CN1283464C - 液滴喷射记录装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在同一芯片内备有具有不同的开口大小和深度的多个液体排出口的液滴喷射记录装置。例如，在喷墨记录头(10)中，在叠层端面(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)。为了实现这种结构，首先用湿式异向性蚀刻来蚀刻相当于大墨水排出口(20)部分的硅基板(40)，形成断面三角形的槽，然后用反应性离子蚀刻(RIE)来蚀刻相当于大墨水排出口(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加工可以精度高地进行最终的流路形状的加工，另一方面用湿式异向性蚀刻可以高效地形成不同深度的槽，所以喷墨记录头(10)的生产率也提高。
Description
技术领域
本发明涉及向保持在液体流路内的液体赋予能量从而从喷嘴喷射的液滴喷射记录装置和硅结构体的制造方法。
背景技术
历来提出了通过蚀刻硅基板来形成想要的形状，通过叠层硅基板来制造液滴喷射记录头的方法。
例如，在特开平11-227208号公报(以下称为第1现有技术例)中公开了可以制造在气泡发生区的前后具有制造精度高的节流器形状的打印头芯片，可以制造喷射能量效率高而能适应高分辨率化的液滴喷射记录装置。
用图16～图21就本第1现有技术例进行说明。
头芯片100如图16中所示，通过发热元件基板102和流路基板104叠层而形成，如图17中所示，是从在流路基板104的上部形成的墨水供给口106所供给的墨水经由具有阶梯部107的公共液室108进入个别流路110，被发热元件112加热，作为墨水滴从墨水排出口114排出的构成。再者，在个别流路110中形成前方节流器116和后方节流器118以及凹部132，以便通过发热元件112的加热而能量效率高地使墨水滴排出。
参照图18～图21就构成此一头芯片100的流路基板104的制造方法进行说明。
对成为流路基板104的Si基板120(参照图18(A))，用热氧化法作为第1耐蚀刻性掩模层形成SiO2膜122(参照图18(B))，把SiO2膜122的成为包括喷嘴在内的个别流路110的部分和成为公共液室108的部分用光刻法和干蚀刻法形成图案(参照图18(C))。SiO2膜122的掩模图案如图19(A)中所示，成为公共液室108和阶梯部107的部分与成为个别流路110的部分连结，并且设置成为个别流路110的前方节流器116的前方节流器形状124和成为后方节流器118的后方节流器形状126。接着，用减压CVD(化学蒸气沉积)法作为第2耐蚀刻性掩模层形成SiN膜128(参照图18(D))。对此一SiN膜128，成为公共液室108和阶梯部107的部分和成为设在个别流路110中的凹部132的部分用光刻法和干蚀刻法形成图案(参照图18(E))。此一SiN膜128成为进行用于在个别流路110中形成成为凹部132的深度方向的形状的预备加工的掩模，去除凹部图案130部分的SiN膜128(参照图19(B))。此外在本例中，由于与凹部132一起形成阶梯部107，所以去除成为公共液室108和阶梯部107部分的SiN膜128。
接着，用减压CVD法形成成为耐磷酸蚀刻保护膜(第3耐蚀刻性掩模层)的SiO2膜134(参照图18(F))。对此一SiO2膜134，用光刻法和干蚀刻法形成图案(参照图18(G))。此一SiO2膜134形成到覆盖SiN膜128的程度。
接着，用减压CVD法形成成为第4耐蚀刻性掩模层的第2 SiN膜136(参照图18(H))。对此一SiN膜136把成为公共液室108的区域用光刻法和干蚀刻法形成图案(参照图18(I))。此一SiN膜136如图19(C)中所示，仅去除成为公共液室108的部分，形成公共液室图案138。
这里，以此一SiN膜136作为蚀刻掩模对Si基板实施KOH水溶液的蚀刻(参照图18(J))。进行此一蚀刻直到贯通Si基板120，此一贯通孔成为墨水供给口106。此一加工根据与现有技术同样的湿式异向性蚀刻的特性，侧壁作为有规定角度的斜面而形成。再者，Si基板120的结晶方位为<100>面。这里因为从Si基板120一方的面进行加工，所以形成朝墨水供给口106断面积减小的贯通孔。
