CN101821104A

CN101821104A - 制造具有平喷嘴板的喷墨打印头的方法

Info

Publication number: CN101821104A
Application number: CN200780101099A
Authority: CN
Inventors: W·R·维什涅夫斯基; D·M·约翰斯通; K·西尔弗布鲁克
Original assignee: Silverbrook Research Pty Ltd
Current assignee: Silverbrook Research Pty Ltd
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2010-09-01
Also published as: TWI406773B; TW200918333A; WO2009052543A1; TWI414434B; TW200918330A

Abstract

本发明提供了一种制造喷墨打印头的方法。该方法包括以下步骤：(a)提供部分制造的打印头，它有第一喷嘴板，该第一喷嘴板由第一材料构成，横跨多个喷嘴，第一喷嘴板具有多个空腔；(b)用填料填充所述空腔，这样，第一喷嘴板的上表面和填料的上表面一起确定了连续平表面；以及(c)将第二材料沉积在所述平表面上，以便形成具有平外表面的第二喷嘴板。

Description

制造具有平喷嘴板的喷墨打印头的方法

技术领域

本发明涉及使用微电子机械系统(MEMS)技术来制造喷墨打印头的领域。

背景技术

已经发明了许多不同类型的印刷，它们中的许多目前在使用。已知的印刷形式具有多种用相关标记介质来标记印刷介质的方法。印刷的常用形式包括胶印、激光印刷和复印装置、点阵型击打式打印机、热敏纸打印机、胶片记录器、喷蜡打印机、热升华印刷机以及墨滴按需和连续流动式的喷墨打印机。当考虑成本、速度、质量、可靠性、构造和操作的简单性等时，每种类型的打印机具有它自身的优点和问题。

近年来，喷墨打印技术主要由于它的廉价和通用性质而越来越流行，在喷墨打印技术中，墨的每个像素来自一个或多个墨喷嘴。

已经发明了多种不同的喷墨打印技术。为了全面了解本领域，参考J Moore的文章“Non-Impact Printing：Introduction and HistoricalPerspective”，输出硬拷贝设备，R Dubeck和S Sherr编辑，第207-220页(1988)。

喷墨打印机本身具有多种不同类型。喷墨打印中连续墨流的利用至少可追溯到1929年，其中Hansell的美国专利No.1941001公开了连续流静电喷墨打印的一种简单形式。

(Sweet等的)美国专利No.3596275也公开了一种连续喷墨打印的方法，包括这样的步骤，其中喷墨流由高频静电场调制，以便导致墨滴分离。该技术仍然由多个制造商利用，包括Elmjet和Scitex(也见Sweet等人的美国专利No.3373437)。

压电喷墨打印机也是一种常用喷墨打印设备。压电系统在以下文献中公开：利用隔膜操作模式的美国专利No.3946398(Kyser等)，公开了压电晶体的挤压操作模式的美国专利No.3683212(Zolten)，公开了压电操作的弯曲模式的美国专利No.3747120(Stemme)，公开了喷墨流的压电推动模式驱动的美国专利No.4459601(Howkins)，和公开了压电换能器元件的剪切模式类型的US4584590(Fischbeck)。

近来，热喷墨打印成为喷墨打印的一种非常流行的形式。喷墨打印技术包括在Endo等人的GB 2007162和Vaught等人的US4490728中公开的那些。上述两个文献公开了依靠电热促动器的驱动的喷墨打印技术，该电热促动器的驱动在狭窄空间例如喷嘴中产生气泡，由此导致墨从与限定空间连接的孔喷射到相关打印介质上。利用电热促动器的打印设备由制造商例如佳能和惠普公司制造。

从上述内容可以看出，多种不同类型的打印技术可以使用。理想的是，打印技术应当具有许多希望的属性。这些包括廉价的结构和操作、高速操作、安全和连续长期操作等。每个技术都可能在成本、速度、质量、可靠性、能量使用、构造操作的简单性、耐用性和消耗品方面具有它自身的优点和缺点。

