专利名称：喷墨头基片和喷墨头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种通过喷墨在记录介质上进行记录的喷墨记录头芯片的制造方法和喷墨记录头的制造方法。
背景技术：
已知在用于产生喷墨压力的元件之上进行喷墨的类型的喷墨头有很长时间了(以下，可以将该类型的喷墨头称为侧射头)。这种类型的喷墨头设有基片和位于该基片的其中一个主表面上的喷墨能量产生部。通过通孔，从背面即与具有喷墨能量产生部的表面相对的基片表面，向喷墨能量产生部供墨。
在美国专利No.6,143,190中公开了这种类型喷墨头的其中一种制造方法。更具体地，该专利公开了用于防止形成上述通孔(公共输墨通道)直径不均匀的喷墨记录头芯片的喷墨头制造方法，该制造方法由以下步骤组成(a)在与通孔位置相对应的基片的表面区域，形成能够横穿所选区域进行蚀刻的牺牲层的步骤；(b)形成抗蚀刻的钝化层的步骤，该钝化层以覆盖牺牲层的方式形成；(c)形成蚀刻掩模层的步骤，该掩模层具有位置与基片背面的多条牺牲层相对应的孔；(d)通过开口各向异性地(相对于晶轴)蚀刻基片直到暴露多条牺牲层为止的步骤；(e)从通过蚀刻基片的步骤所暴露的面，将多条牺牲层蚀刻掉的步骤；(f)通过除去位置与通孔相对应的钝化层部分而完成通孔的步骤。
此外，美国专利No.6,107,209公开了一种用于各向异性地蚀刻表面方位序号(surface a zimuthal index)为100的硅(由硅形成的基片)的方法。该各向异性蚀刻方法的特征在于，在蚀刻硅基片之前，对硅基片进行热处理，使得由蚀刻所产生的各凹槽(cavity)(公共输墨通道)的横截面的形状类似于“<>”。
此外，美国专利No.6,805,432公开了另一种喷墨记录头的制造方法。根据该方法，通过置于基片背面的掩模对硅基片进行干蚀刻，然后，使用相同的掩模对基片进行各向异性蚀刻。该制造方法也可以产生横截面的形状同样类似于“<>”的公共输墨通道。
这些形成具有“<>”形横截面的凹槽(公共输墨通道)的制造方法的优点在于它们可以制造如下喷墨记录头，该喷墨记录头的基片实际上小于，更具体地说是实际上窄于使用根据现有技术的喷墨记录头制造方法制造的喷墨记录头。在喷墨记录头领域，尤其是在使用多色记录头的喷墨记录设备的领域中，希望制造出基片比使用上述方法制造的喷墨记录头芯片的基片还要小的喷墨记录头芯片，其中该多色记录头的基片设有多个用于一对一地输送多种不同颜色的墨的公共输墨通道。
然而，在美国专利No.6,107,209中公开的方法在从基片的底面到公共输墨通道的“<>”形横截面的顶点的距离方面受到限制。此外，当使用该方法时，各公共输墨通道被加工成的横截面形状受硅基片的氧浓度的影响，从而使得难以可靠地(精确地)大量生产喷墨记录头芯片。
另一方面，在美国专利No.6,805,432所公开的方法中，用于干蚀刻的掩模也用于湿蚀刻。因此，当使用该方法时，公共输墨通道的宽度由基片背面的掩模的孔的开口宽度和干蚀刻基片的深度决定。因此，为了形成开口窄的公共输墨通道，即所谓的窄公共输墨通道，需要增大干蚀刻基片的深度。因此，由于通过干蚀刻在硅基片中形成孔比通过湿蚀刻要花费更多的时间，所以该方法的问题在于其制造效率较低。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种喷墨记录头芯片制造方法，用于以比根据现有技术的喷墨记录头芯片制造方法更高水平的精度、更可靠地大量生产喷墨记录头芯片。更具体地，本发明的主要目的是与根据现有技术的方法相比，以实际上更高水平的精度和实际上更短的时间长度制造喷墨记录头芯片，该喷墨记录头芯片的公共输墨通道实际比通过使用根据现有技术的喷墨记录头芯片制造方法制造的喷墨记录头芯片的公共输墨通道窄。
根据本发明的一个方面，提供一种喷墨头基片的制造方法，其包括在硅基片中形成供墨口，所述方法包括在所述基片的一面形成蚀刻掩模层的步骤，所述蚀刻掩模层在与供墨口相对应的位置处具有开口；沿所述开口的长度方向形成至少两行通过所述蚀刻掩模层的所述开口的未穿透孔的步骤；以及通过在所述开口中对所述基片进行晶体各向异性蚀刻来形成所述供墨口的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种喷墨头的硅基片，其具有供墨口，所述基片包括在所述基片的一面形成的蚀刻掩模层，其具有与所述供墨口的部分相对应的开口；未穿透孔，其沿所述开口的长度方向，在所述开口中形成至少两行。
根据本发明的另一方面，提供一种喷墨头的硅基片的制造方法，包括在硅基片中形成供墨口，所述方法包括制备上述述硅基片；通过所述开口进行晶体各向异性蚀刻形成所述供墨口的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种喷墨头的制造方法，所述喷墨头具有用于喷射墨的喷射出口、用于产生喷射墨的能量的能量产生元件、用于提供墨的供墨口和连通所述供墨口和所述喷射出口的流路，所述方法包括制备上述硅基片的步骤；形成以下组件的步骤，在该组件中在具有所述能量产生元件的所述硅基片的一面上形成所述流路和所述喷射出口。
根据本发明的另一方面，提供一种喷墨头，其包括硅基片，其上设有用于产生喷射墨的能量的能量产生元件、以及多个用于向所述能量产生元件提供墨的供墨口；喷墨出口；流路形成组件，用于形成使所述喷墨出口和所述供墨口相互连通的墨流路，其中，所述供墨口具有的横截面形状为沿所述供墨口排列的方向测量的每个所述供墨口的宽度从所述硅基片的背面的所述供墨口的开口到预定深度的位置增大，然后朝向所述硅基片的正面减小，在所述深度处具有最大宽度，其中所述供墨口中的相邻供墨口的所述深度互不相同。
