(57)【要約】ダメージを受けたノズル（２２）から噴出された誤った方向に向けられたインク液滴（１５０）を保持するために、インクノズル（２２）の各々の関連するコリメータ（８４）を有するインクジェットプリンタのプリントヘッド。コリメータ（８４）は、外部またはノズルアレイを被覆するノズルガード（８０）に形成される。各コリメータ（８４）は、長手方向の寸法が通路の開口を大きく上回る細長い通路の形をした孔である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリンタのプリントヘッドであって、
印刷される媒体にインクを噴出するためのノズルアセンブリアレイと、
前記ノズルアレイを被覆し、前記ノズルアレイの各々の個々に対応する孔のアレイを有するノズルガードと
を備え、
前記ガードの前記孔の各々が、前記ノズルから噴出された誤った方向に向けられたインクを、前記媒体に達しないようにする大きさおよび構成である、プリントヘッド。
【請求項２】
前記ガードの前記孔が、前記ノズルの各々に対してコリメータを与えるように、開口サイズを著しく超える長手方向の寸法を有する通路である、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
前記プリントヘッドが、前記ノズルアセンブリの任意のものに動作故障を検出し、それらへのインクの供給を停止するようにされた、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
任意のダメージを受けたノズルアセンブリを補償するために、前記アレイ内の他のノズルアセンブリの動作を調節する故障耐性機能をさらに備える、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
前記ノズルアセンブリの少なくとも１つからの漏れインクまたは誤った方向に向けられたインクと、前記ノズルアセンブリの残りとを隔離するための封じ込め形成物をさらに備える、請求項４に記載のプリントヘッド。
【請求項６】
前記アレイにある各ノズルアセンブリが、各個々のノズルアセンブリからの任意の漏れインクまたは誤った方向に向けられたインクを隔離するためのそれぞれの封じ込め形成物を有する、請求項４に記載のプリントヘッド。
【請求項７】
各封じ込めチャンバが、前記チャンバ内のインクの所定レベルに応じて作動し、ダメージを受けたノズルを補償するために前記アレイの残りのノズルの動作を調節する故障耐性機能にフィードバックを与えるインク検出手段を有する、請求項５または６に記載のプリントヘッド。
【請求項８】
前記ノズルが、前記曲げアクチュエータが、作動中に行程の限界にあるとき、回路が閉じられるような位置にあるコンタクトを有することで、制御ユニットが、回路が閉じられるまで、消費電力と前記アクチュエータを動かすのにかかる時間を測定して、必要なエネルギーを計算することができる、請求項７に記載のプリントヘッド。
【請求項９】
前記制御ユニットが、前記ノズルに動作故障を検知すると、前記故障耐性機能を作動させて、前記ノズルアセンブリへのインクのさらなる供給を停止する、請求項８に記載のプリントヘッド。
【請求項１０】
前記ノズルガードが、前記ノズルとのダメージを与える接触を阻止するようにされた、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１１】
前記ノズルガードが、シリコンから形成された、請求項１０に記載のプリントヘッド。
【請求項１２】
前記ノズルガードが、前記通路を介して流体を方向付けるための流体入口回路をさらに含んで、前記ノズルアレイ上での異粒子の蓄積を阻止する、請求項１１に記載のプリントヘッド。
【請求項１３】
前記プリントヘッド上で前記ノズルシールドを支持するための支持支柱をさらに備える、請求項１２に記載のプリントヘッド。
【請求項１４】
前記支持支柱が、前記ガードの各端部で一体形成され配設された、請求項１３に記載のプリントヘッド。
