KR100229123B1

KR100229123B1 - 잉크 제트 헤드 기판, 잉크 제트 헤드, 잉크 제트 장치 및 잉크제트 기록 헤드 제조 방법

Info

Publication number: KR100229123B1
Application number: KR1019970039787A
Authority: KR
Inventors: 이찌로 사이또; 요시유끼 이마나까; 데루오 오자끼; 도시모리 미야꼬시; 무가 모찌즈끼
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1999-11-01
Also published as: DE69723005D1; EP0825026B1; CN1174783A; ES2199316T3; CN1193882C; US20030103110A1; CN1089692C; US6527813B1; DE69723005T2; US6769762B2; EP0825026A3; EP0825026A2; CN1401486A

Abstract

잉크 제트 기록 헤드용 기판에는 잉크를 토출하는데 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재가 제공된다. 발열 부재들은 4000 μΩ·cm 이하의 비저항치를 갖는 Ta_xSi_yR_z로 표시되는 재료로 형성된 박막으로 구성되고, 여기서 R은 C, O, N 중에서 선택된 한 종류 이상의 원소이고, x + y + z = 100으로 된다. 이렇게 배열된 구성에 의해, 발열 부재는 장시간 동안 연속적으로 사용되더라도 저항치의 변화를 소량으로 유지하고 장시간 동안 신뢰성을 갖고 고화질의 기록 화상을 제공할 수 있다.

Description

잉크 제트 헤드 기판, 잉크 제트 헤드, 잉크 제트 장치 및 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법{AN INK JET HEAD SUBSTRATE, AN INK JET HEAD, AN INK JET APPARATUS, AND A METHOD FOR MANUFACTURING AN INK JET RECORDING HEAD}

본 발명은 관련된 작동을 수행하면서 문자, 기호, 화상 등을 기록 및 인쇄하기 위해 잉크와 같은 기능성 액체를 종이, 플라스틱 시트, 직물, 상품 등을 포함한 피기록 매체 상에 토출하는 잉크 제트 헤드(이후로는 간단하게 잉크 제트 헤드라 함)를 구성하는 기판에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 기판을 사용해서 형성한 잉크 제트 헤드, 이 잉크 제트 헤드에 공급할 잉크를 보유하는 잉크 저장소 유니트를 포함하는 잉크 제트 펜, 및 잉크 제트 헤드를 그 위에 장착한 잉크 제트 장치에 관한 것이다.

이러한 점에서, 본 발명의 설명부에서 언급되고 있는 잉크 제트 펜은 잉크 제트 헤드와 잉크 저장소가 일체로 형성된 카트리지 모드, 및 잉크 제트 헤드와 잉크 저장소 유니트가 별도로 형성되고 사용 시에 탈착 가능하게 결합되는 모드를 포함하는 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 설명부에서 언급되고 있는 잉크 제트 기록 장치는 그 출력 기기로서의 워드 프로세서, 컴퓨터, 또는 몇 가지 다른 정보 처리 장치와 일체로 형성되거나 또는 그와는 별도로 형성된 모드, 및 정보 판독기와 결합되어 있는 복사기, 정보를 송수신하는 기능을 갖는 팩시밀리 장비, 날염 인쇄기 등으로서 작동하는 각종 모드를 포함하는 것을 의미한다.

잉트 제트 기록 장치의 종류로는 고정밀 화상을 고속으로 기록하기 위해 토출구로부터 미세 액적으로 잉크를 토출하는 것을 특징으로 하는 것이 있다. 특히, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 수단으로서 전기열 변환 장치를 사용하는 형태의 잉크 제트 기록 장치가 최근에 보다 많은 주목을 끌고 있는 데, 이는 기록 헤드 및 장치를 보다 소형화하고, 또한 이들 기록 헤드 및 장치를 컬러로 기록하는 데 보다 적합하게 하면서 고정밀 화상을 고속으로 기록하는 데 보다 적합하게 작동하기 때문이다(예를 들어, 미국 특허 제4,723,129호 및 제4,740,796호 참조).

도1은 상술한 잉크 제트 기록 헤드용으로 사용되는 헤드 기판의 주요부의 전체 구조를 도시한 도면이다. 도2는 잉크 유로에 대응하는 부분 상의 잉크 제트 기록 헤드 기판(2000)을 도1의 선 2-2를 따라 개략적으로 도시한 단면도이다.

도1에서, 잉크 제트 기록 헤드에는 복수의 토출구(1001)가 마련된다. 또한, 기판(1004) 상에는 상기 개구로부터 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 전기열 변환 장치(1002)가 각 잉크 유로(1003)에 각각 배치되어 있다. 전기열 변환 장치의 각각은 주로 발열 부재(1005)와, 이 발열 부재에 전력을 공급하는 전극 배선(1006)과, 이들 배선을 보호하는 절연막(1007)으로 형성된다.

또한, 잉크 유로(1003)의 각각은 기판(1004) 상의 전기열 변환 장치와 그 이외의 것들에 대한 상대 위치를 화상 처리 등으로 조정하면서 접착된 복수의 유로를 갖는 천정판으로 형성된다. 토출구(1001)와는 반대쪽에 있는 잉크 유로(1003)의 각각의 단부는 공통 액실(1009)과 안내(conductively) 연결된다. 이 공통 액실(1009) 내에는 (도시하지 않은) 잉크 탱크로부터 공급된 잉크가 보유된다.

공통 액실(1009)로 공급된 잉크는 그 액실로부터 잉크 유로(1003)의 각각으로 안내되고, 그 부분에서 잉크가 형성하는 메니스커스에 의해 각각의 토출구의 근방에 유지된다. 이 때, 전기열 변환 장치가 선택적으로 구동되면 열작용면 상의 잉크가 급격하게 가열되고 그에 의해 발생된 열에너지의 사용에 의해 막 비등을 발생시킨다.

도2에서 참조 부호 2001은 실리콘 기판, 참조 부호 2002는 축열층을 나타낸다.

참조 부호 2003은 열을 축적하는 이중 기능을 하는 SiO막, 참조 부호 1004는 발열 저항층, 참조 부호 2005는 Al, Al-Si, Al-Cu 등으로 형성된 금속 배선, 참조 부호 2006은 SiO막, SiN막 등으로 형성된 보호층을 나타낸다. 또한, 참조 부호 2007은 보호막(2006)을 발열 저항층의 발열로부터 수반되는 화학적 및 물리적 충격으로부터 보호하는 안티-캐비테이션 막, 참조 부호 2008은 발열 저항층(2004)의 열 작용부를 나타낸다.

잉크 제트 기록 장치의 기록 헤드용으로 사용되는 발열 부재에는 이하의 특성을 제공할 필요가 있다.

(1) 발열 부재는 우수한 가열 응답 능력을 가짐으로써 잉크를 즉각적으로 토출할 수 있어야 한다.

(2) 고속 및 연속 구동에 대해 보다 적은 저항치의 변동량을 가짐으로써, 안정된 상태의 잉크 기포 발생을 나타내야 한다.

(3) 열 저항 및 열 응답성이 우수할 뿐만 아니라, 높은 신뢰성을 갖고 보다 긴 수명을 가져야 한다.

상기 요건들을 충족시키는 잉크 제트 헤드용 발열 부재로는 일본 특허 출원 공개 제7-125218호에 개시된 바와 같이 발열 부재의 재료로 TaN막을 사용하는 구조가 있다. TaN막의 특성 안정성(즉, 특히 기록을 장기간에 걸쳐 반복할 시의 저항 변화율)은 TaN막의 조성과 밀접한 관계가 있다. 특히, TaN_0.8hex을 함유한 질화탄탈륨으로 형성된 발열 부재는 장기간에 걸쳐 반복되며 우수한 토출 안정성을 나타낸다.

