(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳプロセスで吊り下げられたビームを製造するための優れた方法を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳプロセスで吊り下げられたビームを形成する方法が開示される。プロセスでは、基板（５）にピット（８）をエッチングする。犠牲材料（１０）を、ピット（８）内及び周囲の基板表面上に付着させる。次に、周囲の基板表面及びピット（８）の周囲から犠牲材料（１０）を除去し、したがって犠牲材料とピットの少なくとも２つの側壁の間にギャップがある。次に、残りの犠牲材料がピットの側壁と接触するように、犠牲材料をリフローするように加熱する。次に、通常は金属であるビーム（１２）の材料を、基板表面及びリフローした犠牲材料に付着させ、次に犠牲材料を除去して、吊り下げられたビームを形成する。ビームは、インクジェットプリンタの加熱要素として使用することができる。【選択図】図３４
2009511295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳプロセスで吊り下げられたビームを製造する方法であって、
（ａ）基部及び側壁を有するピットを基板内にエッチングするステップと、
（ｂ）前記ピットを再充填するように、前記基板の表面に犠牲材料を付着させるステップと、
（ｃ）前記ピットの周囲領域から、及び、前記ピットを囲む前記基板表面から、前記犠牲材料を除去するステップと、
（ｄ）残りの犠牲材料が前記側壁と接触するように、前記ピット内の前記残りの犠牲材料をリフローするステップと、
（ｅ）前記基板表面及び前記リフローした犠牲材料に、ビーム材料を付着させるステップと、
（ｆ）前記吊り下げられたビームを形成するために、前記リフローした犠牲材料を除去するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記吊り下げられたビームが、実質的に平面である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記吊り下げられたビームの全部品が、実質的に同じ厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記吊り下げられたビームが、インクジェットノズルのアクチュエータである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アクチュエータが加熱器要素である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱器要素が、１対の電極間に吊り下げられる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基板がシリコンウェハである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シリコンウェハが、少なくとも１つの酸化被膜層を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記犠牲材料がフォトレジストである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記フォトレジストが、マスクを通して露光し、その後に現像されることによって除去される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記周囲領域が、前記側壁のうち少なくとも２つに隣接する区域を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記周囲領域が、前記側壁の全部に隣接する区域を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記周囲領域から前記犠牲材料を除去したことの結果、前記残りの犠牲材料と前記側壁のうち少なくとも２つとの間の空間が、１ミクロン未満になる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記周囲領域から前記犠牲材料を除去したことの結果、前記残りの犠牲材料と前記側壁の全部との間の空間が、１ミクロン未満になる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記リフローが、前記犠牲材料を加熱することによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記犠牲材料が、ビーム材料を付着させる前のさらなるリフローを防止するために処理される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記処理がＵＶ硬化を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ビーム材料が、付着後に所定の構成にエッチングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ビーム材料の付着後、前記リフローした犠牲材料の前記除去前に、さらなるＭＥＭＳプロセスのステップが実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記さらなるＭＥＭＳプロセスのステップは、前記吊り下げられたビームを含むインクジェットノズルを形成することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェット印字装置の分野に関し、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術で製造した印字ヘッドを使用するインクジェット印字システムを開示する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本発明に関連する様々な方法、システム及び装置が、本発明の出願人又は譲渡人によって出願された以下の米国特許／特許出願において開示されている。
【表１】
2009511295.tif 000003
【表２】
2009511295.tif 000004
これらの出願及び特許の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、泡形成液中に気体又は蒸気の泡を形成することによってインク滴を排出することを含む。この原理は、特許文献１に概略されている。印刷された像の各ピクセルは、１つ又は複数のインクノズルから排出されたインク滴から得られる。近年、インクジェット印字は、主にその安価で汎用性のある性質のせいで益々普及している。インクジェット印字の多くの異なる態様及び技術が、以上の相互参照文書で詳細に説明されている。
【０００４】
加熱器要素をインクに完全に浸漬すると、印字ヘッドの効率が劇的に改良される。下にあるウェハ基板に散逸する熱がはるかに減少し、したがってインクを排出する泡の生成に、より多くの入力エネルギが使用されるようになる。
【０００５】
加熱器要素を吊り下げる便利な方法は、犠牲フォトレジストに付着させ、その後にこれを剥離エッチングで除去することである。犠牲材料（ＳＡＣ）は、電極に隣接して基板にエッチングされたピット又はトレンチに付着させる。しかし、マスクをピットの側部に正確に一致させることは困難である。通常、マスキングしたフォトレジストを露出させると、ピットの側部とＳＡＣの間にギャップが形成される。加熱器材料の層を付着させると、これらのギャップを再充填して、（いわゆる）「ストリンガ」を形成する。ストリンガは、（加熱器要素を成形する）金属エッチング及び（最終的にＳＡＣを除去する）剥離エッチングの後も残る。ストリンガは、加熱器を短絡することがあり、したがって泡を発生することができない。
【０００６】
トレンチより大きいマスクを作成することによって、ギャップが形成されないように、側壁にＳＡＣを付着させる。残念ながら、これは、トレンチの頂部の周囲に隆起したリップを生成してしまう。加熱器材料の層を付着させると、これはリップの垂直表面又は傾斜表面で薄くなる。金属エッチング及び剥離エッチングの後、このような薄いリップの構成が残り、局所的に薄くなることにより抵抗が増加するので、「ホットスポット」を引き起こす。これらのホットスポットは、加熱器の動作に影響し、通常は加熱器の寿命を短縮する。
【特許文献１】米国特許第３，７４７，１２０号（Ｓｔｅｍｍｅ）