【請求項１５】
前記流体入口開口が、前記ノズルアレイのボンドパッドから離隔して前記支持支柱の１つに配設された、請求項１４に記載のプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、ディジタルプリンタに関し、特に、インクジェットプリンタに関する。
【発明の背景】
【０００２】
インクジェットプリンタは、よく知られ、広く使用されている印刷形態である。プリントヘッド上のディジタル制御されたノズルアレイに、インクが供給される。プリントヘッドが媒体上を通過するさい、媒体上に像を生成するように、インクが噴出される。
【０００３】
プリンタの性能は、動作コスト、印刷品質、動作速度、使いやすさなどの要因に依存する。ノズルから噴出される個々のインク液滴の質量、頻度、および速度は、これらの性能パラメータに影響を及ぼすことになる。
【０００４】
最近では、サブミクロン厚みの機械構造を有する超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて、ノズルアレイが形成されている。これによって、ピコリットル（×１０−１２リットル）範囲の大きさのインク小滴を迅速に噴出できるプリントヘッドを製造できる。
【０００５】
これらのプリントヘッドの微視的構造により、比較的低コストで、高速および良好な印刷品質を得ることができるが、これらのサイズでは、ノズルが、極めて脆弱性のものになり、指、塵、または媒体基材とのごくわずかな接触で、ダメージを受けやすくなる。これによって、ある一定レベルの強靭性が必要である多くの応用に対して、これらのプリントヘッドは実用的でない。さらに、ノズルがダメージを受けると、それに供給されているインクを噴出できなくなることがある。ノズルの外部にインクが蓄積し、玉のようになると、周辺ノズルからのインクの噴出が影響を受けることがあり、および／または、ダメージを受けたノズルが、単純にインクを基板に漏出することになる。両状況とも、印刷品質に好ましくない。
【０００６】
他の状況では、ダメージを受けたノズルが、誤った方向に向けられた経路に沿って、単純にインク液滴を噴出することがある。これも、印刷品質にとって不利益になることは明らかである。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、本発明によれば、インクジェットプリンタのプリントヘッドであって、
印刷される媒体にインクを噴出するためのノズルアセンブリアレイと、
ノズルアレイを被覆し、ノズルアレイの各々の個々に対応する孔のアレイを有するノズルガードと
を備え、
ガードの孔の各々が、ノズルから噴出された誤った方向に向けられたインクを、媒体に達しないようにする大きさおよび構成である、プリントヘッドが提供される。
【０００８】
本願明細書において、「ノズルアセンブリ」という用語は、とりわけ、開口を画定する要素のアセンブリとして理解されたい。開口そのものに関する言及であると解釈されるべきではない。
【０００９】
ガードの孔は、ノズルの各々に対してコリメータを与えるように、開口サイズを著しく超える長手方向の寸法を有する通路であることが好ましい。
【００１０】
本発明の目的に合わせて、孔の断面が、任意の利便性のある形状であってよく、孔の開口サイズに関する言及は、円形断面への限定を暗に含めたものではないことを認識されたい。
【００１１】
さらなる好ましい形態において、プリントヘッドは、ノズルアセンブリの任意のものに動作故障を検出し、それらへのインクの供給を停止するように適合される。この形態において、プリントヘッドは、任意のダメージを受けたノズルアセンブリを補償するために、アレイ内の他のノズルアセンブリの動作を調節する故障耐性機能をさらに含んでもよい。
【００１２】
