CN1693080A - 喷墨记录头用基体的制造方法和记录头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种喷墨记录头用基体的制造方法和记录头的制造方法，用来形成更均匀的发热电阻层。该喷墨记录头用基体具有：表面上有绝缘层的支撑体、配置在该支撑体的上述表面上的一对电极层、以及连续地覆盖该一对电极层和它们之间的发热电阻层，其制造方法包括：在上述支撑体上形成电极层的工序；以及通过刻蚀上述电极层，形成上述一对电极层的工序，在形成上述一对电极层的工序中，对位于上述绝缘层的上述一对电极层之间的表面部分进行刻蚀，在上述绝缘层的该部分上形成凹部。
Description
技术领域
本发明涉及喷墨记录头用基体的制造方法及使用由该方法制造的上述基体的记录头的制造方法。
背景技术
例如在日本专利申请特开昭60-159062号公报的图1或图3中记载了这样一种喷墨记录头，该喷墨记录头是构成喷出液体而设置的喷嘴、以及与该喷嘴连通作为在液体上作用喷出液滴用的热能的部分的热作用部的一部分。图9中示出了与该在先的专利公报的图1对应的结构。该结构在基体200的下部层202上设有一旦通电便发热的发热电阻层204，在发热电阻层204上对一个发热部设有一对电极层203。另外，在发热电阻层204和电极层203上设有保护它们不受墨的影响的绝缘保护层205、以及在其上设有保护其不受被发泡了的墨消泡时的空化作用的影响的金属保护层206。另外，图10中示出了与特开昭60-159062号公报的图3对应的结构。该结构除了将电极层203和发热电阻层204的上下方向的配置颠倒过来以外，与图9所示的结构相同。
这里，例如在图9中，面向发热部207的两个电极层203的端部203a形成得具有一些倾斜，但这存在这样的问题：如果端面203a的倾斜相对于发热电阻层204越接近于垂直，则端面203a在覆盖从发热电阻层204上升的部分210的绝缘保护层205上越会发生覆盖不充分的地方，不能发挥作为绝缘保护层的作用。因此，在使端面203a的倾斜相对于发热电阻层204平放地设置电极层203的情况下，由于更呈锐角的端面203a的下端部分(端面203a倾斜的前端部)不足，或形成电极层203时产生的端面203a的下端的位置精度的误差等，位于一对电极层203之间的发热电阻层204(发热部)的面积变化。其结果，各个发热部207的发热量产生离散。这成为谋求品位更高的记录图像时应解决的课题。
另外，在图10中，在下部层202上将发热部207夹在中间设置一对电极层203，从它上面设置发热电阻层204。在该结构的情况下，由于发热电阻层204使用的材料本身硬，所以作为比较硬的层覆盖电极层203，因此即使在高温下形成在它上面形成的绝缘保护层205，也不会发生电极层203的热变形(例如，用铝形成电极层时的小丘等)。因此，能致密地形成绝缘保护层205，能使厚度薄。其结果，能更有效地将来自发热部207的热传递给墨。
可是，在图10的结构中，与图9的结构的情况相同，除了电极层203的端面203a的前端角度和发热部的面积的变化成为问题以外，端面203a相对于下部层202越接近于垂直，在电极层203上形成发热电阻层204时，存在覆盖端面203a的上升部210的发热电阻层204的质量变得比其他部分更坏的问题。因此，驱动由该一对电极层203和发热电阻层204构成的发热电阻体时，一对电极层203相对的端面203a(相对于下部层202形成了台阶的部分)上的发热电阻层中发生电流集中，局部温度升高，存在发生热应力的问题。除此以外，当前为了适应要求日益更高的高速高精细记录，在用高频连续地驱动发热电阻体的情况下，会发生更强的热应力，致使发热电阻层发生断线的可能性增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能抑制发热电阻层覆盖在电极层上的喷墨记录头用基体上的热应力引起的断线的发生，提高了发热电阻体的耐久性的喷墨记录头用基体及喷墨记录头的制造方法。