【発明の開示】
【０００７】
したがって、本発明は、ＭＥＭＳプロセスで吊り下げられたビームを製造する方法を提供し、前記方法は、
（ａ）基部及び側壁を有するピットを基板内にエッチングするステップと、
（ｂ）前記ピットを再充填するように、前記基板の表面に犠牲材料を付着させるステップと、
（ｃ）前記ピットの周囲領域から、及び前記ピットを囲む前記基板表面から前記犠牲材料を除去するステップと、
（ｄ）残りの犠牲材料が前記側壁と接触するように、前記ピット内の前記残りの犠牲材料をリフローするステップと、
（ｅ）ビーム材料を前記基板表面に、及び前記リフローした犠牲材料に付着させるステップと、
（ｆ）前記吊り下げられたビームを形成するために、前記リフローした犠牲材料を除去するステップと、を含む。
【０００８】
前記吊り下げられたビームは、実質的に平面であることが好ましい。さらなる好ましい形態では、前記吊り下げられたビームの全部品が、実質的に同じ厚さを有する。
【０００９】
任意選択で、前記吊り下げられたビームは、インクジェットノズルのアクチュエータである。
【００１０】
第１の態様では、本発明は、ＭＥＭＳプロセスで吊り下げられたビームを製造する方法を提供し、前記方法は、
（ａ）基部及び側壁を有するピットを基板内にエッチングするステップと、
（ｂ）前記ピットを再充填するように、前記基板の表面に犠牲材料を付着させるステップと、
（ｃ）前記ピットの周囲領域から、及び前記ピットを囲む前記基板表面から前記犠牲材料を除去するステップと、
（ｄ）残りの犠牲材料が前記側壁と接触するように、前記ピット内の前記残りの犠牲材料をリフローするステップと、
（ｅ）ビーム材料を前記基板表面に、及び前記リフローした犠牲材料に付着させるステップと、
（ｆ）前記吊り下げられたビームを形成するために、前記リフローした犠牲材料を除去するステップと、を含む。
【００１１】
任意選択で、前記吊り下げられたビームは、実質的に平面である。
【００１２】
任意選択で、前記吊り下げられたビームの全部品は、実質的に同じ厚さを有する。
【００１３】
任意選択で、前記吊り下げられたビームは、インクジェットノズルのアクチュエータである。
【００１４】
任意選択で、前記アクチュエータは加熱器要素である。
【００１５】
任意選択で、前記加熱器要素は、１対の電極間に吊り下げられる。
【００１６】
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。
【００１７】
任意選択で、前記シリコンウェハは、少なくとも１つの酸化被膜層を備える。
【００１８】
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。
【００１９】
任意選択で、前記フォトレジストは、マスクを通して露光し、その後に現像されることによって除去される。
【００２０】
任意選択で、前記周囲領域は、前記側壁のうち少なくとも２つに隣接する区域を備える。
【００２１】
任意選択で、前記周囲領域は、前記側壁の全部に隣接する区域を備える。
【００２２】
任意選択で、前記周囲領域から前記犠牲材料を除去したことの結果、前記残りの犠牲材料と前記側壁のうち少なくとも２つとの間の空間が、１ミクロン未満になる。
【００２３】
任意選択で、前記周囲領域から前記犠牲材料を除去したことの結果、前記残りの犠牲材料と前記側壁の全部との間の空間が、１ミクロン未満になる。
【００２４】
任意選択で、前記リフローは、前記犠牲材料を加熱することによって実行される。
【００２５】
任意選択で、前記犠牲材料は、ビーム材料を付着させる前のさらなるリフローを防止するために処理される。
【００２６】
任意選択で、前記処理はＵＶ硬化を備える。
【００２７】
任意選択で、前記ビーム材料は、付着後に所定の構成にエッチングされる。
任意選択で、前記ビーム材料の付着後、前記リフローした犠牲材料の前記除去前に、さらなるＭＥＭＳプロセスのステップが実行される。
【００２８】
任意選択で、前記さらなるＭＥＭＳプロセスのステップは、前記吊り下げられたビームを含むインクジェットノズルを形成することを含む。
【００２９】
第２の態様では、本発明は、基板上に複数のインクジェットノズルを製造する方法を提供し、各ノズルは、前記基板から隔置された天井、及び前記天井から前記基板まで延在する側壁を有するノズル室を備え、前記側壁の１つが、列状のノズルに沿って延在するインク導管からインクを受け取る室エントランスを有し、前記インク導管は、前記基板内に画定された複数のインク入口からインクを受け取り、前記方法は、
（ａ）前記インク入口に対応する複数のトレンチを有する基板を設けるステップと、
（ｂ）前記トレンチを再充填し、前記基板上に足場を形成するように、前記基板に犠牲材料を付着させるステップと、
（ｃ）天井材料で再充填した場合に、前記室の側壁及び前記インク導管を形成するために配置される開口を、前記犠牲材料内に画定するステップと、
（ｄ）前記ノズル室と前記インク導管を同時に形成するために、前記犠牲材料上に天井材料を付着させるステップと、
（ｅ）前記天井材料を通してノズル開口をエッチングするステップであり、各ノズル室は少なくとも１つのノズル開口を有する、ステップと、
（ｆ）前記犠牲材料を除去するステップと、を含む。
【００３０】
任意選択で、各ノズル室は、前記ノズル開口を通してインクを排出するアクチュエータを含む。
【００３１】
任意選択で、前記アクチュエータは、前記ノズル室を製造する前に形成される。
【００３２】
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。
【００３３】
任意選択で、前記シリコンウェハは、少なくとも１つの酸化皮膜層を備える。
【００３４】
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。
【００３５】
任意選択で、前記開口は、マスクを通して前記フォトレジストを露光し、その後に現像することによって画定される。
【００３６】
任意選択で、前記フォトレジストは、前記天井材料を付着させる前にＵＶ硬化され、それによって付着中の前記フォトレジストのリフローを防止する。
【００３７】
任意選択で、前記フォトレジストは、プラズマ灰化によって除去される。
【００３８】
さらなる態様では、さらに、前記基板の反対の裏側からインク供給路をエッチングするステップを含む方法が提供され、前記インク供給路は、前記インク入口と流体連絡する。
【００３９】
任意選択で、各インク入口は、個々の縁部から延在する少なくとも１つのプライミング形体を有し、前記方法はさらに、前記フォトレジスト内で前記少なくとも１つのプライミング形体に対応する少なくとも１つの開口を画定することを含む。
【００４０】
任意選択で、前記少なくとも１つのプライミング形体は、前記縁部から延在する天井材料の円柱を備える。
【００４１】
任意選択で、各インク入口は、個々の縁部の周囲に配置された複数のプライミング形体を有する。
【００４２】
任意選択で、前記複数のプライミング形体が一緒になって、前記縁部から延在する円柱状のケージを形成する。
【００４３】
任意選択で、前記室エントランスが少なくとも１つのフィルタ構造を含み、前記方法がさらに、前記フォトレジスト内で前記少なくとも１つのプライミング形体に対応する少なくとも１つの開口を画定することを含む。
【００４４】
任意選択で、前記少なくとも１つのフィルタ構造は、前記基板から前記天井まで延在する天井材料の円柱を備える。
【００４５】
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成された複数のフィルタ構造を含む。
【００４６】
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成された複数の列のフィルタ構造を含む。
【００４７】
任意選択で、前記列状のフィルタ構造は互い違いである。
【００４８】
第３の態様では、本発明は、基板上に複数のインクジェットノズルを製造する方法を提供し、各ノズルは、前記基板から隔置された天井、及び前記天井から前記基板まで延在する側壁を有するノズル室を備え、前記室は、前記基板内に画定された少なくとも１つのインク入口からインクを受け取るエントランスを有し、前記少なくとも１つのインク入口は、個々の縁部から延在する少なくとも１つのプライミング形体を有し、前記方法は、
（ａ）前記インク入口に対応する複数のトレンチを有する基板を設けるステップと、