很多喷墨打印头利用微型机电系统(MEMS)技术来构造。因此，它们倾向于依靠将平面层沉积在硅晶片上并蚀刻平面层的某些部分的标准集成电路构造/制造技术。在硅电路制造技术中，某些技术比其他技术更公知。例如，与产生CMOS电路关联的技术很可能比与产生包括铁电体、砷化镓等的奇特电路相关联的技术更容易使用。因此，在任何MEMS构造中都希望利用不需要任何“奇特”过程或材料的、已充分证明的半导体制造技术。当然，将进行一定程度的权衡，其中，当使用奇特材料的优点远超它的缺点时，可能无论如何希望利用该材料。然而，如果有可能使用更普通的材料获得相同或类似性质，可以避免奇特材料的问题。

任何喷墨打印机的一个重要方面是打印头的维护。打印头的维护增加了打印头的使用寿命，并使得打印头能够在空闲期之后使用。打印头维护的通常目标是将微粒从打印头上除去、除去溢出至打印头表面上的墨以及疏通可能被墨(“去瓶盖”)或微粒阻塞的喷嘴。迄今，已经使用了多种技术来用于打印头维护，例如抽吸压盖机和刮板式刮除器。

不过，打印头维护的通常问题在本申请人的页宽打印头上加剧，该页宽打印头具有利用MEMS技术在硅晶片上构造的高密度喷嘴。尽管这些打印头的制造非常便宜，但是它们通常比其它喷墨打印头更不结实，因此到目前为止都需要特别考虑打印头的维护。因此，本申请人提出了多种用于打印头维护的新颖技术，包括非接触维护技术。这些维护技术的一部分在以下文献中说明：美国专利申请No.11/246688(申请日为2005年10月11日)、11/246707(申请日为2005年10月11日)、No.11/246693(申请日为2005年10月11日)、11/482958(申请日为2006年7月10日)以及11/495815(申请日为2006年7月31日)，这些文献的内容被本文参引。

还希望提供一种MEMS页宽打印头，它可以适合多种打印头维护技术，包括接触维护技术。还希望提供一种MEMS打印头，它有优良的机械坚固性。还希望提供一种MEMS打印头，它捕获很少的微粒，因此有利于打印头维护。

发明内容

在第一方面，提供了一种喷墨打印头，它包括横跨多个喷嘴的增强双层喷嘴板结构。

也可选择，各喷嘴包括喷嘴腔室，该喷嘴腔室有顶板，各顶板由所述喷嘴板结构的一部分来确定。

也可选择，喷嘴腔室形成于基板上。

也可选择，各喷嘴腔室包括：所述顶板，该顶板与所述基板间隔开；以及侧壁，该侧壁在所述顶板和所述基板之间延伸。

也可选择，各顶板有确定于其中的喷嘴孔。

也可选择，喷嘴板结构包括：

第一喷嘴板，该第一喷嘴板横跨多个喷嘴，所述第一喷嘴板有多个确定于其中的空腔；

光致抗蚀剂，该光致抗蚀剂填充所述空腔；以及

第二喷嘴板，该第二喷嘴板覆盖所述第一喷嘴板和所述光致抗蚀剂。

也可选择，第二喷嘴板确定了所述打印头的平外表面。

也可选择，第一和第二喷嘴板由相同或不同的材料构成。

也可选择，材料是可通过PECVD沉积的陶瓷材料。

也可选择，材料从以下组中独立选择：氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅。

也可选择，各喷嘴包括形成于基板上的喷嘴腔室，所述喷嘴腔室包括：顶板，该顶板与所述基板间隔开；以及侧壁，该侧壁在所述顶板和所述基板之间延伸，所述第一喷嘴板和所述侧壁由相同材料构成。

