專利名稱：液滴噴射記錄裝置和硅結(jié)構(gòu)體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向保持在液體流路內(nèi)的液體賦予能量從而從噴嘴噴射的液滴噴射記錄裝置和硅結(jié)構(gòu)體的制造方法。
例如，在特開平11-227208號公報(bào)(以下稱為第1現(xiàn)有技術(shù)例)中公開了可以制造在氣泡發(fā)生區(qū)的前后具有制造精度高的節(jié)流器形狀的打印頭芯片，可以制造噴射能量效率高而能適應(yīng)高分辨率化的液滴噴射記錄裝置。
用

圖16～圖21就本第1現(xiàn)有技術(shù)例進(jìn)行說明。
頭芯片100如圖16中所示，通過發(fā)熱元件基板102和流路基板104疊層而形成，如圖17中所示，是從在流路基板104的上部形成的墨水供給口106所供給的墨水經(jīng)由具有階梯部107的公共液室108進(jìn)入個(gè)別流路110，被發(fā)熱元件112加熱，作為墨水滴從墨水排出口114排出的構(gòu)成。再者，在個(gè)別流路110中形成前方節(jié)流器116和后方節(jié)流器118以及凹部132，以便通過發(fā)熱元件112的加熱而能量效率高地使墨水滴排出。
參照圖18～圖21就構(gòu)成此一頭芯片100的流路基板104的制造方法進(jìn)行說明。
對成為流路基板104的Si基板120(參照圖18(A))，用熱氧化法作為第1耐蝕刻性掩模層形成SiO2膜122(參照圖18(B))，把SiO2膜122的成為包括噴嘴在內(nèi)的個(gè)別流路110的部分和成為公共液室108的部分用光刻法和干蝕刻法形成圖案(參照圖18(C))。SiO2膜122的掩模圖案如圖19(A)中所示，成為公共液室108和階梯部107的部分與成為個(gè)別流路110的部分連結(jié)，并且設(shè)置成為個(gè)別流路110的前方節(jié)流器116的前方節(jié)流器形狀124和成為后方節(jié)流器118的后方節(jié)流器形狀126。接著，用減壓CVD(化學(xué)蒸氣沉積)法作為第2耐蝕刻性掩模層形成SiN膜128(參照圖18(D))。對此一SiN膜128，成為公共液室108和階梯部107的部分和成為設(shè)在個(gè)別流路110中的凹部132的部分用光刻法和干蝕刻法形成圖案(參照圖18(E))。此一SiN膜128成為進(jìn)行用于在個(gè)別流路110中形成成為凹部132的深度方向的形狀的預(yù)備加工的掩模，去除凹部圖案130部分的SiN膜128(參照圖19(B))。此外在本例中，由于與凹部132一起形成階梯部107，所以去除成為公共液室108和階梯部107部分的SiN膜128。
接著，用減壓CVD法形成成為耐磷酸蝕刻保護(hù)膜(第3耐蝕刻性掩模層)的SiO2膜134(參照圖18(F))。對此一SiO2膜134，用光刻法和干蝕刻法形成圖案(參照圖18(G))。此一SiO2膜134形成到覆蓋SiN膜128的程度。
接著，用減壓CVD法形成成為第4耐蝕刻性掩模層的第2 SiN膜136(參照圖18(H))。對此一SiN膜136把成為公共液室108的區(qū)域用光刻法和干蝕刻法形成圖案(參照圖18(I))。此一SiN膜136如圖19(C)中所示，僅去除成為公共液室108的部分，形成公共液室圖案138。
這里，以此一SiN膜136作為蝕刻掩模對Si基板實(shí)施KOH水溶液的蝕刻(參照圖18(J))。進(jìn)行此一蝕刻直到貫通Si基板120，此一貫通孔成為墨水供給口106。此一加工根據(jù)與現(xiàn)有技術(shù)同樣的濕式異向性蝕刻的特性，側(cè)壁作為有規(guī)定角度的斜面而形成。再者，Si基板120的結(jié)晶方位為<100>面。這里因?yàn)閺腟i基板120一方的面進(jìn)行加工，所以形成朝墨水供給口106斷面積減小的貫通孔。
接著，用磷酸水溶液有選擇地蝕刻去除SiN膜136(參照圖18(K))。此時(shí)，因?yàn)橛谐蔀槟土姿嵛g刻保護(hù)膜的SiO2膜134，故其下的SiN膜128不受侵蝕。
接著，用HF溶液有選擇地蝕刻去除SiO2膜134(參照圖18(L))。接著，以SiN膜128作為蝕刻掩模對Si基板120實(shí)施KOH水溶液的濕式異向性蝕刻(參照圖18(M))。在此一濕式異向性蝕刻中，不貫通地進(jìn)行只按想要的深度的加工。如圖19(B)中所示，SiN膜128由于去除成為公共液室108和階梯部107的部分，所以可以在公共液室108的側(cè)壁部分上形成規(guī)定深度的階梯部。此外，由于SiN膜128的成為個(gè)別流路110中的凹部132的部分被去除，所以成為凹部132的部分也被蝕刻。如圖19(B)中所示，凹部圖案130可以作為長方形的圖案來形成。通過以形成了這種圖案的SiN膜128作為蝕刻掩模進(jìn)行濕式異向性蝕刻，形成圖20中所示的立體形狀的凹部132。
