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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fluideusstoßvorrichtungen und spezieller auf ein Substrat für eine Fluidausstoßvorrichtung.
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Bei einigen Fluidausstoßvorrichtungen, wie z. B. Druckköpfen, ist ein Tropfenausstoßelement auf einer Vorderseite eines Substrats gebildet, und ein Fluid wird an eine Ausstoßkammer des Tropfenausstoßelements durch eine Öffnung oder einen Schlitz in dem Substrat geleitet. Häufig ist das Substrat ein Siliziumwafer, und der Schlitz ist in dem Wafer durch chemisches Ätzen gebildet worden. Die existierenden Verfahren zum Bilden des Schlitzes durch des Substrat umfassen ein Ätzen in das Substrat von der Rückseite des Substrats zur Vorderseite des Substrats. Die Rückseite des Substrats ist als eine Seite des Substrats definiert, gegenüber der des Tropfenausstoßelement gebildet ist.
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Leider kann das Ätzen in das Substrat von der Rückseite bis hindurch zur Vorderseite zu einer Fehlerausrichtung des Schlitzes an der Vorderseite und/oder einer variierenden Breite des Schlitzes an der Vorderseite führen.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf, die Bildung des Schlitzes durch des Substrat zu steuern.
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Die
US 6,139,761 beschreibt ein Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahldrucker mit einem Tintenausstoßdruckerzeugungselement zum Erzeugen von Energie zum Ausstoßen der Tinte, und einem Tintezuführungstor zum Zuführen der Tinte an den Tintenstrahldruckkopf, wobei das Verfahren des Vorbereitens eines Siliziumsubstrates das Bilden des Tintenausstoßdruckerzeugungselementes und eines Siliziumdioxidfilms oder Siliziumnitridfilms auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrates, ein Bilden einer Anti-Ätzmaske zur Bildung eines Tintenzuführungstores an einer Rückseite des Siliziumsubstrates, das Entfernen von Silizium auf der Rückseite des Siliziumsubstrates an einer Position, die dem Tintenzuführtorabschnitt gegenüber liegt, mittels anisotropen Ätzen, das Bilden eines Tintenausstoßabschnittes auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrates, und das Entfernen des Siliziumdioxidfilms oder des Siliziumnitridfilms von der Oberfläche des Siliziumsubstrates des Tintenzuführungstorabschnittes aufweist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden eines Substrates sowie ein Substrat zu schaffen, die es ermöglichen, daß bei der Bildung einer Öffnung, die sich von einer ersten Seite des Substrates zu der zweiten Seite des Substrates erstreckt, die Lage der Austrittsöffnungen lagemäßig möglichst genau gesteuert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie ein Substrat gemäß Anspruch 14 gelöst.
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Ein Verfahren zum Bilden einer Öffnung durch ein Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite umfaßt ein Bilden eines Grabens in der ersten Seite des Substrats, ein Bilden einer Maskenschicht mit dem Graben, ein Bilden von zumindest einem Loch in der Maskenschicht, ein Befüllen des Grabens und des zumindest einen Lochs, ein Bilden eines ersten Abschnitts der Öffnung in dem Substrat von der zweiten Seite des Substrats zur Maskenschicht und ein Bilden eines zweiten Abschnitts der Öffnung in dem Substrat von der zweiten Seite des Substrats durch das zumindest eine Loch in der Maskenschicht zur ersten Seite des Substrats.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldrucksystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
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2 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
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3 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung darstellt, der auf einem Ausführungsbeispiel eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist,
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4A–4H ein Ausführungsbeispiel zum Bilden einer Öffnung durch ein Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen mittels einer Darstellung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diesbezüglich wird unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren eine richtungsweisende Terminologie verwendet, wie z. B. „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „führend”, „nachlaufend” etc. Weil die Komponenten der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl von unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert sein können, wird die richtungsweisende Terminologie zu Darstellungszwecken verwendet und gilt in keiner Weise als Einschränkung. Es wird darauf hingewiesen, daß andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende ausführliche Beschreibung ist daher nicht als Einschränkung aufzufassen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert.
