DE69806336T2

DE69806336T2 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf, Substrat für diesen Kopf, Herstellungsverfahren für dieses Substrat und Tintenstrahlaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE69806336T2
Application number: DE69806336T
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Hiroki; Muga Michizuki; Masahiko Ogawa; Teruo Ozaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: EP0930167A3; EP0930167A2; US20020135641A1; DE69806336D1; US6532027B2; EP0930167B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zur Ausführung einer Aufzeichnungsoperation durch Ausstoßen von Tinte, ein Substrat für diesen Kopf, ein Herstellungsverfahren für dieses Substrat sowie ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät.

Stand der Technik

Bei einem Tintenstrahlaufzeichnungssystem, das in den US- Patentdruckschriften Nr. 4 723 129 oder 4 740 796 usw. offenbart ist, kann eine Aufzeichnungsoperation bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Dichte, hoher Genauigkeit und hoher Bildqualität ausgeführt werden, wobei dieses System für einen Farbdruck geeignet ist und kompakt ist. Ein Aufzeichnungskopf, der dieses Tintenstrahlaufzeichnungssystem verwendet und Tinte zu einem Aufzeichnungsträger hin durch Blasenbildung bei dieser Tinte unter Verwendung von Wärmeenergie ausstößt, ist im Allgemeinen derart aufgebaut, dass ein Erwärmungswiderstand bzw. Heizwiderstand zur Erzeugung einer Blase in der Tinte sowie eine Leitung bzw. Verdrahtung zur Durchführung einer elektrischen Verbindung mit diesem Erwärmungswiderstand auf dem selben Substrat ausgebildet sind und dieses Substrat auf ein Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf gesetzt ist. Ferner ist eine Düse zum Ausstoßen der Tinte im Allgemeinen auf diesem Substrat ausgebildet.
Dieses Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf weist verschiedene Einrichtungen auf der einen Seite zur Einsparung von zugeführter elektrischer Energie sowie auf der anderen Seite zur Verhinderung einer Lebensdauerverringerung des Substrats, die durch einen durch die Blasenbildung bei der Tinte verursachten mechanischen Schaden und durch eine durch einen Wärmeimpuls verursachte Zerstörung eines Erwärmungsabschnitts verursacht wird, auf. Dieses Substrat weist insbesondere viele Einrichtungen in Bezug auf eine Schutzschicht zum Schutz des Erwärmungswiderstands, der den sich zwischen einem Paar von Leitungsstrukturen befindenden Erwärmungsabschnitt aufweist, vor der Tinte auf.
Hinsichtlich der thermischen Effektivität ist es Vorteilhaft, dass diese Schutzschicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist oder dünner ist. Hinsichtlich der mechanischen Beschädigung und der Wahrscheinlichkeit eines Schadens in der Schutzschicht, der durch die Blasenbildung bei der Tinte verursacht wird, ist es jedoch vorteilhaft, dass die Schutzschicht dicker ist. Ferner weist die Schutzschicht eine Funktion zum Schutz der Leitung, die mit dem Erwärmungswiderstand verbunden ist, vor der Tinte auf. Die Dicke der Schutzschicht ist ferner eher durch eine Schutzaufgabe eines Leitungsabschnitts als eines Erwärmungswiderstandsabschnitts eingeschränkt.
Diese Inhalte sind nachstehend ausführlich beschrieben. Eine Oberfläche des Erwärmungswiderstands ist im Allgemeinen sehr glatt, und die Schutzschicht auf dieser Oberfläche kann nahe daran ausgebildet werden. Im Gegensatz dazu ist die Leitung im Allgemeinen aus Aluminium (Al) ausgebildet, wobei eine Oberfläche dieses Aluminiums dazu neigt, bei der Herstellung durch Wärme beeinflusst zu werden, und ziemliche Unregelmäßigkeiten aufweist. Ferner weist dieses Aluminium etwa 500 nm Dicke auf, so dass die Qualität der Schutzschicht bei einem Stufenunterschiedsabschnitt dazu neigt, mangelhaft zu werden. Auf Grund der vorstehend beschriebenen Gesichtspunkte ist es erforderlich, dass die Schutzschicht eine bestimmte Dicke aufweist und tatsächlich eine Dicke von etwa 1 um aufweist.
In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 08- 112902 (entspricht der Druckschrift EP-A-0 693 494) ist ein Verfahren zur teilweisen Verringerung der Dicke der Schutzschicht bei dem Erwärmungswiderstand beschrieben, um diese Dicke so weit wie möglich zu verringern und die Schutzfunktion bei der Leitung zu stabilisieren. Gemäß diesem Verfahren kann eine zugeführte Energie verringert werden und die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs kann stabilisiert werden, indem lediglich die Schutzschicht bei dem Erwärmungswiderstand verringert wird.
