KR100846348B1 - 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법 및 이 방법으로제조된 기판을 이용한 기록 헤드 제조 방법 - Google Patents

잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법 및 이 방법으로제조된 기판을 이용한 기록 헤드 제조 방법 Download PDF

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Abstract

보다 균질한 발열 저항층을 형성하기 위해, 본 발명은 절연층을 표면에 갖는 지지체와, 상기 지지체의 표면상에 배치된 한쌍의 전극층과, 상기 한쌍의 전극층 및 상기 한쌍의 전극층 사이 부분을 연속하여 피복하는 발열 저항층을 갖는 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 방법을 제공한다. 본 방법은 상기 지지체 상에 전극층을 형성하는 단계와 상기 전극층을 에칭함으로써 상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전극층을 에칭함으로써 상기 전극층의 부분을 형성하는 단계에서, 상기 한쌍의 절연층 사이에 위치된 절연층의 표면부를 에칭함으로써, 상기 절연층의 표면부에 오목부를 형성한다.
발열 저항층, 지지체, 전극층, 잉크 젯 기록 헤드용 기판, 절연층

Description

잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 기판을 이용한 기록 헤드 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING SUBSTRATE FOR INK JET RECORDING HEAD AND METHOD OF MANUFACTURING RECORDING HEAD USING SUBSTRATE MANUFACTURED BY THIS METHOD}
도 1은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 잉크 젯 기록 헤드용 기판의 모식적 평면도.
도 2는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 잉크 젯 기록 헤드용 기판의 일실시예의 모식적 단면도.
도 3은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 잉크 젯 기록 헤드용 기판의 다른 실시예의 모식적 단면도.
도 4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 잉크 젯 기록 헤드용 기판의 다른 실시예의 모식적 단면도.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e, 도 5f 및 도 5g는 본 발명의 일실시예인 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단계의 각 도면.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는 본 발명의 일실시예인 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 다른 방법을 설명하기 위한 단계의 각 도면.
도 7은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 헤드용 기판을 이용하여 제조된 잉크 젯 기록 헤드의 예에서 사용되는 액로 및 액실 형성용 홈을 갖는 상부 판의 모식적 투시도.
도 8은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 헤드용 기판을 이용하여 얻어진 잉크 젯 기록 헤드의 일례의 모식적 투시도.
도 9는 종래의 잉크 젯 기록 헤드용 기판의 일례의 걔략적인 단면도.
도 10은 종래의 잉크 젯 기록 헤드용 기판의 다른 예의 모식적 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 101 : 기판
102 : 축열층
103 : 전극층
104 : 발열 저항층
105 : 상부 절연 보호층
106 : 상부 금속 보호층
107 : 열 작용부(발열부)
109 : 전극층 테이퍼 각도
110 : 경계부
111 : 하부층의 테이퍼 각도
112 : 발열 저항층의 굴곡부
113 : 보호층의 굴곡부
114 : 전극층의 단부의 코너
본 발명은 잉크 젯 기록 헤드를 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 기판을 이용하여 기록 헤드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
액체를 토출하기 위해 제공된 오리피스 및 그 오리피스와 연통하여 액체 방울을 토출하기 위한 열 에너지가 그 액체에 작용하는 부분인 열 작용부(발열부)를 구성의 일부로 갖는 잉크 젯 기록 헤드가, 예를 들어, 일본국 특허공개공보 소60-159062호의 도 1 및 도 3에 기술되어 있다. 이 특허공개공보의 도 1에 대응하는 구조가 도 9에 도시된다. 이 구조에서, 도통되면 발열하는 발열 저항층(204)이 기판(200)의 하부층(202) 상에 설치되고, 하나의 발열부에 대해 한 쌍의 전극층(203)이 제공되어 있다. 또한, 발열 저항층(204)과 전극층(203) 상에 이 층들(204, 203)을 잉크로부터 보호하기 위해 절연 보호층(205)이 제공되어 있고, 잉크 발포(bubbling)에 의해 형성된 기포들이 소거할 때 발생하는 공동(cavitation)으로부터 절연 보호층(205)를 보호하기 위해 절연 보호층(205) 상에 금속 보호층(206)이 제공되어 있다. 일본국 특허공개공보 소60-159062호의 도 3에 대응하는 구조를 도 10에 도시한다. 이 구조는, 전극층(203)과 발열 저항층(204)의 수직 배치가 도 9의 배치와 반대인 것을 제외하고는, 도 9에 도시한 구조와 동일하다.