本发明使得可以以实际上较高水平的效率、可靠地大量制造喷墨记录头芯片。
考虑到以下结合附图对本发明优选实施例的说明，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更明显。
图1是本发明的其中一个优选实施例中的喷墨记录头芯片的一部分的透视图。
图2是可应用本发明第一实施例中的喷墨记录头芯片制造方法的典型喷墨记录头芯片的前体(precursor)的剖视图。
图3是示出本发明第一实施例中的喷墨记录头芯片制造方法的步骤(a)～(d)的剖视图。
图4是喷墨记录头芯片的剖视图，该喷墨记录头芯片仅具有单行平行于公共输墨通道的长度方向且用于形成公共输墨通道的导向孔(pilot hole)。
图5a是示出包含图3所示的步骤(a)～(d)的第一实施例中的喷墨记录头芯片制造方法的步骤(a)～(d)的剖视图。
图5b是示出包含图3所示的步骤(a)～(d)的第一实施例中的喷墨记录头芯片制造方法的步骤(e)～(h)的剖视图。
图6是在图5b所示的步骤(f)中的导向孔刚刚形成之后的基片背面的平面图。
图7是本发明第二实施例中的喷墨记录头芯片的剖视图。
图8是使用根据不形成导向孔的现有技术的制造方法形成的喷墨记录头芯片的剖视图。
图9是喷墨记录头芯片的剖视图，该喷墨记录头芯片的基片具有多个垂直横截面的顶点位置不同的公共输墨通道。
图10a是示出在本发明的第二实施例中用于生产图9所示的喷墨记录头芯片的喷墨记录头芯片制造方法的步骤(a)～(d)的示意图。
图10b是示出用于生产图9所示的喷墨记录头芯片的喷墨记录头芯片制造方法的步骤(e)～(h)的示意图。
图11是在图10a(b)中所示的喷墨记录头芯片的前体的背面的平面图。
图12是在图10b(f)中所示的喷墨记录头芯片的前体的背面的平面图，其示出了在图10b所示的制造方法的步骤(f)中形成的导向孔。
图13示出了形成导向孔的序列。
图14示出了导向孔的另一个例子。
图15示出了导向孔的其它例子。
具体实施例方式
参考
本发明的优选实施例。
与处理喷墨记录头芯片的基片的方法有关的本发明的特征在于，在通过激光形成用于形成公共输墨通道的盲导向孔(以下简称为导向孔)之后对基片进行各向异性蚀刻。在以下本发明的优选实施例中详细说明该特征。
实施例1图1示出本发明的该实施例中的喷墨记录头的一部分。
该喷墨记录头(液体喷射头)具有硅基片1，该硅基片1具有两行用于产生墨(液体)喷射能量的元件3(以下可以简称为能量产生元件)。在每一行中，能量产生元件以预定的间距排列。硅基片1覆盖有作为粘合增强层的聚醚酰胺(polyether-amide)层(未示出)。此外，光敏树脂层9位于硅基片1(粘合增强层)上，该光敏树脂层9是形成喷墨孔14(液体喷射孔)的层。喷墨孔14一对一地位于能量产生元件3之上。该光敏树脂层9还用作从公共输墨通道16(液体输送孔)通往喷墨孔14的每个墨通路的顶壁。在垂直于上述两行能量产生元件3的方向上，通过对硅基片1进行各向异性蚀刻所形成的公共输墨通道16(液体输送孔)介于两行能量产生元件3之间。当由每个所选择的能量产生元件3产生的能量被施加到在相应的墨通路中从公共输墨通道16供给的墨体上时，墨以墨滴的形式从相应的喷墨孔14喷出，并粘附到记录介质上，从而在记录介质上形成图像。
该喷墨记录头可用于各种记录设备，例如，采用一个喷墨记录头(多个喷墨记录头)的打印机、复印机、具有通信系统的传真机、具有打印部的字处理器(wordprocessor)、包含打印机部的工业记录设备以及各种处理设备等。该喷墨记录头可以在各种记录介质上进行记录，例如，纸、纱、纤维、皮革、金属、塑料、玻璃、木材、陶瓷等。以下本发明说明书中的“记录”不仅意味着将有意义的文字或特定形状等图像粘附在记录介质上，也意味着将没有意义的图案粘附在记录介质上。
使用导向孔的各向异性蚀刻方法的特征根据本实施例中的制造方法，在通过激光以预定的图案形成导向孔20并使其达到预定的深度之后，对基片进行各向异性蚀刻。因此，该制造方法作为用于形成“<>”形横截面的公共输墨通道16的方法更加可靠。该方法还使得更容易形成“<>”形横截面的公共输墨通道16。公共输墨通道16为“<>”形意味着在基片的宽度方向上，公共输墨通道16的宽度从其在基片1的背面上的开口开始向基片1的预定深度逐渐增加，在该深度处达到最大，然后向其在基片1的前表面上的开口逐渐减小。即，在公共输墨通道16的横截面图中，上述预定的深度对应于公共输墨通道16的横截面的顶点(尖顶)。