接着，用磷酸水溶液有选择地蚀刻去除SiN膜136(参照图18(K))。此时，因为有成为耐磷酸蚀刻保护膜的SiO2膜134，故其下的SiN膜128不受侵蚀。
接着，用HF溶液有选择地蚀刻去除SiO2膜134(参照图18(L))。接着，以SiN膜128作为蚀刻掩模对Si基板120实施KOH水溶液的湿式异向性蚀刻(参照图18(M))。在此一湿式异向性蚀刻中，不贯通地进行只按想要的深度的加工。如图19(B)中所示，SiN膜128由于去除成为公共液室108和阶梯部107的部分，所以可以在公共液室108的侧壁部分上形成规定深度的阶梯部。此外，由于SiN膜128的成为个别流路110中的凹部132的部分被去除，所以成为凹部132的部分也被蚀刻。如图19(B)中所示，凹部图案130可以作为长方形的图案来形成。通过以形成了这种图案的SiN膜128作为蚀刻掩模进行湿式异向性蚀刻，形成图20中所示的立体形状的凹部132。
接着用磷酸溶液有选择地去除SiN膜128(参照图18(N))。接着，以SiO2膜122作为蚀刻掩模实施Si基板120的RIE(反应性离子蚀刻)加工(参照图18(O))。在此一RIE加工中，可以如上所述与Si的结晶方位无关地，均等地沿厚度方向蚀刻有掩模的部分以外。也就是说按图19(A)中所示的掩模图案形状形成成为个别流路110的断面略矩形的槽，并且在到此为止的工序中所形成的形状也照原样只按加工深度被蚀刻。因此，在图18(M)的工序中成为个别流路110的位置上形成的凹部几乎照原样在成为个别流路110的槽的底部几乎维持凹部132的形状地形成。
最后，用氟酸溶液有选择地蚀刻去除SiO2膜122而完成成为流路基板104的Si基板120的加工(参照图18(P))。图21是表示用本方法所制造的成为流路基板的Si基板120之一例的俯视图。再者，通过沿着切割线切割Si基板120，个别流路110的端部开口成为墨水排出口114。
像这样，本制造方法的特征与湿式异向性蚀刻不同而用RIE法，借此如图21中所示可以精度高地加工包含前方节流器116、后方节流器118等的平面上复杂的形状的个别流路110，特别是通过RIE加工所形成的槽横跨芯片整个面成为同一深度。因而，墨水排出口114成为同一深度的矩形形状(参照图16)，可以确保想要的喷射特性。
像这样，确立了制造第1现有技术例的具有同一形状(同一断面积)的头芯片的方法。
再例如，在特开平9-216368号公报中提供了一种用于喷墨记录装置的喷墨喷嘴板，以便提供尺寸偏差小、形状精度高的喷嘴，从而提供便宜而且印字品质高的喷墨记录装置。具体地说，在硅基板的活性层上通过等离子腐蚀形成孔，在硅基板的支撑体的对应部分上形成贯通该支撑体的锥形部，从而形成喷墨喷嘴板。该锥形部是通过各向异性腐蚀或在各向异性腐蚀之后进行等离子腐蚀而形成的。由此，能够便宜地制造形状精度高的孔及锥形部，从而可以便宜地提供印字品质优良的喷墨记录装置。
可是，近年来，对打印机要求从同一打印头喷射体积不同的墨水滴的功能。这是因为施行例如“进行黑白体字打印时通过喷射大墨水滴来打印浓度浓的文字，在进行彩色打印时通过喷射小墨水滴来进行高画面质量打印”这样的使用方法或“在打算高速打印草稿时进行大墨水滴的间隔打印，在进行高画面质量打印时用小墨水滴”这样的使用方法的缘故。
为了实现这些愿望，虽然把根据各自的墨水滴体积所形成的头芯片组合起来形成打印头就可以了，但是打印头变大，成本也增加。
此外，在加热式喷墨方式中通过调整发生气泡的发热电阻体的设计尺寸或喷嘴的宽度，虽然造成若干墨水滴体积差，但是无法造成足够大的差。
与此相反，在特开平10-138483号公报中公开了通过改变施加在发热电阻体上的驱动电压和脉冲宽度来改变墨水温度上升速度，使供应发泡的墨水量变化的构成。在此一方法的场合，因为在发热电阻体上施加多种驱动电压，故成本增加，并且墨水滴体积的变动幅度也不大。
