JP3127002B2 - 大型および小型の構造体を製作するための低温、片面、複数ステップによるエッチング工程 - Google Patents
大型および小型の構造体を製作するための低温、片面、複数ステップによるエッチング工程Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にシリコンから
３次元構造体を製作するための低温、片面、複数ステッ
プによる配向依存性エッチング工程に関し、さらに詳し
くは、インク・ジェット印刷ヘッドの大量生産に本工程
を使用することに関する。
３次元構造体を製作するための低温、片面、複数ステッ
プによる配向依存性エッチング工程に関し、さらに詳し
くは、インク・ジェット印刷ヘッドの大量生産に本工程
を使用することに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体構造体を製作する場合、比較的浅
い凹部と関連する大きい凹部、すなわち穴を作ることが
しばしば望ましく、これは相互に接続する場合もある
し、または接続しなくい場合もある。例えば、インク・
ジェット印刷ヘッドは、シリコン・チャンネル板と加熱
板で作ることができる。各チャンネル板は、比較的大き
いインクのマニホールド／貯槽用凹部すなわち開口部と
１組の平行で浅く長いチャンネル凹部を有し、このチャ
ンネル凹部は一端が貯蔵に接続され、他端は開放されて
いる。加熱板と整合されボンディングされた場合、チャ
ンネル板内の凹部はインク貯槽とインク・チャンネルと
なり、これはホーキンス（Hawkins ）他に対する米国特
許第４，６０１，７７７号により詳細に説明され、この
開示は参考としてここに含まれる。
い凹部と関連する大きい凹部、すなわち穴を作ることが
しばしば望ましく、これは相互に接続する場合もある
し、または接続しなくい場合もある。例えば、インク・
ジェット印刷ヘッドは、シリコン・チャンネル板と加熱
板で作ることができる。各チャンネル板は、比較的大き
いインクのマニホールド／貯槽用凹部すなわち開口部と
１組の平行で浅く長いチャンネル凹部を有し、このチャ
ンネル凹部は一端が貯蔵に接続され、他端は開放されて
いる。加熱板と整合されボンディングされた場合、チャ
ンネル板内の凹部はインク貯槽とインク・チャンネルと
なり、これはホーキンス（Hawkins ）他に対する米国特
許第４，６０１，７７７号により詳細に説明され、この
開示は参考としてここに含まれる。
【０００３】この種の印刷ヘッドでは、比較的大きい、
すなわち深い貯槽と小さいすなわち浅いチャンネルを形
成することがしばしば望ましく、前者は厚さ１０ないし
３０ミルの＜１−０−０＞ウェーハをしばしば完全にエ
ッチングして形成し、後者は深さが１ないし５ミルであ
る。この種のチャンネル板を形成する１つの方法は、１
つのステップによる方法であり、この場合、貯槽および
チャンネルを１つのプラズマ窒化シリコン・マスク層内
にパターン化する。この方法の欠点は、これらのチャン
ネルが、これより大きい貯槽と同じ長さの時間エッチン
グされ、このエッチングによって穴が塞がれることであ
る。このことによって、寸法制御が低下するが、何故な
らば、このチャンネルがウェーハ結晶内の欠陥を取り込
む確率が増加するからである。また、エッチング時間が
長いと、もしこのパターンがウェーハの＜１−１−０＞
面と正確に整合しないなら、チャンネル幅が成長する、
すなわち、増加する可能性がある。この１つのステップ
による工程の他の重大な欠点は、このウェーハを＜１−
０−０＞軸を外してスライスする場合に生じるチャンネ
ル間の幅の変動に対する潜在的可能性である。もしこの
ウェーハの面に軸を外れた状態が存在するなら、長時間
のエッチングによって、一端が他端より広いチャンネル
すなわち中心線に対して非対称なチャンネルを形成する
可能性がある。
すなわち深い貯槽と小さいすなわち浅いチャンネルを形
成することがしばしば望ましく、前者は厚さ１０ないし
３０ミルの＜１−０−０＞ウェーハをしばしば完全にエ
ッチングして形成し、後者は深さが１ないし５ミルであ
る。この種のチャンネル板を形成する１つの方法は、１
つのステップによる方法であり、この場合、貯槽および
チャンネルを１つのプラズマ窒化シリコン・マスク層内
にパターン化する。この方法の欠点は、これらのチャン
ネルが、これより大きい貯槽と同じ長さの時間エッチン
グされ、このエッチングによって穴が塞がれることであ
る。このことによって、寸法制御が低下するが、何故な
らば、このチャンネルがウェーハ結晶内の欠陥を取り込
む確率が増加するからである。また、エッチング時間が
長いと、もしこのパターンがウェーハの＜１−１−０＞
面と正確に整合しないなら、チャンネル幅が成長する、
すなわち、増加する可能性がある。この１つのステップ
による工程の他の重大な欠点は、このウェーハを＜１−
０−０＞軸を外してスライスする場合に生じるチャンネ
ル間の幅の変動に対する潜在的可能性である。もしこの
ウェーハの面に軸を外れた状態が存在するなら、長時間
のエッチングによって、一端が他端より広いチャンネル
すなわち中心線に対して非対称なチャンネルを形成する
可能性がある。
【０００４】この１つのステップによる工程の欠点を克
服する１つの方法には、チャンネルと貯槽とを別々のエ
ッチング・ステップで形成し、次に続いて種々の方法、
すなわち等方性エッチングのような方法でこれらを結合
すること、この貯槽とチャンネルとの間のシリコン材料
を機械仕上げすること、または加熱板上の厚い膜層を使
用してパターン化しエッチングを行ってインク流のバイ
パスを形成することが含まれる。一般的に、この種の構
造体は、最初にエッチングによって複数の貯槽を＜１−
０−０＞シリコン・ウェーハ内に形成し、次に第２リソ
グラフィ・ステップでこれらのチャンネルをこの貯槽の
端部と正確に整合し、これに続いて複数の関連するチャ
ンネルの深さにエッチングするのに十分なエッチング用
マスクの描画および短時間の第２配向依存性エッチング
（ＯＤＥ）ステップを行う。この種の工程の利点は、チ
ャンネルの寸法を決めるための制御が強化されることで
あるが、その理由は、チャンネルを形成するマスクは下
が約十分の一削られ、これはチャンネルと貯槽を同時に
描画した場合の状況と同程度だからである。このような
２つのステップによる工程の問題は、ＯＤＥでエッチン
グしたウェーハに第２リソグラフィ・ステップを行うこ
とが困難であることであり、その理由は、大きな段差お
よび（または）エッチングされたスルー・ホールが第１