图2是与本实施例中的制造方法相容的喷墨记录头芯片的前体的剖视图。图2示出了喷墨记录头芯片在与图1中的线A-A重合并垂直于该基片的平面处的横截面。参照图2，由附图标记2指定的是牺牲层，由附图标记4指定的是蚀刻停止层(钝化层)。由附图标记1指定的是由硅形成的喷墨记录头芯片的基片部分(以下，可将该部分简称为基片1)，由附图标记8指定的是在硅基片1的背面形成的掩模，用以从背面开始对硅基片1进行各向异性蚀刻。由附图标记20指定的是导向孔。牺牲层2设置在硅基片表面中将要形成输墨通道的区域100中。为了精确地限定输墨通道的区域而形成牺牲层2，但其在本发明中不是必不可少的。蚀刻停止层(钝化层)由对各向异性蚀刻的材料具有抗蚀刻特性的材料构成。在硅基片的表面形成有元件和/或例如构成墨通路的部分等结构的情况下，蚀刻停止层4用作分隔壁等。当牺牲层2和蚀刻停止层4单独使用或结合使用时，如果在蚀刻之前将它或它们形成在硅基片上就可以了。在蚀刻前的步骤中，形成的顺序及其定时不局限于特定的性质，而可以是本领域技术人员所公知的性质。在本实施例中，从图2中明显可见，在喷墨头基片的背面，在公共输墨通道16的宽度方向上，对每个公共输墨通道16形成至少两行导向孔20。优选地，在公共输墨通道16的宽度方向上(垂直于绘制图2的纸面)，沿参考公共输墨通道16的中心线(平行于公共输墨通道的长度方向)对称定位的两个直线行，形成导向孔20(图5)。顺便提及，在该公开的实施例中，沿两个直线行形成导向孔20。
图3示意性地示出了在各向异性地蚀刻硅基片1的处理中的顺序步骤，其中该硅基片1如图2所示预先形成有导向孔20。在以下的例子中，利用了牺牲层2和钝化层4。
首先，从基片1的背面(底部)开始对其进行蚀刻。因此，不但从每个导向孔20的最深端开始并朝向基片1的顶面进行蚀刻，而且横穿导向孔20的整个内表面开始并沿垂直于基片1厚度方向的方向(图的左右方向)进行蚀刻。结果，每个导向孔20逐渐增大为凹槽(公共输墨通道的前体)，该凹槽的顶部具有倾斜从而使凹槽的宽度向顶面逐渐减小的<111>表面21a和21b，该凹槽的底部具有倾斜从而使凹槽的宽度向顶面逐渐增大的<111>表面22(图3(a))。
随着蚀刻的进一步进行，其中一个导向孔20的<111>表面21b与另一个导向孔20的<111>表面21b接触，从而形成顶点，然后，蚀刻开始从该顶点向基片1的顶面进行。此外，<111>表面21a即相对于基片1中心的外表面，与从基片1的底面延伸的<111>表面22相交。结果，凹槽沿与基片1厚度方向垂直的方向的明显增大停止(图3(b))。补充一下，没有牺牲层的话，蚀刻可能结束。
随着蚀刻的进一步进行，在两个导向孔20之间形成<100>表面23(图3(c))。蚀刻处理的进行导致该<100>表面23朝向基片1的顶面移动。最终，当各向异性蚀刻结束时，该<100>表面23到达牺牲层2(图3(d))。
在该方法中，例如在如上所述的方法中，为了形成公共输墨通道16，由导向孔20的位置确定每个<111>表面21a的最终位置，其中每个<111>表面21a倾斜使得公共输墨通道16的宽度向基片1的顶面逐渐减小。此外，由置于基片1的底面上的掩模8的每个孔的位置确定从基片1的底面开始增大的<111>表面22的最终位置。
图4是喷墨记录头芯片的前体的剖视图，该喷墨记录头芯片的基片仅具有平行于公共输墨通道16的长度方向的单行导向孔20。在图4所示的前体的情况下，各向异性蚀刻处理的明显进行有时停止在由两个<111>表面61a和61b所形成的、并与导向孔20的内部端点位置相对应的顶点处，因此，很难从基片1的底部暴露牺牲层2。而且，如果尝试形成足够长的导向孔20以达到牺牲层2，则激光束可能会穿透牺牲层2和蚀刻停止层4。此外，如果在基片1的顶面上存在布线层等预先形成的功能层，则激光束可能在穿透这两层2和4后损坏该功能层。而且，如果在基片1的顶面上存在预先形成的墨通路，则激光束可能会损坏该墨通路。因此，很难通过仅形成单行导向孔20来精确地形成具有所希望的形状和尺寸的公共输墨通道16。
再次参照图2，字符L代表牺牲层2的宽度(牺牲层2到硅基片1底面的最近表面的两端之间的距离)，字符T代表硅基片1的厚度。字符X代表从牺牲层2的中心到相邻导向孔20的中心的距离，字符D代表导向孔20的深度。此外，字符Y代表底面掩模8的孔的开口的宽度。在使用牺牲层2的例子中，在硅基片表面中要形成输墨通道的区域内设置牺牲层2，因此，牺牲层2的中心和端点与该区域相互对齐。
为了在上述喷墨头制造处理的进行过程中，从基片1的底部开始通过各向异性蚀刻基片1来暴露牺牲层2，希望每个导向孔20的深度D落在下面满足以下表达式的范围内T-(X-L/2)×tan54.7°≥D≥T-X×tan 54.7°...(1)此外，为了形成上述“<>”形横截面的公共输墨通道16，希望底面掩模8的孔的开口的宽度Y满足以下表达式(T/tan 54.7°)×2+L≥Y ...(2)另一方面，如果底面掩模8的孔的开口的宽度Y大于(T/tan54.7°)×2+L，则形成仅具有两个<111>表面(侧面)的公共输墨通道，其中两个<111>表面之间的距离在硅基片1的底部最大，并朝向基片1的顶面逐渐减小。
如上所述，在本实施例中，喷墨记录头芯片的制造方法使得可以根据需要，通过改变排列导向孔20的图案、每个导向孔20的深度和/或底面掩模8的孔的开口的宽度，来形成横截面形状不同的各种公共输墨通道16。即，本实施例中的喷墨记录头芯片制造方法使得不但可以形成在基片1的底面处相对较宽并且各侧壁的顶点都靠近基片1的底面的公共输墨通道16，而且还可以形成在基片1的底面处相对较窄并且各侧壁的顶点都在基片1的厚度方向上靠近基片1的中部的公共输墨通道16。
在本实施例的喷墨记录头芯片的制造方法中，通过使用激光形成用于形成具有“<>”形横截面的公共输墨通道16的导向孔20。激光的使用使得可以高速精确地处理基片1的预定点(部分)。此外，在基片1被激光处理之前，不需要对其进行处理(例如，不需要在基片1上形成掩模等)。因此，可以减少形成具有“<>”形横截面的公共输墨通道16所需的步骤数。
此外，液体蚀刻剂进入基片1中的导向孔20，从而与不形成公共输墨通道的导向孔的喷墨记录头芯片制造方法相比，减少了形成公共输墨通道16所需的时间长度。