另外，本发明的另一个目的在于提供一种通过使覆盖发热电阻层的保护膜的台阶覆盖性好，即使将保护膜薄膜化，也能确保发热电阻体的充分的耐久性，有效地将发热电阻体产生的热用于墨的喷出，谋求省电的喷墨记录头用基体及喷墨记录头的制造方法。
另外，本发明的另一个目的在于提供一种喷墨记录头用基体及喷墨记录头的制造方法，该喷墨记录头用基体具有：表面上有绝缘层的支撑体、配置在该支撑体的上述表面上的一对电极层、以及连续地覆盖该一对电极层和它们之间的发热电阻层，该方法包括：在上述支撑体上形成电极层的工序、以及通过刻蚀上述电极层形成上述一对电极层的工序，在形成上述一对电极层的工序中，刻蚀上述绝缘层的位于上述一对电极层之间的表面部分，在上述绝缘层的该部分上形成凹部。
附图说明
图1是用本发明的制造方法制造的喷墨记录头用基体的模式平面图。
图2是表示用本发明的制造方法制造的喷墨记录头用基体的实施例的模式剖面图。
图3是表示用本发明的制造方法制造的喷墨记录头用基体的另一个实施例的模式剖面图。
图4是表示用本发明的制造方法制造的喷墨记录头用基体的另一个实施例的模式剖面图。
图5A～图5G是说明作为本发明的实施例的喷墨记录头用基体的制造方法用的工序图。
图6A～图6F是说明作为本发明的实施例的喷墨记录头用基体的另一制造方法用的工序图。
图7是表示使用利用本发明的制造方法制造的头用基体获得的喷墨记录头的一例中使用的、具有液流路及液室形成用槽的顶板的模式斜视图。
图8是表示使用利用本发明的制造方法制造的头用基体获得的喷墨记录头的一例的模式斜视图。
图9是表示现有的喷墨记录头用基体的一例的模式剖面图。
图10是表示现有的喷墨记录头用基体的另一例的模式剖面图。
具体实施方式
以下，根据需要参照附图，用实施例具体地说明本发明。
图1是表示本发明的喷墨记录头用基体的结构的模式平面图，特别是表示头用基体的热作用部107附近的平面图。另外，图2表示图1中的2-2线处的剖面的模式剖面图。
在图2所示形态的喷墨记录头用基体中，发热电阻层104覆盖着在基板101的表面上形成的绝缘性的下部层(蓄热层)102上形成的一对电极层103，在下部层102上对应于一对电极层之间设有凹部。
通过将电力供给由电极层103、发热电阻层104等构成的发热电阻体，在位于一对电极层103之间的发热电阻层104中发生的热，从热作用部107传输给墨等液体。
如果采用该结构，则在下部层102的一对电极层103之间的部分上形成的凹部内，把发热电阻层104弯曲成大致U形。因此，由发热电阻层104的电流集中所产生的热应力最强的部分(即，发热电阻层104的覆盖电极层103的端部(台阶部)103a和下部层102的边界部110的部分)与发热电阻层104的质量比较差的发热电阻层的弯曲部112相分离，能抑制发热电阻层104中产生的热应力引起的发热电阻层104断线的发生，提高喷出耐久性能。
另外，如果在下部层102的从电极层103的端部103a开始连续的部分(凹部的壁面)上形成锥角111，则位于一对电极层103之间的发热电阻层104的呈大致U形的弯曲部112的弯曲角变得更平缓，能使该部分中的发热电阻层104的质量更好，提高喷出耐久性能。
另外，通过如以下的图3～图4所示地形成，更平缓地形成图2所示的弯曲部112的结构，更能抑制发热电阻层104中产生的热应力引起的发热电阻层104的断线的发生，提高喷出耐久性能。另外，在这样形成的结构中，如图3、图4所示，保护层的弯曲部113的形状比图2中的结构更平缓，保护层105、106的台阶覆盖性变得比图2中的结构好，所以能使上部绝缘保护层的厚度更薄，能用较少的电力发泡，喷出墨等液体。