接著用磷酸溶液有選擇地去除SiN膜128(參照圖18(N))。接著，以SiO2膜122作為蝕刻掩模實(shí)施Si基板120的RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)加工(參照圖18(O))。在此一RIE加工中，可以如上所述與Si的結(jié)晶方位無關(guān)地，均等地沿厚度方向蝕刻有掩模的部分以外。也就是說按圖19(A)中所示的掩模圖案形狀形成成為個(gè)別流路110的斷面略矩形的槽，并且在到此為止的工序中所形成的形狀也照原樣只按加工深度被蝕刻。因此，在圖18(M)的工序中成為個(gè)別流路110的位置上形成的凹部幾乎照原樣在成為個(gè)別流路110的槽的底部幾乎維持凹部132的形狀地形成。
最后，用氟酸溶液有選擇地蝕刻去除SiO2膜122而完成成為流路基板104的Si基板120的加工(參照圖18(P))。圖21是表示用本方法所制造的成為流路基板的Si基板120之一例的俯視圖。再者，通過沿著切割線切割Si基板120，個(gè)別流路110的端部開口成為墨水排出口114。
像這樣，本制造方法的特征與濕式異向性蝕刻不同而用RIE法，借此如圖21中所示可以精度高地加工包含前方節(jié)流器116、后方節(jié)流器118等的平面上復(fù)雜的形狀的個(gè)別流路110，特別是通過RIE加工所形成的槽橫跨芯片整個(gè)面成為同一深度。因而，墨水排出口114成為同一深度的矩形形狀(參照圖16)，可以確保想要的噴射特性。
像這樣，確立了制造第1現(xiàn)有技術(shù)例的具有同一形狀(同一斷面積)的頭芯片的方法。
可是，近年來，對打印機(jī)要求從同一打印頭噴射體積不同的墨水滴的功能。這是因?yàn)槭┬欣纭斑M(jìn)行黑白體字打印時(shí)通過噴射大墨水滴來打印濃度濃的文字，在進(jìn)行彩色打印時(shí)通過噴射小墨水滴來進(jìn)行高畫面質(zhì)量打印”這樣的使用方法或“在打算高速打印草稿時(shí)進(jìn)行大墨水滴的間隔打印，在進(jìn)行高畫面質(zhì)量打印時(shí)用小墨水滴”這樣的使用方法的緣故。
為了實(shí)現(xiàn)這些愿望，雖然把根據(jù)各自的墨水滴體積所形成的頭芯片組合起來形成打印頭就可以了，但是打印頭變大，成本也增加。
此外，在加熱式噴墨方式中通過調(diào)整發(fā)生氣泡的發(fā)熱電阻體的設(shè)計(jì)尺寸或噴嘴的寬度，雖然造成若干墨水滴體積差，但是無法造成足夠大的差。
與此相反，在特開平10-138483號公報(bào)中公開了通過改變施加在發(fā)熱電阻體上的驅(qū)動(dòng)電壓和脈沖寬度來改變墨水溫度上升速度，使供應(yīng)發(fā)泡的墨水量變化的構(gòu)成。在此一方法的場合，因?yàn)樵诎l(fā)熱電阻體上施加多種驅(qū)動(dòng)電壓，故成本增加，并且墨水滴體積的變動(dòng)幅度也不大。
此外，在特開平11-99637號公報(bào)中提出了在同一流路內(nèi)設(shè)置多個(gè)發(fā)熱電阻體，控制墨水滴體積用的發(fā)熱電阻體的驅(qū)動(dòng)方式。進(jìn)而，在特開平10-16221號公報(bào)中提出了在同一流路內(nèi)設(shè)置多個(gè)發(fā)熱電阻體，在大容量滴的場合驅(qū)動(dòng)兩個(gè)發(fā)熱電阻體，在小容量滴的場合驅(qū)動(dòng)某一單方的方法。這些方法也是雖然能夠造成墨水體積差，但是變動(dòng)幅度不大。
此外，在第1現(xiàn)有技術(shù)例中，雖然可以通過RIE把復(fù)雜形狀的個(gè)別流路(墨水排出口)精度高地制成規(guī)定深度的斷面形狀，但是僅能形成一定的深度，無法使從同一芯片排出的墨水滴體積變動(dòng)。
下面說明的第2現(xiàn)有技術(shù)例是鑒于這種問題而作成的，其目的在于保留RIE的微細(xì)加工的優(yōu)點(diǎn)(噴射能量效率高而能夠適應(yīng)高分辨率化)，在同一芯片內(nèi)形成深度不同的噴嘴。具體地說通過用兩步RIE加工在同一芯片內(nèi)形成深度不同的噴嘴。借此在同一芯片內(nèi)可以形成深度不同的噴嘴，結(jié)果可以噴射體積大為不同的墨水滴，提供一種可以廉價(jià)地同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速打印和高畫面質(zhì)量打印的液體噴射記錄裝置。
下面具體地說明本第2現(xiàn)有技術(shù)例。再者，對與第1現(xiàn)有技術(shù)例同樣的構(gòu)成要素賦予同一標(biāo)號，省略其詳細(xì)說明。第2現(xiàn)有技術(shù)例中的打印頭芯片的透視圖示于圖22。