关于形成导向孔20的步骤，基于预先测量的硅基片的厚度改变导向孔20形成的条件，可以更可靠地形成公共输墨通道16。
通常，用作喷墨记录头芯片的基片1的材料的硅片(siliconwafer)的厚度不同；它们的厚度在大约30-50μm的范围内变化。即，硅基片1(硅片)的厚度T(表达式(1)中)在30-50μm的范围内变化，这降低了D的范围，从而减少了该步骤的余量。然而，通过预先测量硅基片1(硅片)的厚度，可以明显减轻硅基片1(硅片)的厚度T的偏差的影响。
用于反馈测得的基片(硅片)厚度的方法图13示出了形成导向孔的序列。首先，通过使用硅基片(片)厚度测量装置测量基片1(硅片)的厚度。然后，基于测得的基片1(硅片)的厚度，选择使用基于激光的处理设备处理基片1(硅片)的最佳条件。然后，在所选择的(最佳)条件下，通过基于激光的处理设备形成导向孔20。
一旦在基片1(硅片)的顶面上形成喷嘴形成层，则不可能通过使用普通的厚度测量装置，即反射型硅基片(片)厚度测量装置来直接测量基片1(硅片)的厚度。因此，当使用反射型硅基片(片)厚度测量装置来测量基片1(硅片)的厚度时，必须在形成喷嘴形成层(稍后参照图5a(a)说明该处理)之前测量该厚度。在测量基片1(硅片)的厚度和形成导向孔20之间存在多种制造步骤，使得很难将通过测量大量基片1(硅片)的厚度所获得的值与相应的基片1(硅片)相匹配。因此，希望提供具有识别(读取)每个基片1(硅片)的标识号的功能的基于激光的处理设备，从而在确认通过测量大量基片1(硅片)的厚度所获得的众多值中的特定值与接下来要作为制造喷墨记录头芯片的材料的基片1(硅片)相匹配之后，可以为基片1(硅片)选择形成导向孔20的最佳条件。
另一方面，当将使用近红外线的硅基片(片)厚度测量装置用作测量基片1(硅片)厚度的装置时，即使在基片1(硅片)的顶面上存在喷嘴形成层，也可以直接测量基片1(硅片)的厚度。即，在这种情况下，在形成喷嘴形成层(稍后参照图5b(f)说明该处理)之后可以测量基片1(硅片)的厚度。因此，可以将使用近红外线的硅片厚度测量装置置于基于激光的处理设备中，从而可以在刚刚形成导向孔20之前测量基片1(硅片)的厚度。
改变条件的方法基于如上所述测得的基片1(硅片)的厚度，根据需要，改变通过使用激光处理基片1以形成导向孔20的条件。可改变的条件有以下两个。
一个是每个导向孔20的深度D，其基于基片1的厚度而改变。如果基片1的厚度大于正常厚度，则要增大导向孔20的深度D，而如果基片1的厚度小于正常厚度，则要减小导向孔20的深度。可以通过调整激光输出和/或激光发射数来改变深度D。
另一个条件是距离X，即要在基片表面(当提供牺牲层时的牺牲层2)形成输墨通道的区域的中心和导向孔20(其基于基片1的厚度而改变)之间的距离。如果基片1的厚度大于正常厚度，则要增大距离X，而如果基片1的厚度小于正常厚度，则要减小距离X。通过改变距离X，在公共输墨通道16的顶部开口的宽度(当凹槽增大到牺牲层时的凹槽的顶端的宽度)方面，可以使从一个硅片生产的喷墨记录头芯片与从另一个硅片生产的喷墨记录头芯片相同。
参考图5a和5b，说明使用上述喷墨记录头芯片制造方法制造喷墨记录头的过程。顺便提及，到目前为止已经说明的本发明的优选实施例以及以下将要说明的本发明的优选实施例，并不是为了限制本发明的范围。即，本发明还可以应用于与在本申请的权利要求部分所声明的本发明的中心思想相符合的其它技术。
图5a(a)～5a(d)和5b(e)～5b(h)是在图1的线A-A处在不同阶段完成时的喷墨记录头芯片的剖视图。
在图5a(a)所示的基片1的顶面，存在多个用于产生喷墨的能量的发热电阻等喷墨能量产生元件3。基片1的整个底面覆盖有二氧化硅膜6。此外，还在基片1的顶面上设置牺牲层2。当形成公共输墨通道16时，通过碱性溶剂溶解掉牺牲层2。能量产生元件3的布线和用于驱动加热器(能量产生元件3)的半导体未示出。牺牲层2由例如多晶硅、铝(其可被快速蚀刻)、铝硅、铝铜和铝硅铜等可以使用碱性溶剂蚀刻的物质形成，但是选择无需局限于这些例子。即，可以选择通过碱性溶剂蚀刻的速度比硅更快的任意物质。一旦在基片1的各向异性蚀刻过程中暴露了牺牲层2，则蚀刻停止层4必须能够阻止基片1被碱性溶剂进一步蚀刻。优选地，蚀刻停止层4由二氧化硅和氮化硅等形成，其中二氧化硅还被用作置于加热器3底部的贮热层的材料，氮化硅还被用作置于能量产生元件3上的保护层的材料。
参照图5a(b)，将聚醚酰胺树脂7和8分别涂覆在基片1的顶面和底面，并通过烘烤使其硬化。然后，为了形成聚醚酰胺树脂层7的图案，将正性抗蚀剂(未示出)旋转涂覆(spin coat)在聚醚酰胺树脂层7的顶面上，以预定的图案曝光，并进行显影。然后，通过干蚀刻等方法以预定的图案对聚醚酰胺树脂层7进行蚀刻。然后除去正性抗蚀剂。类似地，为了形成聚醚酰胺树脂层8的图案，将正性抗蚀剂(未示出)涂覆在基片1底面的聚醚酰胺树脂层8上，以预定的图案曝光，并进行显影。然后，以预定的图案通过干蚀刻等方法对聚醚酰胺树脂层8进行蚀刻。然后除去正性抗蚀剂。
参照图5a(c)，以墨通路的图案设置正性抗蚀剂10，该正性抗蚀剂10将被除去以形成墨通路。
参照图5a(d)，以覆盖正性抗蚀剂10的方式，通过旋转涂覆等方法，将作为形成喷嘴的材料的光敏树脂涂覆在基片1的顶部。然后，通过分层等方法，将防水干膜13置于光敏树脂层12上。然后，形成光敏树脂层12的图案。即，通过使用紫外线、远紫外线等，以预定的图案对其进行曝光，然后进行显影，从而形成通过光敏树脂层12的喷墨孔14。
