DE60220633T2

DE60220633T2 - Piezoelektrischer Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60220633T2
Application number: DE2002620633
Authority: DE
Inventors: Jae-woo Paldal-gu Suwon-City Chung; Seung-mo Yongin-city Kyungki-do Lim; Jae-chang Taean-eub Hwaseong-gun Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: US7121650B2; US20070019042A1; DE60220633D1; KR100438836B1; EP1321294A3; JP4311933B2; EP1321294A2; JP2003237091A; US7789493B2; EP1321294B1; US20030112300A1; KR20030050477A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf und insbesondere einen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf ausgebildet auf einem Siliciumsubstrat und ein Verfahren zu seiner Herstellung unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnik.
Allgemein sind Tintenstrahldruckköpfe Vorrichtungen zum Drucken eines bestimmten Farbbilds durch Ausstoßen eines kleinen Volumens eines Drucktintentröpfchens auf eine gewünschte Position auf einem Aufzeichnungsblatt. Tintenausstoßmechanismen in einem Tintenstrahldrucker werden grob in zwei verschiedene Typen kategorisiert: einen elektrothermischen Wandlertyp (Bubble-Jet-Typ), bei dem eine Wärmequelle eingesetzt wird, um in Tinte Bläschen zu bilden, wodurch Ausstoß der Tinte bewirkt wird, und einen elektromechanischen Wandlertyp, bei dem Tinte durch eine Veränderung im Tintenvolumen aufgrund von Verformung eines piezoelektrischen Elements ausgestoßen wird.
Die typische Struktur eines Tintenstrahldruckkopfs unter Verwendung eines elektromechanischen Wandlers ist in 1 gezeigt. Mit Bezug zu 1 sind ein Tintenreservoir 2, eine Drossel 3, eine Tintenkammer 4 und eine Düse 5 zum Ausbilden eines Tintendurchgangs in einer Durchgangsplatte 1 ausgebildet und ein piezoelektrischer Aktuator 6 ist auf der Durchgangsplatte 1 ausgebildet. Das Tintenreservoir 2 speichert Tinte, die von einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) zugeführt wird und die Drossel 3 ist ein Durchgang, durch den Tinte vom Reservoir 2 zur Tintenkammer 4 zugeführt wird. Die Tintenkammer 4 ist mit auszustoßender Tinte gefüllt. Das Volumen der Tintenkammer 4 ist durch Betreiben des piezoelektrischen Aktuators 6 veränderlich, wodurch eine Veränderung des Drucks zum Tintenausstoß oder -zufluss erzeugt wird. Die Tintenkammer 4 wird auch als Druckkammer bezeichnet.
Die einen Durchgang bildende Platte 1 wird durch Zuschneiden einer Mehrzahl von dünnen Platten, die aus Keramik, Metall oder Kunststoff gebildet sind, wobei ein Teil des Tintendurchtritts ausgebildet wird, und dann Aufeinanderschichten der Mehrzahl von dünnen Platten ausgebildet. Der piezoelektrische Aktuator 6 ist über der Tintenkammer 4 vorgesehen und beinhaltet eine piezoelektrische dünne Platte, die auf einer Elektrode zum Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische dünne Platte aufgeschichtet ist. Derart dient ein Teil, der eine obere Wand der Tintenkammer 4 in der einen Durchgang bildenden Platte 1 bildet, als Schwingungsplatte 1a, die vom piezoelektrischen Aktuator 6 verformt wird.
Die Funktionsweise eines herkömmlichen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes mit der obigen Struktur wird unten beschrieben.
Wenn die Schwingungsplatte 1a durch Betreiben des piezoelektrischen Aktuators 6 verformt wird, wird das Volumen der Tintenkammer 4 reduziert. Als Folge davon wird, aufgrund einer Druckveränderung in der Tintenkammer 4, Tinte in der Tintenkammer 4 durch die Düse 5 ausgestoßen. Anschließend erhöht sich das Volumen der Tintenkammer 4, wenn die Schwingungsplatte 1a durch Betreiben des piezoelektrischen Aktuators 6 in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeführt wird. Als Folge davon wird, aufgrund einer Druckveränderung in der Tintenkammer 4, im Tintenreservoir 2 gespeicherte Tinte durch die Drossel 3 in die Tintenkammer 4 geführt.
Als ein Beispiel des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes ist in 2 ein in US-Patent Nr. 5,856,837 offenbarter piezoelektrischer Tintenstrahldruckkopf gezeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht des herkömmlichen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes in Längsrichtung einer Druckkammer von 2 und 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' von 3.
Mit Bezug zu den 2 bis 4 ist der herkömmliche piezoelektrische Tintenstrahldruckkopf durch Stapeln einer Mehrzahl von dünnen Platten 11 bis 16 und Anhaften aneinander ausgebildet. Das heißt, eine erste Platte 11, auf der eine Düse 11a ausgebildet ist, durch die Tinte ausgestoßen wird, ist dann auf der Unterseite des Druckkopfes platziert, eine zweite Platte 12, auf der ein Tintenreservoir 12a und ein Tintenauslass 12b ausgebildet sind, ist auf der ersten Platte 11 aufgelegt und eine dritte Platte 13, auf der ein Tinteneinlass 13a und ein Tintenauslass 13b ausgebildet sind, ist auf der zweiten Platte 12 aufgelegt. Ein Tintenzufuhrdurchtritt 17, durch den Tinte dem Tintenreservoir 12a von einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) zugeführt wird, ist auf der dritten Platte 13 vorgesehen. Eine vierte Platte 6, auf der ein Tinteneinlass 14a und ein Tintenauslass 14b ausgebildet sind, ist auf die dritte Platte 13 aufgelegt und eine fünfte Platte 15, auf der eine Druckkammer 15a ausgebildet ist, deren beide Enden mit dem Tinteneinlass 14a bzw. dem Tintenauslass 14b in Verbindung stehen, ist auf der vierten Platte 6 aufgelegt. Die Tinteneinlässe 13a und 14a dienen als Durchgang, durch den Tinte der Druckkammer 15a vom Tintenreservoir 12a zugeführt wird, und die Tintenauslässe 12b, 13b und 14b dienen als Durchgang, durch den Tinte aus der Druckkammer 15a zur Düse 11a ausgestoßen wird. Eine sechste Platte 16 zum Verschließen des oberen Teils der Druckkammer 15a ist auf der fünften Platte 15 aufgelegt, und eine Antriebselektrode 20 und eine piezoelektrische Schicht 21 sind als piezoelektrischer Aktuator auf der sechsten Platte 16 ausgebildet. Auf diese Weise dient die sechste Platte 16 als Schwingungsplatte, die durch den piezoelektrischen Aktuator betätigt wird, und das Volumen der Druckkammer 15a unter der sechsten Platte 16 wird entsprechend der Verformung der Schwingungsplatte verändert.
Allgemein sind die erste, zweite und dritte Platte 11, 12 und 13 durch Ätzen oder Druckbearbeiten einer dünnen Metallplatte ausgebildet und die vierte, fünfte und sechste Platte 14, 15 und 16 sind durch Schneiden eines keramischen Materials in Form einer dünnen Platte ausgebildet. Indessen kann die zweite Platte 12, auf der das Tintenreservoir 12a ausgebildet ist, durch Spritzgießen oder Druckformen eines dünnen Kunststoffmaterials oder eines Klebstoffs in Filmform, oder durch Siebdrucken eines Klebstoffs in Form einer Paste ausgebildet werden. Die auf der sechsten Platte 16 ausgebildete piezoelektrische Schicht 21 wird durch Aufschichten eines Keramikmaterials in Form einer Paste mit piezoelektrischer Eigenschaft und Sintern des Keramikmaterials ausgebildet.
Wie oben beschrieben, werden zur Herstellung des in 2 gezeigten herkömmlichen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes eine Mehrzahl von Metallplatten und Keramikplatten unter Verwendung verschiedener Bearbeitungsverfahren separat bearbeitet und dann übereinander geschichtet und unter Verwendung eines bestimmten Klebstoffs miteinander verklebt. Beim herkömmlichen Druckkopf ist jedoch die Anzahl an Platten, die den Druckkopf bilden, ziemlich groß und dadurch ist die Anzahl an Prozessen zum Ausrichten der Platten erhöht, wodurch Ausrichtfehler zunehmen. Wenn ein Ausrichtfehler auftritt, wird Tinte nicht reibungslos durch den Tintendurchtritt zugeführt, wodurch die Tintenausstoßleistung des Druckkopfes vermindert wird. Insbesondere, wenn hochdichte Druckköpfe hergestellt werden, um die Druckauflösung zu verbessern, ist eine Verbesserung der Präzision beim oben genannten Ausrichtprozess notwendig, wodurch sich die Fertigungskosten erhöhen.
Ebenso werden die Mehrzahl an Platten, die den Druckkopf bilden, aus unterschiedlichen Materialien unter Anwendung unterschiedlicher Verfahren gefertigt. Daher wird der Druckkopffertigungsprozess kompliziert und es ist schwierig, die unterschiedlichen Materialien miteinander zu verkleben, wodurch die Produktionsausbeute sinkt. Obwohl im Druckkopffertigungsprozess die Mehrzahl an Platten präzise ausgerichtet und miteinander verklebt werden, können aufgrund eines Unterschieds in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den verschiedenen Materialien, die durch eine Veränderung der Umgebungstemperatur bedingt ist, wenn der Druckkopf verwendet wird, auch Ausrichtfehler oder Deformationen auftreten.
EP 968825 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf, der aus ersten und zweiten Komponenten gebildet ist. Jede der ersten und zweiten Komponenten ist aus zahlreichen Schichten aus einzelnen Substraten gebildet, die miteinander die Komponenten des Druckkopfes bilden. Tinte wird durch ein piezoelektrisches Element oben auf dem oberen Substrat ausgetrieben.
EP 1101615 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf mit einem Substrat, das Durchgänge bildet, und einem weiteren, das Düsen definiert und auch einen Hohlraum definiert, in dem piezoelektrische Elemente aufgenommen sind. Beide Substrate können aus Siliciumeinkristall gebildet sein.
US 2001/002838 stellt eine monolithische Düsenanordnung aus Silicium zur Verfügung.
US 5,992,974 stellt einen Tintenstrahldruckkopf mit einer durch Ätzen eines monokristallinen Siliciumsubstrats gebildeten Düsenplatte zur Verfügung.
US 6,033,581 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf, der aus einer geätzten Schicht aus Silicium auf einem Träger gebildet ist.
JP 6-206315 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes durch Verbinden einer Mehrzahl von Siliciumsubstraten miteinander.
JP 2000-94696 beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden eines Spalts in einem Tintenstrahldruckkopf.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein piezoelektrischer Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach Anspruch 15 zur Verfügung gestellt.
Die vorliegende Erfindung stellt einen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf, bei dem Elemente auf drei monokristallinen Siliciumsubstraten unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnologie integriert sind, um eine präzise Ausrichtung zu erreichen, die Hafteigenschaften zu verbessern und den Herstellungsprozess für einen Druckkopf zu vereinfachen, und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrischer Tintenstrahldruckkopf zur Verfügung gestellt. Der piezoelektrische Tintenstrahldruckkopf beinhaltet ein oberes Substrat, durch das ein Tintenzufuhrdurchtritt, durch den Tinte zugeführt wird, ausgebildet ist, und eine Druckkammer gefüllt mit auszustoßender Tinte auf der Unterseite des oberen Substrats ausgebildet ist, ein Zwischensubstrat, auf dem ein Tintenreservoir, das mit dem Tintenzufuhrdurchtritt verbunden ist und in dem zugeführte Tinte enthalten ist, auf der Oberseite des Zwischensubstrats ausgebildet ist, und ein Dämpfer in einer Position ausgebildet ist, die einem Ende der Druckkammer entspricht, ein unteres Substrat, in dem eine Düse, durch die Tinte auszustoßen ist, in einer Position ausgebildet ist, die dem Dämpfer entspricht, und einen piezoelektrischen Aktuator, der monolithisch auf dem oberen Substrat ausgebildet ist und der eine Antriebskraft zum Ausstoßen von Tinte zur Druckkammer bereitstellt. Eine Drossel, die das andere Ende der Druckkammer mit dem Tintenreservoir verbindet, ist auf mindestens einer Seite der Unterseite des oberen Substrats und der Oberseite des Zwischensubstrats ausge bildet, und das untere Substrat, das Zwischensubstrat und das obere Substrat sind sequentiell übereinander geschichtet und haften aneinander, wobei die drei Substrate aus einem monokristallinen Siliciumsubstrat gebildet sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient ein Teil, der eine obere Wand der Druckkammer des oberen Substrats bildet, als Schwingungsplatte, die durch Aussteuern des piezoelektrischen Aktuators verformt wird.
