KR20060069477A - 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드의 제조방법 - Google Patents

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드의 제조방법 Download PDF

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KR20060069477A
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미노루 고오노
오사무 다떼이시
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들어 서멀 방식에 의한 잉크젯 프린터에 적용하고, 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감할 수 있도록 한다. 본 발명은 드라이 에칭을 이용한 패터닝에 의해 배선 패턴(44)을 형성하고, 상기 배선 패턴(44)을 절연 보호층(40)에 마련된 개구에 의한 콘택트부(41)를 거쳐서 발열 소자(39)에 접속한다.
잉크젯 프린터, 배선 패턴, 절연 보호층, 발열 소자, 콘택트부

Description

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드의 제조 방법 {LIQUID EJECTION HEAD, LIQUID EJECTOR AND PROCESS FOR MANUFACTURING LIQUID EJECTION HEAD}
본 발명은 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들어 서멀 방식에 의한 잉크젯 프린터에 적용할 수 있다. 본 발명은, 드라이 에칭을 이용한 패터닝에 의해 배선 패턴을 형성하고, 상기 배선 패턴을 절연 보호층에 마련된 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 발열 소자에 접속함으로써, 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감시킬 수 있다.
최근, 화상 처리 등의 분야에 있어서, 하드 카피의 색채화에 대한 필요성이 높아지고 있다. 이 필요성에 대해, 종래 승화형 열전사 방식, 용융 열전사 방식, 잉크젯 방식, 전자 사진 방식 및 열현상 은염 방식 등의 컬러 카피 방식이 제안되어 있다.
이들 방식 중 잉크젯 방식은, 액체 토출 헤드인 프린터 헤드에 설치된 노즐로부터 기록액(잉크)의 액적을 비상시키고, 기록 대상에 부착하여 돗트를 형성하는 것이며, 간이한 구성에 의해 고화질의 화상을 출력할 수 있다. 이 잉크젯 방식은, 노즐로부터 잉크 액적을 비상시키는 방법의 차이에 따라, 정전 인력 방식, 연속 진동 발생 방식(피에조 방식) 및 서멀 방식으로 분류된다.
이들 방식 중 서멀 방식은, 잉크의 국소적인 가열에 의해 기포를 발생하고, 이 기포에 의해 잉크를 노즐로부터 압출하여 인쇄 대상에 비상시키는 방식이며, 간이한 구성에 의해 컬러 화상을 인쇄할 수 있도록 이루어져 있다.
이러한 서멀 방식에 의한 프린터 헤드는, 잉크를 가열하는 발열 소자가 발열 소자를 구동하는 로직 집적 회로에 의한 구동 회로와 함께 일체적으로 반도체 기판 상에 형성된다. 이에 의해 이러한 종류의 프린터 헤드에 있어서는, 발열 소자를 고밀도로 배치하여 확실하게 구동 가능하도록 이루어져 있다.
즉, 이 서멀 방식의 프린터에 있어서 고화질의 인쇄 결과를 얻기 위해서는, 발열 소자를 고밀도로 배치할 필요가 있다. 구체적으로, 예를 들어 600 [DPI] 상당의 인쇄 결과를 얻기 위해서는, 발열 소자를 42.333 [㎛] 간격으로 배치하는 것이 필요해지지만, 이와 같이 고밀도로 배치한 발열 소자에 개별의 구동 소자를 배치하는 것은 매우 곤란하다. 이에 의해, 프린터 헤드에서는 반도체 기판 상에 스위칭 트랜지스터 등을 작성하여 집적 회로 기술에 의해 대응하는 발열 소자와 접속하고, 또한 마찬가지로 반도체 기판 상에 작성한 구동 회로에 의해 각 스위칭 트랜지스터를 구동함으로써, 간이하고 또한 확실하게 각 발열 소자를 구동할 수 있도록 이루어져 있다.
또한, 서멀 방식에 의한 프린터에 있어서는, 발열 소자로의 소정 전력의 인가에 의해 잉크에 기포가 발생하고, 노즐로부터 잉크가 튀어나가면 이 기포가 소멸 된다. 이에 의해, 기포 발생, 기포 소멸을 반복할 때마다 캐비테이션에 의한 기계적인 충격을 받는다. 또한 프린터는, 발열 소자의 발열에 의한 온도 상승과 온도 하강이, 단시간[수 μ초]에 반복되고, 이에 의해 온도에 의한 큰 스트레스를 받는다.
이로 인해, 프린터 헤드는 반도체 기판 상에 발열 소자가 형성되고, 이 발열 소자 상에 절연 보호층이 형성되어 이 절연 보호층에 의해 발열 소자가 잉크로부터 보호된다. 또한, 이 절연 보호층의 상층에 금속 보호층이 형성되고, 이 금속 보호층에 의해 캐비테이션에 의한 기계적인 충격이 완화되어, 또한 발열 소자로부터의 열을 잉크에 전파할 때에 잉크 성분에 의한 화학 반응이 억제된다. 이들에 의해 프린터 헤드는, 이들 절연 보호층, 금속 보호층에 의해 발열 소자를 보호하여 신뢰성을 확보하도록 이루어져 있다.
프린터 헤드는, 이러한 절연 보호층, 금속 보호층의 막 두께를 두껍게 하면 신뢰성을 향상시킬 수 있지만, 발열 소자의 열을 효율적으로 잉크에 전파할 수 없게 된다. 이로 인해, 프린터 헤드에 있어서는 발열 소자의 저항치, 형상에 따라서 이들 절연 보호층, 금속 보호층의 구성 재료 및 이 구성 재료의 막 두께를 설정하도록 이루어지고, 또한 이들 설정에 의해 구성되는 프린터 헤드에 대해 다양한 조건에 의해 발열 소자를 구동하여 잉크를 안정적으로 토출할 수 있는 조건 등이 요구되고, 이 조건의 범위에서 발열 소자의 구동 조건이 설정되도록 이루어져 있다.
구체적으로, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-80077호 공보에 있어서는, 실리콘 질화막과 실리콘 탄화막에 의한 절연 보호층을 막 두께 355 내지 435 [nm]의 범위로 설정하고, 직사각형 파형상의 구동 신호에 의해 1.0 내지 1.4 [μJ]로 발열 소자를 구동하는 방법이 제안되도록 이루어져 있다. 또한 일본 특허 공개 제2001-130003호, 일본 특허 공개 제2001-130005호 공보에 있어서는, 실리콘 질화막에 의한 절연 보호층을 막 두께 260 내지 340 [nm]의 범위로 설정하고, 또한 이 절연 보호층과 금속 보호층에 의한 전체의 막 두께를 630 [nm] 이하로 설정하고, 1.2 [μs] 폭 이하의 구동 신호로 발열 소자를 구동하는 방법이 제안되도록 이루어져 있다.
이러한 구성에 관한 프린터 헤드에 있어서는, 기포의 압력에 의해 발열 소자 상에 설치하여 이루어지는 노즐로부터 잉크 액적을 압출하는 이른바 페이스 슈터 타입의 것이며, 종래 발열 소자에 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층인 배선 패턴이, 적층한 배선 패턴 재료를 드라이 에칭 공정과 습윤 공정에 의해 패터닝하여 형성된다.
즉, 이러한 종류의 프린터 헤드(1)는, 도1의 (a)에 도시한 바와 같이 반도체 소자가 작성되어 이루어지는 반도체 기판(2) 상에 절연층(SiO2) 등이 적층된 후, 발열 소자(3)가 형성된다. 계속해서 도1의 (B)에 도시한 바와 같이, 알루미늄 등에 의한 배선 패턴 재료층(4)이 퇴적되고, 드라이 에칭 공정에 의해 배선 패턴 재료층(4)이 가공되어 배선 패턴(5)이 형성된다.