参照图5b(e)，通过旋转涂覆等方法，对存在正性抗蚀剂10、光敏树脂层12等的基片1的顶部和基片1的侧面涂覆保护层15。
参照图5b(f)，通过使用激光，从基片1的底部向顶部形成导向孔20。在该步骤中，对于每个公共输墨通道16形成两行成直线排列的导向孔20，使得这两行关于牺牲层2的中心对称定位。作为形成导向孔20的手段，使用由YAG激光器发射的三频(THG波长355nm)激光束。将激光的功率和频率设置为最佳值。在该实施例中，导向孔20的直径约为40μm。希望导向孔20的直径处于大约5-100μm的范围内。如果导向孔20的直径过小，则在各向异性地蚀刻基片1的后续步骤中，蚀刻剂很难进入导向孔20。另一方面，如果导向孔20的直径过大，则形成具有预定深度的导向孔20需要花费过长的时间。顺便提及，如果需要增大导向孔20的直径，则必须设置形成导向孔20的间距，使得相邻的两个导向孔20不重叠。
图6是在图5b(f)所示的步骤中形成导向孔20之后的基片1的底部的平面图。基片1的底面上的聚醚酰胺树脂层8(底面掩模)具有孔28，该孔28的位置与基片1顶面上的多条牺牲层2(在图6中以虚线画出其轮廓)的位置一对一地相对应。在图5a(b)所示的步骤中形成这些孔28，并且聚醚酰胺树脂层8用作各向异性蚀刻基片1所使用的掩模。通过使用上述应用近红外线的硅片厚度测量装置，在制造处理中在该点测量的基片1(硅片)的厚度为600μm。牺牲层2在其宽度方向上的尺寸为150μm。多个公共输墨通道16之间的间距为1,500μm。基片1的宽度方向上的距离X，即牺牲层2的中心与导向孔20之间的距离被设置为100μm。然后，通过根据这些测量结果和表达式(1)所设置的激光脉冲数，形成导向孔20，从而使导向孔20的深度在490-530μm的范围内。导向孔20形成在位置与孔28相对应的基片部分中。在基片1的宽度方向上，孔28的间距被设置为200μm，在基片1的长度方向上，孔28的间距被设置为100μm。
在该实施例中，孔28在基片1的宽度方向上的尺寸是400μm。牺牲层2在基片1的宽度方向上的宽度是150μm。在使用激光形成导向孔20之后，在垂直横截面上测得的导向孔20的深度在420-460μm的范围内。在制造过程中，在该点处通过使用上述应用近红外线的硅片厚度测量装置测得的基片1的厚度为600μm。因此，根据这些测量结果和表达式(1)，将距离X即牺牲层2的中心与导向孔20之间的距离设置为150μm。然后，形成导向孔20。即，形成多个导向孔20，使得它们的间距在孔28的宽度方向上为300μm，在孔28的长度方向上为150μm。
关于所形成的导向孔，还有图14和15所示的其它例子。在图14的例子中，沿着掩模层的开口的长度方向形成的两行中的一行的导向孔的间隔小于另一行的导向孔的间隔。通过这种结构，大间隔部分中的各向异性蚀刻接近于小间隔部分中的各向异性蚀刻。结果，可以从本质上减少导向孔的数量，从而提高生产率。在图15的例子中，沿掩模层的开口的长度方向排列在两行内的导向孔与同一行中的导向孔部分地(图15(a))或全部地(图15(b))连接成通道形状。可以通过利用激光束的连续扫描提供该结构。该例子的优点在于，关于基片背面的未穿透孔，其深度是相同的。
在该实施例中，由YAG激光器发射的三频(THG波长355nm)激光束用于处理基片1以形成导向孔20。然而，用于处理基片1的激光束不需要限制为上述激光束，只要激光的波长适合于形成通过硅或基片1的材料的孔即可。例如，可以使用由YAG激光器发射的双频(SHG波长532nm)激光束来形成导向孔20，其中硅对该激光束的吸收率与对THG的一样高。
参照图5b(g)，除去基片1的底部上的孔28(图6)中的二氧化硅膜6，以暴露硅基片1的表面，在该硅基片1的表面处开始基片1的各向异性蚀刻。然后，开始公共输墨通道16的形成。更具体地，通过使用聚醚酰胺树脂层8作为掩模，除去通过孔28暴露的基片1的底面上的二氧化硅膜6的部分。之后，通过使用THAH作为各向异性蚀刻剂从底部开始蚀刻硅基片1，形成一对一地到达牺牲层2的公共输墨通道16。在该蚀刻步骤中，经由参照图3所述的各阶段向前进行蚀刻，所产生的角度为54.7°的<111>表面到达牺牲层2。然后，牺牲层2被蚀刻液体各向同性地蚀刻，从而形成反映牺牲层2的形状的公共输墨通道16的顶部。在图1的线A-A处、由<111>表面构成轮廓的公共输墨通道16的横截面为“<>”形。
最后，参照图5b(h)，通过干蚀刻除去覆盖公共输墨通道16的顶部开口的蚀刻停止层4的部分。然后，除去聚醚酰胺树脂层8和保护层15。此外，通过喷墨孔14和公共输墨通道16溶解掉正性抗蚀剂层10，以形成墨通路和泡沫产生室。
通过上述制造步骤，完成每个喷墨记录头芯片或具有喷嘴部分的基片1。然后，通过使用划片机(dicing saw)等将硅片分割成单个的喷墨记录头芯片。然后，将用于驱动喷墨能量产生元件3的布线附加到每个芯片，并将用于喷墨记录头芯片的墨容器连接到每个芯片，从而完成喷墨记录头。
顺便提及，在该实施例中，使用600μm厚的硅片作为喷墨记录头芯片的基片1的材料。然而，本发明还可以应用于使用的硅片等比本实施例中所用的硅片薄或者厚的喷墨记录头芯片制造方法。当使用该材料作为基片时，应当将导向孔20的深度和孔28的尺寸改变为满足表达式(1)和(2)的值。
