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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen
und schnellen Ausbilden (Bohren) von Düsen als Ausstoßdüsen (im
Weiteren "Düsen" genannt) mit präziser Form
in der Düsenplatte
eines Tintenstrahldruckerkopfes.
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Stand der
Technik
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Tintenstrahldrucker
sind in letzter Zeit allgemein gebräuchlich. Zu den Tintenstrahldruckern
gehört
ein thermischer Strahltyp, welcher Tintentropfen unter dem Druck
von Blasen ausstößt, die
durch das Heizen der Tinte mit Hilfe eines wärmeerzeugenden Widerstandselementes
erzeugt werden, und ein piezoelektrischer Typ, welcher Tintentropfen
durch Druck ausstößt, der
durch die Deformation eines piezoelektrischen Widerstandselementes
(piezoelektrisches Element) auf die Tinte ausgeübt wird.
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Da
diese Arten von Druckern keinen Entwicklungsschritt und keinen Übertragungsschritt
benötigen
und direkt Tintentropfen auf ein Aufnahmemedium zum Aufnehmen von
Informationen ausstoßen,
sind sie durch eine einfache Miniaturisierung und geringere Druckenergie
gegenüber
einem elektrofotografischen Typus, welcher einen staubartigen Toner
benötigt,
im Vorteil. Daher sind Tintenstrahldrucker insbesondere als private
Drucker populär.
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Die
Druckerköpfe
des thermischen Strahltypus werden gemäß der Ausstoßrichtung
der Tintentropfen in zwei Strukturen eingeteilt. Der erste Typus stellt
einen seitlichen Ausstoßtypus
eines thermischen Tintenstrahldruckerkopfes dar, welcher Tintentropfen
in einer Richtung parallel zu der wärmeerzeugenden Oberfläche des
wärmeerzeugenden
Widerstandselementes ausstößt. Der
zweite Typus stellt einen vom Dach ausstoßenden oder von oben ausstoßenden Typus
eines thermischen Tintenstrahldruckerkopfes dar, der Tintentropfen
in einer Richtung senkrecht zu der wärmeerzeugenden Oberfläche des wärmeerzeugenden
Widerstandselementes ausstößt. Der
vom Dach ausstoßende Typus
des thermischen Tintenstrahldruckerkopfes ist besonders bekannt
für seinen
sehr niedrigen Energieverbrauch.
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1A ist
eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines Druckers zeigt,
der mit einem thermischen Tintenstrahldruckerkopf des vom Dach ausstoßenden Typus
ausgestattet ist, 1B ist eine ebene Ansicht, die
die Tinte ausstoßende
Seite des Tintenstrahldruckerkopfes zeigt, 1C ist
eine Querschnittsansicht aus der Richtung von C-C' in 1B,
und 1D ist eine ebene Ansicht, die beispielhaft einen
Siliziumwafer illustriert, aus welchem dieser Tintenstrahldruckerkopf
hergestellt wird.
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Ein
in 1A gezeigter Drucker 1 stellt einen kompakten
Drucker für
den Heim- und persönlichen
Bedarf dar und weist einen Wagen 2 auf, an den ein Tintenstrahldruckerkopf 3,
der druckt, und eine Tintenpatrone 4, die Tinte enthält, angebracht
sind. Der Wagen 2 wird gleitend durch eine Führungsschiene 5 gehalten
und ist des Weiteren durch einen gezahnten Antriebsriemen 6 gesichert.
Durch diese Struktur werden der Tintenstrahldruckerkopf 3 und die
Tintenpatrone 4 wechselseitig in die Hauptdruckrichtung
bewegt, wie es durch einen doppelköpfigen Pfeil B in dem Diagramm
angezeigt ist. Dieser Tintenstrahldruckerkopf 3 ist über ein
flexibles Kommunikationskabel 7 mit einer nicht gezeigten
Steuerungseinheit in dem Hauptgehäuse des Druckers 1 verbunden.
Die Steuerungseinheit sendet über
das flexible Kommunikationskabel 7 Druckdaten und Steuerungssignale
an den Tintenstrahldruckerkopf 3.
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In
dem unteren Bereich eines Rahmens 8 ist eine Schreibwalze 9 angebracht,
die dem Tintenstrahldruckerkopf 3 gegenüberliegt und sich in die Hauptdruckrichtung
dieses Kopfes 3 erstreckt. Papier 10 wird stoßweise in
Kontakt mit der Schreibwalze 9 in einer Richtung senkrecht
zu der Druckrichtung, wie durch einen Pfeil C in dem Diagramm angezeigt, über Papiereinführrollen 11 und
Papierausstoßrollen 12 zugeführt. Während der
stationären Zeiten
innerhalb des stoßweisen
Zuführens
des Papiers 10 stößt der Tintenstrahldruckerkopf 3 Tintentropfen
auf das Papier 10 in unmittelbarer Nähe aus und druckt auf das Papier 10,
während
er über
durch Motor 3 über
den gezahnten Antriebsriemen 6 und den Wagen 2 angetrieben
wird. Das Bedrucken des Papiers 10 wird durch Wiederholen
des stoßweise Zuführens des
Papiers 10 und des Tintenausstoßes während der Hin- und Herbewegung
des Tintenstrahldruckerkopfes 3 erreicht.
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Während für solche
Drucker in der Vergangenheit monochromatische Drucker den Normalfall darstellten,
sind Farbdrucker in letzter Zeit ziemlich populär geworden. Der Tintenstrahldruckerkopf 3 weist
für die
Benutzung in einem Farbdrucker vier parallele Düsenspalten 16 zum
Ausstoßen
von vier unterschiedlichen Farbtinten auf, die in einer Düsenplatte 15 ausgebildet
sind, die mit einem Chipsubstrat 14 verbunden ist, welches
z. B. eine Größe von 10 mm × 15 mm,
wie in 1B gezeigt, aufweist. Jede Düsenspalte 16 weist,
z. B. für
eine Auflösung
von 360 dpi, 128 Düsen 17 oder,
z. B. für
eine Auflösung von
720 dpi, 256 Düsen 17 auf.
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Eine
Art, einen solchen Tintenstrahldruckerkopf herzustellen besteht
dann, gleichzeitig viele Düsen,
eine Vielzahl von wärmeerzeugenden
Elementen und Treibern, die die jeweiligen Elemente antreiben, in
einer monolithischen Art unter Verwendung der Silizium-LSI-Technologie und
der Dünnfilm-Technologie
herzustellen. Gemäß diesem
Verfahren werden die wärmeerzeugenden
Elemente 18 und Treiber 19, die jeweils mit den
128 oder 256 Düsen 17 assoziiert
sind, auf dem selben Chipsubstrat 14 ausgebildet.
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Vielfache
Tintenstrahldruckerköpfe 3 werden,
wie in 1 D gezeigt, gleichzeitig auf
einem Siliziumwafer 21 ausgebildet. Auf jedem einer vorherbestimmten
Anzahl von Chipsubstraten 14 werden individuelle Drahtelektroden 22 zum
Antreiben der jeweiligen wärmeerzeugenden
Elemente 18 und eine gemeinsame Elektrode 23,
Verbindungsleitungen 24 und Energieversorgungsleitungen 25,
die mit diesen Elektroden verbunden sind, eine Abteilung 27 zum Ausbilden
von Tintenflusskanälen 26,
ein Tintenzuflussloch 28 zum Aufnehmen von Tinte, die von
einer externen Tintenpatrone 4 den Tintenflusskanälen 26 zuzuführen ist,
und eine gemeinsame Tintenzuführungsrinne 29 zusätzlich zu
den Düsen 17,
den wärmeerzeugenden
Elementen 18 und den Treibern 19 ausgebildet.
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Die
Tintenstrahldruckerköpfe 3,
deren individuelle Komponenten auf diese Weise auf dem Siliziumwafer 21 ausgebildet
werden, werden schließlich in
einzelnen Einheiten entlang von Anrisslinien unter der Benutzung
einer Chipsäge
oder Ähnlichem
ausgeschnitten. Jede einzelne Einheit wird auf ein Trägersubstrat,
unter Verbindung ihrer Leitungen mit denen des Substrats, punktgestanzt,
wodurch der Tintenstrahldruckerkopf 3 fertiggestellt wird.
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Während des
Druckens werden die wärmeerzeugenden
Elemente 18 in dem Tintenstrahldruckerkopf 3 im
Einklang mit Druckinformationen selektiv mit Energie versorgt oder
aktiviert, wodurch sie spontan Wärme
erzeugen, um eine dünne Schicht
der Tinte zum Kochen zu bringen. Als ein Ergebnis werden Tintentropfen
von den Düsen 17 entsprechend
den wärmeerzeugenden
Elementen 18, die Wärme
erzeugt haben, ausgestoßen.
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Durch
diesen Tintenstrahldruckerkopf 3 werden die Tintentropfen
in einer annähernd
sphärischen
Form in einer Größe entsprechend
dem Durchmesser der Düsen 17 ausgestoßen und
in etwa der doppelten Größe auf Papier
gedruckt.
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Konventionellerweise
werden die Düsen 17 in
die Düsenplatte 15 auf
jedem Chipsubstrat 14 unter der Verwendung einer Excimerlaser-Technik
oder durch Nass- oder Trockenätzen
gebohrt. Nach der Trockenätzmethode
wird, nachdem ein Metallfilm aus Al, Ni oder Cu auf die Düsenplatte 15 aufgebracht worden
ist, dieser gemustert, und die Düsenplatte 15 wird
selektiv mit Hilfe eines gewöhnlichen
Trockenätzsystems
geätzt,
wobei der gemusterte Metallfilm als eine Maske verwendet wird.
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In
dem Schritt des Bohrens der Düsen
ist es erforderlich, genau z. B. 128 Düsen 17 von einer vorherbestimmten
Größe und Form
an vorherbestimmten Orten auszubilden. In dem konventionellen Verfahren
besteht jedoch eine Schwierigkeit darin, gleichzeitig und präzise die
vielen Düsen 17 in
einer vorherbestimmten Größe und Form
in der dicken Düsenplatte 15 an
vorherbestimmten Orten auszubilden. Konventionellerweise werden
daher Düsen über eine
gewisse Zeitspanne in der Düsenplatte
ausgebildet, so dass das Bohren der gesamten Düsen Zeit in Anspruch nimmt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Dem
gemäß ist es
ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
eines Tintenstrahldruckerkopfs zur Verfügung zu stellen, durch das
gleichzeitig und genau viele Düsen
als Ausstoßdüsen an vorherbestimmen
Positionen und in einer vorherbestimmten Größe und Form in kurzer Zeit
ausgebildet werden können.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt dieser Erfindung
ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckerkopfs zur
Verfügung gestellt,
der ein Substrat, das mit einer Vielzahl von energieerzeugenden
Elementen zum Erzeugen von Druckenergie zum Ausstoßen von
Tinte versehen ist und eine Düsenplatte
aufweist, die sich auf dem Substrat befindet und eine Vielzahl von
Ausstoßdüsen aufweist,
die in ihr zum Ausstoßen
von Tinte in eine vorherbestimmte Richtung durch Druck, der von
den energieerzeugenden Elementen erzeugt wird, ausgebildet sind,
wobei das Verfahren die Schritte des Ausbildens einer Ätzmaskenschicht,
die vor dem Ausbilden der Ausstoßdüsen ein Muster entsprechend
den Ausstoßdüsen in der
Düsenplatte
aufweist, und des Ausbildens der Vielzahl von Ausstoßdüsen in der
Düsenplatte
durch Trockenätzen
mit einer Helicon-Wave-Plasmaquelle (im weiteren „Helicon-Wave-Trockenätzen" genannt), während ein Druckerkopfsubstrat,
das die Düsenplatte
mit der Maskenschicht, die auf dem Substrat platziert ist, aufweist,
gekühlt
wird, umfasst.