これらの実施形態において、ノズルアセンブリの少なくとも１つからの漏れインクまたは誤った方向に向けられたインクと、ノズルアセンブリの残りとを隔離するための封じ込め形成物を提供することが望まれる。特に好ましい形態において、アレイにある各ノズルアセンブリは、各個々のノズルアセンブリからの任意の漏れインクまたは誤った方向に向けられたインクとノズルアセンブリの残りとを隔離するためのそれぞれの封じ込め形成物を有する。
【００１３】
１つの形態において、ノズルアセンブリの各々は、液滴を噴出するための熱曲げアクチュエータと、アクチュエータを曲げるのに必要なエネルギーを検知し、動作上の故障を検出するために、それを、正確に動作するノズルアセンブリによって使用されるエネルギーと比較するように適応された制御ユニットとを使用する。好ましい実施形態において、ノズルは、曲げアクチュエータが、作動中に行程の限界にあるとき、回路が閉じられるような位置にあるコンタクトを有することで、制御ユニットが、回路が閉じられるまで、消費電力と前記アクチュエータを動かすのにかかる時間を測定して、必要なエネルギーを計算することができる。制御回路が、ノズルに動作故障を検知すると、故障耐性機能を作動させて、ノズルアセンブリへのインクのさらなる供給を停止する。
【００１４】
汚染物質の形成は、プリントヘッドの表面領域のある割合を必ず占め、これは、ノズルの集積密度に悪影響を及ぼす。要求される追加のプリントヘッドチップ面積により、２０％が製造チップのコストに追加されてしまう。しかしながら、ノズル製造の信頼性がない状況において、これは、欠陥率を効果的に低下させることになる。
【００１５】
特定の好ましい形態において、ノズルガードは、ノズルとのダメージを与える接触を阻止するように適合される。さらに、ノズルガードが、シリコンから形成されることが有益である。
【００１６】
ノズルガードは、通路を介して流体を方向付けるための流体入口回路をさらに含んでもよく、ノズルアレイ上での異粒子の蓄積を阻止する。
【００１７】
ノズルガードは、プリントヘッド上で前記ノズルシールドを支持するための支持手段を含んでよい。支持手段は、一体形成されてよく、ガードの各端部に１つが配設された一対の間隔を置いて設けられた支持要素を含んでよい。
【００１８】
この実施形態において、流体入口開口が、支持要素の１つに配設されてもよい。
【００１９】
空気が、開口を介して、ノズルアレイにわたって、通路を貫通するように向けられると、ノズルアレイ上での異粒子の蓄積は阻止される。
【００２０】
流体入口開口は、ノズルアレイのボンドパッドから離れた支持要素に配設されてもよい。
【００２１】
本発明は、ダメージを受けたノズルアセンブリから噴出される誤った方向に向けられたインクを保持することによって、印刷品質を維持する。ガードを通る細長い通路は、側壁上のインクを収集できるコリメータとして作用する。さらに、ガードは、繊細なノズル構造が、ほとんどの他の表面に対して接触したり衝突したりしないように保護する。シリコンからシールドを形成することにより、熱膨張率は、ノズルアレイのものと実質的に一致する。これにより、ガードにある通路アレイと、ノズルアレイを有するレジスタとの位置ずれを防ぐことができる。また、シリコンを用いることにより、ＭＥＭＥＳ技術を用いて、シールドを正確に超微小機械書こうすることができるようになる。さらに、シリコンは、非常に強度があり、実質的に、変形不能である。
【００２２】
以下、添付の図面を参照しながら、例示的目的によってのみ、本発明の好ましい実施形態について記載する。
【図面に沿っての詳細な説明】
【００２３】
最初に、図１を参照すると、本発明によるノズルアセンブリが、参照番号１０によって概して示されている。インクジェットプリントヘッドが、シリコン基板１６上のアレイ１４（図５および図６）に配設された複数のノズルアセンブリ１０を有する。以下、アレイ１４についてより詳細に記載する。
【００２４】
アセンブリ１０は、誘電体層１８が堆積されたシリコン基板１６を備える。誘電体層１８上に、ＣＭＯＳ保護層２０が堆積される。
【００２５】