또한, 이러한 발열 부재를 사용하는 잉크 제트 기록 헤드 이외에도, 기록용 열 감지 시트 또는 잉크 리본과 직접 접촉 상태에 있는 발열 소자를 사용하는 열 인쇄 헤드가 있다.

이러한 열 인쇄 헤드용 발열 부재로는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제53-25442호의 명세서에 개시된 것이 있다. 이 헤드는 고온에서의 발열 작동 시에 발열 부재로서 우수한 수명 특성을 갖는다. 이 부재는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W 및 Mo 중에서 선택된 적어도 한 종류의 제1 원소, 제2 원소 N 및 제3 원소 Si로 형성되고, 5 내지 40 원자 %의 제1 원소, 30 내지 60 원자 %의 제2 원소, 및 30 내지 60 원자 %의 제3 원소의 조성으로 되어 있다. 또는, 일본 특허 출원 공개 제61-2100476호의 명세서에는 열 안정성이 높고 인쇄 특성이 우수하며 탄탈륨, (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo 또는 W와 같은) 고용융점 금속, 및 질소의 합금으로 형성된 하나의 발열 부재가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제56-89578호의 명세서에는 내산 능력과 저항치 안정성이 우수하고, 질화물을 형성하는 금속, 실리콘 및 질소를 함유한 발열 부재를 사용한 열 헤드가 사용된다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제2-6201호의 명세서에는 발열 부재로서 고속 기록뿐만 아니라 부재의 긴 수명을 요구하는 용도에 대해 내구성을 갖는 Ta-Si-O 박막을 사용한 열 헤드가 개시되어 있다.

그러나, 현재는 HfB₂, TaN, TaAl 또는 TaSi가 잉크 제트 기록 헤드의 발열 부재용 재료로서 사용된다. 여기서, 일반적으로 상술한 열 인쇄 헤드용으로 채택되는 발열 부재 중 어느 것도 실제로 잉크 제트 기록 헤드용으로는 사용되지 않는다.

이는 1 msec당 열 인쇄 헤드의 발열 부재에는 대략 1 W의 전력이 인가되는 반면에, 7 μsec당 열 인쇄 헤드의 발열 부재에는 수 차례에 걸쳐 열 인쇄 헤드에 제공되는 전력보다 큰 대략 3 내지 4W의 전력이 인가된다는 사실 때문이다. 따라서, 잉크 제트 헤드의 발열 부재는 보다 짧은 시기에 열 인쇄 헤드보다 큰 열 응력을 받는 경향이 있다.

결과적으로, 이러한 발열 부재에 대해서는 열 인쇄 헤드용으로 채택되는 방법과는 상이한, 잉크 제트 헤드에 고유한 부재를 구동하기 위한 방법 및 토출을 고려할 필요가 있다. 따라서, 잉크 제트 헤드를 사용하기 위해 최적화되는 (막 두께, 히터 크기, 형상 등에 대한) 발열 부재의 설계가 고려되어야 한다. 잉크 제트 헤드용 열 인쇄 헤드용에 대해 현재 사용 중인 발열 부재를 그대로 채택하는 것은 불가능하다.

최근에, 잉크 제트 기록 장치에 대해서는 전술한 고화질 및 고 기록 속도의 발생과 관련해서 그 기능의 향상이 요구되고 있다. 여기에는, 화질을 더욱 높이기 위해, 도트(dot)당 토출량을 감소시켜 소망하는 작은 도트를 얻도록 각 히터(발열 부재)의 크기를 보다 소형화해서 화질을 향상시키는 방법이 제공된다.

또한, 고 기록 성능을 위해서는 펄스를 종래에 실행 가능한 것보다 훨씬 짧게 해서 필요한 구동 주파수를 증대시키는 방법이 제공된다.

그럼에도 불구하고, 상술한 고화질을 얻을 목적으로 히터 크기가 보다 소형화된 구조에서 히터를 고 주파수로 구동하기 위해서는 그 시트 저항치가 보다 대형화되어야 한다. 도3a는 히터 크기의 차이에 따른 각종 구동 상태들 간의 관계를 도시한 그래프이다.

도3a는 일정한 구동 전압에서 히터 크기가 대형 크기 (A)에서 소형 크기 (B)로 변할 때 펄스에 대한 발열 부재의 시트 저항치와 전류치의 변동을 도시하고 있다. 마찬가지로, 도3b는 일정한 폭의 구동 펄스에서 히트 크기가 변할 때 구동 전압에 대한 발열 부재의 시트 저항치와 전류치간의 관계를 도시한 그래프이다.

다시 말해서, 히터 크기가 소형화되면 종래에서 실행 가능한 것과 동일한 상태하에서 부재를 구동하기 위해서는 시트 저항치를 증대시킬 필요가 있다. 또한, 에너지 요건을 감안해서, 시트 저항치가 더 커지고 부재가 보다 높은 구동 전압으로 구동될 때 전류치를 감소시키는 것도 가능하며, 이에 따라 에너지 절약을 달성할 수 있다. 그러한 효과는 복수의 발열 부재가 배열된 구조일 때 특히 중요해진다.

그러나, 전술한 바와 같이 현재 사용 중인 잉크 제트 기록 헤드용으로 사용되는 것들 가운데 특히 HfB₂, TaN, TaAl 또는 TaSi으로 형성된 발열 부재의 비저항치는 대략 200 내지 300 μΩ cm이다. 따라서, 제조 중인 발열 부재의 안정성, 안정된 토출 특성 등을 고려해서, 발열 부재의 막 두께의 한계치가 200 Å이라고 간주되면 시트 저항치의 한계치는 150 Ω/□이다.

따라서, 그러한 한계치보다 큰 시트 저항치를 얻고자 하는 경우에는, 상술한 발열 부재 중 어느 것을 사용해도 곤란해진다.

한편, 상술한 열 인쇄 헤드용으로 채택되는 발열 부재는 시트 저항치를 증대시킬 수 있게 해준다. 그러나, 이러한 부재를 상술한 바와 같이 특수한 열 응답성과 고속 기록 성능을 필요로 하는 잉크 제트 헤드용으로 채택하는 것을 불가능하다.

또한, 잉크 제트 기록 장치에 있어서 전원 커패시턴스(capacitance)와 반도체 기기는 압력을 견뎌야 한다. 그 결과, 현재 그 상한치가 대략 30 V로 고려되고 있다. 이 한계치보다 적은 구동 전압으로 장치를 구동하기 위해서는 발열 부재의 비저항치를 4,000 μΩ cm이하로 설정할 필요가 있다. 일반적으로, 상술한 열 인쇄 헤드용으로 사용되는 발열 부재의 비저항치는 결국에는 4,000 μΩ cm을 초과한다.

따라서, 종래 기술에 따르면, 높은 시트 저항치를 나타내면서 짧은 펄스 구동으로 우수한 응답성이 제공되어야 하는 잉크 제트 기록 헤드용으로 채택 가능한 발열 부재가 없었다.

또한, 기록되어야 할 보다 정밀한 화상과 더불어, 히터의 크기는 보다 작은 액적에 의한 기록을 위해 소형화되어야 한다. 그 결과, 종래의 발열 부재가 사용되는 한 전류가 증대되어 결국에는 발열과 관련된 문제를 초래한다.