예를 들어, 도 9에서, 발열부(207)를 향하는 2개의 전극층(203)의 단부(203a)는 어느 정도의 경사를 갖는 방식으로 형성되어 있다. 그러나, 단부면 (203a)의 경사가 발열 저항층(204)에 수직으로 근접할수록, 단부면(203a)의 발열 저항층(204)으로부터의 직립 부분(210)을 피복하는 절연 보호층(205)에 점점더 많은 불완전 피복부가 형성되어, 절연 보호층이 종종 그 절연 기능을 발휘할 수 없게 될 수 있다. 따라서, 단부면(203a)의 경사가 발열 저항층(204)에 대하여 작은 각을 형성하도록 제공되며, 보다 예리한 각도의 단부면(203a)의 하단부(단면부(203a)의 경사의 선단부)가 깨져 버리거나, 전극층(203) 형성 동안에 발생하는 단부면(203a)의 하단부의 위치 정밀도의 오차 등에 기인하여, 한 쌍의 전극층(203)의 사이에 위치된 발열 저항층(204)(발열부)의 면적이 변동한다. 그 결과, 발열부(207)의 열량 값이 변동되어 버리는 것으로 된다. 이것은 보다 높은 등급의 기록 화상을 찾고자 할 때의 해결 과제이다.
도 10에서는, 하부층(202) 상에 발열부(207)를 끼워 한 쌍의 전극층(203)을 제공하여, 전극층(203) 상에 발열 저항층(204)을 제공한다. 이러한 구조에서는, 사용하는 재료 자체가 딱딱한 발열 저항층(204)은 비교적 딱딱한 층으로 전극층(203)을 피복하므로, 그 발열 저항층(204) 상에 형성된 절연 보호층(205)이 고온으로 형성되어도 전극층(203)의 열적 변형(예를 들어, 전극층을 알루미늄으로 형성한 경우 발생하는 힐록(hillock))을 발생하지 않는다. 따라서, 조밀하게 절연 보호층(205)을 형성할 수가 있어, 층 두께가 얇아 질 수 있다. 결과적으로, 발열부(207)로부터의 열이 보다 효율적으로 잉크에 전달될 수 있다.
그러나, 도 10의 구성에서도, 도 9의 구성의 경우와 같이, 전극층(203)의 단 부면(203a)의 선단 각도와 발열부 면적의 변동에 의해 제기된 문제에 부가하여, 단부면(203a)가 하부층(202)에 수직으로 근접할수록, 전극층(203) 상에 발열 저항층(204)이 형성되었을 때 단부면(203a)의 직립부(210)를 피복하는 발열 저항층(204)의 막질이 다른 부분보다도 악화되어 버리므로 다른 문제를 제기한다. 따라서, 한쌍의 전극층(203)과 발열 저항층(204)에 의해 구성되는 발열 저항체를 구동했을 때, 한쌍의 전극층(203)에 대향하는 단부면(203a)(하부층(202)에 대해 단차가 형성된 부분)에서의 발열 저항층에 전류 집중이 발생하여, 국부적으로 온도가 상승하여, 열스트레스가 발생될 수 있다. 이것이 문제를 제기한다. 이러한 문제들에 부가하여, 오늘날 요구가 증가하고 있는 고속, 고선명 기록에 적응하기 위해 고주파수로 연속적으로 발열 저항체를 구동한 경우, 더 강한 열스트레스가 발생하여 발열 저항층에 단선을 야기할 가능성이 높다.