이 때 프린터 헤드(1)에 있어서는, 발열 소자(3) 상의 배선 패턴 재료층(4)을 남겨 두도록 하여 배선 패턴(5)이 작성된다. 프린터 헤드(1)는, 계속해서 도1 의 (C)에 도시한 바와 같이, 이 발열 소자(3) 상에 남겨진 부위를 에칭 가능하게 포토 레지스트층(6)이 형성되고, 인산, 초산을 주성분으로 하는 약액을 이용한 습윤 에칭 공정에 의해 발열 소자(3) 상에 남겨진 배선 패턴 재료층(4)이 제거된다. 이에 의해, 프린터 헤드(1)는 도1의 (D)에 도시한 바와 같이 발열 소자(3)의 단부에서 배선 패턴(5)과 발열 소자(3)가 포개져 배선 패턴(5)에 발열 소자(3)가 접속되고, 또한 이 배선 패턴(5)을 거쳐서 발열 소자(3)를 구동하는 반도체 소자 등에 발열 소자(3)가 접속된다.
이 때, 프린터 헤드(1)에 있어서는 발열 소자(3)와 배선 패턴(5)이 포개짐으로써 표면에 단차가 생기지만, 이 단차의 벽면이 되는 배선 패턴(5)의 단부에 있어서는 테이퍼 형상으로 에칭되고, 이에 의해 이러한 벽면의 부분에 있어서 그 후 상층에 차례로 형성되는 절연 보호층(7), 금속 보호층(8)의 피복성(스텝 커버리지)이 향상되도록 이루어져 있다.
프린터 헤드(1)는, 계속해서 도1의 (E)에 도시한 바와 같이 질화 실리콘(Si3N4)에 의한 절연 보호층(7), 또는 질화 실리콘과 탄화 실리콘이 이루는 절연 보호층(7)이 적층되고, 또한 이 상층에 정방정(正方晶) 구조인 β-탄탈에 의해 금속 보호층(8)이 형성된다. 프린터 헤드(1)는, 계속해서 소정 부재를 배치함으로써 잉크 액실, 잉크 유로 및 노즐이 형성되어 작성되도록 이루어져 있다.
그리고 드라이 에칭 공정과 습윤 공정에 의한 배선 패턴의 작성에 있어서는, 배선 패턴(5)의 막 두께가 두꺼우면 도1에 있어서 부호 A에 의해 둘러싸인 부분을 도2에 확대하여 도시한 바와 같이, 발열 소자(3)를 노출시킬 때의 습윤 에칭 공정에 있어서 배선 패턴(5)이 국소적으로 요철 형상에 의해 형성된다. 또한 도2에 도시한 예에서는, 배선 패턴(5)을 막 두께 0.5 [㎛] 정도에 의해 작성한 경우이다.
즉, 약액에 의한 습윤 에칭은 하층의 발열 소자(3)의 표면에의 손상을 방지하여 배선 패턴 재료층(4)만 선택적으로 패터닝할 수 있지만, 가공 대상인 배선 패턴(5)의 막 두께가 두꺼우면 단차를 형성하는 벽면의 부분을 불균일하게 에칭하고, 이에 의해 프린터 헤드(1)에서는 이러한 벽면의 부분에 있어서의 배선 패턴(5)이 요철 형상에 의해 형성된다. 프린터 헤드(1)에서는, 이와 같이 하여 배선 패턴(5)이 요철 형상에 의해 형성되면, 이 상층에 절연 보호층(7), 금속 보호층(8)이 배선 패턴(5)의 요철 형상에 따라 똑같이 차례로 형성되고, 또한 화살표 B에 의해 나타낸 바와 같이 절연 보호층(7)과 배선 패턴(5)의 계면에 보이드가 발생하여 신뢰성이 열화되는 문제가 있다.
이에 대해, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-130003호 공보에 있어서는, 배선 패턴을 막 두께 0.18 내지 0.24 [㎛]의 범위로 설정하여 이러한 벽면의 부분을 정밀도 좋게 작성하는 방법이 제안되도록 이루어져 있다. 프린터 헤드(1)에 있어서는, 이 방법을 적용하여 배선 패턴의 막 두께를 얇게 하면, 도2와의 대비에 의해 도3에 도시한 바와 같이 이러한 벽면의 부분을 정밀도 좋게 작성할 수 있지만, 배선 패턴(5) 자체의 취약화가 현저해지는 동시에, 배선 패턴(5)의 저항치가 상승한다. 구체적으로 예를 들어 일본 특허 공개 제2002-355971호 공보에 있어서는, 배선 패턴(5)을 막 두께 0.2 [㎛]에 의해 작성한 경우에 배선 패턴(5)의 저항치 및 배선 패턴(5)의 저항치에 트랜지스터의 온 저항도 포함한 전체의 기생 저항치를 각각 측정한 바, 배선 패턴(5)의 저항치는 8 [Ω], 기생 저항치는 25 [Ω]이었던 것이 기재되어 있다. 이에 의해, 이 경우 발열 소자(3)의 저항치 53 [Ω]을 가한 발열 소자(3)의 구동에 이용하는 전체의 저항치에 대해 기생 저항치가 약 1/3을 차지하게 된다. 이에 의해, 이들 일본 특허 공개 제2001-130003호 공보, 일본 특허 공개 제2002-355971호 공보에 개시된 방법의 적용에 있어서는, 발열 소자(3)의 구동에 이용하는 전력의 손실이 배선 저항에 의해 증대되고, 이에 의해 잉크의 토출에 관한 발열 소자(3)의 구동 전력이 증대되는 문제가 있다.
또한 종래의 배선 패턴 작성 공정에 있어서는, 에칭 가스에 의한 드라이 에칭 공정과 약액에 의한 습윤 에칭 공정을 병용해야만 해, 그 만큼 프린터 헤드의 제조에 시간을 필요로 하는 문제도 있다. 덧붙여, 이 문제는 일본 특허 공개 제2002-79679호 공보에 있어서도 지적되어 있다.
이 문제를 해결하는 하나의 방법으로서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2000-108355호 공보에 있어서는 드라이 에칭 공정에 의해서만 배선 패턴을 에칭 처리하여 작성하는 방법이 제안되도록 이루어져 있다. 그러나, 이 방법에 의해 작성되는 프린터 헤드는 기포의 압력에 의한 압력파를 전파시켜, 발열 소자의 바로 위 이외의 부분에 형성된 노즐로부터 액적을 압출하는 이른바 에지 슈터 타입의 것이며, 또한 발열 소자가 다결정 실리콘에 의해 작성됨으로써 이 발열 소자 상에 절연 보호층, 금속 보호층에 의한 2 내지 3 [㎛] 정도의 단차가 발생되어 있어도 아무런 문제가 없는 것이다. 이에 대해, 페이스 슈터 타입의 프린터 헤드에 있어서는 이 방법에 의해 작성하여, 이와 같은 심한 단차가 생기면 발열 소자의 열을 효율적으로 잉크에 전파할 수 없게 되어, 이에 의해 일본 특허 공개 제2000-108355호 공보에 개시된 방법의 적용에 있어서는, 실용상 아직 불충분한 결점이 있다.
본 발명은 이상의 점을 고려하여 이루어진 것으로, 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감시킬 수 있는 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드의 제조 방법을 제안하고자 하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 있어서는, 액실에 유지한 액체를 가열하는 발열 소자와, 발열 소자를 구동하는 반도체 소자가 소정의 기판 상에 일체적으로 유지되고, 발열 소자의 구동에 의해 소정의 노즐로부터 액체의 액적을 튀어나가게 하는 액체 토출 헤드에 적용하여, 발열 소자의 액실측에, 발열 소자를 액체로부터 보호하는 절연 보호층, 발열 소자에 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층이 차례로 배치되고, 금속 배선층은 절연 보호층에 마련된 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 발열 소자에 접속되고, 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 형성되어 이루어지도록 한다.
