即使在高尺寸精度地形成發(fā)熱單元，并且擴大材料選擇的自由度上，如本實施方式那樣在電極上形成發(fā)熱電阻層這一方法有利。
此外，因為用Al等構成的第2電極103并不直面發(fā)熱單元102，所以即使由于反復驅動而在發(fā)熱單元102上或者其附近的保護層上產(chǎn)生缺陷，也降低了侵蝕第2電極103的危險，因而難以發(fā)生沿著布線的腐蝕。在此，發(fā)熱電阻體層的形成材料與Al比一般耐侵蝕強，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，即使在發(fā)熱單元102上或者其附近的保護層上產(chǎn)生缺陷，與圖2所示那樣的結構相比，也可以抑制腐蝕的進行。
即，在圖2所示那樣的構成中，如果在驅動中發(fā)熱單元或者其最近的保護層被破壞，則面臨發(fā)熱單元的布線被侵蝕，引起斷線的危險性高。而且，如果在發(fā)生斷線后還繼續(xù)驅動，則因電分解作用布線腐蝕從斷線位置繼續(xù)前行。噴墨頭多是以規(guī)定個數(shù)的加熱器為單位共用布線成塊驅動的結構，而當設置成這種布線結構的情況下，例如即使是1個位置斷線，也有可能從該部位腐蝕傳染到塊全體，但在本實施方式中，可以顯著降低發(fā)生這樣重大問題的危險。
進而，在不脫離本發(fā)明的思想，可以得到所希望的效果的范圍中，可以確定第1電極的厚度。即，在高尺寸精度形成發(fā)熱單元，此外把保護層的覆蓋性設置成良好的狀態(tài)后，理想的是把第1電極的厚度設置在小于等于100nm。
此外，作為在第1電極中可以選擇的耐腐蝕性的金屬材料，除了上述Ta外，可以設置成其合金、Pt或者其合金、或者TiW。而后，可以進行與被選擇的材料相適應的適宜的加工。
如上述實施方式所示，例如在由SiO構成的絕緣層106的上層，當形成例如由Ta構成的第1電極101的情況下，作為其蝕刻方法，如上所述使用采用了Cl2、BCl3等的氣體的RIE的干蝕刻法。在這樣的干蝕刻法中如果與濕蝕刻相比則對尺寸精度的影響少，而通過過蝕刻減少在第1電極間的絕緣層106的膜厚度，可以產(chǎn)生大于等于第1電極的厚度的高差。這一點還成為造成在發(fā)熱單元間的電阻值的偏差，或降低發(fā)熱電阻層107至保護層(108，110)的覆蓋性的主要原因。
因而，這種情況下，如圖6所示，作為第1電極101的底層，只要在配置用可以得到比SiO膜還高的蝕刻選擇比的SiC構成的膜210后，通過形成第1電極，抑制過蝕刻的影響即可。
此外，例如當作為第1電極的形成材料使用TiW的情況下，進行濕蝕刻，此時作為蝕刻液體如果使用過氧化氫溶液，則和作為下層的絕緣層106的蝕刻選擇比提高。即，因為在第1電極間的絕緣層106的膜厚度減少量小，所以其后的發(fā)熱電阻體層107至保護層(108，110)的覆蓋性提高，可以得到基板或者噴墨頭的可靠性提高的效果。
(噴墨頭用基板的實施方式2)如上所述，在采用利用熱能噴出墨水的方式的噴墨頭中，為了適應記錄的高解像度化、高畫質化、高速應，要求增加噴嘴數(shù)，進而要求高精細化并且高密度化。與此對應，要求被配置在基體上的發(fā)熱單元的數(shù)目也增加，并且要求高精細和高密度地形成它們。此外，隨之還要求提高熱效率降低消耗電力的省電化。從這種省電化的觀點出發(fā)，強烈希望實現(xiàn)與發(fā)熱電阻體連接的電極布線的電阻的降低。通常，電極布線的低電阻化通過擴大形成在基板上的電極布線的寬度實現(xiàn)。但是，如果形成在基板上的能量發(fā)生單元的數(shù)目因上述原因巨大，則不能確保不伴隨基板的大型化而只擴大電極布線的寬度的充分空間。
用圖7a對此進行說明。