各ノズルアセンブリ１０は、ノズル開口２４を画定するノズル２２と、レバーアーム２６の形をした接続部材と、アクチュエータ２８とを備える。レバーアーム２６は、アクチュエータ２８をノズル２２に接続する。
【００２６】
図２から図４にさらに詳細に示すように、ノズル２２は、クラウン部分３０と、クラウン部分３０から垂下したスカート部分３２とを備える。スカート部分３２は、ノズルチャンバ３４の周壁の一部分を形成する。ノズル開口２４は、ノズルチャンバ３４と流通状態にある。ノズル開口２４は、ノズルチャンバ３４のインク体４０のメニスカス３８（図２）を「止めておく」隆起したリム３６によって囲まれていることに留意されたい。
【００２７】
ノズルチャンバ３４の床部４６に、インク入口孔４２（図６に最も明確に図示）が規定されている。孔４２は、基板１６を通るように画定されたインク入口チャネル４８と流通状態にある。
【００２８】
壁部分５０が、孔４２の境界を定め、床部分４６から上向きに延在する。上述したように、ノズル２２のスカート部分３２は、ノズルチャンバ３４の周壁の第１の部分を画定し、壁部分５０は、ノズルチャンバ３４の周壁の第２の部分を規定する。
【００２９】
以下にさらに詳細に記載するように、ノズル２２が変位するとき、壁５０は、インクの逃げを阻止する流体シールとして作用する自由端に内向きリップ５２を有する。インク４０の粘度と、リップ５２とスカート部分３２との間の小さな間隔寸法により、内向きリップ５２と表面張力は、ノズルチャンバ３４からのインクの逃げを阻止するための有効なシールとして機能する。
【００３０】
アクチュエータ２８は、熱曲げアクチュエータであり、基板１６から、または、特に、ＣＭＯＳ保護層２０から上向きに延在するアンカー５４に接続される。アンカー５４は、アクチュエータ２８と電気的接続を形成する伝導パッド５６上に設けられる。
【００３１】
アクチュエータ２８は、第２の受動ビーム６０の上方に配設された第１の能動ビーム５８を備える。好ましい実施形態において、ビーム５８および６０はともに、窒化チタン（ＴｉＮ）などの伝導性セラミック材料から構成されるか、またはそれを含む。
【００３２】
ビーム５８および６０の両方は、アンカー５４に固定された第１の端部と、アーム２６に接続された対向する端部とを有する。能動ビーム５８に電流が流れると、ビーム５８の熱膨張が生じる。受動ビーム６０には電流の流れがなく、同じ速度で膨張しないため、曲げモーメントが生じ、図３に示すように、アーム２６、ひいては、ノズル２２が、基板１６の方へ下向きに変位する。これにより、参照番号６２に示すように、ノズル開口部２４を通ってインクが噴出される。能動ビーム５８から熱源が除去されると、すなわち、電流の流れを停止すると、ノズル２２は、図４に示す休止位置に戻る。ノズル２２が休止位置に戻ると、図４の参照番号６６で示すようなインク液滴のネック部分が破裂することにより、インク液滴６４が形成される。その後、インク滴６４は、紙などの印刷媒体を進む。インク液滴６４を形成した結果、図４の参照番号６８で示すような「凹状」のメニスカスが形成される。このような「凹状」のメニスカス６８により、インク４０がノズルチャンバ３４内に流れて、新しいメニスカス３８（図２）が形成され、ノズルアセンブリ１０から次のインク滴を排出する準備が整う。
【００３３】
以下、図５および図６を参照して、ノズルアレイ１４についてさらに詳細に記載する。アレイ１４は、４色プリントヘッドのものである。したがって、アレイ１４は、それぞれが各色に対応したノズルアセンブリの４つのグループ７０を備える。各グループ７０は、２列７２および７４に配設されたノズルアセンブリ１０を有する。図６に、グループ７０の１つをさらに詳細に示す。
【００３４】