エッチング・ステップから生じるからである。結果とし
て生じるレジスト・マスクは不均一であり、これによっ
て、インク・ジェット・チャンネルのような微細構造体
に不均一を生じる。
服する１つの方法には、チャンネルと貯槽とを別々のエ
ッチング・ステップで形成し、次に続いて種々の方法、
すなわち等方性エッチングのような方法でこれらを結合
すること、この貯槽とチャンネルとの間のシリコン材料
を機械仕上げすること、または加熱板上の厚い膜層を使
用してパターン化しエッチングを行ってインク流のバイ
パスを形成することが含まれる。一般的に、この種の構
造体は、最初にエッチングによって複数の貯槽を＜１−
０−０＞シリコン・ウェーハ内に形成し、次に第２リソ
グラフィ・ステップでこれらのチャンネルをこの貯槽の
端部と正確に整合し、これに続いて複数の関連するチャ
ンネルの深さにエッチングするのに十分なエッチング用
マスクの描画および短時間の第２配向依存性エッチング
（ＯＤＥ）ステップを行う。この種の工程の利点は、チ
ャンネルの寸法を決めるための制御が強化されることで
あるが、その理由は、チャンネルを形成するマスクは下
が約十分の一削られ、これはチャンネルと貯槽を同時に
描画した場合の状況と同程度だからである。このような
２つのステップによる工程の問題は、ＯＤＥでエッチン
グしたウェーハに第２リソグラフィ・ステップを行うこ
とが困難であることであり、その理由は、大きな段差お
よび（または）エッチングされたスルー・ホールが第１
エッチング・ステップから生じるからである。結果とし
て生じるレジスト・マスクは不均一であり、これによっ
て、インク・ジェット・チャンネルのような微細構造体
に不均一を生じる。
【０００５】エッチングによってチャンネル・ウェーハ
内に貯槽とチャンネルを形成するための２つのステップ
による工程が他にもある。この工程は、ホーキンスに対
する米国特許第４，８６３，５６０号に開示され、この
開示はここに参考として含まれる。この工程では、この
ウェーハが比較的長時間のエッチング工程を受けるの
で、貯槽と全ての必要なスルーホールは、粗い窒化シリ
コン・マスクによって形成される。次に、この窒化物マ
スクを剥がして以前にパターン化した恒温酸化シリコン
用マスク層を露出し、このマスク層は後続の短時間のチ
ャンネル・エッチング・ステップで使用する。このチャ
ンネルは非常に短時間のエッチング持続ステップによっ
て形成されるので、この工程は、前述の１つのステップ
による工程と関連するチャンネル幅の変動の問題を防止
する。エッチング時間が短いことによって、マスクの整
合不良に起因する回転の問題すなわちテーパを生じる問
題が発生しにくいことが保証される。しかし、チャンネ
ル・エッチング用の酸化物マスク層は高温の熱的酸化工
程で形成され、これは通常は約１１００℃の温度で実行
され、これによって、ウェーハ内に高濃度の酸素凝結欠
陥を生じ、また結晶格子の破壊を生じる可能性がある。
この種の欠陥は特にチャンネルの寸法制御の低下を招
き、使用不能なチャンネル板を生じる可能性がある。ま
た、酸化物層は、幾つかの異方性エッチング中に重大な
浸食を受け、例えば、水酸化カリウムの浸食を受ける。
内に貯槽とチャンネルを形成するための２つのステップ
による工程が他にもある。この工程は、ホーキンスに対
する米国特許第４，８６３，５６０号に開示され、この
開示はここに参考として含まれる。この工程では、この
ウェーハが比較的長時間のエッチング工程を受けるの
で、貯槽と全ての必要なスルーホールは、粗い窒化シリ
コン・マスクによって形成される。次に、この窒化物マ
スクを剥がして以前にパターン化した恒温酸化シリコン
用マスク層を露出し、このマスク層は後続の短時間のチ
ャンネル・エッチング・ステップで使用する。このチャ
ンネルは非常に短時間のエッチング持続ステップによっ
て形成されるので、この工程は、前述の１つのステップ
による工程と関連するチャンネル幅の変動の問題を防止
する。エッチング時間が短いことによって、マスクの整
合不良に起因する回転の問題すなわちテーパを生じる問
題が発生しにくいことが保証される。しかし、チャンネ
ル・エッチング用の酸化物マスク層は高温の熱的酸化工
程で形成され、これは通常は約１１００℃の温度で実行
され、これによって、ウェーハ内に高濃度の酸素凝結欠
陥を生じ、また結晶格子の破壊を生じる可能性がある。
この種の欠陥は特にチャンネルの寸法制御の低下を招
き、使用不能なチャンネル板を生じる可能性がある。ま
た、酸化物層は、幾つかの異方性エッチング中に重大な
浸食を受け、例えば、水酸化カリウムの浸食を受ける。
【０００６】半導体素子を形成するエピタキシャル層の
ＯＤＥによる分離用のマスク材料として、低温酸化物を
使用することがビーン（Bean）等に対する米国特許第
４，０６３，２７１号に開示されているが、この種の材
料を使用してシリコン・ウェーハ内に大型および小型の
構造体を形成することが開示されていない。通常は高温
酸化物層と組み合わせて低温酸化物層を使用し、半導体
の素子を金属導体片から絶縁することをが米国特許第
４，５０７，８５３号に開示されている。しかし、この
特許はこのような技術によって大型で微細な構造体をシ
リコン・ウェーハ内に形成することは開示していない。
ＯＤＥによる分離用のマスク材料として、低温酸化物を
使用することがビーン（Bean）等に対する米国特許第
４，０６３，２７１号に開示されているが、この種の材
料を使用してシリコン・ウェーハ内に大型および小型の
構造体を形成することが開示されていない。通常は高温
酸化物層と組み合わせて低温酸化物層を使用し、半導体
の素子を金属導体片から絶縁することをが米国特許第
４，５０７，８５３号に開示されている。しかし、この
特許はこのような技術によって大型で微細な構造体をシ
リコン・ウェーハ内に形成することは開示していない。
【０００７】米国特許第４，２３８，６８３号は、窒化
シリコン層を堆積し、続いて低温酸化物層を堆積するこ
とによって製作するシリコン半導体のゲートを示す。こ
れらの酸化物層と窒化物層をエッチングして開口部を形
成する。次に、酸化物層を部分的に取り除いて窒化物層
を露出させ、続いてこれを取り除く。しかし、シリコン
・ウェーハ内に微細で大型の構造物を形成することは開
示されていない。
シリコン層を堆積し、続いて低温酸化物層を堆積するこ
とによって製作するシリコン半導体のゲートを示す。こ
れらの酸化物層と窒化物層をエッチングして開口部を形
成する。次に、酸化物層を部分的に取り除いて窒化物層