본 발명의 목적은, 전극층을 피복하는 발열 저항층을 갖는 잉크 젯 기록 헤드용 기판에서의 열스트레스에 기인한 단선의 발생을 억제하고, 발열 저항체의 내구성을 향상시키는 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 방법 및 잉크 젯 기록 헤드를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 보호막을 얇게 만들어도 충분한 발열 저항체의 내구성을 확보할 수 있어서 발열 저항체에서 발생한 열을 효율적으로 잉크의 토출에 이용하여 전력을 절약하도록 발열 저항층을 피복하는 보호막의 단차 피복성(step coverage)을 개선한 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 방법 및 잉크 젯 기록 헤드를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 절연층을 표면에 갖는 지지체와, 그 지지체의 표면상에 배치된 한 쌍의 전극층과, 한쌍의 전극층과 한쌍의 전극층 사이 부분을 연속적으로 피복하는 발열 저항층을 갖는 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 방법 - 그 지지체 상에 전극층을 형성하는 단계 및 전극층을 에칭함으로써 한쌍의 전극층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계에서, 상기 한쌍의 절연층 사이에 위치된 절연층의 표면 위치를 에칭함으로써 상기 절연층의 표면 부분에 오목부(recess)를 형성함 - 및 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 사용하여 잉크 젯 기록 헤드를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 이후 필요하면 첨부 도면을 참조하면서 실시예들을 이용하여 구체적으로 기술될 것이다.
<실시예>
도 1은 본 발명에 따른 잉크 젯 기록 헤드용 기판의 구성을 도시한 모식적 평면도이며, 특히 헤드용 기판의 열 작용부(107) 부근의 영역을 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취해진 단면의 모식적 단면도이다.
도 2에 도시된 형태의 잉크 젯 기록 헤드용 기판에서는, 기판(101)의 표면에 형성된 하부층(축열층)(102) 상에 형성된 한쌍의 전극층(103)을 발열 저항층(104)이 피복하고, 하부층(102)에는 한쌍의 전극 층 간의 단면에 대응하는 위치에 오목부가 형성되어 있다.
전극층(103), 발열 저항층(104) 등으로 구성된 발열 저항체에 전력 공급함으 로써 한쌍의 전극층(103) 사이에 위치된 발열 저항층(104)에 발생한 열은, 열 작용부(107)로부터 잉크와 같은 액체로 전달된다.
이러한 구성에 따라서, 한쌍의 전극층(103) 사이의 하부층(102)의 부분에 형성된 오목부 내에서 발열 저항층(104)이 대략 U자 형상으로 굴곡하고 있다. 이러한 이유 때문에, 발열 저항층(104)의 전류 집중에 기인한 열스트레스가 가장 강하게 적용되는 부분(즉, 발열 저항층(104)의 전극층(103)의 단부(단차부)(103a)와 하부층(102) 간의 경계부(110)를 피복하는 부분)은 발열 저항층(104)의 막질이 상대적으로 열악한 굴골부(112)와 떨어져 있으므로, 발열 저항층(104)에 발생한 열스트레스에 의해 야기되는 발열 저항층(104)의 단선의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 전극층(103)의 단부(103a)에서 연속하는 하부층(102)의 부분(오목부의 벽면)에 테이퍼 각도(111)를 형성한 경우, 한쌍의 전극층(103) 간에 위치하는 발열 저항층(104)의 대략 U자형의 굴곡부(112)의 굴곡각이 보다 완만하게 된다. 따라서, 표면 부분에서의 발열 저항층(104)의 막질을 보다 좋게 할 수 있고, 토출 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이하의 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 기판을 형성함으로써, 굴곡부(112)의 구조를 보다 완만히 형성할 수 있으므로, 발열 저항층(104)에 발생하는 열스트레스에 기인한 발열 저항층(104)의 단선의 발생을 더 억제하고, 토출 내구성을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 이렇게 형성한 구조에서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 보호층의 굴곡부(113)의 형상이 도 2의 구조의 형상보다도 더 완만하게 되어, 보호층(105, 106)의 단차 커버리지가 도 2의 구성보다도 양호하게 된다. 