在第二方面，提供了一种喷墨打印头集成电路，它包括：

基板，该基板有形成于它上面的多个喷嘴；

驱动电路，该驱动电路与促动器电连接，该促动器与所述喷嘴相关连；以及

增强双层喷嘴板结构，该增强双层喷嘴板结构横跨多个喷嘴。

在第三方面，提供了一种制造具有平喷嘴板的喷墨打印头的方法，该方法包括以下步骤：

(a)提供部分制造的打印头，它有第一喷嘴板，该第一喷嘴板由第一材料构成，横跨多个喷嘴，所述第一喷嘴板具有多个空腔；

(b)用填料填充所述空腔，这样，所述第一喷嘴板的上表面和所述填料的上表面一起确定了连续平表面；以及

(c)将第二材料沉积在所述平表面上，以便形成具有平外表面的第二喷嘴板。

也可选择，第二材料通过PECVD来沉积。

也可选择，第一材料通过PECVD而沉积在非平面牺牲台架上，以便形成所述第一喷嘴板。

也可选择，第一和第二材料是彼此相同或不同的材料。

也可选择，第一和第二材料从以下组中独立选择：氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅。

也可选择，填料为光致抗蚀剂。

也可选择，步骤(b)通过以下子步骤来进行：

(b)(i)将一层光致抗蚀剂沉积在所述第一喷嘴板上，以便填充所述空腔；以及

(b)(ii)除去所述光致抗蚀剂的一部分，这样，填充所述空腔的所述光致抗蚀剂的上表面和所述第一喷嘴板的上表面一起确定了连续的平表面。

也可选择，该方法还包括以下步骤：

使所述光致抗蚀剂热回流，以便于完全填充所述空腔。

也可选择，步骤(b)(ii)通过化学机械平面化或通过光致抗蚀剂蚀刻来进行。

也可选择，该方法还包括以下步骤：

(d)确定通过所述第一和第二喷嘴板的喷嘴孔。

本发明的打印头包括多个喷嘴，且通常包括与各喷嘴相对应的腔室和促动器(例如加热器元件)。打印头的最小重复单元通常将有墨供给进口，该墨供给进口将墨供给一个或多个腔室。整个喷嘴阵列通过重复这些单独单元而形成。这样的单独单元通常在本文中称为“单位晶格”。打印头可以包括多个打印头集成电路，各打印头集成电路包括多个喷嘴。

这里使用的术语“墨”的意思是任何可喷出液体，并不局限于包含着色染料的普通墨。非着色墨的实例包括定色剂、红外线吸收剂墨、功能化的化学物质、粘接剂、生物流体、药剂、水和其它溶剂等。墨或可喷出液体也不需要是严格的液体，它可以包含固体颗粒的悬浮液。

