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Die Erfindung, als eine typische Aufzeichnungsweise, bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats zur
Verwendung als ein Konstruktionselement für einen
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungkopf, der eine Zustandsveränderung mit
der Erzeugung von Bläschen in Flüssigkeit durch Wärmeenergie
verursacht, Flüssigkeit von einer Entladungsöffnung durch die
Zustandsveränderung ausstößt, um dadurch fliegende Tröpfchen
zu bilden, verursacht und bewirkt, daß die fliegenden
Tröpfchen an einer Aufzeichnungs-Oberfläche anhaften, um dadurch
Aufzeichnung von Information wie beispielsweise Buchstaben und
Bildern zu erreichen, ein durch das Verfahren hergestelltes
Substrat, einen durch Verwendung des Substrats gebildeten
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und eine
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit dein Kopf.
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Die Aufzeichnungsverfahren ohne Aufschlagen haben in letzter
Zeit mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da die Erzeugung
von Geräuschen während der Aufzeichnung vernachlässigbar klein
ist. Unter ihnen ist das sogenannte
Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren (das
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren), das die Fähigkeit zu Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung
hat und darüberhinaus Aufzeichnung auf einfachem Papier
bewirken kann, ohne daß das Spezial-Fixierverfahren erforderlich
ist, ein vielversprechendes Aufzeichnungsverfahren und
zahlreiche System mit seiner Verwendung sind bislang vorgeschlagen
worden und Vorrichtungen, die sie ausführen, sind erwünscht
worden, und einige von ihnen sind verbessert und
kommerzialisiert worden, und bei einigen gibt es noch immer Bemühungen,
sie praktisch verwendbar zu machen.
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Unter ihnen haben die
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren, die beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 54-59936 (entsprechend USP 4723129, 4740796) und in der
Deutschen Offenlegungsschrift (DOLS) Nr. 2843064 ein Merkmal,
das sich von dein der anderen
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren insofern unterscheidet, als daß man Wärmeenergie,
die Energie zur Verwendung zum Ausstoßen von Flüssigkeit ist,
auf Flüssigkeit wirken läßt, um dadurch eine Antriebskraft für
Flüssigkeitstropfen-Ausstoß zu erhalten.
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Das heißt, daß in dem typischen Beispiel für
Aufzeichnungsverfahren, die in den vorstehend erwähnten Veröffentlichungen
beschrieben sind, Flüssigkeit, die der Wirkung der Wärmeenergie
unterworfen wurde, eine Zustandsveränderung verursacht, die
eine steile Volumenvergrößerung mit sich bringt, und durch
eine auf der Zustandsveränderung beruhende Wirkungskraft eine
Flüssigkeit als Tropfen von einer Ausstoß-Öffnung (nachstehend
als die Loch bezeichnet) ausgestoßen wird, die beispielsweise
an dem vorderen Ende einer Aufzeichnungskopf-Einheit
bereitgestellt ist, und fliegt und an einem Aufzeichnungsmaterial
haftet, wodurch Informationsaufzeichnung vollendet wird.
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Das in der vorstehenden Veröffentlichung beschriebene
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren kann nicht nur sehr
effektiv auf das sogenannte "Tropfen-auf-Abruf" ("drop-on demand")
Aufzeichnungsverfahren angewendet werden, sondern kann auch
einfach verwirklicht werden, indem man die Aufzeichnungskopf-
Einheit mit vielfachen Öffnungen in hoher Dichte über die
volle Linienbreite der Aufzeichnungskopf-Einheit ausstattet,
entsprechend dem Aufzeichnungsbereich des Elements, auf das
aufgezeichnet wird, und hat daher den Vorteil, daß Bilder mit
hoher Auflösung und hoher Qualität bei einer hohen
Geschwindigkeit erhalten werden können.
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Eine Ausführungsform des Aufzeichnungskopfs einer Vorrichtung,
die auf das vorstehend beschriebene Aufzeichnungssystem
angewendet wird, ist mit einem Flüssigkeits-Ausstoßabschnitt mit
einem Loch, das bereitgestellt wird, um Tinte als Tropfen
durch das Loch auszustoßen, und einem Tinten-Flüssigkeitspfad,
der mit einem wärmewirkenden Abschnitt als einem Abschnitt
ausgestattet ist, der mit dem Loch in Verbindung steht, und
verursacht, daß Wärmeenergie verwendet wird, um Tinte
auszustoßen, so daß sie auf die Tinte wirkt, und einem
elektrothermischen Transducer bzw. Wandler, der entsprechend dem
wärmewirkenden Abschnitt als Einrichtung zur Erzeugung der
Wärmeenergie bereitgestellt ist, ausgestattet.
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Ein typisches Beispiel für diesen elektrothermischen
Transducer bzw. Wandler umfaßt ein Paar Elektroden und eine
wärmeerzeugende Widerstandsschicht, die mit diesen Elektroden
verbunden ist und einen wärmeerzeugenden Bereich (einen
wärmeerzeugenden Abschnitt), der an einer Position errichtet ist,
der dem Abschnitt zwischen den Elektroden entspricht. Die
wärmeerzeugende Widerstandsschicht und Elektroden sind im
allgemeinen im Oberflächenabschnitt der Grundplatte des
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs als eine Schicht gezeigt. Ein
Beispiel für den Aufbau der Grundplatte des Stands der Technik,
in der solch ein elektrothermischer Transducer bzw. Wandler
gebildet ist, ist in den Figuren 1A und 1B der begleitenden
Zeichnungen gebildet. Das Beispiel des Stands der Technik wird
nachstehend unter Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben.
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Figur 1A ist eine fragmentarische Draufsicht, die die Umgebung
eines elektrothermischen Transducers bzw. Wandlers in einem
Substrat zeigt (nachstehend auch als die Grundplatte
bezeichnet), das einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfaufbaut, und
Figur 1B ist eine fragmentarische Querschnittsansicht eines
Abschnitts, der durch die strichpunktierte Linie XY in Figur
1A angezeigt wird.
