DE69508705T2

DE69508705T2 - Stiftfreie Dünnschicht für eine permanente Form für eine Düsenöffnungsplatte

Info

Publication number: DE69508705T2
Application number: DE1995608705
Authority: DE
Inventors: John W. Beavercreek 45430 Ohio Wolff
Original assignee: Kodak Versamark Inc
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2015-10-21
Also published as: EP0713929A1; CA2161516A1; EP0713929B1; DE69508705D1

Description

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich des Galvanisierens, und insbesondere das Herstellen von Formen für Platten mit kleinen Öffnungen unter Verwendung von Dünnschichtverfahren.

Stand der Technik

Beim kontinuierlichen Tintenstrahldrucken wird elektrisch leitende Tinte unter Druck einem Verzweigungsbereich zugeführt, der die Tinte auf mehrere kleine Öffnungen verteilt, die üblicherweise in einer oder mehreren linearen Reihen angeordnet sind. Die Tinte tritt aus den kleinen Öffnungen in Fäden aus, welche in Tröpfchenströme getrennt werden. Einzelne Tröpfchenströme werden selektiv in dem Bereich der Abtrennung von den Fäden aufgeladen und aufgeladene Tropfen von ihren normalen Flugbahnen abgelenkt. Die abgelenkten Tropfen können gefangen und wieder zurückgeführt werden, wogegen es den nicht abgelenkten Tropfen ermöglicht wird, zu einem Druckaufnahmemedium zu gelangen.
Die Tropfen werden durch eine Aufladeplatte aufgeladen, die mehrere Aufladeelektroden entlang einer Kante bzw. einem Rand sowie eine entsprechende Zahl an Anschlußleitungen entlang einer Oberfläche aufweist. Die Kante der Aufladeplatte, die mit den Aufladeelektroden versehen ist, ist in unmittelbarer Nähe zu dem Abtrennpunkt der Tintenstrahlfäden angeordnet. Ladungen werden den Leitungen zugeführt, um Ladungen in den Tropfen zu induzieren, wenn sie sich von den Filamenten abtrennen.
Das bekannte Verfahren zum Herstellen von Platten mit kleinen Öffnungen bzw. Öffnungsplatten verwendet einen leitfähigen Messingdorn bzw. eine leitfähige Messingform, in den bzw. in der Photoresistöffnungszapfen eingesetzt sind. Metallformen weisen eine verhältnismäßig geringe Qualität infolge von Oberflächenkratzern und Defekten, die den Metallsubstraten innewohnen, auf. Die Dickenveränderung des Photoresists stellt einen weiteren Qualitätsverlustfaktor bei dieser Technik dar, welcher in Verbindung mit der geringen Qualität des Messingsubstrats eine geringwertige Öffnungsplatte erzeugt. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht in dem gefährlichen Abfall aus Ätzflüssigkeiten, Abscheideflüssigkeiten und gelösten Metallen, die in Abfallströme gelangen. Weiterhin macht die Nicht- Wiederverwendbarkeit dieses Dornes bzw. dieser Form das Verfahren unverhältnismäßig teuer.
Das US-Patent Nr. 3,703,450 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines leitfähigen Präzisionsnetzschirmes. Zunächst erzeugt dieses Verfahren eine Form. Die bekannte Form wird durch Anordnen einer Urmodellplatte bzw. einer Schablonenplatte mit dem Schirmmuster auf dem Glassubstrat und durch Dampfablagern einer Dünnschicht durch die Lücken der Urmodellplatte gebildet, um das Bildschirmmuster auf dem Glas zu erzeugen. Nach Entfernen der Urmodellplatte von dem Glassubstrat lagert das Verfahren einen Photoresist über der gesamten Glasplatte ab. Anschließend belichtet das Verfahren den Photoresist und entwickelt diesen, um eine Dünnschichtlage in einem Bildschirmmuster herzustellen, die mit einer Lage des Photoresists in dem gleichen Schirmmuster bedeckt ist. Anschließend lagert das Verfahren Siliziummonoxid auf dem gesamten Glassubstrat ab und entfernt das Siliziummonoxid sowie den Photoresist von dem Dünnschichtmuster. Diese nicht wiederverwendbare Form ist nun für die Herstellung des Bildschirms bereit. Die bekannte Form weist mehrere Nachteile auf. Sie kann nicht hinsichtlich ihrer Geometrie kleine Vorrichtungen herstellen, wie darauf in dem US- Patent Nr. 4,549,939, das nachstehend behandelt wird, hingewiesen wird. Darüber hinaus weist das bekannte, komplizierte Verfahren zum Herstellen dieser Form einen geringen Ertrag auf.