在該圖中，當接近被配置在基板(未圖示)的端部上的端子205T的發(fā)熱單元102N的布線圖案205N在Y方向上延伸的布線部分中具有寬度W時，離端子205T遠的發(fā)熱單元102F的布線圖案205F在向圖中的Y方向延伸的布線部分中具有寬度x·W(x＞1)。從端子205T到各發(fā)熱單元的距離即布線長度是不一樣的，這是因為根據(jù)離端子205T的距離電阻值變化的緣故。這樣在同一平面中謀求布線電阻的降低或者均勻化的結構中，可以在基板上求與相對各發(fā)熱單元的上述布線部分的寬度(離端子遠的發(fā)熱單元的距離寬)的合計值平衡的面積。
因而，當為了實現(xiàn)上述記錄的高解像度化、高畫質化、高速化等要增加發(fā)熱單元的數(shù)量的情況下，基體在X方向上的尺寸的增大進一步顯著，不僅成為成本上升的原因，而且還制約發(fā)熱單元的安裝個數(shù)。此外，對于各布線的發(fā)熱單元附近的部分，把應該降低布線電阻的Y方向的寬度設置得大這一點，成為制約發(fā)熱單元的配置間隔或者噴嘴的高密度配置的主要原因。
與此相反，本發(fā)明人研究了通過經(jīng)由保護絕緣層疊層多層電極布線防止基體或者基板的大型化，謀求發(fā)熱單元的高密度安裝的結構。
如圖7b所示，在使用多層電極布線謀求布線電阻的降低或者均勻化的結構的情況下，在把相對接近端子205T的發(fā)熱單元102N的布線圖案205N和距離端子205T遠的發(fā)熱單元102F附近的布線圖案205F1形成為下層的第1電極布線層，把直至布線部分205F1的Y方向的布線部分205F2形成為上層的第2電極布線層的同時，把布線部分205F2的兩端部分經(jīng)由通孔分別連接在端子205T以及布線部分205F1上。在這樣結構的情況下，因為只是在基板上求與上層的布線部分205F1的寬度(x·W)平衡的面積，所以在謀求布線電阻的降低或者均勻化的同時還可以實現(xiàn)基板的小面積化。
因而，在本發(fā)明的實施方式2中，除了上述的本發(fā)明的基本性的結構外，采用實現(xiàn)布線電阻的進一步的降低或者布線電阻的均勻化的結構。
圖8是本發(fā)明的實施方式2的噴墨頭用基板的發(fā)熱單元的示意性剖面圖。在此，對于和實施方式1一樣功能的部分在對應的位置上標注相同符號。
在此，在第2電極103上，隔著保護絕緣層109進一步形成電極布線層104，經(jīng)由通孔連接它們。這樣通過多層化電極布線，不伴隨基板上的電極布線的大面積化，就可以降低直至各發(fā)熱單元的布線電阻，并且謀求發(fā)熱單元間的布線電阻的均勻化。
進而，這樣構成的基板可以用以下那樣的工序制成。
即，首先通過和實施方式1的圖5a～圖5c一樣的工序，順序在基體上形成絕緣層106、第1電極101、第2電極103以及發(fā)熱電阻體層107來形成發(fā)熱單元102。
而后在它們之上形成保護絕緣層109后，把發(fā)熱電阻體層107作為蝕刻停止層，在發(fā)熱層102上及其外側上除去保護絕緣層109。此外同時，根據(jù)需要形成通孔，以使第2電極103和以后形成的電極布線層104連接。而后，進行電極布線層104的形成或者構圖，其后只要順序形成保護層108、110即可。
進而，本實施方式的構成也可以適用于上述實施方式1的變形例。
(噴墨頭的構成以及制造工序)
接著，說明使用上述實施方式1或者2的基板構成的噴墨頭。
圖9是噴墨頭的示意性斜視圖。
該噴墨頭具有并列排列2列以規(guī)定的間隔形成有發(fā)熱單元102的發(fā)熱單元列構成的基板1。在此，也可以通過把經(jīng)過上述制作工序制造出的2塊基板通過將排列有發(fā)熱單元102一側的邊緣相對配置，進行該并列排列，還可以如在1片基體上預先排列2列發(fā)熱單元那樣實施上述制造工序。