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Gemäß diesem
Verfahren, bei dem Ausstoßdüsen gebohrt
werden, während
das Druckerkopfsubstrat, das unter Verwendung von Helicon-Wave-Trockenätren, das
ein schnelles Ätzen
mit einem großen
Ionenstrom gewährleistet,
zu ätzen
ist, gekühlt
wird, ist es möglich,
verlässlich
zu verhindern, dass die Temperatur des bearbeiteten Druckerkopfsubstrats übermäßig ansteigt,
was ansonsten die Form der zu bohrenden Ausstoßdüsen nachteilig beeinflussen
würde.
Dieses kann ermöglichen,
dass viele Ausstoßdüsen von
der gewünschten
und geeigneten Größe und Form
gleichzeitig und schnell gebohrt werden.
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Es
wird bevorzugt, dass in diesem Verfahren die Düsenplatte eine viellagige Platte
ist, die auf jeder Seite einer Polyimidplatte eine abgelagerte thermoplastische
Haftschicht mit einem Glassübergangspunkt
von höher
als 200° C
aufweist. In diesem Fall kann das Druckerkopfsubstrat auf 200 °C oder darunter
gekühlt
werden. Dadurch wird das konventionelle Problem behoben, dass die
thermoplastischen Haftschichten thermisch überdehnt werden und dadurch
das Ausbilden der Ausstoßdüsen nachteilig beeinflussen.
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Bei
dem obigen Verfahren wird es bevorzugt, dass das Druckerkopfsubstrat
durch Kühlen
einer Unterseite des Substrats mit einem Kühlgas gekühlt wird. In diesem Fall wird
das Kühlgas,
wenn die Ausstoßdüsen durchgebohrt
werden, aus den Ausstoßdüsen herausgeblasen.
Das erste geeignete Verfahren, diesen Mangel zu beheben, besteht darin,
dass, nachdem ein Tintenzuführungskanal,
der sich von der Unterseite des Substrats bis zu einer oberen Oberfläche desselben
erstreckt, ausgebildet worden ist, der Tintenzuführungskanal blockiert wird,
bevor die Zuführung
des Kühlgases
beginnt, und, nachdem das Ausbilden der Ausstoßdüsen abgeschlossen worden ist,
und die Zufuhr des Kühlgases
beendet worden ist, die Blockierung des Tintenzuführungskanals
aufgehoben wird. In diesem Fall, ist lediglich der Tintenzuführungskanal
durch Anbringen einer Blockierplatte auf der Unterseite des Substrats
zu blockieren, und es ist lediglich die Blockierung des Tintenzuführungskanals
durch Entfernen der Blockierplatte aufzuheben.
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Das
zweite geeignete Verfahren, den obigen Mangel zu beheben, besteht
darin, dass, bevor die Zuführung
des Kühlgases
beginnt, eine Vielzahl von Tintenleitungskanälen, die sich von einem Tintenzuführungskanal,
der sich von der Unterseite des Substrats bis zu einer oberen Oberfläche desselben
erstreckt, zu den energieerzeugenden Elementen, die auf der oberen
Oberfläche
des Substrats zur Verfügung
gestellt werden, erstrecken, blockiert werden, und, nachdem das
Ausbilden der Ausstoßdüsen abgeschlossen
worden ist, und die Zufuhr des Kühlgases
beendet worden ist, die Blockierung der Tintenleitungskanäle aufgehoben
wird. In diesem Fall sind die Tintenleitungskanäle lediglich durch Einfüllen eines
löslichen
Kunstharzes, das durch ein Lösemittel leicht
auflösbar
ist, zu blockieren, und es ist lediglich die Blockierung der Tintenleitungskanäle durch
Auflösen
des löslichen
Kunstharzes aufzuheben.
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Es
wird bevorzugt, dass das lösliche
Kunstharz solcherart eingefüllt
wird, dass es die energieerzeugenden Elemente bedeckt. Dieses verhindert, dass
die energieerzeugenden Elemente durch ein Überätzen beschädigt werden.
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Das
dritte geeignete Verfahren, den obigen Mangel zu beheben, besteht
darin, dass die Ausstoßdüsen gebohrt
werden, bevor ein Tintenzuführungskanal,
der sich von der Unterseite des Substrats bis zu einer oberen Oberfläche desselben
erstreckt, geöffnet
wird. In diesem Fall ist lediglich der Tintenzuführungskanal durch Verbinden
einer Tintenzuführungsrinne
auf einer oberen Oberfläche
des Substrats mit einem Tintenzuführungsloch auf einer Unterseite
des Substrats auszubilden, und es ist lediglich die Tintenzuführungsrinne
oder das Tintenzuführungsloch
auszubilden, um den Tintenzuführungskanal
nach dem Ausbilden der Ausstoßdüsen zu öffnen. Es
wird mehr bevor zugt, dass das Tintenzuführungsloch ausgebildet wird,
um den Tintenzuführungskanal nach
dem Ausbilden der Ausstoßdüsen zu öffnen.
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Das
vierte geeignete Verfahren, den obigen Mangel zu beheben, besteht
darin, dass, nachdem die Zufuhr des Kühlgases zu der Unterseite des
Substrats des Druckerkopfsubstrats begonnen hat, das Helicon-Wave-Trockenätzen begonnen
wird, und die Zufuhr des Kühlgases
sofort beendet wird, nachdem im wesentlichen sämtliche der Ausstoßdüsen durchgebohrt
worden sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Zeit, zu
der im wesentlichen sämtliche
der Ausstoßdüsen durchgebohrt
worden sind, aus einer Änderung
in einer Flussrate des Kühlgases
bestimmt wird.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß einem anderen Aspekt dieser
Erfindung ein Verfahren zur Verfügung
gestellt zum Herstellen eines Tintenstrahldruckerkopfs zum Ausführen eines
Aufzeichnens durch Anwenden von Druckenergie auf Tinte und Ausstoßen der
Tinte aus einer Vielzahl von Ausstoßdüsen auf ein Aufzeichnungsmedium,
die Schritte des Anordnens einer Vielzahl von energieerzeugenden
Elementen zum Erzeugen der Druckenergie auf einem Substrat, des
Platzierens einer dünnen
Schichtplatte als eine Düsenplatte,
die sowohl an der oberen als auch der unteren Seite angeheftete Haftschichten
aufweist, auf dem Substrat, worauf die energieerzeugenden Elemente
angeordnet sind, und des gleichzeitigen Durchbohrens einer Vielzahl
von Ausstoßdüsen in der
Düsenplatte
in Verbindung mit den energieerzeugenden Elementen durch Trockenätzen, während ein
Druckerkopfsubstrat, das die Düsenplatte,
die auf dem Substrat platziert ist, aufweist, mit einem der Rückseite
des Substrats zugeführten
Kühlgas
gekühlt
wird, umfassend.
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Gemäß diesem
Verfahren wird, selbst wenn eine dünne Schichtplatte mit auf beiden
Seiten angehefteten thermoplastischen Haftschichten, die hinsichtlich
der Wirksamkeit hervorragend ist, als eine Düsenplatte verwendet wird, ein
Anstieg der Gesamttemperatur des Druckerkopfsubstrats während der
Trockenätzens
unterdrückt.
Dieses kann verhindern, dass die thermoplastischen Haftschichten
thermisch überdehnt
werden, was ansonsten das Ausbilden der Ausstoßdüsen nachteilig beeinflussen
würde,
und kann ermöglichen,
dass viele Ausstoßdüsen von
der gewünschten
und geeigneten Größe und Form
gleichzeitig und schnell gebohrt werden. Es ist somit möglich, ein
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckerkopfs, der mit
Ausstoßdüsen von der
gewünschten und
geeigneten Größe und Form ausgestattet
ist, mit großer
Leistungsfähigkeit
zur Verfügung
zu stellen.