이 러한 이유 때문에, 상부 절연 보호층의 막 두께가 더 감소되어 낮은 전력으로 발포함으로써 잉크 등의 액체를 토출할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전극층(103)의 단부(103a)에서의 테이퍼 형상의 각도(전극층 테이퍼 각도)(109)가 전극층(103)의 층의 기초인 지지체(하부층(102))의 테이퍼부에서의 테이퍼 각도(기초 테이퍼 각도)(111)보다 크고, 90도보다 작음을 보장함으로써, 하부층(102)의 테이퍼부를 피복하는 부분과 표면부에 연속하는 전극층(103)의 단부의 위를 피복하는 부분 간의 경계부(110)에서의 발열 저항층(104)가 도 2의 구성보다도 더 완만해 질 수 있다. 이 결과로서, 발열 저항층(104)의 표면부의 막질이 개선될 수 있기 때문에, 열스트레스에 기인한 단선의 발생이 더 억제될 수 있고, 토출 내구성이 더 개선될 수 있다. 하부층(102)에서의 테이퍼 각도(111)를 작게 할수록, 발열 저항층(104)의 표면부의 막질은 점점더 개선될 수 있으므로 바람직하다. 그러나, 전극층(103)의 단부에서의 테이퍼부의 테이퍼 각도(109)를 작게 할수록, 한쌍의 전극층(103) 간의 거리의 정밀도가 저하하여, 발열부(107)로서의 전기 특성에 변동이 더 발생하기 쉽게 된다. 따라서, 이 점에 주의를 요한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극층(103)의 전면부의 단부의 코너(114)를 곡면으로 하여 형성하면, 발열 저항층(104)을 피복하는 상부 절연 보호층(105) 및 상부 금속 보호층(106)의 단차 커버리지가 더 향상된다. 이러한 이유 때문에, 상부 절연 보호층(105) 및 상부 금속 보호층(106)의 막 두께를, 토출 내구성을 손상시키지 않고, 도 2 및 도 3의 구성인 경우보다 더 얇게 하는 것이 가능하다. 이 결과, 발열부(107)로부터의 열을 잉크에 전달할 때의 전력이 절약될 수 있다.
스퍼터 에칭에 의해 전극층(103)의 단부의 각(114)을 곡면으로 형성하고, 계속해서 이 스퍼터 에칭을 행한 장치 내에 발열 저항층(104)의 막을 형성함으로써, 제조 비용의 상승을 최소한으로 억제하면서, 발열 저항층(104)을 피복하는 상부 절연 보호층(105) 및 상부 금속 보호층(106)의 단차 커버리지를 개선시킬 수 있다.
다음으로, 상술된 바와 같은 구조 때문에 뛰어난 효과를 발휘할 수 있는 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 방법을 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e, 도 5f, 도 5g, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f를 참조하여 이하에 설명한다. 부수적으로, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e 및 도 5g는, 도 2에 도시된 구조의 제조 공정을, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는 도 3 및 도 4에 도시된 구조의 제조 공정을, 도 1의 2-2 라인을 따라 취한 단면을 이용하여 순차적으로 설명한 것이다.
먼저, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e 및 도 5g에 도시된 단계를 설명한다. 실리콘 기판(101) 상에 축열층(102)이 되는 SiO2층을 열 산화법에 의해서 1.0㎛ 두께로 형성하고(도 5a), 그 축열층(102) 상에 전극층(103)으로서 Al을 스퍼터링법으로 0.6㎛ 두께로 형성한다(도 5b). 그리고, 전극층(103) 상에 포토리소그래피법으로 레지스트를 원하는 형상으로 패터닝하여, 건식 에칭법으로 전극층(103)을 에칭함으로써, 원하는 배선 구조를 갖는 전극층(103)을 얻는다(도 5c). 이 에칭은, ECR 에칭 장치을 사용하여 수행된다. 에칭 조건에 대해서는, 가스압은 2.66 Pa이었고, Cl2/BCI2 가스가 사용되었으며, 마이크로파 전력은 100W 였다. 약 50초보다 약간 적은 에칭 시간동안, 전극층(103)의 패터닝 단부(103a)가 도 5(c)에 도시된 바와 같이 실질적으로 기판에 수직이 되도록 에칭이 수행되었다. 가스압을 낮춤으로써 다소 높은 진공 1.33 Pa이 달성되면, 전극층(103)의 에칭에 기인해 노출되는 축열층(102)이 오목형으로 에칭되기 시작한다. 전극층(103)은 주로 화학 건조에 의해 에칭되지만, 보다 높은 진공의 분위기에서 에칭이 수행되는 축열층(102)은 주로 스퍼터 에칭에 의해 에칭된다. 이러한 이유로, 전극층(103)의 단부(103a)에서 계속되는 축열층(102)의 단부는 테이퍼형의 일정한 각도를 갖는 경사면이 되어 에칭된다(도 5d).