Hier ist es bevorzugt, dass das obere Substrat aus einem Silicium-auf-Isolator(SOI)-Wafer gebildet ist, der eine Struktur aufweist, in der ein erstes Siliciumsubstrat, eine Zwischenoxidschicht und ein zweites Siliciumsubstrat sequentiell übereinander geschichtet sind, und die Druckkammer auf dem ersten Siliciumsubstrat ausgebildet ist und das zweite Siliciumsubstrat als die Schwingungsplatte dient.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Druckkammer in zwei Säulen zu beiden Seiten des Tintenreservoirs angeordnet ist, und in diesem Fall ist eine Barrierewand im Reservoir in Längsrichtung des Tintenreservoirs ausgebildet, um das Tintenreservoir in vertikaler Richtung zu unterteilen.
Ebenso ist eine Siliciumoxidschicht zwischen dem oberen Substrat und dem piezoelektrischen Aktuator ausgebildet. Hier unterdrückt die Siliciumoxidschicht eine Materialdiffusion und thermische Belastung zwischen dem oberen Substrat und dem piezoelektrischen Aktuator.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der piezoelektrische Aktuator eine untere Elektrode ausgebildet auf dem oberen Substrat, eine piezoelektrische Schicht auf der unteren Elektrode so ausgebildet, dass sie auf einem oberen Teil der Druckkammer platziert wird, und eine obere Elekt rode, die auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet ist und an die piezoelektrische Schicht eine Spannung anlegt, umfasst.
Hier weist die untere Elektrode eine zweischichtige Struktur auf, in der eine Ti-Schicht und eine Pt-Schicht übereinander geschichtet sind, und die Ti-Schicht und die Pt-Schicht als gemeinsame Elektrode des piezoelektrischen Aktuators dienen und ferner als Diffusionsbarriere dienen, die Diffusion zwischen dem oberen Substrat und der piezoelektrischen Schicht verhindert.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Düse eine Öffnung gebildet in einem unteren Teil des unteren Substrats und einen Tinteninduktionsteil, der in einem oberen Teil des unteren Substrats ausgebildet ist und den Dämpfer mit der Öffnung verbindet, umfasst.
Hier ist es ebenfalls bevorzugt, dass sich die Querschnittsfläche des Tinteninduktionsteils vom Dämpfer zur Öffnung allmählich verringert, und der Tinteninduktionsteil in einer viereckigen Pyramidenform ausgebildet ist.
Ebenso kann die Drossel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Indessen weist die Drossel einen T-förmigen Querschnitt auf und ist von der Oberseite des Zwischensubstrats tief in einer vertikalen Richtung ausgebildet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfs zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst Vorbereiten eines oberen Substrats, eines Zwischensubstrats und eines unteren Substrats, die aus einem monokristallinen Siliciumsubstrat ausgebildet sind, Mikrobearbeiten des oberen Substrats, des Zwischensubstrats bzw. des unte ren Substrats, so dass ein Tintendurchgang ausgebildet wird, Aufschichten des unteren Substrats, des Zwischensubstrats und des oberen Substrats, in denen jeweils der Tintendurchgang ausgebildet wurde, so dass das untere Substrat, das Zwischensubstrat und das obere Substrat aneinander haften, und Ausbilden eines piezoelektrischen Aktuators auf dem oberen Substrat, der eine Antriebskraft zum Tintenausstoß bereitstellt.
Das Verfahren umfasst, vor dem Ausbilden des Tintendurchgangs, Ausbilden einer Basismarkierung auf jedem der drei Substrate, so dass die drei Substrate beim Anhaften der drei Substrate ausgerichtet werden, und vor dem Ausbilden des piezoelektrischen Aktuators, Ausbilden einer Siliciumoxidschicht auf dem oberen Substrat.
Bevorzugt umfasst das Ausbilden des Tintendurchgangs Ausbilden einer Druckkammer, die mit auszustoßender Tinte zu befüllen ist, und eines Tintenzufuhrdurchtritts, durch den Tinte zugeführt wird, auf der Unterseite des oberen Substrats, Ausbilden einer Drossel, die mit einem Ende der Druckkammer verbunden ist, mindestens auf einer Seite der Unterseite des oberen Substrats und der Oberseite des Zwischensubstrats, Ausbilden eines Dämpfers, der mit dem anderen Ende der Druckkammer verbunden ist, im Zwischensubstrat, Ausbilden eines Tintenreservoirs, dessen eines Ende mit dem Tintenzufuhrdurchtritt verbunden ist, und von dem eine Seite mit der Drossel verbunden ist, oben auf dem Zwischensubstrat, und Ausbilden einer Düse, die mit dem Dämpfer verbunden ist, im unteren Substrat.
Bevorzugt werden beim Ausbilden der Druckkammer und des Tintenzufuhrdurchtritts ein Silicium-auf-Isolator(SOI)-Wafer mit einer Struktur, in der ein erstes Siliciumsubstrat, eine Zwischenoxidschicht und ein zweites Siliciumsubstrat sequentiell übereinander geschichtet sind, als das obere Substrat verwendet und das erste Siliciumsubstrat unter Verwen dung der Zwischenoxidschicht als Ätzstopschicht geätzt, wodurch die Druckkammer und der Tintenzufuhrdurchtritt ausgebildet werden.
Beim Ausbilden der Drossel werden die Unterseite des oberen Substrats oder die Oberseite des Zwischensubstrats trockengeätzt oder nassgeätzt. Indessen kann die Drossel durch Ausbilden eines Teils der Drossel auf der Unterseite des oberen Substrats und Ausbilden des anderen Teils der Drossel auf der Oberseite des Zwischensubstrats ausgebildet werden.
Ebenso wird beim Ausbilden der Drossel die Oberseite des Zwischensubstrats auf eine bestimmte Tiefe durch Trockenätzen unter Verwendung von induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) ausgebildet, wodurch die Drossel mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildet wird.
In diesem Fall werden das Ausbilden der Drossel und das Ausbilden des Tintenreservoirs gleichzeitig durchgeführt.
Bevorzugt umfasst das Ausbilden des Dämpfers Ausbilden einer Vertiefung mit einer bestimmten Tiefe, die mit dem anderen Ende der Druckkammer verbunden ist, oben auf dem Zwischensubstrat, und Perforieren der Vertiefung, wodurch der Dämpfer verbunden mit dem anderen Ende der Druckkammer ausgebildet wird.
Hier wird das Ausbilden der Vertiefung durch Sandstrahlen oder Trockenätzen unter Verwendung von induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) durchgeführt, und Perforieren der Vertiefung wird durch Trockenätzen unter Verwendung von ICP durchgeführt. Bevorzugt wird das Perforieren der Vertiefung gleichzeitig mit dem Ausbilden des Tintenreservoirs durchgeführt.
Bevorzugt wird beim Ausbilden des Tintenreservoirs die Oberseite des Zwischensubstrats auf eine bestimmte Tiefe trockengeätzt, wodurch das Tintenreservoir ausgebildet wird.
Bevorzugt umfasst das Ausbilden der Düse Trockenätzen der Oberseite des unteren Substrats auf eine bestimmte Tiefe, so dass ein Tinteninduktionsteil verbunden mit dem Dämpfer ausgebildet wird, und Ätzen der Unterseite des unteren Substrats, so dass eine Öffnung verbunden mit dem Tinteninduktionsteil ausgebildet wird.
Bevorzugt wird beim Ausbilden des Tinteninduktionsteils das untere Substrat unter Verwendung eines Siliciumsubstrats mit einer Kristallfläche in Richtung (100) als unteres Substrat anisotrop nassgeätzt, wodurch der Tinteninduktionsteil mit einer viereckigen Pyramidenform ausgebildet wird.
Bevorzugt wird beim Anhaften das Aufschichten der drei Substrate unter Verwendung einer Maskenausrichteinrichtung durchgeführt und das Anhaften der drei Substrate wird unter Verwendung eines Siliciumdirektbond(SDB)-Verfahrens durchgeführt. Bevorzugt werden beim Anhaften zur Verbesserung der Hafteigenschaft der drei Substrate die drei Substrate in einem Zustand miteinander verbunden, in dem Siliciumoxidschichten mindestens auf einer Unterseite des oberen Substrats und einer Oberseite des unteren Substrats ausgebildet sind.
Bevorzugt umfasst das Ausbilden des piezoelektrischen Aktuators sequentielles Aufschichten einer Ti-Schicht und einer Pt-Schicht auf dem oberen Substrat, so dass eine untere Elektrode ausgebildet wird, Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht auf der unteren Elektrode und Ausbilden einer oberen Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht.
Das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht umfasst ferner, nach Ausbilden der oberen Elektrode, Zerteilen der anhaftenden drei Substrate in Chipeinheiten und Anlegen eines elektrischen Feldes an die piezoelektrische Schicht des piezoelektrischen Aktuators, so dass piezoelektrische Eigenschaften erzeugt werden.
Beim Ausbilden der piezoelektrischen Schicht wird ein piezoelektrisches Material in pastösem Zustand auf die untere Elektrode in einer Position aufgetragen, die der Druckkammer entspricht, und dann gesintert, wodurch die piezoelektrische Schicht ausgebildet wird, und die Beschichtung des piezoelektrischen Materials wird durch Siebdrucken durchgeführt. Bevorzugt wird, während des Sinterns des piezoelektrischen Materials, eine Oxidschicht auf einer Innenwand des Tintendurchgangs ausgebildet, der bei den drei Substraten ausgebildet ist. Das Sintern kann vor dem Zerteilen oder nach dem Zerteilen durchgeführt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrischer Tintenstrahldruckkopf zur Verfügung gestellt. Der piezoelektrische Tintenstrahldruckkopf beinhaltet ein Tintenreservoir, in dem von einem Tintenbehälter zugeführte Tinte enthalten ist, eine mit auszustoßender Tinte gefüllte Druckkammer, eine Drossel, die das Tintenreservoir mit der Druckkammer verbindet, eine Düse, durch die Tinte aus der Druckkammer ausgestoßen wird, und einen piezoelektrischen Aktuator, der eine Antriebskraft zum Ausstoßen von Tinte zu der Druckkammer bereitstellt. Die Drossel weist einen T-förmigen Querschnitt auf und ist so ausgebildet, dass sie weit in einer vertikalen Richtung ausgebildet ist.
Gemäß der oben genannten vorliegenden Erfindung werden Elemente, die einen Tintendurchgang bilden, wie ein Tintenreservoir und die Druckkammer, auf drei Siliciumsubstraten unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnologie ausgebildet, wodurch die Elemente präzise und leicht auf eine feine Abmessung auf jedem der drei Substrate ausgebildet werden können. Da außerdem die drei Substrate aus Silicium gebildet sind, ist sind Anhafteigenschaften zueinander hoch. Ferner ist die Anzahl an Substraten im Vergleich zum Stand der Technik verringert, wodurch ein Fertigungsprozess vereinfacht wird und Ausrichtfehler reduziert werden.