對于該基板1，通過接合形成有與發(fā)熱單元102對應的墨水噴出口5、儲存從外部導入的墨水的液室部分(未圖示)、與噴出口5的各自對應用于從液室提供墨水的墨水供給口9、連通噴出口5和供給口9的流路的部件(噴嘴板)4，從而構成噴墨頭410。
進而，在圖9中，各列的發(fā)熱單元102以及墨水噴出口5被描畫成線對稱配置，而通過將各列的發(fā)熱單元102以及墨水噴出口5相互錯開半個間距配置，可以進一步提高記錄的解像度。
圖10a～圖10d是展示制造圖9的噴墨頭的工序的示意性剖面圖。
作為用于構成基板1的基體，以上敘述了使用形成發(fā)熱單元102的表面的Si晶體方位是<100>的基體。在這樣的基板1背面的SiO2膜307上，如圖10a所示，是用于形成墨水供給口310的掩模，形成用具有耐堿性的掩模劑構成的SiO2膜構圖掩模308。SiO2膜構圖掩模308例如如以下那樣形成。
首先，用旋轉涂布等在基板1的背面上整個涂布成為SiO2膜的構圖掩模308的掩模劑，并熱硬化。而后，通過旋轉涂布等在其上涂布正型抗蝕劑并使其干燥。以下，用光刻技術構圖該正型抗蝕劑，把該正型抗蝕劑作為掩模，通過干蝕刻等除去成為SiO2膜構圖掩模308的掩模劑的露出部分。最后剝離正型抗蝕劑，得到所希望圖案的SiO2膜構圖掩模308。
以下，在形成有發(fā)熱單元102的表面上形成型材303。型材303在以后的工序中溶解，用于把設置有它的部分形成為墨水流路。即，為了形成所希望高度以及平面圖案的墨水流路，形成為適宜的高度以及平面圖案。型材303的形成例如可以如以下那樣進行。
作為型材303的材料，例如使用作為正型光敏抗蝕劑的ODUR1010(東京應化工業(yè)株式會社制造，商品名)，通過干膜疊層、旋轉涂布等在基板1上以規(guī)定的厚度涂布它。以下，使用通過紫外線、遠紫外光等進行曝光、顯像的光刻技術形成圖案。由此，得到具有所希望厚度以及平面圖案的型材303。
以下，在圖10b所示的工序中，用旋轉涂布等涂布噴嘴板4的毛坯，被覆在前面的工序中形成在基板1上的型材303，用光刻技術構圖為所希望的形狀。而后，在發(fā)熱單元102上的規(guī)定位置上用光刻技術開出墨水噴出口5。此外，在開有墨水噴出口5的噴嘴板4的表面上，用干膜的疊層等形成防水層306。
作為噴嘴板4的形成材料可以使用感光性環(huán)氧樹脂、感光性丙稀樹脂等。噴嘴板4是構成墨水流路的板，因為在噴墨頭使用時始終與墨水接觸，所以作為其材料，特別適宜根據(jù)光反應的陽離子聚合性化合物。此外，作為噴嘴板4的材料，因為耐久性等很大程度上被所使用的墨水的種類以及特性所左右，所以根據(jù)所使用的墨水，可以選擇上述材料以外的相應的化合物。
以下，在圖10c所示的工序中，在進行作為貫通基板1的貫通孔的墨水供給口310的形成時，如在形成有噴墨頭的功能元件的表面和基板1的側面上不接觸蝕刻液體那樣，通過用旋轉涂布等涂布由樹脂構成的保護材料311被覆這些部分。作為保護材料311的材料，使用對在進行各向異性蝕刻時使用的強堿性溶液具有充分的耐腐蝕性的材料。通過用這樣的保護材料311還覆蓋噴嘴板4的上面?zhèn)龋€可以防止防水層306的劣化。
以下，使用預先形成的SiO2膜構圖掩模308，用濕蝕刻等構圖SiO2膜307，形成露出基板1的背面的蝕刻開始開口部分309。
以下，在圖10d所示的工序中，用把SiO2膜307作為掩模的各向異性蝕刻形成墨水供給口310。作為在各向異性蝕刻中使用的蝕刻液體，例如使用TMAH(四甲基胺氫氧化鈉)溶液等的強堿性溶液。而后，例如通過一邊把TMAH的22重量％溶液的溫度保持在80℃一邊在規(guī)定時間(數(shù)十小時)，把其從蝕刻開始開口單元309向Si基板1給予，由此形成貫通口。