（ｂ）前記トレンチを再充填し、前記基板上に足場を形成するように、前記基板に犠牲材料を付着させるステップと、
（ｃ）天井材料で再充填した場合に、前記室の側壁及び前記少なくとも１つのプライミング形体を形成するために配置される開口を、前記犠牲材料内に画定するステップと、
（ｄ）前記ノズル室と前記少なくとも１つのプライミング形体を同時に形成するために、前記犠牲材料上に天井材料を付着させるステップと、
（ｅ）前記天井材料を通してノズル開口をエッチングするステップであり、各ノズル室は少なくとも１つのノズル開口を有する、ステップと、
（ｆ）前記犠牲材料を除去するステップと、を含む。
【００４９】
任意選択で、前記少なくとも１つのプライミング形体は、前記縁部から延在する天井材料の円柱を備える。
【００５０】
任意選択で、各インク入口は、個々の縁部の周囲に配置された複数のプライミング形体を有する。
【００５１】
任意選択で、前記複数のプライミング形体が一緒になって、前記縁部から延在する円柱状のケージを形成する。
【００５２】
任意選択で、各ノズル室は、前記ノズル開口を通してインクを排出するアクチュエータを含む。
【００５３】
任意選択で、前記アクチュエータは、前記ノズル室の製造前に形成される。
【００５４】
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。
【００５５】
任意選択で、前記シリコンウェハは少なくとも１つの酸化皮膜層を備える。
【００５６】
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。
【００５７】
任意選択で、前記開口は、マスクを通して前記フォトレジストを露光し、その後に現像することによって画定される。
【００５８】
任意選択で、前記フォトレジストは、前記天井材料を付着させる前にＵＶ硬化され、それによって付着中の前記フォトレジストのリフローを防止する。
【００５９】
任意選択で、前記フォトレジストは、プラズマ灰化によって除去される。
【００６０】
さらなる態様では、さらに、前記基板の反対の裏側からインク供給路をエッチングするステップを含む方法が提供され、前記インク供給路は、前記インク入口と流体連絡する。
【００６１】
任意選択で、前記室エントランスは、前記ノズル室の前記側壁の１つに画定される。
【００６２】
任意選択で、前記室エントランスは、列状のノズルに沿って延在するインク導管からインクを受け取り、ステップ（ｃ）はさらに、前記犠牲材料内にさらなる開口を画定することを含み、前記さらなる開口は、天井材料で再充填された場合に、前記インク導管を形成するべく配置される。
【００６３】
任意選択で、前記インク導管は、前記少なくとも１つのインク入口からインクを受け取る。
【００６４】
第４の態様では、本発明は、基板上に複数のインクジェットノズルを製造する方法を提供し、各ノズルは、前記基板から隔置された天井、及び前記天井から前記基板まで延在する側壁を有するノズル室を備え、前記側壁の１つは、前記基板内に画定された少なくとも１つのインク入口からインクを受け取る室エントランスを有し、前記室エントランスは少なくとも１つのフィルタ構造を含み、前記方法は、
（ａ）前記インク入口に対応する複数のトレンチを有する基板を設けるステップと、
（ｂ）前記トレンチを再充填し、前記基板上に足場を形成するように、前記基板に犠牲材料を付着させるステップと、
（ｃ）天井材料で再充填した場合に、前記室の側壁及び前記少なくとも１つのフィルタ構造を形成するために配置される開口を、前記犠牲材料内に画定するステップと、
（ｄ）前記ノズル室と前記少なくとも１つのフィルタ構造を同時に形成するために、前記犠牲材料上に天井材料を付着させるステップと、
（ｅ）前記天井材料を通してノズル開口をエッチングするステップであり、各ノズル室は少なくとも１つのノズル開口を有する、ステップと、
（ｆ）前記犠牲材料を除去するステップと、を含む。
【００６５】
任意選択で、前記フィルタ構造は、前記基板から前記天井まで延在する天井材料の円柱を備える。
【００６６】
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成される複数のフィルタ構造を含む。
【００６７】
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成される複数の列のフィルタ構造を含む。
【００６８】
任意選択で、前記列状のフィルタ構造は互い違いである。
【００６９】
任意選択で、各ノズル室は、前記ノズル開口を通してインクを排出するアクチュエータを含む。
【００７０】
任意選択で、前記アクチュエータは、前記ノズル室の製造前に形成される。
【００７１】
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。
【００７２】
任意選択で、前記シリコンウェハは少なくとも１つの酸化皮膜層を備える。
【００７３】
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。
【００７４】
任意選択で、前記開口は、マスクを通して前記フォトレジストを露光し、その後に現像することによって画定される。
【００７５】
任意選択で、前記フォトレジストは、前記天井材料を付着させる前にＵＶ硬化され、それによって付着中の前記フォトレジストのリフローを防止する。
【００７６】
任意選択で、前記フォトレジストは、プラズマ灰化によって除去される。
【００７７】
さらなる態様では、さらに、前記基板の反対の裏側からインク供給路をエッチングするステップを含む方法が提供され、前記インク供給路は、前記インク入口と流体連絡する。
【００７８】
任意選択で、前記室エントランスは、列状のノズルに沿って延在するインク導管からインクを受け取り、ステップ（ｃ）はさらに、前記犠牲材料内にさらなる開口を画定することを含み、前記さらなる開口は、天井材料で再充填された場合に、前記インク導管を形成するべく配置される。
【００７９】
任意選択で、前記インク導管は、前記少なくとも１つのインク入口からインクを受け取る。
【００８０】
第５の態様では、本発明は、インクジェット印字ヘッドの静摩擦が低いノズル板を形成する方法を提供し、前記ノズル板は、自身内に画定され、各々が個々のノズル縁部を有する複数のノズル開口を有し、前記方法は、
（ａ）天井材料で密封された複数のインクジェットノズルアセンブリを備える部分的に製造された印字ヘッドを設けるステップと、
（ｂ）前記ノズル縁部及び複数の静摩擦を軽減させる構成を同時に画定するために、前記天井材料を部分的にエッチングするステップと、
（ｃ）前記ノズル開口を画定し、それによって前記ノズル板を形成するために、前記天井材料をエッチングするステップと、を含む。
【００８１】
任意選択で、各ノズル縁部は、各ノズル開口の周囲に少なくとも１つの突起を備える。
【００８２】
任意選択で、各ノズル縁部は、各ノズル開口の周囲に複数の同軸の突起を備える。
【００８３】
任意選択で、前記少なくとも１つの縁部突起は、前記ノズル板から少なくとも１ミクロン突出する。
【００８４】
任意選択で、各静摩擦軽減構成は、前記ノズル板上に円柱状突起を備える。
【００８５】
任意選択で、各円柱状突起は、前記ノズル板から少なくとも１ミクロン突出する。
【００８６】
任意選択で、各円柱状突起は、隣接する円柱状突起から２ミクロン未満だけ隔置される。
【００８７】
任意選択で、各静摩擦軽減構成は、前記ノズル板上に細長い壁突起を備える。
【００８８】
任意選択で、各壁突起は、前記ノズル板から少なくとも１ミクロン突出する。
【００８９】
任意選択で、前記壁突起は、前記ノズル板上にインクの混色を最小限に抑えるために配置される。
【００９０】
任意選択で、前記壁突起は、前記ノズル板に沿って列状のノズルと平行に延在し、列の各ノズルは、同じ色のインクを排出する。
【００９１】
任意選択で、前記ノズル縁部及び前記静摩擦軽減構成の位置は、フォトリソグラフィマスキングによって画定される。
【００９２】
任意選択で、前記ノズル板の表面積の少なくとも半分は、静摩擦軽減構成でタイル張りされる。
【００９３】
任意選択で、前記インクジェットノズルアセンブリはシリコン基板上に形成され、前記ノズル板は前記基板から隔置される。
【００９４】
任意選択で、前記ノズル板は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜、窒化アルミで構成される。
【００９５】
