СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОЛОВКИ ДЛЯ ВЫПУСКА ЖИДКОСТИ Российский патент 2011 года по МПК B41J2/16 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу изготовления головки для выпуска жидкости, которая выпускает жидкость.

Описание уровня техники

В качестве одного примера способа изготовления головки для выпуска жидкости, выложенная патентная заявка Японии № Н10-138478 раскрывает способ анизотропного травления кремниевой подложки, имеющей поверхностную ориентацию (110) для образования множества впускных отверстий, которыми являются сквозные отверстия в кремниевой подложке, и одновременного использования части кремния, оставленной между впускными отверстиями в виде балочного элемента. Можно считать, что посредством обеспечения данного балочного элемента решается проблема снижения прочности, обусловленная сквозными отверстиями, расположенными в кремниевой подложке.

Однако в вышеописанном способе балочные элементы, имеющие одинаковую ширину, отделяют множество впускных отверстий друг от друга на участках, продолжающихся от задней поверхности кремниевой подложки до ее передней поверхности. Таким образом, вследствие наличия балочного элемента невозможно в достаточной степени гарантировать объем части с впускными отверстиями, и повторное заполнение жидкости может стать недостаточным.

Краткая сущность изобретения

Поэтому целью настоящего изобретения является создание способа изготовления подложки, которая может быть использована для головки для выпуска жидкости, обладающей повышенной механической прочностью и эффективностью повторного заполнения.

Способ изготовления подложки для головки для выпуска жидкости с использованием кремниевой подложки, содержащей элемент генерирования энергии, который генерирует энергию, используемую для выпуска жидкости, на стороне первой поверхности, и впускное отверстие для подачи жидкости к элементу генерирования энергии, включает следующие этапы в указанном порядке: создание кремниевой подложки, содержащей изолирующий слой, состоящий из изолирующего материала, на первой поверхности и слой маски для травления, содержащий множество отверстий, на второй поверхности, которой является задняя поверхность упомянутой первой поверхности, причем изолирующий слой расположен на участке, продолжающемся из положения напротив отверстий до положения напротив участка между соседними отверстиями слоя маски; и образование отверстий, которые должны быть впускными отверстиями, соответствующими множеству соседних отверстий, посредством вытравливания части кремния кремниевой подложки из множества отверстий с использованием технологии реактивного ионного травления, так что вытравленный участок достигает участка изолирующего слоя напротив отверстий, при использовании слоя маски для травления в качестве маски, причем кремниевую перегородку, расположенную между соседними отверстиями, вытравляют с использованием технологии реактивного ионного травления таким образом, что участок на стороне ее первой поверхности может стать тоньше, чем участок на стороне ее второй поверхности.

В соответствии с настоящим изобретением можно изготовить подложку для головки для выпуска жидкости, обладающую повышенной механической прочностью и эффективностью повторного заполнения.

Другие признаки настоящего изобретения станут понятными из приведенного ниже описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А, 1В, 1С, 1D, 1E, 1F, 1G и 1H представляют собой схематичные виды в разрезе, иллюстрирующие один пример процесса изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий состояние в процессе изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий состояние в процессе изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4А, 4В, 4С, 4D, 4E, 4F, 4G и 4H представляют собой схематичные виды в разрезе, иллюстрирующие один пример процесса изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий состояние в процессе изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий состояние в процессе изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7А, 7В, 7С, 7D, 7E, 7F, 7G и 7H представляют собой схематичные виды в разрезе, иллюстрирующие один пример процесса изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 представляет собой схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий один пример процесса изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 представляет собой вид в разрезе для описания явления образования углублений, которое имеет место на этапе сухого травления.

Фиг.10 представляет собой схематичный перспективный вид, иллюстрирующий один пример головки для выпуска жидкости в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.11 представляет собой схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий один пример головки для выпуска жидкости в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.12 представляет собой схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий один пример головки для выпуска жидкости в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.13 представляет собой схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий один пример головки для выпуска жидкости в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.14А и 14В представляют собой схематичные виды в разрезе для описания состояния на этапе травления.

Описание вариантов осуществления

Ниже будут подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения в соответствии с прилагаемыми чертежами.

Настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления подложки для головки для выпуска жидкости, которая содержит множество каналов для подачи жидкости, образованных в кремниевой подложке, и балочные элементы, которые выполнены из материала кремниевой подложки и образованы между соседними каналами для подачи жидкости. Множество каналов для подачи жидкости образовано в продольном направлении подложки. Балочный элемент выполнен с возможностью соединения длинных сторон подложки друг с другом. Поскольку в каналах для подачи жидкости расположен балочный элемент, можно устранить деформацию подложки и можно уменьшить смещение выпускных отверстий. Балочный элемент может также увеличить механическую прочность и может устранить повреждения при перемещении и установке.

Вышеописанный балочный элемент выполнен как бы опущенным в кремниевую подложку. Другими словами, балочный элемент выполнен с возможностью содержания зазора от поверхности кремниевой подложки, и верхняя часть балочного элемента и поверхность кремниевой подложки образуют проход. Поскольку балочный элемент выполнен как бы опущенным в кремниевую подложку, можно повысить эффективность повторного заполнения головки для выпуска жидкости. Следовательно, головка для выпуска жидкости, содержащая подложку, изготовленную в соответствии с настоящим изобретением, способна надлежащим образом печатать знаки и может фиксировать знаки с высокой точностью и с высокой скоростью.

В настоящем изобретении множество каналов для подачи жидкости образуют посредством операции травления кремниевой подложки с задней поверхности до тех пор, пока вытравленное отверстие достигает слоя прекращения травления (в дальнейшем в данном документе также называемого изолирующим слоем), обладающего изолирующими свойствами, с использованием технологии реактивного ионного травления. Затем образуют балочный элемент посредством операции дополнительного образования углублений и удаления части кремниевой подложки в нижней стороне слоя прекращения травления, обладающего изолирующими свойствами, с использованием технологии реактивного ионного травления, чтобы вынудить соседние каналы для подачи жидкости сообщаться друг с другом.

В данном документе принцип настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на фиг.9. На фиг.9 на поверхности кремниевой подложки 901 образован слой 902 прекращения травления, который имеет высокий коэффициент селективности травления к газу для травления и обладает изолирующими свойствами, такой как пленка оксида кремния и пленка нитрида кремния. Кроме того, на задней поверхности кремниевой подложки 901 образована маска 903 для травления, содержащая отверстие. Как проиллюстрировано на фиг.9, когда кремниевую подложку 901 подвергают травлению с ее задней поверхности с использованием технологии реактивного ионного травления, кремниевую подложку 901 вытравляют (в ней образуются углубления) по направлению к боковой поверхности в зоне контакта между кремниевой подложкой 901 и слоем 902 прекращения травления, обладающим изолирующими свойствами, благодаря электростатическому заряду, как проиллюстрировано на фиг.9. На фиг.9 показано пространство 904, которое образовано посредством удаления части кремниевой подложки благодаря образованию углубления.

В настоящем изобретении подложку прорывают, и балочный элемент образуется в результате применения данного принципа к кремниевой подложке. Ниже данный процесс будет описан более подробно. Кремниевую подложку подвергают травлению с ее задней поверхности по направлению к слою прекращения травления, обладающему изолирующими свойствами, с использованием технологии реактивного ионного травления, а затем подвергают травлению в поперечном направлении благодаря явлению, вызванному образованием углублений. Когда реакция травления в поперечном направлении продолжается дальше, соседние каналы для подачи жидкости соединяются друг с другом и образуется балочный элемент. Балочный элемент, который образуется в кремниевой подложке в соответствии с данным способом, имеет верхнюю часть, расположенную ниже, чем поверхность подложки, которая увеличивает площадь поперечного сечения проточного канала для жидкости. Таким образом, может быть уменьшено сопротивление потоку, и может быть сокращен период времени, необходимый для повторного заполнения жидкостью головки для выпуска жидкости.

Следовательно, способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет легко образовать подложку для головки для выпуска жидкости, содержащую балочный элемент, верхняя часть которого расположена ниже, чем поверхность подложки.