打印頭芯片100A分成排出比較小的墨水滴的小墨水排出口114A所排列的小墨水排出口區(qū)140和排出大墨水滴的大墨水排出口114B所排列的大墨水排出口區(qū)142，在噴射體積大的墨水滴時(shí)用大墨水排出口區(qū)142的大墨水排出口114B來打印，在噴射體積小的墨水滴時(shí)用小墨水排出口區(qū)140的小墨水排出口114A來打印。例如在大墨水排出口區(qū)142中使用黑色墨水，借此可以打印濃度濃的黑體字，在小墨水排出口區(qū)140中使用彩色墨水，借此高畫面質(zhì)量彩色打印成為可能。
此外，第2現(xiàn)有技術(shù)例中的根據(jù)另一個(gè)例子的打印頭芯片100B的透視圖示于圖23。這里小墨水排出口114A和大墨水排出口114B交互排列。在此一場合，進(jìn)行高速草稿打印時(shí)通過選擇相當(dāng)于大墨水排出口114B的地址的信號，進(jìn)行用體積大的墨水滴的打印就可以了。因?yàn)槟蔚捏w積大，故即使不重疊打印也可以實(shí)現(xiàn)足夠的打印濃度。此外在進(jìn)行高畫面質(zhì)量打印時(shí)通過選擇相當(dāng)于小墨水排出口114A的地址的信號，進(jìn)行用體積小的墨水滴的打印就可以了。
下面基于大墨水排出口與小墨水排出口交互排列的圖23的第2現(xiàn)有技術(shù)例來說明這些芯片的制造方法。
具體地說就圖24(P)中所示的深度d3的大墨水排出口與深度d2的小墨水排出口交互并列的Si基板的制造工序進(jìn)行說明。作為制造工序，變更圖18(第1現(xiàn)有技術(shù)例的制造方法)的(C)工序和(O)工序。本第2現(xiàn)有技術(shù)例的制造工序示于圖24。對圖24(A)中所示的成為流體流路基板104的Si基板120，在圖24(B)中用熱氧化法作為耐蝕刻性掩模層只按膜厚t1形成SiO2膜122。在圖24(C′)中把SiO2膜122的成為大墨水排出口的部分用光刻法和干蝕刻法形成圖案。所用的Si基板120的結(jié)晶方位為<100>面。接著在圖24(C″)中把SiO2膜122的成為小墨水排出口的部分形成圖案。但是此時(shí)SiO2膜122不是全都蝕刻去除而是只按膜厚t2殘留。圖24的從(D)工序到(N)工序間是與圖18的從(D)工序到(N)工序是相同的。接著在圖24(O′)中用RIE法只按深度d1蝕刻成為大墨水排出口部分的Si基板120。此時(shí)成為小墨水排出口部分的Si基板120因?yàn)楸籗iO2膜122所覆蓋，故不受蝕刻。但是，此時(shí)SiO2膜122也因?yàn)槎嗌俦晃g刻而膜厚減少，膜厚t1之處成為t1′，膜厚t2之處成為t2′。接著在圖24(O″)中，用RIE法蝕刻SiO2膜122而完全去除成為小墨水排出口部分的SiO2膜122。但是就其他部分(膜厚t1′的部分)而言只按膜厚t1″殘留。此外因?yàn)榇藭r(shí)設(shè)定成成為大墨水排出口部分的Si基板幾乎不受蝕刻的條件，故此一部分的深度保持d1不變。接著，用RIE法按深度d2蝕刻Si基板120。在此一時(shí)刻成為小墨水排出口部分的深度成為d2，成為大墨水排出口的部分的深度成為d3＝d1+d2。最后在圖24(P)中用氟酸溶液有選擇地蝕刻去除SiO2膜122而完成成為流體流路基板1的Si基板120的加工。作為本制造方法的優(yōu)點(diǎn)可以舉出①Si基板的成為耐蝕刻掩模的材料(SiO2膜122)的形成僅一次就可以了，②雖然為了加深大墨水排出口部的Si基板而進(jìn)行兩次蝕刻，但是因?yàn)槟臀g刻掩模是同一個(gè)故不會發(fā)生對位誤差引起的形狀不良等。
但是，第2現(xiàn)有技術(shù)例因?yàn)榕c第1現(xiàn)有技術(shù)例相比工序數(shù)增加，故存在著制造成本增大這樣的問題。
此外，如果加深斷面矩形的槽的深度，則隨著斷面積的增大在矩形的槽的角部(角)處產(chǎn)生應(yīng)力集中，存在著在基板上產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)增大這樣的問題。
本發(fā)明的第1形態(tài)是疊層多個(gè)硅基板而成，從液體供給口所供給的液體到達(dá)多個(gè)個(gè)別流路，并從在各個(gè)別流路的前端上所形成的液體排出口作為液滴而噴射的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，其中前述液體排出口由在第1硅基板的表面上形成的斷面圓弧形狀的槽，和與前述第1硅基板相接觸的第2硅基板來構(gòu)成。
就本發(fā)明的第1形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
在液滴噴射記錄裝置上所形成的液體排出口雖然由形成了斷面圓弧形狀的槽的第1基板，和接觸(疊層)于第1基板上的第2基板來構(gòu)成，但是因?yàn)樵诘?基板上所形成的槽的斷面為不形成角的圓弧形狀，故可以抑制在角部的角上應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。