任意選択で、前記ノズルアセンブリは、前記天井材料のＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ付着によって密封される。
【００９６】
任意選択で、前記天井材料は犠牲足場に付着する。
【００９７】
任意選択で、各インクジェットノズルアセンブリは、インクを排出するために自身に付随する少なくとも１つのノズル開口を有する。
【００９８】
任意選択で、前記ノズル板はその後、疎水化材料で処理される。
【００９９】
本発明による印字ヘッドは、複数のノズル、さらに各ノズルに対応する室及び１つ又は複数の加熱器要素を備える。印字ヘッドの最小反復ユニットは、１つ又は複数の室にインクを供給するインク供給入口を有する。ノズルアレイ全体は、これらの個々のユニットを繰り返すことによって形成される。このような個々のユニットを、本明細書では「ユニットセル」と呼ぶ。
【０１００】
また、「インク」という用語は、排出可能な液体を意味するように使用され、着色した染料を含む従来通りのインクに制限されない。非着色インクの例は定着剤、赤外線吸収剤インク、機能付与した化学物質、接着剤、生物学的流体、薬剤、水及び他の溶剤などを含む。インク又は排出可能な液体はまた、必ずしも厳密に液体である必要はなく、固体粒子の浮遊物を含んでよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０１】
次に、添付図面を参照しながら、例示によってのみ本発明の好ましい実施形態について説明する。
【０１０２】
以下の説明では、対応する参照番号は対応する部品に関係する。便宜上、各参照番号で示される形体が以下に列挙されている。
【０１０３】
ＭＮＮ  ＭＰＮシリアル部品リスト
１．ノズルユニットセル
２．シリコンウェハ
３．ＣＭＯＳ金属層内の最上アルミ金属層
４．不活性化層
５．化学蒸着酸化層
６．最上アルミ金属層３内のインク入口開口
７．最上部アルミ金属層３のピット口
８．ピット
９．電極
１０．ＳＡＣＩフォトレジスト層
１１．加熱器材料（ＴｉＡｌＮ）
１２．熱アクチュエータ
１３．フォトレジスト層
１４．フォトレジスト層を通してエッチングされたインク入口開口
１５．インク入口通路
１６．ＳＡＣ２フォトレジスト層
１７．室の側壁開口
１８．前部流路プライミング形体
１９．インク入口におけるバリア構成
２０．室の天井層
２１．天井
２２．側壁
２３．インク導管
２４．ノズル室
２５．楕円形ノズル縁部
２５（ａ）内リップ
２５（ｂ）外リップ
２６．ノズル開口
２７．インク供給流路
２８．接触部
２９．加熱器要素
３０．泡ケージ
３２．泡保持構造
３４．インク透過性構造
３６．抽気孔
３８．インク室
４０．２列フィルタ
４２．紙の埃
４４．インク樋
４６．ＳＡＣＩとトレンチ側壁の間のギャップ
４８．トレンチ側壁
５０．トレンチ縁部周囲のＳＡＣＩの隆起リップ
５２．加熱器材料の薄くなった傾斜区間
５４．直列接続した加熱器要素間の低温スポット
５６．ノズル板
５８．円柱状突起
６０．側壁のインク開口
６２．インク再充填開口
ＭＥＭＳ製造プロセス
ＭＥＭＳ製造プロセスは、ＣＭＯＳ処理の終了後にシリコンウェハ上にノズル構造を構築する。図２は、ＣＭＯＳ処理の終了後、ＭＥＭＳ処理前のノズルユニットセル１００の切り取り斜視図である。
【０１０４】
ウェハのＣＭＯＳ処理中に、金属層が層間誘電（ＩＬＤ）層の間を満たす状態で、４つの金属層をシリコンウェハ２に付着させる。４つの金属層はＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４層と呼ばれ、ＣＭＯＳ処理中にウェハ上に順番に蓄積する。これらのＣＭＯＳ層は、印字ヘッドを動作させる駆動回路及び論理を全て提供する。
【０１０５】
完成した印字ヘッド内で、各加熱器要素アクチュエータは、最も外側のＭ４層内に画定された１対の電極を介してＣＭＯＳに接続される。したがって、Ｍ４  ＣＭＯＳ層は、その後にウェハをＭＥＭＳ処理するための基礎となる。Ｍ４層は、各印字ヘッド集積回路の縦方向の縁部に沿ったボンディングパッドも画定する。これらのボンディングパッド（図示せず）により、ボンディングパッドから延在するワイヤボンドを介してＣＭＯＳをマイクロプロセッサに接続することができる。
【０１０６】
図１及び図２は、自身上に付着した不活性化層４を有するアルミのＭ４層３を示す。（これらの図では、Ｍ４層のＭＥＭＳ形体のみが図示され、Ｍ４層の主要なＣＭＯＳ形体は、ノズルのユニットセルの外側に配置される。）Ｍ４層３は１ミクロンの厚さを有し、ＣＶＤ酸化物５の２ミクロンの層上に付着する。図１及び図２に示すように、Ｍ４層３は、インク入口開口６及びピット開口７を有する。これらの開口は、ＭＥＭＳプロセスでその後に形成されるインク入口及びピットの位置を画定する。
【０１０７】
ユニットセル１のＭＥＭＳ処理が開始する前に、各印字ヘッド集積回路の縦方向の縁部に沿ったボンディングパッドが、不活性化層４を通したエッチングによって画定される。このエッチングは、ボンディングパッド位置でＭ４層３を露出させる。ノズルのユニットセル１は、このステップのためにフォトレジストで完全にマスキングされ、したがってエッチングの影響を受けない。
【０１０８】
図３から図５を参照すると、ＭＥＭＳ処理の第１段階は、不活性化層４及びＣＶＤ酸化物層５を通してピット８をエッチングする。このエッチングは、図３に示した暗い色調のピットマスクによって露出したフォトレジスト（図示せず）の層を使用して画定される。ピット８は、Ｍ４層３の頂部から測定して２ミクロンの深さを有する。ピット８をエッチングするのと同時に、不活性化層４を通してＭ４層３を部分的に露出させることにより、ピットのいずれかの側で電極９を画定する。完成したノズル内で、加熱器要素は電極９間でピット８をまたいで吊り下げられる。
【０１０９】
次のステップ（図６から図８）では、ピット８をフォトレジスト１０の第１犠牲層（「ＳＡＣ１」）で再充填する。高速フォトレジストの２ミクロンの層は、最初にウェハ上に引き延ばされ、次に図６に示した暗い色調のマスクを使用して露出される。ＳＡＣ１フォトレジスト１０は、ピット８のいずれかの側に電極９をまたいで加熱器材料をその後に付着させるための足場を形成する。その結果、ＳＡＣ１フォトレジスト１０は、電極９の上面と面一である平坦な上面を有することが重要である。それと同時に、ＳＡＣ１フォトレジストは、ピットをまたいで延在し、電極９を短絡する導電性加熱器材料の「ストリンガ」を回避するために、ピット８を完全に再充填しなければならない。
【０１１０】
通常、トレンチをフォトレジストで再充填する場合は、フォトレジストがトレンチの壁に接して再充填し、したがってその後の付着ステップで「ストリンガ」を回避することが保証されるために、トレンチの周囲の外側にフォトレジストを露出させる必要がある。しかし、この技術の結果、トレンチの周囲にフォトレジストの隆起した（又はスパイク状の）縁部が生じてしまう。これは、その後の付着ステップで、材料が隆起した縁部に不均一に付着するので望ましくない。つまり、トレンチを再充填するフォトレジストの縁部の垂直又は傾斜した表面が、水平の平面より付着材料が少なくなる。この結果が、材料の付着が薄い領域の「抵抗ホットスポット」である。
【０１１１】
図７に示すように、このプロセスは、図６に示すマスクを使用してピット８の周囲壁の内側（例えば０．５ミクロン以内）にＳＡＣ１フォトレジスト１０を意図的に露出させる。これは、ＳＡＣ１フォトレジスト１０の平面の上面を確保し、ピット８の周縁の周囲でフォトレジストにスパイク状領域が生じるのを回避する。
【０１１２】
ＳＡＣ１フォトレジスト１０の露出後に、フォトレジストを加熱によってリフローさせる。フォトレジストのリフローによって、これはピット８の壁まで流れ、それを正確に再充填する。図９及び図１０は、リフロー後のＳＡＣ１フォトレジスト１０を示す。フォトレジストは平面の上面を有し、電極９を形成するＭ４層３の上面と面一で合う。リフロー後に、ＳＡＣ１フォトレジスト１０を紫外線硬化及び／又はハードベークし、加熱器材料のその後の付着ステップ中のリフローを回避する。
【０１１３】
図１１及び図１２は、０．５ミクロンの加熱器材料１１をＳＡＣ１フォトレジスト１０上に付着させた後のユニットセルを示す。上述したリフロープロセスのせいで、加熱器材料１１は、電極９及びＳＡＣ１フォトレジスト１０上に均一かつ平面の層になって付着する。加熱器材料は、ＴｉＡｌ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮなどの任意の適切な導電性材料で構成することができる。典型的な加熱器材料の付着プロセスは、ＴｉＡｌの１００Åのシード層、ＴｉＡｌＮの２５００Åの層、ＴｉＡｌの１００Åのさらなるシード層、最後にＴｉＡｌＮの２５００Åのさらなる層を順番に付着させることを含んでよい。