In diesem Beispiel werden jedoch ein Erwärmungswiderstand und eine Leitungsstruktur zuerst auf einer Siliziumoxidschicht als Substrat ausgebildet. Als nächstes wird Siliziumoxid als erste Schutzschichtlage ausgebildet. Als nächstes wird die Schutzschicht bei einem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands durch Strukturierung teilweise hiervon entfernt. Schließlich wird Siliziumnitrid als zweite Schutzschichtlage ausgebildet. Folglich bestehen die nachstehend beschriebenen Schwierigkeiten.
Die Schutzschicht wird üblicherweise teilweise von dem Erwärmungsabschnitt durch Nassätzen entfernt. Eine Ätzflüssigkeit wird gebildet, indem eine Ätzflüssigkeit verwendet wird, die auf Fluorwasserstoff beruht, wenn die erste Schutzschichtlage aus Siliziumoxid ausgebildet ist. Ferner ist der Erwärmungswiderstand im Allgemeinen aus HfB&sub2; und TaN gebildet, aber diese Materialien werden durch die auf Fluorwasserstoff beruhende Ätzflüssigkeit nicht beschädigt.
Hier besteht keine Schwierigkeit bei einem Herstellungsprozess, wenn ein zu entfernender Abschnitt der Schutzschicht örtlich bei einer Innenseite etwa einige um von einem Bereich des Erwärmungsabschnitts des Erwärmungswiderstands ausgebildet ist. Die thermische Effektivität wird jedoch verringert, da dieser zu entfernende Abschnitt ein relativ kleiner Bereich bei der Innenseite im Vergleich zu einem Gesamtbereich des Erwärmungsabschnitts wird.
Im Gegensatz dazu gibt es, wenn die erste Schutzschichtlage ausgebildet wird, während ein Stufenunterschied zwischen der Leitung, dem Erwärmungswiderstand und dem Substrat unter dem Erwärmungswiderstand abgedeckt wird, einen Fall, bei dem die Qualität der ersten Schutzschichtlage bei diesem Stufenunterschiedsabschnitt unzureichend wird, Folglich wird, wenn die erste Schutzschichtlage im Vergleich zu dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands in großem Umfang entfernt wird, ein Abschnitt nahe dem Stufenunterschied zwischen dem Erwärmungswiderstand und dem Substrat unter dem Erwärmungswiderstand weggeätzt. Dementsprechend wird eine Unterätzung entlang dem Stufenunterschiedsabschnitt vorgetrieben, der eine relativ unzureichende Schichtqualität aufweist, so dass ein Luftloch in dem Schichtinneren verursacht wird. Als Ergebnis entsteht ein Fall, bei dem die Lebensdauer des Substrats für den Kopf verringert ist. Hierbei ist ebenso berücksichtigt, dass die Qualität der ersten Schutzschichtlage bei dem Stufenunterschiedsabschnitt unzureichend wird, da oftmals ein vertikales Ätzen als Ätzen des Erwärmungswiderstands angewendet wird, um eine feine Struktur bereitzustellen, wobei ein Querschnitt dieses Erwärmungswiderstands angenähert bei 90º steil ansteigt. Folglich ist es erforderlich, eine Ätzzeit der ersten Schutzschichtlage streng zu steuern, um die Unterätzung so weit wie möglich zu verringern.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, ein Substrat für diesen Kopf, ein Herstellungsverfahren für dieses Substrat sowie ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät bereitzustellen, um die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zu lösen, und die einen Erwärmungsabschnitts eines Erwärmungswiderstands in großem Umfang verwenden, der bei einer Verarbeitung so weit wie möglich und einfach gesteuert wird und eine lange Lebensdauer aufweist, während eine energiesparende Struktur mit hoher thermischer Effektivität ausgebildet wird.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, in dem ein einen Erwärmungsabschnitt bildender Erwärmungswiderstand, eine elektrisch mit dem Erwärmungswiderstand verbundene Leitung und eine auf dem Erwärmungswiderstand und der Verdrahtung zum Schutz des Erwärmungswiderstands und der Leitung ausgebildete Schutzschicht auf einem Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf angeordnet sind und ein mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoß von Tinte verbundener Tintenkanal auf dem Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgebildet ist, wobei die Schutzschicht eine erste Schutzschichtlage zur Abdeckung des Erwärmungswiderstands und der Leitung, eine zweite Schutzschichtlage, die auf der ersten Schutzschichtlage durch ein Material, das zu dem der ersten Schutzschichtlage unterschiedlich ist, ausgebildet ist und eine Öffnung in einem dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands entsprechenden Abschnitt aufweist und durch ein anorganisches Material gebildet ist, und eine dritte Schutzschichtlage umfasst, die durch das