附图说明

下面将通过实例参考附图介绍本发明的实施例，附图中：

图1表示了在本发明打印头上的MEMS喷嘴阵列的部分制造单位晶格，该单位晶格沿图3中的线A-A剖开；

图2表示了图1的部分制造单位晶格的透视图；

图3表示了与加热器元件沟槽的蚀刻相关联的掩模；

图4是在沟槽蚀刻后的单位晶格的剖视图；

图5是图4中所示的单位晶格的透视图；

图6是与图7中所示的牺牲光致抗蚀剂的沉积相关联的掩模；

图7表示了在牺牲光致抗蚀剂沟槽沉积后的单位晶格，其中，局部放大了在牺牲材料的边缘和沟槽的侧壁之间的间隙；

图8是图7中所示的单位晶格的透视图；

图9表示了在牺牲光致抗蚀剂回流以便封闭沿沟槽侧壁的间隙之后的单位晶格；

图10是图9中所示的单位晶格的透视图；

图11是表示加热器材料层的沉积的剖视图；

图12是图11中所示的单位晶格的透视图；

图13是与图14中所示的加热器材料的金属蚀刻相关联的掩模；

图14是表示金属蚀刻以便使加热器促动器成形的剖视图；

图15是图14中所示的单位晶格的透视图；

图16是与图17中所示的蚀刻相关联的掩模；

图17表示了光致抗蚀剂层的沉积以及随后蚀刻墨进口至在CMOS驱动层顶部的钝化层；

图18是图17中所示的单位晶格的透视图；

图19表示了通过钝化和CMOS层至底侧硅晶片的氧化蚀刻；

图20是图19中所示的单位晶格的透视图；

图21是进入硅晶片内的墨进口的深各向异性蚀刻；

图22是图21中所示的单位晶格的透视图；

图23是与图24中所示的光致抗蚀剂蚀刻相关联的掩模；

图24表示了光致抗蚀剂蚀刻，用于形成腔室顶板和侧壁用的开口；

图25是图24中所示的单位晶格的透视图；

图26表示了侧壁和危险材料(risk material)的沉积；

图27是图26中所示的单位晶格的透视图；

图28是与图29中所示的喷嘴轮缘蚀刻相关联的掩模；

图29表示了顶板层的蚀刻，用于形成喷嘴孔轮缘；

图30是图29中所示的单位晶格的透视图；

图31是与图32中所示的喷嘴孔蚀刻相关联的掩模；

图32表示了顶板材料的蚀刻，用于形成椭圆形喷嘴孔；

图33是图32中所示的单位晶格的透视图；

图34表示了在背侧蚀刻、等离子灰化和晶片减薄之后的单位晶格；

图35是图34中所示的单位晶格的透视图；

图36是在打印头集成电路上的喷嘴阵列的剖视透视图；

图37是图27中所示的单位晶格在填充空腔后的透视图；

图38是图37中所示的单位晶格在第二顶板沉积后的侧视图；

图39是图38中所示的单位晶格的透视图；以及

图40是具有增强双层喷嘴板的打印头集成电路的剖视透视图。

具体实施方式

参考图36，图中表示了MEMS打印头集成电路的剖视透视图，该MEMS打印头集成电路如本申请人的更早美国专利申请No.11/246684(申请日为2005年10月11日)中所述，该文献的内容被本文参引。如图36中所示，每一排喷嘴具有各自的墨供给槽道27，该墨供给槽道沿其长度延伸，并将墨供给各排中的多个墨进口15。墨进口再将墨供给用于各排的墨导管23，其中，各喷嘴腔室从沿各排纵向延伸的公共墨导管接收墨。具有各自喷嘴轮缘25的喷嘴孔26确定于喷嘴板101中，该喷嘴板101横跨多排和多列喷嘴。如后面更详细所述，喷嘴板101通过使陶瓷材料(例如氮化硅)PECVD至光致抗蚀剂台架上而形成。通过该沉积过程，喷嘴板101有限定于其中的多个空腔102。空腔102布置在一排中的相邻喷嘴之间。这些空腔102通常为几微米深(例如1-5微米深)，并将不连续性引入喷嘴板101中。总体效果是喷嘴板由于这些空腔102而为基本非平面形。

根据特殊喷嘴设计和制造方法，空腔102可以基本比图36中所示更大(更宽、更长或更深)。它们可以在喷嘴的排或列之间延伸。

由喷嘴板101中的空腔102而产生的不连续性或非平面性由于多个原因而并不有利。首先，空腔102是喷嘴板101中的薄弱点，并降低了打印头的总体机械坚固性，特别是对于横过喷嘴板施加的剪切力。这特别明显，因为横过喷嘴板101表面的擦拭作用(如在一些类型的打印头维护过程中可能采用)引起相对较高剪切力。其次，空腔102可能容易捕获墨和/或微粒，然后它们很难除去。特别不希望空腔102邻近喷嘴孔26，因为捕获的任何微粒都更可能阻塞喷嘴和影响打印质量。

为了完全理解本发明，下面将介绍图36中所示的打印头集成电路怎样通过MEMS制造方法而形成。此外，还介绍了本发明的可选制造方法，其中，明显提高了喷嘴板101的平面性。

MEMS制造方法

MEMS制造方法将在完成CMOS处理后在硅晶片上形成喷嘴结构。图2是在完成CMOS处理后和在MEMS处理之前喷嘴单位晶格100的剖视透视图。

在晶片的CMOS处理过程中，四个金属层沉积在硅晶片2上，其中，金属层散布在夹层电介质(ILD)层之间。四个金属层称为M1、M2、M3和M4层，并在CMOS处理过程中顺序形成于晶片上。这些CMOS层提供用于操作打印头的全部驱动电路和逻辑电路。