【０１１４】
図１３から図１５を参照すると、次のステップで、加熱器材料１１の層がエッチングされ、熱アクチュエータ１２を画定する。各アクチュエータ１２は、ＳＡＣ１フォトレジスト１０のいずれかの側にある個々の電極９への電気接続を確立する接触部２８を有する。加熱器要素２９は、対応する接触部２８の間に引き延ばされる。
【０１１５】
このエッチングは、図１３に示した暗い色調のマスクを使用して露出したフォトレジスト（図示せず）の層によって画定される。図１５に示すように、加熱器要素１２は電極９の対の間にある線系ビームスパニングである。しかし、加熱器要素１２は、参照によって内容が本明細書に組み込まれる出願人の米国特許第６，７５５，５０９号に記載されているような他の構成を代替的に採用することができる。例えば、中心空隙を有する加熱器要素２９の構成は、インク排出中に気泡が崩壊した場合に、加熱器材料にかかるキャビテーションの力の有害な効果を最小限に抑えるために有利であり得る。「泡の通気」及び自動不活性化材料の使用など、他の形態のキャビテーション保護を採用してもよい。これらのキャビテーション管理技術は、米国特許出願（出願人の文書ＭＴＣ００１ＵＳ）で詳細に検討されている。
【０１１６】
ステップの次のシーケンスでは、不活性化層４、酸化物層５及びシリコンウェハ２を通して、ノズルのインク入口がエッチングされる。ＣＭＯＳ処理中に、各金属層は、このインク入口のエッチングの準備でインク入口開口（例えば図１のＭ４層３の開口６参照）がエッチングされている。これらの金属層は、挿入したＩＬＤ層とともに、インク入口の密封リングを形成し、インクがＣＭＯＳ層に染みこむのを防止する。
【０１１７】
図１６から図１８を参照すると、フォトレジスト１３の比較的厚い層がウェハ上に引き延ばされ、図１６に示す暗い色調のマスクを使用して露光される。必要なフォトレジスト１３の厚さは、インク入口のエッチングに使用される深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）の選択性に依存する。インク入口開口１４がフォトレジスト１３内に画定された状態で、ウェハはその後のエッチングステップの準備が整う。
【０１１８】
第１エッチングステップ（図１９及び図２０）では、下のシリコンウェハを通して誘電層（不活性化層４及び酸化物層５）がエッチングされる。任意の標準的な酸化物エッチング（例えばＯ２／Ｃ４Ｆ８プラズマ）を使用してよい。
【０１１９】
第２エッチングステップ（図２１及び図２２）では、同じフォトレジストマスク１３を使用して、シリコンウェハ２を通して２５ミクロンの深さまでインク入口１５をエッチングする。このエッチングには、ボッシュエッチング（米国特許第６，５０１，８９３号及び第６，２８４，１４８号参照）などの任意の標準的異方性ＤＲＩＥを使用してよい。インク入口１５のエッチング後、プラズマ灰化でフォトレジスト層１３を除去する。
【０１２０】
次のステップでは、インク入口１５にフォトレジストで栓をし、ＳＡＣ１フォトレジスト１０及び不活性化層４の頂部にフォトレジストの第２犠牲層（「ＳＡＣ２」）１６を構築する。ＳＡＣ２フォトレジスト１６は、各ノズル室の天井及び側壁を形成する天井材料をその後に蓄積するための足場として働く。図２３から図２５を参照すると、約６ミクロンの高速フォトレジスト層をウェハ上に引き延ばし、図２３に示した暗い色調のマスクを使用して露光する。
【０１２１】
図２３及び図２５に示すように、マスクは、室の側壁及びインク導管の側壁の位置に対応して、ＳＡＣ２フォトレジスト１６に側壁開口１７を露出させる。また、開口１８及び１９は、それぞれ栓をした入口１５及びノズル室の入口に隣接して露光される。これらの開口１８及び１９は、その後の天井付着ステップにて天井材料で再充填され、本発明のノズル設計で独特の利点を提供する。特に、天井材料で再充填された開口１８は、インクを入口１５から各ノズル室に引き込むことを補助するプライミング形体として作用する。これについては、以下でさらに詳細に説明する。天井材料で再充填された開口１９は、フィルタ構造及び流体クロストークのバリアとして作用する。これらは、気泡がノズル室に入るのを防止するのに役立ち、熱アクチュエータ１２によって発生した圧力パルスを拡散する。
【０１２２】
図２６及び図２７を参照すると、次の段階は、ＰＥＣＶＤによって３ミクロンの天井材料２０をＳＡＣ２フォトレジスト１６に付着させる。天井材料２０は、ＳＡＣ２フォトレジスト１６の開口１７、１８及び１９を再充填し、天井２１及び側壁２２を有するノズル室２４を形成する。インクを各ノズル室に供給するインク導管２３も、天井材料２０の付着中に形成される。また、プライミング形体及びフィルタ構造（図２６及び図２７では図示せず）があれば、それも同時に形成される。それぞれが個々のノズル室２４に対応する天井２１は、隣接するノズル室にまたがって列状に引き延ばされ、連続的なノズル板を形成する。天井材料２０は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜、窒化アルミなどの任意の適切な材料で構成してよい。
【０１２３】
図２８から図３０を参照すると、次の段階は、２ミクロンの天井材料２０をエッチングで除去することによって、天井２１の楕円形ノズル縁部２５を画定する。このエッチングは、図２８に示した暗い色調の縁部マスクによって露光したフォトレジスト（図示せず）の層を使用して画定される。楕円形縁部２５は、個々の熱アクチュエータ１２上に配置された２つの同軸縁部リップ２５ａ及び２５ｂを備える。
【０１２４】
図３１から図３３を参照すると、次の段階は、縁部２５によって制限された残りの天井材料２０を通して全てエッチングすることによって、天井２１内に楕円形ノズル開口２６を画定する。このエッチングは、図３１に示した暗い色調の天井マスクによって露光したフォトレジスト（図示せず）の層を使用して画定される。楕円形ノズル開口２６は、図３３に示すように熱アクチュエータ１２上に配置される。
【０１２５】
ここでＭＥＭＳノズル形体が十分に形成された状態で、次の段階は、Ｏ２プラズマ灰化（図３４から図３５）によってＳＡＣ１及びＳＡＣ２フォトレジスト層１０及び１６を除去する。灰化の後、熱アクチュエータ１２はピット８上で１つの平面になって吊り下げられる。接触部２８と加熱器要素２９を同一面に付着させることにより、電極９と効率的に電気接続される。
【０１２６】
図３６及び図３７は、ＳＡＣ１及びＳＡＣ２フォトレジスト層１０及び１６の灰化後のシリコンウェハ２の全厚さ（１５０ミクロン）を示す。
【０１２７】
図３８から図４０を参照すると、ウェハの前側ＭＥＭＳ処理が終了したら、標準的な異方性ＤＲＩＥを使用して、ウェハの裏側からインク供給流路２７をエッチングし、インク入口１５と合わせる。この裏側エッチングは、図３８で示した暗い色調のマスクによって露光されたフォトレジスト層（図示せず）を使用して画定される。インク供給流路２７は、ウェハの裏側とインク入口１５の間を流体接続する。
【０１２８】
最後に、図４１及び図４２を参照すると、裏側エッチングによってウェハを１３５ミクロンに薄くする。図４３は、完成した印字ヘッド集積回路の切り取り斜視図で、隣接する３列のノズルを示す。ノズルの各列は、その長さに沿って延在し、各列の複数のインク入口１５にインクを供給する個々のインク供給流路２７を有する。インク入口は、各列のインク導管２３にインクを供給し、各ノズル室は、その列の共通のインク導管からインクを受け取る。
【０１２９】
［特定の実施形態の特徴及び利点］
以下では、適切な小見出しで本発明の実施形態の特定の独特の特徴、及びこれらの特徴の利点について検討する。特徴は、内容が特に特定の図面を排除し、特に言及された図面に関連しない限り、本発明に関連する全ての図面に関連して考察される。
【０１３０】
低損失電極
図４１及び図４２に示すように、加熱器要素２９は室内に吊り下げられる。これは、室のプライミング時に加熱器要素がインクに浸漬されることを保証する。加熱器要素をインクに完全に浸漬すると、印字ヘッドの効率が劇的に改善する。下にあるウェハ基板に散逸する熱が非常に少なくなり、したがってインクを排出する泡を発生させるために使用される入力エネルギが増加する。