此外，可以通过将图5b(f)～5b(h)所示的顺序步骤执行多次而不是使用本实施例中的公共输墨通道形成方法，来形成公共输墨通道16。更具体地，形成没有达到牺牲层的单行导向孔20，使用该行导向孔20各向异性地蚀刻基片1。然后，与使用第一行导向孔形成的槽(凹槽)邻接地形成下一行导向孔20，然后，各向异性地蚀刻基片1以完成公共输墨通道16。在这种情况下，当形成导向孔20以使其达到牺牲层时，必须满足表达式(1)。
实施例2图7是本发明第二实施例中的喷墨记录头芯片的剖视图。
该实施例中的喷墨记录头芯片设有多个使用上述第一实施例中的制造方法平行形成的公共输墨通道。因此，该实施例中的喷墨记录头芯片的每个公共输墨通道16也具有“<>”形横截面。
图8是通过使用根据不使用导向孔来形成公共输墨通道的现有技术的喷墨记录头芯片制造方法形成的喷墨记录头芯片的剖视图。从图7和图8的比较可明显地看出，在用于形成图7所示的喷墨记录头芯片的该实施例中的喷墨记录头芯片制造方法使得可以形成底部宽度小于图8所示的通过使用根据现有技术的喷墨记录头芯片制造方法形成的公共输墨通道16的底部宽度的公共输墨通道16。因此，本实施例中的喷墨记录头芯片制造方法可以生产以下喷墨记录头芯片，其中相邻两个公共输墨通道16之间的距离小于通过使用根据现有技术的喷墨记录头芯片制造方法形成的喷墨记录头芯片的相邻两个公共输墨通道16之间的距离。因此，可以生产比通过使用根据现有技术的喷墨记录头芯片制造方法生产的喷墨记录头芯片小的喷墨记录头芯片。此外，该实施例中的公共输墨通道16具有“<>”形横截面，从而使得可以生产以下喷墨记录头芯片，其中将相邻两个不同墨颜色的公共输墨通道16分开的表面区域50的宽度比通过使用根据现有技术的喷墨记录头芯片制造方法生产的喷墨记录头芯片的该宽度宽得多，从而能够更好地防止相邻公共输墨通道16中的墨相混和。
此外，在本实施例的喷墨记录头芯片制造方法的情况下，可以改变形成导向孔20的图案、每个导向孔20的深度以及底面掩模8的每个孔的宽度，以形成具有“<>”形横截面的各种公共输墨通道16，例如，底部开口大于其顶部开口并且其“<>”形横截面的顶点更靠近基片1的底面的公共输墨通道16、以及底部开口小于其顶部开口并且其“<>”形横截面的顶点在基片1的厚度方向上接近于基片1的中部的公共输墨通道16。
如上所述，在喷墨记录头芯片具有多个位于芯片的基片1中的公共输墨通道16的情况下，可以通过满足不等式Y1＞Y2或Y1＜Y2，来改变每个公共输墨通道16的“<>”形横截面的顶点的位置(在基片1的厚度方向上)，其中Y1和Y2(图9)是与相邻两个公共输墨通道16的底部开口相对应的底面掩模8的孔的宽度，并可以从上述表达式(2)获得(T/tan54.7°)×2+L≥Y ...(2)通过在相邻两个公共输墨通道16的“<>”形横截面的顶点位置区分这两个公共输墨通道16，可以进一步减小具有多个平行排列的公共输墨通道16的喷墨记录头芯片的尺寸。图9是如上所述构造的喷墨记录头芯片的横截面图。从图9中可明显看出，通过在相邻两个公共输墨通道16的“<>”形横截面的顶点位置区分这两个公共输墨通道16，可将这两个公共输墨通道16放置得更近，使得这两个公共输墨通道16的“<>”形横截面的顶点实际上重叠，从而与如图7所示构造的喷墨记录头芯片相比，可以进一步减小喷墨记录头芯片的尺寸。在图9所示的结构配置的情况下，相邻两个公共输墨通道16的“<>”形横截面的顶点之间的距离大于图7中所示的该距离。因此，芯片部分50的强度得以增加，该芯片部分50将相邻两个墨颜色不同的公共输墨通道16分开。
接下来，参考图10a和10b，说明包含图9所示的喷墨记录头芯片的喷墨记录头的制造方法。顺便提及，本发明的优选实施例不是为了限制本发明的范围。即，本发明还可应用于除优选实施例中的技术之外的技术，只要该技术与在本专利申请的权利要求部分中所声明的本发明的概念一致即可。
图10a(a)所示的喷墨记录头芯片设有多个位于基片1的顶面上的发热电阻等喷墨能量产生元件3。基片1的整个底面覆盖有二氧化硅膜6。在基片1的顶面上还存在多条牺牲层2。当形成公共输墨通道16时，通过碱性溶剂溶解掉每条牺牲层2。能量产生元件3的布线和用于驱动加热器的半导体未示出。牺牲层2由例如多晶硅、铝(其可被快速地蚀刻)、铝硅、铝铜和铝硅铜等可以使用碱性溶剂蚀刻的物质形成。一旦在基片1的各向异性蚀刻过程中暴露了牺牲层2，蚀刻停止层4必须能够阻止基片1被碱性溶剂进一步蚀刻。优选地，蚀刻停止层4由二氧化硅、氮化硅等形成，其中二氧化硅还被用作置于加热器3的背面侧的贮热层的材料，氮化硅还被用作置于能量产生元件3上的保护层的材料。
接下来，参照图10a(b)，将聚醚酰胺树脂7和8分别涂覆在基片1的顶部和底部，并通过烘烤使其硬化。然后，为了形成聚醚酰胺树脂层7的图案，将正性抗蚀剂(未示出)旋转涂覆在聚醚酰铵树脂层7的顶面上，以预定的图案曝光，并进行显影。然后，通过干蚀刻等方法以预定的图案对聚醚酰胺树脂层7进行蚀刻。然后除去正性抗蚀剂。类似地，为了形成聚醚酰胺树脂层8的图案，将正性抗蚀剂(未示出)涂覆在基片1底面的聚醚酰胺树脂层8上，以预定的图案曝光，并进行显影。然后，以预定的图案通过干蚀刻等方法对聚醚酰胺树脂层8进行蚀刻。然后除去正性抗蚀剂。