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Gemäß dem zweiten
Verfahren können, wenn
Helicon-Wave-Trockenätzen
als Trockenätzen verwendet
wird, viele Ausstoßdüsen von
geeigneter Form schneller gebohrt werden. Dieses verbessert den
Durchsatz bei dem Herstellen der Tintenstrahldruckerköpfe weiter.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Diese
Ziele und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung
und der begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen:
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1A eine
allgemeine perspektivische Ansicht eines konventionellen thermischen
Tintenstrahldruckerkopfes darstellt;
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1B eine
ebene Ansicht ist, die den Druckerkopf des Tintenstrahldruckerkopfes
von 1A von der Tinte ausstoßenden Seite aus gesehen zeigt;
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1C eine
Schnittansicht, gesehen aus der Richtung C-C' in 1B, ist;
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1D eine
ebene Ansicht ist, die einen Siliziumwafer darstellt, aus welchem
der Druckerkopf in 1B hergestellt ist;
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2A eine
ebene Ansicht ist, die beispielhaft den Zustand illustriert, nachdem
die Ausbildung der wärmeerzeugenden
Elemente bei der Herstellung eines Tintenstrahldruckerkopfes gemäß einer ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung beendet worden ist;
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2B eine
Schnittansicht dieses Zustandes ist;
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3A eine
ebene Ansicht ist, die beispielhaft den Zustand zeigt, nachdem die
Ausbildung einer Partition bei der Herstellung des Tintenstrahldruckerkopfes
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung beendet worden ist;
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38 eine Schnittansicht dieses Zustands darstellt;
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4A eine
ebene Ansicht ist, die beispielhaft den Zustand zeigt, nachdem die
Ausbildung der Düsen
bei der Herstellung des Tintenstrahldruckerkopfes gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung beendet worden ist;
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4B eine
Schnittansicht dieses Zustands darstellt;
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5A eine
ebene Ansicht ist, die beispielhaft einen Teil f der Struktur von 2A in
einer Vergrößerung zeigt;
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58 eine Schnittansicht ist, wie sie aus der
Richtung B-B' in 5A gesehen
wird;
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5C eine Schnittansicht ist, wie sie aus der
Richtung C-C' in 5A gesehen
wird;
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6A eine
ebene Ansicht ist, die beispielhaft einen Teil f der Struktur von 3A in
einer Vergrößerung zeigt;
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6B eine
Schnittansicht ist, wie sie aus der Richtung B-B' in 6A gesehen
wird;
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6C eine
Schnittansicht ist, wie sie aus der Richtung C-C' in 6A gesehen
wird;
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7A eine
ebene Ansicht ist, die beispielhaft einen Teil f der Struktur in 4A in
einer Vergrößerung zeigt;
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7B eine
Schnittansicht ist, wie sie aus der Richtung B-B' in 7A gesehen
wird;
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7C eine
Schnittansicht ist, wie sie aus der Richtung C-C' in 7A gesehen
wird;
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8A eine
ebene Ansicht ist, die einen Farbtintenstrahldruckerkopf gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt, wie er von der Tinte ausstoßenden Seite
gesehen wird;
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8B eine
ebene Ansicht ist, die einen Siliziumwafer für die Herstellung des Kopfes
von 8A darstellt;
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9A eine
Schnittansicht ist, die beispielhaft den Zustand in der Nähe der wärmeerzeugenden
Bereiche zeigt, bevor die Ausbildung der Düsen begonnen wurde;
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9B eine
Schnittansicht ist, die beispielhaft den Zustand in der Nähe der wärmeerzeugenden
Bereiche zeigt, nachdem die Ausbildung die Düsen begonnen wurde;
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10 eine
Schnittansicht ist, die beispielhaft ein Problem zeigt, welches
entsteht, wenn die Düsen
durch Helicon-Wave-Trockenätzen
gebohrt werden;
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11A ein beispielhaftes erklärendes Diagramm darstellt,
das die schematische Struktur eines Helicon-Wave-Trockenätzsystems
illustriert;
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11B eine ebene Ansicht ist, die eine Wafer-Einspannbühne in dem
Helicon-Wave-Trockenätzsystem
von 11A zeigt;
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11C eine Schnittansicht ist, die beispielhaft
ein Druckerkopfsubstrat illustriert, welches durch das Helicon-Wave-Trockenätzsystem
von 11A bearbeitet wird;
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12 eine
beispielhafte Querschnittansicht des Zustandes ist, in dem ein Kühlgas von
den gebohrten Düsen
ausgeblasen wird;
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13A eine beispielhafte Schnittansicht darstellt,
die ein Tintenzuführungsloch
zeigt, das in einem Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung blockiert ist;
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13B eine beispielhafte Schnittansicht ist, die
den Tintenstrahldruckerkopf zeigt, der gemäß der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung erhalten wurde;
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14 eine
Tabelle ist, die eine Liste verschiedener Charakteristiken für verschiedene
Arten von thermischen Trennplatten zeigt, die in dem Herstellungsverfahren
der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung anwendbar sind;
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15 eine
Schnittansicht ist, die beispielhaft eine Modifikation der ersten
Ausführungsform dieser
Erfindung zeigt;
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16A – 16F beispielhafte Schnittansichten sind, die ein
Herstellungsverfahren eines Tintenstrahldruckerkopfes gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung Schritt für
Schritt für
jeden der grundlegenden Schritte zeigt;
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17A – 17E beispielhafte Schnittansichten sind, die ein
Herstellungsverfahren eines Tintenstrahldruckerkopfes gemäß einer
dritten Ausführungsform
dieser Erfindung Schritt für
Schritt für
jeden der grundlegenden Schritte zeigt;
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18A eine beispielhafte Schnittansicht ist, die
den Zustand zeigt, bevor die Düsen
durch ein Herstellungsverfahren eines Tintenstrahldruckerkopfes
gemäß einer
vierten Ausführungsform
dieser Erfindung gebohrt worden sind;
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18G eine beispielhafte Schnittansicht ist,
die den Zustand zeigt, nachdem die Düsen in einem Herstellungsverfahren
eines Tintenstrahldruckerkopfes gemäß der vierten Ausführungsform
dieser Erfindung gebohrt worden sind; und
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19 ein
Flussdiagramm darstellt, welches das Herstellungsverfahren eines
Tintenstrahldruckerkopfes gemäß der vierten
Ausführungsform
dieser Erfindung illustriert.
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Beste Art
der Ausführung
der Erfindung
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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Die 2A und 2B, 3A und 3B und
die 4A und 4B sind
schematische ebene Ansichten und Schnittansichten, die Schritt für Schritt
die Herstellungsstadien zu drei Phasen eines Verfahrens zur Herstellung
eines Tintenstrahldruckerkopfes vom monolithischen Typ gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung illustrieren. Auch wenn jedes dieser Diagramme
aus Gründen
der beschreibenden Einfachheit nur einen druckenden Kopf (der dieselbe
Struktur wie ein monochromatischer Tintenstrahldruckerkopf aufweist)
in einem Farbtintenstrahldruckerkopf zeigt, kann tatsächlich,
wie später
diskutiert wird, eine Vielzahl (normalerweise vier) von druckenden
Köpfen
desselben Typs auf einem einzigen Chipsubstrat Seite an Seite ausgebildet
sein. Auch wenn 4A beispielhaft 44 Düsen zeigt,
werden tatsächlich
gemäß der Designregel
viele Düsen,
wie 64, 128 oder 256 Düsen, ausgebildet.
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Die 5A, 6A und 7A stellen
ebene Ansichten dar, die beispielhaft wesentliche Teile, in teilweiser
Vergrößerung,
der ebenen Ansichten von 2A, 3A, 4A zeigen.
Die 5B, 6B und 7B sind
Schnittansichten aus der Richtung B-B' in den ersten drei Diagrammen gesehen,
und die 5C, 6C und 7C sind Schnittansichten
aus der Richtung C-C' in
den ersten drei Diagrammen gesehen. Die 5A – 7C zeigen
fünf wärmeerzeugende
Bereiche 33, fünf
Düsen 44 und Ähnliches,
die aus Gründen
der Erklärungseinfachheit 64, 128 oder 256 wärmeerzeugende
Bereiche, Düsen
oder Ähnliches
repräsentieren.
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Im
Weiteren wird das grundlegende Herstellungsverfahren diskutiert.
Als erstes, als Schritt 1, werden Treiber und ihre Leitungen auf
einem Siliziumsubstrat von 4 Inch oder mehr mithilfe von LSI-Technologie
und eine Oxidschicht (SiO2) mit einer Dicke
von 1 bis 2 μm
darauf ausgebildet. Als nächsten
Schritt 2 wird eine Schicht eines wärmeerzeugenden Widerstands
aus Tantalum (Ta)-Silizium (Si)-Sauerstoff (O) unter Verwendung
einer Dünnschichtablagerungstechnologie
ausgebildet, und es wird sodann eine Elektrodenschicht aus Au oder Ähnlichem
mit einer nahen dazwischenliegenden Sperrschicht aus Ti-W oder Ähnlichem
auf dieser wärmeerzeugenden
Widerstandselementschicht abgelagert. Sodann werden die Elektrodenschicht
und die wärmeerzeugende
Widerstandselementschicht mit Hilfe fotolithografischer Technologie
gemustert. Dann erhält
man die wärmeerzeugenden
Bereiche durch Belichten des wärmeerzeugenden
Widerstandselements, und es werden Drahtelektroden auf beiden Seiten
des wärmeerzeugenden
Bereichs befestigt, wodurch man z. B. 128 wärmeerzeugende Elemente in Streifenform
erhält.
In diesem Schritt werden die Positionen der wärmeerzeugenden Bereiche aneinander
ausgerichtet.
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Die 2A, 2B und 5A – 5C zeigen den Zustand, direkt nachdem die
Schritte 1 und 2 beendet worden sind. Auf einem Chipsubstrat 30 werden
Treiber 31 und Treiberleitungen 32 (siehe 2A)
unterhalb einer Isolierschicht ausgebildet, die aus einer Oxidschicht
gebildet wird. Auf der Isolierschicht wird die wärmeerzeugende Widerstandselementschicht
in eine Vielzahl von Spalten wärmeerzeugender
Bereiche 33 mit einer gemeinsamen Elektrode 34 und
einer individuellen Drahtelektrode 36, die auf den jeweiligen
Seiten eines jeden wärmeerzeugenden
Bereichs 33 ausgebildet sind, gemustert. Das heißt, viele
Spalten wärmeerzeugender
Elemente, von denen ein jedes die gemeinsame Elektrode 34,
den wärmeerzeugenden
Bereich 33 und die individuelle Drahtelektrode 36 umfasst,
werden parallel in vorherbestimmten Abständen ausgebildet, wodurch sich
die wärmeerzeugenden
Bereichsspalten 33' und
individuellen Drahtelektrodenspalten 36' ergeben. Zusammen mit der gemeinsamen
Elektrode 34 werden Energieversorgungsleitungen 35 für die gemeinsame
Elektrode ausgebildet (siehe 2A).
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Als
nächster
Schritt 3 wird ein Partitionselement aus einem organischen Material,
wie ein fotosensitives Polyimid, in einer Dicke von etwa 20 μm durch Beschichten
ausgebildet, um Tintenflusskanäle
entsprechend den individuellen wärmeerzeugenden
Bereichen 33 und Tintenflusskanäle, die jeweils mit diesen
Tintenflusskanälen
verbunden sind, auszubilden. Nach dem Mustern dieses Partitionselementes
durch Fotolithografie wird das Chipsubstrat 30 für 30 bis
60 Minuten bei einer Hitze von 300°C bis 400°C ausgehärtet, wodurch die Partition
von fotosensitivem Polyimid mit einer Höhe von etwa 10 μm auf dem
Chipsubstrat 30 fixiert wird. Als nachfolgender Schritt
4 wird durch Nassätzen,
Sandstrahlen oder Ähnlichem
eine gemeinsame Tintenzuführungsrinne
in der Oberfläche
des Chipsubstrats 30, das mit der Partition versehen ist,
ausgebildet, woraufhin ein Tintenzuführungsloch, das mit dieser
Tintenzuführungsrinne
verbunden ist und gegenüber
der Unterseite des Chipsubstrats 30 offen ist, ausgebildet
wird.