Изолирующий слой расположен таким образом, что верхняя сторона кремниевой подложки между множеством каналов для подачи жидкости может быть удалена посредством явления образования углублений и соседние каналы для подачи жидкости могут соединяться друг с другом через образованное пространство. Кроме того, изолирующий слой может быть образован по меньшей мере на участках кремниевой подложки, один из которых соответствует верхней стороне участка, под которым образован балочный элемент, а другой из которых соответствует участку, на котором образован балочный элемент, в поверхностном отверстии канала для подачи жидкости, которое образовано в результате травления кремниевой подложки до тех пор, пока вытравленное отверстие достигает изолирующего слоя.

В настоящем изобретении желательно одновременно использовать также слой прекращения травления, обладающий электропроводностью. На фиг.9 был изображен пример, в котором слоем прекращения травления был изолирующий слой, однако когда слой прекращения травления (в дальнейшем в данном документе также называемый электропроводящим слоем) обладает электропроводностью, явления образования углублений не возникает. Другими словами, когда на поверхности кремниевой подложки имеется слой прекращения травления, выполненный из алюминия или золота, который вытравлен меньше, чем кремниевая подложка, и обладает высокой электропроводностью, не возникает электростатического заряда, обусловленного ионами, в зоне контакта подложки и слоя прекращения травления, обладающего электропроводностью, и не возникает явления образования углублений. Используя данный принцип, электропроводящий слой может быть образован на поверхности кремниевой подложки в том участке, в котором нежелательно возникновение явления образования углублений. Другими словами, предотвращается возникновение явления образования углублений в результате реактивного ионного травления в участке, в котором образован электропроводящий слой, и может быть вызвано явление образования углублений в участке, в котором образован изолирующий слой.

Канал для подачи жидкости и балочный элемент выполняют с высокой точностью посредством использования электропроводящего слоя и изолирующего слоя, и, таким образом, можно с высокой точностью регулировать расстояние (в дальнейшем в данном документе называемое расстоянием СН) между элементом генерирования энергии выпуска и каналом для подачи жидкости, который сообщается с проточным каналом для жидкости, что обеспечивает равномерность характеристик частоты выпуска.

Кроме того, отверстие канала подачи жидкости на задней поверхности подложки может быть выполнено с меньшим размером, чем размер корпуса, в котором данное отверстие канала подачи жидкости образовано с использованием обычной технологии анизотропного травления. Таким образом, более широкий участок может быть использован в качестве участка сцепления в упомянутой задней поверхности.

Ниже будут описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Кроме того, в приведенном ниже описании подложка для головки для струйной печати может быть принята в качестве примера применения подложки для головки для выпуска жидкости, для описания. Однако объем настоящего изобретения не ограничен данной подложкой для головки для струйной печати, и настоящее изобретение может быть также применено к подложке, которая может быть использована для головки для выпуска жидкости применительно к изготовлению биокристалла и печатанию электронной схемы. Например, головка для выпуска жидкости, помимо головки для струйной печати, включает в себя головку для изготовления фильтра канала цветности.

Первый вариант осуществления

Прежде всего ниже будет описана подложка для головки для выпуска жидкости, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением. Головка для струйной печати с использованием подложки, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением, показана на фиг.10-13. Фиг.10 представляет собой перспективный вид головки для струйной печати, одна часть которой вырезана, а фиг.11 представляет собой вид в разрезе, выполненном вдоль линии А-А′, показанной на фиг.10. Фиг.12 представляет собой вид в разрезе, выполненном вдоль линии, параллельной линии А-А′, показанной на фиг.10, на участке, в котором образован балочный элемент. Фиг.13 представляет собой вид в разрезе, выполненном вдоль линии В-В′, показанной на фиг.10.

Головка для струйной печати содержит кремниевую подложку 1, в которой образовано множество элементов 14 генерирования энергии выпуска для генерирования давления для выпуска краски (капель), как проиллюстрировано на фиг.10-13. Кремниевая подложка 1 содержит полупроводниковую схему, включающую в себя транзистор для приведения в действие элемента 14 генерирования энергии выпуска, контактную площадку для электрического соединения печатающей головки со стенкой корпуса печатающего устройства и другими элементами, образованными на нем, но для упрощения на чертежах они не показаны. Подложка для головки для струйной печати включает в себя кремниевую подложку 1. Кремниевая подложка 1 содержит элемент 14 генерирования энергии выпуска, образованный на ней. Проточный канал 13 для краски сообщается с выпускным отверстием 15 и каналом 5 для подачи жидкости и выполнен при помощи слоя 11, образующего проточный канал (пластины с отверстием), содержащего выпускное отверстие 15. На кремниевой подложке 1 образовано множество каналов 5 для подачи краски в проточный канал 13 для краски с возможностью образования линии в продольном направлении, причем между каждым из каналов для подачи краски образованы балочные элементы 6. Балочный элемент 6 выполнен таким образом, что верхняя часть балочного элемента отступает вниз от поверхности кремниевой подложки (чтобы образовать проход).