본 발명의 구성에 의해, 액실에 유지한 액체를 가열하는 발열 소자와, 발열 소자를 구동하는 반도체 소자가 소정의 기판 상에 일체적으로 유지되고, 발열 소자의 구동에 의해 소정의 노즐로부터 액체의 액적을 튀어나가게 하는 액체 토출 헤드에 적용하여, 발열 소자의 액실측에, 발열 소자를 액체로부터 보호하는 절연 보호층, 발열 소자에 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층이 차례로 배치되고, 금속 배선층은 절연 보호층에 마련된 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 발열 소자에 접속되고, 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 형성되어 이루어짐으로써 에칭 가스에 의한 발열 소자에의 손상이 방지되어, 금속 배선층에 의한 단차의 벽면이 정밀도 좋게 작성된다. 이에 의해, 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감시킬 수 있다.
또한 본 발명에 있어서는, 액체 토출 헤드에 설치된 발열 소자의 구동에 의해 액적을 튀어나가게 하는 액체 토출 장치에 적용하여, 액체 토출 헤드가, 액실에 유지한 액체를 가열하는 발열 소자와, 발열 소자를 구동하는 반도체 소자가 소정의 기판 상에 일체적으로 유지되고, 발열 소자의 액실측에, 발열 소자를 액체로부터 보호하는 절연 보호층, 발열 소자에 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층이 차례로 배치되고, 금속 배선층은 절연 보호층에 마련된 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 발열 소자에 접속되어 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 형성되어 이루어지도록 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감시킬 수 있는 액체 토출 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서는, 액실에 유지한 액체를 가열하는 발열 소자와, 발열 소자를 구동하는 반도체 소자가 소정의 기판 상에 일체적으로 유지되고, 발열 소자의 구동에 의해 소정의 노즐로부터 액체의 액적을 튀어나가게 하는 액체 토출 헤드의 제조 방법에 적용하여, 발열 소자의 액실측에, 발열 소자를 액체로부터 보호하는 절연 보호층, 발열 소자에 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층을 차례로 배치하고, 금속 배선층을, 절연 보호층에 마련한 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 발열 소자에 접속하여, 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 형성한다.
본 발명의 구성에 따르면, 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감시킬 수 있는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감시킬 수 있다.
도1의 (A), 도1의 (B), 도1의 (C), 도1의 (D) 및 도1의 (E)는, 종래의 프린터 헤드의 작성의 설명에 이용하는 단면도이다.
도2는 도1의 프린터 헤드에 있어서의 배선 패턴의 패터닝의 설명에 이용하는 단면도이다.
도3은 배선 패턴의 패터닝에 의한 다른 예를 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 프린터를 도시한 사시도이다.
도5는 도4의 프린터 헤드에 있어서의 헤드 칩의 배열 구성을 도시한 평면도이다.
도6은 도4의 프린터 헤드를 도시한 단면도이다.
도7의 (A) 및 도7의 (B)는 도6의 프린터 헤드의 작성 공정의 설명에 이용하는 단면도이다.
도8의 (A) 및 도8의 (B)는 도7의 (B)의 계속을 도시한 단면도이다.
도9의 (A) 및 도9의 (B)는 도8의 (B)의 계속을 도시한 단면도이다.
도10은 도9의 (B)의 계속을 도시한 단면도이다.
도11은 도10의 계속을 도시한 단면도이다.
도12는 도6의 프린터 헤드에 있어서의 잉크 토출 속도의 설명에 이용하는 특성 곡선도이다.
도13의 (A), 도13의 (B), 도13의 (C) 및 도13의 (D)는 배선 패턴의 작성의 설명에 이용하는 단면도이다.
도14의 (A), 도14의 (B), 도14의 (C) 및 도14의 (D)는 본 발명의 제2 실시예에 관한 프린터에 적용되는 프린터 헤드의 작성 공정의 설명에 이용하는 단면도이다.
[부호의 설명]
1, 19, 59 : 프린터 헤드
2, 31 : 기판
3, 39 : 발열 소자
4, 43 : 배선 패턴 재료층
5, 37, 44 : 배선 패턴
6 : 포토 레지스트층
7, 40, 45 : 절연 보호층
8, 46 : 금속 보호층
11 : 프린터
12 : 하우징
13 : 용지
14 : 용지 트레이
15, 16, 17 : 롤러
18 : 헤드 카트리지
20 : 홀더
21 : 잉크 유로
22 : 헤드 칩
23 : 노즐
24 : 접속용 패드
32 : 소자 분리 영역
33, 34 : 트랜지스터
35, 38 : 절연막
36 : 콘택트 홀
41 : 콘택트부
42 : 비아 홀
51 : 드라이 필름
52 : 잉크 액실
53 : 노즐 플레이트
60 : 에칭 보호층
이하, 적절히 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세하게 서술한다.
(1) 실시예의 구성
도4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 프린터를 도시한 사시도이다. 이 라인 프린터(11)는 전체가 직사각형인 하우징(12)에 수납되어 형성되고, 인쇄 대상인 용지(13)를 수납한 용지 트레이(14)를 이 하우징(12)의 정면에 형성된 트레이 출입구로부터 장착함으로써, 용지(13)를 급지할 수 있도록 이루어져 있다.
용지 트레이(14)는, 이와 같이 트레이 출입구로부터 라인 프린터(11)에 장착되면, 소정의 기구에 의해 용지(13)가 급지 롤러(15)에 밀어 붙여져, 이 급지 롤러(15)의 회전에 의해 화살표 A에 의해 나타낸 바와 같이, 용지(13)가 용지 트레이(14)로부터 라인 프린터(11)의 배면측을 향해 송출된다. 라인 프린터(11)는 이 용지 이송측에 반전 롤러(16)가 배치되고, 이 반전 롤러(16)의 회전 등에 의해 화살표 B에 의해 나타낸 바와 같이 정면 방향으로 용지(13)의 이송 방향이 절환된다.
라인 프린터(11)는 이와 같이 하여 용지 이송 방향이 화살표 B로 나타낸 방향으로 절환되어 이루어지는 용지(13)가 용지 트레이(14) 상을 가로지르도록 박차 롤러(17) 등에 의해 반송되고, 화살표 C에 의해 나타낸 바와 같이 프린터 헤드(11)의 정면측에 배치된 배출구로부터 배출된다. 라인 프린터(11)는 이 박차 롤러(17) 로부터 배출구까지의 사이에, 화살표 D에 의해 나타낸 바와 같이 헤드 카트리지(18)가 교환 가능하게 배치된다.
헤드 카트리지(18)는 옐로우, 마젠타, 시안, 블랙의 라인 헤드를 각각 배치하여 이루어지는 프린터 헤드(19)가 소정 형상의 홀더(20)의 하면측에 배치되고, 이 홀더(20)에 차례로 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(B)의 잉크 카트리지가 교환 가능하게 배치되어 형성되도록 이루어져 있다. 이에 의해, 라인 프린터(11)는 이들 각 색의 잉크에 대응하는 라인 헤드로부터 용지(13)에 잉크를 부착시켜 화상을 인쇄할 수 있도록 이루어져 있다.