を露出させ、続いてこれを取り除く。しかし、シリコン
・ウェーハ内に微細で大型の構造物を形成することは開
示されていない。
【０００８】米国特許第４，８４９，３４４号は、低温
酸化物を堆積させ、エピタキシャル・アイランド間を浅
い溝すなわち堀を埋めることを開示している。これらの
溝は薄い、熱的に成長させた絶縁酸化物層と一列に並
ぶ。しかし、この特許は低温酸化物を使用して微細で大
型の構造物を形成することは開示していない。
酸化物を堆積させ、エピタキシャル・アイランド間を浅
い溝すなわち堀を埋めることを開示している。これらの
溝は薄い、熱的に成長させた絶縁酸化物層と一列に並
ぶ。しかし、この特許は低温酸化物を使用して微細で大
型の構造物を形成することは開示していない。
【０００９】
【課題を解決する手段】本発明の目的は、エッチング工
程によってシリコン・ウェーハの表面に微細構造体を形
成する工程を改良することである。本発明の他の目的
は、エッチングによってシリコン・ウェーハ上に大型の
構造体と微細な構造体の両方を作ることである。
程によってシリコン・ウェーハの表面に微細構造体を形
成する工程を改良することである。本発明の他の目的
は、エッチングによってシリコン・ウェーハ上に大型の
構造体と微細な構造体の両方を作ることである。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、インク・ジェ
ット・チャンネル板内に形成したチャンネルの均一性を
改良し、高温マスク形成で生じる潜在的欠陥を防止する
ことである。これらおよび他の目的は、片面、２ステッ
プの工程を使用することによって達成され、上述の欠点
は克服されるが、ここで、以前このウェーハ上に堆積し
た第１微細マスク層および第２保護マスク層の各層か
ら、微細構造体（単数または複数）と大型構造体（単数
または複数）を内蔵する第１パターンを取り除く。次に
粗いマスク層を堆積させ、第１パターンの境界内の第２
パターンをそこから取り除く。これらの第１、第２およ
び第３マスク層は、酸素凝結物をウェーハ内に形成する
温度範囲より低い温度で形成する。このウェーハは、第
２パターンによってエッチングを行い、大型構造体に対
する前駆体を形成する。この粗いマスク層、およびオプ
ションとしての保護マスク層を最終エッチングに先立っ
て剥離し、この間に微細構造体をウェーハ内に形成し、
大型構造体を完全にエッチングする。この保護マスク層
は、最終エッチング・ステップに先立って第３マスク層
を取り除く場合に第１マスク層が取り除かれるのを防止
する。
ット・チャンネル板内に形成したチャンネルの均一性を
改良し、高温マスク形成で生じる潜在的欠陥を防止する
ことである。これらおよび他の目的は、片面、２ステッ
プの工程を使用することによって達成され、上述の欠点
は克服されるが、ここで、以前このウェーハ上に堆積し
た第１微細マスク層および第２保護マスク層の各層か
ら、微細構造体（単数または複数）と大型構造体（単数
または複数）を内蔵する第１パターンを取り除く。次に
粗いマスク層を堆積させ、第１パターンの境界内の第２
パターンをそこから取り除く。これらの第１、第２およ
び第３マスク層は、酸素凝結物をウェーハ内に形成する
温度範囲より低い温度で形成する。このウェーハは、第
２パターンによってエッチングを行い、大型構造体に対
する前駆体を形成する。この粗いマスク層、およびオプ
ションとしての保護マスク層を最終エッチングに先立っ
て剥離し、この間に微細構造体をウェーハ内に形成し、
大型構造体を完全にエッチングする。この保護マスク層
は、最終エッチング・ステップに先立って第３マスク層
を取り除く場合に第１マスク層が取り除かれるのを防止
する。
【００１１】
【実施例】本発明を以下の図面を参照して詳細に説明す
るが、ここで同一の部品は同一の参照番号を示す。図１
は、本発明の教示を使用するインク・ジェット・プリン
タ用チャンネル板を製作する工程のステップを理想的な
状態で表す。図１は、例えば、シリコンで作った平坦な
ウェーハの部分１０を示す。以下でより詳細に説明する
ように、このシリコン・ウェーハには、第１および第２
マスク層が形成され、これらの層は周知の工程で処理さ
れて描画を行うと共に、そこから幾つかの部分を除去し
て第１マスク・パターン１２を形成し、この第１パター
ン１２は貯槽部１４と複数のチャンネル１６を有する。
これらの部分１４と１６は、最終的に希望する形で構造
体のマスク・パターンすなわちエッチング・パターンを
ウェーハ内に形成することができる。このパターンは、
ここで以下に説明する目的のため、貯槽とチャンネルと
の間のアイランド２８による分離帯を有することが好ま
しい。この第１パターンは、第２パターンを有する第３
マスク層によって覆われるので、仮想図で示される。こ
の第２パターンは、以下に説明するように第３マスク層
内に形成される。第２パターン１８は、第１マスク・パ
ターン１２の境界内に含まれる。第２マスク・パターン
１８を形成した後、このウェーハはＯＤＥのようなエッ
チング工程で処理され前駆構造体２０を形成する。図１
は、このウェーハを比較的長時間のエッチング工程で処
理した後に形成されたこの種の前駆構造体を示す。この
前駆構造体は、このウェーハ内に形成されるまたはこの
ウェーハを介して形成される大型の構造体、すなわち比
較的深い構造体と一致する。図示の実施例では、この構
造体の大部分は、貯槽部１４であり、これはこのウェー
ハを介して十分延び、このウェーハ内にスルーホール２
２を形成することが有利である。
るが、ここで同一の部品は同一の参照番号を示す。図１
は、本発明の教示を使用するインク・ジェット・プリン
タ用チャンネル板を製作する工程のステップを理想的な
状態で表す。図１は、例えば、シリコンで作った平坦な
ウェーハの部分１０を示す。以下でより詳細に説明する
ように、このシリコン・ウェーハには、第１および第２
マスク層が形成され、これらの層は周知の工程で処理さ
れて描画を行うと共に、そこから幾つかの部分を除去し
て第１マスク・パターン１２を形成し、この第１パター
ン１２は貯槽部１４と複数のチャンネル１６を有する。
これらの部分１４と１６は、最終的に希望する形で構造
体のマスク・パターンすなわちエッチング・パターンを
ウェーハ内に形成することができる。このパターンは、
ここで以下に説明する目的のため、貯槽とチャンネルと
の間のアイランド２８による分離帯を有することが好ま
しい。この第１パターンは、第２パターンを有する第３
マスク層によって覆われるので、仮想図で示される。こ