gleiche Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage gebildet ist und die zweite Schutzschichtlage und die von der Öffnung offengelegte erste Schutzschichtlage abdeckt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ebenso gelöst durch ein Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, in dem ein einen Erwärmungsabschnitt bildender Erwärmungswiderstand, eine elektrisch mit dem Erwärmungswiderstand verbundene Leitung und eine auf dem Erwärmungswiderstand und der Verdrahtung zum Schutz des Erwärmungswiderstands und der Leitung ausgebildete Schutzschicht auf dem Substrat angeordnet sind, wobei die Schutzschicht eine erste Schutzschichtlage zur Abdeckung des Erwärmungswiderstands und der Leitung, eine zweite Schutzschichtlage, die auf der ersten Schutzschichtlage durch ein Material, das zu dem der ersten Schutzschichtlage unterschiedlich ist, ausgebildet ist und eine Öffnung in einem dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands entsprechenden Abschnitt aufweist und durch ein anorganisches Material gebildet ist, und eine dritte Schutzschichtlage umfasst, die durch das gleiche Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage gebildet ist und die zweite Schutzschichtlage und die von der Öffnung offengelegte erste Schutzschichtlage abdeckt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ebenso gelöst durch ein Herstellungsverfahren für ein Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, in dem ein einen Erwärmungsabschnitt bildender Erwärmungswiderstand, eine elektrisch mit dem Erwärmungswiderstand verbundene Leitung und eine auf dem Erwärmungswiderstand und der Verdrahtung zum Schutz des Erwärmungswiderstands und der Leitung ausgebildete Schutzschicht auf dem Substrat angeordnet sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst Ausbilden einer ersten Schutzschichtlage, um den Erwärmungswiderstand und die Leitung abzudecken, Ausbilden einer Schicht aus einem anorganischen Material, das zu einem Material der ersten Schutzschichtlage unterschiedlich ist, auf der ersten Schutzschichtlage, Ätzen der Schicht aus dem anorganischen Material in einem dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands entsprechenden Abschnitt und Entfernen des anorganischen Materials von diesem entsprechenden Abschnitt, so dass eine zweite Schutzschichtlage mit einer Öffnung in dem entsprechenden Abschnitt ausgebildet ist, und Ausbilden einer dritten Schutzschichtlage aus dem gleichen Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage, um die zweite Schutzschichtlage und die von der Öffnung offengelegte erste Schutzschichtlage abzudecken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt, da der Erwärmungswiderstand und die Leitung mit der ersten Schutzschichtlage bedeckt sind, ein Stufenunterschied bei Eckabschnitten des Erwärmungswiderstands und einer Struktur der Leitung nach. Folglich ist die Qualität der zweiten Schutzschichtlage, die auf der ersten Schutzschichtlage ausgebildet ist, verbessert, wobei im Wesentlichen keine Überätzung entlang einem Stufenunterschiedsabschnitt vorgetrieben wird, auch wenn die zweite Schutzschichtlage geätzt wird.
Die dritte Schutzschichtlage aus dem gleichen Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage wird eine Schutzschicht des Erwärmungsabschnitts zusammen mit der ersten Schutzschichtlage, die auf dem Erwärmungsabschnitt zurückbleibt. Ferner ist die dritte Schutzschichtlage mit der ersten und der zweiten Schutzschichtlage geschichtet, so dass eine Schutzschicht mit zumindest einer dreilagigen Struktur auf der Leitung ausgebildet ist. Somit sind die Schichten durch Aufteilen dieser Schichten in mehrere Lagen ausgebildet. Folglich ist es, wenn ein Schaden in irgendeinem Abschnitt der Schutzschicht einer Lage auftritt, möglich, die Auftrittswahrscheinlichkeit eines Schadens, der in irgendeinem Abschnitt der gesamten Schutzschicht einer mehrlagigen Struktur verursacht wird, außerordentlich zu verringern.
Somit ist es erfindungsgemäß möglich, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, ein Substrat für diesen Kopf, ein Herstellungsverfahren für dieses Substrat sowie ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät bereitzustellen, durch die Energie eingespart wird und die eine stabile Lebensdauer sowie eine günstige Verarbeitungssteuerung aufweisen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:
Fig. 1 eine typische Seitenschnittdarstellung eines Beispiels eines Substrats für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine typische Draufsicht eines Beispiels des Substrats für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3A, 3B, 3C und 3D typische Seitenschnittdarstellungen eines Herstellungsprozesses des Substrats für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4E, 4F und 4G typische Seitenschnittdarstellungen, die ähnlich zu den Fig. 3A, 3B, 3C und 3D sind und einen Herstellungsprozess des Substrats für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 5 eine typische perspektivische Teilschnittdarstellung eines Hauptabschnitts des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 6 eine typische perspektivische Darstellung eines Hauptabschnitts eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Struktur auf, in der ein Erwärmungswiderstand, der einen Erwärmungsabschnitt bildet, eine Leitung, die mit dem Erwärmungswiderstand elektrisch verbunden ist, und eine Schutzschicht, die auf dem Erwärmungswiderstand und der Leitung zum Schutz des Erwärmungswiderstands und der Leitung ausgebildet ist, auf einem Substrat für den. Tintenstrahlaufzeichnungskopf angeordnet sind, wobei ein mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoß von Tinte verbundener Tintenkanal bei dem Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgebildet ist. Die Schutzschicht umfasst eine erste Schutzschichtlage zur Abdeckung des Erwärmungswiderstands und der Leitung, eine zweite Schutzschichtlage, die auf der ersten Schutzschichtlage aus einem Material ausgebildet ist, das sich von dem der ersten Schutzschichtlage unterscheidet, und die eine Öffnung in einem Abschnitt aufweist, der dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands entspricht, und die durch ein anorganisches Material gebildet ist, und eine dritte Schutzschichtlage, die durch das gleiche Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage gebildet ist und die zweite Schutzschichtlage und die von der Öffnung offengelegte erste Schutzschichtlage abdeckt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Material der zweiten Schutzschichtlage hauptsächlich durch ein Material gebildet, das sich aus Herstellungsgründen von dem der ersten Schutzschichtlage unterscheidet. Eine Öffnung der zweiten Schutzschichtlage wird üblicherweise durch Ätzen ausgebildet. Folglich ist es zu bevorzugen, dass die zweite Schutzschichtlage durch ein Material gebildet ist, das im Vergleich mit der ersten Schutzschichtlage einfach geätzt wird. Es ist nämlich zu bevorzugen, dieses Material derart auszuwählen, dass eine Ätzgeschwindigkeit des Materials der zweiten Schutzschichtlage höher ist als die des Materials der ersten Schutzschichtlage. Es ist insbesondere zu bevorzugen, dass ein Auswahlverhältnis (die Ätzgeschwindigkeit des Materials der zweiten Schutzschichtlage/die Ätzgeschwindigkeit des Materials der ersten Schutzschichtlage) 10 oder mehr beträgt. Es ist ferner zu bevorzugen, dass dieses Auswahlverhältnis 20 oder mehr beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die erste und die dritte Schutzschichtlage durch das gleiche Materialsystem hauptsächlich im Hinblick auf enge Befestigungsstärken dieser Schichten bei der Öffnung des Erwärmungsabschnitts gebildet. Hierbei ist, wie es vorstehend beschrieben ist, die zweite Schutzchichtlage durch ein Material gebildet, das sich von den Materialien der ersten und dritten Schutzschichtlagen unterscheidet, wobei es aber vorzugsweise durch das gleiche Materialsystem wie die erste und die dritte Schutzschichtlage gebildet ist. Es ist insbesondere zu bevorzugen, dass "das gleiche Materialsystem" ein Material ist, das Silizium umfasst. Geeignet ist, dass die erste und die dritte Schutzschichtlage durch Siliziumnitrid als derartiges Material gebildet sind und die zweite Schutzschichtlage durch Siliziumoxid als derartiges Material gebildet ist.
Es ist zu bevorzugen, die zweite Schutzschichtlage durch Siliziumoxid zu bilden, das Bor oder Phosphor umfasst, da ein Ätzgeschwindigkeitsunterschied zwischen der zweiten Schutzschichtlage und der Siliziumnitridschicht weiter vergrößert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die erste Schutzschichtlage üblicherweise eine Dicke von 0,01 bis 0,5 um und vorzugsweise eine Dicke von 0,01 bis 0,1 um auf. Die zweite Schutzschichtlage weist üblicherweise eine Dicke von 0,3 bis 1,5 um und vorzugsweise eine Dicke von 0,5 bis 1,0 um auf. Die dritte Schutzschichtlage weist üblicherweise eine Dicke von 0,1 bis 1,0 um und vorzugsweise eine Dicke von 0,1 bis 0,5 um auf.
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