Второй вариант осуществления

Ниже будет описан способ изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на фиг.1А-3. В приведенном ниже описании будет описан пример, в котором слой, образующий проточный канал, и подобные элементы не выполнены на кремниевой подложке. Однако настоящее изобретение не ограничено данным конкретным примером, и слой, образующий проточный канал, и подобные элементы могут быть выполнены на кремниевой подложке. Другими словами, можно также рассматривать настоящее изобретение как способ изготовления головки для выпуска жидкости.

Фиг.1А-1Н представляют собой виды в разрезе для изображения состояния на каждом этапе способа изготовления подложки для головки для выпуска жидкости в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, а фиг.1А-1D представляют собой виды в разрезе, соответствующие фиг.13, которая была описана выше. Кроме того, фиг.1Е-1Н представляют собой виды в разрезе задней поверхности 50 подложки 1. Фиг.2 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий размещение изолирующего слоя 2 и электропроводящего слоя 3, образованных на поверхности 51 кремниевой подложки 1.

Прежде всего на поверхности 51 кремниевой подложки 1 образуют изолирующий слой 2 и электропроводящий слой 3, как проиллюстрировано на фиг.1А и 1Е и фиг.2. Как проиллюстрировано на чертежах, изолирующий слой 2 и электропроводящий слой 3 выполнены на кремниевой подложке 1 таким образом, что верхняя часть участка, под которым образован балочный элемент, может содержать углубление. Изолирующий слой 2 образован по меньшей мере на верхних сторонах множества участков, под которыми образованы балочные элементы, на кремниевой подложке 1 вдоль продольного направления. Электропроводящий слой 3 образован на верхней стороне поверхности стенки канала для подачи жидкости, который образуют на последующем этапе, за исключением поверхности стенки, которая образует балочный элемент.

Материалы изолирующего слоя 2 включают в себя оксид кремния и нитрид кремния.

В качестве материала для электропроводящего слоя 3 можно использовать, например, Al, Ta, TiW, Au, Cu и подобные материалы.

Изолирующий слой 2 или электропроводящий слой 3 может быть выполнен с использованием хорошо известного способа изготовления объемной пленки посредством напыления или подобного способа и формирования рисунка на объемной пленке способом фотолитографии или подобным способом.

В данном случае, для того чтобы вызвать явление образования углублений в участке рядом с поверхностью 51 кремниевой подложки 1 и удалить кремний в соответствующем участке, желательно, чтобы изолирующий слой 2 был расположен в участке, который должен вытравляться посредством сухого травления, как проиллюстрировано на фиг.14А. Например, на фиг.14А, когда толщина кремниевой подложки 1 равна 625 мкм, величина Х может быть равной 4 мкм или более, предпочтительно, может быть равной 10 мкм или более и, более предпочтительно, может быть равной 15 мкм или более. В воздушном зазоре 52, образовавшемся посредством удаления кремния в результате сухого травления, изолирующий слой 2 выступает в участок, подвергающийся сухому травлению, в котором имеет место явление образования углублений под изолирующим слоем 2.

Кроме того, электропроводящий слой, желательно, выполнен так, чтобы доходить до внутренней стенки отверстия канала для подачи жидкости на поверхности подложки, как проиллюстрировано на фиг.14В, чтобы предотвратить явление образования углублений посредством электропроводящего слоя. Например, на фиг.14В величина Y может быть равной 4 мкм или, более предпочтительно, может быть равной 10 мкм или более и, еще более предпочтительно, может быть равной 15 мкм или более.

Затем, как проиллюстрировано на фиг.1В и 1F, на стороне задней поверхности 50 кремниевой подложки 1 образуют слой 4 маски для травления. Слой 4 маски для травления содержит отверстие 53, соответствующее отверстие канала для подачи жидкости на задней поверхности, и кремниевая поверхность, оставшаяся незащищенной из-за данного отверстия 53, становится первоначальной поверхностью реактивного ионного травления, осуществляемого на последующем этапе.

