TWI414434B - 製造具噴嘴板之噴墨列印頭的方法 - Google Patents

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Description

製造具噴嘴板之噴墨列印頭的方法
本發明係有關於使用微電子機械系統(MEMS)技術來製造噴墨列印頭的領域。
許多不同種類的列印已被發明出來，其中的大多數現在仍在使用中。列印的已知形式使用各種方法來用相關的標記媒介來標記列印媒介。一般使用的列印形式包括偏位列印，雷射列印及影印裝置，點矩陣式撞擊印表機，熱紙印表機，薄膜記錄器，熱蠟印表機，顏料次昇華印表機及噴墨印表機兩者都是隨選液滴(drop on demand)及連續流式印表機。當考量結構與操作的成本，速度，品質，可靠性，簡單性時，每一種印表機都有其優點及缺點。
最近幾年，噴墨列印領域(每一獨立的墨水畫素都是從一或多個墨水噴嘴得到的)已變得愈來愈流行，只要是因為它便宜及揮發的本質。
在噴墨列印上的許多不同技術已被發明出來。對於此領域的檢視，可參考由J Moore在Output Hard Copy Device,Editors R Dubeck and S Sherr,pages 207－220(1988)所發表的一篇文章“Non－Impact Printing：Introduction and Historical Perspective”。
噴墨印表機本身即有許多不同的種類。在噴墨列印中使用連續的墨水流的技術可回溯至1929年之授予Hansell 的美國專利第1,941,001號，且揭露了連續流靜電噴墨列印的簡單形式。
美國專利第3,596,275號(Sweet等人)亦揭露了一種連續噴墨列印的處理其包括用高頻靜電場來調製該噴墨流用以造成液滴分離的步驟。此技術仍為數個製造商所使用，包括Elmjet及Scitex(參見美國專利第3,373,437號(Sweet等人))。
壓電式噴墨印表機亦是一種常被使用的噴墨列印技裝置。壓電式系統是被Kyser等人揭露在美國專利第3,946,398號中其利用隔膜模式的操作，Zolten揭露在美國專利第3,683,212號中其揭露一種壓電石英的壓擠操作模式，Stemme在美國專利第3,747,120號中揭露壓電操作的彎折模式，Howkins在美國專利第4,459,601號中揭露一種噴墨流之壓電推出模式的致動及Fischbeck在美國專利第4,584,590號中揭露一剪力模式的壓電換能器元件。
更現代地，熱噴墨列印已成為一極為流行的噴墨列印形式。噴墨列印技術包括Endo等人在英國專利第GB 2007162號及Vaught等人在美國專利第4,490,728號中所揭露的技術。上述的這兩個專利文獻揭露的噴墨列印技術依賴一電熱致動器的作動，其會造成在一被限制的空間中(譬如一噴嘴中，產生一氣泡藉以造成墨水從一連接至該被限制的空間的孔射出到一相關的列印犘介上。利用此電熱致動器的列印裝置是由Canon及Hewlett Packard等製造商所製造的。
從以上的描述可知，有許多不同的列印種類了供使用。確實，一種列印技術應具有多種有育的屬性。這些屬性包括建造及操作很便宜，高速操作，安全及長期的連續操作等等。每一種技術在成本，速度，品質，可靠度，功率使用，建造作業的簡單性，耐用性及可消費性等領域中有其優點及缺點。
許多噴墨列印頭都是利用微電機系統(MEMS)技術來建造。因此，它們都依賴沉積平面層於一矽晶圓上並將平面層的某些部分蝕刻掉之標準的積體電路建造/製造技術。在矽電路製造技術中，某些技術是較為人所知道的。例如，與其它用於奇特的電路製造(如，鐵電材質，砷化鎵材質)的技術比較起來，與CMOS電路的製造相關聯的技術是較常被使用的。因此，在MEMS結構中較佳地係使用已被充分證明的半導體製技術其並不需要任何“奇特的”處理或材質。當然，將會有一定程度的犧牲，因為如果使用奇特的材質的優點遠大於其缺點的話，則無論如何都將偏向於使用奇特的材質。然而，如果使用一般的材質可達到相同或近似的特性的話，則奇特材質的問題就可被避免掉。