在完成的打印头中，各加热器元件促动器通过限定于最外侧M4层中的一对电极而与CMOS连接。因此，M4CMOS层是用于晶片的随后MEMS处理的基础。M4层也确定了沿各打印头集成电路的纵向边缘的结合垫。这些结合垫(未示出)使得CMOS能够通过从结合垫伸出的线结合部而与微处理器连接。

图1和2表示了铝M4层3，该铝M4层3有沉积在它上面的钝化层4(这些图中只表示了M4层的MEMS特征；M4层的主CMOS特征位于喷嘴单位晶格的外侧)。M4层3的厚度为1微米，它自身沉积在2微米的CVD氧化物层5上。如图1和2中所示，M4层3有墨进口开口6和凹坑开口7。这些开口确定了随后在MEMS过程中形成的墨进口和凹坑的位置。

在单位晶格1的MEMS处理开始之前，沿各打印头集成电路的纵向边缘的结合垫通过蚀刻穿过钝化层4来确定。这样的蚀刻露出在结合垫位置处的M4层3。对于该步骤，喷嘴单位晶格1完全由光致抗蚀剂遮蔽，因此不受蚀刻的影响。

参考图3至5，MEMS处理的第一阶段穿过钝化层4和CVD氧化物层5来蚀刻凹坑8。该蚀刻利用一层光致抗蚀剂(未示出)来确定，该光致抗蚀剂通过图3中所示的暗色调凹坑掩模来曝光。凹坑8的深度为2微米，如从M4层3的顶部所测量到的那样。在蚀刻凹坑8的同时，通过使得M4层3通过钝化层4局部露出，电极9确定于凹坑的各侧。在完成的喷嘴中，加热元件横过凹坑8悬在电极9之间。

在下一个步骤(图6至8)中，凹坑8填充光致抗蚀剂10的第一牺牲层(“SAC1”)。2微米的高粘性光致抗蚀剂层首先旋转施加在晶片上，然后利用图6中所示的暗色调掩模来曝光。SAC1光致抗蚀剂10形成台架，用于随后横过在凹坑8各侧的电极9沉积加热器材料。因此，重要的是，SAC1光致抗蚀剂10有平的上表面，该上表面与电极9的上表面平齐。同时，SAC1光致抗蚀剂必须完全填充凹坑8，以避免横过凹坑延伸和使电极9短路的、导电加热器材料的“纵梁(stringer)”。

通常，当用光致抗蚀剂填充沟槽时，需要使得沟槽周边外侧的光致抗蚀剂曝光，以便保证光致抗蚀剂靠着沟槽的壁填充，并因此避免在随后沉积步骤中的“纵梁”。不过，该技术导致在沟槽周边的周围产生升高(或尖钉状)的光致抗蚀剂轮缘。这是在随后的沉积步骤中不希望的，材料将不均匀地沉积在升高轮缘上-轮缘上的垂直或倾斜表面与填充沟槽的光致抗蚀剂的水平平表面相比将接收更少的沉积材料。结果是在区域中的“电阻热点”，在该处，材料很薄地沉积。

如图7中所示，本发明的方法利用图6中所示的掩模来故意曝光在凹坑8周边壁内侧(例如在0.5微米内)的SAC1光致抗蚀剂。这保证SAC1光致抗蚀剂10的平上表面，且避免在凹坑8的周边轮缘周围的、任何光致抗蚀剂的尖钉状区域。

在SAC1光致抗蚀剂10曝光之后，光致抗蚀剂通过加热而回流。光致抗蚀剂的回流使它能够流到凹坑8的壁，从而确实填充它。图9和10表示了在回流后的SAC1光致抗蚀剂10。光致抗蚀剂有平的上表面，并与形成电极9的M4层3的上表面平齐。在回流后，SAC1光致抗蚀剂10进行U.V.固化和/或烤硬，以避免在随后的加热器材料沉积步骤过程中的任何回流。