В вышеприведенном описании порядок этапа образования изолирующего слоя 2 и электропроводящего слоя 3 и этапа образования слоя 4 маски для травления не ограничен данным конкретным примером.

Затем, как проиллюстрировано на фиг.1С и 1G, кремниевую подложку 1 подвергают травлению со стороны ее задней поверхности с использованием технологии реактивного ионного травления до тех пор, пока вытравленное отверстие достигает изолирующего слоя 2 и электропроводящего слоя 3, при этом образуют множество отверстий 54, соответствующих каждому отверстию 53.

В данном случае технология реактивного ионного травления в соответствии с настоящим изобретением представляет собой технологию направленного травления с использованием ионов и способ принудительного столкновения частиц с участком, подвергающимся травлению, при образовании электрических зарядов. Технология реактивного ионного травления представляет собой способ травления подложки ускоренными ионами, и устройство состоит из источника плазмы, который создает ионы, и реакционной камеры, в которой ионы осуществляют травление подложки. Например, когда в качестве источника ионов используют устройство для сухого травления в индуктивно-связанной плазме (inductively coupled plasma - ICP), которое способно создавать плазму высокой плотности, тогда процессы нанесения покрытия и травления (другими словами, процессы осаждения/травления) осуществляют поочередно и канал для подачи жидкости образуется перпендикулярно подложке. В процессе осаждения/травления в качестве газа для травления может быть использован, например, газ SF₆, а в качестве газа для нанесения покрытия может быть использован, например, газ C₄F₆. В настоящем изобретении канал для подачи жидкости может быть образован посредством технологии сухого травления с использованием устройства с источником ICP плазмы, но можно использовать устройство для сухого травления с другим типом источника плазмы. Например, можно также использовать устройство, содержащее источник ионов на основе электронного циклотронного резонанса (electron cyclotron resonance - ECR).

В качестве газа для реактивного ионного травления, предпочтительно, используют газ, содержащий атом фтора. Например, данный газ, предпочтительно, включает в себя по меньшей мере один из газа SF₆, газа CF₄, газа C₄F₈ и газа CHF₃. Можно также использовать смесь данных газов.

Затем кремниевую подложку дополнительно подвергают травлению с использованием технологии реактивного ионного травления и нижнюю часть изолирующего слоя 2 кремниевой перегородки 55, которая отделяет отверстия 54 друг от друга, удаляют посредством эффекта образования углублений. Таким образом, перегородка 55 прорывается в приблизительно параллельном направлении относительно поверхности подложки.

Когда операцию реактивного ионного травления завершают в данном состоянии, в поверхности 51 подложки на стороне кремниевой перегородки 55 может образоваться углубление с возможностью направлять внутреннюю часть перегородки 55, как проиллюстрировано на фиг.8.

Когда операцию реактивного ионного травления продолжают дальше, соседние отверстия 53 соединяются друг с другом и образуются каналы 54 подачи, которые соединяются с возможностью образования одного канала и балочных элементов 6, как проиллюстрировано на фиг.1D и 1Н.

В данном случае, что касается условий реактивного ионного травления, то скорость потока газа SF₆ может находиться в пределах от 50 до 1000 см³/мин, скорость потока газа C₄F₈ может находиться в пределах от 50 до 1000 см³/мин, и давление газов может находиться в пределах от 0,5 до 50 Па. Когда данные условия контролируются в данных диапазонах, явление образования углублений может вызываться более эффективно.

Ширина балочного элемента 6 (расстояние между каналами для подачи жидкости) может находиться в пределах, например, от 5 до 100 мкм и, предпочтительно, может находиться в пределах от 10 до 40 мкм. Когда данная ширина равна 20 мкм или меньше, соседние каналы для подачи жидкости могут более легко сообщаться друг с другом посредством эффекта образования углублений. Когда данная ширина равна 10 мкм или более, может быть эффективно повышена механическая прочность подложки.

Фиг.3 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий отверстие канала для подачи жидкости на поверхности кремниевой подложки, в которой в результате эффекта образования углублений образован балочный элемент. Участок, окруженный двумя штриховыми линиями, соответствует участку, в котором образован электропроводящий слой 3, и в данном участке явление образования углублений может быть предотвращено.