列７２および７４のノズルアセンブリ１０を近接して集積しやすいように、列７４のノズルアセンブリ１０は、列７２のノズルアセンブリ１０に対してずれされるか、互い違いにされる。また、列７２のノズルアセンブリ１０は、列７４のノズルアセンブリ１０のレバーアーム２６が、列７２のアセンブリ１０の隣接するノズル２２間を通ることができる程度に互いに離れた間隔を置いて設けられる。各ノズルアセンブリ１０は、列７２のノズル２２が、列７４の隣接するノズルアセンブリ１０のノズル２２とアクチュエータ２８との間に入るような実質的にダンベル状の形状であることに留意されたい。
【００３５】
さらに、列７２および７４のノズル２２を近接して集積しやすいように、各ノズル２２は、実質的に六角形の形状である。
【００３６】
使用中、ノズル２２が基板１６の方へ変位するとき、ノズルチャンバ３４に対してノズル開口２４がわずかな角度をなしているため、インクが垂直方向からわずかにずれて噴出されることは、当業者により理解されるであろう。列７２および７４のノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８が、列７２および７４の片側と同じ方向に延在することは、図５および図６に示す構成の利点である。したがって、列７２のノズル２２から噴出されたインクと、列７４のノズル２２から排出されたインクは、同じ角度だけ互いにずらされることにより、高い印刷品質が得られる。
【００３７】
また、図５に示すように、基板１６は、上側に配設されたボンドパッド７６を有し、これにより、パッド５６を介して、ノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８に電気的接続が与えられる。これらの電気的接続は、ＣＭＯＳ層（不図示）を介して形成される。
【００３８】
図５ａおよび図５ｂを参照すると、図５に示すノズルアレイ１４は、各ノズルアセンブリ１０を囲む封じ込め形成物を収容するように間隔を置いて設けられている。封じ込め形成物は、ノズル２２を囲み、シリコン基板１６から孔付きノズルガード８０の下側まで延在して、封じ込めチャンバ１４６を形成する封じ込め壁１４４である。ノズルのダメージが原因となって、インクが適切に噴出されなければ、周りのノズルの機能に影響を及ぼさないように、漏れが閉じ込められる。各封じ込め壁１４６における漏れは、ノズル開口２４からインク液滴６４を噴出するのに必要な電力を監視することによって検出される。封じ込めチャンバ１４６が漏出インクや誤った方向に向けられたインクで溢れていれば、ノズル開口２４から噴出するインクの抵抗が増大することになる。同様に、熱曲げアクチュエータ２８により消費されるエネルギーが増大し、ダメージを受けたノズルアセンブリ１０にフラグを立てる。その後、プリントヘッドコントローラへのフィードバックによって、アクチュエータ２８のさらなる動作と、ノズルアセンブリ１０へのインクの供給を停止することができる。故障耐性機能を用いて、ダメージを受けたノズルは、アレイ１４の残りのノズルによって補償されることにより、印刷品質が維持される。図９Ｉを参照すると、ＣＭＯＳ保護層２０は、ウェハ基板１６から上向きに延在する自由端を有する。
【００３９】
封じ込め壁１４４は、シリコン基板１６のある一定割合を必ず占め、これにより、アレイのノズル集積密度が下がる。これにより、プリントヘッドチップの製造コストが上がる。しかしながら、製造技術によりノズル消耗率が比較的高くなる場合、個々のノズル封じ込め形成物は、印刷品質のあらゆる悪影響を回避するか、もしくは少なくとも最小限に抑えることになる。
【００４０】
封じ込め形成物が、ノズルグループを隔離するように構成されてもよいことは、当業者に理解されるであろう。ノズルグループを隔離することにより、ノズル集積密度は良好になるが、周りのノズルグループを用いてダメージを受けたノズルを補償することが困難になる。
【００４１】
図７を参照すると、ノズルアレイと、封じ込め壁がないノズルガードが示されている。前述した図面を参照しながら、特別な記載がないかぎり、同様の参照番号は同様の部品をさす。
【００４２】