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1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldrucksystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Das Tintenstrahldrucksystem 10 bildet ein Ausführungsbeispiel eines Fluidausstoßsystems, das eine Fluidausstoßanordnung, wie z. B. eine Tintenstrahldruckkopfanordnung 12, und eine Fluidvorratsanordnung, wie z. B. eine Tintenvorratsanordnung 14 umfaßt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt das Tintenstrahldrucksystem 10 auch eine Befestigungsanordnung 16, eine Medientransportanordnung 18 und eine elektronische Steuerung 20.
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Die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 umfaßt als ein Ausführungsbeispiel einer Fluidausstoßanordnung einen oder mehrere Druckköpfe oder Fluidausstoßvorrichtungen, die Tropfen von Tinte oder eines Fluids durch eine Mehrzahl von Öffnungen oder Düsen 13 ausstoßen. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Tropfen auf ein Medium gelenkt, wie z. B. ein Druckmedium 19, um auf das Druckmedium 19 zu drucken. Das Druckmedium 19 ist ein beliebiger Typ von einem geeigneten Blattmaterial, wie z. B. Papier, Karton, Transparentfolien, Mylar und dergleichen. Typischerweise sind die Düsen 13 in einer oder mehreren Spalten oder Arrays angeordnet, so daß ein ordnungsgemäß sequenzierter Ausstoß von Tinte von den Düsen 13 bei einem Ausführungsbeispiel bewirkt, daß Schriftzeichen, Symbole und/oder andere Graphiken oder Bilder auf das Medium 19 gedruckt werden, während die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und das Druckmedium 19 relativ zueinander bewegt werden.
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Die Tintenvorratsanordnung 14 liefert als ein Ausführungsbeispiel einer Fluidvorratsanordnung Tinte an eine Druckkopfanordnung 12 und umfaßt ein Reservoir 15 zum Speichern einer Tinte. Als solche fließt die Tinte bei einem Ausführungsbeispiel vom Reservoir 15 zur Tintenstrahldruckkopfanordnung 12. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und die Tintenvorratsanordnung 14 zusammen in einer Tintenstrahl- oder Fluidstrahlkassette oder einem Tintenstrahl- oder Fluidstrahlstift gehäust. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Tintenvorratsanordnung 14 von der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 getrennt und liefert Tinte an die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 durch eine Schnittstellenverbindung, wie z. B. eine Vorratsröhre.
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Die Befestigungsanordnung 16 positioniert die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 relativ zur Medientransportanordnung 18, und die Medientransportanordnung 18 positioniert das Druckmedium 19 relativ zur Tintenstrahldruckkopfanordnung 12. Somit ist eine Druckzone 17 benachbart zu den Düsen 13 und einem Bereich zwischen der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und dem Druckmedium 19 definiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 eine Bewegungstyp-Druckkopfanordnung, und eine Befestigungsanordnung 16 umfaßt einen Wagen zum Bewegen der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 relativ zur Medientransportanordnung 18. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 eine Nichtbewegungstyp-Druckkopfanordnung, und eine Befestigungsanordnung 16 befestigt die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 an einer vorgeschriebenen Position relativ zur Medientransportanordnung 18.
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Die elektronische Steuerung 20 kommuniziert mit der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12, der Bewegungsanordnung 16 und der Medientransportanordnung 18. Die elektronische Steuerung 20 empfängt Daten 21 von einem Hostsystem, wie z. B. einem Computer, und umfaßt einen Speicher zum vorübergehenden Speichern von Daten 21. Typischerweise werden die Daten 21 an das Tintenstrahldrucksystem 10 entlang einem elektronischen, Infrarot-, optischen oder anderen Informationsübertragungsweg gesendet. Die Daten 21 stellen beispielsweise ein Dokument und/oder eine Datei dar, die gedruckt werden sollen. Als solche bilden die Daten 21 eine Druckaufgabe für das Tintenstrahldrucksystem 10 und umfassen eine oder mehrere Druckaufgabebefehle und/oder Befehlsparameter.
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Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die elektronische Steuerung 20 eine Steuerung der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 einschließlich einer Zeitgebungssteuerung für ein Ausstoßen von Tintentropfen von den Düsen 13. Als solche definiert die elektronische Steuerung 20 ein Muster von ausgestoßenen Tintentropfen, die Schriftzeichen, Symbole und/oder andere Graphiken oder Bilder auf dem Druckmedium 19 bilden. Die Zeitgebungssteuerung und daher das Muster der ausgestoßenen Tintentropfen wird durch die Druckaufgabebefehle und/oder Befehlsparameter bestimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Logik- und Antriebsschaltungsaufbau, der einen Abschnitt der elektronischen Steuerung 20 bildet, auf einer Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 positioniert. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Logik- und Antriebsschaltungsaufbau außerhalb der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 positioniert.