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In diesen Figuren ist die Grundplatte 101 durch eine untere
Schicht 106, eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107,
Elektroden 103, 104, eine erste obere Schutzschicht 108, eine
zweite obere Schutzschicht 109 und eine dritte obere
Schutzschicht 110 gebildet, die aufeinanderfolgend auf einem
Trägerelement 105 laminiert sind.
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Die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107 und Elektroden 103
und 104 sind in eine vorbestimmte Form durch Ätzen
strukturiert. Das heißt, daß sie in den anderen Abschnitten als in
dem Abschnitt, der den wärmeerzeugenden Bereich 102 aufbaut,
in fast einer und derselben Form strukturiert sind, und in dem
Abschnitt, der den wärmeerzeugenden Bereich 102 aufbaut, die
Elektroden nicht auf die wärmeerzeugende Widerstandsschicht
107 laminiert sind, sondern die wärmeerzeugende
Widerstandsschicht 107 einen wärmeerzeugenden Abschnitt 111 aufbaut. Die
erste obere Schutzschicht 108 und die dritte obere
Schutzschicht 110 sind über die ganze Oberfläche der Grundplatte 101
laminiert, während die zweite obere Schutzschicht 109 so
strukturiert ist, daß sie nicht auf dem wärmeerzeugenden
Bereich 102 laminiert ist.
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Das Material zur Verwendung zur Bildung jeder Schicht, die in
dem Oberflächenabschnitt der Grundplatte bereitgestellt ist,
die wie vorstehend beschrieben gebildet ist, wird geeignet auf
der Grundlage von Eigenschaften wie
Wärmebeständigkeitseigenschaft, Flüssigkeitsbeständigkeitseigenschaft,
Wärmeleitfähigkeit und Isolationsfähigkeit, die entsprechend dem jeweiligen
Abschnitt der Schichten erforderlich sind, ausgewählt. Die
Hauptfunktion der ersten oberen Schutzschicht 108 in dem
vorstehend beschriebenen Beispiel des Stands der Technik ist, die
Isolationsfähigkeit zwischen der gemeinsamen Elektrode 103 und
der ausgewählten Elektrode 104 zu behalten, die Hauptfunktion
der zweiten oberen Schutzschicht 109 ist, die Durchdringung
von Flüssigkeit zu verhindern und der Flüssigkeit zu
widerstehen, und die Hauptfunktion der dritten oberen Schutzschicht
110 ist, die Flüssigkeitsbeständigkeitseigenschaft und
mechanische Festigkeit zu verstärken.
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Nun ist von der ersten und dritten Schutzschicht 108 und 110,
die auf der oberen Schicht des wärmeerzeugenden Bereichs 102
liegen (nachstehend als Heizabschnitt zum Ausstoßen
bezeichnet), die dritte Schutzschicht 110 in Kontakt mit Tinte und
hinsichtlich der Defekte des Films, der diese Schichten
bildet, muß insbesondere Rücksicht auf die Isolierfähigkeit oder
dergleichen genommen werden. Nadelfeine Löcher und Staub in
dem Film können als die Filmdefekte erwähnt werden, und sie
konnten beispielsweise, hinsichtlich nadelfeinen Löchern
beispielsweise, wie in der JP-Offenlegungsschrift Nr. 60-157872
(entsprechend USP 4777494) gezeigt, durch Anoden-Oxidation des
Bodens des Filmbereichs gelöst werden, aber der Eintrag von
Staub in den Film konnte nicht ausreichend gelöst werden.
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Das heißt, daß in dem Tintenstrahlsystem, in dem man Wärme
wirken läßt, die erste und dritte Schutzschicht 108 und 110
dünn gebildet werden müssen (beispielsweise 3 um höchstens)
hinsichtlich der Effizienz der Wärmeleitfähigkeit und demgemäß
ist als das Bildungsverfahren für diese Schichten das Vakuum-
Ablagerungsverfahren bevorzugt worden. Das
Vakuum-Ablagerungsverfahren kann, aufgrund seines Systems, nicht den Eintrag von
Staub in den Film mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit
vermeiden. Und dies ist, weil beispielsweise, wenn ein
Vakuum-Behälter luftleer gemacht wird oder nach der Filmbildung erneut
luftleer gemacht wird, der Teil des Films, der sich von der
Wand des Vakuum-Behälters abgeschält hat, an der Grundplatte
anhaftet und Staub in dem Film wird.
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In dem Fall einer Grundplatte, auf der ungefähr vierundzwanzig
Heizbereiche zum Ausstoßen gebildet sind, wird die
Wahrscheinlichkeit, mit der die Grundplatte aufgrund von Staubeintrag
unbefriedigend wird, nicht extrem hoch und daher gibt es ein
geringes Problem, wenn die Grundplatte mit Staubeintrag als
unbefriedigend angesehen wird, aber im Fall von beispielsweise
einer Grundplatte, auf der eintausend oder mehr Heizbereiche
zum Ausstoßen gebildet sind, kann der Staubeintrag in eine
Grundplatte groß werden und daher viele Probleme verursachen.