在基片1的底面上形成的底面掩模8的孔的开口的宽度等于公共输墨通道16的底部开口的宽度。因此，将底面掩模8的孔的开口的宽度设置成使其等于所希望的公共输墨通道16的底部开口的宽度。图11是图10a(b)所示的喷墨记录头芯片的前体的底部平面图。在该实施例中，在基片1的宽度方向上，底面掩模8的较大孔的开口的测量结果Y1为800μm，在基片1的宽度方向上，底面掩模8的较小孔的开口的测量结果Y2为400μm。
接下来，参照图10a(c)，以墨通路的图案放置正性抗蚀剂10，该正性抗蚀剂10将被除去以形成墨通路。
参照图10a(d)，以覆盖正性抗蚀剂10的方式，通过旋转涂覆等方法，将作为用于形成喷嘴的材料的光敏树脂12涂覆在基片1的项部。然后通过分层等方法，将防水干膜13置于光敏树脂层12上。然后，形成光敏树脂层12的图案。即，通过使用紫外线、远紫外线等，以预定的图案对其进行曝光，并且进行显影，从而形成通过光敏树脂层12的喷墨孔14。
参照图10b(e)，通过旋转涂覆等方法，对存在正性抗蚀剂10、光敏树脂层12等的基片1的顶部和基片1的侧面涂覆保护层15。
参照图10b(f)，通过使用激光，从基片1的底部向顶部形成导向孔20。在该步骤中，对于每个公共输墨通道16形成两行成直线排列的导向孔20，使得这两行关于牺牲层2的中心对称定位。作为形成导向孔20的手段，使用由YAG激光器发射的三频(THG波长355nm)激光束。将激光的功率和频率设置为最佳值。在该实施例中，导向孔20的直径约为40μm。希望导向孔20的直径处于大约5-100μm的范围内。如果导向孔20的直径过小，则在各向异性地蚀刻基片1的后续步骤中，蚀刻剂很难进入导向孔20。另一方面，如果导向孔20的直径过大，则形成具有所期望深度的导向孔20需要花费过长的时间。顺便提及，如果需要增大导向孔20的直径，则必须设置用于形成导向孔20的间距，使得相邻的两个导向孔20不重叠。顺便提及，可以通过将处理基片1以形成导向孔20的条件保持恒定，来生产具有多个顶部开口宽度相同的公共输墨通道16的喷墨记录头芯片。
图12是在图10b(f)所示的步骤中形成导向孔20之后的基片1的底部的平面图。基片1的底面上的聚醚酰胺树脂层8(底面掩模)具有孔28，该孔28的位置与所希望的基片1顶面上的墨开口位置(在提供牺牲层的情况下的牺牲层2)(在图12中以虚线画出其轮廓)的位置相对应。在图10a(b)所示的步骤中形成这些孔28，并且聚醚酰胺树脂层8用作各向异性蚀刻基片1所使用的掩模。
顺便提及，在该实施例中，通过使用由YAG激光器发射的三频(THG波长355nm)激光束来形成导向孔20。然而，对用于处理基片1以形成导向孔20的激光束的选择不需要限制为在本实施例中所使用的激光束，只要所选择的激光能够形成通过硅或基片1的材料的孔即可。例如，可以使用由YAG激光器发射的双频(SHG波长532nm)激光束来形成导向孔20，其中硅对该激光束的吸收率与对THG的一样高。
接下来，参照图10b(g)，除去基片1的底面上的孔28(图12)中的二氧化硅膜6部分，以暴露硅基片1的表面，在该硅基片1的表面处将开始基片1的各向异性蚀刻。然后，开始公共输墨通道16的形成。更具体地，通过使用聚醚酰胺树脂层8作为掩模，除去通过孔28所暴露的基片1的底面上的二氧化硅膜6部分。之后，通过使用THAH作为各向异性蚀刻剂从底部开始蚀刻硅基片1，形成公共输墨通道16，使得该公共输墨通道16一对一地到达牺牲层2。在该蚀刻步骤中，在每个导向孔20的端部开始基片1的蚀刻，并且随着蚀刻的继续进行，所产生的相对于基片1的底面的角度为54.7°的<111>表面到达牺牲层2。然后，通过蚀刻液体各向同性地蚀刻每个被牺牲层2，从而形成反映牺牲层2的形状的公共输墨通道16的顶部。将每个公共输墨通道16形成为使得其由<111>表面构成轮廓的横截面为“<>”形。在该实施例中，相邻两个公共输墨通道16的“<>”形横截面的顶点位置在基片1的厚度方向上分开约140μm。
最后，参照图10b(h)，通过干蚀刻除去覆盖公共输墨通道16的顶部开口的蚀刻停止层4的部分。然后，除去聚醚酰胺树脂层8和保护层15。此外，通过喷墨孔14和公共输墨通道16溶解掉正性抗蚀剂层10，以形成墨通路和泡沫产生室。
通过上述制造步骤，完成喷墨记录头芯片的前体或具有喷嘴部分的基片1。然后，通过使用划片机等将硅片分割成单个的喷墨记录头芯片。然后，将用于驱动喷墨能量产生元件3的布线附加到每个喷墨记录头芯片，并将喷墨记录头芯片的墨容器连接到每个芯片，从而完成喷墨记录头。
顺便提及，在该实施例中，使用600μm厚的硅片来制造喷墨记录头芯片。然而，本发明还可以应用于使用的硅片等比本实施例中所用的硅片薄或者厚的喷墨记录头芯片制造方法。当使用这样的硅片等时，应当将导向孔20的深度和孔28的尺寸改变为满足表达式(1)和(2)的值。
以上描述的是公共输墨通道形成方法的例子，其中通过改变底面掩模8中的孔的开口的尺寸(在基片的宽度方向上)，来改变公共输墨通道的“<>”形横截面的顶点的位置(在基片的厚度方向上)。
尽管参考在这里所公开的结构说明了本发明，但是本发明不限于所公开的内容，该申请旨在涵盖改进目的或所附权利要求书范围内的这种变形或改变。
权利要求