如图3所示，通过使电极层103的端部103a的锥形角度(电极层锥角)109比作为电极层103的基底的支撑体(下部层102)的锥部的锥角(基底锥角)111大，而小于90度，比起图2中的结构，也能使覆盖下部层102的锥部的部分和覆盖与其连续的电极层103的端部上的部分的边界部110的发热电阻层104平缓。由此，能使发热电阻层104的该部分的质量好，所以更能抑制热应力引起的断线的发生，更能提高喷出耐久性能。这里，下部层102的锥角111越小，发热电阻层104的该部分的质量就能越好，但如上所述，电极层103的端部的锥形的锥角109越小，一对电极层103之间的距离的精度就越低，作为发热部107的电气特性容易发生离散，所以要注意。
另外，如图4所示，如果使电极层103的表面侧的端部114的角呈曲面结构，则更能提高覆盖在发热电阻层104上的上部绝缘保护层105及上部金属保护层106的台阶覆盖性(台阶部覆盖性)。因此，不损害喷出耐久性能，就能使上部绝缘保护层105及上部金属保护层106的厚度比图2～图3所示结构的情况薄。由此，能谋求将来自发热部107的热传输给墨时节省电力。
这里，如果通过溅射刻蚀使电极层103的端部114的角形成曲面状，接着在进行了该溅射刻蚀的装置内形成发热电阻层104，则能将制造成本的增加抑制在最小限度，能提高覆盖在发热电阻层104上的上部绝缘保护层105及上部金属保护层106的台阶覆盖性。
下面，用图5及图6说明利用上述的结构能发挥良好的效果的喷墨记录头用基体的制造方法。另外，图5是用图1中的2-2线剖面依次说明图2所示的结构的制造工序的图，图6是用图1中的2-2线剖面依次说明图3及图4所示的结构的制造工序的图。
首先，说明图5A-图5G所示的工序。用热氧化法在硅基板101上形成1.0微米的由蓄热层102构成的SiO2层(图5A)，用溅射法在它上面形成了0.6微米的Al作为电极层103(图5B)。然后，用光刻法在电极层103上使光刻胶构图成所希望的图形，用干法刻蚀法刻蚀电极层103，获得了所希望的布线图形的电极层103(图5C)。这时的刻蚀条件是：在ECR刻蚀装置中气压为2.66Pa，Cl2/BCl2气体，微波功率为100W。刻蚀时间约为50秒弱，电极层103的图形端部103a如图5C所示，被刻蚀成实际上垂直于基板的形状。从此为了使气压稍微下降而呈高真空，如果达到1.33Pa，则通过电极层103的刻蚀，露出的蓄热层102开始被刻蚀成凹状。这里，电极层103虽然以化学干法刻蚀为主进行刻蚀，但在更高的真空气氛中进行刻蚀的蓄热层102以溅射刻蚀为主进行刻蚀。因此，从电极层103的端部103a至接下来的蓄热层102的端部被刻蚀成锥状的具有一定角度的斜面(图5D)。
然后，用溅射法在进行了构图的电极层103上形成了0.04微米的TaN膜作为发热电阻层104(图5E)。然后，用光刻法使光刻胶构图成所希望的形状，用干法刻蚀法或湿刻法进行刻蚀，形成了发热部107。然后，用等离子体CVD法形成了0.3微米SiN膜作为保护电极层103、发热电阻层104免受墨的影响用的上部绝缘保护层105(图5F)。另外，气泡消灭时(消泡时)为了防止电极层103、发热电阻层104及上部绝缘保护层105受损，如图5G所示，形成了0.2微米Ta膜作为金属保护层106。另外，保护层既可以构成单一材质的单层结构，或者如前面所述，也可以构成例如将Si3N4、SiO2、SiON、Ta2O5等绝缘层105和Ta等谋求提高耐空化性用的金属层106层叠起来的结构。
这样形成了具有发热部107的喷墨用基体。
