本发明的总体发明构思涉及喷墨头的制造方法，尤其涉及设置有供墨槽(ink-feed channel)的喷墨头的制造方法，其中供墨槽具有均匀的可再现的形状和尺寸。

喷墨记录装置的功能在于通过向记录介质上的所需位置喷射印刷油墨的细小液滴而打印图像。喷墨记录装置由于其价廉且能够以高分辨率打印多种颜色而被广泛地使用。喷墨记录装置通常包括喷射墨的喷墨头和与喷墨头流体连通的墨容器。喷墨头按其采用的墨滴喷射机理一般分为两类。第一类喷墨头是热量型，其利用电热转换器产生压力以喷射墨滴。第二类喷墨头是压电型，其采用机电转换器产生压力以喷射墨。
喷墨头包括设置成半导体芯片形状的硅衬底和多个设置在硅衬底顶表面上的元件。在美国专利No.4,882,595中公开了一种常规热喷墨头的例子。该常规热喷墨头具有多个设置在硅衬底上的生热电阻以产生用于墨喷射的热能；限定墨流动通道侧壁的腔层，其中墨流动通道包括墨腔和墨槽；和设置在腔层上的喷嘴层。喷嘴层具有多个分别对应于生热电阻的喷嘴。硅衬底的底面连结到墨容器，墨容器经由穿过硅衬底的供墨槽向喷墨头供墨。墨经由墨槽从供墨槽供给到墨腔。储存在墨腔中的墨由生热电阻立即加热，通过生热电阻产生的压力经喷嘴以墨滴的形状喷射到记录介质。然后用经墨槽供给的墨重新填充墨腔。
一般地，喷墨头应该满足下列条件。首先，喷墨头的制造工艺应该简单，制造成本应较低，且应该可以大批量生产。第二，为了获得高质量的图像，相邻喷嘴间的串扰应该最小而相邻喷嘴间的距离应该保持在很小。即，为了增大点每英寸分辨率(DPI)，应该以很高的密度分布大量的喷嘴。第三，为了进行高速打印操作，在墨被喷射出墨腔后用墨重新填充墨腔的周期应该尽可能的短，并且应该迅速地进行被加热的墨和生热电阻的冷却以提高驱动频率。
为了满足上述条件，尝试了各种方法。例如，美国专利No.6,409,312和No.6,390,606以及日本专利公开No.2003-89209中公开的制造喷墨头的各种方法。根据制造喷墨头的常规方法，穿过硅衬底的供墨槽通过从硅衬底的底表面蚀刻硅衬底而形成。蚀刻硅衬底包括利用强碱性溶剂、如氢氧化四甲铵(TMAH)作为蚀刻剂的湿蚀刻工艺或干蚀刻工艺、如喷砂工艺。但是，通过从底表面蚀刻硅衬底形成供墨槽的工艺可能会有下列问题。
首先，当利用湿蚀刻技术时，由于硅衬底和形成在硅衬底底表面上的蚀刻掩模之间蚀刻选择性的差异，易于在硅衬底的下部出现掏槽(undercutting)。在这种情况下，覆盖掏槽部分的蚀刻掩模的边缘会穿透墨流动通道充当杂质。为了解决这个问题，在执行完湿蚀刻工艺之后去除蚀刻掩模边缘的分离工艺变得必需。此外，需要用于保护先前形成在硅衬底顶表面上的结构、如生热电阻的分离掩蔽工艺，以保护所述的结构不受湿蚀刻工艺的影响，由此进一步使工艺复杂化。利用喷砂和/或干蚀刻工艺蚀刻衬底的底表面也存在问题，因为用在该工艺中的细纱会成为喷墨头中的颗粒，由此减弱喷墨特性。
另外，因为湿蚀刻或干蚀刻是从硅衬底的底表面朝向其顶表面进行，所以形成在硅衬底顶表面上的供墨槽出口的轮廓线形成得很粗糙，使得很难可再现地控制其形状和尺寸。这会造成从供墨槽出口的轮廓线到每个墨槽的距离变得不均匀，以致于喷墨后重新向墨腔中填充墨的速度会改变。结果，自每个墨腔的喷墨频率会不同。这会导致喷墨头变得不稳定。

本发明的总体发明构思提供了一种制造喷墨头的方法，该喷墨头能够通过均匀且可再现地调节供墨槽的形状和尺寸而提高喷墨头的产量及可靠性。
本发明总体发明构思的其它方面和优点将在下面的描述中被部分地说明，并且部分地从下面的描述而变得显而易见，或者通过实践总体发明构思而被获知。
本发明总体发明构思的前述和/或其他方面通过喷墨头的制造方法而实现，其中喷墨头包括具有均匀且可再现的形状和尺寸的供墨槽。所述方法包括制备具有第一和第二表面的衬底，所述衬底设置有设置在第一表面上的多个压力产生元件。可以在其上设置有压力产生元件的第一表面上形成具有至少一个开口的掩模图案。通过衬底延伸的供墨槽可以通过利用掩模图案作为蚀刻掩模从第一表面干蚀刻衬底而形成。