此外，在特开平11-99637号公报中提出了在同一流路内设置多个发热电阻体，控制墨水滴体积用的发热电阻体的驱动方式。进而，在特开平10-16221号公报中提出了在同一流路内设置多个发热电阻体，在大容量滴的场合驱动两个发热电阻体，在小容量滴的场合驱动某一单方的方法。这些方法也是虽然能够造成墨水体积差，但是变动幅度不大。
此外，在第1现有技术例中，虽然可以通过RIE把复杂形状的个别流路(墨水排出口)精度高地制成规定深度的断面形状，但是仅能形成一定的深度，无法使从同一芯片排出的墨水滴体积变动。
下面说明的第2现有技术例是鉴于这种问题而作成的，其目的在于保留RIE的微细加工的优点(喷射能量效率高而能够适应高分辨率化)，在同一芯片内形成深度不同的喷嘴。具体地说通过用两步RIE加工在同一芯片内形成深度不同的喷嘴。借此在同一芯片内可以形成深度不同的喷嘴，结果可以喷射体积大为不同的墨水滴，提供一种可以廉价地同时实现高速打印和高画面质量打印的液体喷射记录装置。
下面具体地说明本第2现有技术例。再者，对与第1现有技术例同样的构成要素赋予同一标号，省略其详细说明。第2现有技术例中的打印头芯片的透视图示于图22。
打印头芯片100A分成排出比较小的墨水滴的小墨水排出口114A所排列的小墨水排出口区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区142，在喷射体积大的墨水滴时用大墨水排出口区142的大墨水排出口114B来打印，在喷射体积小的墨水滴时用小墨水排出口区140的小墨水排出口114A来打印。例如在大墨水排出口区142中使用黑色墨水，借此可以打印浓度浓的黑体字，在小墨水排出口区140中使用彩色墨水，借此高画面质量彩色打印成为可能。
此外，第2现有技术例中的根据另一个例子的打印头芯片100B的透视图示于图23。这里小墨水排出口114A和大墨水排出口114B交互排列。在此一场合，进行高速草稿打印时通过选择相当于大墨水排出口114B的地址的信号，进行用体积大的墨水滴的打印就可以了。因为墨水滴的体积大，故即使不重叠打印也可以实现足够的打印浓度。此外在进行高画面质量打印时通过选择相当于小墨水排出口114A的地址的信号，进行用体积小的墨水滴的打印就可以了。
下面基于大墨水排出口与小墨水排出口交互排列的图23的第2现有技术例来说明这些芯片的制造方法。
具体地说就图24(P)中所示的深度d3的大墨水排出口与深度d2的小墨水排出口交互并列的Si基板的制造工序进行说明。作为制造工序，变更图18(第1现有技术例的制造方法)的(C)工序和(O)工序。本第2现有技术例的制造工序示于图24。对图24(A)中所示的成为流体流路基板104的Si基板120，在图24(B)中用热氧化法作为耐蚀刻性掩模层只按膜厚t1形成SiO2膜122。在图24(C′)中把SiO2膜122的成为大墨水排出口的部分用光刻法和干蚀刻法形成图案。所用的Si基板120的结晶方位为<100>面。接着在图24(C″)中把SiO2膜122的成为小墨水排出口的部分形成图案。但是此时SiO2膜122不是全都蚀刻去除而是只按膜厚t2残留。图24的从(D)工序到(N)工序间是与图18的从(D)工序到(N)工序是相同的。接着在图24(O′)中用RIE法只按深度d1蚀刻成为大墨水排出口部分的Si基板120。此时成为小墨水排出口部分的Si基板120因为被SiO2膜122所覆盖，故不受蚀刻。但是，此时SiO2膜122也因为多少被蚀刻而膜厚减少，膜厚t1之处成为t1′，膜厚t2之处成为t2′。接着在图24(O″)中，用RIE法蚀刻SiO2膜122而完全去除成为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″残留。此外因为此时设定成成为大墨水排出口部分的Si基板几乎不受蚀刻的条件，故此一部分的深度保持d1不变。接着，用RIE法按深度d2蚀刻Si基板120。在此一时刻成为小墨水排出口部分的深度成为d2，成为大墨水排出口的部分的深度成为d3＝d1+d2。最后在图24(P)中用氟酸溶液有选择地蚀刻去除SiO2膜122而完成成为流体流路基板1的Si基板120的加工。作为本制造方法的优点可以举出①Si基板的成为耐蚀刻掩模的材料(SiO2膜122)的形成仅一次就可以了，②虽然为了加深大墨水排出口部的Si基板而进行两次蚀刻，但是因为耐蚀刻掩模是同一个故不会发生对位误差引起的形状不良等。