アレイ１４のシリコン基板１６上に、ノズルガード８０が設けられる。ノズルガード８０は、複数の孔８４が貫通して画定されたシールド８２を備える。孔８４が、アレイ１４のノズルアセンブリ１０のノズル開口２４と整合されることにより、ノズル開口２４の任意の１つからインクが噴出されると、インクは、関連する通路を通過した後、印刷媒体に当たる。
【００４３】
ガード８０は、紙、塵、またはユーザーの指とのダメージを受ける接触からノズルアレイ１４を保護するのに必要な強度と剛性を備えるようなシリコンである。シリコンからガードを形成することにより、熱膨張率は、ノズルアレイのものと実質的に一致する。この目的は、プリントヘッドが通常の動作温度まで加熱されるとき、シールド８２の孔８４とノズルアレイ１４との位置ずれを防止することである。また、ノズルアセンブリ１０の製造に関して、以下にさらに詳細に記載するＭＥＭＳ技術を用いた高精度の超微小機械加工には、シリコンが適している。
【００４４】
シールド８２は、枝状突出部または支柱８６により、ノズルアセンブリ１０に対して間隔を置いて設けられる。支柱８６の１つには、そこに規定された空気入口開口部８８がある。
【００４５】
使用中、アレイ１４が動作しているとき、入口開口部８８を介して空気が充填され、孔８４を通って進むインクとともに、孔８４に推し進められる。
【００４６】
インク液滴６４と異なる速度で孔８４を介して空気が充填されるため、インクは空気に引き込まれない。例えば、インク液滴６４は、約３ｍ／ｓの速度でノズル２２から噴出される。空気は、約１ｍ／ｓの速度で孔８４を介して充填される。
【００４７】
空気の目的は、孔８４に異粒子がない状態を維持することである。塵粒子などのこれらの異粒子がノズルアセンブリ１０に落ちると、それらの動作に悪影響を及ぼす危険性がある。ノズルガード８０に空気入口開口部８８を設けることで、この問題が大幅に解消される。
【００４８】
異粒子が、ノズルアセンブリに付着すれば、噴出されたインクは、誤った方向に向けられることがある。同様に、製造中の不正確なノズル形成により、誤った方向に向けられたインク液滴が生じることもある。図７ａおよび図７ｂに示すように、ノズルガード８０の孔８４は、誤った方向に向けられたインク液滴を保持するためのコリメータとして使用することができる。ガード孔８４とそれぞれのノズル２２とを慎重に整列することによって、ダメージを受けたノズル２２からのインクは、ガード８０によって収集され、媒体に達しないようにされる。図７ａは、ダメージを受けたノズルアセンブリ１０から噴出された誤った方向に向けられたインク液滴１５０を示す。液滴１５０が、意図したインク軌道からそれると、液滴は、ガード孔８４の側壁に衝突し、そこに付着する。図７ｂは、ガード８０からの障害なしに、意図した軌道に沿って印刷される媒体へインク液滴１５０を噴出するダメージを受けていないノズルアセンブリ１０を示す。
【００４９】
図５ａおよび図５ｂに示す封じ込め壁１１４は、誤った方向に向けられたインクの蓄積が、任意の周りのノズルの動作に影響を及ぼさないように使用することができる。この場合も、封じ込め壁に関して上述した検出センサが、封じ込めチャンバ１４６のインクの存在を検知して、プリントヘッドを制御するマイクロプロセッサにフィードバックを与えて、ダメージを受けたノズルへのインク供給が停止される。印刷品質を維持するために、故障耐性機能が、ダメージを受けたノズル２２を補償するように、アレイ１４にある他のノズル２２の動作を調節する。
【００５０】
以下、図８から図１０を参照しながら、ノズルアセンブリ１０の製造プロセスについて記載する。
【００５１】
シリコン基板またはウェハ１６から始まり、基板またはウェハ１６の表面上に、誘電体層１８が堆積される。誘電体層１８は、約１．５ミクロンのＣＶＤ酸化物の形をしたものである。層１８上に、レジストがスピニングされ、層１８は、マスク１００に対して露光された後、現像される。
【００５２】
現像後、層１８は、シリコン層１６まで下方にプラズマエッチングされる。その後、レジストが剥離され、層１８がクリーニングされる。このステップにより、インク入口孔４２が規定される。