本發(fā)明的第2形態(tài)，是根據(jù)第1形態(tài)，其特征在于，前述槽靠對第1硅基板的濕式異向性蝕刻，和靠繼續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)性離子蝕刻來形成。
就本發(fā)明的第2形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
首先，通過對硅基板濕式異向性蝕刻來形成斷面三角形的槽后，對該槽所形成的部分施行反應(yīng)性離子蝕刻，借此形成由對基板表面垂直的兩個(gè)大體上平行的面和連接一對垂直面的底部側(cè)的圓弧面形成的沒有角的，也就是圓弧形狀的槽。
因而，可以通過反應(yīng)性離子蝕刻確保可以微細(xì)加工的優(yōu)點(diǎn)，可以形成能夠防止應(yīng)力集中引起的裂紋發(fā)生的槽。
本發(fā)明的第3形態(tài)，是根據(jù)第1形態(tài)，其特征在于，在前述疊層斷面上備有斷面形狀為矩形的液體排出口。
就本發(fā)明的第3形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
在液滴噴射記錄裝置中，在所疊層的硅基板的疊層端面上有斷面為圓弧形狀和矩形形狀的至少兩種形狀(斷面積)的液體排出口。因而，在液體中使用墨水進(jìn)行圖像形成的場合，通過選擇液體排出口而排出墨水滴，可以把圖像形成切換成畫面質(zhì)量優(yōu)先或速度優(yōu)先。也就是說，通過使墨水滴從斷面積小的液體排出口排出可以進(jìn)行高畫面質(zhì)量的圖像形成，通過使墨水滴從斷面積大的液體排出口排出可以迅速地進(jìn)行圖像形成。
本發(fā)明的第4形態(tài)，是根據(jù)第3形態(tài)，其特征在于，斷面為矩形的前述液體排出口通過使另一個(gè)硅基板接觸于用反應(yīng)性離子蝕刻形成了槽的硅基板上而形成。
就本發(fā)明的第4形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
通過對硅基板施行反應(yīng)性離子蝕刻，可以形成斷面矩形形狀的槽，通過使另一個(gè)硅基板接觸于此一形成了槽的基板上，可以形成斷面矩形形狀的液體排出口。
本發(fā)明的第5形態(tài)，是根據(jù)本發(fā)明的第3形態(tài)或第4形態(tài)，其特征在于，斷面形狀不同的液體排出口交互排列。
就本發(fā)明的第5形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
通過像這樣來構(gòu)成，體積相對小的液滴從斷面積小的第1形狀的液體排出口排出，體積相對大的液滴從斷面積大的第2形狀的液體排出口排出。
在液體中使用墨水的場合，因?yàn)閺牡?形狀的液體排出口所排出的墨水滴的體積大，故即使不重合也可以實(shí)現(xiàn)足夠的打印濃度。此外，如果從第1形狀的液體排出口進(jìn)行體積相對小的墨水滴的打印則可以實(shí)現(xiàn)高畫面質(zhì)量的打印。
本發(fā)明的第6形態(tài)，是根據(jù)本發(fā)明的第3形態(tài)或第4形態(tài)，其特征在于，備有斷面形狀不同的液體排出口，每種同一斷面形狀的液體排出口連續(xù)地排列。
就本發(fā)明的第6形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
通過像這樣來構(gòu)成，體積相對小的液滴從斷面積小的第1形狀的液體排出口排出，體積相對大的液滴從斷面積大的第2形狀的液體排出口排出。因此，在液體中使用墨水的場合，通過從連續(xù)配置的第2形狀的液體排出口排出體積相對大的墨水滴可以進(jìn)行濃度濃的黑體字打印。另一方面，通過在連續(xù)配置的第1形狀的液體排出口中使用彩色墨水而排出體積相對小的墨水滴，高畫面質(zhì)量的彩色打印成為可能。
本發(fā)明的第7形態(tài)，是根據(jù)第3～第6形態(tài)的任何一項(xiàng)，其特征在于，包括斷面為前述圓弧形狀的槽的液體排出口的開口面積大于前述斷面矩形的液體排出口的開口面積。
就本發(fā)明的第7形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
隨著槽的斷面積加大，基板上容易產(chǎn)生裂紋。特別是在把槽的斷面取為矩形等有角的形狀的場合，基板從該角開始產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)性增加。然而，在本發(fā)明中，由于把斷面積大的槽取為斷面形狀中沒有角的圓弧形狀，所以可以抑制基板上產(chǎn)生裂紋的可能性。
此外，例如通過對同一基板在耐蝕刻掩模形狀上下工夫，在用濕式異向性蝕刻僅蝕刻成為圓弧形狀的槽的部分之后，通過用反應(yīng)性離子蝕刻來蝕刻成為圓弧形狀的槽的部分和成為矩形形狀的槽的部分兩者，可以使圓弧形狀的槽斷面積大于矩形形狀的槽。這樣一來，通過加大圓弧形狀的槽的斷面積，在液滴噴射記錄裝置中形成不同的斷面積的液體排出口的制造工序得到簡化。