任何噴墨印表機的一項重要的議題為列印頭保養。列印頭保養可延長一列印頭的使用壽命並讓該列印頭在閒置期之後可被使用。列印頭保養之典型的目標是要將微粒從列印頭上去除掉，去除掉氾濫至該列印頭表面上的墨水，及疏通被墨水或微粒堵塞住的噴嘴。迄今，已有各種技術 被用於列印頭保養上，譬如抽吸蓋或擠壓式刮除器。
然而，列印頭保養的一般問題在申請人的頁寬列印頭上被惡化，頁寬列印頭上有用MEMS技術建造在一矽晶圓上之高密度噴嘴。雖然這些列印頭在製造上很便宜，但與其它列印頭比較起來它們較不耐用，因此到目前為止，其在列印頭保養枋面需要特別的考量。因此，本案申請人已經提出許多用於列印頭保養的新穎技術，包括非接觸式保養技術。這些保養技術的一部分已被體現在美國專利申請案第11/246,688號(2005年10月11日提申)；第11/246,707號(2005年10月11日提申)；第11/246,693號(2005年10月11日提申)；第11/246,688號(2005年10月11日提申)；第11/482,958號(2006年7月10日提申)；及第11/246,688號(2006年7月31日提申)，這些專利申請案的每一件的內容都藉遺次參照被併於本文中。
提供一種可經得起多種列印頭保養技術(包括接觸式保養技術)的考驗之MEMS頁寬列印頭是所想要的。提供一種具有絕佳的機械強健性之MEMS列印頭更是所想要的。提供一種會捕捉住最少量的微粒且有利於列印頭保養之MEMS列印頭更是所想要的。
在一第一態樣中，一種噴墨列印頭被提供，其包含一橫跨多個噴嘴之強化的雙層式噴嘴板結構。
選擇上地，每一噴嘴都包含一噴嘴室其具有一室頂，每一室頂都是由該噴嘴板結構的一部分所界定的。
選擇上地，噴嘴室係被形成在一基材上。
選擇上地，每一噴嘴室都包含該室頂其與該基材分隔開來，及側壁其延伸於該室頂與該基材之間。
選擇上地，每一室都具有一噴嘴孔界定於其內。
選擇上地，該噴嘴板結構包含：一第一噴嘴板，其橫跨多個噴嘴，該第一噴嘴板具有多個穴室界定於其內；填充該等穴室的光阻劑；及一第二噴嘴板其覆蓋該第一噴嘴板及該光阻劑。
選擇上地，該第二噴嘴板界定該列印頭的一平面的外表面。
選擇上地，該第一及第二噴嘴板是用相同的或不同的材質製成。
選擇上地，該等材質為可用PECVD沉積的陶瓷材質。
選擇上地，該等材質係被獨立地選自於包含：氮化矽，氧化矽及氮氧化矽的組群中。
選擇上地，每一噴嘴都包含一形成在一基材上的噴嘴室，該噴嘴室包含一頂其與該基材間隔開來及側壁其延伸於該室頂與該基材之間，其中該第一噴嘴板與側壁是用相同材質組成的。
在第二態樣中，一種噴墨列印頭積體電路被提供，其 包含：一基材，其具有多個形成於其上的噴嘴；驅動電路，其被電連接至與噴嘴相關聯的致動器；及一強化的雙層式噴嘴板結構，其橫跨該等多個噴嘴。
在第三態樣中，一種製造一具有一平的噴嘴板的噴墨列印頭的方法被提供，該方法包含的步驟為：(a)提供部分製造好的一列印頭，其具有一由第一材質組成之橫跨多個噴嘴的第一噴嘴板，該第一噴嘴板具有多個穴室；(b)用一填料來填充該等穴室，使得該第一噴嘴板的上表面與該填料的上表面一起界定一連續的平的表面；及(c)沉積一第二材質於該平的平面上用以形成一第二噴嘴板其具有一平的外表面。
選擇上地，該第二材質是用PECVD來沉積的。
選擇上地，該第一材質係用PECVD而被沉積到一非平面的犧牲性台架上用以形成該第一噴嘴板。
選擇上地，該第一及第二材質是彼此相同的或是不同的。