Die obigen und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich aus einer ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Querschnittsansicht ist, die eine typische Struktur eines herkömmlichen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes darstellt;
2 eine Explosionsperspektivansicht ist, die einen herkömmlichen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf darstellt;
3 eine Querschnittsansicht des herkömmlichen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes in Längsrichtung einer Druckkammer von 2 ist;
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 3 ist;
5 eine Explosionsperspektivschnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
6A eine Querschnittsansicht ist, die die Ausführungsform des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes in Längsrichtung einer Druckkammer von 5 darstellt;
6B eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' von 6A ist;
7 eine Explosionsperspektivansicht ist, die eine weitere Ausführungsform des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes mit einer T-förmigen Drossel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
8A bis 8E Querschnittsansichten sind, die den Schritt zum Ausbilden einer Basismarkierung auf einem oberen Substrat bei einem Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
9A bis 9G Querschnittsansichten sind, die den Schritt zum Ausbilden der Druckkammer auf dem oberen Substrat darstellen;
10A bis 10E Querschnittsansichten sind, die den Schritt zum Ausbilden einer Drossel auf einem Zwischensubstrat darstellen;
11A bis 11J Querschnittsansichten sind, die ein erstes Verfahren zum Ausbilden eines Tintenreservoirs und eines Dämpfers auf dem Zwischensubstrat in einem schrittweisen Vorgehen darstellen;
12A und 12B Querschnittsansichten sind, die ein zweites Verfahren zum Ausbilden des Tintenreservoirs und des Dämpfers auf dem Zwischensubstrat in einem schrittweisen Vorgehen darstellen;
13A bis 13H Querschnittsansichten sind, die den Schritt zum Ausbilden einer Düse auf einem unteren Substrat darstellen;
14 eine Querschnittsansicht ist, die einen Schritt zum sequentiellen Aufschichten des unteren Substrats, des Zwischensubstrats und des oberen Substrats und Anhaften der Substrate aneinander darstellt; und
15A und 15B Querschnittsansichten sind, die einen Schritt zum Fertigstellen des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Ausbilden eines piezoelektrischen Aktuators auf dem oberen Substrat darstellen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlich durch Beschreiben bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier angeführten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente mit den selben Funktionen und die Abmessung und Dicke eines Elements kann zur Deutlichkeit der Darstellung vergrößert sein. Es versteht sich, dass, wenn eine Schicht als auf einer anderen Schicht oder auf einem Substrat beschrieben wird, sie direkt auf der anderen Schicht oder dem Substrat liegen kann oder auch Zwischenschichten vorhanden sein können.
5 ist eine Explosionsperspektivschnittansicht, die eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, 6A ist eine Querschnittsansicht, die die Ausführungsform des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes in Längsrichtung einer Druckkammer von 5 darstellt, und 6B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' von 6A.
Mit Bezug zu den 5, 6A und 6B bilden Aufschichten von drei Substraten 100, 200 und 300 aufeinander und Anhaften der Substrate aneinander einen piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf gemäß der oben genannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Elemente, die einen Tintendurchgang bilden, sind auf jedem der drei Substrate 100, 200 und 300 ausgebildet und ein piezoelektrischer Aktuator 190 zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Tintenausstoß ist auf dem oberen Substrat 100 vorgesehen. Insbesondere sind die drei Substrate 100, 200 und 300 aus einem monokristallinen Siliciumwafer gebildet. Derart können die Elemente, die einen Tintendurchgang bilden, präzise und einfach auf eine feine Abmessung bei jedem der drei Substrate 100, 200 und 300 unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnologie, wie Photolithographie oder Ätzen, ausgebildet werden.
Der Tintendurchgang beinhaltet einen Tintenzufuhrdurchtritt 110, durch den Tinte von einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) zugeführt wird, ein Tintenreservoir 210, in dem durch den Tintenzufuhrdurchtritt 110 geströmte Tinte enthalten ist, eine Drossel 220 zum Zuführen von Tinte vom Tintenreservoir 210 zu einer Druckkammer 120, die Druckkammer 120, die mit auszustoßender Tinte gefüllt wird, zum Erzeugen einer Druckveränderung zum Tintenausstoß, und eine Düse 310, durch die Tinte ausgestoßen wird. Ebenso kann ein Dämpfer 230, der eine in der Druckkammer 120 durch den piezoelektrischen Aktuator 190 erzeugte Energie konzentriert und eine schnelle Druckveränderung abschwächt, zwischen der Druckkammer 120 und der Düse 310 ausgebildet sein. Wie oben beschrieben sind die Elemente, die den Tintendurchgang bilden, jedem der drei Substrate 100, 200 und 300 zugeordnet und sind auf jedem der drei Substrate 100, 200 und 300 ausgebildet.
Die Druckkammer 120 mit einer bestimmten Tiefe ist auf der Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet und der Tintenzufuhrdurchtritt 110, ein durchgehendes Loch, ist auf einer Seite des oberen Substrats 100 ausgebildet. Die Druckkammer 120 ist in Form eines in Strömungsrichtung der Tinte längeren Kuboids ausgebildet und ist in zwei Säulen zu beiden Seiten des Tintenreservoirs 210 ausgebildet, das auf dem Zwischensubstrat 200 ausgebildet ist. Die Druckkammer 120 kann jedoch nur in einer Säule auf einer Seite des Tintenreservoirs 210 ausgebildet sein.
Das obere Substrat 100 ist aus einem monokristallinen Siliciumwafer gebildet, der bei der Herstellung von integrierten Schaltungen (ICs) verwendet wird, und ist insbesondere bevorzugt aus einem Silicium-auf-Isolator(SOI)-Wafer gebildet. Allgemein weist der SOI-Wafer eine Struktur auf, bei der ein erstes Siliciumsubstrat 101, eine Zwischenoxidschicht 102, die auf dem ersten Substrat 101 ausgebildet ist, und ein zweites Siliciumsubstrat 103, das auf der Zwischenoxidschicht 102 anhaftet, sequentiell aufgeschichtet sind. Das erste Siliciumsubstrat 101 ist aus monokristallinem Silicium gebildet und weist eine Dicke von ungefähr einigen zehn bis einigen hundert um auf. Oxidieren der Oberfläche des ersten Siliciumsubstrats 101 kann die Zwischenoxidschicht 102 ausbilden und die Dicke der Zwischenoxidschicht 102 beträgt ungefähr einige hundert Å bis 2 μm. Das zweite Siliciumsubstrat 103 ist ebenfalls aus monokristallinem Silicium gebildet und seine Dicke beträgt ungefähr einige μm bis einige zehn μm. Der Grund für die Verwendung von SOI- Wafern als das obere Substrat 100 liegt darin, dass die Höhe der Druckkammer 120 präzise eingestellt werden kann. Das heißt, da die Zwischenoxidschicht 102, die eine Zwischenschicht des SOI-Wafers bildet, als Ätzstopschicht dient, wenn die Dicke des ersten Siliciumsubstrats 101 bestimmt wird, wird die Höhe der Druckkammer 102 entsprechend bestimmt. Das zweite Siliciumsubstrat 103, das eine obere Wand der Druckkammer 120 bildet, wird durch den piezoelektrischen Aktuator 190 verformt, wodurch sie als Schwingungsplatte zum Verändern des Volumens der Druckkammer 120 dient. Die Dicke der Schwingungsplatte wird auch durch die Dicke des zweiten Siliciumsubstrats 103 bestimmt. Dies wird später ausführlicher beschrieben.
Der piezoelektrische Aktuator 190 ist monolithisch auf dem oberen Substrat 100 ausgebildet. Eine Siliciumoxidschicht 180 ist zwischen dem oberen Substrat 100 und dem piezoelektrischen Aktuator 190 ausgebildet. Die Siliciumoxidschicht 180 dient als Isolierschicht, unterdrückt Materialdiffusion zwischen dem oberen Substrat 100 und dem piezoelektrischen Aktuator 190 und stellt thermische Belastung ein. Der piezoelektrische Aktuator 190 beinhaltet untere Elektroden 191 und 192, die als gemeinsame Elektrode dienen, eine piezoelektrische Schicht 193, die durch eine angelegte Spannung verformt wird, und eine obere Elektrode 194, die als Antriebselektrode dient. Die unteren Elektroden 191 und 192 sind auf der gesamten Oberfläche der Siliciumoxidschicht 180 ausgebildet und sind bevorzugt aus zwei metallischen Dünnschichten gebildet, wie einer Ti-Schicht 191 und einer Pt-Schicht 192. Die Ti-Schicht 191 und die Pt-Schicht 192 dienen als gemeinsame Elektrode und dienen ferner als Diffusionsbarriereschicht, die Diffusion zwischen der darüber ausgebildeten piezoelektrischen Schicht 193 und dem darunter ausgebildeten oberen Substrat 100 verhindert. Die piezoelektrische Schicht 193 ist auf den unteren Elektroden 191 und 192 ausgebildet und ist auf einem oberen Teil der Druckkammer 120 platziert. Die piezoelektrische Schicht 193 wird durch eine angelegte Spannung verformt und dient zum Verformen des zweiten Siliciumsubstrats 103, d. h. der Schwingungsplatte, des oberen Substrats 100, das die obere Wand der Druckkammer 102 bildet. Die obere Elektrode 194 ist auf der piezoelektrischen Schicht 193 ausgebildet und dient als Antriebselektrode zum Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische Schicht 193.
Das mit dem Tintenzufuhrdurchtritt 110 verbundene Tintenreservoir 210 ist auf eine bestimmte Tiefe ausgebildet und so dass es oben auf dem Zwischensubstrat 200 länger ist, und die Drossel 220 zum Verbinden des Tintenreservoirs 210 mit einem Ende der Druckkammer 120 ist flacher ausgebildet. Der Dämpfer 230 ist vertikal im Zwischensubstrat 200 in einer Position ausgebildet, die dem anderen Ende der Druckkammer 120 entspricht. Der Querschnitt des Dämpfers 230 kann in einer Kreisform oder einer polygonalen Form ausgebildet sein. Wie oben beschrieben, wenn die Druckkammer 120 in zwei Säulen zu beiden Seiten des Tintenreservoirs 210 angeordnet ist, ist das Tintenreservoir 210 in zwei Teile unterteilt, indem eine Barrierewand 215 im Tintenreservoir 210 in Längsrichtung des Tintenreservoirs 210 ausgebildet ist. Dies ist bevorzugt, um Tinte reibungslos zuzuführen und Störungen zwischen den zu beiden Seiten des Tintenreservoirs 210 angeordneten Druckkammern 120 zu vermeiden. Die Drossel 220 dient als Durchgang, durch den Tinte vom Tintenreservoir 120 zur Druckkammer 120 zugeführt wird und dient ferner dazu, zu verhindern, dass Tinte von der Druckkammer 120 zum Tintenreservoir 210 zurückfließt, wenn Tinte ausgestoßen wird. Um einen Rückfluss von Tinte zu verhindern, ist die Querschnittsfläche der Drossel 220 viel kleiner als die Querschnittsflächen der Druckkammer 120 und des Dämpfers 230 und liegt in einem Bereich, in dem die Menge an Tinte in geeigneter Weise zur Druckkammer 120 zugeführt wird.
Indessen wurde die Drossel 220 als oben auf dem Zwischensubstrat 200 ausgebildet gezeigt und beschrieben. Die Drossel 220 kann jedoch, obwohl es nicht gezeigt ist, auf der Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet sein, oder ein Teil der Drossel 220 kann auf der Unterseite des oberen Substrats 100 und der andere Teil davon kann auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 ausgebildet sein. Im letzteren Fall führt ein Anhaften des oberen Substrats 100 am Zwischensubstrat 200 zur vollständigen Ausdehnung der Drossel 220.