然后，说明图6A-图6F所示的工序。图6A相当于图5B，用热氧化法在硅基板101上形成由蓄热层102构成的厚度为1.0微米的SiO2层，用溅射法在它上面形成了厚度为0.6微米的作为电极层103的Al。然后，用光刻法使光刻胶构图成所希望的图形，用干法刻蚀法刻蚀电极层103及蓄热层102，但为了在两层的端部形成锥角，这时的刻蚀条件是：在ECR刻蚀装置中气压为1.33Pa，Cl2/BCl2气体，微波功率为100W(在图5A-图5G所示的工序中，与图5D以后的干法刻蚀条件相同)。刻蚀电极层103时需要120秒，刻蚀蓄热层102时需要70秒。两层的端部如前面所述，与化学干法刻蚀法相比，主要用溅射刻蚀的方法进行了刻蚀。这时，作为蓄热层102的SiO2的刻蚀速度比作为电极层103的Al的刻蚀速度慢，所以进而锥形不同，锥角变小(图6B)。在本实施例中蓄热层102的锥角111为60度，电极层103的锥角109为70度。这样，通过使电极层103的端部的锥角109比蓄热层102的端部的锥角111大(而且比90度小)，能使从电极层103的端部103a至蓄热层102的端部的两个锥部的边界部110或凹部底的弯曲部112的发热电阻层104的弯曲角度的变化更小，能使发热电阻层104的质量良好。
另外，在即使按照一定的刻蚀条件进行刻蚀，而电极层103的锥角109和它的基底(蓄热层102)的锥角111不同的情况下，也可以通过在电极层103和它的基底的蓄热层102上改变刻蚀条件，使相互的锥角不同。
另外，也可以在刻蚀电极层103的过程中改变刻蚀条件，使电极层103的端部的锥角109呈台阶状地变小。
其次，在图6B之后，与图5E-图5G时相同，在电极层103上形成厚度为0.04微米的TaN膜作为发热电阻层104，形成厚度为0.3微米的SiN膜作为上部绝缘保护层105，再在它上面形成厚度为0.2微米的Ta膜作为金属保护层106，形成了具有图3所示结构的发热电阻部的喷墨用基体。
这里，如图6C所示，在形成发热电阻层104之前，如果在Ar气中将100W的高频加在基体100上，对基体100的电极层103侧进行20秒溅射刻蚀，则由于溅射刻蚀特性即突起部被刻蚀得快，所以电极层103的Al电极层台阶上部的角部114比其他部分被刻蚀得快，角部114呈圆形。即，电极层103的端部斜面和电极层的上表面构成的角部114比电极层103的端部更倾斜。由于在同一溅射装置中进行使该角部114呈圆形的曲面形状的工序、以及其后的用溅射法在电极层103上形成发热电阻层104的工序，所以不致增加大成本就能进行。
这样，在图6C之后，与图5E-图5G时相同，在电极层103上形成厚度为0.04微米的TaN膜作为发热电阻层104(图6D)，形成厚度为0.3微米的SiN膜作为上部绝缘保护层105(图6E)，再在它上面形成厚度为0.2微米的Ta膜作为金属保护层106(图6F)，形成了具有图4所示结构的发热部107的喷墨用基体。
这样，通过使电极层台阶的上部角部114呈圆形，来提高上部保护层105或金属保护层106的覆盖性。这是因为电极层台阶的上部角部114的各保护层不致异常生长，所以没有异常生长部分的背面成膜不良的部分，能比较均匀地在电极层台阶部上形成各保护层。因此，能避免由于墨向各保护层下面的电极层103的侵蚀等引起的断线，所以能将各保护膜105、106形成得更薄。
另外，使电极层角部没有呈锐角的部分即可，不管多少只要呈圆形，就能获得与其相应的效果。
图7是表示构成使用由上述的制造方法制造的头用基体获得的喷墨记录头的、具有液流路及液室形成用槽的顶板的模式斜视图，图8是表示用由上述的制造方法制造的头用基体和图7中的顶板组装而成的喷墨记录头的模式斜视图。
图8所示的喷墨记录头能这样获得：在形成了具有在基板101上设置了上述的保护层105、106的热能发生单元(热作用部107)的基板100后，将具有为了设置分别对应于热能发生单元的液流路17和与该液流路连通的液体喷出口21而形成的槽18的顶板16(图7)接合在基体100上。另外，根据需要，把液供给管20连接在公用液室19上，墨等液体从头外部通过液供给管20被导入头内。电极11、12与上述的一对电极层分别导通，将墨喷出用的能量电力供给热作用部(发热部)107。