所述衬底可以是硅衬底，干蚀刻所述衬底可以通过反应离子蚀刻(RIE)工艺或深反应离子蚀刻(DRIE)工艺进行。此外，掩模图案可以由氧化硅层、氮化硅层、光致抗蚀剂层、光敏树脂层、金属层或金属氧化物层形成。
所述方法还可以包括在形成供墨槽之后去除掩模图案。一旦掩模图案被除去，就可以在衬底的第一表面上形成限定墨流动通道侧壁的腔层(chamber layer)。然后可以在腔层上形成具有对应于压力产生元件的多个喷嘴的喷嘴层。腔层可以通过构图光敏干膜层而形成，使得之后喷嘴层可以粘附到腔层。
喷墨头的制造方法可以包括制备具有第一和第二表面的衬底，所述衬底设置有设置在第一表面上的多个压力产生元件。在其上设置有压力产生元件的第一表面上可以形成具有至少一个开口的掩模图案。利用掩模图案作为蚀刻掩模，衬底可以从第一表面被部分地干蚀刻从而在衬底中形成供墨槽，使得可以在衬底上遗留距第二表面有预定高度的未蚀刻部分。可以抛光衬底的第二表面以去除未蚀刻部分。
所述方法还可以包括在形成供墨槽之后去除掩模图案。一旦掩模图案被去除，就可以在衬底的第一表面上形成限定墨流动通道侧壁的腔层。然后可以形成填充墨流动通道和由腔层限定的侧壁之间的供墨槽的牺牲模制层(sacrificial mold layer)。
在去除未蚀刻部分之后，可以在腔层和牺牲模制层上形成具有对应于压力产生元件的多个喷嘴的喷嘴层。一旦形成喷嘴层，就可以溶解并去除牺牲模制层。可以在形成牺牲模制层之后形成具有对应于压力产生元件的多个喷嘴的喷嘴层。此外，去除牺牲模制层可在去除未蚀刻部分之后进行。
在形成掩模图案之前还可以在衬底的第一表面上形成腔层，并且可以在具有腔层的第一表面上形成掩模图案。
本发明总体发明构思的前述和/或其他方面通过提供喷墨头的制造方法而实现，该制造方法包括制备具有第一和第二表面的衬底，所述衬底设置有设置在第一表面上的多个压力产生元件。在其上设置有压力产生元件的第一表面上可以形成具有至少一个开口的掩模图案。衬底可以从第一表面被部分地干蚀刻从而在衬底中形成供墨槽，使得可以在衬底上遗留距第二表面有预定高度的未蚀刻部分。可以形成牺牲模制层以填充供墨槽并覆盖其中形成墨流动通道的区域。可以抛光衬底的第二表面以去除未蚀刻部分。
所述方法还包括在去除未蚀刻部分之后，形成具有对应于压力产生元件的多个喷嘴、同时覆盖牺牲模制层的侧壁和顶表面的腔/喷嘴层。一旦去除了衬底的未蚀刻部分，就溶解并去除牺牲模制层。
可以在形成牺牲模制层之后形成腔/喷嘴层。此外，可以在去除未蚀刻部分之后进行牺牲模制层的去除。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述，本发明总体发明构思的上述和/或它方面和优点将变得更加易于理解，其中：图1是根据本发明总体发明构思的各种实施例的喷墨头的局部平面图；图2～4是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的另一实施例的喷墨头制造方法；图5～9是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法；图10和11是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法；图12是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法；图13～16是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法。

下面将参考附图更全面地描述本发明的总体发明构思，附图中示出了本发明总体发明构思的不同实施例。但是，本发明的总体发明构思也可以以不同的形式实施，而不应解释为仅限于在此给出的实施例。而且，提供这些实施例是为了使本公开更为全面和透彻，并将本发明总体发明构思的范围更充分地告知本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。相同的附图标记在说明书全文中表示相同的元件。