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Die 3A, 3B und 6A – 6C zeigen
den Zustand, direkt nachdem die Schritte 3 und 4 beendet worden
sind. Eine gemeinsame Tintenzuführungsrinne 37 und
ein Tintenzuführungsloch 38 werden
derart ausgebildet, dass sie von der gemeinsamen Elektrode 34 umgeben
sind. Eine Tintendichtungspartition 39-1 wird auf dem Anschluss
der gemeinsamen Elektrode 34 ausgebildet, der auf der linken
Seite der gemeinsamen Tintenzuführungsrinne 37 liegt,
und eine Tintendichtungspartition 39-2 wird auf dem Anschluss
der gemeinsamen Elektrode 34 ausgebildet, welcher auf der
rechten Seite, wo die individuelle Drahtelektrode 36 verlegt
ist, liegt. Eine Segmentierungspartition 39-3 erstreckt
sich von dieser Tintendichtungspartition 39-2 bis zwischen
die individuellen wärmeerzeugenden
Bereiche 33.
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Wenn
man die Tintendichtungspartition 39-2 auf der individuellen
Drahtelektrode 36 als das Rückgrat eines Kamms ansieht,
weist die Segmentierungspartition 39-3, die sich bis zwischen
die individuellen wärmeerzeugenden
Bereiche 34 erstreckt, die Form der Zähne des Kamms auf. Mit der
zahnartigen Segmentierungspartition 39-3, die als Partitionswände dient,
ist die Zahl ultrafeiner Tintenflusskanäle 41, die mit den
wärmeerzeugenden
Bereichen 33 an den Basen zwischen den Zähnen ausgebildet werden,
derjenigen der wärmeerzeugenden
Bereiche 33 gleich.
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Als
nächstes
wird, als Schritt 5, eine Düsenplatte,
welche die Form einer dünnen
Schichtplatte aus Polyimid mit einer Dicke von 10 bis 30 μm aufweist,
auf der obersten Schicht der Laminatstruktur oder der Partition 39 (39-1, 39-2, 39-3),
z. B. mit Hilfe eines thermoplastischen Haftmittels, befestigt,
und die entstandene Struktur wird, während sie auf 290 bis 300°C erhitzt
wird, unter Druck gesetzt, wodurch die Düsenplatte fixiert wird. Sodann
wird eine Metallschicht aus Ni, Cu, Al oder Ähnlichem mit einer Dicke von
0,6 bis 1 μm
auf der Oberfläche
der Düsenplatte abgelagert,
welche der Seite, auf welcher die Partition gesichert ist, entgegengesetzt
ist (die Seite, auf der die Metallschicht abgelagert wird, wird
im Weiteren Partitionsgegenseite genannt). Diese Metallschicht dient
als eine Maske zu der Zeit, zu der, wie später zu diskutieren ist, die
Düsen durch
Trockenätzen
durchgebohrt werden.
-
Sodann
wird, als Schritt 6, die Metallschicht auf der Düsenplatte gemustert, um eine
Maske für ein
selektives Trockenätzen
der Düsenplatte
auszubilden, wonach ein Trockenätzen
der Düsenplatte nach
Maßgabe
der Metallmaske unter Verwendung des Helicon-Wave-Trockenätzsystems,
das im Späteren
besonders diskutiert wird, erfolgt, wodurch die gleichzeitige Ausbildung
vieler Düsen
mit 31 μm Ø bis 15 μm Ø gewährleistet
wird.
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Die 4A, 4B und 7A – 7C zeigen
den Zustand, direkt nachdem die Schritte 5 und 6 beendet worden
sind. Die Düsenplatte 42 bedeckt
das gesamte Gebiet, mit Ausnahme der Energieversorgungsleitungen
für die
gemeinsame Elektrode 35 und der Treiberleitungen 32,
und die individuellen Tintenflusskanäle 41, die mit einer
Höhe von 10 μm durch die
Segmentierungspartition 39-3 ausgebildet werden, haben
ihre Öffnungen
der gemeinsamen Tintenzuführungsrinne 37 zugewandt.
Ein gemeinsamer Tintenflusskanal 43 wird mit einer Höhe von 10 μm ausgebildet,
um die Öffnungen
dieser Tintenflusskanäle 41 mit
der gemeinsamen Tintenzuführungsrinne 37 zu
verbinden.
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Die
Düsen 44 sind
in Bereichen der Düsenplatte 42 ausgebildet,
die den wärmeerzeugenden Bereichen 33 gegenüberliegen.
Somit wird der einfarbige Tintenstrahldruckerkopf 45 fertiggestellt,
der eine Spalte von 64, 128 oder 256 Düsen 44 aufweist.
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Wie
oben beschrieben nimmt der einfarbige Tintenstrahldruckerkopf 45,
der mit einer einzigen Spalte von Düsen 44 ausgestattet
ist, die Struktur eines monochromatischen Tintenstrahldruckerkopfes an
und benötigt
für normales
Farbdrucken insgesamt vier farbige Tinten, nämlich eine schwarze (Bk), die ausschließlich für schwarze
Bereiche oder Buchstaben oder Bilder benötigt wird, zusätzlich zu
den subtraktiven Primärfarben
Gelb (Y), Magenta (M) und Cyan (C). Somit werden minimal vier Spalten
von Düsen
benötigt.
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8A ist
ein Diagramm, das einen Farbtintenstrahldruckerkopf zeigt, der durch
die Anordnung von vier einfarbigen Tintenstrahldruckerköpfen 45 des
obigen Typs Seite an Seite konstruiert wird, und 8B ist
eine Ansicht, die mehrere Farbtintenstrahldruckerköpfe 45 auf
einem Siliziumwafer darstellt. Mit dem oben beschriebenen Verfahren
kann ein Farbtintenstrahldruckerkopf 48, wie in 8A gezeigt,
durch Ausbilden mehrerer Chipsubstrate 46, von denen jedes
in 8A gezeigt ist, auf einem Siliziumwafer 47,
wie in 8B gezeigt, hergestellt werden,
und können
die einfarbigen Tintenstrahldru ckerköpfe 45, die in den 4A und 4B gezeigt sind,
auf jedem Chipsubstrat 46 in vier Spalten in einer monolithischen
Form konstruiert werden. Die individuellen Düsenspalten 49 können genau
in der bestimmten Beziehung durch die Halbleitertechnologie des
Standes der Technik angeordnet werden.
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Nachdem
die Tintenstrahldruckerköpfe
auf dem Siliziumwafer 47 durch die oben beschriebenen Herstellungsschritte
hergestellt worden sind, wird der Siliziumwafer 47 schließlich entlang
von Anrisslinien unter Verwendung einer Chipsäge oder Ähnlichem in Würfel geschnitten,
wodurch die individuellen Chipsubstrate 46 voneinander
getrennt werden, und wodurch schließlich der Farbtintenstrahldruckerkopf 48, wie
in 8A gezeigt, erhalten wird. Der erhaltene Farbtintenstrahldruckerkopf 48 wird
sodann auf ein Trägersubstrat
punktgestanzt, wobei seine Leitungen mit denen des Substrats verbunden
werden, so dass er zu einer verwendbaren Einheit eines Farbtintenstrahldruckerkopfes
wird.
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Im
Weiteren wird genauer beschrieben, wie die Düsen unter Verwendung des Helicon-Wave-Trockenätzsystems,
das bereits schematisch in dem Abschnitt des Schrittes 6 des Verfahrens
zur Herstellung des Tintenstrahldruckerkopfes erklärt worden ist,
gebohrt werden. Das Helicon-Wave-Trockenätzsystem wird in dieser Ausführungsform
verwendet, weil dieses Ätzsystem
schnelles Trockenätzen
unter Verwendung eines Hochenergieplasmastroms ausführen kann,
wodurch die Arbeitseffizienz verbessert wird. Die Helicon-Wave,
welche eine Art der elektromagnetischen Wellen, die sich in einem
Plasma fortpflanzen, darstellt, wird Whistler-Welle genannt und erzeugt
ein Hochdichteplasma.
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9A ist
eine Schnittansicht, die exemplarisch in Vergrößerung den wärmeerzeugenden
Bereich 33 oder den wesentlichen Bereich des sich in Herstellung
befindlichen Tintenstrahldruckerkopfes 48 nach einem Schritt
vor dem oben beschriebenen Trockenätzschritt und einen Bereich
in der Nähe
dieses Bereichs 33 zeigt. 9B ist
eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in welchem der Tintenstrahldruckerkopf 48 dem
Trockenätzen
durch das Helicon-Wave-Trockenätzsystem
unterliegt.
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Wie
in 9A gezeigt, umfasst die Düsenplatte 42 drei
Schichten: eine Haftschicht 51a, eine Polyimidschicht 52 und
eine Haftschicht 51b. Die Haftschichten 51a und 51b sind z.
B. aus thermoplastischem Polyimid oder Haftmitteln auf Epoxybasis ausgebildet
und mit einer Dicke von etwa 2 bis 5 μm auf der oberen und unteren
Oberfläche
der Polyimidschicht 52, die eine Dicke von etwa 30 μm aufweist, aufgetragen.
Wenn die Temperatur auf oberhalb des Glasübergangspunktes steigt, fällt das
Elastizitätsmodul
eines thermoplastischen Kunstharzmaterials, wie der Haftschichten 51a oder 51b,
stark ab, wodurch sich die Haftfähigkeit
erhöht,
so dass dieses Material den Hafteffekt aufweist.
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Diese
Eigenschaft wird jedoch auf der Hinterseite der Düsenplatte 42,
die an die Partition 39 (39-1, 39-2, 39-3)
anzuheften ist, und nicht auf der Oberseite oder der Ausstoßseite der
Düsenplatte 42 erfordert.
Die Haftschicht 51a wird zusätzlich zu der Haftschicht 51b auf
der Hinterseite der Düsenplatte auf
der oberen Oberfläche
zur Verfügung
gestellt. Dieses geschieht deshalb, weil die Düsenplatte mit lediglich der
Haftschicht 51b auf der Rückseite zu einer Verwerfung
oder Welligkeit des Düsenplattenelementes
während
des Herstellungsprozesses führen würde und
die Verarbeitung erschweren würde.
In anderen Worten verhindert, sowohl die vordere als auch die hintere
Seite der Düsenplatte 42 mit
derselben thermischen Expansionscharakteristik durch die Haftschichten 51a und 51b zu
versehen, dass sich die Polyimidschicht 52 während des
Herstellungsprozesses aufrollt.
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Die
Düsenplatte 42 wird
mit der Seite der Haftschicht 51b, die dem Chipsubstrat 46 gegenüberliegt,
auf der Partition 39 platziert, wodurch eine Abdeckung
der individuellen Tintenflusskanäle 41 und
des gemeinsamen Tintenflusskanals 43 gebildet wird. Wenn
die Düsenplatte 42 auf
200 bis 250°C
erhitzt wird und unter Druck von einigen kg/cm2 für einige
zehn Minuten gesetzt wird, wird sie homogen und fest mit der Partition 39 verbunden.