本發(fā)明的第8形態(tài)，其特征在于，通過對硅基板施行濕式異向性蝕刻，和繼此施行反應(yīng)性離子蝕刻，在前述硅基板上形成斷面為圓弧形狀的槽。
就本發(fā)明的第8形態(tài)的作用進(jìn)行說明。
通過對硅基板施行濕式異向性蝕刻，和繼此施行反應(yīng)性離子蝕刻，槽的斷面形狀成為沒有角的圓弧形狀。因而，因?yàn)椴鄣膬?nèi)部沒有角，故可以防止應(yīng)力集中，可以防止對硅基板的裂紋發(fā)生。
圖2是圖1中的A-A線的剖視圖。
圖3是圖1中的B-B線的剖視圖。
圖4是硅基板的疊層端面的制造工序圖。
圖5是圖1中的A-A線斷面位置上的流路基板的制造工序圖。
圖6是圖1中的A-A線斷面位置上的流路基板的制造工序圖。
圖7是圖1中的A-A線斷面位置上的流路基板的制造工序圖。
圖8(A)是SiO2膜42的掩模圖案，(B)是SiN膜48的掩模圖案，(C)是SiN膜54的掩模圖案。
圖9是表示個(gè)別流路30相當(dāng)部分的掩模圖案彼此的位置關(guān)系的俯視圖。
圖10是表示個(gè)別流路31相當(dāng)部分的掩模圖案彼此的位置關(guān)系的俯視圖。
圖11是圖9中的D-D線斷面的流路基板的制造工序圖。
圖12是圖10中的D-D線斷面的流路基板的制造工序圖。
圖13是形成了大槽和小槽的流路基板的俯視圖。
圖14是表示在斷面矩形的槽中產(chǎn)生裂紋的說明圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施例的噴墨記錄頭的透視圖。
圖16是根據(jù)第1現(xiàn)有技術(shù)例的噴墨記錄頭的透視圖。
圖17是圖16中的H-H線剖視圖。
圖18是圖16中的H-H線斷面位置處的流路基板的制造工序圖。
圖19(A)是SiO2膜122的掩模圖案，(B)是SiN膜128的掩模圖案，(C)是SiN膜136的掩模圖案。
圖20是實(shí)施第2次濕式異向性蝕刻時(shí)的Si基板中的成為個(gè)別流路110的部分附近的剖切透視圖。
圖21是構(gòu)成根據(jù)第1現(xiàn)有技術(shù)例的噴墨記錄頭的流路基板的俯視圖。
圖22是根據(jù)第2現(xiàn)有技術(shù)例的噴墨記錄頭的透視圖。
圖23是根據(jù)第2現(xiàn)有技術(shù)例的噴墨記錄頭的透視圖。
圖24是第2現(xiàn)有技術(shù)例中的流路基板的制造工序圖。
如圖1中所示，噴墨記錄頭10是發(fā)熱元件基板12和流路基板14經(jīng)由保護(hù)膜16疊層，在疊層端面18上交互地形成由對峙的兩個(gè)垂直面與連接前述垂直面的圓弧狀面界定的大墨水排出口20，和以矩形比大墨水排出口29疊層方向深度要淺的(開口面積小的)小墨水排出口22。
在流路基板14的上表面上形成墨水供給口24，連通到在內(nèi)部形成的有階梯部26的公共液室28(參照圖2、圖3)。公共液室28與連通到大墨水排出口20的個(gè)別流路30和連通到小墨水排出口22的個(gè)別流路31相連通。在個(gè)別流路30、31上分別備有配置發(fā)熱元件32并且形成凹部34的寬闊的壓力發(fā)生區(qū)35，和相對于壓力發(fā)生區(qū)35減少寬度的墨水排出口20、22側(cè)的前方節(jié)流器36和公共液室28側(cè)的后方節(jié)流器38(參照圖13)。
因而，是從墨水供給口24供給到噴墨記錄頭10內(nèi)部的墨水經(jīng)由公共液室28流入個(gè)別流路30、31，通過發(fā)熱元件32的加熱而在壓力發(fā)生區(qū)35中發(fā)生氣泡而從大墨水排出口20或小墨水排出口22排出體積不同的墨水滴的構(gòu)成。
這樣一來，噴墨記錄頭10因?yàn)樾∧懦隹?2和大墨水排出口20交互排列，故在進(jìn)行高速草稿打印時(shí)通過選擇相當(dāng)于個(gè)別流路30的發(fā)熱元件32的地址的信號，從大墨水排出口20排出體積大的墨水滴而打印就可以了。這是因?yàn)槟蔚捏w積大，故即使不重疊打印也可以實(shí)現(xiàn)足夠的打印濃度的緣故。另一方面，如果通過選擇相當(dāng)于個(gè)別流路31的發(fā)熱元件32的地址的信號，從小墨水排出口22排出墨水滴而打印，則可以進(jìn)行高畫面質(zhì)量的打印。
下面，參照圖4～13就噴墨記錄頭10的制造方法進(jìn)行說明。圖4是就流路基板14的制造工序，觀看疊層端面18(切割)位置斷面的圖，圖5～圖7是就流路基板14的制造工序，觀看A-A線(大墨水排出口)斷面的圖。再者，圖4～圖7和圖11、圖12中所附(A)～(S)若是同一標(biāo)記就是表示同一制造工序。
具體地說就制造圖4(O)中所示的深度d4的大槽62和深度d5的小槽64交互并列的Si基板(流路基板14)的工序進(jìn)行說明。再者，Si基板40的結(jié)晶方位為<100>面。
