專利名稱：液體排出頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
地，本發(fā)明涉及通過將墨排出到記錄介質(zhì)上而進行記錄的噴墨 記錄頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
如噴墨頭等的液體排出頭包括排出口 、與排出口連通的液 體通路、用于排出液體并且布置在液體通路中的能量產(chǎn)生單元、 與液體通路連通的液室以及用于從儲墨器等向液室供給墨的供 應(yīng)口 。通過將能量產(chǎn)生單元產(chǎn)生的能量提供給填充液體通路的 墨，使墨滴從排出口排出。這些排出的墨滴落到記錄材料上而 形成像素，從而進行記錄。
在這些液體排出頭中，因為可以高密度地配置多個排出口 ， 利用熱能排出液體的液體排出頭能夠以高分辨率進行記錄，。此 外，這種液體排出頭的優(yōu)點還在于可以容易地減小多個排出頭 的整體尺寸。
通常，在上述已知的利用熱能的液體排出頭中，通過將多
個發(fā)^;電F且(exothermic resistive )元4牛成歹'J i也酉己置在侈'J^口由 硅制成的基板上來實現(xiàn)高密度配置，并且使用具有共用于多個 發(fā)熱電阻元件的蓄熱層和電絕緣層的基板。
第6984024號美國專利公開了 一種背射(back-shooting) 式頭，其是噴墨頭的實例。在熱驅(qū)動式噴墨頭中，通過布置在 液體通路中的發(fā)熱電阻元件(加熱器)產(chǎn)生的熱量，在墨中形 成氣泡，液體通路中的墨通過氣泡生長產(chǎn)生的壓力而從排出口
中排出。排出墨滴的方向與氣泡膨脹所在的加熱器表面所面向 的方向相反的墨滴排出系統(tǒng)被稱為"背射式"。
利用絕緣體上硅(SOI)晶片制造第6984024號美國專利 中說明的背射式頭。例如，構(gòu)成SOI晶片的硅表面層和絕緣層 的厚度分別是4C^m和l^im。在制造該頭的過程中，首先，形成 墨室和墨通道壁。更具體地，形成槽，然后通過熱氧化處理埋 置該槽。氧化膜作為最后的使用XeF2的各向同性蝕刻的停止 層。熱氧化處理之后，通過化學(xué)機械研磨(CMP)去除基板表面 上形成的熱氧化膜。
隨后，形成并圖案化加熱器下層、加熱器層和配線層(加 熱器上層)、以及金屬保護膜。接著，形成用于電鍍的金屬晶種 (seed )層，圖案化用作排出口的圖案的正抗蝕層(resist )。 通過電鑄形成作為排出口板的鎳膜，使得該鎳膜的厚度為 30pm。隨后，通過蝕刻下層的硅形成管道(manifold),然后 蝕刻絕緣層。然后，沉積聚對亞苯基二甲基(parylene )以保 護暴露的硅部分。隨后，蝕刻平行于基板表面布置的部分聚對 亞苯基二甲基以去除位于對應(yīng)于排出口的位置的硅。最后，通
過用XeF2進行各向同性蝕刻使墨室和墨通道與排出口連通。
目前，使用大量的記錄設(shè)備，并且這些記錄設(shè)備需要例如 高速記錄、高分辨率、高圖像品質(zhì)和低噪音等。符合上述要求 的記錄設(shè)備的記錄頭的一個實例是噴墨頭。在利用熱能排出墨 的噴墨頭中，為滿足以上要求所需的墨排出的穩(wěn)定性，即，墨 排出量的穩(wěn)定性受到排出部中墨溫度的顯著影響。具體地，如 果墨的溫度過低，則墨的粘度過分增加。結(jié)果，無法利用正常 的熱能排出墨。另一方面，如果溫度過高，則排出量增加，例 如，墨可能濺到記錄薄片上，導(dǎo)致圖像品質(zhì)劣化。此外，為了 實現(xiàn)高速記錄，必須通過高效地消耗加熱器產(chǎn)生的熱量而不在
基板中蓄集熱量來增加驅(qū)動頻率(對于驅(qū)動頻率，將從排出液 滴到下 一次排出之間的時間段定義為 一個周期)。
另一方面，在背射式噴墨頭中，在厚度約30pm的排出口板
中設(shè)置加熱器。在該結(jié)構(gòu)中，因為具有加熱器的部分的熱容量 低，所以與堆疊在形成加熱器的硅基板上的、包括帶加熱器的 液體通路的排出口板的頭相比，墨的溫度容易升高。因此，這
種背射式頭具有缺點墨溫度容易升高，難以穩(wěn)定排出量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種背射式液體排出頭，其中，可以抑制待排 出的記錄液體的溫度升高以穩(wěn)定排出量。根據(jù)本發(fā)明，即使在 背射式液體排出頭中，也可以抑制排出口板的溫度增加，在液 室內(nèi)的墨的溫度也不容易增加。結(jié)果，可以進一步地穩(wěn)定排出量。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，液體排出頭包括基板；流路壁形成 層，其與基板結(jié)合，以在基板與流路壁形成層之間形成液體用 流路，該流路與一皮構(gòu)造成排出液體的排出口連通； 一皮構(gòu)造成產(chǎn) 生用于從排出口排出液體的能量并設(shè)置在流路壁形成層上的元 件；金屬層，其設(shè)置有與所述元件對應(yīng)的排出口 ；以及突出部， 其由金屬制成，并且該突出部從金屬層延伸穿過流路壁形成層， 并且沿基板的方向突出。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種制造液體排出頭的方法，該 液體排出頭包括基板、允許與被構(gòu)造成排出液體的排出口液體