Die Düse 310 ist auf dem unteren Substrat 300 in einer Position ausgebildet, die dem Dämpfer 230 entspricht. Die Düse 310 ist aus einer Öffnung 312, die am unteren Teil des unteren Substrats 300 ausgebildet ist und durch die Tinte ausgestoßen wird, und einem Tinteninduktionsteil 311, der in einem oberen Teil des unteren Substrats 300 ausgebildet ist, der den Dämpfer 230 mit der Öffnung 312 verbindet und Tinte mit Druck beaufschlagt und Tinte vom Dämpfer 230 zur Öffnung 312 induziert, gebildet. Die Öffnung 312 ist in einer vertikalen Vertiefung mit einem bestimmten Durchmesser ausgebildet und der Tinteninduktionsteil 311 ist in einer viereckigen Pyramidenform ausgebildet, in der die Fläche des Tinteninduktionsteils 311 allmählich vom Dämpfer 230 zur Öffnung 312 verringert ist. Indessen kann der Tinteninduktionsteil 311 in einer konischen Form ausgebildet sein. Wie später beschrieben wird, ist es jedoch bevorzugt, dass der Tinteninduktionsteil 311, der eine viereckige Pyramidenform aufweist, auf dem aus einem monokristallinen Siliciumwafer gebildeten unteren Substrat 300 ausgebildet ist.
Wie zuvor beschrieben wurde, sind die drei Substrate 100, 200 und 300 aufeinander geschichtet und haften aneinander, wodurch der piezoelektrische Tintenstrahldruckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Der Tintendurchgang, in dem der Tintenzufuhrdurchtritt 110, das Tintenreservoir 210, die Drossel 220, die Druckkammer 120, der Dämpfer 230 und die Düse 310 in Folge verbunden sind, ist in den drei Substraten 100, 200 und 300 ausgebildet.
Die Funktionsweise des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung mit der obigen Struktur wird unten beschrieben.
Dem Tintenreservoir 210 durch den Tintenzufuhrdurchtritt 110 aus dem Tintenbehälter (nicht gezeigt) zugeführte Tinte wird der Druckkammer 120 durch die Drossel 220 zugeführt. Wenn die Druckkammer 120 mit Tinte gefüllt ist und eine Spannung an die piezoelektrische Schicht 193 durch die obere Elektrode 194 vom piezoelektrischen Aktuator 190 angelegt wird, wird die piezoelektrische Schicht 193 verformt. Derart wird das zweite Siliciumsubstrat 103 des oberen Substrats 100, das als Schwingungsplatte dient, nach unten gebogen. Aufgrund der Biegeverformung des zweiten Siliciumsubstrats 103, wird das Volumen der Druckkammer 120 verringert und aufgrund einer Zunahme des Drucks in der Druckkammer 120, wird Tinte in der Druckkammer 120 durch die Düse 310 über den Dämpfer 230 ausgestoßen. In diesem Fall ist ein Druckanstieg in der Druckkammer 120 zum Dämpfer 230 mit einer breiteren Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche der Drossel 220 konzentriert. Auf diese Weise wird der größte Teil der Tinte in der Druckkammer 120 zum Dämpfer 230 ausgegeben und es ist verhindert, dass Tinte durch die Drossel 220 zum Tintenreservoir 210 zurück fließt. Tinte, die durch den Dämpfer 230 an der Düse 310 ankommt, wird durch den Tinteninduktionsteil 311 unter Druck gesetzt, und dann wird die Tinte durch die Öffnung 312 ausgestoßen.
Anschließend wird, wenn die auf die piezoelektrische Schicht 193 des piezoelektrischen Aktuators 190 angelegte Spannung unterbrochen wird, die piezoelektrische Schicht 193 in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt, wodurch das zweite Siliciumsubstrat 103, das als Schwingungsplatte dient, in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt wird, und das Volumen der Druckkammer 120 zunimmt. Aufgrund einer Abnahme des Drucks in der Druckkammer 120, strömt im Tinten reservoir 210 enthaltene Tinte durch die Drossel 220 zur Druckkammer 120, wodurch die Druckkammer 120 erneut mit Tinte gefüllt wird.
Indessen stellt 7 eine weitere Ausführungsform des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes mit einer T-förmigen Drossel gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Hier bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 5 Elemente mit der selben Funktion.
Wie in 7 gezeigt, ist die vorliegende Ausführungsform mit Ausnahme der Drossel 220' gleich wie die Ausführungsform von 5. Daher werden Beschreibungen gleicher Elemente ausgelassen und im Folgenden nur Unterschiede beschrieben.
Mit Bezug zu 7 weist die Drossel 220' zum Zuführen von Tinte vom Tintenreservoir 210 zur Druckkammer 120 einen T-förmigen Querschnitt auf und ist von der Oberseite des Zwischensubstrats 200 tief in einer vertikalen Richtung ausgebildet. Die Tiefe der Drossel 220' kann gleich oder kleiner sein als die Tiefe des Tintenreservoirs 210. Gleichermaßen weist die Drossel 220' im Vergleich zur Drossel 220 von 5 eine sehr große Tiefe auf, und dadurch ist das Gesamtvolumen stärker erhöht als das Volumen der Drossel 220 von 5. Auf diese Weise wird eine Volumenschwankung zwischen der Druckkammer 120 und der Drossel 220' verringert. Gemäß der Drossel 220' ist der Strömungswiderstand der vom Tintenreservoir 210 zur Druckkammer 120 zugeführten Tinte verringert und ein Druckverlust im Schritt des Zuführens von Tinte durch die Drossel 220' ist verringert. Derart wird eine Strömungsmenge, die die Drossel 220' durchläuft, derart erhöht, dass Tinte reibungsloser und schneller in die Druckkammer 120 nachgefüllt wird. Folglich kann, selbst wenn der Tintenstrahldruckkopf in einem hohen Frequenzbereich betrieben wird, gleichförmiges Tintenausstoßvolumen und Tintenausstoßgeschwindigkeit erreicht werden.
Indessen kann, wie oben beschrieben, die Drossel 220' mit dem T-förmigen Querschnitt auch in Tintenstrahldruckköpfen mit anderen Strukturen als dem piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf mit der Struktur von 7 eingesetzt werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Nachfolgend wird das Verfahren auf Basis des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes mit der Struktur von 5 beschrieben. Und, ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes mit der Struktur von 7 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nur im Schritt zum Ausbilden einer Drossel beschrieben.
Zusammengefasst, drei Substrate, wie ein oberes Substrat, ein Zwischensubstrat und ein unteres Substrat, in denen Elemente zum Ausbilden eines Tintendurchgangs ausgebildet werden, werden entsprechend hergestellt, und dann werden die drei Substrate aufeinander geschichtet und haften aneinander, und schließlich wird ein piezoelektrischer Aktuator auf dem oberen Substrat ausgebildet, wodurch der piezoelektrische Tintenstrahldruckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt ist. Indessen können Schritte zur Herstellung des oberen, mittleren und unteren Substrats ungeachtet der Reihenfolge der Substrate durchgeführt werden. Das heißt, das untere Substrat oder das Zwischensubstrat können zuerst hergestellt werden, oder zwei oder alle drei Substrate können gleichzeitig hergestellt werden. Der Einfachheit halber werden die Schritte zur Herstellung des oberen Substrats, des Zwischensubstrats und des unteren Substrats unten sequentiell beschrieben. Wie zuvor beschrieben, kann die Drossel an der Unterseite des oberen Substrats oder an der Oberseite des Zwischensubstrats ausgebildet werden, oder ein Teil der Drossel kann sowohl auf der Unterseite des oberen Substrats wie auf der Oberseite des unteren Substrats ausgebildet wer den. Jedoch ist im Folgenden zur Vermeidung komplexer Beschreibungen hierzu gezeigt, dass die Drossel oben auf dem Zwischensubstrat ausgebildet wird.
Die 8A bis 8E sind Querschnittsansichten, die einen Schritt zum Ausbilden einer Basismarkierung auf einem oberen Substrat bei einem Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Mit Bezug zu 8A ist in der vorliegenden Ausführungsform das obere Substrat 100 aus einem monokristallinen Siliciumsubstrat gebildet. Dies deshalb, weil ein Siliciumwafer, der verbreitet zur Herstellung von Halbleiterbauteilen verwendet wird, ohne jegliche Veränderungen verwendet werden kann und dadurch bei der Massenproduktion effektiv ist. Die Dicke des oberen Substrats 100 beträgt ungefähr 100 bis 200 μm, bevorzugt ungefähr 130 bis 150 μm und kann in geeigneter Weise durch die Höhe der Druckkammer (120 in 5), die auf der Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet ist, bestimmt werden. Es ist bevorzugt, dass der SOI-Wafer als das obere Substrat 100 verwendet wird, weil die Höhe der Druckkammer (120 in 5) präzise ausgebildet werden kann. Wie zuvor beschrieben, weist der SOI-Wafer eine Struktur auf, in der das erste Siliciumsubstrat 101, die auf dem ersten Siliciumsubstrat 101 ausgebildete Zwischenoxidschicht 102 und das auf der Zwischenoxidschicht 102 anhaftende zweite Siliciumsubstrat 103 sequentiell aufgeschichtet sind. Insbesondere das zweite Siliciumsubstrat 103 weist eine Dicke von einigen oder einigen zehn μm auf, um die Dicke der Schwingungsplatte zu optimieren.
Wenn das obere Substrat 100 in einen Oxidationsofen gebracht wird und nass oder trocken oxidiert wird, werden die obere und untere Seite des oberen Substrats 100 oxidiert, wodurch Siliciumoxidschichten 151a und 151b gebildet werden.
Danach wird ein Photoresist (PR) auf die Oberfläche der Siliciumoxidschichten 151a bzw. 151b aufgetragen, die auf der Oberseite und Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet sind, wie in 8B gezeigt. Anschließend wird der aufgetragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch eine Öffnung 141 zum Ausbilden einer Basismarkierung im Bereich einer Kante des oberen Substrats 100 gebildet wird.
Danach wird ein Teil der Siliciumoxidschichten 151a und 151b, der durch die Öffnung 141 freigelegt ist, unter Verwendung des PR als Ätzmaske nassgeätzt und entfernt, wodurch das obere Substrat 100 teilweise freigelegt wird und dann wird der PR abgezogen, wie es in 8C gezeigt ist.
Danach wird der freigelegte Teil des oberen Substrats 100 auf eine bestimmte Tiefe unter Verwendung der Siliciumoxidschichten 151a und 151b als Ätzmaske nassgeätzt, wodurch eine Basismarkierung 140 gebildet wird, wie es in 8D gezeigt ist. Wenn in diesem Fall das obere Substrat 100 nassgeätzt wird, kann zum Beispiel Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder KOH als Siliciumätzmittel verwendet werden.
Nachdem die Basismarkierung 140 gebildet ist, werden die verbliebenen Siliciumoxidschichten 151a und 151b durch Nassätzen entfernt. Dies dient der Reinigung von Fremdpartikeln, wie Nebenprodukten, die auftreten, wenn die obigen Schritte durchgeführt werden, wobei gleichzeitig die Siliciumoxidschichten 151a und 151b entfernt werden.
Derart wird das obere Substrat 100, bei dem die Basismarkierung 140 im Bereich der Kante der Ober- und Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet ist, vorbereitet, wie es in 8E gezeigt ist.
Wenn das obere Substrat 100, ein Zwischensubstrat und ein unteres Substrat, die später beschrieben werden, aufeinandergeschichtet sind und aneinander haften, wird die Basismarkierung 140 zum Ausrichten des oberen Substrats 100, des Zwischensubstrats und des unteren Substrats verwendet. Auf diese Weise kann im Falle des oberen Substrats 100 die Basismarkierung 140 nur auf der Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet sein. Außerdem kann, wenn ein anderes Ausrichtverfahren oder -gerät verwendet wird, die Basismarkierung 140 nicht notwendig sein, und in diesem Fall werden die obigen Schritte nicht durchgeführt.
Die 9A bis 9G sind Querschnittsansichten, die einen Schritt zum Ausbilden der Druckkammer auf dem oberen Substrat darstellen.
Das obere Substrat 100 wird in den Oxidationsofen gebracht und nass oder trocken oxidiert, wodurch Siliciumoxidschichten 152a und 152b auf der Ober- und Unterseite des oberen Substrats 100 gebildet werden, wie in 9A gezeigt. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 152b nur auf der Unterseite des oberen Substrats 100 gebildet werden.