首先，對成為流路基板14的Si基板40(參照圖5(A))用熱氧化法作為第1耐蝕刻性掩模層而形成SiO2膜42(參照圖5(B))。
接著把SiO2膜42的成為個(gè)別流路30、31和公共液室28的部分用光刻法和干蝕刻法形成圖案(參照圖5(C))。通過此一形成圖案所形成的掩模形狀示于圖8(A)。也就是說，露出與公共液室28和個(gè)別流路30、31相對應(yīng)部分的Si基板40。
再者，如圖8(A)中所示，SiO2膜42的掩模圖案取為，成為公共液室28的部分與成為個(gè)別流路30、31的部分連接，而在個(gè)別流路30、31的公共液室28側(cè)連接處設(shè)置后方節(jié)流器形狀46，在成為墨水排出口的部分的前端附近設(shè)置前方節(jié)流器形狀44，把成為墨水排出口的位置的個(gè)別流路30收窄的這樣的圖案。
接著，用減壓CVD(化學(xué)蒸氣沉積)法作為第2耐蝕刻性掩模層而形成SiN膜48(參照圖5(D))。此時(shí)形成的SiN膜48的厚度，可以取為例如300nm左右。
對此一SiN膜48，把成為公共液室28和階梯部26的部分，在個(gè)別流路30中成為凹部34的一部分和墨水排出口20的部分，以及在個(gè)別流路31中成為凹部34的部分用光刻法和干蝕刻法形成圖案(參照圖5(E))。SiN膜48的圖案之一例示于圖8(B)。在此一SiN膜48上所形成的凹部圖案50A、50B是成為進(jìn)行預(yù)加工用的掩模者，該預(yù)加工用來形成分別是成為個(gè)別流路30的凹部34和大墨水排出口20，和個(gè)別流路31的凹部34的深度方向的形狀。
也就是說，凹部圖案50A如圖9中所示，取為對SiO2膜42的相當(dāng)于個(gè)別流路30的掩模圖案(圖9中虛線部)延伸到相當(dāng)于大墨水排出口20的部分的寬度一定的長方形形狀的圖案。另一方面，凹部圖案50B如圖10中所示，取為對SiO2膜42的相當(dāng)于個(gè)別流路31的掩模圖案(圖10中虛線部)，僅相當(dāng)于凹部34的寬闊的長方形形狀的圖案。
此外，在本例的SiN膜48的圖案中，由于與凹部圖案50A、50B一起形成公共液室圖案51，所以成為公共液室28和階梯部26的部分被去除。
接著，用減壓CVD法形成成為耐磷酸蝕刻保護(hù)膜(第3耐蝕刻性掩模層)的SiO2膜52(參照圖5(F))。此時(shí)形成的SiO2膜52的厚度可以取為例如500nm左右。
對此一SiO2膜52用光刻法和干蝕刻法形成圖案。此一SiO2膜52形成到覆蓋SiN膜48的程度(參照圖5(G))。
接著用減壓CVD法形成成為第4耐蝕刻性掩模層的第2 SiN膜54。此時(shí)形成的SiN膜54的厚度可以取為例如300nm左右(參照圖6(H))。
對此一SiN膜54把成為公共液室28的區(qū)用光刻法和干蝕刻法形成圖案(參照圖6(I))。SiN膜54的圖案之一例示于圖8(C)。此一SiN膜54形成僅去除成為公共液室28的部分的公共液室圖案56。此時(shí)，去除SiN膜54的區(qū)設(shè)定成按規(guī)定量小于實(shí)際的公共液室28的尺寸就可以了。
接著，以此一SiN膜54作為蝕刻掩模對Si基板40實(shí)施靠KOH水溶液的蝕刻(參照圖6(J))。進(jìn)行此一蝕刻直到貫通Si基板40，貫通孔成為墨水供給口24。此一加工因?yàn)闈袷疆愊蛐晕g刻的特性所以側(cè)壁作為有規(guī)定的角度的斜面而形成。這里由于從Si基板40一方的面進(jìn)行加工，所以形成斷面積朝墨水供給口24減小的貫通孔。這里用的濕式異向性蝕刻與RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)相比加工速度快，適合于貫通Si基板40之類加工深度深的加工。
接著，用磷酸水溶液有選擇地蝕刻去除SiN膜54(參照圖6(K))。此時(shí)，因?yàn)橛谐蔀槟土姿嵛g刻保護(hù)膜的SiO2膜52，故其下的SiN膜48不受侵蝕。
接著，用HF溶液有選擇地蝕刻去除SiO2膜52(參照圖6(L))。
接著，以SiN膜48(參照圖8(B))作為蝕刻掩模對Si基板40實(shí)施用KOH水溶液的濕式異向性蝕刻(分別參照圖6(M)、圖9(M))。在此一濕式異向性蝕刻中不貫通地進(jìn)行按想要的深度的加工。加工深度可以取為例如200μm左右。但是，設(shè)定得比精加工深度要淺。如圖8(B)中所示，因?yàn)镾iN膜48有成為公共液室28和階梯部26的部分被去除的公共液室圖案51，故在公共液室28的側(cè)壁部分可以形成規(guī)定深度的階梯部。
此外，由于形成有SiN膜48的成為個(gè)別流路30中的凹部34的一部分和大墨水排出口20的部分被去除的凹部圖案50A，和成為個(gè)別流路31中的凹部34的部分被去除的凹部圖案50B，所以成為個(gè)別流路30的凹部34和大墨水排出口20的部分，和成為個(gè)別流路31的凹部34的部分也被蝕刻，形成個(gè)別流路30的深度方向的形狀。