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2 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung 30 einer Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 dar. Die Fluidausstoßvorrichtung 30 umfaßt ein Array von Tropfenausstoßelementen 31. Die Tropfenausstoßelemente 31 sind auf einem Substrat 40 gebildet, das einen Fluid-(oder Tinten-)Zuführschlitz 41 aufweist, der in demselben gebildet ist. Als solcher liefert der Fluidzuführschlitz 41 einen Vorrat von Fluid (oder Tinte) an die Tropfenausstoßelemente 31. Das Substrat 40 ist beispielsweise aus Silizium, Glas oder einem stabilen Polymer gebildet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt jedes Tropfenausstoßelement 31 eine Dünnfilmstruktur 32 mit einem Abfeuerungswiderstand 34 und einer Öffnungsschicht 36. Die Dünnfilmstruktur 32 weist ein Fluid-(oder Tinten-)Zuführloch 33 auf, das in derselben gebildet ist, das mit einem Fluidzuführschlitz 41 des Substrats 40 kommuniziert. Die Öffnungsschicht 36 weist eine Vorderfläche 37 und eine Düsenöffnung 38 auf, die in der Vorderfläche 37 gebildet ist. Die Öffnungsschicht 36 weist auch eine Düsenkammer 39 auf, die in derselben gebildet ist, die mit der Düsenöffnung 38 und dem Fluidzuführloch 33 der Dünnfilmstruktur 32 kommuniziert. Der Abfeuerungswiderstand 34 ist innerhalb der Düsenkammer 39 positioniert und umfaßt Anschlußleitungen 35, die den Abfeuerungswiderstand 34 mit einem Treibersignal und Masse elektrisch koppeln.
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Die Dünnfilmstruktur 32 ist beispielsweise durch eine oder mehrere Passivierungs- oder Isolierschichten aus Siliziumdioxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, TEOS (TEOS = Tetraethylorthosilicat) oder einem anderen geeigneten Material gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Dünnfilmstruktur 32 auch eine leitfähige Schicht, die den Abfeuerungswiderstand 34 und die Anschlußleitungen 35 definiert. Die leitfähige Schicht ist beispielsweise aus Polysilizium, Aluminium, Gold, Tantalum, Tantalum-Aluminium oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung gebildet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel fließt ein Fluid während des Betriebs von Fluidzuführschlitz 41 zur Düsenkammer 39 über ein Fluidzuführloch 33. Die Düsenöffnung 38 ist dem Abfeuerungswiderstand 34 wirksam zugeordnet, so daß die Tröpfchen des Fluids von der Düsenkammer 39 durch die Düsenöffnung 38 (z. B. normal zur Ebene des Abfeuerungswiderstands 34) und hin zu einem Medium nach einer Versorgung des Abfeuerungswiderstands 34 mit Energie ausgestoßen werden.
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Beispielhafte Ausführungsbeispiele der Fluidausstoßvorrichtung 30 umfassen eine thermischen Druckkopf, wie vorstehend beschrieben, einen piezoelektrischen Druckkopf, einen Biege-Spannung-Druckkopf und einen beliebigen anderen Typ von einer Fluidstrahl-Ausstoßvorrichtung, die in der Technik bekannt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Fluidausstoßvorrichtung 30 ein voll integrierter thermischer Tintenstrahldruckkopf.