最后，除去SiO2膜構圖掩模308和保護材料311。而后，進而，使型材303溶解，從墨水噴出口5和墨水供給口9或者310溶出除去并使其干燥。型材303的溶出可以通過用遠紫外光進行全面曝光后，進行顯像來實施，根據(jù)需要在顯像時如果進行超聲波浸漬，則實際上可以完全除去型材303。
以上，噴墨頭的主要的制造工序完成，可以得到圖9所示的構成。
(噴墨頭墨盒以及打印裝置)該噴墨頭可以安裝在打印機、復印機、具有通信系統(tǒng)的傳真機、具有打印機單元的工作站等的裝置上，進而可以安裝在各種處理裝置和復合組裝的產(chǎn)業(yè)記錄裝置上。而后，通過使用該噴墨記錄頭，可以在紙張、線、纖維、布帛、皮革、金屬、塑料、玻璃、木材、陶瓷等各種記錄介質上進行記錄。進而，在本說明書中，所謂“記錄”不僅是對記錄介質給予具有文字和圖案等的意義的圖像，而且還表示給予不具有圖案等的意義的圖像。
以下，說明把上述噴墨頭和墨水罐一體化構成的墨盒形態(tài)的組件以及使用它的噴墨打印裝置。
圖11展示構成要素包含上述的噴墨頭的噴墨頭組件的構成例。圖中，402是具有用于向噴墨頭單元410提供電力的端子的TAB(載帶自動鍵合)用的帶狀部件，由打印機主體經(jīng)由接點403提供電力。404是用于向噴墨頭單元410提供墨水的墨水罐。即，圖11的噴墨頭組件是具有可以安裝在打印裝置上的墨盒的形態(tài)。
圖12是展示使用圖11的噴墨頭組件進行打印的噴墨打印裝置的概略構成例。
在圖示的噴墨打印裝置中，滑架500被固定在無接頭帶501上，并且可以沿著導向軸502移動。無接頭帶501被卷繞在皮帶輪503以及504上，在皮帶輪503上聯(lián)結滑架驅動電機504的驅動軸。因而，滑架500伴隨電機504的旋轉驅動沿著導向軸502在往復方向(A)方向上主掃描。
在滑架500上安裝著上述墨盒形態(tài)的噴墨頭組件。在此噴墨頭組件被安裝在滑架500上，使得噴墨頭410的噴出口4和作為打印介質的紙張P相對，并且上述排列方向和與主掃描方向不同的方向(例如作為紙張P的傳送方向的付掃描方向)一致。進而，噴墨頭410以及墨水罐404的組可以設置成與所使用的墨水顏色對應的個數(shù)，在圖示的例子中與4色(例如黑色，黃色，洋紅，青色)對應設置4組。
此外，在圖示的裝置中，以檢查滑架的主掃描方向上的移動位置等的目的設置線性編碼器506。作為線性編碼器506的一方的構成要素，有沿著滑架500的移動方向設置的線性標尺507，在該線性標尺507上以規(guī)定密度等間隔形成狹縫。另一方面，在滑架500上作為線性編碼器506的另一構成要素，例如設置經(jīng)由發(fā)光單元以及受光傳感器的狹縫的檢測系統(tǒng)508以及信號處理電路。因而，從線性編碼器506開始伴隨滑架500的移動，輸出用于規(guī)定墨水噴出時間的噴出定時信號以及滑架的位置信息。
作為打印介質的記錄紙P被間歇性地在和滑架500的掃描方向正交的方向上傳送。記錄紙P由傳送方向上游側的一對滾輪組件509以及510，和下游一側的滾輪組件511以及512支撐，被賦予一定的張力以確保在相對噴墨頭410的平坦性的狀態(tài)下傳送。對各滾輪組件的驅動力由未圖示的紙張轉送電機傳送。
通過以上那樣的結構，一邊交替重復伴隨滑架500的移動與噴墨頭410的噴出口的排列寬度對應的寬度的打印和紙張P的傳送，一邊對紙張P全體進行打印。
進而，滑架500在打印開始時或者在打印中根據(jù)需要在初始位置停止。在該初始位置上，設置壓蓋設置有各噴墨頭410的噴出口的表面(噴出口面)的蓋部件513，在該蓋部件513上連接從噴出口強制性吸引墨水用于防止噴出口的堵塞等的吸引恢復裝置(未圖示)。