連通的流路、設(shè)置在基板上并且形成流路的壁的 一 部分的流路 壁形成層、設(shè)置在流路壁形成層上并且被構(gòu)造成產(chǎn)生用于排出 液體的能量的元件和設(shè)置在所述元件上并且設(shè)置有排出口的金 屬層，所述方法包括在基板上形成流路壁形成層；在流路壁
形成層上形成所述元件；形成貫通流路壁形成層的孔，并且在 基板中形成與孔連續(xù)的槽；在流路壁形成層和所述元件上形成 金屬層，以填充孔和槽；以及通過去除基板的一部分來形成流路。
從以下參照附圖對典型實施方式的詳細(xì)"i兌明中，本發(fā)明的 進一步特征將顯而易見。


圖l的(A)是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的噴墨記錄 頭的剖視圖。
圖l的(B)是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的噴墨記錄 頭的俯一見圖。
圖2A至圖2C是示出制造第一實施方式的噴墨記錄頭的步 驟的實例的剖— 見圖。
圖3A到圖3D是示出圖2C中所示的步驟的后續(xù)步驟的剖視圖。
圖4A到圖4D是示出圖3D中所示的步驟的后續(xù)步驟的剖視圖。
圖5A到圖5C是示出圖4D中所示的步驟的后續(xù)步驟的剖視圖。
圖6 A和圖6 B是示出圖5 C中所示的步驟的后續(xù)步驟的剖視圖。
圖7A到圖7C是示出圖6B中所示的步驟的后續(xù)步驟的剖視圖。
圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的噴墨記錄頭的
剖視圖。
圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的噴墨記錄頭的 俯視圖。
圖9A至圖9C是示出制造第二實施方式的噴墨記錄頭的步 驟的實例的剖—見圖。
圖IOA至圖IOC是示出圖9C中所示的步驟的后續(xù)步驟的剖視圖。
圖IIA至圖IIC是示出圖IOC中所示的步驟的后續(xù)步驟的
剖視圖。
圖12A至圖12B是示出圖IIC中所示的步驟的后續(xù)步驟的
剖視圖。
圖13A是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的噴墨記錄頭的 剖視圖。
圖13B是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的噴墨記錄頭的
俯視圖。
圖14A至圖14H是示出制造第三實施方式的噴墨記錄頭的 步驟的實例的剖視圖。
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的噴墨記錄頭的 剖視圖。
圖16A至圖16F是示出制造第四實施方式的噴墨記錄頭的 步驟的實例的剖視圖。
圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的另 一噴墨記錄 頭的剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參照

本發(fā)明的實施方式。這里，將使用噴墨第一實施方式
圖l的(A)是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的噴墨記錄頭的 剖視圖，圖1的(B)是其俯視圖。
圖l的(A)和(B)所示的本實施方式的噴墨記錄頭包括 硅制成的基板101和堆疊在基板101上的排出口板lll。在基板 101的頂面上設(shè)置用作填充待排出的墨的液室的墨室104和用 作向墨室10 4供應(yīng)墨的通道的墨通道10 3 。穿過基板101還設(shè)置 有向墨通道103供應(yīng)墨的管道102,管道102貫通基板101的頂 面和底面。通過在基板101上依次堆疊均由無物制成的第一 保護層112和第二保護層113、以及金屬層115,形成排出口板 111。保護層112和113中包括作為發(fā)熱電阻元件的加熱器114 和其他組件。加熱器114設(shè)置在與墨室104的區(qū)域?qū)?yīng)的位置。 這些加熱器114可以設(shè)置在多個無機物保護層之間的任何層間 位置。此外，設(shè)置用于向排出口板lll排出墨的多個排出口 (噴 嘴)116以與墨室104連通。在排出口板lll所包括的層中，第 一保護層112還用作流路壁形成層，其形成流路壁的 一部分。