但是，第2现有技术例因为与第1现有技术例相比工序数增加，故存在着制造成本增大这样的问题。
此外，如果加深断面矩形的槽的深度，则随着断面积的增大在矩形的槽的角部(角)处产生应力集中，存在着在基板上产生裂纹的危险增大这样的问题。
发明内容
本发明鉴于这种问题而作成，其目的在于提供一种保留RIE的微细加工的优点(喷射能量效率高而能适应高分辨率化)，不使工序数增加而在同一芯片内形成深度不同的墨水排出口的液滴喷射记录装置和硅结构体的制造方法。
本发明的第1形态是叠层第1及第2硅基板而成，从液体供给口所供给的液体到达多个个别流路，并从在各个别流路的前端上所形成的液体排出口作为液滴而喷射的液滴喷射记录装置，其特征在于，其中前述液体排出口及前述个别流路由在第1硅基板的表面上形成的断面圆弧形状的槽，和与前述第1硅基板相接触的第2硅基板来构成。
就本发明的第1形态的作用进行说明。
在液滴喷射记录装置上所形成的液体排出口虽然由形成了断面圆弧形状的槽的第1基板，和接触(叠层)于第1基板上的第2基板来构成，但是因为在第1基板上所形成的槽的断面为不形成角的圆弧形状，故可以抑制在角部的角上应力集中而产生裂纹。
本发明的第2形态，是根据第1形态，其特征在于，前述槽靠对第1硅基板的湿式异向性蚀刻，和靠继续进行的反应性离子蚀刻来形成。
就本发明的第2形态的作用进行说明。
首先，通过对硅基板湿式异向性蚀刻来形成断面三角形的槽后，对该槽所形成的部分施行反应性离子蚀刻，借此形成由对基板表面垂直的两个大体上平行的面和连接一对垂直面的底部侧的圆弧面形成的没有角的，也就是圆弧形状的槽。
因而，可以通过反应性离子蚀刻确保可以微细加工的优点，可以形成能够防止应力集中引起的裂纹发生的槽。
本发明的第3形态，是根据第1形态，其特征在于，在前述叠层断面上备有断面形状为矩形的液体排出口。
就本发明的第3形态的作用进行说明。
在液滴喷射记录装置中，在所叠层的硅基板的叠层端面上有断面为圆弧形状和矩形形状的至少两种形状(断面积)的液体排出口。因而，在液体中使用墨水进行图像形成的场合，通过选择液体排出口而排出墨水滴，可以把图像形成切换成画面质量优先或速度优先。也就是说，通过使墨水滴从断面积小的液体排出口排出可以进行高画面质量的图像形成，通过使墨水滴从断面积大的液体排出口排出可以迅速地进行图像形成。
本发明的第4形态，是根据第3形态，其特征在于，断面为矩形的前述液体排出口通过使另一个硅基板接触于用反应性离子蚀刻形成了槽的硅基板上而形成。
就本发明的第4形态的作用进行说明。
通过对硅基板施行反应性离子蚀刻，可以形成断面矩形形状的槽，通过使另一个硅基板接触于此一形成了槽的基板上，可以形成断面矩形形状的液体排出口。
本发明的第5形态，是根据本发明的第3形态或第4形态，其特征在于，断面形状不同的液体排出口交互排列。
就本发明的第5形态的作用进行说明。
通过像这样来构成，体积相对小的液滴从断面积小的第1形状的液体排出口排出，体积相对大的液滴从断面积大的第2形状的液体排出口排出。
在液体中使用墨水的场合，因为从第2形状的液体排出口所排出的墨水滴的体积大，故即使不重合也可以实现足够的打印浓度。此外，如果从第1形状的液体排出口进行体积相对小的墨水滴的打印则可以实现高画面质量的打印。
本发明的第6形态，是根据本发明的第3形态或第4形态，其特征在于，备有断面形状不同的液体排出口，每种同一断面形状的液体排出口连续地排列。
就本发明的第6形态的作用进行说明。
通过像这样来构成，体积相对小的液滴从断面积小的第1形状的液体排出口排出，体积相对大的液滴从断面积大的第2形状的液体排出口排出。因此，在液体中使用墨水的场合，通过从连续配置的第2形状的液体排出口排出体积相对大的墨水滴可以进行浓度浓的黑体字打印。另一方面，通过在连续配置的第1形状的液体排出口中使用彩色墨水而排出体积相对小的墨水滴，高画面质量的彩色打印成为可能。
本发明的第7形态，是根据第3～第6形态的任何一项，其特征在于，包括断面为前述圆弧形状的槽的液体排出口的开口面积大于前述断面矩形的液体排出口的开口面积。
就本发明的第7形态的作用进行说明。