(Ausführungsbeispiel 1)

In Fig. 2 ist eine typische Draufsicht eines Hauptabschnitts eines Substrats für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig. 1 ist eine typische Seitenschnittdarstellung gezeigt, in der dieser Hauptabschnitt bei einer strichpunktierten Linie 1-1 in Fig. 2 geschnitten ist.
Wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Siliziumoxidschicht als Wärmespeicherschicht 12 auf einem Siliziumsubstrat 11 gebildet, und Aluminiumschichten als eine Erwärmungswiderstandsschicht 13 und eine Leitung 14 sind jeweils in vorbestimmten Strukturformen auf der Siliziumoxidschicht ausgebildet. Ein Erwärmungsabschnitt 20 ist durch einen Abschnitt der Erwärmungswiderstandschicht 13 zwischen einem Paar von Leitungen 14 ausgebildet.
Eine Siliziumnitridlage als eine erste Schutzschichtlage 15, eine Siliziumoxidlage als eine zweite Schutzschichtlage 16, eine Siliziumnitridschicht als eine dritte Schutzschichtlage 17 und eine Tantal-Schicht (Ta- Schicht) als eine Kavitationswiderstandsschicht 18 sind aufeinanderfolgend derart ausgebildet, dass die Wärmewiderstandsschicht 13 und die Leitung 14 durch diese Schichten 15, 16, 17 und 18 abgedeckt sind. Die zweite Schutzschichtlage 16 weist eine Öffnung bei dem Erwärmungsabschnitt 20 der Erwärmungswiderstandsschicht auf. Ferner ist die Kavitationswiderstandsschicht 18 hauptsächlich angeordnet, um das Substrat hauptsächlich gegen eine Einwirkung bei Blasenbildungs- und Blasenzerfallszeiten und eine Kavitationszerstörung zu schützen.
Ein Herstellungsverfahren für das Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit dieser Struktur ist nachstehend unter Verwendung der Fig. 3A bis 3D und der Fig. 4E bis 4G beschrieben.
Wie es in Fig. 3A gezeigt ist, ist eine Siliziumoxidschicht, die eine Wärmespeicherschicht 12 als das Substrat eines Erwärmungswiderstands bildet, auf einem Siliziumsubstrat 11 mittels eines thermischen Oxidationsverfahrens, eines Sputter-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens usw. ausgebildet.
Als nächstes wird, wie es in Fig. 3B gezeigt ist, eine TaN-Schicht 13a als Erwärmungswiderstandsschicht 13 auf der Wärmespeicherschicht 12 mittels eines reaktiven Sputter-Verfahrens derart ausgebildet, dass die TaN- Schicht 13a eine Dicke von etwa 100 nm aufweist. Ferner wird eine Aluminiumschicht 14a als eine Leitung 14 auf dieser TaN-Schicht 13a mittels eines Sputter-Verfahrens derart ausgebildet, dass diese Aluminiumschicht 14a eine Dicke von 500 nm aufweist.
Als nächstes wird die Aluminiumschicht 14a unter Verwendung eines fotolithografischen Verfahrens nass geätzt, und die TaN-Schicht 13a wird ferner reaktiv geätzt, so dass die Leitung 14 und die Erwärmungswiderstandsschicht 13, die jeweils eine wie in Fig. 3C gezeigte Querschnittsform aufweisen (siehe Fig. 1 in Bezug auf eine ebene Form) ausgebildet werden. Bei dem Erwärmungsabschnitt 20 wird die Aluminiumschicht 14a von diesem Erwärmungsabschnitt 20 entfernt und die Erwärmungswiderstandsschicht 13 wird offengelegt. Folglich wird eine Erwärmung verursacht, wenn ein elektrischer Strom durch eine Struktur der Leitung 14 fließt.
Als nächstes wird, wie es in Fig. 3D gezeigt ist, eine Siliziumnitridschicht als erste Schutzschichtlage 15 durch ein CVD-Verfahren derart ausgebildet, dass diese Siliziumnitridschicht eine Dicke von 200 um aufweist. Eine Siliziumoxidschicht 16a als zweite Schutzschichtlage 16 wird durch das CVD-Verfahren derart ausgebildet, dass diese Siliziumoxidschicht 16a eine Dicke von 500 nm aufweist.
Als nächstes wird die Siliziumoxidschicht 16a auf dem Erwärmungsabschnitt 20 des Erwärmungswiderstands unter Verwendung eines fotolithografischen Verfahrens und einer Fluorwasserstoff-Flüssigkeit teilweise derart weggeätzt, dass die zweite Schutzschichtlage 16, wie in Fig. 4E gezeigt, ausgebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Stufenunterschied 30 ausgebildet.
Als nächstes wird, wie es in Fig. 4F gezeigt ist, Siliziumnitrid als dritte Schutzschichtlage 17 unter Verwendung des CVD-Verfahrens derart ausgebildet, dass dieses Siliziumnitrid eine Dicke von 300 nm aufweist.
Als nächstes wird, wie es in Fig. 4G gezeigt ist, Tantal (Ta) als Kavitationswiderstandsschicht 18 mittels des Sputter-Verfahrens derart ausgebildet, dass dieses Tantal eine Dicke von 200 nm aufweist.
Schließlich werden die Tantal-Schicht (Ta-Schicht) und die erste bis dritte Schutzschichtlage mittels des fotolithografischen Verfahrens geätzt, so dass eine Anschlussfläche einer Aluminiumelektrode offengelegt ist, die für einen Anschluss mit einer externen Energiequelle erforderlich ist. Somit ist die Herstellung des Hauptabschnitts des Substrats für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf abgeschlossen.
Der Tintenstrahlkopf wird unter Verwendung des auf diese Weise hergestellten Substrats für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf zusammengebaut. Wenn die Leistungsfähigkeit dieses Tintenstrahlkopfs überprüft wird, wird bestätigt, dass Energie eingespart werden kann und die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfs verlängert werden kann.