다음으로, 패터닝한 전극층(103) 상에 발열 저항층(104)으로서 TaN 막을 스퍼터링법으로 0.04㎛ 두께로 형성한다(도 5e). 그리고, 포토리소그래피법으로 레지스트를 원하는 형상으로 패터닝하여, 건식 에칭법 또는 습식 에칭법으로 발열부(107)를 형성한다. 계속해서, 잉크로부터 전극층(103)과 발열 저항층(104)을 보호하기 위해 상부 절연 보호층(105)으로서 플라즈마 CVD법으로 SiN 막을 0.3㎛ 두께로 형성한다(도 5f). 또한, 기포가 소멸할 때에(기포 소멸시) 전극층(103), 발열 저항층(104) 및 상부 절연 보호층(105)이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 도 5g에 도시한 바와 같이, 금속 보호층(106)으로서 Ta 막을 0.2㎛ 두께로 형성했다. 부수적으로, 보호층은 단일 재질의 단층일 수 있으며, 또는 상술된 바와 같이, 예를 들어 Si3N4, SiO2, SiON, Ta2O5 등의 절연층(105)과 Ta 등의 공동 저항성을 향상시키기 위한 금속층(106)의 적층된 구성으로 해도 된다.
이와 같이 하여 발열부(107)를 갖는 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 형성했다.
다음으로, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f에 도시된 단계를 설명한다. 도 6a는 도 5b에 대응한다. 실리콘 기판(101) 상에 축열층(102)이 되는 1.0㎛ 두께의 SiO2 층을 열 산화법으로 형성하고, 그 축열층(102) 위에 0.6㎛ 두께를 갖는 전극층(103)으로서 Al을 스퍼터링법으로 형성했다. 계속해서, 포토리소그래피법으로 레지스트를 원하는 형상으로 패터닝하여, 건식 에칭법으로 전극층(103) 및 축열층(102)을 에칭했다. 이 에칭은 ECR 에칭 장치를 사용하여 수행되었다. 이 두 층의 단부의 테이퍼 각도를 형성하기 위해서, 에칭 조건은 가스압이 1.33 Pa이었고, Cl2/BCI2 가스가 사용되었고, 마이크로파 전력은 100W 였다(도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e 및 도 5g에 도시한 단계에서, 도 5d 이후의 건식 에칭 조건과 동일함). 전극층(103)을 에칭하는 데에는 120초가 걸렸고, 축열층(102)을 에칭하는 데에는 70초가 걸렸다. 상술한 바와 같이, 두 층의 단부는 화학 건식 에칭보다도 스퍼터 에칭으로 주로 에칭되었다. 이 때, 축열층(102)인 SiO2는 전극층(103)의 Al와 비교하여 에칭 속도가 느리기 때문에, 테이퍼 형상은 더 변동되고, 테이퍼 각도는 더 작아진다(도 6b). 본 실시예에서, 축열층(102)은 60도의 테이퍼 각도(111)를 갖고, 전극층(103)은 70도의 테이퍼 각도(109)를 갖는다. 이와 같이, 전극층(103)의 단부의 테이퍼 각도(109)를 축열층(102)의 단부의 테이퍼 각도(111) 보다 크게(90도보다는 작게) 함으로써, 전극층(103)의 단부(103a)로부터 축열층 (102)의 단부에 이르는 두 테이퍼부의 경계부(110)와 오목부 바닥의 굴곡부(112)에서의 발열 저항층(104)의 굴곡 각도의 변화를 더 감소시킬 수 있고, 발열 저항층(104)의 막질을 더 개선할 수 있었다.
부수적으로, 특정 에칭 조건하에서 에칭을 수행한 경우에도 전극층(103)의 테이퍼 각도(109)가 그 기초(축열층(102))의 테이퍼 각도(111)와 다르지 않은 경우에는, 전극층(103)과 그 전극층의 기초인 축열층(102)에 대해 다른 에칭 조건을 채택함으로써, 서로 다르게 할 수 있다.