随着槽的断面积加大，基板上容易产生裂纹。特别是在把槽的断面取为矩形等有角的形状的场合，基板从该角开始产生裂纹的危险性增加。然而，在本发明中，由于把断面积大的槽取为断面形状中没有角的圆弧形状，所以可以抑制基板上产生裂纹的可能性。
此外，例如通过对同一基板在耐蚀刻掩模形状上下工夫，在用湿式异向性蚀刻仅蚀刻成为圆弧形状的槽的部分之后，通过用反应性离子蚀刻来蚀刻成为圆弧形状的槽的部分和成为矩形形状的槽的部分两者，可以使圆弧形状的槽断面积大于矩形形状的槽。这样一来，通过加大圆弧形状的槽的断面积，在液滴喷射记录装置中形成不同的断面积的液体排出口的制造工序得到简化。
本发明的第8形态，其特征在于，通过对一个硅基板施行湿式异向性蚀刻，和继此施行反应性离子蚀刻，在前述硅基板上形成断面为圆弧形状的槽。
就本发明的第8形态的作用进行说明。
通过对硅基板施行湿式异向性蚀刻，和继此施行反应性离子蚀刻，槽的断面形状成为没有角的圆弧形状。因而，因为槽的内部没有角，故可以防止应力集中，可以防止对硅基板的裂纹发生。
附图说明
图1是根据本发明的第1实施例的喷墨记录头的透视图。
图2是图1中的A-A线的剖视图。
图3是图1中的B-B线的剖视图。
图4L、4M、4N和4O是硅基板的叠层端面的制造工序图。
图5A～G是图1中的A-A线断面位置上的流路基板的制造工序图。
图6H、6I、6J、6K、6L和6M是图1中的A-A线断面位置上的流路基板的制造工序图。
图7N、7O和7P是图1中的A-A线断面位置上的流路基板的制造工序图。
图8(A)是SiO2膜42的掩模图案，(B)是SiN膜48的掩模图案，(C)是SiN膜54的掩模图案。
图9是表示个别流路30相当部分的掩模图案彼此的位置关系的俯视图。
图10是表示个别流路31相当部分的掩模图案彼此的位置关系的俯视图。
图11L、11M、11N和11O是图9中的D-D线断面的流路基板的制造工序图。
图12L、12M、12N和12O是图10中的D-D线断面的流路基板的制造工序图。
图13是形成了大槽和小槽的流路基板的俯视图。
图14是表示在断面矩形的槽中产生裂纹的说明图。
图15是根据本发明的第2实施例的喷墨记录头的透视图。
图16是根据第1现有技术例的喷墨记录头的透视图。
图17是图16中的H-H线剖视图。
图18A～P是图16中的H-H线断面位置处的流路基板的制造工序图。
图19(A)是SiO2膜122的掩模图案，(B)是SiN膜128的掩模图案，(C)是SiN膜136的掩模图案。
图20是实施第2次湿式异向性蚀刻时的Si基板中的成为个别流路110的部分附近的剖切透视图。
图21是构成根据第1现有技术例的喷墨记录头的流路基板的俯视图。
图22是根据第2现有技术例的喷墨记录头的透视图。
图23是根据第2现有技术例的喷墨记录头的透视图。
图24A、24B、24C’、24C”、24N、24O’、24O”、24O和24P是第2现有技术例中的流路基板的制造工序图。
具体实施方式
参照图1～图3来说明根据本发明的第1实施例的喷墨记录头(液滴喷射装置)。图1是喷墨记录头的透视图，图2和图3分别是图1的A-A线剖视图、B-B线剖视图。
如图1中所示，喷墨记录头10是发热元件基板12和流路基板14经由保护膜16叠层，在叠层端面18上交互地形成由对峙的两个垂直面与连接前述垂直面的圆弧状面界定的大墨水排出口20，和以矩形比大墨水排出口29叠层方向深度要浅的(开口面积小的)小墨水排出口22。
在流路基板14的上表面上形成墨水供给口24，连通到在内部形成的有阶梯部26的公共液室28(参照图2、图3)。公共液室28与连通到大墨水排出口20的个别流路30和连通到小墨水排出口22的个别流路31相连通。在个别流路30、31上分别备有配置发热元件32并且形成凹部34的宽阔的压力发生区35，和相对于压力发生区35减少宽度的墨水排出口20、22侧的前方节流器36和公共液室28侧的后方节流器38(参照图13)。
因而，是从墨水供给口24供给到喷墨记录头10内部的墨水经由公共液室28流入个别流路30、31，通过发热元件32的加热而在压力发生区35中发生气泡而从大墨水排出口20或小墨水排出口22排出体积不同的墨水滴的构成。