Изолирующий слой 2 и электропроводящий слой 3 можно удалить хорошо известным способом. Когда электропроводящий слой состоит, например, из Al, электропроводящий слой можно удалить при помощи жидкой смеси фосфорной кислоты, азотной кислоты и уксусной кислоты. При удалении изолирующего слоя открывается впускное отверстие 53.

Третий вариант осуществления

Ниже будет описан третий вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на фиг.4А-6. Фиг.4А-4Н представляют собой виды в разрезе для изображения каждого процесса, фиг.4А-4D представляют собой виды в разрезе в продольном направлении в соответствии с фиг.13, которая была описана выше, и фиг.4Е-4Н представляют собой схематичные виды, если смотреть с нижней стороны подложки. Фиг.5 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий формы изолирующего слоя и электропроводящего слоя, которые образованы на поверхности кремниевой подложки.

Прежде всего, как проиллюстрировано на фиг.4А и 4Е и фиг.5, на кремниевой подложке 1 образуют изолирующий слой 2 и электропроводящий слой 3. Как проиллюстрировано на данных чертежах, изолирующий слой 2 и электропроводящий слой 3 образованы на кремниевой подложке 1 так, что только верхняя часть участка, под которым образован балочный элемент, может содержать углубление, и изолирующий слой 2 образован по меньшей мере на верхних сторонах множества участков, под которыми образованы балочные элементы, на кремниевой подложке 1. В изолирующем слое 3 образован прямоугольный электропроводящий слой 3. Электропроводящий слой 3 и отверстие 53 слоя 4 маски для травления расположены так, чтобы находиться напротив друг друга.

После этого могут выполняться этапы по аналогии с этапами в первом варианте осуществления. Фиг.6 представляет собой схематичный вид, иллюстрирующий отверстие канала для подачи жидкости на поверхности кремниевой подложки, в котором балочный элемент образуется в результате эффекта образования углублений. Участки, окруженные штриховыми линиями, соответствуют электропроводящему слою 3, и в соответствующих участках явление образования углублений может быть предотвращено. Как проиллюстрировано во втором и третьем вариантах осуществления, участок, в котором возникает явление образования углублений, может контролироваться посредством размещения электропроводящего слоя и изолирующего слоя.

Четвертый вариант осуществления

Фиг.7А-7G представляют собой схематичные виды процесса для изображения примера способа, после образования изолирующего слоя 2 и электропроводящего слоя 3, как описано в третьем варианте осуществления, для образования отверстия для подачи жидкости и балочного элемента в состоянии, в котором на них дополнительно образованы форма 10 проточного канала для жидкости и слой 11, образующий проточный канал.

Толщина кремниевой подложки 1 может находиться в пределах, например, от 200 до 725 мкм. Кроме того, может быть использована кремниевая подложка, имеющая ориентацию (100) кристаллов.

Прежде всего, как проиллюстрировано на фиг.7А, на кремниевой подложке 1 образуют изолирующий слой 2 и электропроводящий слой 3.

Пленка электропроводящего слоя 3 образуется посредством использования Al, Ta, TiW, Au или Cu и подобных материалов, и форма может быть выполнена посредством формирования рисунка. Способ образования пленки Al включает, например, способ напыления. Способ формирования рисунка включает: маскирование электропроводящего слоя 3 посредством процесса фотолитографии с использованием, например, позитивного резиста на основе новолаков и травление электропроводящего слоя 3 посредством использования жидкой смеси (например, под наименованием С-6, выпускаемой компанией Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) фосфорной кислоты, азотной кислоты и уксусной кислоты. Например, когда электропроводящий слой состоит из Та, пленку образуют посредством процесса напыления и электропроводящий слой удаляют посредством химического сухого травления (Chemical Dry Etching - CDE) после нанесения маски. Например, когда электропроводящий слой состоит из TiW, Au или Cu, то электропроводящий слой можно образовать способом нанесения гальванического покрытия, который включает: образование затравочного слоя; маскирование затравочного слоя резистом; гальваническое покрытие подложки. Электропроводящий слой можно также образовать способом формирования рисунка только на затравочном слое, таком как TiW.