Danach wird ein Photoresist (PR) auf die Oberfläche der Siliciumoxidschicht 152b aufgetragen, die auf der Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet ist, wie in 9B gezeigt. Anschließend wird der aufgetragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch eine Öffnung 121 zum Ausbilden einer Druckkammer mit einer bestimmten Tiefe auf der Unterseite des oberen Substrats 100 gebildet wird.
Danach wird ein Teil der Siliciumoxidschicht 152b, der durch die Öffnung 121 freigelegt ist, unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske durch Trockenätzen, wie reaktivem Ionenätzen (RIE) entfernt, wodurch die Unterseite des oberen Substrats 100 teilweise freigelegt wird, wie in 9C gezeigt. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 152b auch durch Nassätzen entfernt werden.
Danach wird der freigelegte Teil des oberen Substrats 100 unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske auf eine bestimmte Tiefe geätzt, wodurch eine Druckkammer 120 gebildet wird, wie in 9D gezeigt. In diesem Fall kann ein Trockenätzprozess des oberen Substrats 100 unter Verwendung von induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) durchgeführt werden. Wie in 9D gezeigt ist, wenn ein SOI-Wafer als oberes Substrat 100 verwendet ist, dient eine auf einem SOI-Wafer gebildete Zwischenoxidschicht 102 als Ätzstopschicht, und dadurch wird in diesem Schritt nur das erste Siliciumsubstrat 101 geätzt. Daher kann mit der Dicke des ersten Siliciumsubstrats 101, die Druckkammer 102 präzise auf eine gewünschte Höhe eingestellt werden. Die Dicke des ersten Siliciumsubstrats 101 kann leicht bei einem Waferpolierprozess eingestellt werden. Indessen dient das zweite Siliciumsubstrat 103, das eine obere Wand der Druckkammer 120 bildet, als Schwingungsplatte, wie zuvor beschrieben, und die Dicke des zweiten Siliciumsubstrats 103 kann leicht bei einem Waferpolierprozess eingestellt werden.
Wenn der Photoresist (PR) abgezogen wird, nachdem die Druckkammer 120 ausgebildet ist, ist das obere Substrat 100 vorbereitet, wie in 9E gezeigt. In diesem Zustand können jedoch Fremdstoffpartikel, wie Nebenprodukte oder Polymer, die beim oben genannten Nassätzen oder RIE oder Trockenätzen mit ICP auftreten, auf der Oberfläche des oberen Substrats 100 liegen. Daher ist es zum Entfernen dieser Fremdstoffpartikel bevorzugt, dass die gesamte Oberfläche des oberen Substrats 100 unter Verwendung von Schwefelsäurelösung oder TMAH gereinigt wird. In diesem Fall werden die verbliebenen Siliciumoxidschichten 152a und 152b durch Nassätzen entfernt und ein Teil der Zwischenoxidschicht 102 des oberen Substrats 100, d. h. ein Teil, der die obere Wand der Druckkammer 120 bildet, wird auch entfernt.
Derart ist das obere Substrat 100, in dem die Basismarkierung 140 im Bereich der Kante der Ober- und Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet ist und die Druckkammer 120 auf der Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildet ist, vorbereitet, wie in 9F gezeigt.
Wie oben beschrieben, wird das obere Substrat 100 unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske trockengeätzt, wodurch die Druckkammer 120 gebildet wird, und der Photoresist (PR) wird abgezogen. Hingegen kann jedoch der PR abgezogen werden und dann das obere Substrat 100 unter Verwendung der Siliciumoxidschicht 152b als Ätzmaske trockengeätzt werden, wodurch die Druckkammer 120 gebildet wird. Das heißt, wenn die auf der Unterseite des oberen Substrats 100 gebildete Siliciumoxidschicht 152b vergleichsweise dünn ist, ist es bevorzugt, dass der Photoresist (PR) nicht abgezogen und ein Ätzprozess durchgeführt wird, um die Druckkammer 120 zu bilden. Wenn die Siliciumoxidschicht 152b vergleichsweise dick ist, wird der Photoresist (PR) abgezogen und dann ein Ätzprozess durchgeführt, um die Druckkammer 120 unter Verwendung der Siliciumoxidschicht 152b als Ätzmaske zu bilden.
Es können Siliciumoxidschichten 153a und 153b wiederum auf der Ober- und Unterseite des oberen Substrats 100 von 9F gebildet werden, wie in 9G gezeigt. In diesem Fall wird die Zwischenschicht 102, von der ein Teil im in 9F gezeigten Schritt entfernt ist, durch die Siliciumoxidschicht 153b kompensiert. Gleichermaßen kann, wenn die Siliciumoxidschichten 153a und 153b gebildet werden, ein Schritt zum Ausbilden einer Siliciumoxidschicht 180 als Isolierschicht auf dem oberen Substrat 100 im Schritt von 15A ausgelassen werden, was später beschrieben wird. Außerdem, wenn die Siliciumoxidschicht 153b im Inneren der Druckkammer 120 zum Ausbilden eines Tintendurchgangs gebildet ist, reagiert die Siliciumoxidschicht 153b, wegen der Cha rakteristiken der Siliciumoxidschicht 153b, mit fast allen Arten von Tinten nicht und daher kann eine Vielfalt von Tinten verwendet werden.
Indessen wird, obwohl es nicht gezeigt ist, der Tintenzufuhrdurchtritt (110 in 5) auch zusammen mit der Druckkammer 120 in den in den 9A bis 9G gezeigten Schritten ausgebildet. Das heißt, im in 9G gezeigten Schritt, wird der Tintenzufuhrdurchtritt (110 in 5) mit der selben Tiefe wie eine bestimmte Tiefe der Druckkammer 120 auf der Unterseite des oberen Substrats 100 zusammen mit der Druckkammer 120 ausgebildet. Der auf die bestimmte Tiefe an der Unterseite des oberen Substrats 100 ausgebildete Tintenzufuhrdurchtritt (110 in 5) wird unter Verwendung eines spitzen Werkzeugs, wie einer Nadel durchdrungen, nachdem alle Herstellungsprozesse abgeschlossen sind.
Die 10A bis 10E sind Querschnittsansichten, die einen Schritt zum Ausbilden einer Drossel auf einem Zwischensubstrat darstellen.
Mit Bezug zu 10A ist ein Zwischensubstrat 200 aus einem monokristallinen Siliciumsubstrat gebildet und die Dicke des Zwischensubstrats 200 beträgt ungefähr 200 bis 300 μm. Die Dicke des Zwischensubstrats 200 kann in geeigneter Weise durch die Tiefe des Tintenreservoirs (210 von 5), das auf dem Zwischensubstrat 200 gebildet ist, und die Länge des durchdrungenen Dämpfers (230 von 5) bestimmt sein.
Eine Basismarkierung 240 wird im Bereich einer Kante der Ober- und Unterseiten des Zwischensubstrats 200 gebildet. Schritte zum Ausbilden der Basismarkierung 240 auf dem Zwischensubstrat 200 sind gleich wie sie in den 8A bis 8E gezeigt sind, und werden daher nicht separat gezeigt und ihre Beschreibungen werden ausgelassen.
Wenn das Zwischensubstrat 200, in dem die Basismarkierung 240 ausgebildet ist, in den Oxidationsofen gebracht und nass oder trockengeätzt wird, werden die Ober- und Unterseite des Zwischensubstrats 200 oxidiert, wodurch Siliciumoxidschichten 251a und 251b gebildet werden, wie in 10A gezeigt ist.
Danach wird ein Photoresist (PR) auf die Oberfläche der auf der Oberseite der Zwischenschicht 200 ausgebildeten Siliciumoxidschicht 251a aufgetragen, wie in 10B gezeigt. Anschließend wird der aufgetragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch eine Öffnung 221 zum Ausbilden einer Drossel auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 gebildet wird.
Danach wird ein Teil der Siliciumoxidschicht 251a, der durch die Öffnung 221 freigelegt ist, unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske nassgeätzt und entfernt, wodurch die Oberseite des Zwischensubstrats 200 teilweise freigelegt wird, und dann wird der Photoresist (PR) abgezogen, wie in 10C gezeigt. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 251a nicht durch Nassätzen, sondern durch Trockenätzen, wie RIE, entfernt werden.
Danach wird der freigelegte Teil des Zwischensubstrats 200 unter Verwendung der Siliciumoxidschicht 251a als Ätzmaske auf eine bestimmte Tiefe nass- oder trockengeätzt, wodurch eine Drossel 220 gebildet wird, wie in 10D gezeigt. In diesem Fall kann, wenn das Zwischensubstrat 200 nassgeätzt wird, zum Beispiel Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder KOH als Siliciumätzmittel verwendet werden.
Anschließend wird, wenn die verbliebenen Siliciumoxidschichten 251a und 251b durch Nassätzen entfernt sind, das Zwischensubstrat 200, in dem die Drossel 220 im Bereich der Kante der Ober- und Unterseite des Zwischensubstrats 200 gebildet ist, vorbereitet, wie in 10E gezeigt.
Indessen wird die in 7 gezeigte T-förmige Drossel in den obigen Schritten nicht ausgebildet. Das heißt, in diesem Fall wird in den obigen Schritten nur die Basismarkierung 240 auf dem Zwischensubstrat 200 gebildet. Und die T-förmige Drossel kann zusammen mit einem Tintenreservoir unter Verwendung des selben Verfahrens wie ein Verfahren zum Ausbilden eines Tintereservoirs in den folgenden Schritten angewendet werden.
Die 11A bis 11J sind Querschnittsansichten, die ein erstes Verfahren zum Ausbilden eines Tintenreservoirs und eines Dämpfers auf dem Zwischensubstrat in einem schrittweisen Vorgehen darstellen.
Das Zwischensubstrat 200 wird in den Oxidationsofen gebracht und nass- oder trockengeätzt, wodurch Siliciumoxidschichten 252a und 252b auf der Ober- und Unterseite des Zwischensubstrats 200 gebildet werden, wie in 11A gezeigt. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 252a in einem Teil gebildet werden, in dem die Drossel 220 gebildet wird.
Danach wird ein Photoresist (PR) auf die Oberfläche der auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 ausgebildeten Siliciumoxidschicht 252a aufgetragen, wie in 11B gezeigt. Anschließend wird der aufgetragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch eine Öffnung 211 zum Ausbilden eines Tintenreservoirs auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 gebildet wird. In diesem Fall verbleibt der Photoresist (PR) in einem Teil, in dem eine Barrierewand im Tintenreservoir auszubilden ist.
Danach wird ein Teil der durch die Öffnung 211 freigelegten Siliciumoxidschicht 252a durch Nassätzen unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske entfernt, wodurch die Oberseite des Zwischensubstrats 200 teilweise freigelegt wird, wie in 11C gezeigt. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 252a auch nicht durch Nassätzen, sondern durch Trockenätzen, wie RIE, entfernt werden.
Anschließend wird, nachdem der Photoresist (PR) abgezogen ist, das Zwischensubstrat 200 gebildet, wie in 11D gezeigt. Nur ein Teil der Oberseite des Zwischensubstrats 200, in dem das Tintenreservoir auszubilden ist, wird freigelegt und ein weiterer Teil davon ist mit den Siliciumoxidschichten 252a und 252b bedeckt.
Danach wird der Photoresist (PR) erneut auf die Oberfläche der Siliciumoxidschicht 252a aufgetragen, die auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 ausgebildet ist, wie in 11E gezeigt. In diesem Fall wird der freigelegte Teil der Oberfläche des Zwischensubstrats 200 auch mit Photoresist (PR) bedeckt. Anschließend wird der aufgetragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch eine Öffnung 231 zum Ausbilden eines Dämpfers auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 gebildet wird.
Danach wird ein Teil der durch die Öffnung 231 freigelegten Siliciumoxidschicht 252a unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske nassgeätzt, wodurch die Oberfläche des Zwischensubstrats 200, in dem der Dämpfer auszubilden ist, teilweise freigelegt wird, wie in 11F gezeigt. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 252a auch nicht durch Nassätzen, sondern durch Trockenätzen, wie RIE, entfernt werden.