另外，液体喷出口21或液流路17等的形成，未必需要带槽的顶板16，也可以通过感光性树脂的构图进行的成形等来形成。另外，本发明不只限定于上述的具有多个液体喷出口的多阵列型的喷墨记录头，当然也能适用于一个液体喷出口的单一阵列型喷墨记录头。
用该头进行了墨的喷出耐久试验时，虽然上部绝缘保护层105的厚度为电极层103的厚度的1/2，但即使输入1×109脉冲以上的喷出信号后，发热电阻层104也不断线，脉冲耐久寿命比图10所示的现有结构的头更长。
这是因为，本实施例的结构中，使发热电阻层104的由电流集中引起的热应力最强的部分(即，发热电阻层104的覆盖电极层103的端部和蓄热层102的边界部(电极层的台阶部)110的部分)和发热电阻层104的质量比较差的弯曲部112相分离，通过使一对电极层104的端部的锥形的角度(电极层锥角)109比作为电极层的基底的支撑体(蓄热层102)的锥部的锥角(基底锥角)111大，来使覆盖电极层103的端部和蓄热层102的锥部的边界部110的发热电阻层104平缓，能使发热电阻层104的该部分的质量良好。由此，能抑制该部分的热应力引起的断线的发生，能提高喷出耐久性能。
另外，在本实施例的结构中，由于保护层105、106的弯曲部113的形状比较平缓，而且使电极层103的角部114呈圆形，所以保护层105、106的台阶覆盖性变得良好，通过使上部绝缘保护层105的厚度更薄，所以热作用部107中发生的热能有效地传递给墨等液体，因此能用更少的电力进行发泡而喷出液体。
Claims (18)
1、一种喷墨记录头用基体的制造方法，该喷墨记录头用基体具有：表面上有绝缘层的支撑体、配置在该支撑体的上述表面上的一对电极层、以及连续地覆盖该一对电极层和它们之间的发热电阻层，该制造方法的特征在于包括：
在上述支撑体上形成电极层的工序、以及
通过刻蚀上述电极层形成上述一对电极层的工序，在该工序中，刻蚀上述绝缘层的位于上述一对电极层之间的表面部分，在上述绝缘层的该部分上形成凹部。
2、根据权利要求1所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：在形成上述一对电极层的工序中，在从上述绝缘层的上述凹部的上述电极层的端部连续的部分上形成锥形。
3、根据权利要求2所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：在形成上述一对电极层的工序中，在上述一对电极层的互相对置的端部上形成锥形。
4、根据权利要求3所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：使上述电极层的端部的锥形的角度形成得比上述绝缘层的锥形的角度大。
5、根据权利要求4所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：上述刻蚀是干法刻蚀，形成上述锥形的干法刻蚀时的刻蚀气氛的真空度比不形成上述锥形的干法刻蚀时的刻蚀气氛的真空度高。
6、根据权利要求5所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：在上述刻蚀气氛中，上述绝缘层的刻蚀速度比上述电极层的刻蚀速度慢。
7、根据权利要求1所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：
在形成上述一对电极层的工序之后、且在形成上述发热电阻层的工序之前，还具有：
通过溅射刻蚀，使上述一对电极层的互相对置的端部的角部呈圆形的工序；
在上述一对电极层上和该一对电极层之间上形成上述发热电阻层的工序；以及
形成覆盖上述发热电阻层的保护膜的工序。
8、根据权利要求4所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：
在形成上述一对电极层的工序之后、且在形成上述发热电阻层的工序之前，还具有：