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3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Fluidausstoßvorrichtung 130 einer Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 dar. Die Fluidausstoßvorrichtung 130 umfaßt ein Array von Tropfenausstoßelementen 131. Die Tropfenausstoßelemente 131 sind auf einem Substrat 140 gebildet, das einen Fluid-(oder Tinte-)Zuführschlitz 141 aufweist, der in demselben gebildet ist. Als solcher liefert der Fluidzuführschlitz 141 einen Vorrat eines Fluids (oder einer Tinte) an die Tropfenausstoßelemente 131. Das Substrat 140 ist beispielsweise aus Silizium, Glas oder einem stabilen Polymer gebildet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt jedes Tropfenausstoßelement 131 einen Abfeuerungswiderstand 134 und eine Öffnungsschicht 136. Zusätzlich weist das Substrat 140 ein oder mehrere Fluid-(oder Tinte-)Zuführlöcher 142 auf, die in demselben gebildet sind, die mit dem Fluidzuführschlitz 141 kommunizieren. Die Öffnungsschicht 136 weist eine Vorderfläche 137 und eine Düsenöffnung 138 auf, die in der Vorderfläche 137 gebildet ist. Die Öffnungsschicht 136 weist auch eine Düsenkammer 139 auf, die darin gebildet ist, die mit der Düsenöffnung 138 und den Fluidzuführlöchern 142 kommuniziert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel fließt das Fluid während des Betriebs vom Fluidzuführschlitz 141 zur Düsenkammer 139 über die Fluidzuführlöcher 142. Die Düsenöffnung 138 ist dem Abfeuerungswiderstand 134 wirksam zugeordnet, so daß die Tröpfchen des Fluids von der Düsenkammer 139 durch die Düsenöffnung 138 und zu einem Medium hin ausgestoßen werden, nachdem der Abfeuerungswiderstand 134 mit Energie versorgt worden ist.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 3 dargestellt ist, weist das Substrat 140 eine erste Seite 143 und eine zweite Seite 144 auf. Die zweite Seite 144 liegt der ersten Seite 143 gegenüber und ist bei einem Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel mit der ersten Seite 143 ausgerichtet. Als solche kommunizieren die Fluidzuführlöcher 142 mit der ersten Seite 143 und ein Fluidzuführschlitz 141 kommuniziert mit der zweiten Seite 144 des Substrats 140. Die Fluidzuführlöcher 142 und der Fluidzuführschlitz 141 kommunizieren miteinander, um einen Kanal oder eine Öffnung 145 durch das Substrat 140 zu bilden. Als solcher bildet der Fluidzuführschlitz 141 einen ersten Abschnitt der Öffnung 145, und die Fluidzuführlöcher 142 bilden einen zweiten Abschnitt der Öffnung 145. Die Öffnung 145 ist in einem Substrat 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 145 im Substrat 140 durch chemisches Ätzen und/oder Laserbearbeitung (Lasern), wie nachstehend beschrieben, gebildet worden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Substrat 140 einen Graben 146 auf, der in der ersten Seite 143 gebildet ist und eine eingebettete Maskenschicht 147 umfaßt, die in dem Graben 146 gebildet ist. Zusätzlich umfaßt das Substrat 140 ein Füllmaterial 149, das im Graben 146 angeordnet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die eingebettete Maskenschicht 147 so strukturiert, daß sie eine oder mehrere Öffnungen oder Löcher 148 aufweist, die in derselben gebildet sind. Als solche maskieren oder schirmen die Abschnitte der eingebetteten Maskenschicht 147, die benachbart zu den Löchern 148 vorgesehen sind, Bereiche eines Füllmaterials 149 während der Bildung einer Öffnung 145 durch das Substrat 140 ab, wie nachstehend beschrieben ist. Somit definiert und steuert die eingebettete Maskenschicht 147 einschließlich der Löcher 148 die Bildung von Fluidzuführlöchern 142 im Substrat 140. Spezieller steuern die Löcher 148 seitliche Abmessungen der Fluidzuführlöcher 142 und richten eine Position von Fluidzuführlöchern 142 an der ersten Seite 143 ein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Füllmaterial 149 im Graben 146 über der eingebetteten Maskenschicht 147 angeordnet. Das Füllmaterial 149 ist im Graben 146 so angeordnet, um eine erste Seite 143 des Substrats 140 zu bilden. Somit sind bei einem Ausführungsbeispiel der Abfeuerungswiderstand 134 und die Öffnungsschicht 136 auf einem Füllmaterial 149 gebildet. Das Füllmaterial 149 umfaßt beispielsweise ein amorphes Material, ein amorphes Siliziummaterial oder ein Polysiliziummaterial.