В качестве материала изолирующего слоя 2 можно использовать оксид кремния, нитрид кремния и подобный материал. Например, пленка нитрида кремния может быть образована посредством химического осаждения из паровой фазы при низком давлении (Low Pressure Chemical Vapor Deposition - LPCVD), после того как электропроводящий слой образован вышеописанным способом. Затем может быть образован изолирующий слой 2 посредством процесса фотолитографии и реактивного ионного травления с использованием газа CF₄. Когда изолирующий слой 2 состоит из оксида кремния, пленка может быть образована, например, способом плазмохимического осаждения из паровой фазы. Пленку можно удалить буферной фтористоводородной кислотой, после того как пленка образована способом плазмохимического осаждения из паровой фазы.

Затем полиметилизопропенилкетон, который является резистом, чувствительным к УФ-излучению, способный смываться, наносят в виде раствора на изолирующий слой 2 и электропроводящий слой 3 с использованием способа покрытия посредством центрифугирования, как проиллюстрировано на фиг.7В. Данный резист подвергают воздействию УФ-излучения и проявляют, чтобы образовать форму 10 проточного канала для жидкости.

Затем эпоксидный полимер типа катионной полимеризации, который является негативным резистом, наносят на форму 10 проточного канала для жидкости, чтобы образовать слой, образующий проточный канал (пластину с отверстием) 11, который образует проточный канал для жидкости. В данном негативном резисте может быть образовано выпускное отверстие (не показанное), подвергая негативный резист воздействию света через фотомаску, содержащую заданный рисунок, и проявляя экспонированный резист. Негативный резист, соответствующий участку контактной площадки, можно удалять таким же способом.

Затем, как проиллюстрировано на фиг.7С, на задней поверхности кремниевой подложки 1 образуют слой маски для травления. В качестве материала для слоя маски для травления может быть использован, например, позитивный резист на основе новолаков. Пленка слоя маски для травления может быть также образована посредством образования пленки оксида кремния, пленки нитрида кремния, пленки эпоксидного полимера или металлической пленки с использованием технологии осаждения из паровой фазы или технологии напыления.

Затем, как проиллюстрировано на фиг.7D, образуют отверстия 54 посредством травления кремниевой подложки с ее задней поверхности до тех пор, пока вытравленные отверстия не достигнут изолирующего слоя 2 и электропроводящего слоя 3 с использованием технологии ионного травления.

Затем, как проиллюстрировано на фиг.7Е, процесс реактивного ионного травления продолжают дальше, чтобы удалить участок кремниевой подложки в нижней части изолирующего слоя посредством эффекта образования углублений, соединить соседние отверстия 54 друг с другом и образовать балочный элемент 6. Участок, контактирующий с изолирующим слоем 2 перегородки 55 между соседними отверстиями 54, удаляется в результате явления образования углублений, и таким образом соседние отверстия 54 соединяются друг с другом. Посредством упомянутых этапов образуют впускной канал 5, содержащий балочный элемент 6. В данном примере, как было изображено на фиг.9, изолирующий слой содержит электростатический заряд в зоне контакта кремниевой подложки 1 и изолирующего слоя 2 под воздействием ионов, извлеченных посредством смещения, поэтому кремниевую подложку постепенно вытравляют (подрезают) в направлении боковой перегородки. С другой стороны, электропроводящий слой 3 не содержит электростатического заряда в зоне контакта кремниевой подложки 1 и электропроводящего слоя 3, поэтому явление образования углублений не возникает.

Затем, как проиллюстрировано на фиг.7F, удаляют экспонированные электропроводящий слой 3 и изолирующий слой 2. Что касается способа удаления, то когда электропроводящий слой состоит из Al, электропроводящий слой удаляют, например, посредством использования жидкой смеси фосфорной кислоты, азотной кислоты и уксусной кислоты. В данном примере, с точки зрения удаления Al, который является незащищенным в отверстии и обладает высоким аспектным отношением, для удаления желательно использовать жидкость, обладающую как можно более низкой вязкостью. Когда, например, электропроводящий слой состоит из Ta, электропроводящий слой можно удалять способом травления, таким как CDE. Когда, например, электропроводящий слой состоит из TiW, в качестве травителя можно использовать жидкую смесь водного раствора перекиси водорода или нейтрального фторида аммония и серной кислоты или подобных средств. Когда, например, электропроводящий слой состоит из Au, в качестве травителя можно использовать жидкую смесь йода, йодида калия и IPA, раствор цианида калия или подобное средство. Кроме того, когда, например, электропроводящий слой состоит из Cu, в качестве травителя можно использовать азотную кислоту, фтористую кислоту или подобное средство. Изолирующий слой включает в себя оксид кремния или нитрид кремния. Когда, например, изолирующий слой состоит из оксида кремния, изолирующий слой можно удалять буферной фтористоводородной кислотой. Когда, например, изолирующий слой состоит из нитрида кремния, изолирующий слой можно удалять посредством CDE с использованием газа CF₄.