In jedem Fall kann aufgrund des Eintrags von Staub in den Film
die Dauerhaftigkeit des Kopfs selbst schlecht werden. Das
heißt, daß, wenn Staub in dem Film vorhanden ist, der Staub
sich aufgrund der Wirkungskraft während Auslöschung eines
Bläschens zum Ausstoßen von Tinte von innerhalb des Films
trennen wird und ein nadelfeines Loch bereitstellen wird. Die
Tinte kann in solch ein nadelfeines Loch kommen und in Kontakt
mit dein Heizabschnitt zum Ausstoßen kommen und damit
reagieren, wodurch der Heizbereich zum Ausstoßen abgetrennt werden
kann
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Somit verringert die Anwesenheit von Defekten in den
Schutzschichten des wärmeerzeugenden Abschnitts aufgrund des
Eintrags von Staub in den Film die Dauerhaftigkeit des Kopfs in
bemerkenswerter Weise. Wiederum ist in solch einem Fall, wenn
die Grundplatte eine ist, auf der beispielsweise ungefähr
vierundzwanzig Heizabschnitte zum Ausstoßen gebildet sind, die
Wahrscheinlichkeit, mit der die Grundplatte unbefriedigend
wird, niedrig, und daher wird es im Sinne der Ausbeute kein
Problem geben, wobei man die Grundplatte, in die Staub
eingetragen ist, als unbefriedigend ansieht, aber im Fall von
beispielsweise einer Grundplatte, auf der eintausend oder mehr
Heizabschnitte zum Ausstoßen gebildet sind, wird die
Wahrscheinlichkeit für Heizabschnitte zum Ausstoßen, die an dem
Eintrag von Staub in eine Grundplatte leiden, groß, und wenn
all diese als unbefriedigend angesehen werden, wird sie eine
Verringerung der Ausbeute verursachen.
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Andererseits ist, wenn in dem
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, wie vorstehend beschrieben, Kurzschluß zwischen den
Verdrahtungen während dem Herstellungsprozeß aufgetreten ist,
der kurzgeschlossene Verdichtungsbereich durch die Verwendung
eines Laserstrahls unterbrochen worden, wodurch die
Verdrahtungen von einander getrennt worden sind, aber wenn ein
Laserstrahl so verwendet wird, wie in den Figuren 2A-1 und 2B-1 der
begleitenden Zeichnungen gezeigt, ist der wärmeerzeugenden
Widerstandsschicht 202 auf dem Trägerelement 201 des Substrats
für einen Aufzeichnungskopf ein Schaden unter Bildung eines
großen Lochs (Vertiefung) 206 zugefügt worden. Dann wird, um
die Verdrahtungen vor der Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) zu
schützen, eine obere Schutzschicht 204 in der Nähe der
Verdrahtungen 203 durch ein Filmbildungsverfahren wie
beispielsweise das Zerstäubungs- bzw. Sputterverfahren gebildet, aber
am Ort dieses großen Lochs 206 konnte die Verdrahtung 203
nicht in ausreichendem Maße mit der oberen Schutzschicht 204
bedeckt werden.
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Daher ist, wie durch den Pfeil K in Figur 2B-2 der
begleitenden Zeichnungen angedeutet, während des Gebrauchs die Tinte
manchmal in den Bereich, in dem das Loch 206 gebildet worden
ist, eingedrungen, wodurch die Elektroden 203 zu korrodierten,
und schließlich hat dies manchmal zur Unterbrechung der
Verdrahtungen geführt. Bezugszeichen 205 bezeichnet den Bereich
der Elektrode, der durch die Tinte korrodiert worden ist.
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So ist ein Versuch gemacht worden, um ferner eine zweite obere
Schutzschicht auf der Schutzschicht 204 bereitzustellen, aber
in dem Fall von solch einem großen Loch 206 (gewöhnlich mit
einer Tiefe von 1 um oder mehr) haben sich dort Bläschen
angesammelt oder sind durch den Schutzfilm abgestoßen worden, und
es ist vorgekommen, daß die Verdrahtungen nicht gut bedeckt
werden können, selbst mit der zweiten oberen Schutzschicht.
Auch ist Aluminium bislang im allgemeinen als das Material für
die Verdrahtungen verwendet worden, und um die vorstehend
beschriebene Korrosion zu verhindern, sind Versuche gemacht
worden, um weitere elektrisch leitende Materialien als Aluminium
herauszufinden, aber man hat noch keine korrosionshemmende,
leitfähige Materialien herausgefunden, die hinsichtlich
Herstellungskosten, Bearbeitbarkeit und Widerstandseigenschaften
optimal waren.
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Somit ist es bisher passiert, daß die Tinte von dem Bereich,
in dein die Verdrahtungen durch einen Laserstrahl unterbrochen
worden sind, durchdringt und die Verdrahtungen korrodiert und
dadurch unterbrochen werden, und dies hat manchmal die
Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfs verringert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines Substrats für einen
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, bei dem die Probleme aufgrund von Poren, die in der
Schutzschicht eines Wärmeenergie erzeugenden
elektrothermischen Transducers bzw. Wandlers zur Verwendung zum Ausstoßen
von Tinte erzeugt wurden, gelöst werden, wodurch die
Dauerhaftigkeit des Aufzeichnungskopfs vergrößert werden kann und die
Herstellungsausbeute des Aufzeichnungskopfs verbessert werden
kann, ein durch das Verfahren hergestelltes Substrat, einen
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf unter Verwendung des
Substrats und eine Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung
mit dem Kopf zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Substrats für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einem
elektrothermischen Transducer bzw. Wandler zur Verfügung
gestellt, der auf einem Substrat-Trägerelement angeordnet ist
und Wärmeenergie erzeugt, die zum Ausstoßen von Tinte
verfügbar ist, und einer Schutzschicht, die so laminiert ist, daß
sie den elektrothermischen Transducer bzw. Wandler bedeckt, um
den elektrothermischen Transducer bzw. Wandler vor Tinte zu
schützen, gekennzeichnet durch den Schritt zum Füllen jeder in
der Schutzschicht gebildeten Pore mit einem Schutzmaterial.
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In dieser Weise wird die Isolierung zwischen der Tinte und dem
elektrothermischen Transducer bzw. Wandler zuverlässig
erreicht.
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In den begleitenden Zeichnungen:
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sind Figuren 1A und 1B eine Draufsicht von oben bzw. eine
Querschnittsansicht, die eine Grundplatte für einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf zeigen.
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sind Figuren 2A-1, 2A-2 und 2B-1, 2B-2 perspektivische
Ansichten, die eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zeigen.
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sind Figuren 3A und 3B eine Draufsicht einer Grundplatte von
oben, die die vorliegende Erfindung veranschaulichen,
bzw. eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie X-Y in
der Draufsicht genommen wurde.