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Sodann
wird eine Metallschicht 53 aus Ni, Cu, Al, Ti oder Ähnlichem
mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 1 μm als ein Maskenmaterial für später zu diskutierendes
Trockenätzen
ausgebildet, und ein Muster 54 entsprechend den, z. B.
in 4A gezeigten, Düsen 44 wird auf der
Schicht ausgebildet, wodurch eine Maske für selektives Ätzen der
Düsenplatte 42 ausgebildet
wird. Für
den Fall, in dem, wie in diesem Beispiel, das Helicon-Wave-Trockenätzsystem
für das
Bohren der Düsen 44 in
die Düsenplatte 42 verwendet
wird, stellt die Verwendung der Metallschicht 53 aus Ni,
Cu, Al, Ti oder Ähnlichem
ein Ätzratenverhältnis von
ungefähr
1:50 bis 100 für
die Polyimidschicht 52 zu der Metall schicht 53 zur
Verfügung.
Um die Polyimidschicht 52 von etwa 30 μm zu ätzen, ist die Metallschicht 53 von
weniger als 1 μm
hinreichend.
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Nach
der Ausbildung der Metallschicht 53 wird das Chip-Substrat 46 oder
der Siliziumwafer 47, wie in 8B gezeigt,
in dem Helicon-Wave-Trockenätzsystem
platziert, und es werden die Düsen 44 durch
Trockenätzen,
wie in 9B gezeigt, gebohrt. Als Arbeitsgas
für das
Trockenätzen
in dem Helicon-Wave-Trockenätzsystem
wird Sauerstoff verwendet. In dem Helicon-Wave-Trockenätzsystem wird
das Arbeitsgas O2 zu Sauerstoffplasma 55,
das aus Sauerstoffionen 56 und Sauerstoffradikalatomen 57 besteht,
das auf die Metallmaskenoberfläche
gesprüht
wird, wodurch es die Düsen 44 gemäß dem Muster 54,
wie in 9B gezeigt, bohrt.
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Die
Haftschicht 51a auf der Oberseite der Düsenplatte 42 erzeugt
bei der Ausbildung der Löcher
durch ein gewöhnliches
Trockenätzsystem
oder das Ausbilden der Löcher
durch einen Excimerlaser oder Ähnliches
kein großes
Problem. Wenn jedoch, wie in dieser Erfindung, ein Helicon-Wave-Trockenätzsystem
zur schnelleren Ausbildung der Löcher
verwendet wird, macht das Helicon-Wave-Trockenätzen Gebrauch von dem Hochenergie-Ionenstrom
und erhöht
somit signifikant die Temperatur des Werkstückes mehr als andere Ätzverfahren.
Dieses führt
zu dem folgenden Problem.
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10 ist
eine Schnittansicht, die beispielhaft das Problem zeigt, das auftritt,
wenn die Düsen mit
Hilfe eines Helicon-Wave-Trockenätzsystems
gebohrt werden. Wenn die Düsen
auf normale Weise unter Verwendung des Helicon-Wave-Trockenätzsystems
gebohrt werden, wie es in 10 gezeigt ist,
wird das gesamte Werkstück
oder das gesamte Druckerkopfsubstrat, d. h. das Chipsubstrat 46,
auf welchem die wärmeerzeugenden
Bereiche 33, die Partition 39 und die Düsenplatte 42 vorgesehen
sind, auf eine hohe Temperatur geheizt. Die thermoplastische Haftschicht 51a auf
der Oberfläche
der Düsenplatte 42,
die am meisten durch das Sauerstoffplasma beeinflusst wird, dehnt
sich am meisten thermisch aus, wodurch Falten 58 in der
thermoplastischen Haftschicht 51a erzeugt werden. Als ein
Ergebnis hiervon kann die stark ausgedehnte Haftschicht 51a als
ein Ätzüberrest
in den Düsen 44 verbleiben,
oder kann die Form der Ausstoßöffnungen 44' deformiert fertiggestellt
werden. Das führt
unerwünschter
Weise dazu, dass die Tinte in einer nicht geplanten Richtung ausgestoßen wird,
d. h. einer Richtung, die von der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der
Düsenplatte
unterschiedlich ist, oder es führt
zu sehr kleinen unerwünschten
Punkten, Satelliten genannt, die um die Zielpunkte herum auftreten.
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Um
die Erzeugung von Falten 58 zu verhindern, kann eine Düsenplatte
ohne die Haftschicht 51a auf der Oberseite verwendet werden,
aber es kann diese Konstruktion nicht empfohlen werden, da, wie
zuvor erwähnt,
die Haftschicht 51a auf der Oberseite dazu dient, eine
Welligkeit der Düsenplatte 42 während des
Herstellungsprozesses zu verhindern.
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In
dieser Ausführungsform
wird daher beachtet, dass der Glasübergangspunkt Tg des thermoplastischen
Polyimids, das als Haftschicht 51a verwendet wird, höher als
bei 200°C
liegt, und das Ätzen
wird ausgeführt,
während
der Siliziumwafer 47 während
des Ausbildens der Düsen 44 in
der Düsenplatte 42 mit
Hilfe eines Helicon-Wave-Trockenätzsystems
auf oder unter 200°C
gekühlt
wird.
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11A ist ein beispielhaft erklärendes Diagramm, das ein Helicon-Wave-Trockenätzsystem
illustriert, 11B ist eine ebene Ansicht seiner
Wafer-Einspannbühne und 11C ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 11A. Wie in 11A gezeigt,
weist das Helicon-Wave-Trockenätzsystem eine
Arbeitskammer 61 im Zentrum und eine Wafer-Einspannbühne 62 in
der Arbeitskammer 61 auf. Der Siliziumwafer 47,
der in 8B gezeigt ist, wird, wie durch
einen Pfeil G in 11A angezeigt ist, von der linken
Seite in das System eingeführt
und auf der Wafer-Einspannbühne 62 platziert.
Der Siliziumwafer 47 wird auf der Wafer-Einspannbühne 62 mit
Hilfe mechanischer Futter (die das Zielobjekt mechanisch halten),
elektrostatischer Einspannungen (die das Zielobjekt elektrostatisch
halten) oder Ähnlichem
gesichert. Die Wafer-Einspannbühne 62 ist
einheitlich auf einem Träger 63 ausgebildet, über den
eine RF (Radiofrequenz)-Vorspannung von z. B. 13,56 MHz von einer
unteren AC-Energiequelle 64 an der Bühne 62 angelegt wird.
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Eine
Enteisungsflüssigkeit
zirkuliert von einem Niedrigtemperaturverbreiter 65 über den
Träger 63 zu
der Wafer-Einspannbühne 62.
Ein Kühlgas 66, wie
Heliumgas, wird zur Förderung
der thermischen Leitung und Verstärkung des Kühleffektes durch eine Kühlmittelspeisepumpe 67 über einen
Kühlmittelspeisekanal 68,
der in dem Träger 63 und
der Wafer-Einspannbühne 62 vorgesehen
ist, in Kühlmittelausstoßöffnungen 69 ge speist,
die zu der Wafer-Trägeroberfläche der
Wafer-Einspannbühne 62 hin
offen sind, und gelangt in einen kleinen Spalt h zwischen der Wafer-Einspannbühne 62 und
dem Siliziumwafer 47. Dieses fördert die Kühlung des Siliziumwafers 47 durch
den Niedertemperaturverbreiter 65.
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Genauer
wird die Wafer-Einspannbühne 62 des
Helicon-Wave-Trockenätzsystems
auf –10°C oder darunter
gekühlt,
wobei das zirkulierende Enteisungsmittel und das Kühlgas 66 zwischen
der Wafer-Einspannbühne 62 und
dem Siliziumwafer 47 ihre Wirkung entfalten, wodurch ein
Ansteigen der Temperatur des gesamten Druckerkopfsubstrats zur Zeit des
Helicon-Wave-Trockenätzens
wirksam unterdrückt
wird.
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Um
die Arbeitskammer 61 herum ist ein Magnet zum Einfangen
des Sauerstoff(O2)-Plasmas 55 in der Kammer 61 angeordnet,
und es befindet sich eine Versorgungskammer 72 in der oberen
Mitte der Kammer 61. Eine Antenne 73 wird in zwei
(einer oberen und einer unteren) Stufen μm die Versorgungskammer 72 zur
Verfügung
gestellt, und es sind eine innere Spule 74 und eine äußere Spule 75 außerhalb der
Antenne 73 angebracht, um das Plasma einzuschließen. In
den oberen Bereich der Versorgungskammer 72 mündet eine
Versorgungsleitung 76, über welche
das Arbeitsgas (Arbeitssauerstoff) zugeführt wird. Eine Energieversorgungsquelle 77 legt
entsprechend dem Takt der unteren AC-Energieversorgung 64 eine
Spannung von 13,5 MHz an der zweistufigen Antenne 73 an.
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In
dieser Struktur wird der Arbeitssauerstoff, der durch die Versorgungsleitung 76 zur
Verfügung gestellt
wird, in der Versorgungskammer 72 durch die Antenne 73 in
ein Plasma umgewandelt und wird sodann durch die innere Spule 74 und
die äußere Spule 75 in
die Arbeitskammer 76 geleitet. Das Sauerstoffplasma 55,
das auf diese Weise erzeugt worden ist, wird durch die RF-Vorspannung,
die über
den Träger 63 und
die Wafer-Einspannbühne 62 an
dem Siliziumwafer 47 (im Weiteren "Druckerkopfsubstrat" genannt, obwohl das Substrat tatsächlich in
der Form des Siliziumwafers 47 verarbeitet wird) angelegt
ist, in die Arbeitskammer 61 gesaugt und beschleunigt.
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Der
Magnet 71, der sich an der Wand der Arbeitskammer 61 befindet,
verhindert, dass die Elektronen des Sauerstoffplasmas 55 an
der Wand verloren gehen. Das verursacht, dass das Sauerstoffplasma 55 sich
in einer einheitlichen Verteilung auf das Drucker kopfsubstrat (Siliziumwafer 47)
ergießt
und auf die obere Oberfläche
der Düsenplatte 42,
die durch das Maskenmuster 54 auf der Metallschicht 53 bloßgelegt
ist, trifft und dadurch die Düsenplatte 42 ätzt. Nach
der Bearbeitung wird das Arbeitsgas, wie durch einen Pfeil J in 11A angezeigt, zur rechten Seite des Systems ausgelassen.
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Auch
wenn das Helicon-Wave-Trockenätzen,
anders als das RIE (reaktives Ionenätzen), keine Anordnung von
parallelen Elektrodenplatten aufweist, wirkt das Potential des Druckerkopfsubstrats 46 in
eine solche Richtung, dass die Sauerstoffionen 56 in das
Sauerstoffplasma gezogen werden. Dem gemäß wird ein chemisches Ätzen unter
Verwendung der Radikalatome 57 zu der Zeit ausgeführt, zu
der die Sauerstoffionen 56 auf einem Werkstück (Düsenplatte 47)
gesputtert werden.