또한, 전극층(103)의 에칭동안, 에칭 조건을 변화시켜, 전극층(103)의 단부의 테이퍼 각도(109)가 단계적으로 감소되도록 변화될 수 있다.
다음으로, 도 6b의 단계 후에, 도 5e, 도 5f 및 도 5g의 경우에서와 동일하게, 전극층(103) 상에 발열 저항층(104)으로서 0.04㎛ 막 두께의 TaN 막, 상부 절연 보호층(105)으로서 0.3㎛ 막 두께의 SiN 막, 그 상부 절연 보호층(105) 상에 금속 보호막(106)으로서 0.2㎛ 막 두께의 Ta 막을 각각 형성함으로써, 도 3에 도시된 구조의 발열 저항체를 갖는 잉크 젯 기록 헤드용 기판이 형성된다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 발열 저항층(104)의 형성 전에, Ar 가스에서 기판(100)에 100W의 고주파를 적용시킴으로써, 기판(100)의 전극층(103) 측을 20초동안 스퍼터 에칭하면, 스퍼터링 특성, 즉, 돌기부가 빠르게 에칭되기 때문에, 전극층(103)의 Al 전극층 단차 상부의 코너부(114)가 다른 부분보다 빠르게 에칭되기 때문에, 코너부(114)가 둥글게 된다. 즉, 획득된 구조에서, 전극층(103)의 단부 경사면과 전극층의 상면에 의해 형성된 코너부(114)는 전극층(103)의 단부보다도 큰 경사를 갖는다. 코너부(114)를 둥근 곡면으로 형성하는 단계와 그 후에 스퍼터링 장치를 사용하여 전극층(103) 상에서의 발열 저항층(104)의 막 형성 단계를 수행함으로써, 큰 비용 상승을 방지할 수 있다.
이 방식으로, 도 6c의 단계 후에, 도 5e, 도 5f 및 도 5g의 경우에서와 동일한 방식으로, 전극층(103) 상에 발열 저항층(104)으로서 0.04㎛ 막 두께의 TaN 막(도 6d), 상부 절연 보호막(105)으로서 0.3㎛ 막 두께의 SiN 막(도 6e)을 형성하고, 그 상부 절연 보호막(105) 상에 금속 보호막(106)으로서 0.2㎛ 막 두께의 Ta 막(도 6f)을 더 형성함으로써, 도 4에 도시한 구조의 발열 저항체를 구비한 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 형성했다.
이런 방식으로, 전극층 단차 상부의 코너부(114)를 둥글게 함으로써 상부 보호층(105) 및 금속 보호층(106)에 의한 커버리지가 향상된다. 이것은, 전극층 단차 상부의 코너부(114)에서의 각 보호층의 이상 성장이 발생하지 않으므로 이상 성장에 기인한 성막 불량을 나타내는 부분이 발생하지 않기 때문이며, 각 보호층이 비교적 균일하게 전극층 단차부에 형성되기 때문이다. 이런 이유로, 각 보호층 아래의 전극층(103)으로의 잉크 침식에 기인한 단선의 발생을 방지할 수 있으므로, 각 보호막(105, 106)을 비교적 얇게 형성하는 것이 가능하게 된다.
부가적으로, 전극층 코너부에 예각을 갖는 부분이 없으면 좋다. 전극층의 코너부에 조금이라도 둥근 부분이 있으면, 그 둥근 부분의 정도에 따른 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 상술된 제조 방법에 의해 제조된 헤드용 기판을 사용하여 얻어지는 잉크 젯 기록 헤드를 구성하는 액로 및 액실 형성용 홈을 갖는 상부판의 모식적 투시도이고, 도 8은 상술된 제조 방법에 의해 제조된 헤드용 기판과 도 7의 상부판을 이용하여 조립되는 잉크 젯 기록 헤드의 모식적 투시도이다.