墨通道103設(shè)置在基板101的頂面上，并且形成為從具有細(xì) 長的矩形開口的管道102延伸。與布置在每個墨通道103的最下 游側(cè)的墨室104連通的排出口 116沿一個方向配置。
此外，包括在排出口板lll中的金屬層115的部分貫通保護 層112和113并突出(伸出)到墨通道103中，該部分是相對于 保護層112靠近基板101側(cè)布置的區(qū)域。因而，上述部分可以與 墨接觸。下文中，這些突出的柱狀部被稱為突出部120。
突出部12 0形成為使得其熱容量和表面積可被最大化。此 外，確定例如形狀、尺寸(寬度、長度和厚度)和配置使得墨 從管道102流入墨通道103的阻礙可最小化。
此外，突出部120還用作逆流阻止元件，其抑制在排出墨
中產(chǎn)生的向相鄰的墨室104的墨流的傳播。另外，突出部120 還用作過濾器，其防止墨中含有的雜質(zhì)到達(dá)墨室104。
接下來，將參照分別在圖2A至圖7C中示出的工藝流程圖說 明制造上述噴墨記錄頭的方法的實例。
在本實施方式中，將表面具有(100)的晶體取向面的單晶硅 晶片制備為基板IOI。
隨后，在基板101上依次堆疊犧牲層131、第一保護層112、 加熱器114、導(dǎo)體(未示出)和第二保護層113 (圖2A)。
第 一保護層112用作加熱器114和基板101之間的絕緣層，
層112由例如氮化硅或氧化硅制成。
第二保護層113用作將在后續(xù)步驟中形成的金屬層115和 加熱器114之間的絕緣層，并且保護加熱器114和向加熱器114 傳送驅(qū)動信號的導(dǎo)體(未示出)。第二保護層113由例如氮化硅 或氧化硅制成。
以比蝕刻基板101和第一保護層112的速度高許多的速度 蝕刻本實施方式的犧牲層131 。當(dāng)?shù)栌米鞯?一 保護層112 時，氧化硅可以用作犧牲層131的具體的材料。當(dāng)氟化氫氣體 用作犧牲層131的除去劑時，可以實現(xiàn)一選擇比，以達(dá)到相對 于構(gòu)成基板101的單晶硅和構(gòu)成第 一 保護層112的氮化硅的蝕 刻速率高許多的蝕刻速率。
加熱器114和向加熱器114傳送驅(qū)動信號的導(dǎo)體(未示出) 形成在第一保護層112上。每個加熱器114都由發(fā)熱電阻元件組 成，該發(fā)熱電阻元件由例如摻有雜質(zhì)的多晶硅、鉭鋁合金、氮 化鉭、氮化鈦或硅化鴒制成。傳送電信號到加熱器114的導(dǎo)體 由諸如鋁、鋁合金、金或銀等的導(dǎo)電性良好的金屬制成。
此外，在基板101的背面上形成背面保護膜132 。
上述堆疊材料中的每一種均可以通過諸如使用等離子體的 化學(xué)汽相沉積(CVD)的方法沉積。通過使用光刻膠掩模的
(photoresist mask)蝕刻，圖案化犧牲層131、加熱器114、
導(dǎo)體等。
接著，在第二保護層113上形成抗蝕圖案(resist pattern) 133 (圖2B)?？刮g圖案133具有與將形成為突出部120的部分 對應(yīng)的開口部。
利用抗蝕圖案133作為掩模蝕刻犧牲層131 、第 一保護層 112和第二保護層113 (圖2C)。在本實施方式中，蝕刻這三層。 作為可選方案，在圖2A所示的沉積步驟中，可以圖案化金屬層 的對應(yīng)于突出部120的部分。
此外，使用抗蝕圖案133干法蝕刻基板101的硅以形成槽 134(圖3A)。在該步驟中，形成槽134使得其達(dá)到與在后續(xù)步 驟中要形成墨通道103的部分對應(yīng)的深度。例如，將六氟化硫 和氧氣的混合氣體用于干法蝕刻。對于要形成的突出部120的 一些形狀，可以通過各向同性濕法蝕刻或晶體各向異性蝕刻進 行娃蝕刻。
而后移除抗蝕圖案133 (圖3B)。
此外，將鍍晶種層135沉積在到達(dá)槽134的開口的內(nèi)表面和 第二保護層113的表面(圖3C)。鍍晶種層135可以由例如TiW、 Ti/Pd或Ti/Au組成。在本實施方式中，使用Ti/Au進行說明。 Ti層的厚度為2000 A, Au層的厚度為4000 A,但是上述厚度 不限于此。例如，可以采用汽相沉積作為沉積鍍晶種層135的 方法。在通過汽相沉積形成鍍晶種層135時，可以通過相對于 蒸發(fā)源水平地布置基板和成一 角度地布置基板，來將鍍晶種層 135沉積在每個槽134的底部和側(cè)壁上。
此外，在鍍晶種層135上圖案化抗蝕層136,使得該抗蝕層136對應(yīng)于將在后續(xù)步驟中形成排出口 116的部分(圖3D)。在 本實施方式中將正抗蝕層用作抗蝕層136。作為可選方案，可 以使用負(fù)性抗蝕層或非感光性抗蝕層。