【００５３】
図８ｂにおいて、層１８上に、約０．８ミクロンのアルミニウム１０２が堆積される。レジストがスピニングされ、アルミニウム１０２は、マスク１０４に対して露光され、現像される。アルミニウム１０２は、酸化物層１８まで下方にプラズマエッチングされ、レジストが剥離されて、デバイスがクリーニングされる。このステップにより、ボンドパッドおよびインクジェットアクチュエータ２８への配線が与えられる。この配線は、ＮＭＯＳ駆動トランジスタと、ＣＭＯＳ層（図示せず）に形成された接続との電源プレーンに対するものである。
【００５４】
ＣＭＯＳ保護層２０として、約０．５ミクロンのＰＥＣＶＤ窒化物が堆積される。レジストがスピニングされ、層２０は、マスク１０６に対して露光された後、現像される。現像後、窒化物は、アルミニウム層１０２および入口孔４２の領域にあるシリコン層１６まで下方にプラズマエッチングされる。レジストが剥離されて、デバイスがクリーニングされる。
【００５５】
層２０に、犠牲材料の層１０８がスピニングされる。層１０８は、６ミクロンの感光性ポリイミドまたは約４μｍの高温レジストである。層１０８は、ソフトベークされて、マスク１１０に対して露光された後、現像される。層１０８がポリイミドから構成される場合、層１０８は、１時間４００℃でハードベークされるか、層１０８が高温レジストの場合、３００℃よりも高温でハードベークされる。図面において、マスク１１０の設計に際し、収縮により生じたポリイミド層１０８のパターンに依存したゆがみを考慮に入れることに留意されたい。
【００５６】
次のステップにおいて、図８ｅに示すように、第２の犠牲層１１２が適用される。層１１２は、スピニングされる２μｍの感光性ポリイミドか、または約１．３μｍの高温レジストのいずれかである。層１１２は、ソフトベークされ、マスク１１４に対して露光される。マスク１１４に対して露光された後、層１１２は現像される。層１１２がポリイミドである場合、層１１２は、約１時間４００℃でハードベークされる。層１１２がレジストである場合、約１時間３００℃より高温でハードベークされる。
【００５７】
その後、０．２ミクロンの多層金属層１１６が堆積される。この層１１６の一部は、アクチュエータ２８の受動ビーム６０をなす。
【００５８】
層１１６は、約３００℃で１，０００Åの窒化チタン（ＴｉＮ）をスパッタリングした後、５０Åの窒化タンタル（ＴａＮ）をスパッタリングすることにより形成される。さらに、１，０００ÅのＴｉＮがスパッタリングされた後、５０ÅのＴａＮと、さらに１，０００ÅのＴｉＮがスパッタリングされる。ＴｉＮの代わりに使用可能な他の材料は、ＴｉＢ２、ＭｏＳｉ２または（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎである。
【００５９】
その後、層１１６は、マスク１１８に対して露光され、現像されて、層１１２まで下方にプラズマエッチングされた後、硬化した層１０８または１１２を除去しないように注意しながら、層１１６に適用されたレジストがウェット剥離される。
【００６０】
４μｍの感光性ポリイミドまたは約２．６μｍの高温レジストをスピニングすることにより、第３の犠牲層１２０が適用される。層１２０は、ソフトベークされた後、マスク１２２に対して露光される。次に、露光された層は、現像された後、ハードベークされる。層１２０は、ポリイミドの場合、約１時間４００℃でハードベークされるか、層１２０がレジストから構成される場合、３００℃を超える温度でハードベークされる。
【００６１】
層１２０に、第２の多層金属層１２４が適用される。層１２４の組成物は、層１１６と同じものであり、同じ方法で適用される。層１１６および１２４の両方は、導電層であることを理解されたい。
【００６２】