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sind die Figuren 4 bis 6 Querschnittsansichten, die eine
Ausführungsform zeigen, die durch die vorliegende Erfindung
erzeugt wurde, und den Prozeß des Füllens einer Pore
veranschaulichen.
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sind die Figuren 7 bis 10 Querschnittsansichten, die eine
weitere Ausführungsform zeigen, die durch die vorliegende
Erfindung erzeugt wurde und den Prozeß des Füllens einer Pore
veranschaulichen.
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sind die Figuren 11A-1, 11A-2, 11A-3, 11A-4 und 11B-1, 11B-2,
11B-3, 11B-4 Draufsichten bzw. Querschnittsansichten, die die
Schritte einer Ausführungsform der Erfindung, die in der
gleichzeitig anhängigen EPC-Anmeldung (Zeichen des Anmelders
GFM/2121740, veröffentlicht als EP-A-0559295 am 08/09/1993),
eingereicht am 8. April 1993, die von dieser Anmeldung geteilt
wurde, beschrieben ist.
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ist Figur 12 eine fragmentarische perspektivische Ansicht
eines Aufzeichnungskopfs gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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ist Figur 13 eine perspektivische Ansicht eines
Aufzeichnungskopfs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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ist Figur 14 eine Ansicht, die einen bekannten Drucker zeigt,
auf den ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der durch das
erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde, angewendet werden
kann.
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Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Beispiel 1
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Die Figuren 3A und 3B sind eine Draufsicht von oben
beziehungsweise eine seitliche Querschnittsansicht einer
Grundplatte (auch ein Substrat genannt) für einen Aufzeichnungskopf
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In
diesen Figuren sind Merkmalselementen, die den in Figur 1A und
1B gezeigten ähnlich sind, ähnliche Bezugszeichen gegeben und
müssen nicht beschrieben werden. In den Figuren 3A und 3B sind
auf einer SiO&sub2; umfassenden unteren Schicht, auf der ein Si
umfassendes Trägerelement 105 gebildet ist, eine wärmeerzeugende
Widerstandsschicht, eine HfB&sub2; umfassende Schicht und eine
leitende Al-Schicht unter Bildung von Elektroden durch die
Verwendung der Vakuum-Dünnfilmbildungstechnik gebildet worden.
Darauffolgend sind die Muster einer wärmeerzeugenden
Widerstandsschicht 102 und Elektroden 103 und 104 durch die
Photolithographie-Technik gebildet worden. Ferner ist eine erste
Schutzschicht 108 aus SiO&sub2; mit einer Dicke von 0,5 um durch
Sputtern bzw. Zerstäuben gebildet worden.
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Nachdem die erste Schutzschicht 108 gebildet worden ist, wird
die Grundplatte mit Hilfe eines optischen Mikroskops
untersucht, und die Grundplatte mit einem Defekt 112 in der
Schutzschicht 108 für das wärmeerzeugende Widerstandselement 102
wird herausgezogen. Diese herausgezogene Grundplatte wird dann
in einen leistungsstarken Ultraschallwellen-Behälter gelegt,
und Staub (Fremdsubstanzen) in dem Defekt 112 wird entfernt.
Das Ergebnis ist in Figur 4 gezeigt, worin das Bezugszeichen
112A die Pore bezeichnet, von der die Fremdsubstanz entfernt
worden ist.
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Dann wird, um einen Füllstoff in diese Pore einzufüllen, die
Grundplatte in eine Vakuumkammer gelegt, und man läßt Silan
(SiH&sub4;) und NO&sub2; hineinströmen, wobei eine Atmosphäre von 1 Torr
bereitgestellt wird. Darauffolgend wird ein Laser-Strahl auf
die Pore 112A angewendet, und man läßt in diesem Abschnitt
Silan (SiH&sub4;) und NO&sub2; miteinander reagieren. Als ein Ergebnis
sammelt sich, wie in Figur 5 gezeigt, ein SiO&sub2; umfassender
Füllstoff 113 in der Pore 112A an. Die Menge an in der Pore
angesammelten SiO&sub2; wird eingestellt, indem man die
Einwirkungszeit des Laserstrahls einstellt. Wenn die Füllung der
Pore vervollstÄndigt ist, werden die oberen Schutzschichten
109 und 110 wie in Figur 6 gezeigt gebildet, woraufhin das
Herstellungsverfahren für die Grundplatte vervollständigt ist.
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Als ein weiteres Beispiel der Füllung der Pore gibt es ein
Verfahren wie nachstehend gezeigt.
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Wie in Figur 7 gezeigt, wird die SiO&sub2;-Schicht 116 zu einem
Film mit einer Dicke von 0,5 um auf der Grundplatte, wie in
Figur 4 gezeigt, durch Sputtern gebildet. Resistmaterial 114
(OFPR 800; Handelsname, hergestellt bei TOK Co., Ltd.) wird
dann mit einer Dicke von 4 um durch Rotationsbeschichten
aufgetragen. Ein Muster mit einem Fenster 114A, das der Pore
entsprechend gebildet wurde, wird durch die
Photolithographie-Technik gebildet. Ferner wird Resistmaterial 115 (OFPR 800;
Handelsname, hergestellt bei TOK Co., Ltd.) mit einer Dicke
von 1 um durch Rotationsbeschichten aufgetragen. Die Dicke des
später aufgetragenen Resistmaterials 115 ist kleiner als die
Dicke des früher aufgetragenen Resistmaterials 114 und daher
wird es nicht eingeebnet, sondern nimmt eine Form an, wie in
Figur 8 gezeigt.
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Danach läßt man CF&sub4; und H&sub2; bei einem Verhältnis von 1:1 durch
die Verwendung einer reaktiven Ionen-Ätzvorrichtung
hineinströmen, und Ätzen wird bei einer Leistung von 400 W bewirkt.