따라서, 본 발명의 주요 목적은 각각이 종래의 잉크 제트 기록 헤드의 발열 부재에 있어서 고유한 상술한 모든 문제들을 해결할 수 있고, 또 장기간에 걸쳐 고화질 기록 화상을 얻을 수 있는 발열 부재를 구비한 잉크 제트 기록 헤드용 기판을 제공하는 것뿐만이 아니라 잉크 제트 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각각이 화상을 고속 고정밀도로 기록하기 위해 도트들을 작게 한 경우에도 안정되게 토출할 수 있는 발열 부재를 구비한 잉크 제트 기록 헤드용 기판을 제공하고, 또한 잉크 제트 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 우수한 잉크 제트 기록 헤드로 공급될 잉크를 보유하는 잉크 저장소 유니트를 포함하는 잉크 제트 펜을 제공하고, 또한 그러한 잉크 제트 기록 헤드가 마련된 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발열 저항층이 사이에 개재된 축열층/발열 저항층/보호층의 적층 구조가 마련된 잉크 제트 기록 헤드에 대해 향상된 층간 접촉부를 갖는 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 잉크 제트 헤드의 기판을 개략적으로 도시한 평면도.

도2는 도1에서 나타낸 기판을 도1의 일점쇄선 2-2를 따라 수직으로 절단해서 도시한 단면도.

도3a 및 도3b는 히터 크기의 차이에 따른 각각의 구동 상태를 도시한 그래프.

도4는 본 발명에 따른 잉크 제트 헤드의 기기의 각각의 층을 박막화하기 위한 막 형성 시스템을 도시한 도면.

도5는 Ta-Si-N 발열 부재를 형성하는 저항층의 질소 분압에 대한 비저항치를 도시한 그래프.

도6은 Ta-Si-N 발열 부재를 형성하는 저항층의 질소 분압에 대한 막 조성물의 값을 도시한 도면.

도8은 본 발명에 따른 잉크 제트 헤드의 발열 부재용으로 사용되는 저항 부재의 조성물의 범위를 도시한 도면.

도9는 본 발명의 잉크 제트 헤드를 사용한 잉크 제트 기록 장치의 일례를 개략적으로 도시한 사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1001 : 토출구

1002 : 전기열 변환 장치

1003 : 잉크 유로

1004 : 기판

1005 : 발열 부재

2002 : 축열층

2004 : 발열 저항층

2006 : 보호층

4001 : 타겟

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하에 제공된 잉크 제트 기록 헤드용 기판, 잉크 제트 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 장치를 제공하도록 설계된다.

다시 말해서, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재가 마련되고, 발열 부재는 4,000 μΩ cm 이하의 비저항치를 갖는 Ta_xSi_yR_z로 표시된 재료로 형성된 박막으로 구성되며, 여기서 R은 C, O, N 중에서 선택된 한 종류 이상의 원소이고, x + y + z = 100인, 잉크 제트 기록 헤드용 기판이 제공된다.

또한, 잉크를 토출하는 잉크 토출구, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재, 및 발열 부재를 내장한 동시에 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로가 마련되고, 발열 부재는 4,000 μΩ cm 이하의 비저항치를 갖는 Ta_xSi_yR_z로 표시된 재료로 형성된 박막으로 구성된, 잉크 제트 기록 헤드가 제공된다.

또한, 잉크를 토출하는 잉크 토출구, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재, 및 발열 부재를 내장한 동시에 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로를 구비한 잉크 제트 기록 헤드와, 잉크 제트 기록 헤드의 기록 헤드로부터 토출되는 잉크를 수용하는 피기록 매체를 반송하기 위한 반송체 수단이 마련되고, 발열 부재는 4,000 μΩ cm 이하의 비저항치를 갖는 Ta_xSi_yR_z로 표시된 재료로 형성된 박막으로 구성된, 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.

또한, 잉크를 토출하는 잉크 토출구, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재, 및 발열 부재를 내장한 동시에 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로가 마련되고, 발열 부재들은 Ta-Si로 형성된 합금 타겟을 사용하고, 이들 부재들은 반응 스퍼터링(reactive sputtering) 시스템에 의해 적어도 질소 가스, 산소 가스, 탄소 가스 및 아르곤 가스를 갖는 혼합 가스 분위기에서 형성되는, 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법이 제공된다.

또한, 잉크를 토출하는 잉크 토출구, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재, 및 발열 부재를 내장한 동시에 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로가 마련되고, 발열 부재들은 Ta 및 Si로 형성된 2종류의 타겟을 사용하고, 이들 부재들은 2차원 코-스퍼터링(co-sputtering) 시스템에 의해 적어도 질소 가스, 산소 가스, 탄소 가스 및 아르곤 가스를 갖는 혼합 가스 분위기에서 형성되는, 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 구성 및 제조 방법에 의한 잉크 제트 기록 헤드를 제공함으로써, 상술한 발열 부재는 히터의 크기가 소형화되어도 히터가 장기간에 걸쳐 단 펄스로 구동되는 동안에 소망하는 내구성을 얻는 것을 가능하게 해주며, 에너지 절약을 위해 발열을 억제하도록 높은 에너지 효율을 보장한다. 동시에, 기록 화상이 고화질로 제공된다.

또한, 본 발명은 잉크 제트 기록 헤드용으로만 한정되지는 않는다. 본 발명은 또한 상술한 발열 부재의 사용에 의해 토출될 수 있는 잉크 제트 기록 헤드용의 액체에도 적용할 수 있다.

이하에 본 발명에 따른 여러 개의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에 주어진 각각의 실시예로 반드시 한정되지만은 않는다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해 이와 같은 모드들이 배열될 수만 있다면 어떠한 모드라도 채택될 수 있음은 물론이다.

이제 첨부 도면을 참조해서 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에 주어진 각각의 실시예로 반드시 한정되지만은 않는다. 채택된 모드가 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것만으로도 충분하다.

도1은 본 발명의 실시예 1에 따른 잉크 제트 헤드용 잉크를 발포시키는 발열 부재의 기판의 주요부를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도2는 도1의 일점쇄선 2-2를 따라 그 표면에 대해 수직으로 절단된 기판의 부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 실시예에 따르면, 본 발명의 발열 부재(2004)는 각종 막 형성 방법의 적용에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로, 이 부재는 동력원으로서 고 주파수(RF) 동력 공급원을 사용하거나 또는 직류(DC) 동력을 사용한 자전관 스퍼터링(magnetron sputtering) 방법에 의해 형성된다. 도4는 상술한 발열 부재(4001)를 박막화하는 스퍼터링 시스템의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다. 도4에서, 참조 부호 4001은 사전에 소정 조성물로 제조된 타겟, 참조 부호 4002는 평판 마그네트, 참조 부호 4011은 기판에 대한 막 형성을 제어하는 셔터, 참조 부호 4003은 기판 홀더, 참조 부호 4004는 기판, 및 참조 부호 4006은 타겟(4001) 및 기판 홀더(4003)와 연결되는 동력원을 나타낸다.

또한, 도4에서 참조 부호 4008은 막 형성실(4009)의 외주벽을 둘러싸도록 배열된 외부 히터를 나타낸다. 외부 히터(4008)는 막 형성실(4009)의 주위 온도를 조절하기 위해 사용된다. 기판 홀더(4003)의 반대쪽에는 내부 히터(4005)가 기판의 온도를 제어하도록 배열된다. 외부 히터(4008)와 조합해서 기판(4004)의 온도를 제어하는 것이 바람직하다.