(Ausführungsbeispiel 2)

Ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel 1 wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf hergestellt, mit der Ausnahme, dass Siliziumoxid, das mit Bor oder Phosphor dotiert ist, als die zweite Schutzschichtlage verwendet wird. Als Ergebnis wird eine Ätzgeschwindigkeit in Bezug auf eine Fluorwasserstoff-Flüssigkeit schneller und ein Auswahlverhältnis in Bezug auf Siliziumnitrid als Material der ersten Schutzschichtlage wird weiter vergrößert. Somit wird eine Beschädigung der ersten Schutzschichtlage, die bei einer Ätzzeit der zweiten Schutzschichtlage verursacht wird, derart verringert, dass die Dicke der zweiten Schutzschichtlage weiter vergrößert werden kann. Folglich kann eine Leitungsschicht weiter zuverlässig geschützt werden, während Energie eingespart wird.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann, wie es in dem US-Patent Nr. 4 429 321 gezeigt ist, eine integrierte Schaltung zum Betreiben des Erwärmungswiderstands in dem selben Siliziumsubstrat ausgebildet werden. In diesem Fall ist es ähnlich wie bei dem Leitungsabschnitt zu bevorzugen, einen Abschnitt der integrierten Schaltung mit der ersten, der zweite und der dritten Schutzschichtlage abzudecken.

(Weitere Ausführungsbeispiele)