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4A–4H stellen ein Ausführungsbeispiel zum Bilden einer Öffnung 150 durch ein Substrat 160 dar. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 160 ein Siliziumsubstrat und die Öffnung 150 ist im Substrat 160 durch chemisches Ätzen und/oder Laserbearbeitung (Lasern) gebildet, wie vorstehend beschrieben. Das Substrat 160 weist eine erste Seite 162 und eine zweite Seite 164 auf. Die zweite Seite 164 liegt der ersten Seite 162 gegenüber und ist bei einem Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel mit der ersten Seite 162 ausgerichtet. Die Öffnung 150 kommuniziert mit der ersten Seite 162 und der zweiten Seite 164 des Substrats 160, um einen Kanal oder einen Durchgang durch das Substrat 160 zu liefern. Obgleich nur eine Öffnung 150 dargestellt ist, die in dem Substrat 160 gebildet ist, wird darauf hingewiesen, daß eine beliebige Anzahl von Öffnungen 150 im Substrat 160 gebildet sein kann.
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Bei einem Ausführungsbeispiel stellt das Substrat 160 ein Substrat 140 einer Fluidausstoßvorrichtung 130 dar, und eine Öffnung 150 stellt eine Öffnung 145 dar, die einen Fluidzuführschlitz 141 und Fluidzuführlöcher 142 umfaßt, die in dem Substrat 140 gebildet sind. Als solche sind die Tropfenausstoßelemente 131 von der Fluidausstoßvorrichtung 130 auf der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet. Somit bildet die erste Seite 162 eine Vorderseite des Substrats 160, und eine zweite Seite 164 bildet eine Rückseite des Substrats 160, so daß das Fluid durch die Öffnung 150 und daher durch das Substrat 160 von der Rückseite zur Vorderseite fließt. Dementsprechend liefert die Öffnung 150 einen fluidischen Kanal für die Kommunikation des Fluids (oder der Tinte) mit den Tropfenausstoßelementen 131 durch das Substrat 160.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 4A und 4B dargestellt ist, wird ein Graben 166 im Substrat 160 gebildet, bevor die Öffnung 150 durch das Substrat 160 gebildet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Graben 166 im Substrat 160 durch chemisches Ätzen in das Substrat gebildet, wie nachstehend beschrieben.
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Bei einem Ausführungsbeispiel, wie in 4A dargestellt ist, wird eine Maskierungsschicht 170 auf dem Substrat 160 gebildet, um den Graben 166 im Substrat 160 zu bilden. Spezieller ist eine Maskierungsschicht 170 auf der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet. Die Maskierungsschicht 170 wird verwendet, um ein Ätzen der ersten Seite 162 selektiv zu steuern oder zu blockieren. Als solche ist die Maskierungsschicht 170 entlang der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet und strukturiert, um Bereiche der ersten Seite 162 freizulegen und um zu definieren, wo der Graben 166 im Substrat 160 gebildet sein soll.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Maskierungsschicht 170 durch Aufbringung gebildet und durch Photolithographie und Ätzen strukturiert, um freigelegte Abschnitte der ersten Seite 162 des Substrats 160 zu definieren. Spezieller ist die Maskierungsschicht 170 strukturiert, um zu umreißen, wo der Graben 166 (4B) im Substrat 160 von der ersten Seite 162 gebildet sein soll. Vorzugsweise ist der Graben 166 im Substrat 160 durch chemisches Ätzen gebildet worden, wie nachstehend beschrieben. Somit ist die Maskierungsschicht 170 aus einem Material gebildet, das einem Ätzmittel gegenüber resistent ist, das zum Ätzen des Grabens 166 in das Substrat 160 verwendet wird. Beispiele eines Materials, das für die Maskierungsschicht 170 geeignet ist, umfassen ein Siliziumdioxid, ein Siliziumnitrid oder ein beliebiges anderes geeignetes dielektrisches Material oder ein Photoresist oder ein beliebiges anderes photoabbildbares Material.
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Anschließend, wie in dem Ausführungsbeispiel von 4B dargestellt ist, ist der Graben 166 im Substrat 160 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Graben 166 im Substrat 160 durch Ätzen in die erste Seite 162 gebildet. Vorzugsweise ist der Graben 166 im Substrat 160 unter Verwendung eines anisotropen chemischen Ätzprozesses gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Trockenätzprozeß, wie z. B. ein plasmabasierter Fluor-(SF6-)Ätzprozeß. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Naßätzprozeß und verwendet ein naßes anisotropes Ätzmittel, wie z. B. TMAH (TMAH = Tetramethylammoniumhydroxid), KOH (KOH = Kaliumhydroxid) oder ein anderes alkalisches Ätzmittel.