接著，將金屬層115形成在第二保護層113上，使得金屬材 料充分填充槽134內(nèi)部(圖4A)?？梢酝ㄟ^例如電鍍來形成金屬 層115。鍍層的厚度范圍是約40inm ~ 70|iim。例如，將金(Au) 或鎳(Ni)用作鍍成的金屬層115的材料。堆疊的金屬層115和保 護層112、 113的總厚度基本上對應(yīng)于排出口的長度(即，排出 口板lll的厚度)。因此，考慮排出口的所需長度來確定層厚。 在本實施方式中，將采用厚度為30 pm的金(Au)層組成的排出 口板lll進行說明。
形成的金屬層115受第二保護層113中存在的開口的影響， 并且該金屬層115的表面不平整。因此，為了去除不平整處， 可以通過表面研磨處理使金屬層115的表面平坦化。
然后去除抗蝕層136 (圖4B)。
接著，在基板101的背面上形成背面保護膜圖案137 (圖 4C)。形成背面保護膜圖案137的開口 ，使得該開口對應(yīng)于在后 續(xù)步驟中將形成管道102的部分。
將用于在后續(xù)步驟中的晶體各向異性蝕刻過程中保護排出 口板111的表面保護抗蝕層138涂布到基板101的頂面上(圖 4D )。
接著，通過晶體各向異性蝕刻在基板101中形成管道102 (圖5A)。四甲基氫氧化銨(TMAH)被用作上述蝕刻劑。作為可 選方案，例如，也可以使用氫氧化鉀(KOH)。形成管道102， 使得其從基板101的背面延伸到布置在基板101頂面的犧牲層 131。也就是，犧牲層131用作該蝕刻的蝕刻停止層。
接著，通過管道102的開口去除犧牲層131 (圖5B)。在本
實施方式中，由于使用氧化硅作為犧牲層131，所以使用無水
氫氟酸(AHF)蝕刻犧牲層131。當(dāng)犧牲層131由多晶硅、鋁等制 成時，可以通過利用石威性溶液濕法蝕刻去除犧4生層131。
此外，通過管道102將蝕刻劑引入去除犧牲層131所形成的 空間，以從該空間蝕刻單晶珪基板IOI。因此，形成對應(yīng)于墨 室104和墨通路103的流路(圖5C)。如前述蝕刻步驟那樣， TMAH或KOH可以用作該蝕刻劑。
隨后，去除表面保護抗蝕層138 (圖6A)。然后使用蝕刻劑 去除殘留在形成金屬層115過程中使用的抗蝕層136下方的鍍 晶種層135(圖6B)。在本實施方式中，排出口板lll的厚度為 30pm。構(gòu)成鍍晶種層135的Ti層的厚度和構(gòu)成鍍晶種層135的 Au層的厚度分別是2，000A和4，000A。因而，鍍晶種層135的厚 度遠(yuǎn)小于排出口板lll的厚度。因此，即使在如上所述的濕法 蝕刻鍍晶種層135時，對突出部120和排出口^1111的尺寸的影 響也很小。HF、 HN03和H20的混和溶液可以用于蝕刻Ti,王 水可以用于蝕刻Au。
接著，在進行干法蝕刻以連通排出口 116與將形成墨室104 的部分之前，圖案化干膜139作為用于保護排出口板lll的掩模 (圖7A)。作為可選方案，也可以將液體抗蝕層用作掩模。然 而，因為將形成排出口 116的槽已形成在排出口板lll中，考慮 到產(chǎn)率(yield),在本實施方式中使用干膜。
隨后，通過干法蝕刻來蝕刻第 一保護層112和第二保護層 113(圖7B)。第二保護層113可以由SiO制成，并且可以通過 將C F4 、 CH F3和Ar的混和氣體作為蝕刻氣體的反應(yīng)離子蝕刻 (RIE)來蝕刻第二保護層113。第一保護層112可以由SiN制 成，并且可以通過將CF4、 CHF3、 Ar和02的混和氣體作為蝕刻 氣體的RIE來蝕刻第一保護層112。
隨后，去除用于保護排出口板111的干膜139 (圖7C)。 最后，視需要利用切塊機(dicer)將得到的硅晶片分成所
需的芯片單位。從而，可制造出噴墨記錄頭。
通過將接觸流路中的墨的突出部120設(shè)置在包括加熱器
114的排出口板111上，即使在連續(xù)打印時，也可以抑制發(fā)泡部
分(bubble—generating portion )中的熱蓄積。因此，可以實
現(xiàn)穩(wěn)定排出量的效果。
第二實施方式
圖8 A是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的噴墨記錄頭的剖視圖， 圖8B是該噴墨記錄頭的俯視圖。為與第一實施方式中相同的部 件分配相同的附圖標(biāo)記，此處省略對這些相同部件的說明。將 說明與第 一 實施方式的部件不同的部件。
在本實施方式中，如圖8A所示，突出部120,即包括在排 出口板lll中的金屬層115的部分，貫穿保護層112和113并且突 出(伸出)到管道102內(nèi)。因而，突出部可以接觸墨。在第一 實施方式中，在連接到各墨室104的各流路中設(shè)置一個或多個 突出部120。相反，在本實施方式中，在基板101的頂面?zhèn)鹊墓?道102的開口中設(shè)置一個或多個突出部120。本實施方式的噴墨 記錄頭在這一點上與第一實施方式的噴墨記錄頭不同。