여기서 도5는, 도4의 용지(13)측으로부터 본 프린터 헤드의 배열 구성의 일부를 확대한 평면도이다. 프린터 헤드(19)는, 도5에 도시한 바와 같이 각 색의 잉크의 잉크 유로(21)의 양측에, 교대로(지그재그 형상으로) 동일 구성에 의한 헤드 칩(22)을 노즐 플레이트 상에 배치하여 구성된다. 또한, 각 헤드 칩(22)에 있어서는, 각각 발열 소자가 잉크 유로(21)측이 되도록 배치되어 있고, 즉 잉크 유로(21)측을 거쳐서 양측의 헤드 칩(22)은 방향이 180도 회전시킨 관계가 되도록 배치되어 있다. 이에 의해, 프린터 헤드(19)는 각각 각 색에 있어서 1계통의 잉크 유로(21)로 각 헤드 칩(22)에 잉크를 공급할 수 있도록 이루어지고, 그 만큼 간이한 구성에 의해 인쇄 정밀도를 고해상도화할 수 있도록 이루어져 있다.
또한, 헤드 칩(22)은 이와 같이 하여 180도 회전하여 배치한 경우라도, 미소한 잉크 토출구인 노즐(23)이 배열되는 방향으로는 접속용 패드(24)의 위치가 변화하지 않도록, 이들 노즐(23)이 배열되는 방향(인쇄 폭 방향)의 거의 중앙에 접속용 패드(24)가 배치되고, 이에 의해 프린터 헤드(19)에서는 인접하는 헤드 칩(22)의 접속용 패드(24)에 접속하는 가요성 배선 기판이 근접하는 것을 방지하는, 즉 가요성 배선 기판의 일부로의 집중을 방지하도록 이루어져 있다.
또한, 이와 같이 하여 노즐(23)을 시프트시킨 경우 잉크 유로(21)의 상방 및 하방에 배치되는 헤드 칩(22)에 있어서는, 구동 신호에 대해 발열 소자의 구동 순서가 역전되게 된다. 각 헤드 칩(22)은, 이러한 구동 순서에 대응하도록 구동 회로에 있어서의 구동 순서를 절환할 수 있도록 구성되어 있다.
도6은 이 라인 프린터에 적용되는 프린터 헤드를 도시한 단면도이다. 프린터 헤드(19)는 실리콘 기판에 의한 웨이퍼 상에 복수 헤드만큼의 구동 회로, 발열 소자 등이 작성된 후, 각 헤드 칩(22)에 스크라이빙 처리되어, 각 헤드 칩(22)에 잉크 액실 등을 작성하여 형성된다.
즉 도7의 (A)에 도시한 바와 같이, 프린터 헤드(19)는 웨이퍼에 의한 실리콘 기판(31)이 세정된 후, 실리콘 질화막(Si3N4)이 퇴적된다. 계속해서, 프린터 헤드(19)는 포토리소그래피 공정, 리액티브 이온 에칭 공정에 의해 실리콘 기판(31)이 처리되고, 이에 의해 트랜지스터를 형성하는 소정 영역 이외의 영역으로부터 실리콘 질화막이 제거된다. 이들에 의해 프린터 헤드(19)는, 실리콘 기판(31) 상의 트랜지스터를 형성하는 영역에 실리콘 질화막이 형성된다.
계속해서 프린터 헤드(19)는, 열산화 공정에 의해 실리콘 질화막이 제거되어 있는 영역에 열실리콘 산화막이 막 두께 500 [nm]에 의해 형성되고, 이 열실리콘 산화막에 의해 트랜지스터를 분리하기 위한 소자 분리 영역(LOCOS : Local Oxidation Of Silicon)(32)이 형성된다. 또한, 이 소자 분리 영역(32)은 그 후의 처리에 의해 최종적으로 막 두께 260 [nm]로 형성된다. 또한 계속해서, 프린터 헤드(19)는 실리콘 기판(31)이 세정된 후, 트랜지스터 형성 영역에 텅스텐 실리사이드/폴리실리콘/열산화막 구조의 게이트가 작성된다. 또한, 소스·드레인 영역을 형성하기 위한 이온 주입 공정, 열처리 공정에 의해 실리콘 기판(31)이 처리되고, MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)형에 의한 트랜지스터(33, 34) 등이 작성된다. 또한 여기서, 스위칭 트랜지스터(33)는 25 [V] 정도의 내압을 갖는 MOS형 드라이버 트랜지스터로, 발열 소자의 구동에 이용하는 것이다. 이에 대해, 스위칭 트랜지스터(34)는 이 드라이버 트랜지스터를 제어하는 집적 회로를 구성하는 트랜지스터로, 5 [V]의 전압에 의해 동작하는 것이다. 또한, 본 실시예에 있어서는 게이트/드레인 사이에 저농도의 확산층이 형성되고, 그 부분에서 가속되는 전자의 전계를 완화함으로써 내압을 확보하여 드라이버 트랜지스터(33)가 형성되도록 이루어져 있다.
이와 같이 하여, 실리콘 기판(31) 상에 반도체 소자인 트랜지스터(33, 34)가 작성되면, 프린터 헤드(19)는 계속해서 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 인이 첨가된 실리콘 산화막인 PSG(Phosphorus Silicate Glass)막, 붕소와 인이 첨가된 실리콘 산화막인 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)막(35)이 차례로 막 두께 100 [nm], 500 [nm]에 의해 작성되고, 이에 의해 전체적으로 막 두께가 600 [nm]에 의한 1층째의 층간 절연막이 작성된다.
계속해서 포토리소그래피 공정 후, C4F8/CO/O2/Ar계 가스를 이용한 리액티브 이온 에칭법에 의해 실리콘 반도체 확산층(소스·드레인) 상에 콘택트 홀(36)이 작성된다.
또한, 프린터 헤드(19)는 희불산에 의해 세정된 후, 스패터링법에 의해 막 두께 30 [nm]에 의한 티탄, 막 두께 70 [nm]에 의한 질화 산화 티탄 배리어 메탈, 막 두께 30 [nm]에 의한 티탄, 실리콘이 1 [at％] 첨가된 알루미늄, 또는 동이 0.5 [at％] 첨가된 알루미늄이 막 두께 500 [nm]에 의해 차례로 퇴적된다. 계속해서, 프린터 헤드(19)는 반사 방지막인 질화 산화 티탄이 막 두께 25 [nm]에 의해 퇴적되어, 이들에 의해 배선 패턴 재료가 성막된다. 또한 계속해서, 프린터 헤드(19)는 포토리소그래피 공정, 드라이 에칭 공정에 의해, 성막된 배선 패턴 재료가 선택적으로 제거되고, 이에 의해 실리콘 또는 동을 첨가한 알루미늄에 의한 금속 배선층에 의해 1층째의 배선 패턴(37)이 작성된다. 프린터 헤드(19)는, 이와 같이 하여 작성된 1층째의 배선 패턴(37)에 의해 구동 회로를 구성하는 MOS형 트랜지스터(34)를 접속하여 로직 집적 회로가 형성된다.
계속해서, 프린터 헤드(19)는 TEOS(테트라에톡시실란 : Si(OC2H5)4)를 원료 가스로 한 CVD법에 의해 층간 절연막인 실리콘 산화막이 퇴적된다. 계속해서, 프린터 헤드(19)는 SOG(Spin 0n Glass)를 포함하는 도포형 실리콘 산화막의 도포와 에치백에 의해 실리콘 산화막이 평탄화되고, 이들의 공정이 2회 반복되어 1층째의 배선 패턴(37)과 계속되는 2층째의 배선 패턴을 절연하는 막 두께 440 [nm]의 실리 콘 산화막에 의한 2층째의 층간 절연막(P-SiO)(38)이 형성된다.