の第２パターンは、以下に説明するように第３マスク層
内に形成される。第２パターン１８は、第１マスク・パ
ターン１２の境界内に含まれる。第２マスク・パターン
１８を形成した後、このウェーハはＯＤＥのようなエッ
チング工程で処理され前駆構造体２０を形成する。図１
は、このウェーハを比較的長時間のエッチング工程で処
理した後に形成されたこの種の前駆構造体を示す。この
前駆構造体は、このウェーハ内に形成されるまたはこの
ウェーハを介して形成される大型の構造体、すなわち比
較的深い構造体と一致する。図示の実施例では、この構
造体の大部分は、貯槽部１４であり、これはこのウェー
ハを介して十分延び、このウェーハ内にスルーホール２
２を形成することが有利である。
【００１２】図２は、第２ＯＤＥ工程の結果形成された
貯槽部１４のような大型構造体とチャンネル１６のよう
な微細構造体を示し、これによって第１パターン１２内
の構造体の形成が完了する。図１および図２は、ウェー
ハ部１０内の構造体の形成過程の状態および完了した状
態を理想的に示す。市販の製作のための構成では、この
貯槽は、ウェーハ部１０を横切る方向に伸び、多くのチ
ャンネル１６を含む。さらに、位置決め穴のような補助
構造体をまたこのウェーハ部１０に形成する。米国特許
番号第４，６０１，７７７号を参照のこと。２ステップ
のエッチング工程を使用した場合、第２エッチング・ス
テップの結果として、この貯槽内に段差すなわち隆起部
２１が形成されるのが普通である。
貯槽部１４のような大型構造体とチャンネル１６のよう
な微細構造体を示し、これによって第１パターン１２内
の構造体の形成が完了する。図１および図２は、ウェー
ハ部１０内の構造体の形成過程の状態および完了した状
態を理想的に示す。市販の製作のための構成では、この
貯槽は、ウェーハ部１０を横切る方向に伸び、多くのチ
ャンネル１６を含む。さらに、位置決め穴のような補助
構造体をまたこのウェーハ部１０に形成する。米国特許
番号第４，６０１，７７７号を参照のこと。２ステップ
のエッチング工程を使用した場合、第２エッチング・ス
テップの結果として、この貯槽内に段差すなわち隆起部
２１が形成されるのが普通である。
【００１３】図３を参照して、チャンネル板を第１マス
ク層３０を設けた実質的に平坦なウェーハ部１０から形
成する。のマスク層３０用の好適な材料は、加熱堆積し
た窒化シリコンである。この種の層を形成する方法は当
業者に周知であり、さらにこれを説明する必要はない。
米国特許番号第４，６０１，７７７号に開示された例え
ば化学気相成長（ＣＶＤ）のような窒化シリコン層を堆
積するための他の低温法を使用することもできる。加熱
堆積およびＣＶＤは、約８００℃の温度で実施する。こ
の温度は、かなりの量の酸素がこのウェーハ内に溶解し
て冷却時に再分布と集塊を生じる１０００℃ないし１１
００℃の範囲よりも低い。したがって、このステップで
は、このウェーハで酸素凝結物の濃度を高める可能性が
低い。
ク層３０を設けた実質的に平坦なウェーハ部１０から形
成する。のマスク層３０用の好適な材料は、加熱堆積し
た窒化シリコンである。この種の層を形成する方法は当
業者に周知であり、さらにこれを説明する必要はない。
米国特許番号第４，６０１，７７７号に開示された例え
ば化学気相成長（ＣＶＤ）のような窒化シリコン層を堆
積するための他の低温法を使用することもできる。加熱
堆積およびＣＶＤは、約８００℃の温度で実施する。こ
の温度は、かなりの量の酸素がこのウェーハ内に溶解し
て冷却時に再分布と集塊を生じる１０００℃ないし１１
００℃の範囲よりも低い。したがって、このステップで
は、このウェーハで酸素凝結物の濃度を高める可能性が
低い。
【００１４】マスク材料３２の第２層すなわち保護層を
窒化シリコン層をマスクする層３０上に形成する。層３
２用の好適な材料は、化学気相成長技術によって堆積さ
せた低温酸化シリコンである。この種の材料は、技術上
周知であり、ＬＯＴＯＸという名前で一般に市販されて
いる。層３２は、低温酸化物の堆積またはプラズマによ
って強化した化学気相成長のいずれかによって形成され
る。これらの工程は約４００ないし５００℃の温度範囲
で実行され、したがって、この温度範囲はウェーハ内で
いずれかのかなりの酸素の再分布が行われる温度よりも
低い。マスク層３２によって、以下で説明するように、
保護層が第１マスク層３０上に形成されれる。
窒化シリコン層をマスクする層３０上に形成する。層３
２用の好適な材料は、化学気相成長技術によって堆積さ
せた低温酸化シリコンである。この種の材料は、技術上
周知であり、ＬＯＴＯＸという名前で一般に市販されて
いる。層３２は、低温酸化物の堆積またはプラズマによ
って強化した化学気相成長のいずれかによって形成され
る。これらの工程は約４００ないし５００℃の温度範囲
で実行され、したがって、この温度範囲はウェーハ内で
いずれかのかなりの酸素の再分布が行われる温度よりも
低い。マスク層３２によって、以下で説明するように、
保護層が第１マスク層３０上に形成されれる。
【００１５】第１層と第２層の堆積は両面の工程であ
り、その結果窒化シリコン層３０′と低温酸化物層３
２′をウェーハの底部に形成する。これらの層は、対応
するマスク層がウェーハの上面から取り除かれるので、
除去される。層３２を設けた後、光造影層（photo-imag
able）（図示せず）を層３２上に設け、フォトリソグラ
フィのような周知の技術によってパターン化してマスク
を作り、このマスクは貯槽１４とチャンネル１６の完成
した形態（図１）を形成するパターンを有する。第２マ
スク層３２を、緩衝剤で処理した酸化物エッチング剤の
ような適当な湿式エッチング剤によってエッチングす
る。この第２マスク層をエッチングした後、第１マスク
層３２を、例えばプラズマ・エッチングによってエッチ
ングする。または、この第２マスク層と第１マスク層
は、適当な混合気体を使用して連続してプラズマ・エッ
チングを行い、エッチング層を取り除く。図４に示すよ
うに、両方のエッチング・ステップが完了した後、貯槽
１４およびチャンネル１６用の完全なパターン開口部１
２がマスク層３０と３２内に存在する。このマスク層３
０と３２のエッチングが完了した後、光造影材料を取り
除く。
り、その結果窒化シリコン層３０′と低温酸化物層３
２′をウェーハの底部に形成する。これらの層は、対応
するマスク層がウェーハの上面から取り除かれるので、
除去される。層３２を設けた後、光造影層（photo-imag
able）（図示せず）を層３２上に設け、フォトリソグラ