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Nachdem der Graben 166 im Substrat 160 gebildet worden ist, wird die Maskierungsschicht 170 vom Substrat 160 abgezogen oder entfernt. Als solche wird die erste Seite 162 des Substrats 160 offengelegt oder freigelegt. Bei einem Ausführungsbeispiel, wenn die Maskierungsschicht 170 aus einem Oxid gebildet ist, wird die Maskierungsschicht 170 beispielsweise durch ein chemisches Ätzen entfernt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Maskierungsschicht 170, wenn die Maskierungsschicht 170 auf einem Photoresist gebildet ist, beispielsweise durch einen Resist-Stripper entfernt.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 4C dargestellt ist, wird eine eingebettete Maskenschicht 167 im Graben 166 und auf der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet, nachdem der Graben 166 im Substrat 160 gebildet und die Maskierungsschicht 170 vom Substrat 160 entfernt worden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die eingebettete Maskenschicht 167 durch Aufwachsen eines ätzresistenten Materials im Graben 166 und auf der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die eingebettete Maskenschicht 167 durch Aufbringen des ätzresistenten Materials im Graben 166 und auf der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet. Das ätzresistente Material umfaßt beispielsweise ein Oxid, ein Nitrid, ein Oxynitrid, ein Siliziumcarbid oder einen beliebigen anderen geeigneten aufgebrachten oder thermisch aufgewachsenen Film.
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Anschließend wird, wie in dem Ausführungsbeispiel von 4D dargestellt ist, eine Maskierungsschicht 172 über der eingebetteten Maskenschicht 167 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Maskierungsschicht 172 mit einer oder mehreren Öffnungen 173 strukturiert, um Bereiche einer eingebetteten Maskenschicht 167 im Graben 166 freizulegen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Maskierungsschicht 172 durch Aufbringen oder Sprühbeschichten gebildet und durch Photolithographie und Ätzen strukturiert, um freigelegte Abschnitte der eingebetteten Maskenschicht 167 zu definieren. Spezieller ist die Maskierungsschicht 172 strukturiert, um zu umreißen, wo die Löcher 168 (4E) in der eingebetteten Maskenschicht 167 von der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet werden sollen. Vorzugsweise sind die Löcher 168 in der eingebetteten Maskenschicht 167 durch Ätzen gebildet, wie nachstehend beschrieben. Somit ist die Maskierungsschicht 172 aus einem Material gebildet, das gegenüber einem Ätzmittel resistent ist, das zum Ätzen von Löchern 168 in die eingebettete Maskenschicht 167 verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Material ein Photoresist.
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Anschließend werden die Löcher 168, wie bei dem Ausführungsbeispiel von 4E dargestellt, in der eingebetteten Maskenschicht 167 gebildet. Die Löcher 168 sind entlang der eingebetteten Maskenschicht 167 im Graben 166 voneinander beabstandet, um zu definieren, wo die Öffnung 150 mit der ersten Seite 162 des Substrats 160 kommunizieren soll. Obgleich zwei Löcher 168 dargestellt sind, die in der eingebetteten Maskenschicht 167 gebildet sind, wird darauf hingewiesen, daß eine beliebige Anzahl von Löchern 168 in der eingebetteten Maskenschicht 167 gebildet sein kann.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Löcher 168 in der eingebetteten Maskenschicht 167 durch Ätzen in die eingebettete Maskenschicht 167 von der Seite 162 des Substrats 160 gebildet. Vorzugsweise werden die Löcher 168 in die eingebettete Maskenschicht 167 unter Verwendung eines anisotropen chemischen Ätzprozesses gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel bildet der Ätzprozeß Löcher 168 mit im wesentlichen parallelen Seiten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Trockenätzprozeß, wie z. B. ein plasmabasierter Fluorätzprozeß. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Trockenätzprozeß ein RIE-Prozeß (RIE = reactive ion etch = reaktives Ionenätzen). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Naßätzprozeß, wie z. B. ein BOE (BOE = buffered Oxide etch – Gepuffertes-Oxid-Äzprozeß).
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Nachdem die Löcher 168 im Substrat 160 gebildet worden sind, wird die Maskierungsschicht 172 von der eingebetteten Maskenschicht 167 abgezogen oder entfernt. Die eingebettete Maskenschicht 167 als solche wird mit den Löchern 168 offengelegt oder freigelegt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Maskierungsschicht 172, wenn die Maskierungsschicht 172 aus einem Photoresist gebildet ist, beispielsweise durch einen Resist-Stripper entfernt.