Das US-Patent Nr. 4,549,939 beschreibt eine weitere Dünnschichtform sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser Form. Das bekannte Verfahren erzeugt die bekannte Form durch Herstellen eines gesprenkelten Musterschildes auf einem Glassubstrat und durch Ablagern einer leitfähigen sowie transparenten Dünnschicht auf dem Substrat her. Anschließend beschichtet das bekannte Verfahren die Dünnschicht mit dem Photoresist und läßt ein Licht durch das Glassubstrat sowie durch die transparente Dünnschicht hindurchscheinen, um den nicht abgeschirmten Photoresist zu belichten. Schließlich wird der Photoresist entwickelt und bildet die Form für einen Elektro- oder Galvanoformgebungsvorgang. Die bekannte Form, die durch dieses Verfahren hergestellt wird, weist mehrere Nachteile auf. Sie ist nicht wieder verwendbar und von geringer Qualität infolge des Bruches des Photoresists nach der Verwendung einer leitfähigen Dünnschicht, die transparent ist. Darüber hinaus ist sie teuer und benutzt exotische Materialien.
Das US-Patent 4,528,577 beschreibt eine weitere bekannte Form sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser Form. Das bekannte Verfahren zum Herstellen von Öffnungsplatten für Thermotintenstrahl-Druckköpfe bringt Nickel durch einen Galvanoformvorgang auf eine Formplatte aus rostfreiem Stahl auf, die entweder ein nachgeätztes Öffnungsmuster oder ein Photoresist-Öffnungsmuster aufweist. Bedauerlicherweise enthalten die Formplatten aus rostfreiem Stahl immer eine große Zahl an Kratzern und Defekten. Diese Kratzer und Defekte werden duch die Eigenschaften des rostfreien Materials und durch den Herstellvorgang hervorgerufen. Die Kratzer und Defekte, welche nicht beseitigt werden können, verringern die Qualität der Öffnungsplatten, die aus der Form aus rostfreiem Stahl hergestellt worden sind. Diese geringwertigen Öffnungsplatten erzeugen eine schlechte Druckqualität. Das Verfahren und die Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beseitigt diese Probleme der bekannten Formen.
Bei dem Galvanisierungsverfahren, wie es in dem US-Patent Nr. 4,773,971 erwähnt ist, werden die kleinen Öffnungen durch Übermetallisierung der Lücken innerhalb der leitfähigen Schicht und auf dem darunter befindlichen, glatten Glassubstrat hergestellt. Andere Verfahren zum Herstellen von Öffnungsplatten beruhen auf der Übermetallisierung eines Photoresistzapfens, der anfällig für Defekte sowie Stiftlöcher ist und hinsichtlich seiner Dimension instabil ist.
Es ist daher ersichtlich, daß ein Bedarf für eine verbesserte Form bzw. Mandrel für den Einsatz bei der Herstellung von Tintenstrahl-Öffnungsplatten besteht.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Bedarf wird durch ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von Tintenstrahl- Öffnungsplatten unter Verwendung einer wiederverwendbaren, stiftlosen Dünnschichtform erfüllt.
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Form für eine Tintenstrahl-Öffnungsplatte vorgesehen, wobei die Form enthält:
ein Substrat, und
eine geätzte Titan/Wolframschicht auf dem Substrat.
Das Substrat ist vorzugsweise Glas. Die geätzte Titan/Wolframschicht besitzt vorzugsweise eine Dicke von annähernd 2000 Å bis 5000 Å.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Form für eine Tintenstrahl-Öffnungsplatte vorgesehen, das die folgenden Schritte enthält:
Bereitstellen eines Substrats,
Ablagern einer Titan/Wolframschicht auf dem Substrat,
Ablagern einer Photoresistschicht auf der Titan/Wolframschicht,
Aushärten der Photoresistschicht,
Positionieren einer ein Muster aufweisenden Photomaske auf der Photoresistschicht,
Belichten der Photoresistschicht mit einer chemisch wirksamen Strahlung,
Entwickeln der Photoresistschicht, um ein Photomaskenmuster auf der Photoresistschicht zu bilden,
Plasmaätzen der Titan/Wolframschicht mit einem ein Halogen enthaltenden Gas, um eine Form mit einer geätzten, leitfähigen Schicht zu bilden, und
Abziehen der verbleibenden Photoresistschicht, um die Herstellung der Form zu beenden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung von Öffnungsplatten unter Verwendung einer stiftlosen Dünnschichtform.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungsformen

Fig. 1A ist eine Draufsicht auf eine plasmageätzte, stabile Dünnschichtform mit dem Öffnungsmuster in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1B ist eine Seitenansicht der plasmageätzten, stabilen Dünnschichtform in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1C ist eine Draufsicht auf einen nickelplattierte, stabile Dünnschichtform in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2A-2H sind Darstellungen der Schritte, die die Herstellung der stiftlosen Öffnungsplattenform der vorliegenden Erfindung wiedergeben.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Herstellung von hochwertigen Präzisionsöffnungsplatten ist überaus wünschenswert für Tintenstrahldruckköpfe. Ein hierfür eingesetztes Verfahren besteht in der Verwendung einer stiftlosen (Lücken in der leitfähigen Schicht), wiederverwendbaren Dünnschichtform. Die Form wird durch Sputtern oder durch Sputterätzen oder durch reaktives Ionenätzen eines leitfähigen Dünnschicht-Titan/Wolframmetalls auf ein glattes Substrat, wie beispielsweise Glas hergestellt. Anschließend wird ein photolithographisches Standardverfahren verwendet, um ein geeignetes Öffnungsplattenmuster in dem Photoresist zu bilden. Die ungeschützte Titan/Wolfram-Dünnschicht innerhalb des Photoresistmusters wird durch ein Plasmaätzvorgang entfernt. Der Photoresist wird anschließend von der leitfähigen Dünnschicht entfernt. Die Form kann elektrogalvanisch behandelt werden, um die Öffnungsplatten herzustellen. Dieses Verfahren erzeugt eine stiftlose Dünnschichtform, die unter Verwendung eines photolithographischen Standardverfahrens und die Plasmaätztechnik hergestellt werden kann, die zu einer hochauflösenden Form führt, mit der die Öffnungsplatten hergestellt werden können. Die elektrogalvanisch hergestellten Öffnungsplatten können reproduziert werden und haben die identischen hohen Auflösungseigenschaften der stiftlosen Dünnschichtform, die den Vorteil der Stabilität hinsichtlich den Abmessungen aufweist.
Bei dem elektrogalvanischen Verfahren werden die kleinen Öffnungen bzw. Mündungen durch Überplattieren der Lücken innerhalb der leitfähigen Schicht und auf dem darunterliegenden glatten Glassubstrat hergestellt. Andere Vorgehensweisen bei Öffnungsplatten-Herstellprozessen beruhen auf dem Überplattieren eines Photoresiststiftes, was dazu führt, das Defekte, Stift- bzw. Peglöcher und Instabilitäten hinsichtlich der Dimensionen auftreten. Die stiftlose bzw. peglose Form zeigt ein von den Defekten freies Glassubstrat, welches nicht durch vorhergehende Herstellverfahren beeinträchtigt ist. Die Form des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist infolge der Verwendung von Titan/Wolfram als leitfähige Schicht einzigartig und ist auch deshalb einzigartig, da die Form plasmageätzt werden kann, um die Form mit leitfähiger Schicht zu bilden. Das Plasmaätzen ermöglicht, das die Lücken in der leitfähigen Schicht eine hohe Auflösung zeigen.
Es wird nun auf die Zeichnungsfiguren Bezug genommen. Fig. 1A ist eine Draufsicht auf eine plasmageätzte, stabile Dünnschichtform 10 mit einem Muster aus kleinen Öffnungen 12. Fig. 1B gibt eine Seitenansicht der plasmageätzten, stabilen Dünnschichtform 10 wieder, wogegen Fig. 1C eine Draufsicht auf eine nickelplattierte, stabile Dünnschichtform 10' mit einem Muster aus kleinen Öff nungen 12' ist.
Das Verfahren zum Herstellen der stift- bzw. peglosen Dünnschicht-Öffnungsplattenform 10 oder 10' der vorliegenden Erfindung ist am besten in den Fig. 2A-2H wiedergegeben. Das Verfahren beginnt wie es in Fig. 2A gezeigt ist, mit einem Glassubstrat oder einem Siliziumwafer oder einem polierten Siliziumwafer oder einem Kunststoff oder jeder anderen nichtleitfähigen Oberfläche 14. Wie aus Fig. 2B hervorgeht, wird ein leitfähiges Dünnschichtmetall 16 auf dem Glassubstrat 14 durch ein geeignetes Verfahren, wie beispielsweise ein Sputterätzverfahren oder ein reaktives Ionenätzverfahren aufgebracht. Die Dünnschicht ist aus einem Titan/ Wolframmaterial hergestellt. Anschließend wird, wie es in Fig. 2C gezeigt ist, eine Photoresistschicht 18 auf der Titan/Wolframschicht abgelagert. Die Photoresistschicht 18 wird anschließend mit einer chemisch wirksamen Strahlung belichtet und entwickelt, um das Öffnungsmuster herzustellen. In Fig. 2E wird die Titan/ Wolframschicht plasmageätzt, um die Öffnungsform zu bilden. In Fig. 2F wird die Photoresistschicht 18 entfernt, wodurch es möglich ist, die stabile Dünnschichtform mit einer Nickelplattierungsschicht 20 zu nickelplattieren, wie es in Fig. 2G gezeigt ist. Schließlich wird, wie es in Fig. 2H gezeigt ist, die Nickelöffnungsplatte 20 von der stabilen Dünnschichtform entfernt, wodurch es möglich ist, die Form ohne zusätzliche Vorbereitungen wieder verwenden zu können.
Die Beschreibung setzt sich nun unter Verwendung der Fig. 1A-1C und 2A-2H fort. Die Form weist ein Glassubstrat 14 mit einer geätzten Titan/Wolframschicht 16 auf, die auf dem Substrat sitzt. Die Titan/Wolframschicht 16 besitzt üblicherweise eine Dicke von annähernd 2000 Å bis 5000 Å. Die Form wird durch Sputterablagerungen der Titan/Wolframschicht 16 mit einer Dicke von 2000 Å bis 5000 Å auf dem Substrat 14 abgelagert. Anschließend wird eine Photoresistschicht 18 auf der Titan/Wolframschicht 16 unter Verwendung eines Schleuderbeschichtungsverfahrens (Spin-coating-Verfahrens) auf der Titan/Wolframschicht 16 abgelagert. Die Photoresistschicht 18 wird ausgehärtet und ein Photomaskenmuster wird auf der Photoresistschicht angeordnet. Die Photoresistschicht wird mit einer chemisch wirksamen Strahlung belichtet und anschließend entwickelt, um ein Photomaskenmuster auf der Photoresistschicht 18 zu erzeugen. Der sich anschließende Schritt ist ein Plasmaätzen der Titan/Wolframschicht 16 mit einem ein Halogen enthaltenden Gas, um eine Form mit geätzter, leitfähiger Schicht zu bilden. Schließlich wird die verbleibende Photoresistschicht abgezogen, um die Herstellung der Form zu beenden.