フィのような周知の技術によってパターン化してマスク
を作り、このマスクは貯槽１４とチャンネル１６の完成
した形態（図１）を形成するパターンを有する。第２マ
スク層３２を、緩衝剤で処理した酸化物エッチング剤の
ような適当な湿式エッチング剤によってエッチングす
る。この第２マスク層をエッチングした後、第１マスク
層３２を、例えばプラズマ・エッチングによってエッチ
ングする。または、この第２マスク層と第１マスク層
は、適当な混合気体を使用して連続してプラズマ・エッ
チングを行い、エッチング層を取り除く。図４に示すよ
うに、両方のエッチング・ステップが完了した後、貯槽
１４およびチャンネル１６用の完全なパターン開口部１
２がマスク層３０と３２内に存在する。このマスク層３
０と３２のエッチングが完了した後、光造影材料を取り
除く。
【００１６】図５を参照して、チャンネル板の製作の次
のステップでは、第３マスク層３８、好ましくはプラズ
マ堆積による窒化シリコンを、第１と第２マスク層の残
りの部分を上および開口部１２によって形成したウェー
ハの露出面の上に形成する。層３８′をウェーハの底部
にまた形成する。第２造影層（図示せず）をこの第３マ
スク層上に設け、再びフォトリソグラフのような周知の
技術でパターン化して第２パターン１８を形成し、この
第２パターンを貯槽１４の領域内に位置させる。図６を
参照して、この第２パターンによって開口部１８がマス
ク内に設けられ、この開口部１８は貯槽１４の横方向の
仕上り寸法より小さい。第３マスク層をプラズマ・エッ
チング工程で処理した場合、開口部すなわちバイア１８
を有する第２マスク・パターンがこのマスク層３８内に
形成される。
のステップでは、第３マスク層３８、好ましくはプラズ
マ堆積による窒化シリコンを、第１と第２マスク層の残
りの部分を上および開口部１２によって形成したウェー
ハの露出面の上に形成する。層３８′をウェーハの底部
にまた形成する。第２造影層（図示せず）をこの第３マ
スク層上に設け、再びフォトリソグラフのような周知の
技術でパターン化して第２パターン１８を形成し、この
第２パターンを貯槽１４の領域内に位置させる。図６を
参照して、この第２パターンによって開口部１８がマス
ク内に設けられ、この開口部１８は貯槽１４の横方向の
仕上り寸法より小さい。第３マスク層をプラズマ・エッ
チング工程で処理した場合、開口部すなわちバイア１８
を有する第２マスク・パターンがこのマスク層３８内に
形成される。
【００１７】多結晶シリコンのようなオプションの耐ス
クラッチ層をこのＬＯＴＯＸ層上および第３マスク層上
に設け、後続の工程中にマスクまたはウェーハ内のスク
ラッチを防止することができる。スクラッチがあると、
制御不能な方法でエッチング剤による浸蝕が発生する可
能性がある。光造影層を第２と第３マスク層に設ける前
に、多結晶シリコン層が設けられ、湿式エッチングまた
はプラズマ・エッチングによってこれをパターン化する
ことができ、これに続いて第２層と第３層がパターン化
される。多結晶シリコンは、ＫＯＨ、イソプロピルアル
コール、および水溶液のようなＯＤＥエッチング剤を使
用することによって除去することができる。この種の耐
スクラッチ層を第２マスク層に設けた場合、これは第３
マスク層を設ける前に除去する。
クラッチ層をこのＬＯＴＯＸ層上および第３マスク層上
に設け、後続の工程中にマスクまたはウェーハ内のスク
ラッチを防止することができる。スクラッチがあると、
制御不能な方法でエッチング剤による浸蝕が発生する可
能性がある。光造影層を第２と第３マスク層に設ける前
に、多結晶シリコン層が設けられ、湿式エッチングまた
はプラズマ・エッチングによってこれをパターン化する
ことができ、これに続いて第２層と第３層がパターン化
される。多結晶シリコンは、ＫＯＨ、イソプロピルアル
コール、および水溶液のようなＯＤＥエッチング剤を使
用することによって除去することができる。この種の耐
スクラッチ層を第２マスク層に設けた場合、これは第３
マスク層を設ける前に除去する。
【００１８】開口部１８を形成した後、チャンネル板は
第１異方性エッチング・ステップによって処理され、ウ
ェーハの面内に貯槽前駆構造体、すなわち空洞２０を形
成する。この種のエッチング工程は、技術上周知であ
り、米国特許第４，６０１，７７７号に開示されてい
る。したがって、この種の工程をさらに説明する必要は
ない。第１ウェーハ・エッチング・ステップは、完成し
た貯槽１４の重要な部分を形成するため、例えば４時間
の比較的長時間のエッチングである。
第１異方性エッチング・ステップによって処理され、ウ
ェーハの面内に貯槽前駆構造体、すなわち空洞２０を形
成する。この種のエッチング工程は、技術上周知であ
り、米国特許第４，６０１，７７７号に開示されてい
る。したがって、この種の工程をさらに説明する必要は
ない。第１ウェーハ・エッチング・ステップは、完成し
た貯槽１４の重要な部分を形成するため、例えば４時間
の比較的長時間のエッチングである。
【００１９】図７を参照して、第１ウェーハ・エッチン
グ・ステップが終了した後、第３マスク層３８をプラズ
マ・エッチングまたは湿式エッチングのような適当な方
法でリン酸中で除去する。第３マスク層３８を除去する
場合、第１と第２マスク層３０、３２がウェーハ上に残
る。低温酸化物３２によって、第１マスク層が除去され
るのを防止し、この低温酸化物３２は、基本的に、第３
マスク層３８とまた窒化シリコンを除去する期間窒化シ
リコンの第１マスク層３０を保護してきた。
グ・ステップが終了した後、第３マスク層３８をプラズ
マ・エッチングまたは湿式エッチングのような適当な方
法でリン酸中で除去する。第３マスク層３８を除去する
場合、第１と第２マスク層３０、３２がウェーハ上に残
る。低温酸化物３２によって、第１マスク層が除去され
るのを防止し、この低温酸化物３２は、基本的に、第３
マスク層３８とまた窒化シリコンを除去する期間窒化シ
リコンの第１マスク層３０を保護してきた。
【００２０】この工程の段階で、第２マスク層３２を除
去することも、またこれを所定の場所に残すこともでき
る。次に、このウェーハを第２異方性エッチングによっ
て処理するが、これは残されたマスク層３０、３２（ま
たは３０単独で）を介する工程であり、これらの層は、
思い起こせるように、貯槽部１４とチャンネル１６の完
成したパターン内に存在する。第２エッチング工程の終
了時、この貯槽１４とチャンネル１６は完全に形成さ
れ、ランド２８によってこのチャンネルは貯槽から分離
される。この第２エッチング剤にさらすステップは、チ