도4에 도시된 시스템을 사용해서 이하에 주어진 바와 같은 막 형성이 수행된다. 먼저, 배기 펌프(4007)를 사용해서 막 형성실(4009)을 1 × 10^-5내지 1 × 10^-6Pa까지 소기시킨다. 그 다음, 산소 가스와 탄소 가스로 된 혼합 가스를 아르곤 가스 및 질소 가스, 또는 형성될 발열 부재에 따라서 가스 도입 개구로부터 (도시하지 않은) 질량 유동 제어기를 통해 막 형성실 내로 도입한다. 이 때, 내부 히터(4005)와 외부 히터(4009)를 기판의 온도와 주위 온도가 소정 온도가 되도록 조절한다. 그 다음, 동력원(4006)으로부터 타겟(4001)으로 동력을 인가해서 스퍼터링 방출을 수행한다. 셔터(4011)가 조절된다. 따라서, 박막이 기판(4004) 상에 형성된다.

전술된 발열 부재용 막 형성은 반응 스퍼터링을 채택하는 형성 방법에 따라 설명되어 왔고, 탄탈륨-실리콘에 의해 형성된 합금 타겟을 이용한다. 그러나, 본 발명은 반드시 그러한 형성 방법에 제한되지 않는다. 동력이 전원으로부터 프로세싱을 위해 분리 연결된 탄탈륨 타겟과 실리콘 타겟을 구비한 2 개의 베이스에 인가되는 2차원 코-스퍼터링 시스템에 의해 막 형성을 수행하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 각각의 타겟에 개별적으로 인가되는 동력을 제어하는 것이 가능하다.

또한, 아르곤 가스를 이용하는 스퍼터링 시스템과 함께(또는 경우에 따라, 질소 가스, 산소 가스 및 탄소 가스를 유도하는 반응 스퍼터링 시스템과 함께) 그 혼합에 의해 형성된 탄탈륨-실리콘-질소, 탄탈륨-실리콘-산소, 탄탈륨-실리콘-탄소, 또는 합금 타겟을 이용하여 막 형성을 수행하는 것이 가능하다.

본 실시예에 따라, 도4에 도시된 시스템이 사용을 위해 채택되고, 발열 막은 다양한 상태하에서 전술된 막 형성 방법에 의해 제조된다.

(실시예 1)

이후에, 본 발명에 따른 실시예 1에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도2에서, 축열층(2002)은 부분적으로 전술된 열적 산화에 의해 실리콘 기판(2001) 상에서 1.8㎛의 막 두께로 형성된다. 또한, 축열층으로서의 이중 역할을 하는 층간 막(2003)으로서, 산화규소 막은 1.2㎛의 막 두께로 플라즈마 CVD 방법에 의해 형성된다. 그후, 발열 저항층(2004)으로서, 탄탈륨-실리콘-질소 막이 2 개의 타겟을 이용하는 2차원의 코-스퍼터링 시스템에 의해 1000Å의 두께로 형성된다.

이 시점에서, 가스 유량은 아르곤 가스가 45 sccm이고, 질소 가스는 15 sccm이며, 질소 가스의 분압비는 25%이다. 타겟에 인가된 동력은 실리콘 타겟에 150W, 탄탈륨 타겟에 500W이며, 대기 온도는 200℃로 설정되고 기판 온도 또한 200℃로 설정된다.

또한, 열 작용부(2008) 상의 발열층(2004)을 가열하는 금속 배선(2005)으로서, 알루미늄 막은 스퍼터링 시스템에 의해 5500Å의 두께로 형성된다.

그후, 이것들은 알루미늄 층의 제거 후에 15㎛ × 40㎛의 열 작용부(2008)를 생산하도록 패턴 형성을 위해 사진 석판으로 된다. 보호 막(2006)으로서, SiN 막은 플라즈마 CVD 방법에 의해 1㎛의 막 두께로 형성된다. 마지막으로, 안티-캐비테이션 막(2007)으로서, 탄탈륨 막이 본 발명의 기판을 얻기 위해 스퍼터링 시스템에 의해 2000Å의 두께로 형성된다. 위와 같은 형태의 발열 저항층의 시트 저항치는 270 Ω/□ 이다.

(비교예 1)

기판은 아래에 주어진 것과 같은 발열 저항층(2004)에 대해 이루어진 수정을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 그것을 생산함으로서 비교예 1로서 얻을 수 있게 된다. 다시 말해, TaN_0.8막은 탄탈륨 타겟을 이용한 반응 스퍼터링 시스템에 의해 1000Å의 두께로 형성된다. 이 시점에서, 가스 유량은 아르곤 가스가 48 sccm이고, 질소 가스는 12 sccm이며, 질소 가스의 분압비는 20%이다. 탄탈륨 타겟에 인가된 동력은 500W이다. 대기 온도는 200℃이고 기판 온도 또한 200℃이다. 발열 저항층의 시트 저항치는 25 Ω/□ 이다.

<평가 1>

전술된 실시예 1과 비교예 1로서 생산된 기판을 이용하여 잉크를 토출하기 위한 기포 전압(Vth)을 얻게 된다.

그후, 이 기포 전압에 대해, 전류값은 그 폭이 (기포 전압의 1.2 배인) 1.2 Vth의 구동 전압에서 2μsec인 구동 펄스에 의해 구동될 때 측정된다.

다시 말해, 실시예 1에 따라, Vth는 24V이고 전류값은 35mA이다. 이에 반해, 비교예 1에서, Vth는 9.94V이고 전류값은 120mA이다. 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 기판 사이의 비교 결과로부터, 실시예 1의 전류값은 비교예 1의 전류값의 약 1/3임을 알 수 있다. 헤드의 실제 모드를 위해, 다수의 발열 부재는 한번에 구동된다. 따라서, 본 실시예는 비교예 1보다 훨씬 적은 양 만큼 전력을 소비한다. 따라서, 본 실시예가 에너지 소비 면에서 바람직한 효과를 발생시킴을 쉽게 알 수 있다.

또한, 발열 부재는 열 응력에 대한 내구성의 평가를 위해 다음의 상태, 즉 10kHz의 구동 주파수와, 2μsec의 구동 펄스폭 및 기포 전압의 1.3배인 구동 전압 하에서 단속 펄스의 인가에 의해 구동된다.

그 결과, 비교예 1은 6.0 × 10⁷의 펄스에서 단속되고, 실시예 1은 5.0 × 10⁹의 펄스까지 단속되지 않는다.

전술된 대로, 본 실시예의 기판은 더 짧은 펄스에 의한 구동을 충분히 견딜 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 2)

도1에 도시된 기판(2000)은 아래에 주어진 것과 같이 수정된 발열 저항층(2004)을 제외하고는 실시예 1과 동일 방식으로 생산함으로서 얻게 된다. 다시 말해, 막 형성시에 유도된 가스에 있어서, 실시예 1에 인가된 질소 가스는 산소 가스로 대치되고, 그후 반응 스퍼터링 시스템에 의해, 탄탈륨-실리콘-산소 막은 1000Å의 두께로 형성된다. 이 시점에서, 가스 유량은 아르곤 가스가 45 sccm이고, 산소 가스는 15 sccm이며, 산소 가스의 분압비는 25%이다. 타겟에 인가된 동력은 실리콘 타겟에 150W이고 탄탈륨 타겟에 520W이다. 대기 온도는 200℃이고 기판 온도 또한 200℃이다. 시트 저항치는 290 Ω/□ 이다.

<평가 2>

평가 1과 동일한 방식으로, 실시예 2에 따라 생산된 기판을 평가하게 된다. 그 결과, 실시예 2의 기판에 있어서 Vth는 25V이고 전류값은 36mA이다.

또한, 단속 펄스를 이용한 열 응력에 대한 내구성 평가에 따라, 기판은 6.0 × 10⁹의 펄스까지 단속되지 않는다.