Anschließend wird der freigelegte Teil des Zwischensubstrats 200 unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske auf eine bestimmte Tiefe geätzt, wodurch eine Vertiefung 232 als Dämpfer gebildet wird. In diesem Fall kann das Ätzen des Zwischensubstrats 200 durch Trockenätzen mit ICP durchgeführt werden.
Danach wird, wenn der Photoresist (PR) abgezogen ist, der Teil der Oberfläche des Zwischensubstrats 200, in dem das Tintenreservoir auszubilden ist, erneut freigelegt, wie in 11H gezeigt.
Anschließend werden, nachdem der freigelegte Teil der Oberseite des Zwischensubstrats 200 und die Unterseite der den Dämpfer bildenden Vertiefung 232 unter Verwendung der Siliciumoxidschicht 252a als Ätzmaske trockengeätzt sind, ein Dämpfer 230, durch den das Zwischensubstrat 200 verläuft, und das Tintenreservoir 210 mit der bestimmten Tiefe gebildet, wie in 11I gezeigt. Außerdem wird eine Barrierewand 252, die das Tintenreservoir 210 in vertikaler Richtung unterteilt, im Tintenreservoir 210 gebildet. In diesem Fall kann ein Ätzen des Zwischensubstrats 200 durch Trockenätzen mit ICP durchgeführt werden.
Danach können die verbliebenen Siliciumoxidschichten 252a und 252b durch Nassätzen entfernt werden. Dies dient der Reinigung von Fremdstoffpartikeln, wie Nebenprodukten, die auftreten, wenn die obigen Schritte durchgeführt werden, wobei gleichzeitig die Siliciumoxidschichten 252a und 252b entfernt werden.
Derart wird das Zwischensubstrat 200, in dem die Basismarkierung 240, die Drossel 220, das Tintenreservoir 210, die Barrierewand 215 und der Dämpfer 230 ausgebildet sind, vorbereitet, wie in 11J gezeigt.
Indessen kann, obwohl es nicht gezeigt ist, eine Siliciumoxidschicht erneut auf der gesamten Ober- und Unterseite des Zwischensubstrats 200 von 11J ausgebildet werden.
Die 12A und 12B sind Querschnittsansichten, die ein zweites Verfahren zum Ausbilden des Tintenreservoirs und des Dämpfers auf dem Zwischensubstrat in einem schrittweisen Vorgehen darstellen. Das zweite Verfahren, das unten beschrieben wird, ist ähnlich zum ersten Verfahren, mit Ausnahme eines Schritts zum Ausbilden eines Dämpfers. Daher werden nachfolgend nur Teile beschrieben, die sich vom oben genannten ersten Verfahren unterscheiden.
Beim zweiten Verfahren sind die Schritte, die nur den Teil freilegen, in dem das Tintenreservoir auszubilden ist, auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 gleich wie sie in den 11A bis 11D gezeigt sind.
Danach wird der Photoresist (PR) auf die Oberfläche der auf der Oberseite des Zwischensubstrats 200 ausgebildeten Siliciumoxidschicht 252a aufgetragen, wie in 12A gezeigt. In diesem Fall wird der Photoresist (PR) in einer Trockenfilmform auf die Oberfläche der Siliciumoxidschicht 252a unter Verwendung eines Laminierverfahrens mit Erwärmungs-, Druckbeaufschlagungs- und Kompressionsprozessen aufgetragen. Der Photoresist (PR) in Trockenfilmform dient als Schutzschicht zum Schützen weiterer Teile des Zwischensubstrats 200 bei einem Sandstrahlprozess, der später beschrieben wird. Anschließend wird der aufgetragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch die Öffnung 231 zum Ausbilden eines Dämpfers gebildet wird.
Anschließend wird, wenn die durch die Öffnung 231 freigelegte Siliciumoxidschicht 252a und das Zwischensubstrat 200 bis zu einer bestimmten Tiefe unter der Siliciumoxidschicht 252a durch Sandstrahlen entfernt sind, eine Vertiefung 232 zum Ausbilden eines Dämpfers gebildet, wie in 12B gezeigt.
Die nächsten Schritte sind gleich wie sie in den 11H bis 11J des ersten Verfahrens gezeigt sind.
Auf diese Weise unterscheidet sich das zweite Verfahren vom ersten Verfahren darin, dass die Vertiefung 232 für den Dämpfer nicht durch Trockenätzen, sondern durch Sandstrahlen gebildet wird. Das heißt, um die Vertiefung 232 für den Dämpfer zu bilden, wird beim ersten Verfahren die Siliciumoxidschicht 252a geätzt und dann das Zwischensubstrat 200 auf eine bestimmte Tiefe geätzt, aber beim zweiten Verfahren werden die Siliciumoxidschicht 252a und das Zwischensubstrat 200 mit der bestimmten Tiefe durch Sandstrahlen auf ein Mal entfernt. Daher kann die Anzahl an Prozessen beim zweiten Verfahren, im Vergleich zur Anzahl an Prozessen beim ersten Verfahren, verringert werden, wodurch auch die gesamte Bearbeitungsdauer verringert wird.
Die 13A bis 13H sind Querschnittsansichten, die einen Schritt zum Ausbilden einer Düse in einem unteren Substrat darstellen.
Mit Bezug zu 13A ist ein unteres Substrat 300 aus einem monokristallinen Siliciumsubstrat gebildet und die Dicke des unteren Substrats 300 beträgt ungefähr 100 bis 200 μm.
Eine Basismarkierung 340 wird im Bereich einer Kante der Ober- und Unterseite des unteren Substrats 300 gebildet. Schritte zum Ausbilden der Basismarkierung 340 auf dem unteren Substrat 300 sind gleich wie in den 8A bis 8E gezeigt und daher werden Beschreibungen hierzu ausgelassen.
Wenn das untere Substrat 300, in dem die Basismarkierung 340 ausgebildet ist, in den Oxidationsofen gebracht und nass- oder trockengeätzt wird, werden die Ober- und Unterseite des untern Substrats 300 oxidiert, wodurch Siliciumoxidschichten 351a und 351 gebildet werden, wie in 13A gezeigt.
Danach wird ein Photoresist (PR) auf die Oberfläche der Siliciumoxidschicht 351a aufgetragen, die auf der Oberseite des unteren Substrats 300 ausgebildet ist, wie in 13B gezeigt. Anschließend wird der auf getragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch eine Öffnung 315 zum Ausbilden eines Tinteninduktionsteils einer Düse auf der Oberseite des unteren Substrats 300 gebildet wird. Die Öffnung 315 ist in einer Position ausgebildet, die dem auf dem Zwischensubstrat 200 ausgebildeten Dämpfer 230 entspricht, wie in 11J gezeigt.
Danach wird ein Teil der Siliciumoxidschicht 351a, der durch die Öffnung 315 freigelegt ist, unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske nassgeätzt und entfernt, wodurch die Oberseite des unteren Substrats 300 teilweise freigelegt wird, und dann der Photoresist (PR) abgezogen, wie in 13C gezeigt. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 351a nicht durch Nassätzen, sondern durch Trockenätzen, wie RIE, entfernt werden.
Danach wird der freigelegte Teil des unteren Substrats 300 unter Verwendung der Siliciumoxidschicht 351a als Ätzmaske auf eine bestimmte Tiefe nassgeätzt, wodurch ein Tinteninduktionsteil 311 gebildet wird, wie in 13D gezeigt. In diesem Fall kann, wenn das untere Substrat 300 nassgeätzt wird, zum Beispiel Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder KOH als Ätzmittel verwendet werden. Wenn ein Siliciumsubstrat mit einer Kristallfläche in Richtung (100) als unteres Substrat 300 verwendet wird, kann der Tinteninduktionsteil 311 mit einer viereckigen Pyramidenform unter Verwendung der anisotropen Nassätzcharakteristiken der Flächen (100) und (111) gebildet werden. Das heißt, eine Ätzrate der Fläche (111) ist viel geringer als die Ätzrate der Fläche (100) und daher wird das untere Substrat 300 entlang der Fläche (111) geneigt geätzt, so dass der Tinteninduktionsteil 311 mit der viereckigen Pyramidenform ausgebildet wird. Dementsprechend wird die Unterseite des Tinteninduktionsteils 311 die Fläche (100).
Danach wird der Photoresist (PR) auf die Oberfläche der Siliciumoxidschicht 351b aufgetragen, die auf der Unterseite des unteren Substrats 300 ausgebildet ist, wie in 13E gezeigt. Anschließend wird der aufgetragene Photoresist (PR) entwickelt, wodurch eine Öffnung 316 zum Ausbilden einer Öffnung einer Düse auf der Unterseite des unteren Substrats 300 gebildet wird.
Danach wird ein Teil der Siliciumoxidschicht 351b, der durch die Öffnung 316 freigelegt ist, unter Verwendung des Photoresist (PR) als Ätzmaske nassgeätzt und entfernt, wodurch die Unterseite des unteren Substrats 300 teilweise freigelegt wird. In diesem Fall kann die Siliciumoxidschicht 351b nicht durch Nassätzen, sondern durch Trockenätzen, wie RIE, entfernt werden.
Danach wird der freigelegte Teil des unteren Substrats 300 unter Verwendung des PR als Ätzmaske so geätzt, dass die Düse durch das untere Substrat 300 verlaufen kann, wodurch eine mit dem Tinteninduktionsteil 311 verbundene Öffnung 312 gebildet wird. In diesem Fall kann das Ätzen des unteren Substrats 300 durch Trockenätzen mit ICP durchgeführt werden.
Anschließend wird, nachdem der Photoresist (PR) abgezogen ist, das untere Substrat 300, in dem eine Basismarkierung 340 im Bereich der Kanten der Ober- und Unterseite des unteren Substrats 300 ausgebildet ist und durch das eine Düse 310 gebildet aus dem Tinteninduktionsteil 311 und der Öffnung 312 verläuft, vorbereitet, wie in 13H gezeigt. Indessen wird die Öffnung 312 gebildet, nachdem der Tinteninduktionsteil 311 wie oben beschrieben ausgebildet ist, aber der Tinteninduktionsteil 311 kann gebildet werden, nachdem die Öffnung 312 ausgebildet ist.
Ebenso können die auf der Ober- und Unterseite des unteren Substrats 300 ausgebildeten Siliciumoxidschichten 351a und 351b in einem Reinigungsprozess entfernt werden, und anschließend kann eine neue Silici umoxidschicht auf der gesamten Oberfläche des unteren Substrats 300 erneut gebildet werden.
14 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum sequentiellen Aufschichten des unteren Substrats, des Zwischensubstrats und des oberen Substrats und Anhaften der Substrate aneinander darstellt.
Mit Bezug zu 14 werden das untere Substrat 300, das Zwischensubstrat 200 und das obere Substrat 100, die durch die oben genannten Schritte vorbereitet sind, übereinander geschichtet und haften aneinander. In diesem Fall haftet das Zwischensubstrat 200 am unteren Substrat 300 und dann haftet das obere Substrat am Zwischensubstrat 200, aber die Reihenfolge der Anhaftung kann veränderlich sein. Die drei Substrate 100, 200 und 300 werden unter Verwendung einer Maskenausrichteinrichtung ausgerichtet und es sind Ausrichtbasismarkierungen 140, 240 und 340 auf jedem der drei Substrate 100, 200 und 300 vorgesehen, und dadurch ist die Ausrichtpräzision hoch. Die Anhaftung der drei Substrate 100, 200 und 30 kann durch bekanntes Siliciumdirektbonding (SDB) vorgenommen werden. Indessen haftet in einem SDB-Prozess Silicium besser an einer Siliciumoxidschicht als an einer anderen Siliciumschicht. Daher werden bevorzugt das obere Substrat 100 und das untere Substrat 300, auf denen Siliciumoxidschichten 153a, 153b, 351a und 351b ausgebildet sind, verwendet und das Zwischensubstrat 200, auf dem keine Siliciumoxidschicht ausgebildet ist, wird verwendet, wie in 14 gezeigt.