ャンネル１６を形成するのに十分であれば、比較的短時
間のステップにすることができる。したがって、このチ
ャンネル１６は、前述したように、チャンネルの均一性
に悪影響を及ぼす比較的長時間のエッチング工程によっ
て処理されることがない。または、この第２エッチング
・ステップは等方性エッチングでもよい。
去することも、またこれを所定の場所に残すこともでき
る。次に、このウェーハを第２異方性エッチングによっ
て処理するが、これは残されたマスク層３０、３２（ま
たは３０単独で）を介する工程であり、これらの層は、
思い起こせるように、貯槽部１４とチャンネル１６の完
成したパターン内に存在する。第２エッチング工程の終
了時、この貯槽１４とチャンネル１６は完全に形成さ
れ、ランド２８によってこのチャンネルは貯槽から分離
される。この第２エッチング剤にさらすステップは、チ
ャンネル１６を形成するのに十分であれば、比較的短時
間のステップにすることができる。したがって、このチ
ャンネル１６は、前述したように、チャンネルの均一性
に悪影響を及ぼす比較的長時間のエッチング工程によっ
て処理されることがない。または、この第２エッチング
・ステップは等方性エッチングでもよい。
【００２１】最終エッチング・ステップが終了した後、
このマクス層３０とマスク層３２（もし前に除去されて
いなければ）を除去する。ウェーハ部１０は、ここで完
全に形成された貯槽１４を有し、この貯槽１４は貫通開
口部２２とチャンネル１６を有する。隆起部すなわちラ
ンド２８が、貯槽１４とチャンネル１６との間のウェー
ハ内に形成されている。このアイランドをチャンネル板
上の所定の位置に保持し、以下で説明するように、関連
する加熱板内に形成したバイパスによって貯槽からチャ
ンネルへのインクの経路を設けるこことが好ましい。配
向異存性エッチング工程によって外角の形成が不十分で
あり、その結果チャンネルの長さに変動が生じるで、ア
イランド２８を形成することが望ましい。もし希望があ
れば、溝（図示せず）を隆起部を介して機械加工し、チ
ャンネル１６と貯槽部１４との間を連絡する。この種の
溝を形成するのに適した機械加工技術は周知である。ま
たは、マスク・パターン１２によって、第２ウェーハ・
エッチング・ステップでチャンネルと貯槽との間に連絡
を設けることができる。前述の説明は１つのチャンネル
・ダイに関するものであるが、１つのシリコン・ウェー
ハから複数のチャンネル・ダイを同時にこの工程で形成
できることも理解するべきである。
このマクス層３０とマスク層３２（もし前に除去されて
いなければ）を除去する。ウェーハ部１０は、ここで完
全に形成された貯槽１４を有し、この貯槽１４は貫通開
口部２２とチャンネル１６を有する。隆起部すなわちラ
ンド２８が、貯槽１４とチャンネル１６との間のウェー
ハ内に形成されている。このアイランドをチャンネル板
上の所定の位置に保持し、以下で説明するように、関連
する加熱板内に形成したバイパスによって貯槽からチャ
ンネルへのインクの経路を設けるこことが好ましい。配
向異存性エッチング工程によって外角の形成が不十分で
あり、その結果チャンネルの長さに変動が生じるで、ア
イランド２８を形成することが望ましい。もし希望があ
れば、溝（図示せず）を隆起部を介して機械加工し、チ
ャンネル１６と貯槽部１４との間を連絡する。この種の
溝を形成するのに適した機械加工技術は周知である。ま
たは、マスク・パターン１２によって、第２ウェーハ・
エッチング・ステップでチャンネルと貯槽との間に連絡
を設けることができる。前述の説明は１つのチャンネル
・ダイに関するものであるが、１つのシリコン・ウェー
ハから複数のチャンネル・ダイを同時にこの工程で形成
できることも理解するべきである。
【００２２】図９は、このウェーハ部分１０を使用して
サーマル・インク・ジェット印刷ヘッドを形成した場合
の断面図を示す。チャンネル凹部１６をエッチングし、
貯槽１４は最終形状に拡大されている。加熱板３４は、
米国特許第４，６０１，７７７号に開示するように周知
の技術によって、チャンネル板ウェーハ１０上に整合さ
れてボンディングされる。加熱板３４は、ポリイミド層
３５を有する。加熱素子部品３６をこのポリイミド層内
に形成したバブル・チャンバ３７内に配設する。加熱素
子３６は各々のチャンネル１６と関連し、各加熱素子ヒ
ータは米国特許第４，６０１，７７７号に開示するよう
な電極構成によって独立してアドレス可能である。さら
に、加熱板３４のポリイミド層３５はインク用のバイパ
ス３８を有し、これによって貯槽からアイランド２８上
のチャンネルにインクを流す。各チャンネル１６のの端
部にノズルを形成するため、結合されたチャンネル板１
０と加熱板３４を、樹脂性のカッテイング刃を使用する
ダイシングによって線４２に沿って切断することが望ま
しい。この方法でサブユニットが作られ、このサブユニ
ットは完全に形成された貯槽１４と複数の整合されたチ
ャンネル１６を有し、各チャンネルは一端にノズルを有
し、他端でインク貯槽１４と連通している。このサブユ
ニットは、貯槽１４にインクを供給する手段に登録する
ためのスルーホール２２を有する。
サーマル・インク・ジェット印刷ヘッドを形成した場合
の断面図を示す。チャンネル凹部１６をエッチングし、
貯槽１４は最終形状に拡大されている。加熱板３４は、
米国特許第４，６０１，７７７号に開示するように周知
の技術によって、チャンネル板ウェーハ１０上に整合さ
れてボンディングされる。加熱板３４は、ポリイミド層
３５を有する。加熱素子部品３６をこのポリイミド層内
に形成したバブル・チャンバ３７内に配設する。加熱素
子３６は各々のチャンネル１６と関連し、各加熱素子ヒ
ータは米国特許第４，６０１，７７７号に開示するよう
な電極構成によって独立してアドレス可能である。さら
に、加熱板３４のポリイミド層３５はインク用のバイパ
ス３８を有し、これによって貯槽からアイランド２８上
のチャンネルにインクを流す。各チャンネル１６のの端
部にノズルを形成するため、結合されたチャンネル板１
０と加熱板３４を、樹脂性のカッテイング刃を使用する
ダイシングによって線４２に沿って切断することが望ま
しい。この方法でサブユニットが作られ、このサブユニ
ットは完全に形成された貯槽１４と複数の整合されたチ
ャンネル１６を有し、各チャンネルは一端にノズルを有
し、他端でインク貯槽１４と連通している。このサブユ
ニットは、貯槽１４にインクを供給する手段に登録する
ためのスルーホール２２を有する。
【００２３】要約すれば、本発明は、片面の複数ステッ