프린터 헤드(19)는, 계속해서 도7의 (B)에 도시한 바와 같이 스패터링 장치 내의 스패터 성막 체인 바아에 탑재된 후, 스패터링법에 의해 막 두께 50 내지 100 [nm]에 의한 β-탄탈막이 퇴적되고, 이에 의해 실리콘 기판(31) 상에 저항체막이 성막된다. 또한, 이 경우 기판 온도는 200 내지 400도, 직류 파워는 2 내지 4 [kW]이며, 아르곤 가스 유량은 25 내지 40 [sccm]으로 설정하였다.
계속해서 프린터 헤드(19)는, 포토리소그래피 공정, BCl3/Cl2 가스를 이용한 드라이 에칭 공정에 의해 정방형 형상에 의해, 또는 일단부를 배선 패턴에 의해 접속하는 접힘 형상에 의해 저항체막이 선택적으로 제거되고, 이에 의해 40 내지 100 [Ω]의 저항치를 갖는 발열 소자(39)가 작성된다. 또한, 본 실시예에 있어서는 막 두께 83 [nm]에 의한 저항체막이 퇴적되고, 또한 접힘 형상에 의해 발열 소자(39)가 형성되고, 이에 의해 발열 소자(39)의 저항치가 100 [Ω]이 되도록 이루어져 있다.
이와 같이 하여 발열 소자(39)가 형성되면, 프린터 헤드(19)는 도8의 (A)에 도시한 바와 같이 CVD법에 의해 막 두께 300 [nm]에 의한 실리콘 질화막이 퇴적되어, 발열 소자(39)의 절연 보호층(40)이 형성된다.
프린터 헤드(19)는, 계속해서 도8의 (B)에 도시한 바와 같이 포토 레지스트 공정, CHF3/CF4/Ar 가스를 이용한 드라이 에칭 공정에 의해, 소정 부분의 실리콘 질화막(40)이 제거되고, 이에 의해 절연 보호층(40)에 개구를 형성하여 콘택트부(41) 가 작성된다. 또한 CHF3/CF4/Ar 가스를 이용한 드라이 에칭 공정에 의해, 층간 절연막(38)에 개구를 형성하여 비아 홀(42)이 작성된다. 여기서 콘택트부(41)는, 2층째의 배선 패턴을 하층의 발열 소자(39)에 접속하기 위해 2층째의 배선 패턴의 전공정에 있어서 설치된 접속부이고, 비아 홀(42)은 2층째의 배선 패턴을 하층의 1층째의 배선 패턴(37)에 접속하기 위해 2층째의 배선 패턴의 전공정에 있어서 설치된 접속부이다.
프린터 헤드(19)는, 이와 같이 하여 콘택트부(41), 비아 홀(42)이 작성되면, 계속해서 도9의 (A)에 도시한 바와 같이 실리콘 또는 동을 첨가한 알루미늄에 의한 금속 배선층 등에 의해 배선 패턴 재료층(43)이 형성되고, 또한 도9의 (B)에 도시한 바와 같이 잉여의 부위의 배선 패턴 재료층(43)이 제거되고, 이에 의해 2층째의 배선 패턴(44)이 패터닝된다.
여기서 본 실시예에 있어서는, 배선 패턴 재료층(43) 중의 금속 배선층의 막 두께가 400 [nm] 이상으로 설정된다. 이로 인해, 배선 패턴(44)의 패터닝에 있어서는 염소 원자 성분을 포함하는 에칭 가스에 의해 발열 소자(39) 상을 제외한 부위의 배선 패턴 재료층(43)을 드라이 에칭할 때에, 동시에 발열 소자(39) 상의 배선 패턴 재료층(43)을 제거한다.
즉, 이 염소 원자 성분을 포함하는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭은, 염소계 가스를 여기하여 염소 래디컬종을 포함하는 플라즈마류를 생성하고, 이 플라즈마류를 가공 대상에 조사함으로써, 플라즈마 중의 염소 래디컬종에 의해 가공 대상 을 환원하여 제거하는 것이며, 기판에 대해 거의 수직 방향으로 가공 대상을 에칭하는 이방성 에칭이다.
이에 의해, 이 드라이 에칭에 따르면 발열 소자(39) 상에 있어서 플라즈마 중의 염소 래디컬종에 의해 배선 패턴 재료층(43)이 제거되고, 이에 의해 프린터 헤드(19)는 배선 패턴(44)에 의해 생기는 단차를 구성하는 벽면이 정밀도 좋게 작성되고, 그 후 이 상층에 형성되는 절연 보호층과의 계면에서의 보이드의 발생이 방지된다.
또한 프린터 헤드(19)는, 이와 같이 하여 발열 소자(39) 상의 배선 패턴 재료층(43)이 제거되어, 콘택트부(41)의 작성에 관한 절연 보호층(40)이 노출된다. 이에 의해 프린터 헤드(19)는, 염소 래디컬종을 포함하는 플라즈마류에 절연 보호층(40)이 노출되어, 플라즈마 중의 염소 래디컬종에 의해 에칭되지만, 이 절연 보호층(40)이 발열 소자(39)의 마스크로서 기능하여 염소 래디컬종을 포함하는 플라즈마류에 발열 소자(39)가 직접 노출되지 않고, 발열 소자(39)의 표면에 대한 에칭이 방지된다. 이에 의해, 프린터 헤드(19)에서는 콘택트부(41)의 작성에 이용하는, 사전에 형성된 절연 보호층(40)에 의해 드라이 에칭에 의한 발열 소자(39)에의 손상을 방지하도록 이루어져 있다.
구체적으로 프린터 헤드(19)는, 스패터링법에 의해 막 두께 200 [nm]에 의한 티탄, 실리콘을 1 [at％] 첨가한 알루미늄, 또는 동을 0.5 [at％] 첨가한 알루미늄이 막 두께 600 [nm]에 의해 차례로 퇴적된다. 계속해서, 프린터 헤드(19)는 막 두께 25 [nm]에 의한 질화 산화막이 퇴적되고, 이에 의해 반사 방지막이 형성된다. 이들에 의해 프린터 헤드(19)는, 실리콘 또는 동을 첨가한 알루미늄에 의한 금속 배선층에 의해 배선 패턴 재료층(43)이 형성된다.
계속해서, 프린터 헤드(19)는 포토리소그래피 공정, BCl3/Cl2 가스를 이용한 드라이 에칭 공정에 의해 배선 패턴 재료층(43)이 선택적으로 제거되고, 2층째의 배선 패턴(44)이 작성된다. 또한, 본 실시예에 있어서는 이 드라이 에칭 공정에 있어서 오버 에칭하도록 배선 패턴 재료층(43)의 막 두께에 대한 에칭 시간에 대해 1.2배 정도의 시간을 에칭 시간으로 설정하도록 이루어지고, 잉여의 배선 패턴 재료층(43)을 확실하게 제거하여, 이러한 배선 패턴 재료층(43)이 남겨지게 됨으로써 배선 패턴간의 숏을 충분히 방지하도록 이루어져 있다. 또한, 이 드라이 에칭의 결과, 발열 소자(39)의 상층에 사전에 형성된 막 두께 300 [nm]에 의한 실리콘 질화막(40)에 있어서는 막 두께 200 [nm] 만큼만 에칭되어 막 두께 100 [nm]가 되었다.
프린터 헤드(19)는, 배선 패턴(44)에 관한 금속 배선층의 막 두께가 600 [nm]에 의해 형성되고, 이에 의해 금속 배선층 자체의 취약화가 방지되어, 금속 배선층에 있어서의 저항치의 상승이 방지된다.