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Wie in dem Ausführungsbeispiel von 4F dargestellt ist, wird der Graben 166 gefüllt, nachdem die Löcher 168 in der eingebetteten Maskenschicht 167 und der Maskierungsschicht 172 gebildet worden sind. Der Graben 166 wird durch Aufbringen eines Füllmaterials 169 über der ersten Seite 162 des Substrats 160 und der eingebetteten Maskenschicht 167 befüllt, um den Graben 166 zu befüllen. Das Füllmaterial 169 ist im Graben 166 so angeordnet, um die Löcher 168 der eingebetteten Maskenschicht 167 zu füllen. Das Füllmaterial 169 kann beispielsweise ein amorphes Material, ein amorphes Siliziummaterial oder ein polykristallines Siliziummaterial umfassen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Füllmaterial 169, nachdem das Füllmaterial 169 im Graben 166 angeordnet worden ist, planarisiert, um eine im wesentlichen flache Oberfläche zu erzeugen. Spezieller wird das Füllmaterial 169 planarisiert, um die erste Seite 162 des Substrats 160 neu zu definieren. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Füllmaterial 169 durch einen CMP-Prozeß (CMP = chemical mechanical polishing = chemisch-mechanisches Polieren) oder einen Resist-Rückätz-Prozeß planarisiert. Obgleich das Füllmaterial 169 als an die eingebettete Maskenschicht 167 planarisiert dargestellt ist, die auf der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet ist, gilt das Füllmaterial 169 als im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfaßt, wenn es an das Substrat 160 planarisiert ist.
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Ebenfalls wird eine Maskierungsschicht 174 auf der zweiten Seite 164 des Substrats 160 gebildet, wie bei dem Ausführungsbeispiel von 4F dargestellt ist. Die Maskierungsschicht 174 ist strukturiert, um einen Bereich der zweiten Seite 164 freizulegen und zu definieren, wo das Substrat 160 geätzt werden soll, um einen ersten Abschnitt 152 der Öffnung 150 zu bilden (4G–4H).
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Anschließend wird ein erster Abschnitt 152 der Öffnung 150 in das Substrat 160 von der zweiten Seite 164 geätzt, wie bei dem Ausführungsbeispiel von 4G dargestellt ist. Als solcher ist der erste Abschnitt 152 der Öffnung 150 durch Ätzen eines freigelegten Abschnitts oder Bereichs des Substrats 160 von der zweiten Seite 164 zur ersten Seite 162 hin gebildet. Das Ätzen in das Substrat 160 von der zweiten Seite 164 zur ersten Seite 162 hin wird solange fortgesetzt, bis der erste Abschnitt 152 der Öffnung 150 an der eingebetteten Maskenschicht 167 gebildet ist.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 4H dargestellt ist, wird der zweite Abschnitt 154 der Öffnung 150 in das Füllmaterial 169, das die erste Seite 162 des Substrats 160 neu definiert, von der zweiten Seite 164 durch den ersten Abschnitt 152 und durch die Löcher 168 der eingebetteten Maskenschicht 167 geätzt, nachdem der erste Abschnitt 152 der Öffnung 150 gebildet worden ist. Das Ätzen in das Substrat 160 von der zweiten Seite 164 durch den ersten Abschnitt 152 und durch die Lacher 168 der eingebetteten Maskenschicht 167 wird durch das Füllmaterial 169 zur ersten Seite 162 fortgesetzt, so daß der zweite Abschnitt 154 der Öffnung 150 gebildet ist. Als solche wird die Öffnung 150 durch das Substrat 160 gebildet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Öffnung 150 einschließlich des ersten Abschnitts 152 und des zweiten Abschnitts 154 unter Verwendung eines anisotropen Ätzprozesses gebildet, der eine Öffnung 150 mit im wesentlichen parallelen Seiten bildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ätzprozeß ein Trockenätzprozeß, wie z. B. ein plasmabasierter Fluor-(SF6-)Ätzprozeß. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Trockenätzprozeß ein RIE-Prozeß und spezieller ein Tief-RIE-Prozeß (DRIE = deep reactive ion etch = Tief-Reaktiver-Ionen-Ätzprozeß). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Abschnitt 152 der Öffnung 150 im Substrat 160 durch einen Laserbearbeitungsprozeß gebildet. Anschließend wird der zweite Abschnitt 154 der Öffnung 150 im Substrat 160 durch einen Trockenätzprozeß gebildet.