在進(jìn)行切割而成為疊層端面18的疊層端面位置(圖9、圖10，C-C線斷面位置)處，僅有靠SiN膜48的凹部圖案50A成為大墨水排出口20部分的Si基板40被露出，通過濕式異向性蝕刻形成斷面三角形的槽62A(參照圖4(L)～(M))。
另一方面，在凹部形成位置(圖9、圖10，D-D線斷面位置)處，靠凹部圖案50A，與疊層端面18相同寬度的Si基板40從SiN膜48被露出，在該部分也形成與槽62A同樣的斷面三角形的槽63A(參照圖11(L)～(M))。另一方面，在凹部圖案50B所形成的位置處，符合凹部34的寬度的Si基板40從SiN膜48被露出，在該部分形成斷面三角形的槽65A(參照圖12(L)～(M))。
接著，用磷酸溶液有選擇地蝕刻去除SiN膜48(參照圖4、圖7、圖11、圖12各(N))。結(jié)果，沿著流路形狀部分的Si基板40從SiO2膜42露出。也就是說，在疊層端面位置處，不僅大墨水排出口20所形成的位置，而且小墨水排出口22所形成部分的Si基板40也從SiO2膜42露出(參照圖4(N))。此外，在凹部形成位置處，個(gè)別流路30所形成的位置處也是，凹部34相當(dāng)寬度Si基板40也從SiO2膜42露出(參照圖11(N))。
接著，以SiO2膜42作為蝕刻掩模并用RIE法蝕刻成為個(gè)別流路30、31部分和成為公共液室23部分的Si基板40(參照圖4、圖7、圖11、圖12各(O))。加工深度可以取為例如20μm左右。在此一RIE加工中可以與Si的結(jié)晶方位無關(guān)地，把有掩模的部分以外均等地沿厚度方向蝕刻。因而，可以沿著圖8(A)中所示的掩模圖案形狀(實(shí)線部)精度高地形成流路。
結(jié)果，在小墨水排出口22形成位置處，靠RIE加工形成深度d5的斷面矩形形狀的小槽64(參照圖4(N)～(O))。
另一方面，在大墨水排出口20形成位置處，雖然剛濕式異向性蝕刻后形成三角形的槽62A，但是其后通過進(jìn)行RIE加工三角形的頂點(diǎn)部變圓而成為大槽64(參照圖4(N)～(O))。這是因?yàn)樵谖g刻時(shí)聚合物厚厚地堆積在頂點(diǎn)部，在此一部分蝕刻初期的蝕刻氣體的供給受阻的緣故。此外，大槽62的深度d4與僅靠RIE加工的場合(小槽62的深度d5)相比按蝕刻三角槽62A的量加深。
這樣一來，在Si基板40上形成深度不同的大槽62和小槽64。
最后，用氟酸溶液有選擇地蝕刻去除SiO2膜42而完成成為流路基板14的Si基板40的加工(參照圖7(P))。
沿著圖7、圖12中所示的切割線切割這樣一來形成了大槽62和小槽64的Si基板40，借此深度不同的大槽62和小槽64開口于斷面，形成流路基板14。
經(jīng)由保護(hù)層16把此一流路基板14與發(fā)熱元件基板12疊層，借此大槽62、小槽64分別成為個(gè)別流路30、31，疊層端面18上的開口部成為墨水排出口20、22。
像這樣，在本實(shí)施例中，因?yàn)樵诠惨菏?8的階梯部26形成用的掩模中，從凹部34相當(dāng)部分到相當(dāng)于大墨水排出口20的部分形成凹部圖案50A，故在階梯部26形成時(shí)的濕式異向性蝕刻中Si基板40的大墨水排出口20形成部分上形成三角槽62A，接著靠流路形成用的掩模用RIE進(jìn)行蝕刻，借此三角槽62A進(jìn)而成為深的圓弧形狀的大槽62。另一方面，小墨水排出口22的部分因?yàn)閮H用RIE來進(jìn)行蝕刻，故形成與大槽62相比要淺的斷面為矩形形狀的小槽64。
像這樣，在本實(shí)施例中，不增加現(xiàn)有技術(shù)的蝕刻工序，通過在掩模形狀上下工夫，可以在Si基板40上形成深度不同的大槽62和小槽64。
因而，用RIE加工精度高地加工有斷面積不同的墨水排出口的噴墨記錄頭10的流路基板14，可以還用濕式異向性蝕刻短時(shí)間內(nèi)形成深的墨水排出口(大槽62)。因而，可以提高噴墨記錄頭10的生產(chǎn)率。
此外，如果槽70的斷面為矩形形狀，則如圖14中所示，存在著隨著斷面積的增加因應(yīng)力集中而從角部的角開始在硅基板40上產(chǎn)生裂紋72的危險(xiǎn)。
可是，因?yàn)榇蟛?2把槽內(nèi)部的斷面形狀取為由對峙的垂直面和連接此一底部的圓弧面構(gòu)成的沒有角的形狀，故可以防止因應(yīng)力集中而從角開始產(chǎn)生裂紋。再者，只要是例如把槽的形狀取為使三角槽的頂部圓滑而成圓弧狀的形狀等沒有角的圓弧形狀，就可以實(shí)現(xiàn)這種防止裂紋的效果，不限定于本
(第2實(shí)施例)下面參照圖15就根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施例的噴墨記錄頭進(jìn)行說明。對與第1實(shí)施例相同的構(gòu)成要素賦予同一標(biāo)號，省略其詳細(xì)說明。由于與第1實(shí)施例不同之處僅在于流路基板14的個(gè)別流路的配置，所以僅說明相應(yīng)部分。