구체적으로, 이 금속 배선층의 저항치 및 트랜지스터(34)의 온 저항도 포함한 기생 저항치를 각각 측정한 바, 금속 배선층의 저항치는 1.5 [Ω]이며, 트랜지스터(34)의 온 저항도 포함한 기생 저항치는 12 [Ω]이었다. 이에 의해, 프린터 헤드(19)에서는 발열 소자(39)의 저항치(100[Ω])를 가한 전체의 저항치에 대한 기 생 저항치가 약 1/9이 되어, 종래에 비해 기생 저항치를 저감시킬 수 있어, 보다 구체적으로 도3에 대해 설명한 프린터 헤드에 비해 전체 저항치에 대한 기생 저항치의 비율을 2/3 정도 저감시킬 수 있도록 이루어져 있다.
또한 이러한 배선 패턴(44)의 드라이 에칭에 있어서는, 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭 공정에 의해 발열 소자(39) 상의 배선 패턴 재료층(43)이 동시에 제거되고, 이에 의해 종래에 비해 공정수를 삭감하여 프린터 헤드(19)의 제조에 필요로 하는 시간이 단축되도록 이루어져 있다.
그리고 프린터 헤드(19)는, 이와 같이 하여 형성된 2층째의 배선 패턴(44)에 의해 전원용 배선 패턴, 접지용 배선 패턴이 작성되고, 또한 콘택트부(41) 및 비아 홀(42)을 거쳐서 드라이버 트랜지스터(34)를 발열 소자(39)에 접속하는 배선 패턴이 작성된다.
프린터 헤드(19)는, 계속해서 도10에 도시한 바와 같이 절연 보호층으로서 기능하는 막 두께 200 내지 400 [nm]에 의한 플라즈마 CVD법에 의해 퇴적된다. 또한, 열처리로에 있어서 4 [％]의 수소를 첨가한 질소 가스의 분위기 중에서, 또는 100 [％]의 질소 가스 분위기 중에서, 400도, 60분간의 열처리가 실시된다. 이에 의해 프린터 헤드(19)는, 트랜지스터(33, 34)의 동작이 안정화되고, 또한 1층째의 배선 패턴(37)과 2층째의 배선 패턴(44)의 접속이 안정화되어 콘택트 저항이 저감된다.
프린터 헤드(19)는, 계속해서 도11에 도시한 바와 같이 DC 마그네트론·스패터링 장치 내의 스패터 성막 챔버에 탑재된 후, 스패터링법에 의해 β-탄탈에 의한 금속 보호층 재료막이 막 두께 100 내지 300 [nm]에 의해 퇴적된다. 계속해서 프린터 헤드(19)는, 포토 레지스트 공정에 의해 금속 보호층 재료막이 원하는 형상으로 마스크되고, 또한 BCl3/Cl2 가스를 이용한 드라이 에칭 공정에 의해 이 마스크에 의해 에칭 처리되어 금속 보호층(46)이 형성된다. 또한 금속 보호층(46)에 있어서는, 알루미늄의 함유량을 15 [at％] 정도로 설정한 탄탈 알루미늄(TaAl)을 적용하도록 해도 좋다. 덧붙여 이와 같이 알루미늄의 함유량을 15 [at％] 정도로 설정한 탄탈 알루미늄에 있어서는, β-탄탈의 결정 입계에 알루미늄이 존재하는 구조이며, β-탄탈에 의해 금속 보호층을 형성하는 경우에 비해 막 응력을 작게 할 수 있다.
프린터 헤드(19)는, 이와 같이 하여 배선 패턴(44)의 드라이 에칭에 의해 박막화된 실리콘 질화막(40)의 상층에 실리콘 질화막(45)이 퇴적되고, 이들 실리콘 질화막(40, 45)에 의해 절연 보호층이 형성되고, 또한 이 상층에 금속 보호층(46)이 형성된다. 프린터 헤드(19)는, 이들 절연 보호층(40, 45) 및 금속 보호층(46)에 의해 발열 소자(39)가 보호되어 신뢰성이 확보되고, 본 실시예에서는 이들 절연 보호층(40, 45) 및 금속 보호층(46)이 전체적으로 막 두께 700 [nm] 이하로 설정된다.
즉, 도12에 나타낸 측정 결과는, 절연 보호층 및 금속 보호층이 전체적으로 막 두께 700 [nm] 이하가 되도록 금속 보호층의 막 두께를 200 [nm]로 작성하고, 또한 절연 보호층의 막 두께를 다르게 작성한 프린터 헤드에 있어서, 다양한 구동 전력에 의해 발열 소자를 구동하여, 노즐로부터 튀어나가는 잉크 액적의 토출 속도 를 나타낸 것이다. 또한 이 도12에 있어서, 검게 칠한 동그라미는 막 두께 50O [nm]에 의해 절연 보호층이 작성되어 이루어지는 프린터 헤드를, 검게 칠한 사각은 막 두께 400 [nm]에 의한 절연 보호층의 프린터 헤드를, 검게 칠한 삼각은 막 두께 350 [nm]에 의한 절연 보호층의 프린터 헤드를, 검게 칠한 마름모는 막 두께 300 [nm]에 의한 절연 보호층의 프린터 헤드를 나타낸다.
이 측정 결과로부터 절연 보호층의 막 두께를 얇게 하면, 잉크의 토출을 개시하는 구동 전력이 저하하는 것이 확인되고, 또한 파선에 의해 나타낸 바와 같이 정격에 의한 구동 전력 0.8 [W]에 의해 발열 소자를 구동하는 경우, 어떠한 프린터 헤드에 있어서도 충분한 여유를 갖고 잉크를 안정적으로 토출하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서는, 절연 보호층(40, 45) 및 금속 보호층(46)의 막 두께가 각각 500 [nm] 및 200 [nm]에 의해 형성되어, 발열 소자(39)의 열을 잉크에 효율적으로 전파하도록 이루어져 있다.
프린터 헤드(19)는, 계속해서 도6에 도시한 바와 같이 유기계 수지에 의한 드라이 필름(51)이 압착에 의해 배치된 후, 잉크 액실(52), 잉크 유로에 대응하는 부위가 제거되고, 그 후 경화되어 이에 의해 잉크 액실(52)의 격벽, 잉크 유로(21)의 격벽 등이 작성된다.
또한 계속해서 각 헤드 칩(22)에 스크라이빙된 후, 노즐 플레이트(53)가 적층된다. 여기서 노즐 플레이트(53)는 발열 소자(39) 상에 노즐(23)을 형성하도록 소정 형상으로 가공된 판상 부재로, 드라이 필름(51) 상에 접착에 의해 보유 지지된다. 이에 의해, 프린터 헤드(19)는 노즐(23), 잉크 액실(52), 이 잉크 액실(52) 로 잉크를 유도하는 잉크 유로(21) 등이 형성되어 작성된다.
프린터 헤드(19)는, 이러한 잉크 액실(52)이 지면의 깊이 방향으로 연속하도록 형성되고, 이에 의해 라인 헤드를 구성하도록 이루어져 있다.
(2) 실시예의 동작
이상의 구성에 있어서, 프린터 헤드(19)는 반도체 기판인 실리콘 기판(31)에 소자 분리 영역(32)이 작성되어 반도체 소자인 트랜지스터(33, 34)가 작성되고, 절연층(35)에 의해 절연되어 1층째의 배선 패턴(37)이 작성된다. 또한 계속해서 발열 소자(39)가 작성된 후, 절연 보호층(40), 2층째의 배선 패턴(44)이 작성되고, 이 2층째의 배선 패턴(44)에 의해 발열 소자(39)가 트랜지스터에 접속되고, 또한 전원, 접지 라인 등의 배선 패턴(44)이 형성된다. 프린터 헤드(19)는, 또한 절연 보호층(45), 금속 보호층(46), 잉크 액실(52), 노즐(23)이 차례로 형성되어 작성된다(도6, 도7 내지 도11).