图1是根据本发明总体发明构思的各种实施例的喷墨头的局部平面图，图2～4是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的一实施例的喷墨头制造方法。
参见图1和2，制备衬底100。衬底100可以是用在半导体制造工艺中的硅衬底，其具有大约500μm的厚度。衬底100具有顶表面100a和与顶表面100a相对的底表面100b。在衬底100的顶表面100a上可以形成多个压力产生元件102以产生用于墨喷射的压力。根据本发明总体发明构思的各种实施例，压力产生元件102可以是生热电阻，其由如钽或钨的高抵抗性金属、包括高抵抗性金属的如钽铝的合金、或者掺入杂质离子的多晶硅制成。可选择地，也可以使用其它的压力产生元件。如图1所示，压力产生元件102可以设置成顶表面100a上的两行，但不限于此。此外，如图1所示，压力产生元件102可以沿直线或Z字形排列设置。
在顶表面100a上还可以形成其它元件。这些其他元件可以包括例如向压力产生元件提供电信号的连线，电连接外部电路与压力产生元件的导电焊盘，形成在衬底100上的最底层的氧化硅热阻挡物，和/或保护上述结构的钝化层。本发明的总体发明构思不限于形成包括压力产生元件102的这些组件的任何特定方法以及所采用的材料，应该理解的是，这些组件可以通过本领域技术人员公知的技术而制造。因此，省去对它们的描述。
参见图1和3，在具有压力产生元件102的顶表面100a上形成掩模图案104。掩模图案104可以由氧化硅(SiO2)层、氮化硅(SiN)层、光致抗蚀剂层、光敏树脂层、如钽的金属层、或如氧化钽层的金属氧化物层形成。可选择地，其它的材料也可以用于掩模图案104。例如，掩模图案可以通过利用化学气相沉积法或旋涂法在顶表面100a上形成氧化硅层、再通过拍照(photo)和各向异性蚀刻工艺对氧化硅层构图而形成。在另一实例中，掩模图案104可以通过利用旋涂法在顶表面100a上涂敷光致抗蚀剂材料层、然后再通过包括曝光和显影工艺的拍照工艺对光致抗蚀剂材料层构图而形成。掩模图案104暴露顶表面100a的预定区域，在该区域上可以通过下列工艺形成供墨槽。利用掩模图案104作为蚀刻掩模，可以从顶表面100a朝向底表面100b干蚀刻衬底100。其结果是形成延伸穿过衬底100的供墨槽106。供墨槽106可以形成为穿过衬底100的预定区域，在该区域上不设置压力产生元件102。供墨槽106可以形成为在如图1所示设置为两行的压力产生元件之间具有单槽的形状。
根据本发明总体发明构思的各种实施例，衬底100可以通过反应离子蚀刻(RIE)工艺或深反应离子蚀刻(DRIE)工艺蚀刻。DRIE工艺也称为感应耦合等离子(inductive coupled plasma，ICP)工艺。更具体而言，DRIE工艺可以适合于蚀刻厚度约为500μm的硅衬底，因为可以利用高浓度的等离子源以及交替进行蚀刻和钝化层沉积来获得高孔径比。例如，SF6气体可以作为蚀刻等离子源，C4F8气体可以用作钝化等离子源。
参见图1和4，可以去除掩模图案104(见图3)。当掩模图案104由氧化硅层形成时，掩模图案104可以通过利用如含氟的溶剂的蚀刻剂、缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)或氢氟酸(HF)的湿蚀刻工艺被去除。可选择地，如果由光致抗蚀剂层形成掩模图案104，则可以通过利用氧等离子体的灰化工艺去除掩模图案104。
接下来，可以在具有供墨槽106的衬底100的顶表面100a上形成腔层108。腔层108可以通过下列工艺形成。首先，可以通过层压法在衬底100的顶表面100a上涂敷光敏干膜层，该方法对光敏干膜层加热并施压。光敏干膜层可以是例如从DuPont获得的负光敏树脂膜，该产品以“VACREL”或“RISTON”商标名出售。限定墨流动通道侧壁的腔层108可以通过对光敏干膜层构图、曝光和显影而形成。具有多个喷嘴110’的喷嘴层110被加热并按压在腔层108上并粘附到其上。每个喷嘴110’可以排列成位于每个压力产生元件102的正上部。本发明的总体发明构思不限于形成喷嘴层110的任何特定工艺，应该理解的是，喷嘴层可以通过本领域技术人员公知的其它方法制造。例如，喷嘴层110可以通过镍电镀工艺、或微穿孔及抛光工艺形成。墨腔120和墨槽122可以通过在腔层108上形成喷嘴层110而形成。墨腔120和墨槽122构成当墨从形成于衬底100中的供墨槽106供给到墨腔120中的压力产生元件102时墨的流动通道。