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Wenn
das Werkstück
z. B. ein Polyimid ist, sind die wesentlichen Substanzen Kohlenstoff
und Wasserstoff, so dass das Ätzen
durch eine chemische Reaktion nach CxHy + O → CO2 ↑ + H2O ↑ ausgeführt wird.
Somit kann das Helicon-Wave-Trockenätzen anisotropes Ätzen, wie
das Ausbilden von Löchern,
mit einem hohen Ätzratenverhältnis unter Verwendung
einer Kombination von Sputtering (physikalischem Ätzen) und
einer Radikalenreaktion (chemisches Ätzen) ausführen.
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Auch
wenn das Ätzen
ausgeführt
wird, während
das Druckerkopfsubstrat hinreichend gekühlt wird, so bringt das oben
beschriebene Kühlsystem für sich immer
noch das in 10 illustrierte Problem mit
sich.
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12 ist
ein Diagramm, das die Ursache für
das immer noch auftretende Problem erklärt, wenn das Ätzen ausgeführt wird,
während
das Druckerkopfsubstrat hinreichend gekühlt wird. Wie in dem Diagramm
illustriert, tritt das Kühlgas 66,
da ein Tintenzuführungsloch 38 in
dem Rücken
des Chipsubstrats 46 offen ist, aufwärts aus den Düsen 44 aus,
indem es durch das Tintenzuführungsloch 38, die
gemeinsame Tintenzuführungsrinne 37 und
die Tintenflusskanäle 43,
wie durch einen Pfeil K angezeigt, von dem Moment an, zu dem die
Düsen 44 durch
das Helicon-Wave-Trockenätzen
durchgebohrt werden, verläuft.
-
Da
Reste, wie die Haftschicht 51a, an den Wänden der
Düsen 44 haften,
wenn die Düsen 44 durch
das Trockenätzen
durchgebohrt worden sind, wird im Allgemeinen ein Ü berätzen von
etwa 1 bis 3 Minuten ausgeführt,
um die Reste zu entfernen und die Düsen in der gewünschten
und geeigneten Form fertig zu stellen. Wenn das Kühlgas 66 zu
dieser Zeit jedoch aufwärts
aus den Düsen 44 austritt,
erhöht sich
der Grad des Vakuums in der Spalte h zwischen der Wafer-Einspannbühne 62 und
dem Rücken
des Chipsubstrats 46, und die thermische Leitfähigkeit sinkt
entsprechend. Dieses erhöht
schnell die Temperatur des gesamten Druckerkopfsubstrats einschließlich des
Chipsubstrats 46.
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Als
ein Resultat hiervon werden Falten 58 auf der Oberfläche der
Düsenplatte 42,
wie in 10 gezeigt, ausgebildet. Zu
dieser Zeit führt
eine große Menge
des Kühlgases 66,
das oberhalb der Düsenplatte 42 austritt,
zu einer uneinheitlichen Dichte des Sauerstoffplasmas 55'. Es stellte
sich heraus, dass eine uneinheitliche Dichte die MOS-Transistoren und Kondensatoren
in den Treibern 31 beschädigen oder verschlechtern kann.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
wird das Tintenzuführungsloch 38 zeitweise
blockiert, um das Problem, dass das Kühlgas 66, das den
Pfad von dem Tintenzuführungsloch 38 zu
den Düsen 44 passiert,
oben austritt, wenn die Düsen 44 durchgebohrt werden,
zu beheben.
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13A ist ein Diagramm, das zeigt, wie das Tintenzuführungsloch 38 zeitweise
durch das Anheften einer mit einem Haftmittel versehenen Platte 78 an
dem Rücken
des Chipsubstrats 46 blockiert wird, und 13B ist eine vergrößerte Schnittansicht, die beispielhaft
den Fall zeigt, in dem die Düsen 44 unter
Verwendung dieser Konstruktion gebohrt werden.
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Die
mit einem Haftmittel versehene Platte 78, die in 13A gezeigt ist, weist eine zweilagige Struktur
auf, die ein auf einer Basis oder einer Polyesterschicht 79 aufgetragenes
thermisch trennbares Haftmittel 81 besitzt. Das thermisch
trennbare Haftmittel 81 weist bei Raumtemperatur eine Haftfähigkeit
auf, ist jedoch einfach von der Kontaktfläche mit dem Chipsubstrat 46 oberhalb
einer gewissen Temperatur trennbar. Diese thermische Separationstemperatur
liegt zum Beispiel oberhalb von 90°C für einen α-Typus, oberhalb von 120°C für einen β-Typus und
oberhalb von 150°C
für einen γ-Typus.
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14 stellt
eine Tabelle dar, die Ergebnisse eines Tests zeigt, der hinsichtlich
der Haftfähigkeit des
thermisch trennbaren Haftmittels 81 bei Verwendung einer
PET (Polyethylenterephthalat)-Schicht als ein Haftmittel durchgeführt wurde.
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, weist das Haftmittel vom Typus β, dessen
thermische Separationstemperatur 120°C beträgt, eine Haftfähigkeit
von 500 g/20 mm vor der Trennung auf, die höchste der drei Typen, während die
Schichtdicke 15 μm
dünner
ist als diejenige des Haftmittels des Typus γ, dessen thermische Separationstemperatur
150°C beträgt.
-
Wenn,
wenn das Druckerkopfsubstrat in das Helicon-Wave-Trockenätzsystem
eingeführt
wird, Luft in die Kontaktfläche
zwischen dem Chipsubstrat 46 und dem thermisch entfernbaren
Haftmittel 81 eintritt, dehnt sich diese Luft in dem Vakuum
aus und hebt das Chipsubstrat 46 über der Wafer-Einspannbühne 62.
Daher wird zu der Zeit, zu der die mit einem Haftmittel versehene
Platte 78 an dem Chipsubstrat 46 befestigt wird,
die Platte 78 unter Verwendung eines Werkzeugs, wie einer
Rolle oder einer Bürste,
eng an das Chipsubstrat 46 angeheftet.
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Wenn
das in 11A gezeigte Helicon-Wave-Trockenätzen auf
diese Weise ausgeführt wird,
kann der gleichförmige
Kühlungsstatus,
der vor dem Durchstoßen
der Düsen 44 erhalten
wurde, auch beibehalten werden, nachdem die Düsen 44 durchgebohrt
worden sind. Dieses kann hinreichendes Überätzen gewährleisten, so dass die Düsen, wie
in 13B gezeigt, mit der gewünschten und geeigneten Form
ausgebildet werden können.
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Nachdem
der Prozess des Helicon-Wave-Trockenätzens abgeschlossen ist, wird das
Druckerkopfsubstrat, an dem die mit dem Haftmittel versehene Platte 78 anheftet,
in einen Ofen gebracht und mehr als 3 Minuten bei 90°C, 120°C oder 150°C gemäß der thermischen
Separationstemperatur des jeweiligen Haftmittels geheizt. Dem gemäß kann das
thermisch trennbare Haftmittel 81 einfach abgetrennt werden,
ohne dass es auf dem Chipsubstrat 46 verbleibt, wie es
in 13B gezeigt ist.
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Die
folgenden Bedingungen sind für
den den Prozess des Bohrens der Düsen 44 in die Düsenplatte 42 durch
Helicon-Wave-Trockenätzen,
während das
Druckerkopfsubstrat gekühlt
wird, geeignet.
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Flussrate
des Arbeitsgases (Sauerstoff: 4–76
sccm
Arbeitsdruck: 0,2–1
Pa
Leistung der Energiequelle: 500–1000 W
Vorspannungsleistung
50–600W
Verarbeitungszeit:
10–40
Minuten
Für
den Verbreiter gesetzte Temperatur: –10 bis –30°C
Flussrate des Kühl-Heliums:
10–30
sccm
Ätzrate
des Polyimids: etwa 1–3 μm/Minute
-
Ein
Beispiel für
die Prozessbedingungen für den
Fall, in dem das Tintenzuführungsloch
mit der mit Haftmittel versehenen Platte 78 blockiert ist,
die mit einem thermisch trennbaren Haftmittel 81 mit einer thermischen
Separationstemperatur von 90°C
versehen ist, und in dem die Düsen 44 mit
einer Dicke von 16 μm
durch Helicon-Wave-Trockenätzen
in die Düsenplatte 42 geätzt werden,
wird unten angegeben.
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Dicke
der Düsenplatte:
16 μm
Grad
des erreichten Vakuums: 7,45 × 10–2 Pa
Flussrate
des Arbeitsgases (Sauerstoff: 50 sccm
Arbeitsdruck: 0,5 Pa
Leistung
der Energiequelle: 1000 W
Vorspannungsleistung: 300 W
Verarbeitungszeit:
13 Minuten
Für
den Verbreiter gesetzte Temperatur: –30°C
Flussrate des Kühlheliums:
10 sccm
Ätzrate
des Polyimids: etwa 1,6 μm/Minute
-
Unter
den obigen Bedingungen beträgt
die Ätzzeit
bis zu dem Durchstoßen
der Düsen 10 Minuten
und die Überätzzeit 3 Minuten.
Während
der Verarbeitung wurde die Haftfähigkeit
der mit einem Haftmittel versehenen Platte 78 nicht geringer,
und beeinflusste die durch das Blockieren des Tintenzuführungslochs 38 verursachte
Ausdehnung des Druckerkopfsubstrats das Helicon-Wave-Trockenätzen nicht
ungünstig.
-
Die
Mittel für
das zeitweilige Blockieren des Tintenzuführungsloches 38 in
dem Chipsubstrat 46 sind nicht auf die Verwendung einer
mit einem Haftmittel versehenen Platte 78 beschränkt, sondern
es kann z. B. auch eine Trockenbeschichtung verwendet werden.
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15 ist
ein Diagramm, das beispielhaft eine Trockenbeschichtung 82,
die bei 80 bis 90°C
auf dem Rücken
des Chipsubstrats 46 befestigt wird, zeigt. Selbst die
Verwendung der Trockenbeschichtung 82 kann das Tintenzuführungsloch 38 blockieren.
In diesem Fall sollte die Trockenbeschichtung 82, nachdem
der Prozess des Bohrens der Düsen durch
das Helicon-Wave-Trockenätzen
vollendet worden ist, mit Hilfe einer Abschällösung, z. B. Monoethanolamin,
abgeschält
werden.
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Im
Weiteren wird eine zweite Ausführungsform
dieser Erfindung diskutiert.