도 8에 도시된 잉크 젯 기록 헤드는, 기판(101) 상에 전술된 바와 같은 보호층(105, 106)이 제공된 열 에너지 발생 수단(열 작용부(107))를 갖는 기판(100)을 형성한 후, 열 에너지 발생 수단 각각에 대응하는 액로(17)와 상기 액로와 연통하는 액체 토출구(21)를 제공하기 위해서 형성된 홈(18)을 갖는 상부판(16)(도 7)을 기판(100)에 결합함으로써 도 8에 도시된 잉크 젯 기록 헤드를 얻는다. 부가적으로, 공통 액실(19)에는, 필요에 따라 액 공급관(20)이 접속되어, 액 공급관(20)을 통하여 잉크 등의 액체가 헤드 내에 도입된다. 전극(11, 12)은 상술된 한쌍의 전극층 각각과 도통함으로써, 열 작용부(발열부)(107)에 잉크 토출을 위한 에너지 전력을 공급한다.
부수적으로, 액체 토출부(21), 액로(17) 등의 형성시, 상부판(16)의 사용은 반드시 필요한 것은 아니고, 이러한 구성요소들은 감광성 수지 등의 패터닝에 의해 형성해도 된다. 또한, 본 발명은 상술된 것으로서 복수의 액체 토출구를 갖는 멀티 어레이 타입의 잉크 젯 기록 헤드에만 한정되는 것이 아니고, 하나의 액체 토출구를 갖는 싱글 어레이 타입의 잉크 젯 기록 헤드에도 물론 적용될 수 있다.
이 헤드를 이용하여 잉크의 토출 내구성 시험을 수행했다. 상부 절연 보호층(105)의 막 두께가 전극층(103)의 1/2의 막 두께일지라도, 1×109 펄스보다 적지 않은 토출 신호의 입력 후에라도 발열 저항층(104)의 단선이 없고, 도 10에 도시한 종래 구성의 헤드보다도 펄스 내구 수명이 연장되었다.
이것은, 본 실시예의 구성, 발열 저항층(104)의 전류 집중에 의한 열스트레스가 가장 강한 부분(즉, 전극층(103)의 단부와 축열층(102) 간의 경계부(전극층의 단차부)(110)를 피복하는 발열 저항층(104)의 부분)과, 발열 저항층(104)의 막질이 비교적 나쁜 굴곡부(112)와 비교적 떨어져 있는 구성이기 때문이며, 상기 한쌍의 전극층(104)의 단부에서의 테이퍼 형상의 각도(전극층 테이퍼 각도)(109)를 전극층의 기초인 지지체(축열층(102))의 테이퍼부에서의 테이퍼 각도(기초테이퍼 각도)(111)보다도 크게 함으로써, 전극층(103)의 단부와 축열층(102)의 테이퍼부와의 경계부(110)를 피복하는 발열 저항층(104)의 단면부의 막질이 개선될 수 있기 때문이다. 이 결과로서, 열스트레스에 기인한 표면부에서의 단선의 발생을 더 억제할 수 있어, 토출 내구 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성에서는 보호층(105, 106)의 굴곡부(113)의 형상이 더 완만해 진다. 전극층(103)의 코너부(114)를 둥글게 함으로써, 보호층(105, 106)의 단차 커버리지가 개선되고, 상부 절연 보호층(105)의 막 두께를 더 얇게함으로써, 열 작용부(107)에서 발생한 열이 효율적으로 잉크 등의 액체에 전달된다. 따라서, 보다 낮은 전력으로 기포를 야기함으로써 액체를 토출할 수 있다.