这样一来，喷墨记录头10因为小墨水排出口22和大墨水排出口20交互排列，故在进行高速草稿打印时通过选择相当于个别流路30的发热元件32的地址的信号，从大墨水排出口20排出体积大的墨水滴而打印就可以了。这是因为墨水滴的体积大，故即使不重叠打印也可以实现足够的打印浓度的缘故。另一方面，如果通过选择相当于个别流路31的发热元件32的地址的信号，从小墨水排出口22排出墨水滴而打印，则可以进行高画面质量的打印。
下面，参照图4～13就喷墨记录头10的制造方法进行说明。图4是就流路基板14的制造工序，观看叠层端面18(切割)位置断面的图，图5～图7是就流路基板14的制造工序，观看A-A线(大墨水排出口)断面的图。再者，图4～图7和图11、图12中所附(A)～(S)若是同一标记就是表示同一制造工序。
具体地说就制造图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)的工序进行说明。再者，Si基板40的结晶方位为<100>面。
首先，对成为流路基板14的Si基板40(参照图5(A))用热氧化法作为第1耐蚀刻性掩模层而形成SiO2膜42(参照图5(B))。
接着把SiO2膜42的成为个别流路30、31和公共液室28的部分用光刻法和干蚀刻法形成图案(参照图5(C))。通过此一形成图案所形成的掩模形状示于图8(A)。也就是说，露出与公共液室28和个别流路30、31相对应部分的Si基板40。
再者，如图8(A)中所示，SiO2膜42的掩模图案取为，成为公共液室28的部分与成为个别流路30、31的部分连接，而在个别流路30、31的公共液室28侧连接处设置后方节流器形状46，在成为墨水排出口的部分的前端附近设置前方节流器形状44，把成为墨水排出口的位置的个别流路30收窄的这样的图案。
接着，用减压CVD(化学蒸气沉积)法作为第2耐蚀刻性掩模层而形成SiN膜48(参照图5(D))。此时形成的SiN膜48的厚度，可以取为例如300nm左右。
对此一SiN膜48，把成为公共液室28和阶梯部26的部分，在个别流路30中成为凹部34的一部分和墨水排出口20的部分，以及在个别流路31中成为凹部34的部分用光刻法和干蚀刻法形成图案(参照图5(E))。SiN膜48的图案之一例示于图8(B)。在此一SiN膜48上所形成的凹部图案50A、50B是成为进行预加工用的掩模者，该预加工用来形成分别是成为个别流路30的凹部34和大墨水排出口20，和个别流路31的凹部34的深度方向的形状。
也就是说，凹部图案50A如图9中所示，取为对SiO2膜42的相当于个别流路30的掩模图案(图9中虚线部)延伸到相当于大墨水排出口20的部分的宽度一定的长方形形状的图案。另一方面，凹部图案50B如图10中所示，取为对SiO2膜42的相当于个别流路31的掩模图案(图10中虚线部)，仅相当于凹部34的宽阔的长方形形状的图案。
此外，在本例的SiN膜48的图案中，由于与凹部图案50A、50B一起形成公共液室图案51，所以成为公共液室28和阶梯部26的部分被去除。
接着，用减压CVD法形成成为耐磷酸蚀刻保护膜(第3耐蚀刻性掩模层)的SiO2膜52(参照图5(F))。此时形成的SiO2膜52的厚度可以取为例如500nm左右。
对此一SiO2膜52用光刻法和干蚀刻法形成图案。此一SiO2膜52形成到覆盖SiN膜48的程度(参照图5(G))。
接着用减压CVD法形成成为第4耐蚀刻性掩模层的第2 SiN膜54。此时形成的SiN膜54的厚度可以取为例如300nm左右(参照图6(H))。
对此一SiN膜54把成为公共液室28的区用光刻法和干蚀刻法形成图案(参照图6(I))。SiN膜54的图案之一例示于图8(C)。此一SiN膜54形成仅去除成为公共液室28的部分的公共液室图案56。此时，去除SiN膜54的区设定成按规定量小于实际的公共液室28的尺寸就可以了。
接着，以此一SiN膜54作为蚀刻掩模对Si基板40实施靠KOH水溶液的蚀刻(参照图6(J))。进行此一蚀刻直到贯通Si基板40，贯通孔成为墨水供给口24。此一加工因为湿式异向性蚀刻的特性所以侧壁作为有规定的角度的斜面而形成。这里由于从Si基板40一方的面进行加工，所以形成断面积朝墨水供给口24减小的贯通孔。这里用的湿式异向性蚀刻与RIE(反应性离子蚀刻)相比加工速度快，适合于贯通Si基板40之类加工深度深的加工。