여기에서, 평가 1의 결과로, 또한 실시예 2의 기판은 작은 전류값을 갖고 에너지 소비 면에서 뛰어난 효과를 내는 것을 알 수 있다.

또한, 이러한 기판은 더 짧은 구동 펄스에서 구동될 때에도 뛰어난 내구성을 갖는다.

(실시예 3)

도1에 도시된 기판(2000)은 아래에 주어진 것과 같이 수정된 발열 저항층(2004)을 제외하고는 실시예 1과 동일 방식으로 생산함으로서 얻게 된다. 다시 말해, 막 형성시에 유도된 가스에 있어서, 실시예 1에 인가된 질소 가스는 메탄 가스로 대치되고, 그 후 반응 스퍼터링 시스템에 의해, 탄탈륨-실리콘-산소 막은 1000Å의 두께로 형성된다. 이 시점에서, 가스 유량은 아르곤 가스가 48 sccm이고, 메탄 가스는 15 sccm이며, 메탄 가스의 분압비는 25%이다. 타겟에 인가된 동력은 실리콘 타겟에 150W이고 탄탈륨 타겟에 500W이다. 대기 온도는 200℃이고 기판 온도 또한 200℃이다.

<평가 3>

평가 1과 동일한 방식으로, 실시예 3에 따라 생산된 기판을 평가하게 된다. 그 결과, 실시예 3의 기판에 있어서 Vth는 22V이고 전류값은 41mA이다.

평가 1의 결과로, 또한 실시예 3의 기판은 작은 전류값을 갖고 에너지 소비 면에서 뛰어난 효과를 내는 것을 알 수 있다.

(실시예 4)

도1에 도시된 기판(2000)은 아래에 주어진 것과 같이 수정된 발열 저항층(2004)을 제외하고는 실시예 1과 동일 방식으로 생산함으로서 얻게 된다. 다시 말해, 막 형성시에 유도된 가스에 있어서, 실시예 1에 인가된 질소 가스는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 대치되고, 그후 반응 스퍼터링 시스템에 의해, 탄탈륨-실리콘-산소-질소 막은 1000Å의 두께로 형성된다. 이 시점에서, 가스 유량은 아르곤 가스가 48 sccm이고, 혼합 가스는 12 sccm(산소 가스가 5 sccm이고 질소 가스가 7 sccm)이며, 혼합 가스의 분압비는 20%이다. 타겟에 인가된 동력은 실리콘 타겟에 150W이고 탄탈륨 타겟에 500W이다. 대기 온도는 200℃이고 기판 온도 또한 200℃이다.

<평가 4>

평가 1과 동일한 방식으로, 실시예 4에 따라 생산된 기판을 평가하게 된다. 그 결과, 실시예 4의 기판에 있어서 Vth는 23V이고 전류값은 39mA이다.

또한, 단속 펄스를 이용한 열 응력에 대한 내구성 평가에 따라, 기판은 5.0 × 10⁹의 펄스까지 단속되지 않는다.

평가 1의 결과로, 또한 실시예 4의 기판은 작은 전류값을 갖고 에너지 소비 면에서 뛰어난 효과를 내는 것을 알 수 있다.

<막의 고체 상태에서의 평가>

그 후, 막의 고체 상태를 평가하기 위해, 몇 종류의 탄탈륨-실리콘-질소 막이 전술된 실시예와 동일한 방식 및 방법으로 도4에 도시된 시스템을 이용하여 생산된다.

처음에, 열 산화막은 단결정 실리콘 웨이퍼 상에 형성되고, 도4에 도시된 막 형성실(4009) 내의 기판 홀더(4003) 상에 경화된다. 이어서, 막 형성실(4009)는 배기 펌프(4007)에 의해 비워지게 되어 8 × 10^-6Pa의 압력까지 떨어지게 된다.

그후에, 아르곤 가스와 질소 가스의 혼합 가스는 가스 유도 개구를 통해 막 형성실(4009) 안으로 유도된다. 막 형성실(4009) 내의 가스압은 정해진 압력으로 조절된다. 그후, 각각의 경우에 따라, 전술된 혼합 가스 내의 질소 가스의 분압은 전술된 막 형성 방법에 따라 이하의 조건하에서 막 형성을 실행함으로서 각각의 종류의 발열 부재를 성형하기 위해 수정된다.

<막 형성의 조건>

기판 온도 : 200℃

막 형성실 내의 가스의 대기 온도 : 200℃

막 형성실 내의 혼합 가스의 압력 : 0.3Pa

X 레이 회절 측정은 전술된 대로 기판(4004) 상에 형성된 발열 부재의 탄탈륨-실리콘-질소막을 위해 행해지고, 따라서 구조적 분석이 행해진다. 그 결과, 질소 가스의 분압이 변경될 때에도 비회절 정점이 나타나지 않으며 각각의 이러한 막은 비결정 구조에 가까운 구조를 갖고 있음을 알 수 있다.

그후, 4 개의 탐침 방법에 의해, 전술된 각각의 막의 시트 저항치는 비저항치를 얻기 위해 측정된다. 도5는 그 특성 곡선을 A및 B로 도시한 도면이다. 도5의 A에서와 같이, 비저항치는 질소의 분압이 증가함에 따라 연속적으로 변화함을 알 수 있다. 또한, 도5의 B에서와 같이, 타겟 실리콘에 인가된 동력이 타겟 탄탈륨보다 더 증가할 때, 질소의 분압과 비저항치는 마찬가지로 증가한다. 그러나, 비저항치의 변화는 더 커지게 된다. 추측컨대, 이는 실리콘의 양이 막 내에서 증가한다는 사실에 기인한다. 따라서, 소정의 비저항치는 탄탈륨과 실리콘 타겟에 인가될 동력과 질소의 분압을 마음대로 설정함으로서 얻을 수 있게 된다.

이어서, 조성 분석은 전술된 각각의 막에 대한 RBS(Rutherford back scattering) 분석을 실행함으로서 이루어진다.

도6은 그러한 분석 결과를 나타낸다. 도6의 곡선 A는 도5의 A 곡선에 대응하는 막 조성을 나타낸다. 도6의 곡선 B는 도5의 B 곡선에 대응하는 막 조성을 각각 나타낸다. 또한, 도5 및 도6에 나타낸 곡선으로부터, 비저항치와 막 조성이 서로 관련되어 있음을 알 수 있다.

<잉크 제트 특성의 평가>

또한, 제5 내지 실시예 11에 따라, 잉크 제트 기록 헤드는 각각의 잉크 제트 기록 헤드의 사용을 위해 발열 부재와 같이 기판의 특성을 평가하기 위해 생산된다. 여기에서, 여러 종류의 탄탈륨-실리콘-질소 막이 전술된 이전 실시예와 동일한 방식 및 막 형성 방법으로 각각의 막 형성 조건하에서 도4에 도시된 시스템을 이용하여 성형된다. 그후, 각각의 헤드의 특성이 평가된다.

(실시예 5)

본 발명에 따른 잉크 제트 특성에 대해 평가되는 샘플 기판으로서, 실리콘 기판 또는 구동 IC가 이미 조립되어 있는 실리콘 기판이 이용된다.

실리콘 기판의 경우에, (도2에 도시된) 산화규소 축열층(2002)은 열적 산화, 스퍼터링, CVD 등에 의해 1.8㎛의 막 두께로 성형된다. 그 위에 IC가 조립되어 있는 실리콘 기판의 경우에, 산화규소 축열층은 또한 그 제조 공정 중에 마찬가지로 성형된다.