プによるＯＤＥ工程の技術を使用した３次元シリコン構
造体のバッチによる製作に関する。これらのマスクは、
片面に形成され、粗いマスクを最後に、許容誤差が最も
厳しいマスク、すなわち最も微細なマスクを最初に形成
する。粗いエッチングを最初に実行し、微細なエッチン
グを最後に実行する。保護マスク層を使用し、後続の粗
いマスクを除去する場合に最初に設けたマスクが一緒に
除去されないように保護する。粗い異方性エッチングが
終了した後、この粗いマスクを取り除き、第２異方性エ
ッチングを行うのが好ましい。最初に高速だが制御の困
難なエッチングを行い次に低速のより制御が容易なエッ
チングを行うことによって、深い凹部すなわち大きいス
ルーホールと浅くて許容誤差が厳しい凹部の両方を有す
る構造体を製作することができる。これらのマスクはウ
ェーハ内に実質的に酸素が再分布する温度範囲より低温
で形成されるので、酸素凝結物が形成される結果として
欠陥が作られる可能性を実質的に除去する。２つの連続
したマスク・エッチング工程に２層の窒化シリコン層を
使用することによって、ＫＯＨエッチング工程で二酸化
シリコン・マスク層を使用することに関するマスク層の
浸食の問題を防止する。
プによるＯＤＥ工程の技術を使用した３次元シリコン構
造体のバッチによる製作に関する。これらのマスクは、
片面に形成され、粗いマスクを最後に、許容誤差が最も
厳しいマスク、すなわち最も微細なマスクを最初に形成
する。粗いエッチングを最初に実行し、微細なエッチン
グを最後に実行する。保護マスク層を使用し、後続の粗
いマスクを除去する場合に最初に設けたマスクが一緒に
除去されないように保護する。粗い異方性エッチングが
終了した後、この粗いマスクを取り除き、第２異方性エ
ッチングを行うのが好ましい。最初に高速だが制御の困
難なエッチングを行い次に低速のより制御が容易なエッ
チングを行うことによって、深い凹部すなわち大きいス
ルーホールと浅くて許容誤差が厳しい凹部の両方を有す
る構造体を製作することができる。これらのマスクはウ
ェーハ内に実質的に酸素が再分布する温度範囲より低温
で形成されるので、酸素凝結物が形成される結果として
欠陥が作られる可能性を実質的に除去する。２つの連続
したマスク・エッチング工程に２層の窒化シリコン層を
使用することによって、ＫＯＨエッチング工程で二酸化
シリコン・マスク層を使用することに関するマスク層の
浸食の問題を防止する。
【００２４】上述の説明は、サーマル・インク・ジェッ
ト・プリンタのチャンネル板としての好適な実施例を示
すが、他の変形および他の３次元シリコン構造体も可能
である。この種の変化および他の構造体は、全て添付の
特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に包含
されることを意図するものである。
ト・プリンタのチャンネル板としての好適な実施例を示
すが、他の変形および他の３次元シリコン構造体も可能
である。この種の変化および他の構造体は、全て添付の
特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に包含
されることを意図するものである。
【図１】第１エッチング・ステップによって処理される
チャンネル板の部分平面図である。
チャンネル板の部分平面図である。
【図２】第２エッチング・ステップによって処理される
チャンネル板の部分平面図である。
チャンネル板の部分平面図である。
【図３】チャンネル板内に形成され、第１と第２マスク
層を設けたウェーハの部分断面図である。
層を設けたウェーハの部分断面図である。
【図４】第１と第２マスク層を部分的に取り除き、微細
構造体と大型構造体を有する第１パターンを形成する場
合を示す工程の後続ステップの部分断面図である。
構造体と大型構造体を有する第１パターンを形成する場
合を示す工程の後続ステップの部分断面図である。
【図５】図４の製作過程で第３マスク層を設ける工程の
他のステップの部分断面図である。
他のステップの部分断面図である。
【図６】第３マスク層内に第２パターンを形成し、大型
構造体の前駆構造体を形成する工程の他のステップの部
分断面図である。
構造体の前駆構造体を形成する工程の他のステップの部
分断面図である。
【図７】第３マスク層を取り除き、ウェーハを第２エッ
チング・ステップで処理した後のウェーハの部分断面図
である。
チング・ステップで処理した後のウェーハの部分断面図
である。
【図８】マスク層を全て取り除いた後のウェーハの部分
断面図である。
断面図である。
【図９】本発明によって作られたチャンネル板を使用す
るインク・ジェット印刷ヘッドのサブユニット・アセン
ブリの側部断面図である。
るインク・ジェット印刷ヘッドのサブユニット・アセン
ブリの側部断面図である。
１０ 平坦なウェーハの部分 １２ 第１マスク・パターン １４ 貯槽 １６ 複数のチャンネル ２０ 準備構造体 ２２ スルーホール ２８ アイランド ３０、３２、３８ マスク層 ３４ 加熱板
Claims (2)
- 【請求項１】 エッチングにより形成された微細構造体
及び大型構造体をその内部に備えたシリコン部材を製作
する方法であって、 第１層のマスク材料をシリコン部材の表面に設けるステ
ップと、 第１層のマスク材料と異なる第２層の保護マスク材料を
第１層上に設けるステップと、上記シリコン部材上に所望の完成した微細構造体及び大
型構造体を形成するために 、上記の第２層上に微細構造
体及び大型構造体を含む第１パターンを形成するステッ
プと、 上記第１パターン内の上記シリコン部材の表面の一部を
露出させるために上記第１パターン内の第１層及び第２
層の一部を除去する第１層及び第２層一部除去ステップ
と、 第３層のマスク材料を第１層及び第２層上及び上記第１
層及び第２層一部除去ステップで露出されたシリコン部
材表面の一部上に設けるステップと、 上記第１パターンの境界内に第２パターンを形成するた
めに上記第３層のマスク材料上に第２パターンを形成す
るステップと、 上記シリコン部材表面の一部を露出させるために上記第
２パターン内の第３層のマスク材料を除去するステップ
と、 シリコン部材表面上に前駆構造体を形成するために上記
第２パターンを介してシリコン部材の表面を部材表面用
のエッチング剤に対して露出するステップと、 上記第３層のマスク材料を除去するステップと、 第１パターンを介して微細構造体及び大型構造体を形成
するために上記の前駆構造体を有するシリコン部材の表
面を部材表面用のエッチング剤に対して露出するステッ