如参考图1和3所述，供墨槽106可以通过从顶表面100a朝向底表面100b干蚀刻衬底100而形成。其结果是限定在衬底100顶表面上的供墨槽出口的轮廓线的形状和尺寸可以被精确且可再现地调节。因此，可以均匀地调节从供墨槽106的出口的轮廓线到每个墨腔122的入口之间的距离，使得墨重新填充到墨腔120中(喷射墨之后)的速度可以一致。此外，当干蚀刻衬底100时，可以避免与湿蚀刻衬底100的底表面100b相关的掏槽问题。因此，衬底100的底表面106b上的供墨槽106出口的面积小于该底表面以常规方式被湿蚀刻的情形。结果，当墨盒附着到底表面100b时，附着到墨盒的面积增大了与供墨槽106的出口面积通过使用干蚀刻而被减小的一样多。墨盒能够附着的面积的增大防止了墨的泄漏。另外，当以常规方式从底表面100b干蚀刻衬底100时，由于衬底100和衬底顶表面100a上形成的蚀刻停止层之间蚀刻选择性的差异，在接近衬底100的顶表面100a处发生切口，以致于很难控制顶表面100a上的供墨槽106出口的轮廓线的形状和尺寸。但是，如上所述，从顶表面100a干蚀刻衬底100提供了避免切口造成的问题的优点。
图5-9是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法。
参见图1和5，如图2所示，制备了设置有多个压力产生元件102的衬底100。可以在衬底100的顶表面100a上形成暴露一区域的掩模图案104，该区域中将形成供墨槽206。供墨槽206可以通过利用掩模图案104作为蚀刻掩模从顶表面100a干蚀刻衬底100而形成在衬底100中。衬底100可以通过反应离子蚀刻(RIE)工艺或深反应离子蚀刻(DRIE)工艺蚀刻。可以局部地进行干蚀刻，以留下具有距衬底100的底表面100b预定厚度T的未蚀刻部分100’。即，进行干蚀刻，直到在后遗留未蚀刻部分100’。未蚀刻部分100'可以具有例如大约10～50μm的厚度。
参见图1和6，首先，可以通过湿蚀刻或干蚀刻去除掩模图案104。一旦掩模图案104被去除，就可以在具有供墨槽206的衬底100的顶表面100a上形成限定墨流动通道侧壁的腔层208。腔层208可以通过在衬底100的顶表面100a上形成光敏树脂层、然后曝光和显影该光敏树脂层而形成。光敏树脂层可以通过利用液体光敏树脂的旋涂法形成，或通过利用层压法加热和按压光敏干膜层而形成。在形成腔层208之后，可以在供墨槽206和腔层208所限定的侧壁之间形成牺牲模制层209，以填充将要形成墨流动通道的区域。更具体而言，可以通过旋涂法在其上具有腔层208的衬底100的的顶表面100a上形成基于聚酰亚胺或基于聚酰胺的正光敏树脂层或是热塑树脂层。然后可以平坦化正光敏树脂层或热塑树脂层以形成牺牲模制层209，以便暴露腔层208的顶表面。平坦化可以通过例如化学机械抛光(CMP)工艺进行。
参见图1和7，在形成牺牲模制层209之后，衬底100的底表面100b可以通过CMP工艺被抛光，以去除未蚀刻部分100’(见图6)。结果，通过从其去除未蚀刻部分100’的区域暴露牺牲模制层209的底表面，并且供墨槽206通过衬底100延伸。
参见图1和8，在去除未蚀刻部分100’之后，可以在牺牲模制层209和腔层208上形成喷嘴材料层。喷嘴材料层可以通过旋涂法由负光敏树脂层或热固树脂层形成。喷嘴材料层可以被构图以形成具有喷嘴210’的喷嘴层210，喷嘴210’位于压力产生元件102的正上部。例如，如果喷嘴材料层由负光敏树脂层形成，则负光敏树脂层可以通过利用设置有喷嘴图案的光掩模的曝光和显影工艺而被构图。此外，如果喷嘴材料层由热固树脂层形成，则热固树脂层可以通过拍照工艺以及利用氧等离子体的各向异性蚀刻工艺而被构图。