選擇上地，該第一及第二材質係被獨立地選自於包含：氮化矽，氧化矽及氮氧化矽的組群中。
選擇上地，該填料是光阻劑。
選擇上地，步驟(b)是用下面的子步驟來實施：(b)(i)沉積一光阻劑層於該第一噴嘴板上用以填 充該等穴室；及(b)(ii)去除掉該光阻劑的一部分使得該第一噴嘴板的一上表面及填充該等穴室的該光阻劑的一上表面一起界定一連續的平的表面。
選擇上地，該方法進一步包含的步驟為：將該光阻劑熱平流(reflowing)用以促進該等穴室之完全填充。
選擇上地，步驟(b)(ii)是用化學機械平坦化或用光阻劑蝕刻來實施。
選擇上地，該方法進一步包含的步驟為：(d)界定穿過該第一及第二噴嘴板的噴嘴孔。
選擇上地，每一噴嘴都包含一形成在一基材上的噴嘴室，該噴嘴室包含一室頂其與該基材間隔開來及側壁其延伸於該室頂與該基材之間，其中該第一噴嘴板與側壁是用相同材質組成的。
依據本發明的列印頭包含多個噴嘴，及典型地對應於每一噴嘴的一室與一致動器(如，加熱器元件)。該列印頭的最小重復單元具有一供墨入口，其給送墨水至一或多個室。一整個噴嘴陣列是藉由重復這些獨立的單元來形成的。此一獨立的單元在本文中被統稱為為一“單元細胞”。一列印頭可由多個列印頭積體電路組成，每一列印頭積體電路都包含多個噴嘴。
本文中所用之“墨水(ink)”一詞意謂著任何可噴出的液體，且並不侷限於含有著色染料的傳統墨水。非著色 (non－colored)墨水包括定色劑，紅外線吸收劑墨水，功能化的化學物，黏劑，生物流體，藥劑，水及其它溶劑，等等。該墨水或可噴出的液體亦不一定是一液體，且可包含物體顆粒的懸浮液。
一開始參照圖36，其顯示一MEMS列印頭積體電路的切開立體圖，如描述於吾人之美國專利申請案第11/246,684號(2005年10月11日)中者，該專利申請案內容藉由此參照被併於本文中。如圖36所示，每一列噴嘴都具有一各自的供墨通道27沿著其長度延伸並供應墨水至每一列中之多個墨水入口15。該等墨水入口然後將墨水供應至用於每一列的墨水導管23，其中每一噴嘴室接受來自沿著每一列縱長向地延伸的共同墨水導管的墨水。具有各自的噴嘴邊25之噴嘴孔26被界定於一噴嘴板101上，該噴嘴板橫跨噴嘴列及噴嘴行。如將於下文中詳細說明的，該噴嘴板101係將一陶瓷物質(如，化矽)PECVD於一光阻劑台架上來形成的。由於此沉積處理的關係，該噴嘴板101具有多個界定於其上的穴室102。穴室102被設置在一列噴嘴中相鄰的噴嘴之間。這些穴室102典型地有數微米深(如，1至5微米深)且造成該噴嘴板的不連續整體效果為一噴嘴板，其由於這些穴室102的關係而實質上是非平面的。
依照特定的噴嘴設計與製造處理，穴室102可以實質 上比圖36所示的更大(更長，更寬或更深)。它們可延伸於噴嘴列之間或噴行之間。
基於述項理由，穴室102所引起之該噴嘴板101的不連續性與非平面性是不利的。首先，穴室102是噴嘴板101上的脆弱點且降低噴嘴板的整體機械強健度，特別是關於施加在整個噴嘴板上的剪力。這是特別重要的，因為掃過該噴嘴板101的整個表面的擦拭動作(在某些列印頭保養期間會實施的動作)會造成相當大的剪力。其次，該等穴室102能夠輕易地捕捉住墨水及/或顆粒，然後這些墨水及/或顆粒就很難去除掉。穴室102靠近噴嘴孔26是特別不想要，因為任何被捕捉住的顆粒都很可能會阻塞噴嘴並影響到列印品質。
為了要對本發明有完整的瞭解，下文所描述的是圖36中之列印頭積體電路是如何用一MEMS製程來製造。此外，下文中還提供依據本發明的另一製程，其中該噴嘴板101的平坦性被顯著地改善。
MEMS製程 該MEMS製程在完成CMOS處理之後建造噴嘴結構於一矽晶圓上。圖2為一噴嘴單元細胞100在完成CMOS處理之後及在MEMS處理之前的一切開立體圖。