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Die 16A – 16F sind beispielhafte Diagramme, die ein Verfahren
zur Herstellung eines Tintenstrahldruckerkopfes gemäß der zweiten
Ausführungsform
dieser Erfindung zeigen. 16A zeigt den
Zustand des Druckerkopfsubstrats, direkt nachdem die oben beschriebenen
Herstellungsschritte 1 bis 4 vollendet worden sind oder denselben
Zustand wie in 2B gezeigt, so dass die Komponenten,
die dieselben sind wie die entsprechenden in 2B gezeigten
Komponenten, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in dem Prozess nach
dem Zustand in 16B. Zuerst wird, wie in 16B gezeigt, ein wasserlösliches Kunstharzmaterial wie
PVA (Polyvinylalkohol) als eine Schutzschicht 84 auf der
Oberflächenseite
des Chipsubstrats 46, wo die Partition 39 usw.
ausgebildet werden, aufgetragen. Der Tintenzuführungskanal, der das Tintenzuführungsloch 38 und
die gemeinsame Tintenzuführungsrinne 37 verbindet,
erstreckt sich von der Unterseite bis zu der Oberseite des Chipsubstrats 46.
Es wird daher bevorzugt, dass eine flussverhindernde Schicht (nicht
gezeigt) oder Ähnliches
auf dem Rücken
des Chipsubstrats 46 befestigt wird, um zu verhindern,
dass die Schutzschicht 84 zu dem Rücken des Chipsubstrats 46 herumkommt,
wenn die Schutzschicht 84 von der gemeinsamen Tintenzuführungsrinne 37 in
das Tintenzuführungsloch 38 gerät.
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Da
die Schutzschicht 84 später
einfach von dem Chipsubstrat 46 gelöst werden soll, wird sie z.
B. aus einem wasserlöslichen
Kunstharz, wie PVA, Polyvinylether oder Poly ethylenoxid, einem Kunstharz, das
durch ein Säurelösemittel
lösbar
ist, wie Nylon, Karbamid(Urea)kunstharz, Glyptalkunstharz oder Cellulosekunstharz,
oder einem Kunstharz, das durch ein alkalisches Lösungsmittel
lösbar
ist, wie Polyester, Karbamidkunstharz oder Melaminkunstharz, oder
einem Kunstharz, das durch andere Arten von Lösungsmitteln lösbar ist,
wie Aceton, Benzen, Ethanol und Chloroform, ausgebildet.
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Die
Schutzschicht 84 kann durch verschiedene Verfahren, wie
Rotationsbeschichten, Rollbeschichten, Spraybeschichten, Drucken,
Brennen und Schmelzen, aufgetragen werden.
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Da
die auf die Partition 39, wie in 16B gezeigt,
aufgetragene Schutzschicht 84 das spätere Anheften der Düsenplatte 42 behindert,
wird sie, wie in 16C gezeigt, durch Schaben,
Kratzen oder andere geeignete Maßnahmen entfernt. Die resultierende
Struktur wird danach getrocknet, um die verbleibende Schutzschicht 84 zu
härten.
Des Weiteren wird die flussverhindernde Schicht, die nicht mehr notwendig
ist, abgetrennt. Als nächstes
wird die Düsenplatte 42 thermisch
mit der Partition 39 wie in herkömmlichen Herstellungsverfahren
durch eine nicht gezeigte Haftschicht verbunden, und es wird sodann die
Metallschicht 53 ausgebildet, woraufhin das Muster 54,
wie in 16D gezeigt, ausgebildet wird.
Zu der Zeit, zu der dieser Schritt beendet worden ist, sind die
Tintenzuführungskanäle, die
sich von dem Tintenzuführungsloch 38 über die
gemeinsame Tintenzuführungsrinne 37 und
den gemeinsamen Tintenflusskanal 43 zu den individuellen
Tintenflusskanälen 41 erstrecken,
sicher blockiert worden.
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Sodann
werden, wie in 16E gezeigt, die Düsen 44,
die verbindenden Leitungsbereiche und Ähnliches durch das Helicon-Wave-Trockenätzen durchgebohrt.
Auch in diesem Fall wird selbst nach dem Durchstoßen der
Löcher
wie der Düsen
ein Überätzen über eine
geeignete Zeit hin ausgeführt.
Es ist die Oberfläche
der Schutzschicht 84, die ein Überätzen erfährt, und es unterliegen die
wärmeerzeugenden
Bereiche 33, die Elektrodenbereiche und die Treiber 31 unterhalb
der Schutzschicht 84 keinem direkten Ätzen. Daher werden die wärmeerzeugenden Bereiche 33 und
die Treiber 31 nicht durch das Überätzen beschädigt.
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Da
das Ausstoßen
des Kühlgases
zu der Zeit, zu der die Düsen
durch Helicon-Wave-Trockenätzen, wie
es in dem Abschnitt über
die erste Ausführungsform
erklärt
worden ist, durchgebohrt werden, durch die Schutzschicht 84,
die die Tintenflusskanäle
blockiert, verhindert wird, wird das Kühlen des Chipsubstrats 46 nach
dem Durchstoßen
der Düsen
beibehalten. Hierdurch kann ein möglicher Fehler in den Treibern,
der durch das Ausstoßen
des Kühlgases
verursacht wird, verhindert werden, und ebenso kann ein hinreichendes Überätzen erlaubt werden.
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Danach
wird die Schutzschicht 84, die nicht mehr notwendig ist,
z. B. durch Waschen mit warmem Wasser, wenn sie in Wasser löslich ist,
von dem Druckerkopfsubstrat, wie in 16F gezeigt,
entfernt. Wenn für
die Schutzschicht 84 ein Kunstharzmaterial verwendet wird,
das nicht wasserlöslich
ist, wird die Schutzschicht 84 durch ein Säurelösemittel oder
alkalisches Lösemittel,
demgegenüber
die Schutzschicht 84 löslich
ist, aufgelöst.
Während
des Prozesses des Entfernens der Schutzschicht 84, können die Überreste,
die an der Oberfläche
der Schutzschicht 84 als ein Ergebnis des Trockenätzens übrig geblieben
sind, mit entfernt werden.
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Für das oben
beschriebene Helicon-Wave-Trockenätzen wird ein Sauerstoffplasma verwendet.
Dieses Sauerstoffplasma hat auf organische Materialien einen höheren Ätzeffekt
als auf anorganische oder Metalle. In dieser Ausführungsform zeigt
daher ein Kunstharzmaterial, welches ein Metall oder anorganische
Materialien mit großem Ätzwiderstand,
wenn sie als Schutzschicht 84 verwendet werden, eine bessere
Funktion als Schutzschicht als ein Kunstharzmaterial allein. Genauer
ist es besser, ein Material für
die Schutzschicht 84 zu verwenden, welches Aluminium, keramische
Materialien, wie Silikonnitrid, oder Glasteilchen in einem Kunstharzmaterial wie
PVA enthält,
oder ein Material, welches ein Metall, wie etwa Al, Ni, Cu, Fe,
Co oder Ag in einem Kunstharzmaterial enthält.
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Für die Schutzschicht 84 können anstelle
der zuvor genannten Kunstharze oder Kunstharzmaterialien, die Metalle
oder anorganische Materialien enthalten, ein Fotolack auf Polysilikatvinyl-Basis,
ein negativer Fotolack auf Kautschukbasis (auf Cyclopolyisopren-Biazid-Basis), ein
positiver Fotolack aus einem Novolak-Kunstharz oder ein Fotolack
aus einer Azidverbindung verwendet werden.
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In
diesem Fall werden, nachdem die Schutzschicht 84 auf das
Chipsubstrat 46 aufgetragen worden ist, die Belichtung
und Entwicklung für
das Musterausbilden auf eine solche Weise ausgeführt, dass die Schutzschicht 84 auf
anderen Bereichen als dem Bereich der Partition verbleibt, woraufhin
die resultierende Struktur zum Aushärten der Schutzschicht 84 gebacken
wird. Sodann sollte die Schutzschicht 84, die nicht mehr
notwendig ist, nachdem die Düsenplatte 42 mit
der Schutzschicht 84 verbunden worden ist, die Metallschichtmaske 53 ausgebildet
worden ist, und die Düsen 44 durch
Trockenätzen
durchgebohrt worden sind, wie in 16F gezeigt,
z. B. durch Waschen mit warmem Wasser, wenn sie in Wasser löslich ist,
von dem Druckerkopfsubstrat entfernt werden. Wenn für die Schutzschicht 84 ein Kunstharzmaterial,
das nicht wasserlöslich
ist, verwendet worden ist, wird die Schutzschicht 84 durch ein
alkalisches Abstreifmittel, Lösemittel
oder Ähnliches
aufgelöst.
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Insofern
als die Schutzschicht 84 eine fotosensitive Eigenschaft
aufweist, ermöglicht
diese Konstruktion, dass unter Verwendung von Fotolithografie ein
feines Muster ausgebildet wird, und sie ist somit dahingehend vorteilhaft,
dass die miniaturisierte Verarbeitung, die der Miniaturisierung
der Tintenstrahldruckerköpfe
gemäß ist, möglich ist.
Anstelle des flüssigen
Fotolackmaterials kann ein Trockenschichtschutzmaterial verwendet
werden. In diesem Fall wird das Trockenschichtschutzmaterial durch
Erhitzen und unter Druck mit Hilfe einer Wärmerolle befestigt. Da das
Trockenschichtschutzmaterial, verglichen mit dem flüssigen Schutzmaterial,
keine Fließfähigkeit
aufweist, ist es nicht notwendig, eine flussverhindernde Schicht
auf dem Rücken
des Siliziumwafers 47 anzubringen. Dieses kann zu einer
Vereinfachung der Herstellungsschritte beitragen.
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Es
wird nun eine dritte Ausführungsform
dieser Erfindung diskutiert.
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Die 17A – 17E sind exemplarische Diagramme, die ein Verfahren
zur Herstellung eines Tintenstrahldruckerkopfes gemäß der dritten
Ausführungsform
zeigen. Da die in den 17A –17C illustrierte Struktur, bis auf geringe Abweichungen
in der Reihenfolge der Herstellungsschritte, im wesentlichen dieselbe
wie die Struktur in 9A ist, werden die Komponenten
mit denselben Bezugszeichen, wie die entsprechenden in 9A gezeigten
Komponenten, versehen.
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Gemäß dieser
dritten Ausführungsform
werden als erstes, nachdem nicht gezeigte Treibern auf dem Chipsubstrat 46 ausgebildet
worden sind, die wärmeerzeugenden
Bereiche 33, die gemeinsame Elektrode 34, die
individuellen Drahtelektroden 36 und die Partition 39 ausgebildet,
worauf, wie in 17A gezeigt, die gemeinsame
Tintenzuführungsrinne 37 ausgebildet
wird. Danach wird, wie in 17B gezeigt,
die Düsenplatte 42 befestigt,
und es wird die Metallschicht 53 ausgebildet, auf welcher, wie
in 17C gezeigt, das Maskenmuster 54 ausgebildet
wird. Nachdem die Verarbeitung lediglich der Oberflächenseite
des Chipsubstrats 46 auf diese Weise ausgeführt worden
ist, geht die Verarbeitung mit dem Bohrschritt durch Helicon-Wave-Trockenätzen weiter,
um, wie in 17D gezeigt, die Düsen 44 auszubilden.