權利要求
1.一種噴墨頭用基板，具有響應通電而產(chǎn)生用于噴出墨水的熱能的發(fā)熱單元，該噴墨頭用基板包括具有用于形成上述發(fā)熱單元的間隙的第1電極；具有比上述間隙寬的間隙且疊置于上述第1電極上的第2電極；以及包含上述第1電極的間隙和上述第2電極的間隙且作為上述第1電極以及上述第2電極的上層而配置的發(fā)熱電阻體層，其中，上述第1電極的厚度比上述第2電極的厚度小。
2.權利要求1所述的噴墨頭用基板，上述第1電極由耐腐蝕性金屬形成。
3.權利要求2所述的噴墨頭用基板，上述耐腐蝕性金屬由Ta、Pt、或者包含其中至少一種的合金構成。
4.權利要求3所述的噴墨頭用基板，作為上述第1電極的下層配置有SiC層。
5.權利要求2所述的噴墨頭用基板，上述耐腐蝕性金屬是TiW。
6.權利要求1所述的噴墨頭用基板，進一步具備隔著保護層配置在上述第2電極上且和上述第2電極電連接的電極布線層。
7.權利要求1所述的噴墨頭用基板，上述第1電極的厚度小于等于100nm。
8.一種噴墨頭用基板的制造方法，該噴墨頭用基板具有響應通電而產(chǎn)生用于噴出墨水的熱能的發(fā)熱單元，該制造方法包括在基體上形成具有用于形成上述發(fā)熱單元的間隙的第1電極的工序；作為上述第1電極的上層配置待成為比上述第1電極厚度厚的第2電極的層，通過將該層除去為具有比上述間隙寬的間隙且其端部位于上述第1電極上，從而形成第2電極的工序；以及包含上述第1電極的間隙和上述第2電極的間隙且作為上述第1電極以及上述第2電極的上層配置發(fā)熱電阻體層的工序。
9.權利要求8所述的噴墨頭用基板的制造方法，上述第1電極由耐腐蝕性金屬形成。
10.權利要求9所述的噴墨頭用基板的制造方法，進一步具備在形成上述第1電極之前，在上述基體上配置由SiC構成的層的工序。
11.權利要求10所述的噴墨頭用基板的制造方法，形成上述第1電極的工序包括用Ta、Pt，或者包含其中至少一種的合金形成待成為上述第1電極的層的工序；以及通過干蝕刻構圖該層來形成上述第1電極的工序。
12.權利要求9所述的噴墨頭用基板的制造方法，形成上述第1電極的工序包括用TiW形成待成為上述第1電極的層的工序；用以過氧化氫為主要成分的水溶液蝕刻該層來形成上述第1電極的工序。
13.權利要求8所述的噴墨頭用基板的制造方法，進一步包括隔著保護層在上述第2電極上配置與上述第2電極電連接的電極布線層的工序。
14.一種噴墨頭，具有權利要求1所述的噴墨頭用基板；以及與上述發(fā)熱單元對應的墨水噴出口。
全文摘要
在具有與通電相應地產(chǎn)生為了噴出墨水而使用的熱能的發(fā)熱單元的噴墨頭用基板上，可以高精度形成發(fā)熱單元，在可以實現(xiàn)發(fā)熱單元的小面積化的同時，抑制電極布線的腐蝕及其進行。為此，在基板上配置由耐腐蝕性金屬構成的薄膜的第1電極101，在其上重疊用Al形成的第2電極103，進而配置發(fā)熱電阻層107，用第1電極的間隙形成發(fā)熱單元。由此可以不會產(chǎn)生大尺寸偏差地形成發(fā)熱單元。即使在發(fā)熱單元上或者附近產(chǎn)生保護層的缺陷，因為發(fā)熱電阻層的材料比Al耐侵蝕強并且第1電極是耐腐蝕性電極，所以可以抑制腐蝕的進行。
文檔編號B41J2/16GK1736717SQ20051009260
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月16日 優(yōu)先權日2004年8月16日
發(fā)明者柴田和昭, 橫山宇, 小野賢二, 尾崎照夫, 伊部智, 齊藤一郎, 坂井稔康 申請人:佳能株式會社