在晶圓的CMOS處理期間，四層金屬層被沉積在一矽晶圓2上，其中這些金屬層散置在層監介電(ILD)層之間。至四層金屬層被稱為M1，M2，M3及M4層且在 CMOS處理期間被依序地建構在晶圓上。這些CMOS層提供用來操作該列印頭之所有驅動電路及邏輯電路。
在完成的列印頭中，每一加熱器元件致動器都經由界定在最外層的M4層上的一對電極被連接至該CMOS。因此，該M4 COMS層為該晶圓之後續MEMS處理的基礎。該M4層亦界定沿著每一列印頭積體電路的縱長邊緣的黏合墊。這些黏合墊(未示出)讓該CMOS能夠經由從黏合墊延伸出的電線黏合件而被連接至一微處理器。
圖1及2顯示鋁M4層3，其具有一被動層4形成於其上。(只有M4層的MEMS特徵結構被示於這兩個圖中；M4層的主要CMOS特徵結構被放置在該噴嘴單元細胞外。)該M4層3具有1微米的厚度且本身被沉積在2微米厚的CVD氧化物層5上。如圖1及2所示的，M4層3具有一墨水入口開口6及一坑開口7。這些開口界定出後續於MEMS處理中被形成的墨水入口及凹坑的位置。
在該單元細胞11的MEMS處理開始之前，沿著每一列印頭積體電路的縱長邊緣的黏合墊藉由蝕刻穿透該被動層4而被界定。此蝕刻露出在黏合墊位置處的M4層3。該噴嘴單元細鑣被用於此步驟的光阻完全地遮蓋，因此不會受到蝕刻的影響。
翻到圖3至5，該MEMS處理的第一階段係蝕刻一凹坑8穿透該被動層4與該CVD氧化物層5。此蝕刻係使用一光阻劑層(未示出)來實施，該光阻劑層用示於圖3中之暗色調凹坑光罩來加以曝光。該凹坑8具有一2微米 的深度，其是從該M4層3的頂端量起的深度。在蝕刻該凹坑8的同時，電極9藉由讓M4層3穿過被動層4被部分地露出而被形成在該凹坑的兩側。在完成的噴嘴中，一加熱器元件被懸跨於凹坑8兩側的電極9之間。
在下一個步驟中(圖6至8)，該凹坑8被填以光阻劑10的第一犧牲層(“SAC1”)。一2微米厚的高黏性光阻劑首先被旋施於該晶圓上，然後使用示於圖6中之暗色調凹坑光罩來加以曝光。該SAC1光阻劑10形成一台架，供後續的加熱器物質沉積橫跨於該凹坑8兩側的電極9之間。因此，該SAC1光阻劑10具有一與電極9的上表面齊平之平的上表面是很重要的。在此同時，該SAC1光阻劑10必需完全填滿該凹坑8用以避免延伸橫跨該凹坑的導電加熱器物質的“縱樑(stringers)”及將電極9短路。
典型地，當用光阻劑填充溝渠時，有必要讓光阻劑露到溝渠的周邊外面用以確保光阻劑有填滿到溝渠的側壁處，因而可避免掉在後續沉積步驟中的“縱樑”。然而，此技術會造成光阻劑在溝渠的周邊的附近會產生壟起來的邊緣。這是所不想要的，因為在後續的沉積步驟中，物質會被不均勻地沉積在該壟起的邊緣上，該壟起的邊緣的垂直或有角度的表面接受到的沉積物質少於填充該溝渠之光阻劑的水平的平的表面接受的沉積物質。此結果是在物質被很薄地沉積的區域中的“電阻熱點”。
如圖7所示，目前的處理使用圖6所示的光罩蓄意地 露出在凹坑8的周壁內部的SAC1光阻劑10(如，在0.5微米內)。這可確保一平的SAC1光阻劑10的上表面且可避免在該凹坑8的周邊邊緣附近的光阻劑壟起區域。
在SAC1光阻劑10的曝光之後，該光阻劑藉由加熱而被平流。將光阻劑平流可讓光阻劑流至凹康8的側壁，將凹坑8確實填滿。圖9與10顯示出在平流之後的SAC1光阻劑10。該光阻劑具有一平的上表面且與形成電極9之該M4層3的上表面齊平。在平流之後，該SAC1光阻劑10被U.V.硬化及/或被烘烤用以避免在後續之加熱器物質的沉積步驟期間有任何的平流。
圖11及12顯示在0.5微米的加熱器物質11沉積到該SAC1光阻劑10上之後的單元細胞。由於上述之平流處理，該加熱器物質11被均勻地沉積成為在電極9與SAC1光阻劑10上的一平的層。該加熱器物質可以是用任何適合的導電物質組成，譬如TiAl，TiN，TiAlN，TiAlSiN等等。一種典型的加熱器物質沉積處理可包括100之TiAl種子層，2500之TiAlN層，另一100之TiAl種子層與最終之另一2500之TiAlN層的依續沉積。