图11和12表示了在加热器材料11在SAC1光致抗蚀剂10上沉积0.5微米之后的单位晶格。由于上述回流处理，加热器材料11均匀和成平面层地沉积在电极9和SAC1光致抗蚀剂10上。加热器材料可以由任意合适的导电材料构成，例如TiAl、TiN、TiAlN、TiAlSiN等。典型的加热器材料沉积处理可以包括顺序沉积的TiAl种子层、

的TiAlN层、还一

的TiA1种子层和最后另一

的TiAlN层。

参考图13至15，在下一步骤中，加热器材料11层进行蚀刻，以便确定热促动器12。各促动器12有接触部28，该接触部28形成与在SAC1光致抗蚀剂10的各侧的各电极9的电连接。加热器元件29横跨在它的相应接触部28之间。

这样的蚀刻由利用图13中所示的暗色调掩模曝光的一层光致抗蚀剂(未示出)来确定。如图15中所示，加热器元件12为横跨在一对电极9之间的线性梁。不过，加热器元件12可以选择采用其它结构，例如在本申请人的美国专利No.6755509中所述，该文献的内容被本文参引。

在下面顺序的步骤中，穿过钝化层4、氧化物层5和硅晶片2来蚀刻用于喷嘴的墨进口。在CMOS处理过程中，各金属层有墨进口开口(例如见图1中的M4层3中的开口6)，该墨进口开口在准备该墨进口蚀刻时进行穿过蚀刻。这些金属层与散布的ILD层一起形成用于墨进口的密封环，从而防止墨渗透至CMOS层中。

参考图16至18，相对较厚的光致抗蚀剂层13旋转施加在晶片上，并利用图16中所示的暗色调掩模来曝光。所需的光致抗蚀剂13的厚度取决于蚀刻墨进口所采用的深反应离子蚀刻(DRIE)的选择性。当墨进口开口14确定于光致抗蚀剂13中时，晶片准备进行随后的蚀刻步骤。

在第一蚀刻步骤(图19和20)中，电介质层(钝化层4和氧化物层5)进行穿过蚀刻直至下面的硅晶片。可以采用任何标准的氧化物蚀刻(例如O₂/C₄F₈等离子体)。

在第二蚀刻步骤(图21和22)中，墨进口15利用相同的光致抗蚀剂掩模13而穿过硅晶片2蚀刻至25微米的深度。任何标准的各向异性DRIE(例如Bosch蚀刻，见美国专利No.6501893和6284148)可以用于该蚀刻。在蚀刻墨进口15之后，光致抗蚀剂层13通过等离子体灰化而除去。

在下一步骤中，墨进口15由光致抗蚀剂堵塞，且在SAC1光致抗蚀剂10和钝化层4的顶上形成第二光致抗蚀剂16牺牲层(“SAC2”)。SAC2光致抗蚀剂16将作为用于随后顶板材料沉积的台架，该顶板材料形成用于各喷嘴腔室的顶板和侧壁。参考图23至25，大约6微米的高粘性光致抗蚀剂层旋转施加在晶片上，并利用图23中所示的暗色调掩模来曝光。

如图23和25中所示，掩模使得SAC2光致抗蚀剂16中的侧壁开口17(对应于墨导管的侧壁和腔室侧壁的位置)进行曝光。此外，开口18和19分别在堵塞进口15附近和喷嘴腔室进口附近进行曝光。这些开口18和19将在随后的顶板沉积步骤中填充顶板材料，并在本发明的喷嘴设计中提供独特的优点。具体地说，由顶板材料填充的开口18用作起动特征，它帮助将墨从进口15吸入各喷嘴腔室。由顶板材料填充的开口19用作过滤结构和流体串音(cross talk)屏障。这些都有助于防止气泡进入喷嘴腔室和扩散由热促动器12产生的压力脉冲。