通过溅射刻蚀，使上述一对电极层的互相对置的端部的角部呈圆形的工序；
在上述一对电极层上和该一对电极层之间上形成上述发热电阻层的工序；以及
形成覆盖上述发热电阻层的保护膜的工序。
9、根据权利要求6所述的喷墨记录头用基体的制造方法，其特征在于：在形成上述一对电极层的工序之后、且在形成上述发热电阻层的工序之前，还具有：
通过溅射刻蚀，使上述一对电极层的互相对置的端部的角部呈圆形的工序；
在上述一对电极层上和该一对电极层之间上形成上述发热电阻层的工序；以及
形成覆盖上述发热电阻层的保护膜的工序。
10、一种喷墨记录头的制造方法，该喷墨记录头具有：用来喷出墨的喷出口、以及对应于该喷出口设置的发生用来喷出墨的热能的热能发生单元，该热能发生单元具有：在表面上有绝缘层的支撑体的表面上配置的一对电极层、以及连续地覆盖该一对电极层及该一对电极层之间的发热电阻层，该制造方法的特征在于包括：
在上述支撑体上形成电极层的工序；
通过刻蚀上述电极层，形成上述一对电极层的工序，在该工序中，对位于上述绝缘层的上述一对电极层之间的表面部分进行刻蚀，在上述绝缘层的该部分上形成凹部；以及
形成用来接受来自上述热能发生单元的热能、并从上述喷出口喷出墨的液路的工序。
11、根据权利要求10所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：在形成上述一对电极层的工序中，在从上述绝缘层的上述凹部的上述电极层的端部连续的部分上形成锥形。
12、根据权利要求11所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：在形成上述一对电极层的工序中，在上述一对电极层的互相对置的端部上形成锥形。
13、根据权利要求12所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：使上述电极层的端部的锥形的角度形成得比上述绝缘层的锥形的角度大。
14、根据权利要求13所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：上述刻蚀是干法刻蚀，形成上述锥形的干法刻蚀时的刻蚀气氛的真空度比不形成上述锥形的干法刻蚀时的刻蚀气氛的真空度高。
15、根据权利要求14所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：在上述刻蚀气氛中，上述绝缘层的刻蚀速度比上述电极层的刻蚀速度慢。
16、根据权利要求10所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：
在形成上述一对电极层的工序之后、且在形成上述发热电阻层的工序之前，还具有：
通过溅射刻蚀，使上述一对电极层的互相对置的端部的角部呈圆形的工序；
在上述一对电极层上和该一对电极层之间上形成上述发热电阻层的工序；以及
形成覆盖上述发热电阻层的保护膜的工序。
17、根据权利要求13所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：
在形成上述一对电极层的工序之后、且在形成上述发热电阻层的工序之前，还具有：
通过溅射刻蚀，使上述一对电极层的互相对置的端部的角部呈圆形的工序；
在上述一对电极层上和该一对电极层之间上形成上述发热电阻层的工序；以及
形成覆盖上述发热电阻层的保护膜的工序。
18、根据权利要求15所述的喷墨记录头的制造方法，其特征在于：
在形成上述一对电极层的工序之后、且在形成上述发热电阻层的工序之前，还具有：
通过溅射刻蚀，使上述一对电极层的互相对置的端部的角部呈圆形的工序；
在上述一对电极层上和该一对电极层之间上形成上述发热电阻层的工序；以及
形成覆盖上述发热电阻层的保护膜的工序。
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