參照圖13至15，在下面的步驟中，該加熱器物質層11被蝕刻用以界定該熱致動器12。每一致動器12都具有接點28其對該SAC1光阻劑10兩側上的各別電極9建立一電連接。一加熱器元件29橫跨在相應的接點28之間。
此蝕刻係由一使用圖13所示的暗色調光罩曝光之光 阻劑層(未示出)來界定。如圖15所示，該加熱器元件12為一直線樑其橫跨於該對電極9之間。然而，該加熱器元件12可以採用其它的結構，譬如描述於本案申請人所擁有之美國專利第6,755,509號中所描述的結構，該專利內容藉由此參照被併於本文中。
在接下來的步驟程序中，一用於噴嘴的墨水入口被蝕刻穿透該被動層4，該氧化物層5及該矽晶圓2。在CMOS處理期間，每一金屬層都具有一在墨水入口蝕刻處理中被蝕刻穿透金屬層本身之墨水入口開口(參見圖1中M4層3上的開口6)。這些金屬層與散置的ILD層一起形成用於該墨水入口的密封環，用來防止墨水滲出到CMOS層中。
參照圖16至18，一相對厚的光阻層13被旋施於該晶圓上且使用圖16所示之暗色調光罩加以曝光。該光阻劑13的厚度將視用來蝕刻該墨水入口之深反應離子蝕刻(DRIE)的選擇性而定。在一墨水入口開口14被形成在該光阻劑13上之後，該晶圓即已準備好進行後續的蝕刻步驟。
在第一蝕刻步驟中(圖19及20)，介電層(被動層4與氧化物層5)被蝕刻穿透到達底下的矽晶圓。任何標準的氧化物蝕刻(如，O2 /C4 F8 電漿)都可被使用。
在第二蝕刻步驟中(圖21及22)，一墨水入口15藉由使用同一光阻光罩13而被蝕刻至該矽晶圓2中達到25微米的深度。任何標準的非等方向性DRIE都可被用來 實施此蝕刻，譬如Bosch蝕刻(參見美國專利第6,501,893號及第6,284,148號)。
在下一個步驟中，該墨水入口15被塞入光阻劑及一光阻劑16的第二犧牲層(“SAC2”)被近構於該SAC1光阻劑10與該被動層14的上方。該SAC2光阻劑16將作為室頂物質之後續沉積的台架，其形成每一噴嘴室的頂及側壁。參照圖23至25，一約6微米的高黏性光阻劑層被旋施於該晶圓上且使用圖23所示的暗色調光罩加以曝光。
如圖23及25所示，該光罩露出在該SAC2光阻劑16上對應於室側壁及墨水導管側壁的位置的側壁開口17。此外，開口18及19被露出且分別與被填塞的入口15及噴嘴室入口相鄰。這些入口18及19在後續的室頂沉積步驟中將被填入室頂物質並在此噴嘴設計中提供獨特的優點。詳言之，被填入室頂物質之開口18具有一啟始的特徵結構般的功能，用以幫助將墨水從入口15吸到每一噴嘴室內。被填入室頂物質的開口19如濾波器結構及流體串音(cross talk)阻擋器般作用。這些都有助於防止氣泡進入到噴嘴室中及防止熱致動器12產生擴散壓脈衝。
參照圖26及27，下一步驟用PECVD沉積3微米的室頂物質20於該SAC2光阻劑16上。室頂物質20填滿在該SAC2光阻劑16上的開口17，18及19用以形成具有室頂21及側壁22的噴嘴室24。一用來供應墨水至每一噴嘴室的墨水導管亦在該室頂物質20的沉積期間被形 成。此外，任何基礎特徵及濾波器結構(未示於圖26及27中)都在同一時間被形成。室頂21(每一室頂都對應到一各的噴嘴室24)橫跨在同一列上之相鄰的噴嘴室用以形成一噴嘴板。該室頂物質20可用任何適當的物質來組成，譬如氮化矽，氧化矽，氮氧化矽，氮化鋁等等。如上文中討論過的，噴嘴板101在介於噴嘴之間的區域處具有穴室102(示於圖36中)。