Затем, как проиллюстрировано на фиг.7G, удаляют форму 10 проточного канала для жидкости. Форму 10 проточного канала для жидкости, например, подвергают воздействию УФ-излучения и погружают в метиллактат, к которому прикладывают ультразвуковую волну.

Для информации, такие подложки можно создавать в больших количествах и одновременно, хотя это специально не проиллюстрировано, на кремниевой пластине, включающей в себя кремниевые подложки 1. В конце подложки отрезают от пластины посредством разделения пластины на кристаллы, и их можно использовать в качестве головки для выпуска жидкости.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, необходимо понимать, что изобретение не ограничено описанными примерными вариантами осуществления. Объем приведенной ниже формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации так, чтобы охватывать все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.

Способ изготовления подложки для головки для выпуска жидкости, содержащей кремниевую подложку и впускной канал, включает: создание кремниевой подложки, содержащей изолирующий слой на первой поверхности и слой маски с отверстиями для травления на другой поверхности подложки, причем изолирующий слой расположен в участке, продолжающемся из положения напротив отверстий до положения напротив участка между соседними отверстиями слоя маски; и образование отверстий посредством вытравливания части кремния кремниевой подложки, так что вытравленный участок достигает участка изолирующего слоя напротив отверстий. Кремниевую перегородку, расположенную между соседними отверстиями, подвергают травлению таким образом, что участок на ее первой поверхности может быть тоньше, чем участок на ее второй поверхности. Технический результат: повышение механической прочности изготовленной данным способом головки для выпуска жидкости и повышение эффективности повторного заполнения головки жидкостью. 4 з.п. ф-лы, 35 ил.

1. Способ изготовления подложки для головки для выпуска жидкости, содержащей кремниевую подложку, включающую в себя элемент генерирования энергии, который генерирует энергию, используемую для выпуска жидкости на стороне первой поверхности, и впускной канал для подачи жидкости к элементу генерирования энергии, включающий следующие этапы в указанном порядке:
создание кремниевой подложки, включающей в себя изолирующий слой, состоящий из изолирующего материала, на первой поверхности и слой маски для травления, имеющий множество отверстий, на второй поверхности, которой является задняя поверхность первой поверхности, причем изолирующий слой расположен в участке, продолжающемся от положения напротив внутренней части отверстия до положения напротив участка между соседними отверстиями слоя маски;
и образование отверстий, которые должны быть впускными каналами, соответствующими множеству соседних отверстий, посредством вытравления части кремния кремниевой подложки из множества отверстий с использованием технологии реактивного ионного травления, так что вытравленный участок достигает участка напротив внутренней стороны отверстия изолирующего слоя, при использовании слоя маски для травления в качестве маски, причем кремниевую перегородку, расположенную между соседними отверстиями, подвергают травлению с использованием технологии реактивного ионного травления, так что участок на стороне ее первой поверхности может быть тоньше, чем участок на стороне ее второй поверхности.

2. Способ по п.1, в котором кремниевую подложку подвергают травлению с использованием технологии реактивного ионного травления, так что соседние отверстия отделяются друг от друга перегородкой на стороне второй поверхности и сообщаются друг с другом на стороне первой поверхности.

3. Способ по п.1, в котором газ для травления, который используется в технологии реактивного ионного травления, включает соединение, содержащее атом фтора.

4. Способ по п.3, в котором газ на фторуглеродной основе включает по меньшей мере один из газа SF₆, газа SF₄, газа C₄F₈ и газа CHF₃.

5. Способ по п.1, в котором участок на стороне первой поверхности кремниевой перегородки является утонченным в результате эффекта образования углублений.