Zu dieser Zeit ist die Ätzgeschwindigkeit des Resistmaterials
500 Å/min. und die von SiO&sub2; ist 500 Å/min., und daher werden
das Resistmaterial und SiO&sub2; bei einer gleichen Geschwindigkeit
geätzt. Durch dieses Ätzen ist der Abschnitt des
wärmeerzeugenden Widerstandselements, auf den das Resistmaterial
aufgetragen worden ist, so, daß die Dicke von SiO&sub2; 116 0,5 um
ist, während die Dicke des Resistmaterials 115 1 um ist,
und daher wird die durch das Ätzen gebildete Oberfläche flach
und demgemäß wird das Resistmaterial geätzt, während es seine
Originalform behält. Zu einem Zeitpunkt, bei dem das
Resistmaterial nicht länger in dem Abschnitt des wärmeerzeugenden
Widerstandselements 102 geätzt wird, wird der Ätzvorgang
abgeschlossen. Als Ergebnis wird die Form der Grundplatte so, wie
in Figur 9 gezeigt. Darauffolgend werden die Resistmaterialien
114 und 115 abgeschält, und eine zweite Schutzschicht 109 aus
organischem Polyimid wird als eine Schutzschicht für
Elektroden
103 und 104 gebildet. Schließlich wird Ta zu einem Film
als eine dritte Schutzschicht 110 durch Sputtern bzw.
Zerstäuben gebildet, wodurch solch eine Form wie in Figur 10 gezeigt
bereitgestellt wird.
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Das Ergebnis des Ausstoß-Dauerhaftigkeitstests eines
Aufzeichnungskopfs mit der Form, wie in Figur 12 gezeigt, der durch
die Verwendung des in der vorstehend beschriebenen Weise
hergestellten Substrats hergestellt wurde, wird nachstehend
gezeigt.
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Als ein Vergleichsbeispiel wurde ein Aufzeichnungskopf
verwendet, der aus einer Grundplatte mit einem Defekt von ungefähr
3 um Durchmesser aufgebaut war. Auch wurde als angelegter
Impuls ein Rechteck-Impuls mit einer Frequenz von 2 kHz und
einer Pulsbreite von 10 us verwendet, und die angelegte
Spannung war 1,2-mal so groß wie der Spannungswert für
gewöhnliches Ausstoßen.
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Als Ergebnis war in den vorstehend erwähnten zwei Beispielen
die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs mit gefüllter Pore mehr
als 5-mal derjenigen des Vergleichsbeispiels.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, wird
gemäß der vorliegenden Erfindung die Isolierung zwischen der
Tinte und dem elektrothermischen Transducer bzw. Wandler
zuverlässig sichergestellt.
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Als ein Ergebnis wird es schwierig, daß die Unterbrechung oder
dergleichen des elektrothermischen Transducers bzw. Wandlers
mit der Verwendung des Aufzeichnungskopfs auftritt, und die
Dauerhaftigkeit des Aufzeichnungskopfs wird extrem verbessert.
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Auch können die Defekte der Grundplatte reduziert werden, und
die Ausbeute wird verbessert, mit dem Ergebnis, daß die
Herstellungskosten des Aufzeichnungskopfs verringert werden
können.
Beispiel 2
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Die Figuren 11A-l bis 11A-4 und 11B-1 bis 11B-4 zeigen die
Schritte einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die
in der EPC-Patentanmeldung EP-A-0 559 295, veröffentlicht am
08/09/93, beschrieben worden ist, wobei dies eine
Ausscheidungsanmeldung der vorliegenden Erfindung ist. Die Figuren
11A-1 bis 11A-4 sind Draufsichten, die die Schrittfolge
zeigen, und Figuren 11B-1 bis 11B-4 sind entsprechende
Querschnitt-Ansichten entlang der Linie X-Y in den Figuren 11A-1
bis 11A-4, die die Schrittfolge zeigen. Bezugszeichen 201
bezeichnet ein Trägerelement für ein Substrat (auch Grundplatte
genannt) 201A für einen Aufzeichnungskopf, Bezugszeichen 201B
bezeichnet eine untere Schicht, die auf dem Trägerelement
gebildet ist, Bezugszeichen 202 bezeichnet eine wärmeerzeugende
Widerstandsschicht, die auf der unteren Schicht 201B
bereitgestellt ist, Bezugszeichen 203 bezeichnet Ableit-Elektroden aus
Aluminium, die mit der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 202
verbunden sind, Bezugszeichen 204 bezeichnet eine obere
Schutzschicht, die aus SiO&sub2; gebildet und auf der
wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 202 und den Elektroden 203
bereitgestellt ist, Bezugszeichen 206 bezeichnet ein Loch (eine
Vertiefung), das in dem Trägerelement 201 durch das Schneiden
bzw. Unterbrechen mit einem Laserstrahl erzeugt wird,
Bezugszeichen 207 bezeichnet ein kurzgeschlossenen
Verdrahtungsbereich und Bezugszeichen 208 bezeichnet einen Füllstoff, der
aus einem isolierenden Material wie beispielsweise SiO&sub2;
gebildet ist, der in das Loch 206 eingebettet wird. Der
elektrothermische Transducer bzw. Wandler hat mindestens die
wärmeerzeugende Widerstandsschicht 202 und die Elektroden 203.
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Zuerst wird, wenn ein Aufzeichnungskopf hergestellt wird, die
aus HfB&sub2; gebildete wärmeerzeugende Widerstandsschicht 202 auf
die aus wärme-oxidiertem SiO&sub2; auf dem Si (Silizium)
Trägerelement gebildete untere Schicht 201B laminiert, und die
Elektroden 203 aus Aluminium werden darauf durch Verdampfung mit
einer Dicke von 5000 Å abgeschieden und Musterbildung und
Verdrahtung
unterzogen. Bei diesem Prozeß in Figur 11A-1 ist der
Bereich 207 kurzgeschlossen.