Die 15A und 15B sind Querschnittsansichten, die einen Schritt zum Fertigstellen des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausbilden eines piezoelektrischen Aktuators auf dem oberen Substrat darstellen.
Mit Bezug zu 15A werden das untere Substrat 300, das Zwischensubstrat 200 und das obere Substrat 100 in Sequenz aufeinandergeschichtet und haften aneinander, und eine Siliciumoxidschicht 180 wird als Isolierschicht auf der Oberseite des oberen Substrats 100 gebildet. Der Schritt zum Ausbilden der Siliciumoxidschicht 180 kann ausgelassen werden. Das heißt, wenn die Siliciumoxidschicht 153a schon auf der Oberseite des oberen Substrats 100 ausgebildet wurde, wie in 14 gezeigt, oder wenn eine Oxidschicht mit einer bestimmten Dicke schon auf der Oberseite des oberen Substrats 100 in einem Wärmebehandlungsschritt des oben genannten SDB-Prozesses ausgebildet wurde, besteht keine Notwendigkeit zur Ausbildung der in 15A gezeigten Siliciumoxidschicht 180 als Isolierschicht auf der Oberseite des oberen Substrats 100.
Anschließend werden untere Elektroden 191 und 192 eines piezoelektrischen Aktuators auf der Siliciumoxidschicht 180 gebildet. Die unteren Elektroden 191 und 192 sind aus zwei dünnen Metallschichten gebildet, wie einer Ti-Schicht 191 und einer Pt-Schicht 192. Die Ti-Schicht 191 und die Pt-Schicht 192 können durch Sputtern der gesamten Oberfläche der Siliciumoxidschicht 180 auf eine bestimmte Dicke ausgebildet werden. Die Ti-Schicht 191 und die Pt-Schicht 192 dienen als gemeinsame Elektrode des piezoelektrischen Aktuators und dienen ferner als Diffusionsbarriereschicht, die Diffusion zwischen der darauf ausgebildeten piezoelektrischen Schicht (193 von 15B) und dem darunter ausgebildeten oberen Substrat 100 verhindert. Insbesondere dient die untere Ti-Schicht 191 zum Verbessern der Hafteigenschaften der Pt-Schicht 192.
Danach werden die piezoelektrische Schicht 193 und die obere Elektrode 194 auf den unteren Elektroden 191 und 192 gebildet, wie in 15B gezeigt. Speziell wird ein piezoelektrisches Material in pastösem Zustand auf die Druckkammer 120 auf eine bestimmte Dicke durch Siebdrucken aufgetragen und dann über eine bestimmte Zeitdauer ge trocknet. Bevorzugt werden typische Bleizirconattitanat(PZT)-Keramikmaterialien für die piezoelektrische Schicht 193 verwendet. Anschließend wird ein Elektrodenmaterial, zum Beispiel Ag-Pd-Paste, auf die getrocknete piezoelektrische Schicht 193 aufgedruckt. Danach wird die piezoelektrische Schicht 193 bei einer bestimmten Temperatur gesintert, zum Beispiel bei 900 bis 1000 °C. In diesem Fall verhindern die Ti-Schicht 191 und die Pt-Schicht 192 eine Diffusion zwischen der piezoelektrischen Schicht 193 und dem oberen Substrat 100, die bei einem Hochtemperatursinterprozess des piezoelektrischen Schicht 193 auftreten kann.
Derart wird ein piezoelektrischer Aktuator 190 zusammengesetzt aus den unteren Elektroden 191 und 192, der piezoelektrischen Schicht 193 und der oberen Elektrode 194 auf dem oberen Substrat 100 ausgebildet.
Indessen wird das Sintern der piezoelektrischen Schicht 193 unter Atmosphärenbedingungen durchgeführt und dadurch wird beim Sinterschritt eine Siliciumoxidschicht im Inneren des Tintendurchgangs gebildet, der aus den drei Substraten 100, 200 und 300 gebildet ist. Die Siliciumoxidschicht reagiert mit fast allen Arten von Tinte nicht und daher kann eine Vielfalt an Tinten verwendet werden. Außerdem weist die Siliciumoxidschicht eine hydrophile Eigenschaft auf und daher ist das Einströmen von Luftbläschen verhindert, wenn zunächst einströmt und das Auftreten von Luftbläschen wird unterdrückt, wenn Tinte durch die Düse ausgestoßen wird.
Schließlich wird, wenn ein Zerteilungsprozess zum Schneiden der anhaftenden drei Substrate 100, 200 und 300 in Chipeinheiten und ein Auslöseprozess zum Erzeugen piezoelektrischer Eigenschaften durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die piezoelektrische Schicht 193 durchgeführt werden, der piezoelektrische Tintenstrahldruckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt. Indessen kann der Zertei lungsprozess vor dem oben genannten Sinterschritt der piezoelektrischen Schicht 193 durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben, weisen der piezoelektrische Tintenstrahldruckkopf und das Verfahren zu seiner Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile auf.
Erstens, den Tintendurchgang bildende Elemente können präzise und einfach auf eine feine Abmessung auf jedem der drei Substrate, die aus einem monokristallinen Silicium gebildet sind, unter Verwendung einer Siliciummikrobearbeitungstechnologie ausgebildet werden. Auf diese Weise ist die Bearbeitungstoleranz reduziert, wodurch eine Abweichung bei der Tintenausstoßleistung minimiert werden kann. Außerdem wird bei der vorliegenden Erfindung das Siliciumsubstrat verwendet und kann daher auch in einem Prozess zur Herstellung von typischen Halbleiterbauteilen verwendet werden und Massenproduktion kann leicht vorgenommen werden. Daher ist die vorliegende Erfindung für hochdichte Druckköpfe geeignet, um die Druckauflösung zu verbessern.
Zweitens, die drei Substrate werden unter Verwendung einer Maskenausrichteinrichtung aufeinander geschichtet und haften aneinander, wodurch eine präzise Ausrichtung und hohe Produktivität erreicht werden. Das heißt, die Anzahl an anhaftenden Substraten ist im Vergleich zum Stand der Technik reduziert, wodurch Ausricht- und Anhaftprozesse vereinfacht sind und Fehler im Ausrichtprozess ebenfalls verringert sind. Insbesondere, wenn die Basismarkierung auf jedem Substrat ausgebildet ist, ist die Präzision im Ausrichtprozess weiter verbessert.
Drittens, da die drei Substrate, die den Druckkopf bilden, aus einem monokristallinen Siliciumsubstrat gebildet sind, ist ihr Anhaftvermögen hoch. Obwohl beim Drucken eine Schwankung in der Umgebungstemperatur auftritt, tritt keine Deformation oder anschließende Fehlausrich tung auf, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Substrate gleich sind.
Viertens, da das monokristalline Siliciumsubstrat als Basismaterial verwendet wird, ist die Oberflächenrauhigkeit einer Ätzfläche nach einem Trocken- oder Nassätzprozess verringert, was den Tintenfluss begünstigt.
Fünftens, da die Siliciumoxidschicht, die mit fast allen Arten von Tinte nicht reagiert und eine hydrophile Eigenschaft aufweist, in einigen Schritten des Herstellungsprozesses im Inneren des Tintendurchgangs ausgebildet wird, kann eine Vielfalt von Tinten verwendet werden, und das Einströmen von Luftbläschen wird verhindert, wenn Tinte einströmt und das Auftreten von Luftbläschen wird unterdrückt, wenn Tinte durch die Düse ausgestoßen wird.
Sechstens, da ein Teil des oberen Substrats, das aus Silicium mit hohen mechanischen Eigenschaften gebildet ist, als Schwingungsplatte dient, nehmen die mechanischen Eigenschaften nicht ab, wenn das obere Substrat mit dem piezoelektrischen Aktuator gekoppelt und dann der piezoelektrische Aktuator über eine lange Zeit betrieben wird.
Siebtens, wird durch die Ti- und Pt-Schichten Diffusion zwischen der piezoelektrischen Schicht und dem oberen Substrat, insbesondere zwischen der piezoelektrischen Schicht und der Schwingungsplatte verhindert, die beim Sinterschritt der piezoelektrischen Schicht auftreten kann, und der piezoelektrische Aktuator und die Schwingungsplatte haften aneinander ohne dazwischen liegenden Spalt, wodurch eine Verformung der piezoelektrischen Schicht ohne Zeitverzug oder Verschiebungsschäden auf die Schwingungsplatte übertragen werden kann. Auf diese Weise wird eine Tintenausstoßbewegung schnell durchgeführt, da die Schwingungsplatte bei Betreiben des piezoelektrischen Aktuators un mittelbar schwingt. Außerdem weist die vorliegende Erfindung die oben genannten Vorteile selbst dann auf, wenn der piezoelektrische Aktuator in einem Radiofrequenzbereich betrieben wird.
Achtens, wenn ein Tintenstrahldruckkopf eine T-förmige Drossel aufweist, ist der Strömungswiderstand von Tinte, die vom Tintenreservoir zur Druckkammer geführt wird, verringert und ein Druckabfall im Schritt zum Zuführen von Tinte durch die Drossel verringert. Derart wird die Strömungsmenge, die die Drossel durchläuft erhöht, so dass Tinte reibungsloser und schneller in die Druckkammer nachgefüllt wird. Auf diese Weise kann, selbst wenn der Tintenstrahldruckkopf in einem Hochfrequenzbereich betrieben wird, gleichmäßiges Tintenausstoßvolumen und Tintenausstoßgeschwindigkeit erreicht werden.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, ist der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Veränderungen hierzu vorgenommen werden und andere Ausführungsformen erhalten werden. Zum Beispiel können beim Ausbilden von Elementen eines piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Reihe von Ätzverfahren bei der Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes angewendet werden, und die Reihenfolge jedes Schritts des Verfahrens zur Herstellung des piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes kann verändert werden.
Während diese Erfindung insbesondere mit Bezug zu bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Änderungen in Form und Details hierzu vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Piezoelektrischer Tintenstrahldruckkopf umfassend: ein oberes Substrat (100), durch das ein Tintenzufuhrdurchtritt (110), durch den Tinte zugeführt wird, ausgebildet ist, wobei eine Druckkammer (120) zum Befüllen mit auszustoßender Tinte auf der Unterseite des oberen Substrats ausgebildet ist; einen monolithisch auf dem oberen Substrat (100) ausgebildeten piezoelektrischen Aktuator (190), der eine Antriebskraft zum Ausstoßen von Tinte zu der Druckkammer bereitstellt; ein Zwischensubstrat mit: einem Tintenreservoir (210), das mit dem Tintenzufuhrdurchtritt verbunden ist und in dem zugeführte Tinte aufgenommen ist, einem Dämpfer (230) neben einem Ende der Druckkammer und einer Drossel (220), die das andere Ende der Druckkammer mit dem Tintenreservoir verbindet; und ein unteres Substrat (300) mit einer Düse (310), durch die Tinte ausgestoßen werden soll, in Kommunikation mit dem Dämpfer; wobei das untere Substrat (300), das Zwischensubstrat (200) und das obere Substrat (100) sequentiell übereinander geschichtet sind und aneinander haften, wobei die drei Substrate monokristalline Siliciumsubstrate (100, 200, 300) sind; dadurch gekennzeichnet, dass das Tintenreservoir oben auf dem Zwischensubstrat ist; und die Drossel auf der Unterseite des oberen Substrats und/oder der Oberseite des Zwischensubstrats ausgebildet ist.
Druckkopf nach Anspruch 1, wobei ein Teil, der eine obere Wand der Druckkammer (120) des oberen Substrats bildet, als Schwingungsplatte (103) dient, die durch Aussteuern des piezoelektrischen Aktuators (190) verformt wird.