Danach wird das Tintenzuführungsloch 38 von
der Unterseite des Chipsubstrats 46 aus durchgebohrt, so
dass es mit der gemeinsamen Tintenzuführungsrinne 37 auf
der oberen Oberflächenseite
verbunden wird, so dass der Tintenzuführungskanal durch das Chipsubstrat 46 verläuft.
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Wie
aus dem obigen offensichtlich ist, ist die Ausbildung des Tintenzuführungsloches 38,
wie in 17E gezeigt, die das Bohren
von der Unterseite des Chipsubstrats 46 aus beinhaltet,
auf der Stufe des in 17D gezeigten Helicon-Wave-Trockenätzens noch
nicht ausgeführt
worden, so dass der Tintenzuführungskanal
in dem Chipsubstrat 46 zu der Zeit des Durchstoßens der
Düsen 44 noch
nicht durchgestoßen
worden ist. Daher kann das in 11C gezeigte
Kühlgas 66,
das auf der Unterseite des Chipsubstrats 46 verbleibt,
nicht über
die Düsen 44 an
der oberen Oberflächenseite
austreten. Somit kann wie in der ersten und zweiten Ausführungsform der
gleichmäßige Kühlungszustand,
wie er vor dem Durchstoßen
der Düsen 44 erhalten
wurde, selbst beibehalten werden, nachdem die Düsen 44 durchgebohrt
worden sind. Die dritte Ausführungsform kann
somit ein hinreichendes Überätzen gewährleisten
und kann ermöglichen,
dass eine Vielzahl von Düsen 44 von
gewünschter
und geeigneter Form gleichzeitig ausgebildet werden.
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Es
wird nun eine vierte Ausführungsform
dieser Erfindung diskutiert.
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Die 18A und 18B sind
beispielhafte Diagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckerkopfes
gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigen.
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Gemäß dieser
vierten Ausführungsform
werden zuerst, wie in 18A gezeigt,
die Düsen 44 durch
Helicon-Wave-Trockenätzen,
das in den 11A – 11C illustriert
ist, durchgebohrt. Die Prozessbedingungen sind in diesem Fall dieselben wie
in der ersten Ausführungsform.
Wie in 18B gezeigt, wird die Kühlmittelzuführungspumpe 67,
sofort nachdem die Düsen 44 im
wesentlichen durchgebohrt worden sind, deaktiviert, um den Ausstoß des Kühlgases 66 aus
den Kühlmittelausstoßöffnungen 69 in
der Wafer-Einspannbühne 62 (siehe 11A – 11C) zu beenden. Ein Verfahren, das Durchstoßen der
Düsen 44 festzustellen,
wird später
diskutiert werden.
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Wenn
der Ausstoß des
Kühlgases 36 aus den
Kühlmittelausstoßöffnungen 69 in
der Wafer-Einspannbühne 62 beendet
wird, endet der Fluss des Kühlgases 66,
und es nehmen die Trägheit
und der Druck des Flusses ab, so dass lediglich das Kühlgas 66 nahe
dem Tintenzuführungsloch 38 ein
wenig in die gebohrten Düsen 44 eindringen
kann. Das meiste Kühlgas 66 verbleibt
homogen in der Spalte zwischen dem Rücken des Chipsubstrats 46 und
der oberen Oberfläche
der Wafer-Einspannbühne 62. Dieses
erlaubt dem verbleibenden Kühlgas 66,
so wenig es auch ist, die Kühlung
des Substrats aufrecht zu erhalten. Ein Überätzen wird ausgeführt, bevor das
verbleibende Kühlgas 66 sich
zerstreut.
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19 ist
ein Flussdiagramm, das die Verfahrensschritte des Helicon-Wave-Trockenätzens gemäß der vierten
Ausführungsform
illustriert. Wie in diesem Flussdiagramm gezeigt, wird als erstes
eine Düsenplatte 42 auf
dem Substrat (Siliziumwafer 47) verbracht, oder sie wird
sicher auf der Partition 39 (Schritt S1) befestigt. Als
nächstes
wird die Metallschicht 53 auf der Oberfläche der
Düsenplatte 42 ausgebildet,
woraufhin das Muster 54 auf der Metallschicht 53 ausgebildet
wird (Schritt S2).
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Sodann
wird dieses Substrat 47 in das Helicon-Wave-Trockenätzsystem
verbracht und auf der Wafer-Einspannbühne 62 befestigt.
Des Weiteren wird der Niedrigtemperaturverbreiter 65 (siehe 6) angestellt, um die Enteisungsflüssigkeit
zu verteilen, und es wird die Kühlmittelzuführungspumpe 67 angestellt,
um den Fluss des Kühlgases
(He) 66 zum Kühlen
des Substrats 47 zu starten, so dass das Kühlgas 66 dem
Raum zwischen dem Substrat 47 und der Wafer-Einspannbühne 62 zugeführt wird (Schritt
S3).
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Als
nächstes
wird das Helicon-Wave-Trockenätzen
gestartet und das Durchstoßen
der Düsen 44 überwacht
(Schritt S4). In diesem Ätzvorgang
benötigt
das Durchstoßen
der Düsen 44 etwa
10 Minuten. Wenn das Durchstoßen
der Düsen 44 nach
etwa 10 Minuten festgestellt wird (Schritt S5), wird die Kühlmittelzuführungspumpe 67 abgestellt,
um den Fluss des Kühlgases 66 zwischen
das Substrat 47 und die Wafer-Einspannbühne 62 zu beenden (Schritt
S6). Dieser Vorgang benötigt
etwa 100 ms.
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Sodann
wird, nachdem das Ätzen
für eine Minute
beibehalten wird, d. h. nachdem Überätzen über 1 Minute
ausgeführt
worden ist, das Helicon-Wave-Trockenätzen beendet (Schritt S7).
Dieses schließt
das Bohren des Düsen 44 in
die Düsenplatte 42 ab.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
erfolgt, auch wenn die Zeit, die für das Durchstoßen der
Düsen 44 benötigt wird
bzw. 10 Minuten – eine
der oben beschriebenen Bedingungen in der ersten Ausführungsform – nicht
verändert
wird, das Kühlen
des Substrats nach dem Durchstoßen
der Düsen 44 lediglich
unter Verwendung des verbleibenden Kühlgases 66. Dieses
macht es erforderlich, eine kürzere Zeit
für das Überätzen zu
setzen, welche eine Minute beträgt.
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Es
folgt nun eine Beschreibung, wie die Zeit, zu der beinahe sämtliche
der Düsen 44 durchgebohrt worden
sind, d. h. die richtige Ätzzeit,
festgestellt wird. Das Feststellen des Durchstoßens der Düsen 44 kann unter
Verwendung verschiedener Verfahren, wie einer Emissionsspektralanalyse,
Reflexionsspektralanalyse, Gasanalyse, einem Druckmessverfahren und
einem Flussratemessverfahren, erfolgen.
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Die
Emissionsspektralanalyse detektiert Licht, das für ein Reaktionsprodukt oder
ein Reaktionsgas, das in dem Plasmaätzvorgang während des Helicon-Wave-Trockenätzens erzeugt
wird, eine spezifische Wellenlänge
aufweist, und überwacht
eine Änderung
in der Lichtintensität
im Laufe der Zeit. Gegen Ende ist das Material, das zu der Reaktion
beiträgt,
verringert, so dass in dem überwachten
Signal eine Änderung
auftritt. Gemäß dieser
Ausführungsform
wird Licht mit einer für
das Reaktionsprodukt oder Reaktionsgas spezifischen Wellenlänge detektiert,
das durch Polyimid erzeugt wird.
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In
der Reflexionsspektralanalyse wird, wenn ein Ziel eine Substanz,
die zu ätzen
ist, und das Substrat umfasst, das von der Substanz, die zu ätzen ist, reflektierte
Licht während des Ätzens beobachtet, und
es wird nach dem Durchstoßen
der Düsen 44 das
von dem Substrat reflektierte Licht beobachtet. In dieser Ausführungsform
wird das von Polyimid der Düsenplatten 42 reflektierte
Licht während
des Ätzens
detektiert, und es wird das von dem Si, dem Verdrahtungsmaterial
(Au, Al oder Ähnlichem)
oder dem Widerstandselement (Ta-Si-O oder Ähnlichem) reflektierte Licht
nach dem Durchstoßen
der Düsen 44 detektiert.
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Während des Ätzens, während die
Düsen 44 noch
nicht durch die Düsenplatte 42 gebohrt
sind, tritt das Kühlgas 66,
welches in dem Spalt zwischen der Unterseite des Substrats und der
Wafer-Einspannbühne 62 fließt, nicht
aus der Substratoberfläche
aus. Direkt nach dem Durchstoßen
der Düsen 44 jedoch fließt das Kühlgas 66 aus
der Substratoberfläche.
Die Gasanalyse detektiert das ausgestoßene Kühlgas. In dieser Ausführungsform
wird z. B. He detektiert.
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Im
Zusammenhang mit demselben Phänomen,
das in der vorherigen Beschreibung der Gasanalyse beschrieben wurde,
detektiert das Druckmessverfahren das Ende des Ätzens durch Feststellen einer Änderung
in dem Druck des Kühlgases
vor und nach dem Durchstoßen
der Düsen 44.
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Ebenso
bestimmt im Zusammenhang mit demselben Phänomen, das in der Beschreibung
der Gasanalyse beschrieben wurde, das Flussratenmessverfahren den
Punkt, zu dem die Flussrate des Kühlgases 66, die sich
signifikant erhöht
hat, sich bei großen
Flussraten bei dem Ende des Ätzens
stabilisiert.
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Diese
Erfindung ist nicht auf einen vom Dach ausstoßenden Typus eines Tintenstrahldruckerkopfes
beschränkt,
sondern kann ebenso auf einen seitenausstoßenden Typus eines thermischen
Tintenstrahldruckerkopfes angewandt werden. Des Weiteren ist die
Erfindung nicht auf einen thermischen Typus eines Tintenstrahldruackerkopfes
beschränkt, sondern
kann ebenso auf einen piezoelektrischen Typus eines Tintenstrahldruckerkopfes
angewandt werden.
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Verschiedene
Ausführungsformen
und Änderungen
können
vorgenommen werden, ohne den weiteren Bereich der Erfindung zu verlassen.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen
bezwecken, die vorliegende Erfindung zu illustrieren, nicht den
Bereich der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Der Bereich der vorliegenden
Erfindung wird durch die angehängten
Ansprüche
und nicht durch die Ausführungsformen
gezeigt. Verschiedene Änderungen,
die im Rahmen einer den Ansprüchen gleichkommenden
Bedeutung und im Rahmen der Ansprüche vorgenommen werden, sind
als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegend anzusehen.