圖9A到圖12B示出制造上述噴墨記錄頭的方法的實例。在 本實施方式的方法中，通過干法蝕刻基板101的硅形成的槽134 的位置和深度與第一實施方式中的位置和深度不同。具體地， 與第一實施方式的圖2A到3A所示的步驟不同，在本實施方式 中，形成將通過干法蝕刻硅基板101形成的槽134,使該槽134 延伸到對應(yīng)于將形成管道10 2的部分的內(nèi)部的深度(參見圖9 B 和圖11A)。除了這一點之外，制造本實施方式的噴墨記錄頭的
方法與在第一實施方式中說明的方法相同。在本實施方式中， 由于可以抑制包括加熱器114的排出口板111中的熱蓄積，所以 可以如第 一 實施方式 一 樣地獲得穩(wěn)定排出量的效果。
第三實施方式
圖13A是根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的噴墨記錄頭的剖視 圖，圖13B是該噴墨記錄頭的俯視圖。為與第一實施方式中相 同的部件分配相同的附圖標(biāo)記，此處省略對這些相同部件的說 明。將說明與第一實施方式中的部件不同的部件。
在本實施方式中，如圖13A和13B所示，包括在排出口板 lll中的金屬層115的部分115a貫通保護層112和113并突出，并 且埋置在基板101中。另外，該突出部115a還用作墨通道103 和墨室104的壁面的 一部分。
認(rèn)為，通過使金屬層115的一部分直接接觸基板101,可以 有效地散發(fā)加熱器114產(chǎn)生的熱量，從而，與第一和第二實施 方式相比，能夠提高驅(qū)動頻率。
圖14A到圖14H示出制造上述噴墨記錄頭的方法的實例。 該實例的方法包括與第 一 實施方式中說明的圖2A所示步驟(沉 積犧牲層131以及保護層112和113的步驟)相同的步驟以及與 圖5A至圖7C所示步驟(形成管道102、墨通道103、墨室104 和排出口 116的步驟)相同的步驟。因此，將主要說明形成其 他部分的步驟。應(yīng)當(dāng)注意，除非另作說明，否則可以使用與第 一實施方式中使用的材料相同的材料形成本實施方式的噴墨記 錄頭。
首先，在如圖2A所示的沉積第二保護層113之前，使用正 抗蝕層、感光性聚合物等在將形成排出口 116的預(yù)定部分形成 排出口圖案140 (圖14A)。排出口圖案140的高度可以在約 50拜~ 100拜的范圍中。
接著，在第一保護層112、加熱器114和將電信號傳送到加 熱器114的導(dǎo)體(未示出)上形成第二保護層113。
去除犧牲層131以及保護層112和113的 一部分，該部分能 夠形成墨室104和墨通道103的壁面的一部分。在該步驟中，通 過光刻(lithography )工藝將正抗蝕層等圖案化，通過反應(yīng)離 子蝕刻去除該部分。
隨后，通過蝕刻在構(gòu)成基板101的單晶硅上形成到達(dá)基本 上等于將形成的墨室和墨通道的壁面的高度的深度的槽141 (圖14B)。可以采用干法蝕刻方法作為蝕刻硅的方法。在該步 驟中，可以圖案化光刻膠并將其用作掩模。作為可選方案，可 以使用用于蝕刻保護層等的前述掩模進行蝕刻。蝕刻的深度在 約10pm 30pm的范圍中，但是，可以考慮對應(yīng)于將形成墨室 10 4和墨通道10 3的部分的深度來確定蝕刻深度。
接著，形成金屬層115以充分地填充在第二保護層113和單 晶硅上形成的槽141。
形成的金屬層115受到存在的槽141的影響，并且該金屬層 115的表面不平整。因此，為了去除不平整處，可以通過表面 研磨使金屬層115的表面平坦化(圖14C )。在這種情況下，堆 疊的金屬層115以及保護層112和113的總厚度基本上對應(yīng)于排 出口的長度(即，排出口板lll的厚度)。
接著，為了保護將形成排出口 116的部分，將例如環(huán)化橡 膠142的保護材料涂布到基板的頂面?zhèn)?排出口板lll上)。
此外，抗蝕層形成在基板101的背面并被圖案化，使得在 將形成管道102的預(yù)定位置具有開口 。利用該抗蝕層作為掩模 (背面保護膜圖案137)形成管道102 (圖14D)。
在形成管道102時，基板101被浸入^4性水溶液，例如氬氧
化鉀(KOH)或四甲基氬氧化銨(TMAH)的水溶液中，以從背面 保護膜圖案137的開口進行晶體各向異性蝕刻。在貫通單晶硅 基板101并使其與犧牲層131連通時，結(jié)束該蝕刻。從而，形成 管道102。
接著，通過管道102去除犧牲層131 (圖14E )。當(dāng)犧牲層 131由氧化硅制成時，利用氫氟酸氣體進行蝕刻。當(dāng)犧牲層131 由例如多晶石圭或鋁制成時，可以通過利用石咸性溶液的濕法蝕刻 去除犧牲層131。