プと、 を有することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 複数のチャンネルと貯槽部を備えたイン
ク・ジェット・プリンタ用のチャンネル板をシリコンウ
エハから製作する方法であって、 第１層のマスク材料をウエハの表面に設けるステップ
と、 第１層のマスク材料と異なる第２層の保護マスク材料を
第１マスク層上に設けるステップと、 上記第２層上に貯槽部と複数のチャンネルを含む第１パ
ターンを形成するステップと、 上記第１パターン内の上記ウエハの表面を露出させるた
めに上記第１層及び第２層の一部をウエハ表面から除去
する第１層及び第２層一部除去ステップと、 上記第２層と異なる第３層のマスク材料を第１層及び第
２層上及び上記第１層及び第２層一部除去ステップで露
出されたウエハ表面の一部上に設けるステップと、 上記第３層上に上記第１パターン内の貯槽部の端部から
離間して面方向に延びる第２パターンを形成するステッ
プと、第２パターン内の ウエハの上記表面を露出させるために
上記第３層の一部を除去するステップと、 ウエハ内に上記貯槽部の一部を形成するために第２パタ
ーンを介してウエハをエッチング剤に対して露出するス
テップと、 貯槽部とチャンネルを形成する上記第１パターン内の上
記表面の一部を露出させるために上記第３層のマスク材
料を除去するステップと、 上記第１パターン内に上記チャンネル及び上記貯槽部の
一部を形成するために上記第１パターンを介してウエハ
をエッチング剤に対して露出するステップと、 を有することを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| US07/534,467 US5131978A (en) | 1990-06-07 | 1990-06-07 | Low temperature, single side, multiple step etching process for fabrication of small and large structures |
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|---|---|
| JPH071737A JPH071737A (ja) | 1995-01-06 |
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Family
ID=24130168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03127290A Expired - Lifetime JP3127002B2 (ja) | 1990-06-07 | 1991-05-30 | 大型および小型の構造体を製作するための低温、片面、複数ステップによるエッチング工程 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5131978A (ja) |
| JP (1) | JP3127002B2 (ja) |
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| US5295395A (en) * | 1991-02-07 | 1994-03-22 | Hocker G Benjamin | Diaphragm-based-sensors |
| US5308442A (en) * | 1993-01-25 | 1994-05-03 | Hewlett-Packard Company | Anisotropically etched ink fill slots in silicon |
| US5550088A (en) * | 1993-06-02 | 1996-08-27 | Lucent Technologies Inc. | Fabrication process for a self-aligned optical subassembly |
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| US5798042A (en) * | 1994-03-07 | 1998-08-25 | Regents Of The University Of California | Microfabricated filter with specially constructed channel walls, and containment well and capsule constructed with such filters |
| US5651900A (en) * | 1994-03-07 | 1997-07-29 | The Regents Of The University Of California | Microfabricated particle filter |
| US5632908A (en) * | 1995-02-01 | 1997-05-27 | Lucent Technologies Inc. | Method for making aligned features |
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| US4601777A (en) * | 1985-04-03 | 1986-07-22 | Xerox Corporation | Thermal ink jet printhead and process therefor |
| US4789425A (en) * | 1987-08-06 | 1988-12-06 | Xerox Corporation | Thermal ink jet printhead fabricating process |
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-
1990
- 1990-06-07 US US07/534,467 patent/US5131978A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-30 JP JP03127290A patent/JP3127002B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
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