Claims (20)

  1. 지지체와, 상기 지지체의 표면 상에 배치된 한쌍의 전극층과, 상기 한쌍의 전극층과 한쌍의 전극층 사이 부분을 연속적으로 피복하는 발열 저항층을 갖는 잉크 젯 기록 헤드용 기판을 제조하는 방법으로서,
    상기 지지체 상에 전극층을 형성하는 단계;
    상기 전극층을 에칭함으로써, 상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 한쌍의 전극층 사이에 위치된 지지체의 표면부를 에칭함으로써, 상기 지지체의 표면 부분에 오목부를 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계에서, 상기 전극층의 단부로부터 연속하는 상기 지지체의 오목부의 부분에 테이퍼 형상을 형성하는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계에서, 서로 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부에 테이퍼 형상을 형성하는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극층의 단부에서의 테이퍼 형상을 상기 지지체에서의 테이퍼 형상보다 더 큰 각도를 갖는 방식으로 형성하는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에칭은 드라이 에칭이고, 상기 테이퍼 형상을 형성하는 건식 에칭 동안의 에칭 분위기가 상기 테이퍼 형상을 형성하지 않는 건식 에칭 동안의 에칭 분위기보다 더 높은 진공도를 갖는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에칭 분위기에서, 상기 지지체의 에칭 속도가 상기 전극층의 에칭 속도보다 더 낮은 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계 후에, 스퍼터 에칭에 의해 서로에 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부의 코너부를 둥글게 하는 단계와, 상기 한쌍의 전극층과 상기 한쌍의 전극층 사이 부분 상에 상기 발열 저항층을 형성하는 단계와, 상기 발열 저항층을 피복하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제4항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계 후에, 스퍼터 에칭에 의해 서로에 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부의 코너부를 둥글게 하는 단계와, 상기 한쌍의 전극층과 상기 한쌍의 전극층 사이 부분 상에 상기 발열 저항층을 형성하는 단계와, 상기 발열 저항층을 피복하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제6항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계 후에, 스퍼터 에칭에 의해 서로에 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부의 코너부를 둥글게 하는 단계와, 상기 한쌍의 전극층과 상기 한쌍의 전극층 사이 부분 상에 상기 발열 저항층을 형성하는 단계와, 상기 발열 저항층을 피복하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  10. 잉크를 토출하기 위한 토출구와, 상기 토출구에 대응하여 제공되고 잉크 토출시에 이용되는 열 에너지를 발생하는 열 에너지 발생 수단 - 상기 열 에너지 발생 수단은, 지지체의 표면 상에 배치되는 한쌍의 전극층과, 상기 한쌍의 전극층 및 상기 한쌍의 전극층 사이 부분을 연속적으로 피복하는 발열 저항층을 가짐 - 을 갖는 잉크 젯 기록 헤드의 제조 방법으로서,
    상기 지지체 상에 전극층을 형성하는 단계;
    상기 전극층을 에칭함으로써, 상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계;
    상기 열 에너지 발생 수단으로부터 열 에너지를 받음으로써 상기 토출구로부터 잉크를 토출시키기 위한 액로를 형성하는 단계; 및
    상기 한쌍의 전극층 사이에 위치된 상기 지지체의 표면부를 에칭함으로써, 상기 지지체의 표면부에 오목부를 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계에서, 상기 전극층의 단부로부터 연속하는 상기 지지체의 오목부의 부분에 테이퍼 형상을 형성하는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제10항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계에서, 서로 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부에 테이퍼 형상을 형성하는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서,
    상기 전극층의 단부에서의 테이퍼 형상을 상기 지지체에서의 테이퍼 형상보다 큰 각도를 갖는 방식으로 형성하는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제13항에 있어서,
    상기 에칭은 건식 에칭이고, 상기 테이퍼 형상을 형성하는 건식 에칭 동안의 에칭 분위기가 상기 테이퍼 형상을 형성하지 않는 건식 에칭 동안의 에칭 분위기보다 더 높은 진공도를 갖는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제14항에 있어서,
    상기 에칭 분위기에서, 상기 지지체의 에칭 속도가 상기 전극층의 에칭 속도보다 더 낮은 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제10항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계 후에, 스퍼터 에칭에 의해 서로 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부의 코너부를 둥글게 하는 단계와, 상기 한쌍의 전극층과 상기 한쌍의 전극층 사이 부분 상에 발열 저항층을 형성하는 단계와, 상기 발열 저항층을 피복하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제13항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계 후에, 스퍼터 에칭에 의해 서로 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부의 코너부를 둥글게 하는 단계와, 상기 한쌍의 전극층과 상기 한쌍의 전극층 사이 부분 상에 발열 저항층을 형성하는 단계와, 상기 발열 저항층을 피복하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제15항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층을 형성하는 단계 후에, 스퍼터 에칭에 의해 서로 대향하는 상기 한쌍의 전극층의 단부의 코너부를 둥글게 하는 단계와, 상기 한쌍의 전극층과 상기 한쌍의 전극층 사이 부분 상에 발열 저항층을 형성하는 단계와, 상기 발열 저항층을 피복하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
  19. 제1항, 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체는 절연층인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 기록 헤드용 기판 제조 방법.
  20. 청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제10항, 또는 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체는 절연층인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 기록 헤드 제조 방법.
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