1.一种喷墨头基片的制造方法，其包括在硅基片中形成供墨口，所述方法包括在所述基片的一面形成蚀刻掩模层的步骤，所述蚀刻掩模层在与供墨口相对应的位置处具有开口；沿所述开口的长度方向形成至少两行通过所述蚀刻掩模层的所述开口的未穿透孔的步骤；以及通过在所述开口中对所述基片进行晶体各向异性蚀刻来形成所述供墨口的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关于沿所述开口的长度方向延伸的中心线对称地排列所述未穿透孔。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述未穿透孔，使得沿所述基片另一面中要形成所述供墨口的区域的宽度方向测量的所述区域的尺寸L、所述基片的厚度T、从沿所述区域的长度方向延伸的所述区域的中心线到各行中的所述未穿透孔的中心的距离X和所述未穿透孔的深度D满足T-(X-L/2)×tan 54.7°≥D≥T-X×tan 54.7°。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述蚀刻掩模层，使得沿要形成的所述开口的宽度方向测量的所述开口的尺寸Y、要在具有所述蚀刻掩模层的所述基片的背面形成所述供墨口的所述区域的尺寸L和所述基片的厚度T满足(T/tan 54.7°)×2+L≥Y。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预先测量的所述基片的厚度改变所述未穿透孔的形成条件。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据预先测量的所述基片的厚度改变所述未穿透孔的深度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据预先测量的所述基片的厚度改变从沿所述区域的长度方向延伸的所述区域的中心线到各行中的所述未穿透孔的中心的距离。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供多个沿所述开口的宽度方向相互相邻地形成的开口，并且所述开口中的相邻开口的尺寸互不相同。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，沿所述开口的宽度方向测量的所述相邻开口中的一个开口的尺寸Y1和沿所述开口的宽度方向测量的所述相邻开口中的另一个开口的尺寸Y2满足(T/tan 54.7°)×2+L≥Y1，(T/tan 54.7°)×2+L≥Y2，并且Y1＞Y2，或者Y2＜Y1。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在蚀刻之前，在要形成所述供墨口的所述基片的另一面的区域上形成蚀刻速度高于硅的蚀刻速度的材料的牺牲层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括形成具有抗蚀刻特性的钝化层以覆盖所述牺牲层的步骤。
12.一种喷墨头的硅基片，其具有供墨口，所述基片包括在所述基片的一面形成的蚀刻掩模层，其具有与所述供墨口的部分相对应的开口；未穿透孔，其沿所述开口的长度方向，在所述开口中形成至少两行。
13.根据权利要求12所述的基片，其特征在于，关于沿所述开口的长度方向延伸的中心线对称地排列所述未穿透孔。
14.根据权利要求12或13所述的基片，其特征在于，形成所述未穿透孔，使得沿所述基片另一面中要形成所述供墨口的区域的宽度方向测量的所述区域的尺寸L、所述基片的厚度T、从沿所述区域的长度方向延伸的所述区域的中心线到各行中的所述未穿透孔的中心的距离X和所述未穿透孔的深度D满足T-(X-L/2)×tan 54.7°≥D≥T-X×tan 54.7°。
15.根据权利要求12所述的基片，其特征在于，在要形成所述供墨口的所述基片的另一面的区域上形成蚀刻速度高于硅的蚀刻速度的材料的牺牲层。
16.根据权利要求15所述的基片，其特征在于，形成具有抗蚀刻特性的钝化层以覆盖所述牺牲层。
17.一种喷墨头的硅基片的制造方法，包括在硅基片中形成供墨口，所述方法包括制备根据权利要求12所述的硅基片；通过所述开口进行晶体各向异性蚀刻形成所述供墨口的步骤。
18.一种喷墨头的制造方法，所述喷墨头具有用于喷射墨的喷射出口、用于产生喷射墨的能量的能量产生元件、用于提供墨的供墨口和连通所述供墨口和所述喷射出口的流路，所述方法包括制备根据权利要求12所述的硅基片的步骤；形成以下组件的步骤，在该组件中在具有所述能量产生元件的所述硅基片的一面上形成所述流路和所述喷射出口。
19.一种喷墨头，其包括硅基片，其上设有用于产生喷射墨的能量的能量产生元件、以及多个用于向所述能量产生元件提供墨的供墨口；喷墨出口；流路形成组件，用于形成使所述喷墨出口和所述供墨口相互连通的墨流路，其中，所述供墨口具有的横截面形状为沿所述供墨口排列的方向测量的每个所述供墨口的宽度从所述硅基片的背面的所述供墨口的开口到预定深度的位置增大，然后朝向所述硅基片的正面减小，在所述深度处具有最大宽度，其中所述供墨口中的相邻供墨口的所述深度互不相同。
全文摘要
本发明提供一种喷墨头基片和喷墨头及其制造方法。该喷墨头基片的制造方法包括在硅基片中形成供墨口，该方法包括在基片的一面形成蚀刻掩模层的步骤，该蚀刻掩模层在与供墨口相对应的位置处具有开口；沿开口的长度方向形成至少两行通过蚀刻掩模层的开口的未穿透孔的步骤；以及通过在开口中对基片进行晶体各向异性蚀刻来形成供墨口的步骤。
文档编号B41J2/14GK101032885SQ20071008008
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月7日 优先权日2006年3月7日
发明者坂井稔康, 小山修司, 小野贤二, 山室纯 申请人:佳能株式会社