Industrielle Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile

Die vorliegende Erfindung ist im Feld des Tintenstrahldruckens nützlich und weist den Vorteil des Herstellens einer verbesserten Form auf. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin den Vorteil des Schaffens einer wiederverwendbaren, stiftlosen, stabilen Dünnschicht-Öffnungsplattenform bereit. Der Vorteil des Bereitstellens einer wiederverwendbaren, stiftlosen, stabilen Dünnschicht-Öffnungsplattenform besteht darin, daß aus einer einzigen Form viele Öffnungsplatten hergestellt werden können. Dies hat den weiteren Vorteil der Verringerung der Kosten bei der Herstellung von Öffnungsplatten im Vergleich zu den bekannten Verfahren, wie beispielsweise Metallformen mit Photoresiststiften, die eingeschränkt auf die Herstellung einer einzelnen Öffnungsplatte sind.
Vorstehend wurde die Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel erläutert. Es ist offensichtlich, daß weitere Modifikationen und Veränderungen möglich sind, ohne daß von dem Geist der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird.

Claims

1. Form für eine Tintenstrahl-Öffnungsplatte, die enthält: ein Substrat (14), und eine geätzte Titan/Wolframschicht (16) auf dem Substrat (14).

2. Form nach Anspruch 1, bei der das Substrat (14) Glas ist.

3. Form nach Anspruch 1, bei der die geätzte Titan/Wolframschicht (16) eine Dicke von ca. 2000 Å bis 5000 Å aufweist.

4. Form nach Anspruch 1, die wiederverwendbar ist.

5. Verfahren zum Herstellen einer Form für eine Tintenstrahl-Öffnungsplatte, welches die folgenden Schritte enthält:

Bereitstellen eines Substrats (14);

Ablagern einer Titan/Wolframschicht (16) auf dem Substrat,

Ablagern einer Photoresistschicht auf der Titan/Wolframschicht,

Aushärten der Photoresistschicht (18),

Positionieren einer ein Muster aufweisenden Photomaske auf der Photoresistschicht,

Belichten der Photoresistschicht (18) mit einer chemisch wirksamen Strahlung,

Entwickeln der Photoresistschicht (18), um ein Photomaskenmuster auf der Photoresistschicht (18) zu erzeugen,

Plasmaätzen der Titan/Wolframschicht (16) mit einem ein Halogen enthaltenden Gas, um eine Form mit geätzter leitfähiger Schicht zu erzeugen, und

Abziehen der verbleibenden Photoresistschicht, um die Herstellung der Form (20) zu beenden.

6. Verfahren zum Herstellen einer Form nach Anspruch 5, bei dem Schritt des Ablagern einer Titan/Wolframschicht (16) auf dem Substrat (14) einen Sputter-Ätzprozeß verwendet.

7. Verfahren zum Herstellen einer Form nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Ablagerns einer Photoresistschicht (18) auf der Titan/Wolframschicht einen Schleuderbeschichtungsprozeß verwendet.

8. Verfahren zum Herstellen einer Form nach Anspruch 5, bei dem die Form wiederverwendbar ist.