参见图1和9，在形成喷嘴层210之后，溶解并去除牺牲模制层209。可以用诸如乙二醇醚(glycol ether)、乳酸甲酯或乳酸乙酯的溶剂来去除牺牲模制层209。去除牺牲模制层209的结果是在从其去除牺牲模制层209的区域中形成包括墨腔120和墨槽122的墨流动通道。
图10和11是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法。
参见图1、10和11，图7中所述的CMP工艺可以在形成喷嘴层210之后进行。即，在进行图5和6所述的工艺之后，可以在进行CMP工艺之前，于腔层208和牺牲模制层209上形成具有对应于压力产生元件102的喷嘴210’的喷嘴层210。如图11所示，然后可以进行CMP工艺以去除未蚀刻部分100’，并且溶解和去除牺牲模制层209。
图12是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法。
参见图1和12，可以在图6所述的形成腔层208之后进行图5所述的形成供墨槽206的工艺。即，可以在包括压力产生元件102的衬底100的顶表面100a上、在形成供墨槽206之前形成限定墨流动通道侧壁的腔层208。然后可以在其上具有腔层208的顶表面100a上形成掩模图案304。再通过利用掩模图案304作为蚀刻掩模干蚀刻衬底100而在衬底100中形成供墨槽206。去除掩模图案304之后，可以通过执行如图6～11所述的工艺来制造喷墨头。
图13～16是沿图1中的线I-I’得到的截面图，其表示根据本发明总体发明构思的又一实施例的喷墨头制造方法。
参见图1和13，执行图5所示的工艺以在包括压力产生元件102的衬底100中形成供墨槽206。可以在具有供墨槽206的衬底100的顶表面100a上形成正光敏树脂层或热塑树脂层。可以构图正光敏树脂层或热塑树脂层以形成牺牲模制层209，从而填充供墨槽206并覆盖将要形成墨流动通道的区域。
参见图1和14，在形成牺牲模制层209之后，可以通过CMP工艺抛光衬底100的底表面100b以去除未蚀刻部分100’(见图13)。结果，牺牲模制层209的底表面通过从其去除未蚀刻部分100’的区域而暴露，并且供墨槽206通过衬底100延伸。
参见图1和15，在去除未蚀刻部分100’(见图13)之后，可以在具有牺牲模制层209的顶表面100a上形成腔/喷嘴材料层。腔/喷嘴材料层可以由负光敏树脂层或热固树脂层形成。然后可以对腔/喷嘴材料层构图以形成具有对应于压力产生元件102的喷嘴510’的腔/喷嘴层510。可以在图14所示的去除未蚀刻部分100’的工艺之前执行图15所示的形成腔/喷嘴层510的工艺。即，可以在具有牺牲模制层209的顶表面100a上形成腔/喷嘴层510，然后通过CMP工艺抛光底表面100b以去除未蚀刻部分100’。
参见图1和16，在形成腔/喷嘴层510之后，或者在去除未蚀刻部分100’之后，溶解并去除牺牲模制层209。结果，在从其去除牺牲模制层209的区域中形成包括墨腔120和墨槽122的墨流动通道。
从前面可以看出，根据本发明总体发明构思的各种实施例的喷墨头制造方法从衬底的顶表面进行干蚀刻以形成供墨槽。结果，本发明的总体发明构思能够提高喷墨头的产量和可靠性，这是因为可以均匀且可再现地调节供墨槽的形状和尺寸。
虽然以上已表示并描述了本发明总体发明构思的几个实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离总体发明构思的原理和精神的前提下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附的权利要求及其等同物限定。
本申请要求享有2004年7月16日提交的韩国专利申请No.2004-55769的优先权，其全部内容在此引入作为参考。