【０１３１】
加熱器要素を吊り下げるために、接触部を使用して、要素を上昇した位置で支持する。基本的に、加熱器要素のいずれかの端部にある接触部は、ＣＭＯＳドライブ上の個々の電極を上昇した位置で要素に接続するために、垂直又は傾斜した区間を有することができる。しかし、垂直又は傾斜表面に付着した加熱器材料は、水平表面上にある材料より薄い。薄くなった区間による望ましくない抵抗損を回避するために、熱アクチュエータの接触部分は比較的大きくする必要がある。大型化した接触部がウェハ表面の有意の区域を占有し、ノズルパッキング密度を制限する。
【０１３２】
加熱器を浸漬するために、本発明は、電極９間にピット又はトレンチ８をエッチングし、室の床のレベルを低下させる。以上で検討したように、犠牲フォトレジスト（ＳＡＣ）層１０（図９参照）は、トレンチ内に付着して、加熱器要素の足場を提供する。しかし、ＳＡＣ１０をトレンチ８に付着させ、単純にそれを加熱器材料の層で覆うと、（図７に関連して前述したように）ＳＡＣ１０とトレンチ８の側壁４８の間のギャップ４６にストリンガを形成することができる。ギャップが形成されるのは、マスクをトレンチ８の側部に正確に一致させることが困難だからである。通常、マスキングしたフォトレジストを露光すると、ピットの側部とＳＡＣの間にギャップ４６が形成される。加熱器材料層を付着させる場合は、これらのギャップに再充填して、（知られているような）「ストリンガ」を形成する。ストリンガは、（加熱器要素を形成する）金属エッチング及び（最終的にＳＡＣを除去する）解放エッチングの後にトレンチ８内に残る。ストリンガは加熱器を短絡することがあり、したがって泡を生成することができない。
【０１３３】
次に図５２及び図５３を参照すると、ストリンガを防止する「伝統的な」技術が図示されている。ＳＡＣを露光するＵＶマスクをトレンチ８よりわずかに大きくすることにより、ＳＡＣ１０が側壁４８上に付着し、したがってギャップが形成されない。残念ながら、これはトレンチの頂部の周囲に隆起したリップ５０を生成する。加熱器材料層１１を付着させる場合（図５３参照）、これはリップ５０の垂直又は傾斜表面５２上の方が薄くなる。金属エッチング及び解放エッチングの後、これらの薄いリップ構成５２が残り、「ホットスポット」を引き起こす。というのは、局所的に薄くなると、抵抗が増加するからである。これらのホットスポットは、加熱器の動作に影響し、通常は加熱器の寿命を短縮する。
【０１３４】
以上で検討したように、本出願人は、ＳＡＣ１０のリフローがギャップ４６を閉じ、したがって電極９間の足場が完全に平坦であることを発見した。これによって、熱アクチュエータ１２の全体を平面にすることができる。熱アクチュエータの平面構造は、接触部がＣＭＯＳ電極９及び吊り下げられた加熱器要素２９に直接付着した状態で、垂直又は傾斜表面によって引き起こされるホットスポットを防止し、したがって接触部は、抵抗損をそれほど大きくせずに、はるかに小さい構造にすることができる。低い抵抗損は、吊り下げられた加熱器要素の効率的な動作を維持し、小さい接触部のサイズは、ノズルを印字ヘッド上に接近させてパッキングするために都合がよい。
【０１３５】
各室の複数のノズル
図４９を参照すると、図示のユニットセルは２つの別個のインク室３８を有し、各室は、接触部２８の個々の対の間に延在する加熱器要素２９を有する。インク透過性構造３４がインク再充填開口内に配置され、したがってインクが室に入ることができるが、起動すると、構造３４は、逆流又は流体クロストークが許容可能なレベルまで減少することに対する十分な水力学的抵抗を提供する。
【０１３６】
インクは、ウェハの裏側からインク入口１５を通して供給される。プライミング形体１８が入口開口内に延在し、したがってインクのメニスカスは開口の周縁にピン留めされず、インクの流れを停止しない。入口１５からのインクは、ユニットセルの両方の室３８に供給する横方向のインク導管２３を再充填する。
【０１３７】
室毎に１つのノズルではなく、各室３８が２つのノズル２５を有する。加熱器要素２９が起動する（泡を形成する）と、２滴のインクが、各ノズル２５から１滴ずつ排出される。インクの個々の各滴は、室が１つのノズルしか有していない場合に排出される１つの滴より体積が小さい。１つの室から複数の滴を同時に排出すると、印字品質が改善される。
【０１３８】
ノズル毎に、排出される滴がある程度、誤配向される。誤配向の程度に応じて、これは印字品質にとって有害なことがある。室に複数のノズルを与えることにより、各ノズルが比較的小さい体積で、異なる誤配向を有する滴を排出する。異なる方向に誤配向された幾つかの小さい滴は、誤配向された１つの比較的大きい滴ほど印字品質にとって有害ではない。本出願人は、目が小さい各滴の誤配向を平均し、全体的誤配向が非常に低下した状態で、１つの滴からのドットを効果的に「見る」ことを発見した。
【０１３９】
多ノズル室は、ノズル１つの室よりも効果的に滴を排出することもできる。加熱器要素２９は、吊り下げられた細長いＴｉＡｌＮのビームであり、これが形成する泡は同様に細長くなる。細長い泡によって生成された圧力パルスは、中心に配置したノズルを通してインクを排出させる。しかし、圧力パルスからのエネルギの一部は、泡の幾何学的形状とノズルのそれとの間の不一致に伴う水力学的損失で散逸する。
【０１４０】
加熱器要素２９の長さに沿って幾つかのノズル２５を隔置すると、泡の形状と、排出されるインクが通るノズル構成との間の幾何学的不一致が減少する。これは、インク排出に対する水力学的抵抗を減少させ、それによって印字ヘッドの効率を改善する。
【０１４１】
隣接するインク室を介して再充填されるインク室
図４６を参照すると、２つの対向するユニットセルが図示されている。この実施形態では、ユニットセルは４つのインク室３８を有する。室は、側壁２２及びインク透過性構造３４によって画定される。各室は自身の加熱器要素２９を有する。加熱器要素２９は、直列に接続された対の状態で配置構成される。各対の間には、抵抗が低下及び／又はヒートシンク作用が増大した「低温スポット」５４がある。これは、泡が低温スポット５４で凝集しないことを保証し、したがって低温スポットが加熱器要素の各対の外側接触部２８間の共通接触部になる。
【０１４２】
インク透過性構造３４によって滴の排出後にインクで室３８を再充填することができるが、各加熱器要素２９からの圧力パルスを邪魔して、隣接する室間の流体クロストークを減少させることができる。この実施形態は、以上で検討した図４９に示したものと平行な多くを有することが認識される。しかし、この実施形態は、図４９の比較的長い室を２つの別個の室に効果的に分割する。これは加熱器要素２９によって形成された泡の幾何学的形状を、ノズル２５の形状と位置合わせし、滴の排出中の水力学的損失を減少させる。これは、ノズルの密度を低下させないで達成されるが、製造プロセスに多少の複雑さを加える。
【０１４３】
インクをアレイの各インク室に分配する導管（インク入口１５及び供給導管２３）は、ウェハ区域の有意の割合を占有することがある。これは、印字ヘッド上のノズル密度の制限要因になり得る。各室を流体クロストークから十分に解放しながら、幾つかのインク室を他のインク室へのインク流路の一部にすることによって、インク供給導管への失われるウェハ区域の量が減少する。
【０１４４】
複数のアクチュエータ及び個々のノズルがあるインク室
図５４を参照すると、図示のユニットセルは２つの室３８を有し、各室は２つの加熱器要素２９及び２つのノズル２５を有する。室毎に複数のノズルを使用することによって、滴の誤配向を効果的に減少させることについては、図４９に示した実施形態に関して以上で検討した。１つの細長い室を、それぞれ自身のアクチュエータがある別個の室に分割することの追加の利点について、図４６に示した実施形態に関して説明する。この実施形態は、各室の複数のノズル及び複数のアクチュエータを使用して、驚くほど複雑でない設計で、図４６の実施形態の利点の多くを達成する。単純化した設計で、ユニットセルの全体的寸法が縮小し、それによってノズル密度を上げることができる。図示の実施形態では、ユニットセルの占有面積は長さ６４μｍ、幅１６μｍである。
【０１４５】