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Darauffolgend wird dieser kurzgeschlossene Verdrahtungsbereich
207 mit einem Laserstrahl unterbrochen. Wenn der
kurzgeschlossene Verdrahtungsbereich 207 tatsächlich dreimal mit einem
Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1,06 um, einer Strahl
intensität von 20 mJ/Impuls und einer Impulsbreite von 20 nS
geschnitten wurde, konnte der kurzgeschlossene
Verdrahtungsbereich 207 unterbrochen werden. Figur 11A-2 zeigt den Zustand
dieses Bereichs, nachdem er unterbrochen war, und es ist zu
sehen, daß wie in Figur 11B-2 gezeigt, ein Loch 206 auf dem
Trägerelement 206 bei dem Schneidebereich des Trägerelements
gebildet ist.
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Darauffolgend wird das isolierende Material 208 als ein
Füllstoff in dieses Loch 206 eingebettet. Es ist zu verstehen, daß
die Tiefe des Lochs 206 2 um ist. Daher wird das Substrat
201 bis 204 in eine Vakuumkammer, die nicht gezeigt wird,
gelegt, und man läßt ein Mischungsgas aus Silan (SiH&sub4;) und
Stickstoffdioxid (NO&sub2;) in die Kammer fließen, wodurch eine
Atmosphäre von 1 Torr bereitgestellt wird. Wenn ein Laserstrahl
auf das Loch 206 angewendet wird, reagieren SiH&sub4; (Silan) und
NO&sub2; miteinander in diesem Loch 206, wodurch sich SiO&sub2; 208 in
dem Loch ansammelt. Zu dieser Zeit wird die Einwirkungszeit
des Laserstrahls so bestimmt, daß das Loch 206 gefüllt werden
kann. Der Zustand, bei dem das Loch 206 mit dem
Isoliermaterial 208, welches SiO&sub2; ist, durch solch ein Laser-CVD
(Dampfphasen-Wachstumsverfahren) gefüllt worden ist, ist in
Figur 11A-3 gezeigt. Wie in dieser Figur gezeigt, wird
insbesondere der Füllstoff 208, der das Isoliermaterial ist,
gebildet, wobei die Einwirkzeit so eingestellt wird, daß kaum eine
Niveau-Differenz gegenüber der Höhe der Elektroden 203 der
Verdrahtung bereitgestellt werden kann.
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Darauffolgend wird die Schicht 204 aus SiO&sub2; als eine obere
Schutzschicht mit einer Dicke von 1 um auf dem Füllstoff 208
und den Elektroden 203 durch das Sputter- bzw.
Zerstäubungsverfahren
gebildet. Wie in den Figuren 11A-4 und 11B-4
gezeigt, bedeckt die Schutzschicht 204 aus SiO&sub2; in ausreichendem
Maße das Loch 206, das durch Unterbrechen des
kurzgeschlossenen Verdrahtungsbereichs der Elektroden 203 durch den
Laserstrahl gebildet wurde, und die Ableit-Elektroden 203.
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Figur 12 zeigt ein Beispiel für einen Aufzeichnungskopf, der
hergestellt wurde, indem Ausstoß-Öffnungen für eine
Aufzeichnungsflüssigkeit in dem Aufzeichnungskopf-Substrat, der in
dieser Weise hergestellt wurde, gebildet wurden und
tatsächlich ein integrierter Schaltkreis darauf aufgebaut wurde. In
dieser Figur bezeichnet Bezugszeichen 211 wärmeerzeugende
Abschnitte (Heizabschnitte), Bezugszeichen 402 bezeichnet eine
Ausstoß-Öffnung, Bezugszeichen 403 bezeichnet eine Tintenweg-
Wand, die Flüssigkeitswege bildet, Bezugszeichen 404
bezeichnet eine gemeinsame Flüssigkeitskammer, Bezugszeichen 405
bezeichnet eine Deckplatte und Bezugszeichen 406 bezeichnet
Tinten-Zufuhranschlüsse.
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Der in Figur 12 gezeigte Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
wurde einem Tinten-Durchdringungstest für eine lange Zeitdauer
unterworfen, aber es trat keine Korrosion der Elektroden 203
durch die Durchdringung von Tinte von dem Bereich, in dem das
Loch 206 erzeugt wurde, auf, d. h. den Bereich mit dem
Füllstoff 208. Demgemäß konnte bestätigt werden, daß die
Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfs verstärkt werden kann, indem
man die in diesem Abschnitt des Trägerelements erzeugte
Vertiefung, in dem der kurzgeschlossene Verdrahtungsbereich durch
den Laserstrahl unterbrochen war, wie in der vorliegenden
Ausführungsform mit einem Füllstoff wie beispielsweise einem
Isoliermaterial ausfüllt.
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Der in das Loch eingebettete Füllstoff kann vorzugsweise ein
Isoliermaterial sein, weil es die Möglichkeit gibt, daß ein
Kurzschluß zwischen den Verdrahtungen verursacht wird, wenn
der Füllstoff kein Isoliermaterial ist. Das in die Vertiefung
eingebettete Isoliermaterial ist jedoch in der vorstehend
beschriebenen Ausführungsform SiO&sub2;, aber natürlich kann ein
anderes Isoliermaterial verwendet werden. Das heißt, mindestens
eine Art, ausgewählt aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4;, SiC, Ta&sub2;O&sub5;, Al&sub2;O&sub3;, AlN,
BN, B&sub2;O&sub3;, BeO, TiN, TiO&sub2; und WO&sub3; kann als ein bevorzugtes
Material verwendet werden. Auch ist in allen vorstehend
beschriebenen Anordnungen, wie in Figur 12 gezeigt, die Richtung
des Tinten-Ausstoßes die Oberflächenrichtung des
Heizabschnitts 211, aber die vorliegende Erfindung ist auch auf
einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf anwendbar, wie in
Figur 13 gezeigt, worin Tinte in eine Richtung fast senkrecht
zu dem Heizabschnitt 211 ausgestoßen wird.