그후, 산화규소 층간 절연막(2003)은 스퍼터링, CVD 등에 의해 1.2㎛의 막 두께로 형성된다. 이어서, 탄탈륨과 실리콘 타겟을 이용한 2 가지 치수의 스퍼터링 방법에 의해, 발열 저항층(2004)은 아래의 표1에 나타낸 조건하에서 형성된다. 타겟에 인가된 동력은 탄탈륨에 400W이고, 실리콘에 300W이며, 가스 유량은 표1에 도시된 대로 설정된다. 기판 온도는 200℃로 설정된다.

[표 1]

전극 배선과 같이, 알루미늄 막은 스퍼터링에 의해 5500Å의 두께로 형성된다. 그후, 사진석판을 이용하여 알루미늄 막의 제거 후에 20㎛ × 30㎛의 열 작용부(2008)를 생산하도록 패턴이 형성된다. 그후에, 보호 막(2006)으로서, SiN에 의해 형성된 절연체는 플라즈마 CVD에 의해 1㎛의 막 두께로 생산된다. 그후, 안티-캐비테이션 막(2007)으로서, 탄탈륨 막이 스퍼터링에 의해 2300Å의 두께로 형성된다. 따라서, 도1에 도시된 대로, 본 발명의 잉크 제트 기판은 사진 석판술에 의해 제작된다.

SST 시험은 그렇게 제작된 기판을 이용하여 실행된다. SST 시험은 그 구동 주파수가 10kHz이고 구동폭이 5μsec인 펄스 신호를 줌으로서 방전을 개시하기 위한 초기 기포 전압을 얻기 위한 것이다. 그후에, 각각의 1 × 10⁵펄스가 단속될 때까지 전압이 가해지고, 10kHz의 구동 주파수에서 0.05V 마다 증가된다. 단속 전압(Vb)은 배선이 단속될 때 얻게 된다. 초기 기포 전압(Vth)과 단속 전압(Vb) 사이의 비율을 단속 전압비(Kb(=Vb/Vth))라 부른다. 이러한 단속 전압비(Kb)가 더 커지게 되면, 발열 부재의 열 저항은 더 양호하게 됨을 나타낸다. 평가의 결과, 1.8의 단속 전압비(Kb)를 얻게 된다. 그러한 결과는 전술된 표1에 나타나 있다.

이어서, V_OP= 1.3 × Vth인 구동 전압에서, 3.0 × 10⁸인 펄스가 10kHz의 구동 주파수와 5μsec의 구동폭에서 연속적으로 인가된다. 그후, 발열 부재의 초기 저항치가 RO로서, 그리고 펄스 작용 후의 저항치가 R로서 주어지게 되면, (CST 시험에서) 저항치의 변화비, (R-RO)/RO를 얻게 된다. 그 결과, 저항치의 변화비인 △R/RO = + 1.5%(△R = R-RO)를 얻게 된다. 그 결과는 표1 및 도7에 나타나 있다.

그후, 실시예 5의 헤드는 인쇄 내구성 시험을 위해 잉크 제트 기록 장치 상에 장착된다. 이 시험은 이러한 잉크 제트 기록 장치에 이용되는 A-4 종이의 인쇄 시험 패턴 상의 인쇄에 의해 실행된다. 이 시점에서, 구동 전압(Vop)은 1.3×Vth로 설정된다. 인쇄 수명 중에 1,500 단어를 포함하는 표준 문서의 10,000장 이상을 인쇄할 수 있다. 인쇄 질에 있어서의 결함은 나타나지 않는다. 이는 탄탈륨-실리콘-질소 발열 부재가 그 내구성에 있어서 뛰어나다는 것을 나타내는 것이다.

(실시예 6 내지 실시예 8)

표1에 나타낸 조건하에서 제작된 발열 저항층(2004)을 제외하고는, 잉크 제트 기록 헤드용 기판은 실시예 5와 같이 제작된다. 또한, 실시예 5와 같이, SST 시험, CST 시험 및 인쇄 내구성 시험은 각각 그러한 기판을 이용하여 실행된다. 그 결과는 표1에 나타나 있다.

(비교예 2 내지 비교예 5)

표1에 나타낸 조건하에서 제작된 발열 저항층(2004)을 제외하고는, 잉크 제트 기록 헤드용 기판은 실시예 5와 같이 제작된다. 이 경우에, 타겟에 인가된 동력은 비교예 2에서는 탄탈륨에 400W이고 실리콘에 500W이며, 비교예 3에서는 탄탈륨에 400W이고 실리콘에 400W이며 비교예4 및 5에서는 탄탈륨에 400W이고 실리콘에 50 내지 200W이다. 또한, 실시예 5와 같이, SST 시험, CST 시험 및 인쇄 내구성 시험은 각각 그 기판을 이용하여 실행된다. 그 결과는 표1에 나타나 있다.

(실시예 9 내지 실시예 11)

표1에 나타낸 조건하에서 제작된 발열 저항층(2004)을 제외하고는, 잉크 제트 기록 헤드용 기판은 실시예 5와 같이 제작된다. 이러한 점에서, 각각의 발열 저항층(2004)은 탄탈륨 80 - 실리콘 20의 합금 타겟을 이용한 반응 스퍼터링에 의해 형성된다. 이 경우에, 타겟에 인가된 동력은 500W로 설정된다. 또한, 실시예 5와 같이, SST 시험, CST 시험 및 인쇄 내구성 시험은 그렇게 제작된 각각의 기판을 이용하여 실행된다. 그 결과는 표1에 나타나 있다.

그 결과로부터, 다음과 같이 명확하게 되는 데, 다시 말해, 표1에 나타나 있는 결과로부터, 본 발명의 실시예 5 내지 실시예 11의 기판은 비교예의 기판과 비교하여 더 넓은 범위의 조성에 있어서 뛰어난 CST, SST, 인쇄 내구성을 갖추고 있음을 알 수 있다.

또한, 비교예 1에 도시된 종래의 잉크 제트 기록 헤드에 이용되는 발열 저항층이 더 작은 시트 저항치를 갖고 있기 때문에, 전류값은 표1에 특별히 언급되어 있지 않지만 구동될 때 본 실시예의 발열 저항층보다 2배 내지 3배 증가하는 것으로 평가된다.

이러한 전류값의 증가는 다수의 발열 저항층을 구동시키는 잉크 제트 기록 장치에 크게 영향을 미치며, 장치 설계시에 문제점을 나타내게 된다. 특히, 발열 저항층을 더 작게 형성해야 할 필요가 있는 고속 기록에서 더 양호한 화질을 처리해야 하는 구조의 경우에, 종래의 발열 부재가 이용된다면 동력 소비는 현저히 증가하게 된다. 그 경우에, 본 발명의 발열 부재가 이용된다면, 상당한 정도의 에너지 절감이 기대된다.

또한, 본 발명의 발열 부재에 따라, 종래의 잉크 제트 기록 헤드에 이용되는 발열 부재 중 어떠한 것이 제공할 수 있는 비저항치를 얻는 것이 가능하다. 여기에서, 전술된 대로, 비저항치와 발열 부재의 재료의 조성비 사이에는 밀접한 상호 관련이 있다. 따라서, 이점에 대해, 본 발명의 발명자 등은 여러 종류의 조성비를 포함하는 탄탈륨-실리콘-질소막을 제작하여 왔고, 발열 부재의 재료의 조성비에 주의를 기울여 왔다. 잉크 제트 기록 헤드의 발열 부재의 비저항치로서 바람직한 값을 얻을 수 있는 탄탈륨-실리콘-질소막의 조성 범위는 도8의 A에 도시되어 있다.