接着，用磷酸水溶液有选择地蚀刻去除SiN膜54(参照图6(K))。此时，因为有成为耐磷酸蚀刻保护膜的SiO2膜52，故其下的SiN膜48不受侵蚀。
接着，用HF溶液有选择地蚀刻去除SiO2膜52(参照图6(L))。
接着，以SiN膜48(参照图8(B))作为蚀刻掩模对Si基板40实施用KOH水溶液的湿式异向性蚀刻(分别参照图6(M)、图9(M))。在此一湿式异向性蚀刻中不贯通地进行按想要的深度的加工。加工深度可以取为例如200μm左右。但是，设定得比精加工深度要浅。如图8(B)中所示，因为SiN膜48有成为公共液室28和阶梯部26的部分被去除的公共液室图案51，故在公共液室28的侧壁部分可以形成规定深度的阶梯部。
此外，由于形成有SiN膜48的成为个别流路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图案50A，和成为个别流路31中的凹部34的部分被去除的凹部图案50B，所以成为个别流路30的凹部34和大墨水排出口20的部分，和成为个别流路31的凹部34的部分也被蚀刻，形成个别流路30的深度方向的形状。
在进行切割而成为叠层端面18的叠层端面位置(图9、图10，C-C线断面位置)处，仅有靠SiN膜48的凹部图案50A成为大墨水排出口20部分的Si基板40被露出，通过湿式异向性蚀刻形成断面三角形的槽62A(参照图4(L)～(M))。
另一方面，在凹部形成位置(图9、图10，D-D线断面位置)处，靠凹部图案50A，与叠层端面18相同宽度的Si基板40从SiN膜48被露出，在该部分也形成与槽62A同样的断面三角形的槽63A(参照图11(L)～(M))。另一方面，在凹部图案50B所形成的位置处，符合凹部34的宽度的Si基板40从SiN膜48被露出，在该部分形成断面三角形的槽65A(参照图12(L)～(M))。
接着，用磷酸溶液有选择地蚀刻去除SiN膜48(参照图4、图7、图11、图12各(N))。结果，沿着流路形状部分的Si基板40从SiO2膜42露出。也就是说，在叠层端面位置处，不仅大墨水排出口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也从SiO2膜42露出(参照图4(N))。此外，在凹部形成位置处，个别流路30所形成的位置处也是，凹部34相当宽度Si基板40也从SiO2膜42露出(参照图11(N))。
接着，以SiO2膜42作为蚀刻掩模并用RIE法蚀刻成为个别流路30、31部分和成为公共液室23部分的Si基板40(参照图4、图7、图11、图12各(O))。加工深度可以取为例如20μm左右。在此一RIE加工中可以与Si的结晶方位无关地，把有掩模的部分以外均等地沿厚度方向蚀刻。因而，可以沿着图8(A)中所示的掩模图案形状(实线部)精度高地形成流路。
结果，在小墨水排出口22形成位置处，靠RIE加工形成深度d5的断面矩形形状的小槽64(参照图4(N)～(O))。
另一方面，在大墨水排出口20形成位置处，虽然刚湿式异向性蚀刻后形成三角形的槽62A，但是其后通过进行RIE加工三角形的顶点部变圆而成为大槽64(参照图4(N)～(O))。这是因为在蚀刻时聚合物厚厚地堆积在顶点部，在此一部分蚀刻初期的蚀刻气体的供给受阻的缘故。此外，大槽62的深度d4与仅靠RIE加工的场合(小槽62的深度d5)相比按蚀刻三角槽62A的量加深。
这样一来，在Si基板40上形成深度不同的大槽62和小槽64。
最后，用氟酸溶液有选择地蚀刻去除SiO2膜42而完成成为流路基板14的Si基板40的加工(参照图7(P))。
沿着图7、图12中所示的切割线切割这样一来形成了大槽62和小槽64的Si基板40，借此深度不同的大槽62和小槽64开口于断面，形成流路基板14。
经由保护层16把此一流路基板14与发热元件基板12叠层，借此大槽62、小槽64分别成为个别流路30、31，叠层端面18上的开口部成为墨水排出口20、22。