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Wie vorstehend beschrieben, wird die in dem Trägerelement des
Substrats durch Unterbrechen des kurzgeschlossenen
Verdrahtungsbereichs mit einem Laserstrahl oder dergleichen gebildete
Vertiefung mit einem Füllstoff gefüllt, und der große
Niveauunterschied der Vertiefung wird beseitigt, so daß die
Bedeckungseigenschaft der oberen Schutzschicht zum Schützen der
Verdrahtung verbessert werden kann und daher kann die
Durchdringung der Aufzeichnungsflüssigkeit in den
Elektroden-Verdrahtungsbereich verhindert werden, und die Verdrahtung wird
nicht korrodiert, mit dem Ergebnis, daß Unterbrechung nicht
auftritt und die Langzeit-Zuverlässigkeit des
Aufzeichnungskopfs verbessert werden kann.
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Figur 14 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die
ein Beispiel für die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung
IJRA zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
Ein Schlitten HC, der mit einer spiralförmigen Einkerbung 5004
einer Führungsspindel 5005, die durch Antriebskräfte
übertragende Zahnräder 5011, 5009, in Verbindung mit der Hin- und
Herdrehung eines Antriebsmotors 5013 drehbar ist, in
Arbeitsberührung ist, hat einen Stift (nicht gezeigt) und wird in die
Richtungen der Pfeile a, b hin- und herbewegt. 5002 ist eine
Papier-Halteplatte und preßt Papier gegen eine Papierauflage
5000 über den ganzen Bewegungsbereich des Schlittens. 5007,
5008 sind Photo-Kopplungseinrichtungen, die als eine
Einrichtung zum Bestimmen der Ausgangsstellung verwendet werden,
damit sie nachweisen, daß der Hebel 5006 des Schlittens in der
vorbestimmten Fläche vorliegt, wobei die Drehrichtung des
Motors 5013 geschaltet wird. 5016 ist ein Element, das ein
Abdeckelement 5022 zum Abdecken der Vorderfläche eines Patronen-
Aufzeichnungskopfs IJC hält, der einstückig mit einem
Tintentank ausgestattet ist. 5015 ist eine Saugeinrichtung zum
Saugen an der Innenseite der Abdeckung, und sie bewirkt
Saug-Wiederherstellung des Kopfs durch eine Öffnung 5023 in der
Abdeckung. 5017 ist eine Reinigungsklinge, und 5019 ist ein
Element zum Bewegen der Klinge nach vorn und nach hinten, wobei
beide auf einem Hauptkörper-Trägerelement 5018 gehalten
werden. Die Form der Klinge ist nicht auf die in der Figur
gezeigte beschränkt, und jede der wohlbekannten Klingen kann für
dieses Beispiel verwendet werden. 5012 ist ein Hebel zum
Starten des Saugens für Saug-Wiederherstellung, der sich in
Verbindung mit der Bewegung eines Nockens 5020, der mit dem
Schlitten in Arbeitsberührung ist, bewegt, wodurch die
Antriebskraft des Antriebsmotors durch eine herkömmliche
Übertragungseinrichtung wie beispielsweise Kupplungs-Übertragung
und dergleichen, was für die Steuerung zu verwenden ist,
übertragen wird.
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Die vorliegende Erfindung bewirkt ausgezeichnete Effekte
insbesondere in einem Aufzeichnungskopf, einer
Aufzeichnungsvorrichtung des Bubble-Jet-Systems unter den
Tintenstrahl-Aufzeichnungssystemen.
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Hinsichtlich seines beispielhaften Aufbaus und Prinzips ist
beispielsweise eines bevorzugt, das durch Verwendung des
Grundprinzips, das beispielsweise in den U. S. Patentschriften
4 723 129 und 4 740 796 beschrieben ist, ausgeübt wird. Dieses
System ist sowohl auf den sogenannten Auf-Abruf-Typ als auch
den kontinuierlichen Typ anwendbar. Insbesondere ist der Fall
des Auf-Abruf-Typs effektiv, da, durch Anlegen von mindestens
einem Antriebssignal, das rasche Temperaturerhöhung ergibt,
die das Kernsieden überschreitet, welches der
Aufzeichnungsinformation auf Elektrizitäts-Wärme Wandlern entspricht, die
entsprechend den Schichten oder Flüssigkeitskanälen, die
Flüssigkeit (Tinte) halten, angeordnet sind, Wärmeenergie an den
Elektrizitäts-Wärme Wandlern erzeugt wird, wobei Filmsieden an
der wärmewirkenden Oberfläche des Aufzeichnungskopfs bewirkt
wird, und folglich können die Bläschen in der Flüssigkeit
(Tinte) entsprechend den einzelnen Antriebssignalen gebildet
werden. Durch Ausstoßen der Flüssigkeit (Tinte) durch eine
Öffnung zum Ausstoßen durch Wachsen und Schrumpfen des
Bläschens wird mindestens ein Tröpfchen erzeugt. Dadurch, daß
Antriebssignale in Impulsform gebracht werden, können Wachsen
und Schrumpfen des Bläschens sofort und in angemessener Weise
bewirkt werden, wobei bevorzugter Ausstoßen der Flüssigkeit
(Tinte) insbesondere mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten
durchgeführt wird. Als die Antriebssignale von solch einer
Impulsform sind solche wie in den U. S. Patentschriften
4 463 359 und 4 345 262 beschrieben, geeignet. Weitere
ausgezeichnete Aufzeichnung kann durch Verwendung der in der
U. S. Patentschrift 4 313 124 der Erfindung, die die
Temperaturerhöhungsrate der vorstehend erwähnten
wärmewirkenden Oberfläche betrifft, beschriebenen Bedingungen
durchgeführt werden.