インク透過性構造３４は、図４６の実施形態のような３つの隔置された円柱ではなく、各室３８のインク再充填開口にある１つの円柱である。１つの円柱は、再充填流に対する抵抗は低下するが、起動圧力パルスによる突然の逆流に対しては抵抗が上がる断面輪郭を有する。各室の加熱器要素は両方とも、接触部２８及び低温スポット形体５４とともに同時に付着させることができる。両方の室３８に、共通のインク入口１５及び供給導管２３からインクを供給する。これらの形体によって、占有面積を縮小することもでき、これについては以下でさらに詳細に検討する。プライミング形体１８は、室の側壁２２及び壁のインク導管２３のうち一方と一体に作成されている。これらの形体は２つの目的を有する性質で、製造を単純化し、設計をコンパクトにするのに役立つ。
【０１４６】
駆動回路毎の複数の室及び複数のノズル
図５４では、アクチュエータが直列に接続され、したがって同じ駆動信号で一緒に始動し、ＣＭＯＳ駆動回路を単純化する。図４６のユニットセルでは、隣接するノズルのアクチュエータが同じ駆動回路内で直列に接続される。言うまでもなく、隣接する室内のアクチュエータも並列で接続することができる。対照的に、各室のアクチュエータが別個の回路になる場合、ＣＭＯＳ駆動回路はさらに複雑になり、ユニットセルの占有面積の寸法が増大する。複数の比較的小さい滴で置き換えることによって滴の誤配向に対応する印字ヘッドの設計では、幾つかのアクチュエータ及びその個々のノズルを組み合わせて共通の駆動回路内に入れると、印字ヘッドのＩＣ製造とノズルの密度の両方に関して、効率的に実現される。
【０１４７】
高密度熱インクジェット印字ヘッド
ユニットセルの幅を減少させると、印字ヘッドは、以前はノズル密度を低下させる必要があったノズルパターンを有することができる。言うまでもなく、ノズル密度の低下は、印字ヘッドのサイズ及び／又は印字品質に対応する影響を及ぼす。
【０１４８】
伝統的に、ノズルの列は対に配置構成され、各列のアクチュエータが反対方向に延在している。列は、相互に対して互い違いになり、したがって印字解像度（１インチ当たりのドット数）は各列に沿ったノズルピッチ（１インチ毎のノズル数）の２倍である。ユニットの全幅が減少するように、ユニットセルの構成要素を構成することによって、印字解像度（ｄ．ｐ．ｉ．）を犠牲にせずに、同じ数のノズルを対向する互い違いの２列ではなく１列に配置構成することができる。添付図面で図示した実施形態は、各直線列で１インチ（２．５４ｃｍ）当たり１０００を超えるノズルのノズルピッチを達成する。このノズルピッチで、印字ヘッドの印字解像度は、２つの対向する互い違いの列を考察した場合の写真（１６００ｄｐｉ）より良好であり、印字ヘッドの動作寿命が満足的なものであることを保証するノズルの冗長性、死んだノズルの補償などのために十分な容量がある。以上で検討したように、図５４に示す実施形態は、１６μｍの幅である占有面積を有し、したがって１列に沿ったノズルピッチは１インチ（２．５４ｃｍ）当たり約１６００個のノズルである。したがって、２つの片寄った互い違いの列は、約３２００ｄ．ｐ．ｉ．の解像度を生成する。
【０１４９】
ユニットセルを狭くしたことに伴う特定の利点を認識して、本出願人は、印字ヘッド内の構造の関連する寸法を減少させる幾つかの形体の識別及び組合せに焦点を絞っている。例えば、楕円形ノズル、室からのインク入口のシフト、幾何学的論理の小型化、及び駆動ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の短縮は、図示の実施形態の幾つかを導き出すために本出願人が開発した特徴である。これに寄与する各特徴は、トランジスタの長さを短縮するために広く使用されている従来通りの５Ｖから２．５ＶにＦＥＴ駆動電圧を低下させるなど、本技術分野の従来の知恵から逸脱することを必要とした。
【０１５０】
スティクションが減少した印字ヘッド表面
知られるようになった通りの静止摩擦、つまり「スティクション」は、埃の粒子をノズル板に「付着」させ、それによってノズルを詰まらせることができる。図５０は、ノズル板５６の一部を示す。明快さを期して、ノズル開口２６及びノズル縁部２５も図示されている。ノズル板の外面には、板の表面から短い距離だけ延在する円柱状突起５８でパターンを形成する。ノズル板には、短い間隔の隆起、波形又はバンプなど、他の表面構成でパターンを形成することもできる。しかし、図示のパターンの円柱状突起にとって適切な紫外線マスクを生成することは容易であり、円柱を外面にエッチングすることは単純なことである。
【０１５１】
静止摩擦の共同作用を減少させることにより、紙の埃又は他の汚染物質がノズル板のノズルに詰まる可能性が低下する。ノズル板の外側に隆起した構成でパターンを形成すると、埃の粒子が接触する表面積が制限される。粒子が各構成の外端部にしか接触できない場合、粒子とノズル板との摩擦は最小になり、したがって付着する可能性は非常に低くなる。粒子が実際に付着すると、印字ヘッドの保守サイクルで除去される可能性が高くなる。
【０１５２】
入口のプライミング形体
図４７を参照すると、相互に対して反対方向に延在する２つのユニットセルが図示されている。インク入口通路１５が、横方向のインク導管２３を介して４つの室３８にインクを供給する。インク入口１５などのミクロン規模の導管を通ってインクジェット印刷ヘッドの個々のＭＥＭＳノズルにインクを分配することは、マクロ規模の流れでは生じない要因によって複雑化する。メニスカスが形成され、開口の幾何学的形状に応じて、これが自身を開口のリップに非常に強力に「ピン留め」することがある。これは、捕捉した気泡は通気するがインクは保持する抽気孔などの印字ヘッドには有用であるが、一部の室へのインク流を停止する場合は、問題になることもある。これは、最初にインクで印字ヘッドにプライミングする場合に生じる可能性が最も高い。インクのメニスカスがインク入口開口にピン留めされた場合、その入口によって供給される室がプライミングされないままになる。
【０１５３】
これに対して保護するために、入口開口１５の面を通って延在するように２つのプライミング形体１８を形成する。プライミング形体１８は、ノズル板（図示せず）の内部から入口１５の周囲に延在する円柱である。各円柱１８の一部は周の内側にあり、したがってインクを入口から引き出すように、インク入口におけるインクメニスカスの表面張力が、プライミング形体１８に形成される。これは、メニスカスを周のその区間から「ピンを引き抜き」、インク室に向かう流れができるようにする。
【０１５４】
プライミング形体１８は、開口の面を横切って延在する表面を呈する限り、多くの形態をとることができる。さらに、プライミング形体は、図５４に示すような他のノズル形体の一体部品でよい。
【０１５５】
インク室の側部入口
図４８を参照すると、幾つかの隣接するユニットセルが図示されている。この実施形態では、細長い加熱器要素２９がインク分配導管２３に平行に延在する。したがって、細長いインク室３８は同様に、インク導管２３と位置合わせされる。側壁開口６０が室３８をインク導管２３に接続する。側部入口を有するようにインク室を構成すると、インク再充填時間が短縮される。入口が広くなり、したがって再充填流量が多くなる。側壁開口６０は、流体クロストークを許容可能なレベルに維持するためにインク透過性構造３４を有する。
【０１５６】
インク室の入口フィルタ
再び図４７を参照すると、各室３８へのインク再充填開口は、気泡又は他の汚染物質を捕捉するフィルタ構造４０を有する。インク中の気泡及び固体汚染物質は、ＭＥＭＳノズル構造にとって有害である。固体汚染物質は、明らかにノズル開口を詰まらせ、気泡は圧縮性が高いので、インク室内に捕捉されると、アクチュエータからの圧力パルスを吸収することがある。これは、影響を受けたノズルからのインクの排出を効果的に無能にする。開口を通る流れの方向を横切って延在する列状の障害の形態でフィルタ構造４０を設け、流れの方向に対して隣接する列の障害と見当合わせされないように各列を隔置することによって、インクの再充填流量を過度に遅らせずに、汚染物質が室３８に入る可能性が低下する。列は相互に対して片寄り、導入された乱流がノズル再充填率に及ぼす影響は最小限であるが、気泡又は他の汚染物質は比較的蛇行性の流路を辿り、障害４０によって保持される可能性が高くなる。
【０１５７】
図示の実施形態は、ウェハ基板とノズル板の間に延在する円柱の形態の２列の障害４０を使用する。
【０１５８】
多色インクジェット印字ヘッドの中間色表面バリア
次に図５１を参照すると、上述した図４６で示したようなユニットセルのノズル５６の外面が図示されている。ノズル開口２６は加熱器要素（図示せず）の真上に配置され、一連の縁部が直角のインク樋４４がインク導管２３の上のノズル板５６内に形成される（図４６参照）。
【０１５９】