이 라인 프린터(11)는, 이와 같이 하여 작성된 프린터 헤드(19)의 잉크 액실(52)에 헤드 카트리지(18)에 유지되어 이루어지는 잉크가 잉크 유로(21)에 의해 유도되고(도5), 발열 소자(39)의 구동에 의해 잉크 액실(52)에 유지한 잉크가 가열되어 기포가 발생하고, 이 기포에 의해 잉크 액실(52) 내의 압력이 급격히 증대한다. 라인 프린터(11)에서는, 이 압력의 증대에 의해 발열 소자(39) 상에 마련되어 이루어지는 노즐(23)로부터 잉크 액실(52)의 잉크가 잉크 액적으로서 튀어나가, 롤러(15, 16, 17) 등에 의해 용지 트레이(14)로부터 반송된 인쇄 대상인 용지(13)에 이 잉크 액적이 부착된다.
라인 프린터(11)에서는, 이러한 발열 소자(39)의 구동이 간헐적으로 반복되고, 이에 의해 원하는 화상 등이 용지(13)에 인쇄되어 배출구로부터 배출된다(도4). 프린터 헤드(19)에 있어서는, 이 발열 소자(39)의 간헐적인 구동에 의해 잉크 액실(52) 내에 있어서 기포의 발생, 기포의 소멸이 반복되고, 이에 의해 기계적인 충격인 캐비테이션이 발생된다. 프린터 헤드(19)에서는, 이 캐비테이션에 의한 기계적인 충격이 금속 보호층(46)에 의해 완화되어, 발열 소자(39)가 이 충격으로부터 보호된다. 또한, 이 금속 보호층(46)과 절연 보호층(40, 45)에 의해 발열 소자(39)로의 잉크의 직접 접촉이 방지되고, 이에 의해서도 발열 소자(39)가 보호된다.
프린터 헤드(19)에서는, 이러한 발열 소자(39)의 구동에 관한 트랜지스터(34)를 발열 소자(39)에 접속하는 2층째의 배선 패턴(44)이, 절연 보호층(40)을 사이에 협지하여 발열 소자(39)의 잉크 액실(52)측에 배치되고, 이 배선 패턴(44)에 관한 금속 배선층의 막 두께가 400 [nm] 이상인, 600 [nm]에 의해 형성된다. 이에 의해 프린터 헤드(19)에서는 종래의 드라이 에칭 공정과 습윤 공정을 이용하여 배선 패턴(44)을 패터닝하면, 배선 패턴(44)의 벽면이 요철 형상에 의해 형성되어, 배선 패턴(44)과 절연 보호층(45)의 계면에서 보이드의 발생이 우려된다. 또한 실험한 결과에 따르면, 막 두께 400 [nm]에 의한 금속 배선층 등이 퇴적되어 이루어지는 배선 패턴층(43)을 종래의 방법에 의해 패터닝한 경우에서는, 이러한 벽면의 부분이 요철 형상에 의해 형성되는 것이 확인되었다.
그러나, 본 실시예에 있어서는 드라이 에칭을 이용한 패터닝에 의해 배선 패턴(44)이 형성되고, 이 배선 패턴(44)이 절연 보호층(40)에 마련된 개구에 의한 콘 택트부(41)를 거쳐서 발열 소자(39)에 접속된다.
즉, 종래의 배선 패턴의 작성 방법을 도시한 도1과의 대비에 의해 도13의 (A) 내지 도13의 (D)에 도시한 바와 같이, 프린터 헤드(19)에서는 발열 소자(39) 상에 질화 실리콘에 의한 절연 보호층(40)이 퇴적된 후, 절연 보호층(40)에 개구가 형성되어 콘택트부(41)가 마련되고[도13의 (A)], 이 상층에 실리콘 또는 동을 첨가한 알루미늄 등이 퇴적되어 배선 패턴 재료층(43)이 형성된다[도13의 (B)].
프린터 헤드(19)에서는, 계속해서 염소 원자 성분을 포함하는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 발열 소자(39) 상을 제외한 부위의 잉여의 배선 패턴 재료층(43)이 에칭된다. 프린터 헤드(19)에서는, 이 처리에 있어서 동시에 발열 소자(39) 상의 부위에 있어서도 배선 패턴 재료층(43)이 에칭되어 제거되지만, 콘택트부(41)의 작성에 이용하는 발열 소자(39) 상에 사전에 형성된 절연 보호층(40)이 이 드라이 에칭으로부터 발열 소자(39)를 보호하는 마스크로서 이용되어, 발열 소자(39)에의 손상이 방지된다[도13의 (C)]. 이에 의해, 프린터 헤드(19)에서는 에칭 가스에 의한 발열 소자(39)에의 손상을 방지하여 배선 패턴(44)이 정밀도 좋게 작성되고, 그 후 이 상층에 형성되는 절연 보호층(45)과의 계면에서의 보이드의 발생이 유효하게 회피된다.
프린터 헤드(19)에서는, 이와 같이 하여 작성된 배선 패턴(44)이 콘택트부(41)를 거쳐서 발열 소자(39)에 접속되고, 또한 절연 보호층(45), 금속 보호층(46)이 차례로 형성된다[도13의 (D)].
프린터 헤드(19)에서는, 2층째의 배선 패턴(44)에 관한 금속 배선층의 막 두 께가 600 [nm]에 의해 작성되고, 이에 의해 금속 배선층 자체의 취약화를 방지할 수 있어, 금속 배선층 등에 의한 기생 저항이 도3에 대해 상술한 기생 저항에 비해 약 2/3 정도 저감시킬 수 있도록 이루어져 있다.
또한 이러한 배선 패턴(44)의 드라이 에칭에 있어서는, 드라이 에칭 공정에 의해 발열 소자(39) 상의 배선 패턴 재료층(43)을 동시에 제거함으로써, 종래에 비해 공정수를 삭감시킬 수 있어, 이에 의해 프린터 헤드(19)의 제조에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
또한 이러한 배선 패턴(44)의 드라이 에칭에 있어서는, 배선 패턴 재료층(43)의 막 두께에 대한 에칭 시간에 대해 1.2배 정도의 시간을 에칭 시간으로 설정하여 오버 에칭하고, 이에 의해 잉여의 배선 패턴 재료층(43)을 확실하게 제거할 수 있고, 이러한 배선 패턴 재료층(43)이 남겨지게 됨으로써 배선 패턴간의 숏을 충분히 방지할 수 있어 그 만큼 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한 발열 소자(39)를 보호하는 절연 보호층(40, 45) 및 금속 보호층(46)에 있어서는, 전체적으로 막 두께 700 [nm] 이하로 작성되고, 이에 의해 프린터 헤드(19)에서는 정격에 의한 구동 전력으로 발열 소자(39)를 구동하는 경우에, 충분한 여유를 갖고 노즐(23)로부터 잉크를 안정적으로 토출할 수 있다.
(3) 실시예의 효과
이상의 구성에 따르면, 드라이 에칭을 이용한 패터닝에 의해 배선 패턴을 형성하고, 상기 배선 패턴을 절연 보호층에 마련된 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 발열 소자에 접속함으로써 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께를 충분히 확보 하여 이 금속 배선층에 의한 기생 저항을 저감시킬 수 있다.
구체적으로 이 배선 패턴에 관한 금속 배선층의 막 두께가, 400 [nm] 이상에 의해 형성됨으로써 금속 배선층 자체의 취약화를 방지할 수 있어, 금속 배선층의 저항치의 상승을 방지할 수 있다.