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Als Aufbau des Aufzeichnungskopfs ist zusätzlich zu den
Kombinationskonstruktionen von Ausstoß-Öffnung, Flüssigkeitskanal,
Elektrizität-Wärme Wandler (linearer Flüssigkeitskanal oder
rechtwinkliger Flüssigkeitskanal), wie in den vorstehend
erwähnten jeweiligen Beschreibungen beschrieben, die
Konstruktion unter Verwendung der U. S. Patentschrift 4 558 333,
4 459 600, die die Konstruktion mit dem wärmewirkenden Bereich
beschreiben, der in dem gebogenen Bereich angeordnet ist, auch
in der vorliegenden Erfindung enthalten. Zusätzlich kann die
vorliegende Erfindung auch effektiv zu der Konstruktion
gemacht werden, wie in der Japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 59-123670 beschrieben, die die Konstruktion unter
Verwendung eines Schlitzes, der einer Vielzahl von Elektrizitäts-
Wärme Wandlern gemeinsam ist, als den Ausstoßbereich des
Elektrizitäts-Wärme Wandlers beschreibt, oder der Japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 59-138461, die die Konstruktion mit
der Öffnung zum Absorbieren von Druckwellen von Wärmeenergie,
entsprechend dem Ausstoßabschnitt, beschreibt.
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Ferner kann als der Aufzeichnungskopf vom Vollinientyp mit
einer Länge, die der Maximalbreite des Aufzeichnungsmaterials
entsPricht, auf das mit der Aufzeichnungsvorrichtung
aufgezeichnet werden kann, entweder die Konstruktion, die ihrer
Länge durch Kombination einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen
genügt, wie in den vorstehend erwähnten Beschreibungen
beschrieben oder die Konstruktion, daß ein Aufzeichnungskopf
einstückig gebildet ist, verwendet werden, und die vorliegende
Erfindung kann die Effekte wie vorstehend beschrieben weiter
effektiv entfalten.
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Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung effektiv für einen
Aufzeichnungskopf vom frei auswechselbaren Chip-Typ, der
elektrische Verbindung zu der Hauptvorrichtung oder Zufuhr von
Tinte von der Hauptvorrichtung ermöglicht, indem sie auf der
Hauptvorrichtung befestigt ist, oder für den Fall durch
Verwendung eines Aufzeichnungskopfs vom Patronentyp, der
einstückig auf dem Aufzeichnungskopf selbst bereitgestellt ist.
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Auch ist der Zusatz einer Wiederherstellungseinrichtung für
den Aufzeichnungskopf, einer vorbereitenden Hilfseinrichtung
usw., die als die Konstruktion der Aufzeichnungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, bevorzugt, da
der Effekt der vorliegenden Erfindung weiter stabilisiert
werden kann. Spezifische Beispiele hierfür können für den
Aufzeichnungskopf Abdeckungseinrichtungen,
Reinigungseinrichtungen, Druck- oder Ansaugeinrichtungen, Elektrizitäts-Wärme
Wandler oder ein weiteres Heizelement oder vorbereitende
Heizeinrichtungen umfassen, gemäß einer Kombination dieser, und es
ist auch effektiv, um stabile Aufzeichnung durchzuführen,
wobei die vorbereitende Betriebsweise durchgeführt wird, die
Ausstoß separat von der Aufzeichnung durchführt.
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Ferner ist die vorliegende Erfindung als die
Aufzeichnungs-Betriebsweise der Aufzeichnungsvorrichtung extrem effektiv nicht
nur für die Aufzeichnungs-Betriebsweise von nur einer primären
Strahlfarbe wie beispielsweise Schwarz usw. sondern auch eine
Vorrichtung, die mit mindestens einer von einer Vielzahl
verschiedener Farben oder Vollfarben durch Farbmischung
ausgestattet ist, egal, ob der Aufzeichnungskopf entweder
einstückig aufgebaut sein kann oder aus einer Vielzahl kombiniert
sein kann.
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In den Beispielen der vorliegenden Erfindung wie vorstehend
ausgeführt, wird die Verwendung flüssiger Tinte diskutiert,
aber jede Tinte, die fest ist oder bei Zimmertemperatur
erweicht, kann auch in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden. Bei der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, wie
vorstehend beschrieben, ist es allgemeine Praxis, die Temperatur
der Tinte selbst in einem Bereich von 30 bis 70 ºC zu regeln,
womit die Viskosität der Tinte so eingestellt wird, daß sie in
dem stabilen Ausstoßbereich ist. Demgemäß kann jede Tinte, die
bei Anlegen eines Aufzeichnungssignals flüssig ist, verwendet
werden. Darüber hinaus kann auch jede Tinte, die bei Anwendung
thermischer Energie flüssig wird, gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Solch ein Typ von Tinten umfaßt
beispielsweise einen, der bei Anwendung thermischer Energie,
abhängig von dem Aufzeichnungssignal, flüssig wird, so daß er in
Form von Tintentröpfchen ausgestoßen wird, und einen, der zur
Ankunftszeit an dem Aufzeichnungsmaterial fest wird. Solch ein
Typ von Tinten wird für den Zweck der positiven Ausnutzung
thermischer Energie als der Energie für Phasenänderung der
Tinte von fest zu flüssig verwendet, wobei Temperaturerhöhung
aufgrund der thermischen Energie verhindert wird oder der
Verwendung einer Tinte, die fest wird, wenn man sie stehen läßt,
wobei Verdampfung von Tinte verhindert wird. Wenn solch eine
Tinte zu verwenden ist, kann die Tinte in der Form von
Flüssigkeit oder Feststoff in vertieften Bereichen oder
Durchgangslöchern einer porösen Schicht gehalten werden, während
sie dem elektrothermischen Transducer bzw. Wandler
gegenübersteht, wie beispielsweise in den Japanischen
Offenlegungsschriften Nr. 54-56847 und 60-71260 beschrieben. In der
vorliegenden Erfindung ist das nützlichste System für die
Verwendung der Tinten wie vorstehend beschrieben, das System, das
Filmsieden wie vorstehend beschrieben, bewirkt.