像这样，在本实施例中，因为在公共液室28的阶梯部26形成用的掩模中，从凹部34相当部分到相当于大墨水排出口20的部分形成凹部图案50A，故在阶梯部26形成时的湿式异向性蚀刻中Si基板40的大墨水排出口20形成部分上形成三角槽62A，接着靠流路形成用的掩模用RIE进行蚀刻，借此三角槽62A进而成为深的圆弧形状的大槽62。另一方面，小墨水排出口22的部分因为仅用RIE来进行蚀刻，故形成与大槽62相比要浅的断面为矩形形状的小槽64。
像这样，在本实施例中，不增加现有技术的蚀刻工序，通过在掩模形状上下工夫，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断面积不同的墨水排出口的喷墨记录头10的流路基板14，可以还用湿式异向性蚀刻短时间内形成深的墨水排出口(大槽62)。因而，可以提高喷墨记录头10的生产率。
此外，如果槽70的断面为矩形形状，则如图14中所示，存在着随着断面积的增加因应力集中而从角部的角开始在硅基板40上产生裂纹72的危险。
可是，因为大槽62把槽内部的断面形状取为由对峙的垂直面和连接此一底部的圆弧面构成的没有角的形状，故可以防止因应力集中而从角开始产生裂纹。再者，只要是例如把槽的形状取为使三角槽的顶部圆滑而成圆弧状的形状等没有角的圆弧形状，就可以实现这种防止裂纹的效果，不限定于本
实施例的形状。
(第2实施例)
下面参照图15就根据本发明的第2实施例的喷墨记录头进行说明。对与第1实施例相同的构成要素赋予同一标号，省略其详细说明。由于与第1实施例不同之处仅在于流路基板14的个别流路的配置，所以仅说明相应部分。
如图15中所示，在喷墨记录头60中，在叠层端面18上分成小墨水排出口22所排列的第1区A1和大墨水排出口20所排列的第2区A2。
因而，在喷射体积大的墨水滴时仅用第2区A2来打印，在喷射体积小的墨水滴时仅用第1区A1来打印。
例如，通过从第1区A1的大墨水排出口20排出黑色墨水可以进行浓度浓的黑体字打印，通过在第2区A2中使用彩色墨水高画面质量彩色打印成为可能。
本发明的效果为：
不增加工序数而在同一芯片内形成深度不同的墨水排出口，借此可以喷射体积大不相同的墨水滴，可以提供一种可同时进行高速打印和高画面质量打印的廉价的液滴喷射记录装置。
此外，通过把黑色墨水分配给大滴，把彩色墨水分配给小滴，可以提供一种能够用单一头进行高速·高画面质量打印的全色液体喷射记录装置。
进而，通过把本发明(用湿式异向性蚀刻和反应性离子蚀刻的加工)运用于所有的墨水排出口，在短时间内深的槽的加工成为可能，提高喷墨记录头的生产率。
进而，因为可以使构成墨水排出口的基板的槽的角圆滑，故还提高硅基板的耐裂纹性。
Claims (7)
1、一种液滴喷射记录装置，是叠层第1及第2硅基板而成，从液体供给口所供给的液体到达多个个别流路，该液体从在各个别流路的前端上所形成的液体排出口作为液滴而被喷射的液滴喷射记录装置，其特征在于，
前述液体排出口及前述个别流路由在第1硅基板的表面上形成的断面为圆弧形状的槽，和与前述第1硅基板相接触的第2硅基板来构成。
2、根据权利要求1所述的液滴喷射记录装置，其特征在于，前述槽靠对第1硅基板的湿式异向性蚀刻，和靠继续进行的反应性离子蚀刻来形成。
3、根据权利要求1所述的液滴喷射记录装置，其特征在于，在前述叠层断面上备有断面形状为矩形的液体排出口。
4、根据权利要求3所述的液滴喷射记录装置，其特征在于，断面为矩形的前述液体排出口是通过使另一个硅基板接触于用反应性离子蚀刻形成了槽的硅基板上而形成。
5、根据权利要求3或4所述的液滴喷射记录装置，其特征在于，断面形状不同的液体排出口交互排列。
6、根据权利要求3或4所述的液滴喷射记录装置，其特征在于，备有断面形状不同的液体排出口，每种同一断面形状的液体排出口连续地排列。
7、根据权利要求3～6中的任何一项中所述的液滴喷射记录装置，其特征在于，包括断面为前述圆弧形状的槽的液体排出口的开口面积大于前述断面为矩形的液体排出口的开口面积。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20061108 Termination date: 20170209 |