此外，通過管道102將蝕刻劑引入去除犧牲層131所形成的 空間中，以從該空間蝕刻單晶硅基板IOI。因此，形成對應(yīng)于 墨室104和墨通道103的流路(圖14F)。在這種情況下，在由 排出口板lll中的金屬層115的部分115a形成墨室104和墨通道 103的壁面的區(qū)域中，該部分115a用作蝕刻停止層。因此，在 金屬層115用作墨室104和墨通道103的壁面的區(qū)域中，可以提 高形成墨室104和墨通道103時的尺寸精度。
在形成管道102、墨通道103和墨室104之后，利用例如二 甲苯去除形成在排出口板111上的保護材料即環(huán)化橡膠142(圖 14G)。
然后去除用作排出口圖案140的正抗蝕層或感光性聚合物 以形成排出口 116的上部。這樣，外部與第一保護層112通過排 出口 116的上部相互連通(圖14G)。
接著，通過例如隔著適當(dāng)?shù)难谀＿M行反應(yīng)離子蝕刻、化學(xué) 干法蝕刻或噴砂處理，從排出口板lll側(cè)去除與外部連通的第 一保護層112，以形成排出口116的下部(圖14H)。
最后，視需要利用切塊機將得到的硅晶片分為所需的芯片 單位。從而，可制造出噴墨記錄頭。
上述噴墨記錄頭及其制造方法具有如下優(yōu)點。
由于包括在排出口板lll中的具有良好導(dǎo)熱性的金屬層
115的部分115a與基板101直接接觸，所以加熱器114中及其周 邊殘留的熱量可以被有效地散發(fā)到基板IOI。因此，該結(jié)構(gòu)可 以抑制排出口處溫度的增加。結(jié)果，能夠提高驅(qū)動頻率。
此外，由于金屬層115的部分115a用作墨通道103和墨室 104的壁面的一部分，所以在墨通道103和墨室104的形成過程 中，金屬層115的該部分115a有效地用作蝕刻停止層。因此， 能夠提高在加工墨室104和墨通道103的過程中的尺寸精確。結(jié) 果，能夠以高密度配置排出口 116。
第四實施方式
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的噴墨記錄頭的 剖視圖。為與第一實施方式中相同的部件分配相同的附圖標(biāo)記， 此處省略對這些相同部件的說明。將說明與第 一實施方式的部 件不同的部件。
在本實施方式中，如圖15所示，包括在排出口板lll中的 金屬層115的部分115a貫通基板101的背面，連結(jié)到散熱構(gòu)件 121。
此外，金屬層115將加熱器114及其周邊產(chǎn)生的熱量散發(fā)到 外部(散熱構(gòu)件121)。金屬層115的材料的實例包括具有良好 導(dǎo)熱性的金屬，例如鎳(Ni)、銅(Cu)、鋁(Al)和金(Au)。然而， 可以將金(Au)用作金屬層115,因為用作排出口板lll的頂面層 的金屬層115既需要導(dǎo)熱性又需要抗墨性(抗腐蝕性)。
更具體地，可以在金屬層115下方設(shè)置由例如鴒化鈦(TiW) 制成的阻擋層和由例如銅(Cu)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、金(Au)或鎳(Ni) 制成的晶種層。
散熱構(gòu)件121具有低熱阻和大熱容量，以散發(fā)從金屬層115 傳送來的熱量。為了減小與金屬層115的熱阻，可以通過例如 鍍金在散熱構(gòu)件121上形成金屬層，該金屬層具有比金屬層115 的末端面積大的面積。在這種情況下，通過增加接觸面積或增 加體積來增加熱容量，可以實現(xiàn)更高的散熱效率。
圖16A至圖16F示出制造上述噴墨記錄頭的方法的實例。 該實例的方法包括與在第 一 實施方式中說明的圖2A所示的步 驟相同的步驟(沉積犧牲層131以及保護層112和113的步驟)， 和與在第 一 實施方式中說明的圖5A至圖7C所示步驟相同的步 驟(形成管道102、墨通道103、墨室104和排出口 116的步驟)。 因此，將主要說明形成其他部分的步驟。應(yīng)注意，除非另作說 明，否則可以使用與第一實施方式中使用的材料相同的材料形 成本實施方式的噴墨記錄頭。
首先，在沉積對應(yīng)于圖2A所示的第二保護層113的第三保 護層117之前，使用正抗蝕層、感光性聚合物等在將形成排出 口 116的預(yù)定位置圖案化排出口圖案140 (圖16A)。
接著，在第二保護層113和將電信號傳送給加熱器114的導(dǎo) 體(未示出)上形成第三保護層117。然后形成貫通保護層112、 113,口117以H斗反101的通孑L143 (圖16AJ。
通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)順次地蝕刻保護層112、 113和117 以及基板101來形成通孔143，其中該反應(yīng)離子蝕刻(RIE)為干 工藝。作為可選方案，還可以使用準(zhǔn)分子激光處理或噴砂處理。