參照圖28至30，下一階段藉由將2微米的室頂物質20蝕刻掉來界定在室頂21上的橢圓形噴嘴邊緣25。此蝕刻係使用一層以示於圖28中之暗色調的光罩曝光過的光阻層(未示出)來界定的。該橢圓形邊緣25包含兩個同軸的邊唇25a及25b，其位於它們各自的熱致動器12上。
參照圖31至33，下一階段藉由整個蝕刻穿透剩下的室頂物質20來界定該橢圓形噴嘴孔26於該室頂21上，該噴嘴孔係被邊圓25圍起來。此蝕刻係使用一層以示於圖31中之暗色調的光罩曝光過的光阻層(未示出)來界定的。該橢圓形噴嘴孔26如圖33所示係被設置在該熱致動器12上方。
所有的MEMS噴嘴特徵現已完全被形成，後續的階段為以被側DRIE界定供墨通道27，用O2 電漿灰化(ashing)來去除掉所有犧牲性光阻劑(包括SAC1與SAC2光阻劑層10及16在內)，及用背側蝕刻將晶圓薄化約135微米。圖34及35顯示完成的單元細胞，而圖36則 以該完成的列印頭積體電路的切開立體圖形式顯示三個相鄰的噴嘴列。
另一提供平的噴嘴板之MEMS製程 上文所述之MEMS製程的優點之一為噴嘴板101以PECVD加以沉積。此表示該噴嘴板的製造可被加入到一使用標準的COMS沉積/蝕刻技術的MEMS製程中。因此，該列印頭的整體製造成本可被保持的很低。相反地，許多前技列印頭具有層疊的噴嘴板，其不只有層與層分離的疑慮，其還需要有一分離的層疊步驟來實施標準CMOS處理。而這最終將提高此類列印頭的成本。
然而，噴嘴板的PECVD沉積亦具有它本身的挑戰。沉積一具有足夠厚度的室頂物質(如，氮化矽)使得噴嘴板不會太過脆弱是很重要的。當沉積在平的結構上時，任積並不是問題，然而，從圖24－27可清楚地瞭解到，室頂物質20的沉積亦必需形成噴嘴室24的側壁22。SAC2光阻劑16可具有斜的壁(未示於圖24中)用以幫助室頂物物質沉積至側壁區域17中。然而，為了要確保室側壁22接受到足夠室頂物質20的覆蓋，在相鄰的噴嘴之間必需要有至少一些間隔。雖然從室頂沉積的角度來看此噴嘴間的間隔是有利的，但是所得到的室頂21(及噴嘴板101)無可避免地在噴嘴之間包含多個穴室102。如已經討論過的，這些穴室102會像是陷阱一般地捕捉住微粒及溢流的墨水，並因而防礙列印頭的保養。
現參照圖37至40，其顯示另一種MEMS製程，該製程將上述的一些問題減至最小。在圖26及27所示的列印頭製造階段中，該室頂21(其形成該噴嘴板101)先被平坦化，而不是在其前面先實施噴嘴邊緣及噴嘴孔的實施。平坦化是階5由沉積一額外的光阻劑層(約10微米厚)於該室頂21上，其會填滿所有的穴室102。典型地，此光阻劑然後被熱平流用以確保該等穴室102被完全地填滿。該光阻劑層然後被去除到該室頂21的高度，使得該室頂21的上表面與沉積在穴室102內的光阻劑103的上表面共同形成一連續的平的表面。光阻劑的去除可藉由任何適當的技術來實施，譬如化學機械研磨(CMP)或控制下的光阻劑蝕刻(如，O2 電漿)。如圖37所示，所得到的單元細胞具有完全填滿穴室102的光阻劑103。
下一個階段係藉由PECVD將額外的室頂物質(如，一微米厚的層)沉積到圖27所示之該平的結構上。如圖38及39所示，該所得到的單元細胞具有一第一室頂21A及一第二室頂21B。很重要的是，在外面的該第二室頂21B由於它沉積在一平的結構上所以它是完全平的。再者，該第二室頂21B被填充至該第一室頂21A的穴室102內之底下的光阻劑103強化。
此經過強化的雙層式室頂結構與圖27所示的單一室頂結構相比自機械強度上要強健很多。此增加的厚度與噴嘴間的強化可改善該室頂結構的一般強健度。又，外面的第二室頂21B的平坦性可提供相對於該室頂之剪力的強健 度。
該第一及第二室頂21A及21B可用相同或不同的物質來形成。典型地，該第一及第二室頂是用獨立地選自於包含：氮化矽，氧化矽及氮氧化矽的組群中的物質組成的。在一實施例中，該第一室頂21A是由氮化矽組成的及該第二室頂21B是由氧化矽組成的。