参考图26和27，下一阶段通过PECVD将3微米的顶板材料20沉积至SAC2光致抗蚀剂16上。顶板材料20填充SAC2光致抗蚀剂16中的开口17、18和19，以便形成具有顶板21和侧壁22的喷嘴腔室24。在顶板材料20的沉积过程中还形成用于将墨供给各喷嘴腔室中的墨导管23。此外，同时形成任何起动特征和过滤结构(图26和27中未示出)。分别与各喷嘴腔室24相对应的顶板21横跨在一排中的相邻喷嘴腔室，以便形成喷嘴板。顶板材料20可以由任意合适材料构成，例如氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氮化铝等。如上所述，喷嘴板101有在喷嘴之间区域中的空腔102(图36中所示)。

参考图28至30，下一阶段通过蚀刻去除2微米的顶板材料20来确定顶板21中的椭圆形喷嘴轮缘25。该蚀刻利用通过图28中所示的暗色调轮缘掩模来曝光的一层光致抗蚀剂(未示出)而确定。椭圆形轮缘25包括两个同轴的轮缘唇缘25a和25b，该轮缘唇缘25a和25b位于它们各自的热促动器12上面。

参考图31至33，下一阶段通过一直穿过其余的顶板材料20进行蚀刻而确定在顶板21中的椭圆形喷嘴孔26，该喷嘴孔26由轮缘25来界定。该蚀刻利用通过图31中所示的暗色调顶板掩模来曝光的一层光致抗蚀剂(未示出)而确定。椭圆形喷嘴孔26位于热促动器12上面，如图33中所示。

这时，全部的MEMS喷嘴特征都完全形成，随后的步骤通过背侧DRIE来确定墨供给槽道27，通过O₂等离子体灰化而除去所有牺牲光致抗蚀剂(包括SAC1和SAC2光致抗蚀剂层10和16)，并通过背侧蚀刻而减薄晶片至大约135微米。图34和35表示了完成的单位晶格，而图36在完成的打印头集成电路的剖视透视图中表示了三个相邻排的喷嘴。

提供平喷嘴板的可选MEMS制造方法

上述MEMS制造方法的一个优点是喷嘴板101通过PECVD来沉积。这意味着喷嘴板的制造可以结合在使用标准CMOS沉积/蚀刻技术的MEMS制造方法中。因此，打印头的总体制造成本可以保持较低。相反，很多现有技术打印头具有层叠的喷嘴板，它们不仅容易脱层，而且需要单独的层压步骤，该层压步骤不能通过标准CMOS处理来进行。最终，这增加了该打印头的成本。

不过，喷嘴板101的PECVD沉积也有它自身的问题。沉积足够厚度的顶板材料(例如氮化硅)使得喷嘴板不是非常脆弱将很重要。当沉积在平面形结构上时，沉积不是问题；不过，如图24-27中所示，顶板材料20的沉积还必须形成喷嘴腔室24的侧壁22。SAC2台架16可以有倾斜壁(图24中未示出)，以便帮助使顶板材料沉积在侧壁区域17中。不过，为了保证腔室侧壁22接收足够的顶板材料20覆盖物，需要在相邻喷嘴之间有至少一些间距。尽管这样的喷嘴间的间距从顶板沉积的观点来看很有利，但是所形成的顶板21(和喷嘴板101)不可避免地包含在喷嘴之间的多个空腔102。如前所述，这些空腔102起到捕获微粒和溢出墨的作用，因此防碍了打印头的维护。

下面参考图37至40，图中表示了可选的MEMS制造方法，它减小了一些上述问题。在图26和27所示的打印头制造阶段，不是直接进行喷嘴轮缘和喷嘴孔的蚀刻，而是使顶板21(该顶板21形成喷嘴板101)首先平面化。平面化通过将附加层的光致抗蚀剂(例如大约10微米厚度)沉积在顶板21上来实现，该附加层的光致抗蚀剂填充所有空腔102。通常，该光致抗蚀剂再热回流，以便保证完全填充空腔102。然后，除去该层光致抗蚀剂至顶板21的高度，这样，顶板21的上表面和沉积于空腔102中的光致抗蚀剂103的上表面一起形成连续的平表面。光致抗蚀剂的除去可以通过任意合适技术来进行，例如化学-机械平面化(CMP)或控制光致抗蚀剂蚀刻(例如O₂等离子体)。如图37中所示，所形成的单位晶格有完全填充空腔102的光致抗蚀剂103。