Nachstehend ist ein Tintenstrahlkopf sowie eine Tintenstrahlvorrichtung, die in der Lage ist, das Substrat für den Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung anzuwenden, beschrieben. In Fig. 5 ist eine typische perspektivische Teilschnittdarstellung eines derartigen Tintenstrahlkopfs gezeigt. Der Tintenstrahlkopf ist durch ein elektrothermisches Umwandlungselement 1103, eine Leitung 1104, eine Flüssigkeitskanalwand 1105 und eine Dachplatte 1106 gebildet, die als Schichten auf einem Substrat 1102 durch Halbleiterprozesse wie Ätzen, Verdampfungs- Sputterverfahren usw. ausgebildet werden.
Eine Flüssigkeit 1112 zur Aufzeichnung wird von einer nicht dargestellten Flüssigkeitsaufbewahrungskammer in eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 1108 des Kopfes 1101 durch eine Flüssigkeitszufuhrröhre 1107 zugeführt. In dieser Figur bezeichnet Bezugszeichen 1109 ein Verbindungselement für die Flüssigkeitszufuhrröhre. Die Flüssigkeit 1112, die in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 1108 zugeführt wird, wird in einen Flüssigkeitskanal 1110 durch das sogenannte Kapillarphänomen zugeführt und durch Ausbildung eines Meniskus bei einer Ausstoßöffnungsoberfläche (einer Mündungsoberfläche) dieser Flüssigkeit bei einer Endspitze des Flüssigkeitskanals stabil gehalten.
Hierbei wird die Flüssigkeit bei einer Oberfläche des elektrothermischen Umwandlungselements durch das Hindurchfließen eines elektrischen Stroms durch das elektrothermische Umwandlungselement 1103 schnell erwärmt, so dass eine Gasblase in dem Flüssigkeitskanal erzeugt wird. Die Flüssigkeit wird von der Ausstoßöffnung 1111 durch Ausdehnung und Zusammenziehen dieser Gasblase ausgestoßen, so dass ein Flüssigkeitstropfen ausgebildet wird.
In Fig. 6 ist eine typische perspektivische Darstellung eines Hauptabschnitts der Tintenstrahlvorrichtung gezeigt, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird. Ein Schlitten HC befindet sich in Eingriff mit einer Spiralnut 5005 einer Führungsschraube 5004, die durch Antriebskraftübertragungsgetriebe 5011, 5009 in Verbindung mit normalen und umgekehrten Drehungen eines Antriebsmotors 5013 gedreht wird. Der Schlitten HC weist einen nicht dargestellten Stift auf und wird in Pfeilrichtungen hin- und herbewegt. Bezugszeichen 5002 bezeichnet eine Papierandruckplatte zum Andrücken eines Papiers gegen eine Walze 5000 in einer Bewegungsrichtung des Schlittens. Fotokoppelelemente 5007, 5008 stellen Grundpositionserfassungseinrichtungen zur Bestätigung, dass ein Hebel 5006 des Schlittens in diesem Bereich vorhanden ist, und zum Umschalten der Drehrichtungen des Motors 5013 usw. dar.
Bezugszeichen 5016 bezeichnet ein Element zum Halten eines Kappenelements 5022 zum Abdecken einer vorderen Oberfläche des Aufzeichnungskopfs. Bezugszeichen 5015 bezeichnet eine Absaugeinrichtung zum Absaugen des Innenbereichs dieser Kappe, wobei diese Absaugeinrichtung 5015 eine Absaugwiederherstellungsoperation für den Aufzeichnungskopf durch eine Öffnung 5023 in der Kappe ausführt. Bezugszeichen 5017 bezeichnet eine Reinigungsklinge und Bezugszeichen 5019 bezeichnet ein Element, das in der Lage ist, diese Klinge vorwärts und rückwärts zu bewegen. Die Reinigungsklinge 5017 und dieses Element 5019 werden durch eine Hauptkörperhalteplatte 5018 gehalten. Eine allgemein bekannte Reinigungsklinge, die anstelle dieser Form der Reinigungsklinge eine andere Form aufweist, kann ebenso bei diesem Beispiel angewendet werden. Bezugszeichen 5012 bezeichnet einen Hebel zum Starten eines Absaugens der Absaugwiederherstellung. Dieser Hebel 5012 wird bewegt, wenn eine mit dem Schlitten in Eingriff gebrachte Nocke 5020 bewegt wird. Die Antriebskraft von dem Antriebsmotor wird bei dieser Bewegung durch allgemein bekannte Übertragungseinrichtungen gesteuert, wie beispielsweise einem Kupplungsschalter usw..
Diese Abdeck-, Reinigungs- und Absaugwiederherstellungsabschnitte sind derart aufgebaut, dass eine gewünschte Verarbeitung bei zugehörigen entsprechenden Positionen durch einen Betrieb der Führungsschraube 5004 ausgeführt wird, wenn der Schlitten einen Grundpositionsseitenbereich erreicht. Jeder dieser Aufbauten kann jedoch bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wenn eine gewünschte Operation bei einer allgemein bekannten Zeitsteuerung ausgeführt wird. Die Tintenstrahlvorrichtung weist eine Ansteuerungssignalzufuhreinrichtung zum Betreiben eines Energieerzeugungselements zur Erzeugung einer Energie auf, die zum Ausstoßen der Tinte verwendet wird.

Claims

1. Tintenstrahlaufzeichnungskopf, in dem ein einen Erwärmungsabschnitt (20) bildender Erwärmungswiderstand (13), eine elektrisch mit dem Erwärmungswiderstand verbundene Leitung (14) und eine auf dem Erwärmungswiderstand und der Verdrahtung zum Schutz des Erwärmungswiderstands und der Leitung ausgebildete Schutzschicht auf einem Substrat (11) für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf angeordnet sind und ein mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoß von Tinte verbundener Tintenkanal auf dem Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgebildet ist, wobei die Schutzschicht eine erste Schutzschichtlage (15) zur Abdeckung des Erwärmungswiderstands und der Leitung, eine zweite Schutzschichtlage (16), die auf der ersten Schutzschichtlage durch ein Material, das zu dem der ersten Schutzschichtlage unterschiedlich ist, ausgebildet ist und eine Öffnung in einem dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands entsprechenden Abschnitt aufweist und durch ein anorganisches Material gebildet ist, und eine dritte Schutzschichtlage (17) umfasst, die durch das gleiche Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage gebildet ist und die zweite Schutzschichtlage und die von der Öffnung offengelegte erste Schutzschichtlage abdeckt.

2. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei die zweite Schutzschichtlage durch ein Material ausgebildet ist, das eine höhere Ätzgeschwindigkeit als die der ersten Schutzschichtlage aufweist.

3. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei die zweite Schutzschichtlage durch das gleiche Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage gebildet ist.

4. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 3, wobei die erste, die zweite und die dritte Schutzschichtlage durch ein Material gebildet sind, das Silizium. umfasst.

5. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch. 4, wobei die erste und die dritte Schutzschichtlage durch Siliziumnitrid gebildet sind und die zweite Schutzschichtlage durch Siliziumoxid gebildet ist.

6. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 5, wobei die zweite Schutzschichtlage durch Siliziumoxid gebildet ist, das Bor oder/und Phosphor umfasst.

7. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei eine Kavitationswiderstandsschicht auf der dritten Schutzschichtlage ausgebildet ist.

8. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 7, wobei die Kavitationswiderstandsschicht durch Tantal ausgebildet ist.

9. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei ein Grundmaterial des Substrats durch Silizium gebildet ist.

10. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 9, wobei das Substrat eine Wärmespeicherschicht zumindest bei einer Ausbildungsseite des Erwärmungsabschnitts aufweist.

11. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 10, wobei die Wärmespeicherschicht durch Siliziumoxid gebildet ist.

12. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei die Tinte von der Ausstoßöffnung auf der Grundlage eines Filmsiedens ausgestoßen wird, das durch Verwenden thermischer Energie, die von dem Erwärmungsabschnitt erzeugt wird, in der Tinte verursacht wird.

13. Substrat (11) für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, in dem ein einen Erwärmungsabschnitt (20) bildender Erwärmungswiderstand (13), eine elektrisch mit dem Erwärmungswiderstand verbundene Leitung (14) und eine auf dem Erwärmungswiderstand und der Verdrahtung zum Schutz des Erwärmungswiderstands und der Leitung ausgebildete Schutzschicht auf dem Substrat angeordnet sind, wobei die Schutzschicht eine erste Schutzschichtlage (15) zur Abdeckung des Erwärmungswiderstands und der Leitung, eine zweite Schutzschichtlage (16), die auf der ersten Schutzschichtlage durch ein Material, das zu dem der ersten Schutzschichtlage unterschiedlich ist, ausgebildet ist und eine Öffnung in einem dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands entsprechenden Abschnitt aufweist und durch ein anorganisches Material gebildet ist, und eine dritte Schutzschichtlage (17) umfasst, die durch das gleiche Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage gebildet ist und die zweite Schutzschichtlage und die von der Öffnung offengelegte erste Schutzschichtlage abdeckt.

14. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 13, wobei die zweite Schutzschichtlage durch ein Material ausgebildet ist, das eine höhere Ätzgeschwindigkeit als die der ersten Schutzschichtlage aufweist.

15. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 13, wobei die zweite Schutzschichtlade durch das gleiche Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage gebildet ist.

16. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 15, wobei die erste, die zweite und die dritte Schutzschichtlage durch ein Material gebildet sind, das Silizium umfasst.

17. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 16, wobei die erste und die dritte Schutzschichtlage durch Siliziumnitrid gebildet sind und die zweite Schutzschichtlage durch Siliziumoxid gebildet ist.

18. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 17, wobei die zweite Schutzschichtlage durch Siliziumoxid gebildet ist, das Bor oder/und Phosphor umfasst.

19. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 13, wobei eine Kavitationswiderstandsschicht auf der dritten Schutzschichtlage ausgebildet ist.

20. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 19, wobei die Kavitationswiderstandsschicht durch Tantal ausgebildet ist.

21. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 13, wobei ein Grundmaterial des Substrats durch Silizium gebildet ist.

22. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 13 oder 21, wobei das Substrat eine Wärmespeicherschicht zumindest bei einer Ausbildungsseite des Erwärmungsabschnitts aufweist.

23. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 22, wobei die Wärmespeicherschicht durch Siliziumoxid gebildet ist.

24. Herstellungsverfahren für ein Substrat (11) für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, in dem ein einen Erwärmungsabschnitt (20) bildender Erwärmungswiderstand (13), eine elektrisch mit dem Erwärmungswiderstand verbundene Leitung (14) und eine auf dem Erwärmungswiderstand und der Verdrahtung zum Schutz des Erwärmungswiderstands und der Leitung ausgebildete Schutzschicht auf dem Substrat angeordnet sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Ausbilden einer ersten Schutzschichtlage (15), um den Erwärmungswiderstand und die Leitung abzudecken,

Ausbilden einer Schicht aus einem anorganischen Material, das zu einem Material der ersten Schutzschichtlage unterschiedlich ist, auf der ersten Schutzschichtlage,

Ätzender Schicht aus dem anorganischen Material in einem dem Erwärmungsabschnitt des Erwärmungswiderstands entsprechenden Abschnitt und Entfernen des anorganischen Materials von diesem entsprechenden Abschnitt, so dass eine zweite Schutzschichtlage (16) mit einer Öffnung in dem entsprechenden Abschnitt ausgebildet ist, und

Ausbilden einer dritten Schutzschichtlage (17) aus dem gleichen Materialsystem wie die erste Schutzschichtlage, um die zweite Schutzschichtlage und die von der Öffnung offengelegte erste Schutzschichtlage abzudecken.

25. Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät den in Anspruch 1 beschriebenen Tintenstrahlaufzeichnungskopf und ein Element zur Anbringung des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes umfasst.