接著，在第三保護層117上和通孔143內(nèi)形成金屬層115(圖 16B)。在該步驟中，為了通過鍍金屬形成金屬層115,通過-減 射預(yù)先沉積由鵠化鈦(TiW)制成的鍍阻擋層和由金(Au)制成的 鍍晶種層。隨后，通過電鍍或無電鍍形成作為金屬層115的鍍 金(Au)層。由于位于散熱構(gòu)件121上的金屬層115用作散熱的目 的，可以使用電鍍以形成大厚度的金屬層115。
此外，必須使金屬層115形成為從基板101背面(即，與排
出口板lll相反的面)突出的形狀。在這種情況下，可以使通
孔143中的金屬層115形成為筒狀或棒狀。為了增加熱容量，可 以使通孔143中的金屬層115形成為棒狀。
接著，通過從基板101的背面?zhèn)冗M行第 一 各向同性蝕刻(A E) 處理，形成管道102(圖16C),其中，該第一各向同性蝕刻(AE) 處理是濕處理。在該步驟中，犧牲層131用作蝕刻停止層。
此外，使用無水氫氟酸蝕刻，通過管道102去除犧牲層131。 隨后，通過進行第二各向同性蝕刻(AE)處理沿硅的(111)面蝕刻 基板IOI,以形成墨通道103和墨室104 (圖16D)。
此外，去除表面保護抗蝕層138,然后，使用干膜形成圖 案掩模。通過干法蝕刻處理去除保護層112和113，從而允許排 出口 116與墨室104連通(圖16E)。
隨后，使金屬層115的一端連結(jié)通過鍍而在氧化鋁(Al203) 散熱構(gòu)件121上形成的金屬層144 (圖16F)。在該步驟中，對 準(zhǔn)金屬層115的突出部和金屬層144以使它們彼此面對，然后在 壓力使它們下結(jié)合。在該狀態(tài)下進行超聲處理，從而通過金與 金之間的金屬鍵來結(jié)合金屬層。構(gòu)成散熱構(gòu)件121的氧化鋁的 體積大于排出口板lll的體積，從而該散熱構(gòu)件121具有大的熱 容量。因此，加熱器114附近的熱量可以通過金屬層115有效地 散發(fā)到散熱構(gòu)件121。在本實施方式中，將氧化鋁用作散熱構(gòu) 件121。然而，在本發(fā)明中，散熱構(gòu)件121的材料不限于此。
作為可選方案，如圖17所示，可以形成通孔143使得其貫 通墨通道103和基板101。在這種情況下，形成排出口板lll的 突出部使得該突出部貫通墨通道103并接觸墨。因此，熱量不 僅可散發(fā)到散熱構(gòu)件121,而且還可散發(fā)到墨中。因此，可以 提高散熱效率。
通過在包括加熱器114的排出口板111上設(shè)置貫通基板101 的散熱路徑，即使在連續(xù)打印時，也可以抑制發(fā)泡部分的熱蓄 積。因此，可實現(xiàn)穩(wěn)定排出量的效果。
更具體地，根據(jù)本實施方式，在背射式噴墨頭中，包括在 排出口板111中的金屬層115的部分貫通基板101,并且連結(jié)到
散熱構(gòu)件121。因此，加熱器114產(chǎn)生的熱量可以通過金屬層115 散發(fā)到散熱構(gòu)件121,以抑制排出口板lll的溫度增長。結(jié)果， 還可以抑制墨的溫度增長，從而，可以進一步地穩(wěn)定墨排出量。 此外，在散熱效率改進的情況下，能夠提高驅(qū)動頻率。因此， 可以提供具有改善的排出性能和高可靠性的噴墨頭。
上述實施方式中說明的本發(fā)明的液體排出頭可以安裝在例 如打印機、復(fù)印機、具有通信系統(tǒng)的傳真機、具有打印單元的 文字處理器等設(shè)備以及結(jié)合各種處理設(shè)備的工業(yè)記錄設(shè)備中。 因此，可以4吏用上述液體排出頭在各種記錄介質(zhì)，例如紙、線、 織物、布、皮革、金屬、塑料、玻璃、木材和陶瓷上進行記錄。
本說明書中使用的術(shù)語"記錄"不僅可表示將有意義的圖 像，例如文字或圖形沉積在記錄介質(zhì)上，而且還表示可將無意 義的圖像，例如圖案沉積在記錄介質(zhì)上。此外，術(shù)語"墨"或"液 體"具有廣義的解釋，表示通過沉積在記錄介質(zhì)上的、供形成圖 像、圖形、圖案等的、或?qū)τ涗浗橘|(zhì)進行處理的、或?qū)δ蛴?錄介質(zhì)進行處理的液體。此處，術(shù)語"對墨或記錄介質(zhì)進行處理" 表示例如改善由包含在將沉積在記錄介質(zhì)上的墨中的著色物質(zhì) 的凝固或不溶引起的固著性能，提高記錄品質(zhì)或顯色性能，以 及提高了圖像耐久性。