下一阶段通过PECVD而将附加顶板材料(例如1微米厚的层)沉积至图37所示的平面形结构上。如图38和39中所示，所形成的单位晶格有第一顶板21A和第二顶板21B。重要的是，外部的第二顶板21B通过它沉积在平面形结构上而成完全平面形。而且，第二顶板21B通过填充第一顶板21A的空腔102的下方光致抗蚀剂103而增强。

该增强双层顶板结构与图27中所示的单个顶板结构相比在机械上非常坚固。增加的厚度和在喷嘴间的增强提高了顶板结构的总体坚固性。而且，外部第二顶板21B的平面性提高了相对于横过顶板的剪切力的坚固性。

第一和第二顶板21A和21B可以由相同或不同材料构成。通常，第一和第二顶板由从以下组中独立选择的材料而构成，该组包括：氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅。在一个实施例中，第一顶板21A由氮化硅构成，第二顶板由二氧化硅构成。

在图38和39中所示的单位晶格之后，可以类似于结合图28至36所述的相应步骤来进行随后的MEMS处理。这里，进行喷嘴轮缘和喷嘴孔的蚀刻，随后进行背侧DRIE来确定墨供给槽道27，进行晶片减薄和光致抗蚀剂去除。当然，由第一和第二顶板21A和21B封闭的光致抗蚀剂103并不会暴露于任何灰化等离子体，并在后面阶段的光致抗蚀剂除去过程中保持未损。

所形成的打印头集成电路(具有平面形、双层增强喷嘴板)如图40中所示。喷嘴板包括第一喷嘴板101A和外部的第二喷嘴板101B，它们为完全平面形，保留给喷嘴轮缘和喷嘴孔。本发明的这种打印头集成电路有利于打印头维护操作。它的改进的机械整体性意味着可以使用相对用力的清洁技术(例如擦拭)，而不会损坏打印头。而且，在外部第二喷嘴板102B中没有空腔102将减小微粒或墨永久性地处于打印头上的危险。

当然，应当知道，本发明只是通过实例来介绍，在由附加权利要求确定的本发明范围内可以对细节进行变化。

Claims

1.一种制造具有平喷嘴板的喷墨打印头的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供部分制造的打印头，该打印头具有第一喷嘴板，该第一喷嘴板由第一材料构成，其横跨多个喷嘴，所述第一喷嘴板具有多个空腔；

(b)用填料填充所述空腔，使得所述第一喷嘴板的上表面和所述填料的上表面一起限定连续的平的表面；以及

(c)将第二材料沉积在所述平的表面上，以便形成具有平的外表面的第二喷嘴板。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述第二材料通过PECVD沉积。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：所述第一材料通过PECVD沉积在非平的牺牲台架上，以便形成所述第一喷嘴板。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：所述第一和第二材料彼此相同或不同。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：所述第一和第二材料从以下组中独立选择：氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：所述填料为光致抗蚀剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：步骤(b)通过以下子步骤来进行：

(b)(i)将光致抗蚀剂层沉积在所述第一喷嘴板上，以便填充所述空腔；以及

(b)(ii)除去所述光致抗蚀剂的一部分，使得填充所述空腔的所述光致抗蚀剂的上表面和所述第一喷嘴板的上表面一起限定连续的平的表面。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：

使所述光致抗蚀剂热回流，以便于完全填充所述空腔。

9.根据权利要求7所述的方法，其中：步骤(b)(ii)通过化学机械平面化或通过光致抗蚀剂蚀刻来进行。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

(d)限定通过所述第一和第二喷嘴板的喷嘴孔。

11.根据权利要求1所述的方法，其中：各喷嘴包括形成于基板上的喷嘴腔室，所述喷嘴腔室包括：顶板，该顶板与所述基板间隔开；以及侧壁，该侧壁在所述顶板和所述基板之间延伸，所述第一喷嘴板和所述侧壁由相同材料构成。

12.一种喷墨打印头，可通过根据前述任意一个权利要求所述的方法来获得。