참고로, 일본 특허 공개 소53-25442호의 명세서에 기재된 열 인쇄 헤드에 바람직하다고 생각되는 조성 범위는 도8의 C에 도시되어 있다. 비교예 2, 3 및 5의 조성 범위는 도8의 C에 도시된 범위 내에 있다. 이러한 범위 내에 있는 발열 부재는 반드시 4000 μΩ·cm 이상의 비저항치를 제공한다. 결과적으로, 그러한 발열 부재는 배선이 용이하게 파손되는 이유로 잉크 제트 기록 헤드용으로 사용될 수 없다.

즉, 본 발명의 발열 부재의 저항의 온도 계수(TCR)는 비저항치를 갖는 음의 상관 계수를 나타낸다. 그러므로, 비저항치가 더 커지면, 비저항치는 마이너스 방향으로 증가하는 경향이 있고, 즉 TCR이 더 커지면, 온도가 상승되고 동시에 저항치가 감소된다(음 온도 계수). 반면에, 전류의 흐름이 더 용이하게 되어, 전류가 흐르는 곳에서 온도의 국부적인 상승이 야기되어 배선이 파손된다. 또한, 열 인쇄 헤드와 비교해서 더 짧은 시간 주기로 잉크 제트 헤드의 발열 부재에 전압이 가해져서 고온에 이르게 된다. 그러므로, TCR에 의해 보다 용이하게 영향을 받는 경향이 있고, 가능한한 TCR을 작게 제조하는 것이 필요해진다. 이러한 이유로, 본 발명의 발열 부재의 비저항치는 4000 μΩ·cm 이하, 양호하게는 2500 μΩ·cm 이하로 설정된다. 전술한 조성 범위에서, Ta가 20 at.%보다 작거나 Si가 25at.% 이상이거나 N이 60 at.% 이상이면, 그러한 비저항치가 필연적으로 더 커진다는 것이 공지되어 있다. 또한, 전술한 조성 범위에서, Ta가 80 at.% 이상이거나 N이 10 at.% 이하이면, 비저항치는 더 작아지고 본 발명에서 의도하는 높은 저항치를 갖는 발열 부재를 갖는 것이 불가능해진다. 더욱이, Si가 3 at.% 이하이면, 막의 구조는 결정화되고 내구성은 낮아진다.

도8로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조성 범위는 A에 도시되어 있고, 이는 C에 도시된 조성 범위와 상이하며 열 인쇄 헤드용으로 이용되며 잉크 제트 기록 헤드와 동일한 조성 범위를 갖는다.

(실시예 12 내지 실시예 17)

또한, 층간 막(2003)과 보호 막(2006)은 표3에 나타낸 재료로 형성되고, 잉크 제트 헤드용 기판은 표2에 나타낸 조건하에서 각각의 발열 저항층(2004)이 형성된다는 점을 제외하고는 실시예 3에서와 같이 제조된다. 이러한 경우에 타겟에 가해진 동력은 다음과 같다 : Ta-400 W, 및 Si-150 내지 200 W. 그러한 기판을 이용하여 SST 시험, CST 시험 및 인쇄 내구성 시험이 실시예 5에서 실시되었다. 그 결과는 표2에 나타나 있다.

[표 2]

[표 3]

전술한 실시예 5 내지 11에서와 같이, 실시예 12 내지 17이 넓은 조성 범위에 걸쳐서 CST, SST 및 인쇄 내구성 시험에 우수하다는 것이 또한 명백해진다. 또한, 도5에 도시된 바와 같이, 실시예 12 내지 17의 발열 저항층(2004)은 실시예 5 내지 11의 발열 저항층(2004)과 비교해서 특히 소량의 Si를 갖고 있고, 비저항치의 변화율은 질소의 분압의 변화에 대해 작다. 그러므로, 실시예 12 내지 17은 균일한 비저항치를 갖는 발열 저항층(2004)의 안정된 제조 방법으로서 양호하게 고려되고 있다. 이러한 경우에, Ta-Si-N의 조성 범위는 도8에서 B에 도시되어 있다. 이러한 조성 범위는 A에 도시된 조성 범위보다 특히 더 작은 Si 함량을 갖고 있다. 전술한 바와 같이, 도8의 B에 도시된 본 발명의 조성 범위는 열 인쇄 헤드용으로 이용되는 조성 범위(C)와 상이하고, 따라서 제조된 발열 부재들이 잉크 제트 기록 헤드와 동일함을 명확하게 나타내고 있다.

또한, 본 발명의 기판은 발열 저항층을 갖는 데, 상기 발열 저항층은 이 발열 저항층 사이에 개재된 상태에서 축열층/발열 저항층/보호층을 포함하는 적층 구조를 형성하도록 적어도 Ta-Si-N 막으로 구성되고, 다른 층들의 각각은 구조 원자로서 상기 발열 저항층의 구조 원자들 중 적어도 한 종류의 원자를 갖는 재료에 의해 형성되어 있다. 결과적으로, 층간 밀집도가 향상되고, 이러한 향상은 SST 시험 및 인쇄 내구성 시험에서 얻어진 그러한 우수한 특성들을 야기하는 것으로 고려된다.

이제, 다음으로 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드가 장착 가능한 잉크 제트 기록 장치의 일반 구조에 대해서 설명된다.

도9는 본 발명이 적용 가능한 잉크 제트 장치의 한 실시예의 외관을 도시한다. 기록 헤드(2200)는 캐리어(2120) 상에 장착되고, 캐리어는 구동 모터(2101)의 구동력에 의해 가이드(2119)를 따라 캐리어(2120)와 함께 화살표 a 및 b의 방향으로 왕복 운동한다. 캐리어(2120)는 규칙적으로 및 역으로 회전되는 구동 모터(2101)에 체결된 구동력 변속 기어(2102, 2103)를 통해 회전되는 리드 나사의 나선형 홈(2121)과 맞물려진다. 기록 매체 캐리어 장치(도시되지 않음)에 의해 플래튼(2106) 상에 이송되는 기록 용지(P)용으로 이용되는 용지 압력 판(2105)은 캐리어(2120)의 주행 방향으로 플래튼(2106) 상에 걸쳐 기록 용지에 압력을 제공한다.

참조 부호 2107 및 2108은 구동 모터(2101)의 회전 방향에 대해 스위치 조작하도록 상기 영역 내의 캐리어(2120)의 레버(2109)의 존재를 감지하는 홈 위치 감지 수단으로 기능하는 광커플러를 표시하고, 참조 부호 2110은 기록 헤드(2200)의 전표면을 감싸는 캡 부재(2111)를 지지하는 부재를 표시하며, 참조 부호 2112는 캡 내의 구멍(2113)을 통해 기록 헤드(2200)의 흡입 회수를 수행하는 캡 부재의 내부로부터 액체를 흡입하는 흡입 수단을 표시한다.

참조 부호 2114는 세척 블레이드(2115)를 표시하고, 참조 부호 2115는 전방 및 후방 이동 부재를 표시한다. 이러한 것들은 구멍의 본체를 지지하는 지지 판(2116)에 의해 지지된다. 세척 블레이드(2114)는 이러한 모드로 반드시 제한되는 것은 아니다. 공지된 세척 블레이드는 물론 이러한 구멍에 적용될 수 있다.

또한, 참조 부호 2117은 흡입 회수를 위해 흡입을 개시하는 레버를 표시하며, 이 레버는 캐리어(2120)와 맞물리는 캠(2118)의 운동을 따라 이동한다. 이러한 운동의 제어는 공지된 변속 수단에 의해 수행됨으로써, 클러치에 의해 구동 모터(2101)로부터의 구동력을 스위치 조작하게 된다. 전술한 각각의 기구의 구동을 제어하는 기록 제어기는 기록 장치(도시되지 않음)의 주 본체 측에 제공된다.