從圖38及39所示的單元細胞接下來的是，後續的MEMS處理可類似地進行配合圖28至36描述的相應步驟上。因此，噴嘴邊緣及噴嘴孔蝕刻被實施，之後接著的是背側DRIE用以界定供墨通道27，晶圓薄化與光阻劑去除。當然，被該第一及第二室頂21A與21B所包圍起來的光阻劑103不會曝露在任何灰化電漿下且在最後階段的光阻劑去除期間保持未受損傷。
所得到之具有一平的雙層式強化噴嘴板之列印頭積體電路被示於圖40中。該噴嘴板包含一第一噴嘴板101A與一外面的第二噴嘴板101B，它是完全平的，保留給噴嘴邊緣及噴嘴孔。依據本發明的此列印頭積體電路便於列印頭的保養作業。其改良的機械完整性意謂著可使用相對強硬的清潔技術(如，擦拭)而不會傷到該列印頭。再者，在該外面的第二噴嘴板102B上沒有穴室102可將微粒或墨水被永久性地包陷在該列印頭上的風險降至最低。
當然，將可被瞭解的是，本發明已單純用舉例的方式加以描述且在細節上的變化可在本發明的範圍內被達成，本發明的範圍是由下面的申請專利範圍來加以界定的。
27‧‧‧供墨通道
15‧‧‧入口孔
23‧‧‧墨水導管
26‧‧‧噴嘴孔
25‧‧‧噴嘴環
101‧‧‧噴嘴板
102‧‧‧穴室
2‧‧‧晶圓
100‧‧‧噴嘴單元細胞
M1‧‧‧金屬層
M2‧‧‧金屬層
M3‧‧‧金屬層
M4‧‧‧金屬層
4‧‧‧被動層
6‧‧‧墨水入口開口
7‧‧‧凹坑開口
8‧‧‧凹坑
3‧‧‧M3層
9‧‧‧電極
10‧‧‧SAC1光阻劑
11‧‧‧加熱器金屬
12‧‧‧熱致動器
13‧‧‧光阻劑
28‧‧‧接點
29‧‧‧加熱器元件
14‧‧‧墨水入口孔
15‧‧‧墨水入口
16‧‧‧SAC2光阻劑
17‧‧‧側壁開口
18‧‧‧開口
19‧‧‧開口
20‧‧‧室頂物質
21‧‧‧室頂
22‧‧‧側壁
23‧‧‧墨水導管
24‧‧‧噴嘴室
25a‧‧‧邊緣唇
25b‧‧‧邊緣唇
25‧‧‧噴嘴邊緣
26‧‧‧噴嘴孔
16‧‧‧台架
21A‧‧‧第一室頂
21B‧‧‧第二室頂
103‧‧‧底下的光阻劑
27‧‧‧供墨通道
本發明的實施例現將以舉例的方式參照附圖加以描述，其中：圖1顯示依據本發明之在一列印頭上的MEMS噴嘴陣列的部分製作好的單元細胞，該單元細胞係沿著圖3的A－A線被剖開；圖2顯示圖1中部分作好的單元細胞的立體圖；圖3顯示與每一加熱器元件溝渠相關聯的光罩；圖4為該單元細胞在該溝槽蝕刻之後的剖面圖；圖5為示於圖4中之單元細胞的立體圖；圖6為與示於圖7中之犧牲性光阻的沉積相關聯的光罩；圖7顯示在該犧牲性光阻劑溝渠的沉積之後該單元細胞，的遺中介於該犧牲性物質與該溝渠的側壁的邊緣之間的間隙被放大；圖8為示於圖7中之單元細胞的立體圖；圖9顯示用於閉合沿著溝渠的側壁之間隙的該犧牲性光阻劑平流之後的單元細胞；圖10為示於圖9中之單元細胞的立體圖；圖11為一剖面圖其顯示該加熱器材料層的沉積；圖12為示於圖11中之單元細胞的立體圖；圖13顯示圖14中之加熱器物質的金屬蝕刻相關聯的光罩； 圖14為一剖面圖其顯示用來昔塑加熱器致動器的金屬蝕刻；圖15為示於圖14中之單元細胞的立體圖；圖16顯示與示於圖17中之蝕刻相關聯的光罩；圖17顯示該光阻劑層的沉積及後續到達該CMOS驅動層的頂部之被動層之墨水入口的蝕刻；圖18為示於圖17中之單元細胞的立體圖；圖19顯示穿透該被動層與CMOS層到達底下的矽晶圓之氧化物蝕刻；圖20為示於圖19中之單元細胞的立體圖；圖21為進入到該矽晶圓內之該墨水入口的深非等方向性蝕刻；圖22為示於圖21中之單元細胞的立體圖；圖23顯示與示於圖24中之光阻蝕刻相關聯的光罩；圖24顯示該光阻劑蝕刻用以形成供室等與側壁用的開口；圖25為示於圖24中之單元細胞的立體圖；圖26顯示側壁及風險物質(risk