如圖15中所示，在噴墨記錄頭60中，在疊層端面18上分成小墨水排出口22所排列的第1區(qū)A1和大墨水排出口20所排列的第2區(qū)A2。
因而，在噴射體積大的墨水滴時(shí)僅用第2區(qū)A2來打印，在噴射體積小的墨水滴時(shí)僅用第1區(qū)A1來打印。
例如，通過從第1區(qū)A1的大墨水排出口20排出黑色墨水可以進(jìn)行濃度濃的黑體字打印，通過在第2區(qū)A2中使用彩色墨水高畫面質(zhì)量彩色打印成為可能。
本發(fā)明的效果為不增加工序數(shù)而在同一芯片內(nèi)形成深度不同的墨水排出口，借此可以噴射體積大不相同的墨水滴，可以提供一種可同時(shí)進(jìn)行高速打印和高畫面質(zhì)量打印的廉價(jià)的液滴噴射記錄裝置。
此外，通過把黑色墨水分配給大滴，把彩色墨水分配給小滴，可以提供一種能夠用單一頭進(jìn)行高速·高畫面質(zhì)量打印的全色液體噴射記錄裝置。
進(jìn)而，通過把本發(fā)明(用濕式異向性蝕刻和反應(yīng)性離子蝕刻的加工)運(yùn)用于所有的墨水排出口，在短時(shí)間內(nèi)深的槽的加工成為可能，提高噴墨記錄頭的生產(chǎn)率。
進(jìn)而，因?yàn)榭梢允箻?gòu)成墨水排出口的基板的槽的角圓滑，故還提高硅基板的耐裂紋性。
權(quán)利要求
1.一種液滴噴射記錄裝置，是疊層多個(gè)硅基板而成，從液體供給口所供給的液體到達(dá)多個(gè)個(gè)別流路，該液體從在各個(gè)別流路的前端上所形成的液體排出口作為液滴而被噴射的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，前述液體排出口由在第1硅基板的表面上形成的斷面為圓弧形狀的槽，和與前述第1硅基板相接觸的第2硅基板來構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，前述槽靠對第1硅基板的濕式異向性蝕刻，和靠繼續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)性離子蝕刻來形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，在前述疊層斷面上備有斷面形狀為矩形的液體排出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，斷面為矩形的前述液體排出口是通過使另一個(gè)硅基板接觸于用反應(yīng)性離子蝕刻形成了槽的硅基板上而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，斷面形狀不同的液體排出口交互排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，備有斷面形狀不同的液體排出口，每種同一斷面形狀的液體排出口連續(xù)地排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求3～6中的任何一項(xiàng)中所述的液滴噴射記錄裝置，其特征在于，包括斷面為前述圓弧形狀的槽的液體排出口的開口面積大于前述斷面為矩形的液體排出口的開口面積。
8.一種硅結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，通過對硅基板施行濕式異向性蝕刻，和繼此施行反應(yīng)性離子蝕刻，在前述硅基板上形成斷面為圓弧形狀的槽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在同一芯片內(nèi)備有具有不同的開口大小和深度的多個(gè)液體排出口的液滴噴射記錄裝置。例如,在噴墨記錄頭(10)中,在疊層端面(18)上形成具有不同的深度的大墨水排出口(20)和小墨水排出口(22)。為了實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu),首先用濕式異向性蝕刻來蝕刻相當(dāng)于大墨水排出口(20)部分的硅基板(40),形成斷面三角形的槽,然后用反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)來蝕刻相當(dāng)于大墨水排出口(20)和小墨水排出口(22)部分的硅基板(40),借此完成包含大墨水排出口(20)和小墨水排出口(22)的流路基板(14)。因而,由于用RIE加工可以精度高地進(jìn)行最終的流路形狀的加工,另一方面用濕式異向性蝕刻可以高效地形成不同深度的槽,所以噴墨記錄頭(10)的生產(chǎn)率也提高。
文檔編號B41J2/16GK1370680SQ02104
公開日2002年9月25日 申請日期2002年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月14日
發(fā)明者村田道昭, 植田吉久 申請人:富士施樂株式會社