インクジェットプリンタは、使用していない場合に印字ヘッドにキャップをする保守ステーションを有することが多い。ノズル板から余分なインクを除去するために、ノズル板の外面から剥ぎ取るように、キャッパを係合解除することができる。これは、キャッパ表面とノズル板の外面との間でメニスカスの形成を促進する。メニスカスの表面張力が表面と接触する角度に関する接触角の履歴（さらなる詳細については、参照により本明細書に組み込まれた本出願人の共願ＵＳＳＮ（文書ＦＮＤ００７ＵＳ）参照）を使用して、ノズル板の外側を濡らすインクの大半を収集し、キャッパとノズル板の間のメニスカスによって引っ張ることができる。キャッパがノズル板から十分に係合解除するポイントに、インクを大きいビードとして都合よく付着させる。残念ながら、ノズル板に多少のインクが残る。印字ヘッドが多色印字ヘッドの場合、所与のノズル開口内又は開口の周囲に残った残留インクは、ノズルによって排出されるインクとは色が異なることがある。というのは、メニスカスがノズル板の表面全体にわたってインクを引っ張るからである。１つのノズルのインクを別のノズルからのインクで汚染すると、プリントに目に見えるアーチファクトを生じることがある。
【０１６０】
キャッパがノズル板から剥ぎ取られる方向を横切って延びる樋構成４４は、メニスカス中のインクの一部を除去し、保持する。樋はメニスカスのインクを全部は収集しないが、異なる色のインクによるノズルの汚染レベルを大幅に低下させる。
【０１６１】
泡トラップ
インクに同伴する気泡は、印字ヘッドの動作にとって非常に有害である。空気又は一般的に気体は、圧縮性が高く、アクチュエータからの圧力パルスを吸収することができる。捕捉された泡が、アクチュエータに応答して単純に圧縮すると、ノズルからインクが排出されない。捕捉された泡は、インクの強制流で印字ヘッドからパージすることができるが、パージされたインクは吸い取る必要があり、強制流は新鮮な泡も導入することができる。
【０１６２】
図４６に示す実施形態は、インク入口１５に泡トラップを有する。トラップは、泡保持構造３２、及び天井層に形成された通気口３６によって形成される。泡保持構造は、入口１５の周囲に隔置された一連の円柱３２である。以上で検討したように、インクプライミング形体１８は２つの目的を有し、泡保持構造の一部を都合よく形成する。使用時には、インク透過性トラップが気泡を通気口へと配向し、ここで大気へと通気する。泡をインク入口で捕捉し、小さい通気口へと配向することにより、インクを漏らさずにインク流から効果的に除去される。
【０１６３】
インク入口の複数の流路
ウェハの一方側から他方へと延在する導管を介してノズルにインクを供給すると、複雑なインク分配システムの代わりに、より多くの（インク排出側の）ウェハ区域がノズルを有することができる。しかし、ウェハを通って深くエッチングされたミクロン規模の穴は、汚染物質又は気泡で詰まりやすい。このせいで、影響を受けた入口から供給されるノズルが涸渇する。
【０１６４】
図４８で最もよく図示されているように、本発明による印字ヘッドは、ノズル板とその下にあるウェハの間のインク導管２３を介して各室３８に供給する少なくとも２つのインク入口１５を有する。
【０１６５】
幾つかの室３８に供給し、それ自体が幾つかのインク入口１５から供給されるインク導管２３を導入すると、入口の詰まりによってノズルのインクが涸渇する可能性が低下する。１つの入口１５が詰まると、インク導管はウェハの他の導管から引っ張るインクを多くする。
【０１６６】
以上では本発明を特定の実施形態に関して説明しているが、本発明は多くの他の形態で実現できることが当業者には理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明による印字ヘッド上のＭＥＭＳノズルアレイの部分的に製造したユニットセルを示す図であり、ユニットセルは図３のＡ−Ａに沿った断面である。
【図２】図１の部分的に製造したユニットセルの斜視図である。
【図３】加熱器要素のトレンチのエッチングに伴うマークを示す図である。
【図４】トレンチのエッチング後のユニットセルの断面図である。
【図５】図４に示したユニットセルの斜視図である。
【図６】図７に示した犠牲フォトレジストの付着に伴うマスクを示す図である。
【図７】犠牲フォトレジストのトレンチを付着した後のユニットセルを、犠牲材料の縁部とトレンチの側壁との間のギャップを部分的に拡大して示す図である。
【図８】図７に示したユニットセルの斜視図である。
【図９】トレンチの側壁に沿ってギャップを閉じるために犠牲フォトレジストがリフローした後のユニットセルを示す図である。
【図１０】図９に示したユニットセルの斜視図である。
【図１１】加熱器材料層の付着を示す断面図である。
【図１２】図１１に示したユニットセルの斜視図である。
【図１３】図１４に示した加熱器材料の金属エッチングに伴うマスクを示す図である。
【図１４】加熱器アクチュエータを成形する金属エッチングを示す断面図である。
【図１５】図１４に示したユニットセルの斜視図である。
【図１６】図１７に示すエッチングに伴うマスクを示す図である。
【図１７】フォトレジスト層の付着と、その後のＣＭＯＳ駆動層の頂部にある不活性化層へのインク入口のエッチングを示す図である。
【図１８】図１７に示したユニットセルの斜視図である。
【図１９】不活性化層及びＣＭＯＳ層を通して下にあるシリコンウェハまでの酸化エッチングを示す図である。
【図２０】図１９に示したユニットセルの斜視図である。
【図２１】インク入口のシリコンウェハへの深い異方性エッチングを示す図である。
【図２２】図２１に示したユニットセルの斜視図である。
【図２３】図２４に示すフォトレジストエッチングに伴うマスクを示す図である。
【図２４】室の天井及び側壁の開口を形成するフォトレジストエッチングを示す図である。
【図２５】図２４に示したユニットセルの斜視図である。
【図２６】側壁及びリスク材料の付着を示す図である。
【図２７】図２６に示したユニットセルの斜視図である。
【図２８】図２９に示すノズル縁部エッチングに伴うマスクを示す図である。
【図２９】ノズル開口の縁部を形成する天井層のエッチングを示す図である。
【図３０】図２９に示したユニットセルの斜視図である。
【図３１】図３２に示すノズル開口エッチングに伴うマスクを示す図である。
【図３２】楕円形ノズル開口を形成する天井材料のエッチングを示す図である。
【図３３】図３２に示したユニットセルの斜視図である。
【図３４】第１及び第２犠牲層の酸素プラズマリリースエッチングを示す図である。
【図３５】図３４に示したユニットセルの斜視図である。
【図３６】リリースエッチング後のユニットセル、さらにウェハの対向する側部を示す図である。
【図３７】図３６に示したユニットセルの斜視図である。
【図３８】図３９に示す逆エッチングに伴うマスクを示す図である。
【図３９】インク供給流路のウェハへの逆エッチングを示す図である。
【図４０】図３９に示したユニットセルの斜視図である。
【図４１】裏面エッチングによってウェハを薄くすることを示す図である。
【図４２】図４１に示したユニットセルの斜視図である。
【図４３】本発明による印刷ヘッド上にあるアレイ状のノズルの部分斜視図である。
【図４４】ユニットセルの平面図を示す図である。
【図４５】図４４に示したユニットセルの斜視図である。
【図４６】天井層は除去されているが、特定の天井層形体が輪郭線のみで図示されている２つのユニットセルの略平面図である。
【図４７】天井層は除去されているが、ノズル開口が輪郭線のみで図示されている２つのユニットセルの略平面図である。
【図４８】室の側壁にインク入口開口があるユニットセルの部分略平面図である。
【図４９】天井層は除去されているが、ノズル開口が輪郭線のみで図示されているユニットセルの略平面図である。
【図５０】スティクションを減少させる構成、及び紙の埃の粒子があるノズル板の部分平面図である。
【図５１】残留インク樋があるノズル板の部分平面図である。
【図５２】ストリンガを回避するために使用される先行技術によるＳＡＣＩフォトレジストの付着を示す部分断面図である。
【図５３】図５２で付着したＳＡＣＩフォトレジスト足場への加熱器材料の層の付着を示す部分断面図である。
【図５４】各室内に複数のノズル及びアクチュエータがあるユニットセルの部分略平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【国際調査報告】
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