雖然參照典型實施方式說明了本發(fā)明，然而應(yīng)理解本發(fā)明 不限于所公開的典型實施方式。所附的權(quán)利要求的范圍符合最 寬泛的解釋以包含所有的修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種液體排出頭，其包括被構(gòu)造成產(chǎn)生用于從被構(gòu)造成排出液體的排出口排出液體的能量的元件、以及用于與所述排出口液體連通的流路，所述液體排出頭包括基板；流路壁形成層，其與所述基板結(jié)合以在所述基板和所述流路壁形成層之間形成所述流路，并且在所述流路壁形成層上具有所述元件；金屬層，其設(shè)置有與所述元件對應(yīng)的所述排出口；以及突出部，其由金屬制成，并且該突出部從所述金屬層延伸穿過所述流路壁形成層并向所述基板的方向突出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，所述 突出部突出到所述流3各內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，還包括供應(yīng)口 ，其被構(gòu)造成向所述流路供應(yīng)液體，并且所述供應(yīng) 口穿過所述基板設(shè)置；其中，所述突出部突出到所述供應(yīng)口中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，所述 突出部突出到所述基板內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的液體排出頭，其特征在于，所述 突出部形成所述流路的壁的 一 部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，還包含散熱構(gòu)件，其布置在所述基板的與所述排出口相反的一側(cè)，
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，所述 流路壁形成層由氮化硅制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，還包括保護層，其被構(gòu)造成保護所述元件，所述保護層布置在所 述元件與所述金屬層之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，所述 金屬層和所述突出部由相同的金屬制成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體排出頭，其特征在于，所述 流路壁形成層直接接觸所述基板。
11. 一種制造液體排出頭的方法，該液體排出頭包括基板、 允許與被構(gòu)造成排出液體的排出口液體連通的流路、設(shè)置在所 述基板上并且形成所述流路的壁的 一部分的流路壁形成層、設(shè) 置在所述流路壁形成層上并且被構(gòu)造成產(chǎn)生用于排出液體的能 量的元件和設(shè)置在所述元件上并且設(shè)置有所述排出口的金屬 層，所述方法包括在所述基板上形成所述流路壁形成層； 在所述流路壁形成層上形成所述元件；形成貫通所述流路壁形成層的孔，并且在所述基板中形成 與所述孔連續(xù)的槽；在所述流路壁形成層和所述元件上形成金屬層，以填充所 述孔和所述槽；以及通過去除所述基板的 一部分來形成所述流路。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的制造液體排出頭的方法，其特 征在于，在所述基板中形成槽的步驟中，使所述槽形成為延伸到對 應(yīng)于所述流^各的位置，以及通過去除所述基板的 一 部分形成所述流路，該 一 部分位于 所述金屬層的周圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的制造液體排出頭的方法，其特 征在于，穿過所述基板設(shè)置被構(gòu)造成向所述流路供應(yīng)液體的供應(yīng) 口 ，以及在所述基板中形成槽的步驟中，使所述槽形成為延伸到對 應(yīng)于將形成的所述供應(yīng)口的內(nèi)部的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液體排出頭及其制造方法。該液體排出頭包括基板；流路壁形成層，其與基板結(jié)合，以在基板與流路壁形成層之間形成液體用流路，該流路與被構(gòu)造成排出液體的排出口連通；被構(gòu)造成產(chǎn)生用于從排出口排出液體的能量并設(shè)置在流路壁形成層上的元件；金屬層，其設(shè)置有與所述元件對應(yīng)的排出口；以及突出部，其由金屬制成，并且該突出部從金屬層延伸穿過流路壁形成層，并且向基板的方向突出。
文檔編號B41J2/16GK101362397SQ20081014408
公開日2009年2月11日 申請日期2008年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者原田浩司, 宇山剛矢, 照井真, 金杉勇一郎 申請人:佳能株式會社