Druckkopf nach Anspruch 2, wobei das obere Substrat aus einem Silicium-auf-Isolator(SOI)-Wafer gebildet ist, der eine Struktur aufweist, in der ein erstes Siliciumsubstrat (101), eine Zwischenoxidschicht (107) und ein zweites Siliciumsubstrat (102) sequentiell übereinander geschichtet sind, und die Druckkammer auf dem ersten Siliciumsubstrat (101) ausgebildet ist und das zweite Siliciumsubstrat (103) als die Schwingungsplatte dient.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckkammer (120) in zwei Säulen zu beiden Seiten des Tintenreservoirs (210) angeordnet ist.
Druckkopf nach Anspruch 4, wobei zum Unterteilen des Tintenreservoirs in einer vertikalen Richtung eine Barrierewand (215) im Reservoir in einer Längsrichtung des Tintenreservoirs ausgebildet ist.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Siliciumoxidschicht (180) zwischen dem oberen Substrat (103) und dem piezoelektrischen Aktuator (190) ausgebildet ist.
Druckkopf nach Anspruch 6, wobei die Siliciumoxidschicht (180) so angeordnet ist, dass sie Materialdiffusion und thermische Spannungen zwischen dem oberen Substrat und dem piezoelektrischen Aktuator unterdrückt.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der piezoelektrische Aktuator umfasst: eine untere Elektrode (191, 192) ausgebildet auf dem oberen Substrat (100); eine piezoelektrische Schicht (193) auf der unteren Elektrode so ausgebildet, dass sie auf einem oberen Teil der Druckkammer platziert wird; und eine obere Elektrode (194), die auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet ist und an die piezoelektrische Schicht eine Spannung anlegt.
Druckkopf nach Anspruch 8, wobei die untere Elektrode (191, 192) eine zweischichtige Struktur aufweist, in der eine Ti-Schicht (191) und eine Pt-Schicht (192) übereinander geschichtet sind.
Druckkopf nach Anspruch 9, wobei die Ti-Schicht (191) und die Pt-Schicht (192) als eine gemeinsame Elektrode des piezoelektrischen Aktuators dienen und ferner als eine Diffusionsbarriereschicht dienen, die Interdiffusion zwischen dem oberen Substrat und der piezoelektrischen Schicht verhindert.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Düse (310) umfasst: eine Öffnung (312) gebildet in einem unteren Teil des unteren Substrats; und einen Tinteninduktionsteil (311), der in einem oberen Teil des unteren Substrats ausgebildet ist und den Dämpfer mit der Öffnung verbindet.
Druckkopf nach Anspruch 11, wobei sich die Querschnittsfläche des Tinteninduktionsteils (311) von der Fläche des Dämpfers zur Fläche der Öffnung allmählich verringert.
Druckkopf nach Anspruch 12, wobei der Tinteninduktionsteil (311) in einer viereckigen Pyramidenform ausgebildet ist.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drossel (220) einen T-förmigen Querschnitt aufweist und von der Oberseite des Zwischensubstrats tief in einer vertikalen Richtung ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfs, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten eines oberen Substrats (100), eines Zwischensubstrats (200) und eines unteren Substrats (300), die aus einem monokristallinen Siliciumsubstrat ausgebildet werden; Mikrobearbeiten des oberen Substrats (100), des Zwischensubstrats (200) bzw. des unteren Substrats (300), so dass ein Tintendurchgang ausgebildet wird; Aufschichten des unteren Substrats (100), des Zwischensubstrats (200) und des oberen Substrats (300), in denen jeweils der Tintendurchgang ausgebildet wurde, so dass das untere Substrat, das Zwischensubstrat und das obere Substrat aneinander haften; und Ausbilden eines piezoelektrischen Aktuators (190), der eine Antriebskraft zum Tintenausstoß auf dem oberen Substrat bereitstellt; wobei das Ausbilden des Tintendurchgangs umfasst: Ausbilden einer Druckkammer (120), die mit auszustoßender Tinte zu befüllen ist, und eines Tintenzufuhrdurchtritts (110), durch den Tinte zugeführt wird, auf der Unterseite des oberen Substrats; Ausbilden einer Drossel (220), die mit einem Ende der Druckkammer verbunden ist, mindestens auf einer Seite der Unterseite des oberen Substrats und der Oberseite des Zwischensubstrats; Ausbilden eines Dämpfers (230), der mit dem anderen Ende der Druckkammer verbunden ist, im Zwischensubstrat; Ausbilden eines Tintenreservoirs (210), dessen eines Ende mit dem Tintenzufuhrdurchtritt verbunden ist, und von dem eine Seite mit der Drossel verbunden ist, oben auf dem Zwischensubstrat; und Ausbilden einer Düse (310), die mit dem Dämpfer verbunden ist, im unteren Substrat.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend, vor dem Ausbilden des Tintendurchgangs, Ausbilden einer Basismarkierung (240) auf jedem der drei Substrate, so dass die drei Substrate beim Anhaften der drei Substrate ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei beim Ausbilden der Basismarkierung (240) die Umgebung mindestens einer Kante der Unterseite des oberen Substrats und die Umgebung der Kanten der Ober- und Unterseiten des Zwischensubstrats und des unteren Substrats auf eine bestimmte Dicke geätzt werden, wodurch die Basismarkierung (240) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Basismarkierung (240) durch Nassätzen unter Verwendung eines Tetramethylammoniumhydroxids (TMAH) oder KOH als Ätzmittel ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei beim Ausbilden der Druckkammer (120) und des Tintenzufuhrdurchtritts (110) die Unterseite des oberen Substrats auf eine bestimmte Tiefe trockengeätzt wird, wodurch gleichzeitig die Druckkammer und der Tintenzufuhrdurchtritt ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei beim Ausbilden der Druckkammer (120) und des Tintenzufuhrdurchtritts (110) ein Siliciumauf-Isolator(SOI)-Wafer mit einer Struktur, in der ein erstes Siliciumsubstrat (101), eine Zwischenoxidschicht (102) und ein zweites Siliciumsubstrat (103) sequentiell übereinander geschichtet sind, als das obere Substrat verwendet wird und das erste Siliciumsubstrat (101) unter Verwendung der Zwischenoxidschicht (102) als Ätzstopschicht geätzt wird, wodurch die Druckkammer und der Tintenzufuhrdurchtritt ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei nach Ausbilden der Druckkammer (120) und des Tintenzufuhrdurchtritts (110) die gesamte Oberfläche des oberen Substrats unter Verwendung eines Tetramethylammoniumhydroxids (TMAH) gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Tintenzufuhrdurchtritt (110), der an der Unterseite des oberen Substrats auf eine bestimmte Tiefe ausgebildet ist, nach Ausbilden des piezoelektrischen Aktuators perforiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei beim Ausbilden der Drossel (220) die Unterseite des oberen Substrats unter Verwendung von TMAH oder KOH als Ätzmittel trockengeätzt oder nassgeätzt wird, wodurch die Drossel ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei beim Ausbilden der Drossel (220) die Oberseite des Zwischensubstrats unter Verwendung von TMAH oder KOH als Ätzmittel trockengeätzt oder nassgeätzt wird, wodurch die Drossel ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei beim Ausbilden der Drossel (220) die Unterseite des oberen Substrats bzw. die Oberseite des Zwischensubstrats unter Verwendung von TMAH oder KOH als Ätzmittel jeweils trockengeätzt oder nassgeätzt werden, wodurch ein Teil der Drossel (220) an der Unterseite des oberen Substrats ausgebildet wird und der andere Teil der Drossel (220) an der Oberseite des Zwischensubstrats ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei beim Ausbilden der Drossel (220) die Oberseite des Zwischensubstrats durch Trockenätzen unter Verwendung von induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) auf eine bestimmte Tiefe geätzt wird, wodurch die Drossel mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Ausbilden der Drossel (220) und das Ausbilden des Tintenreservoirs (210) gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei das Ausbilden des Dämpfers (230) umfasst: Ausbilden einer Vertiefung (232) mit einer bestimmten Tiefe verbunden mit dem anderen Ende der Druckkammer, auf der Oberseite des Zwischensubstrats; und Perforieren der Vertiefung (232), wodurch der Dämpfer verbunden mit dem anderen Ende der Druckkammer ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Ausbilden der Vertiefung (232) durch Sandstrahlen durchgeführt wird und das Perforieren der Vertiefung (232) durch Trockenätzen unter Verwendung von ICP durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei vor dem Sandstrahlen ein trockener filmförmiger Photoresist unter Verwendung eines Laminierungsverfahrens als Schutzschicht aufgetragen wird, um einen anderen Teil des Zwischensubstrats auf dem Zwischensubstrat zu schützen.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Ausbilden der Vertiefung (232) und das Perforieren der Vertiefung durch Trockenätzen unter Verwendung von ICP durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Perforieren der Vertiefung (232) gleichzeitig mit dem Ausbilden des Tintenreservoirs durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 32, wobei beim Ausbilden des Tintenreservoirs (210) die Oberseite des Zwischensub strats auf eine bestimmte Tiefe trockengeätzt wird, wodurch das Tintenreservoir (210) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei beim Ausbilden des Tintenreservoirs (210) zum Unterteilen des Tintenreservoirs in einer vertikalen Richtung eine Barrierewand (215) im Tintenreservoir in einer Längsrichtung des Tintenreservoirs ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, wobei das Tintenreservoir (210) durch Trockenätzen unter Verwendung von ICP ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 35, wobei das Ausbilden der Düse (310) umfasst: Ätzen der Oberseite des unteren Substrats auf eine bestimmte Tiefe zum Ausbilden eines Tinteninduktionsteils (311) verbunden mit dem Dämpfer; und Ätzen der Unterseite des unteren Substrats zum Ausbilden einer Öffnung (312) verbunden mit dem Tinteninduktionsteil (311).
Verfahren nach Anspruch 36, wobei beim Ausbilden des Tinteninduktionsteils das untere Substrat unter Verwendung eines Siliciumsubstrats mit einer Kristallfläche in Richtung (100) als unteres Substrat anisotrop nassgeätzt wird, wodurch der Tinteninduktionsteil (311) mit einer viereckigen Pyramidenform ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 37, wobei beim Anhaften das Aufschichten der drei Substrate (100, 200, 300) unter Verwendung einer Maskenausrichteinrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 37, wobei beim Anhaften das Anhaften der drei Substrate (100, 200, 300) unter Verwendung eines Siliciumdirektbond(SDB)-Verfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei beim Anhaften zur Verbesserung einer Hafteigenschaft der drei Substrate die drei Substrate (100, 200, 300) in einem Zustand miteinander verbunden werden, in dem Siliciumoxidschichten mindestens auf einer Unterseite des oberen Substrats und einer Oberseite des unteren Substrats ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 40, ferner umfassend, vor dem Ausbilden des piezoelektrischen Aktuators (190), Ausbilden einer Siliciumoxidschicht (180) auf dem oberen Substrat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 41, wobei das Ausbilden des piezoelektrischen Aktuators umfasst: sequentielles Aufschichten einer Ti-Schicht (191) und einer Pt-Schicht (192) auf dem oberen Substrat, so dass eine untere Elektrode ausgebildet wird; Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht (193) auf der unteren Elektrode; und Ausbilden einer oberen Elektrode (194) auf der piezoelektrischen Schicht.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei beim Ausbilden der piezoelektrischen Schicht (193) ein piezoelektrisches Material in pastösem Zustand auf die untere Elektrode in einer Position aufgetragen wird, die der Druckkammer entspricht, und dann gesintert wird, wodurch die piezoelektrische Schicht ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei das Auftragen des piezoelektrischen Materials durch Siebdruck durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei während des Sinterns des piezoelektrischen Materials, eine Oxidschicht auf einer Innenwand des Tintendurchgangs ausgebildet wird, der auf den drei Substraten ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42 bis 45, wobei das Ausbilden des piezoelektrischen Aktuators umfasst: nach Ausbilden der oberen Elektrode Zerteilen der anhaftenden drei Substrate in Chipeinheiten; und Anlegen eines elektrischen Felds an die piezoelektrische Schicht des piezoelektrischen Akutators, so dass piezoelektrische Eigenschaften erzeugt werden.