(4) 제2 실시예
본 실시예에 있어서는, 발열 소자 상에 에칭 보호층을 형성하고, 이 상층에 제1 실시예에서 상술한 콘택트부를 형성한다. 또한, 본 실시예에 있어서는 에칭 보호층에 관련되는 작성 공정이 다른 점을 제외하고, 제1 실시예에 관한 프린터 헤드와 동일하게 구성됨으로써, 대응하는 부호를 붙여 나타내어 중복된 설명은 생략한다.
즉, 도14의 (A)에 도시한 바와 같이 프린터 헤드(59)는 실리콘 기판(31) 상에 발열 소자(39)가 작성된 후, 막 두께 10 내지 50 [nm]에 의한 에칭 보호층(60)이 성막된다. 여기서 에칭 보호층(60)은, 배선 패턴(44)의 드라이 에칭으로부터 발열 소자(39)를 보호하는 보호층이며, 배선 패턴(44)의 패터닝에 이용하는 에칭 가스에 의해 에칭 곤란한 재료에 의해 형성된다. 구체적으로 이 경우, 에칭 보호층(60)에는 질화 산화 티탄 또는 텅스텐이 적용된다.
즉, 텅스텐의 염화물에 있어서는, 증기압이 높음으로써 염소 원자 성분을 포함하는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭은 텅스텐에 대해서는 에칭하기 어렵다. 또한 질화 산화 티탄에 있어서도, 염소 원자 성분을 포함하는 에칭 가스에 의한 에칭율이 비교적 느림으로써 염소 원자 성분을 포함하는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭은, 질화 산화에 대해서는 에칭하기 어렵다. 이에 의해, 프린터 헤드(59)에서는 콘택트부(41)의 작성에 이용하는 절연 보호층(40)이 에칭되는 경우라도 에칭 보호층(60)이 노출되고, 이 에칭 보호층(60)이 발열 소자(39)의 보호층으로서 기능하여 배선 패턴(44)의 드라이 에칭으로부터 발열 소자(39)를 보호할 수 있도록 이루어져 있다.
구체적으로, 프린터 헤드(59)는 에칭 보호층(60)의 상층에 절연 보호층(40)이 퇴적되고, 이 절연 보호층(40)에 개구를 형성하여 콘택트부(41)가 작성된다. 계속해서 도14의 (B)에 도시한 바와 같이, 배선 패턴 재료층(43)이 성막되고 또한 도14의 (C)에 도시한 바와 같이 염소 원자 성분을 포함하는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 이 성막한 배선 패턴 재료층(43)이 선택적으로 에칭 처리되고, 이에 의해 배선 패턴(44)이 패터닝된다.
프린터 헤드(59)는 이 드라이 에칭 공정에 있어서, 동시에 발열 소자(39) 상의 배선 패턴 재료층(43)이 제거되고, 또한 콘택트부(41)의 작성에 이용하는 절연 보호층(40)이 에칭되어 제거되어, 이에 의해 하층의 에칭 보호층(60)이 노출된다. 이에 의해, 프린터 헤드(59)에서는 이 에칭 보호층(60)이 발열 소자(39)의 마스크로서 기능하여, 드라이 에칭에 의한 발열 소자(39)에의 손상을 방지할 수 있다.
프린터 헤드(59)는, 계속해서 도14의 (D)에 도시한 바와 같이 절연 보호층(45), 금속 보호층(46)이 차례로 형성되고, 또한 계속해서 노즐(23), 잉크 액실(52), 이 잉크 액실(52)로 잉크를 유도하는 잉크 유로(21) 등이 차례로 형성되어 작성된다.
이에 의해, 본 실시예와 같이 에칭 보호층을 발열 소자 상에 별도 작성하도록 해도, 제1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 이 에칭 보호층이 배선 패턴의 패터닝에 이용하는 에칭 가스에 의해 에칭 곤란한 재료임으로써 콘택트부의 작성에 이용하는 절연 보호층이 배선 패턴의 드라이 에칭에 의해 제거되는 경우라도, 드라이 에칭으로부터 발열 소자를 확실하게 보호할 수 있다.
(5) 그 밖의 실시예
또한 상술한 실시예에 있어서는, 질화 실리콘에 의해 절연 보호층을 형성하는 경우에 대해 서술하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이 대신에 산화 실리콘에 의해 절연 보호층을 형성하는 경우 등에 널리 적용할 수 있다. 또한 상술한 구성에 관한 프린터 헤드에 있어서는, 콘택트부의 작성에 이용하는 절연 보호층과 배선 패턴의 작성 후에 형성하는 절연 보호층을 다른 재료에 의해 형성하도록 해도 좋다.
또한 상술한 실시예에 있어서는, 실리콘 또는 동을 첨가한 알루미늄에 의해 금속 배선층을 형성하는 경우에 대해 서술하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 알루미늄, 동 및 텅스텐 등에 의해 금속 배선층을 형성하는 경우 등에 널리 적용할 수 있다.
또한 상술한 실시예에 있어서는, 본 발명을 프린터 헤드에 적용하여 잉크 액적을 튀어나가게 하는 경우에 대해 서술하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 잉크 액적 대신에 액적이 각종 염료의 액적, 보호층 형성용 액적 등인 액체 토출 헤드, 또한 액적이 시약 등인 마이크로 디스펜서, 각종 측정 장치, 각종 시험 장 치, 액적이 에칭으로부터 부재를 보호하는 약제인 각종 패턴 묘화 장치 등에 널리 적용할 수 있다.
본 발명은 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들어 서멀 방식에 의한 잉크젯 프린터에 적용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 액실에 유지한 액체를 가열하는 발열 소자와,
    상기 발열 소자를 구동하는 반도체 소자가 소정의 기판 상에 일체적으로 유지되어, 상기 발열 소자의 구동에 의해 소정의 노즐로부터 상기 액체의 액적을 튀어나가게 하는 액체 토출 헤드에 있어서,
    상기 발열 소자의 상기 액실측에, 상기 발열 소자를 상기 액체로부터 보호하는 절연 보호층, 상기 발열 소자에 상기 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층이 차례로 배치되고,
    상기 금속 배선층은,
    상기 절연 보호층에 마련된 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 상기 발열 소자에 접속되고,
    에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 배선층의 막 두께가,
    400 [nm] 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  3. 액체 토출 헤드에 설치된 발열 소자의 구동에 의해 액적을 튀어나가게 하는 액체 토출 장치에 있어서,
    상기 액체 토출 헤드가,
    액실에 유지한 액체를 가열하는 상기 발열 소자와,
    상기 발열 소자를 구동하는 반도체 소자가 소정의 기판 상에 일체적으로 유지되고,
    상기 발열 소자의 상기 액실측에, 상기 발열 소자를 상기 액체로부터 보호하는 절연 보호층, 상기 발열 소자에 상기 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층이 차례로 배치되고,
    상기 금속 배선층은,
    상기 절연 보호층에 마련된 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 상기 발열 소자에 접속되고,
    에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  4. 액실에 유지한 액체를 가열하는 발열 소자와,
    상기 발열 소자를 구동하는 반도체 소자가 소정의 기판 상에 일체적으로 유지되고, 상기 발열 소자의 구동에 의해 소정의 노즐로부터 상기 액체의 액적을 튀어나가게 하는 액체 토출 헤드의 제조 방법에 있어서,
    상기 발열 소자의 상기 액실측에, 상기 발열 소자를 상기 액체로부터 보호하는 절연 보호층, 상기 발열 소자에 상기 반도체 소자를 접속하는 금속 배선층을 차례로 배치하고,
    상기 금속 배선층을,
    상기 절연 보호층에 마련한 개구에 의한 콘택트부를 거쳐서 상기 발열 소자에 접속하고,
    에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
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