상기와 같이 구성된 잉크 제트 기록 장치(2100)는 기록 용지(P)의 전체 폭 상에서 기록 헤드(2200)가 왕복 운동하게 함으로써 기록 매체 캐리어 수단에 의해 플래튼(2106) 상에서 이송되는 기록 용지(P) 상에서 기록된다. 기록 헤드(2200)가 전술한 방법으로 제조되므로, 고속으로 고정밀도의 화상을 기록하는 것이 가능해진다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 잉크를 토출하기 위해 이용된 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재는 비저항치가 4000 μΩ·cm 이하인 Ta_xSi_yR_z(여기서, R : C, O, N 중에서 선택된 한 종류 이상의 원소, 및 x + y + z = 100)에 의해 표시되는 재료로 형성된 박막으로 구성됨으로써, 저항치의 변화가 더 작고 고화질을 제공하면서 신뢰성을 갖고 장시간 동안 연속적으로 이용하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따르면, 단 펄스의 인가에 의해 부재들이 구동되더라도, 잉크 제트 기록 헤드의 발열 부재가 바람직한 내구성을 유지하도록 하는 것이 가능해지므로, 장시간 동안 고화질의 기록 화상을 제공하게 된다.

본 발명의 잉크 제트 기록 헤드는 더 작은 도트의 형성에 대해 현저한 발열 저항 특성이 제공되는 것을 가능하게 하고, 잉크 제트 기록 헤드가 기록용으로 이용될 때, 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드는 고에너지 효율을 제공하고, 즉 발열을 억제함으로써 에너지 절감에 상당한 효과를 미친다.

잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 본 발명의 방법에 따르면, 전술한 효과들을 제공할 수 있는 액체 제트 헤드 뿐만 아니라 액체 제트 헤드를 이용하는 기판을 제조하는 것이 가능해진다.

Claims

잉크를 토출하는데 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재가 제공된 잉크 제트 기록 헤드용 기판에 있어서,

상기 발열 부재는 4000 μΩ·cm 이하의 비저항치를 갖는 Ta_xSi_yR_z로 표시되는 재료로 형성된 박막으로 구성되고, 여기서 R은 C, O, N 중에서 선택된 한 종류 이상의 원소이고, x + y + z = 100으로 되는 것을 특징으로 하는 기판.
제1항에 있어서, y/(x+y)는 상기 발열 부재에 대해 4 내지 35 at.%인 것을 특징으로 하는 기판.
제1항에 있어서, 상기 발열 부재는 Ta_xSi_yN_z로 형성되고, 여기서 x는 20 내지 80 at.%, y는 3 내지 25 at.%, z는 10 내지 60 at.%인 것을 특징으로 하는 기판.
제3항에 있어서, 상기 발열 부재는 Ta_xSi_yN_z로 형성되고, 여기서 x는 30 내지 60 at.%, y는 3 내지 15 at.%, z는 30 내지 60 at.%인 것을 특징으로 하는 기판.
제1항에 있어서, 상기 발열 저항층은 이 발열 저항층이 사이에 개재된 상태에서 축열층/발열 저항층/보호층을 포함하는 적층 구조를 형성하도록 적어도 Ta-Si-N 막으로 구성되고, 다른 층들의 각각은 구조 원자로서 상기 발열 저항층의 구조 원자들 중 적어도 한 종류의 원자를 갖는 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 기판.
잉크를 토출하는 잉크 토출구와, 잉크를 토출하는데 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재와, 상기 발열 부재를 내부에 포함하고 동시에 상기 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로가 제공되고,

상기 발열 부재는 4000 μΩ·cm 이하의 비저항치를 갖는 Ta_xSi_yR_z로 표시되는 재료로 형성된 박막으로 구성되고, 여기서 R은 C, O, N 중에서 선택된 한 종류 이상의 원소이고, x + y + z = 100으로 되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제6항에 있어서, y/(x+y)는 상기 발열 부재에 대해 4 내지 35 at.%인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제6항에 있어서, 상기 발열 부재는 Ta_xSi_yN_z로 형성되고, 여기서 x는 20 내지 80 at.%, y는 3 내지 25 at.%, z는 10 내지 60 at.%인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제8항에 있어서, 상기 발열 부재는 Ta_xSi_yN_z로 형성되고, 여기서 x는 30 내지 60 at.%, y는 3 내지 15 at.%, z는 30 내지 60 at.%인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제6항에 있어서, 상기 발열 저항층은 이 발열 저항층이 사이에 개재된 상태에서 축열층/발열 저항층/보호층을 포함하는 적층 구조를 형성하도록 적어도 Ta-Si-N 막으로 구성되고, 다른 층들의 각각은 구조 원자로서 상기 발열 저항층의 구조 원자들 중 적어도 한 종류의 원자를 갖는 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제6항에 있어서, 상기 잉크 유로에 잉크가 보유되고, 동시에 상기 발열 부재들은 잉크를 토출하기 위한 막 비등 이상의 열 에너지를 잉크에 제공하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
잉크를 토출하는 잉크 토출구와, 잉크를 토출하는데 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재와, 상기 발열 부재를 내부에 포함하고 동시에 상기 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로를 구비한 잉크 제트 기록 헤드와,

상기 잉크 제트 기록 헤드의 기록 헤드로부터 토출된 기록 매체 수용 잉크를 이송하기 위한 캐리어 수단이 제공되고,

상기 발열 부재는 4000 μΩ·cm 이하의 비저항치를 갖는 Ta_xSi_yR_z로 표시되는 재료로 형성된 박막으로 구성되고, 여기서 R은 C, O, N 중에서 선택된 한 종류 이상의 원소이고, x + y + z = 100으로 되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
잉크를 토출하는 잉크 토출구와, 잉크를 토출하는데 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재와, 상기 발열 부재를 내부에 포함하고 동시에 상기 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로가 제공된 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에 있어서,

상기 발열 부재들이 Ta-Si로 형성된 합금 타겟을 이용하고, 적어도 질소 가스, 산소 가스, 탄소 가스 및 아르곤 가스를 갖는 혼합 가스 대기에서 반응 스퍼터링 시스템에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드의 제조 방법.
잉크를 토출하는 잉크 토출구와, 잉크를 토출하는데 이용되는 열 에너지를 발생시키는 복수의 발열 부재와, 상기 발열 부재를 내부에 포함하고 동시에 상기 잉크 토출구와 안내 연결된 잉크 유로를 구비한 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에 있어서,

상기 발열 부재들이 Ta 및 Si로 형성된 2종류 이상의 타겟들을 이용하고, 적어도 질소 가스, 산소 가스, 탄소 가스 및 아르곤 가스를 갖는 혼합 가스 대기에서 이차원 코-스퍼터링 시스템에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드의 제조 방법.
제13항에 있어서, 질소 가스, 산소 가스 및 탄소 가스의 분압은 전체 혼합 가스에 대해 5% 이상 35% 이하인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드의 제조 방법.
제14항에 있어서, 질소 가스, 산소 가스 및 탄소 가스의 분압은 전체 혼합 가스에 대해 5% 이상 35% 이하인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 발열 부재는 Ta_xSi_yN_z로 형성되고, 여기서 x는 30 내지 60 at.%, y는 3 내지 15 at.%, z는 30 내지 60 at.%인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 발열 부재는 Ta_xSi_yN_z로 형성되고, 여기서 x는 30 내지 60 at.%, y는 3 내지 15 at.%, z는 30 내지 60 at.%인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드의 제조 방법.