material)的沉積；圖27為示於圖26中之單元細胞的立體圖；圖28為與圖29中之噴嘴緣蝕刻相關聯的光罩；圖29顯示室頂層的蝕刻用以形成該噴嘴孔邊圓；圖30為示於圖29中之單元細胞的立體圖；圖31為與圖32中之噴嘴孔蝕刻相關聯的光罩；圖32顯示室頂物質的蝕刻用以形成橢圓形噴嘴孔； 圖33為示於圖32中之單元細胞的立體圖；圖34顯示在背側蝕刻，電漿灰化及晶圓薄化之後的單元細胞；圖35為示於圖34中之單元細胞的立體圖；及圖36為在一列印頭積體電路上的一噴嘴陣列的切開立體圖；圖37為圖27所示的單元細胞在穴室填充之後的立體圖；圖38為圖37所示的單元細胞在第二室頂沉積之後的側視圖；圖39為示於圖38中之單元細胞的立體圖；及圖40為具有強化的雙層式噴嘴板之列印頭積體電路的切開立體圖。
2‧‧‧晶圓
3‧‧‧M3層
5‧‧‧CVD氧化物層
10‧‧‧SAC1光阻劑
20‧‧‧室頂物質
21‧‧‧室頂
22‧‧‧側壁
103‧‧‧底下的光阻劑

Claims (11)

  1. 一種製造一具有一平的噴嘴板的噴墨列印頭的方法，該方法包含的步驟為：(a)提供部分製造好的一列印頭，其具有一由第一材質組成之橫跨多個噴嘴的第一噴嘴板，該第一噴嘴板具有多個不是噴嘴的穴室；(b)用一填料來填充該等穴室，使得該第一噴嘴板的上表面與該填料的上表面一起界定一連續的平的表面；及(c)沉積一第二材質於該平的表面上用以形成一具有一平的外表面之第二噴嘴板。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二材質是用PECVD來沉積的。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一材質係用PECVD而被沉積到一非平面的犧牲性台架上用以形成該第一噴嘴板。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一及第二材質是彼此相同的或是不同的。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一及第二材質係被獨立地選自於包含：氮化矽，氧化矽及氮氧化矽的組群中。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該該填料是光阻劑。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中步驟(b)是 用下面的子步驟來實施：(b)(i)沉積一光阻劑層於該第一噴嘴板上用以填充該等穴室；及(b)(ii)去除掉該光阻劑的一部分使得該第一噴嘴板的一上表面及填充該等穴室的該光阻劑的一上表面一起界定一連續的平的表面。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其更包含的步驟為：將該光阻劑熱平流(reflowing)用以促進該等穴室之完全填充。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中步驟(b)(ii)是用化學機械平坦化或用光阻劑蝕刻來實施。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包含的步驟為：(d)界定穿過該第一及第二噴嘴板的噴嘴孔。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中每一噴嘴都包含一形成在一基材上的噴嘴室，該噴嘴室包含一室頂其與該基材間隔開來及側壁其延伸於該室頂與該基材之間，其中該第一噴嘴板與該側壁是用相同材質組成的。
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