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Während des Tief-RIE wird alternativ ein freigelegter Abschnitt mit einem reaktiven Ätzgas geätzt und beschichtet, bis ein Loch gebildet ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel erzeugt das reaktive Ätzgas ein Fluorradikal, das das Material chemisch und/oder physisch ätzt. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird eine Polymerbeschichtung, die gegenüber dem verwendeten Ätzmittel selektiv ist, auf die Innenoberflächen des zu bildenden Lochs einschließlich der Seitenwände und des Bodens aufgebracht. Die Beschichtung wird durch Verwendung eine Kohlenstoff-Fluorgases erzeugt, das (CF2)n, ein teflonartiges Material oder ein teflonerzeugendes Monomer, auf diesen Oberflächen anordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel verhindert das Polymer im wesentlichen ein Ätzen der Seitenwände während der anschließenden Ätzprozesse. Die Gase für das Ätzmittel wechseln sich mit den Gasen zum Bilden der Beschichtung auf der Innenseite des Lochs ab.
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Beim Ätzen des ersten Abschnitts 152 der Öffnung 150 in das Substrat 160 von der zweiten Seite 164 dient die eingebettete Maskenschicht 167 als eine Ätzstoppschicht, die eine Tiefe des ersten Abschnitts 152 im wesentlichen begrenzt oder einrichtet. Als solches wird ein Bilden des ersten Abschnitts 152 auf die eingebettete Maskenschicht 167 fortgesetzt. Zusätzlich grenzen die Löcher 168 der eingebetteten Maskenschicht 167 im wesentlichen das Ätzen des Substrats 160 einschließlich des Füllmaterials 169 auf Bereiche in den Löchern 168 ein und verhindern ein laterales Ätzen der Löcher 168, wenn der zweite Abschnitt 154 in das Substrat 160 von dem ersten Abschnitt 152 geätzt wird. Somit steuern die Löcher 168, wo die Öffnung 150 mit der ersten Seite 162 kommuniziert. Ferner führt ein Ätzen des ersten Abschnitts 152 und des zweiten Abschnitts 154 der Öffnung 150 in das Substrat 160 von der zweiten Seite 164 zu einem CMOS-kompatiblen Prozeß (CMOS = complementary metal Oxide semiconductor = komplementärer Metalloxidhalbleiter), wodurch die Öffnung 150 gebildet werden kann, nachdem die integrierten Schaltungen auf der ersten Seite 162 des Substrats 160 gebildet worden sind.
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Obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf die Einbindung des Substrats 160 mit einer Öffnung 150, die in demselben gebildet ist, in eine Tintenstrahldruckkopfanordnung bezieht, wird darauf hingewiesen, daß das Substrat 160, das die Öffnung 150 aufweist, die in demselben gebildet ist, in anderen Fluidausstoßsystemen beinhaltet sein kann, die Nichtdruck-Anwendungen oder -Systeme sowie andere Anwendungen mit fluidischen Kanälen durch ein Substrat umfassen, wie z. B. medizinische Geräte. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf Druckköpfe beschränkt, sondern ist auf andere geschlitzte Substrate anwendbar.
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Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin zu Beschreibungszwecken eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt und beschrieben worden sind, werden Fachleute darauf hingewiesen, daß viele verschiedene alternative und/oder entsprechende Implementierungen, die laut Berechnung den gleichen Zweck erzielen sollen, durch die spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzt werden können, die hierin gezeigt und beschrieben sind, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleute in der Chemie, Mechanik, Elektromechanik, Elektrotechnik und Informatik werden ohne weiteres erkennen, daß die vorliegende Erfindung in sehr vielen verschiedenen Ausführungsbeispielen implementiert sein kann. Diese Anmeldung soll beliebige Anpassungen und Variationen der bevorzugten Ausführungsbeispiele, die hierin erörtert wurden, abdecken. Daher wird die feste Absicht verfolgt, daß diese Erfindung nur durch die Ansprüche und die Entsprechungen derselben beschränkt sein soll.