層１２４は、マスク１２６に対して露光された後、現像される。層１２４はポリイミドまたはレジスト層１２０まで下方にプラズマエッチングされた後、硬化した層１０８、１１２、または１２０を除去しないように注意しながら、層１２４に適用されたレジストがウェット剥離される。層１２４の残りの部分が、アクチュエータ２８の能動ビーム５８を画定することに留意されたい。
【００６３】
４μｍの感光性ポリイミドまたは約２．６μｍの高温レジストをスピニングすることにより、第４の犠牲層１２８が適用される。層１２８は、ソフトベークされ、マスク１３０に対して露光された後、現像されて、図９ｋに示すようなアイランド部分を残す。層１２８の残りの部分は、ポリイミドの場合、約１時間４００℃でハードベークされるか、レジストの場合、３００℃よりも高温でハードベークされる。
【００６４】
図８ｌに示すように、高ヤング率の誘電体層１３２が堆積される。層１３２は、約１μｍの窒化シリコンまたは酸化アルミニウムにより構成される。層１３２は、犠牲層１０８、１１２、１２０、１２８のハードベーク温度より低い温度で堆積される。この誘電体層１３２に必要な主要な特徴は、高弾性率、化学的不活性さ、およびＴｉＮへの良好な接着性である。
【００６５】
２μｍの感光性ポリイミドまたは約１．３μｍの高温レジストをスピニングすることにより、第５の犠牲層１３４が適用される。層１３４は、ソフトベークされ、マスク１３６に対して露光されて、現像される。次に、層１３４の残りの部分は、ポリイミドの場合、１時間４００℃でハードベークされ、レジストの場合、３００℃を超える温度でハードベークされる。
【００６６】
誘電体層１３２は、犠牲層１３４を除去しないように注意しながら、犠牲層１２８まで下方にプラズマエッチングされる。
【００６７】
このステップにより、ノズル開口部２４、レバーアーム２６およびノズルアセンブリ１０のアンカー５４が画定される。
【００６８】
高ヤング率の誘電体層１３８が堆積される。この層１３８は、犠牲層１０８、１１２、１２０、および１２８のハードベーク温度より低い温度で、０．２μｍの窒化シリコンまたは窒化アルミニウムを堆積することにより形成される。
【００６９】
次に、図８ｐに示すように、層１３８は、０．３５ミクロンの深さまで異方性プラズマエッチングされる。このエッチングは、誘電体層１３２および犠牲層１３４の側壁以外の表面全体から誘電体層を取り除くためのものである。このステップにより、上述したように、インクのメニスカスを「止めておく」ノズル開口部２４付近のノズルリム３６が形成される。
【００７０】
紫外線（ＵＶ）剥離テープ１４０が適用される。シリコンウェハ基板１６の背面に、４μｍのレジストがスピニングされる。ウェハ１６は、ウェハ１６をエッチバックするようにマスク１４２に対して露光されて、インク入口チャネル４８を規定する。次に、レジストは、ウェハ１６から剥離される。
【００７１】
ウェハ１６の背面に、さらなるＵＶ剥離テープ（図示せず）が適用され、テープ１４０が取り除かれる。酸素プラズマで犠牲層１０８、１１２、１２０、１２８、および１３４が剥離されて、図８ｒおよび図９ｒに示すように、最終的なノズルアセンブリ１０を与える。参照しやすいように、これらの２つの図面に示されている参照番号は、ノズルアセンブリ１０の関連部品を示すために、図１のものと同じものである。図１１および図１２は、図８および図９を参照して上述したプロセスに従って製造されたノズルアセンブリ１０の動作を示し、同図は、図２から図４に対応する。
【００７２】
特定の実施形態に示されているように、広義に記載した本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更および／または修正が加えられてよいことは、当業者により理解されるであろう。したがって、本発明は、例示的かつ非制限的にすべての点において考慮されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリの略図的な立体図を示す。
【図２】図１のノズルアレンブリの動作の略図的な立体図の一つを示す。
【図３】図１のノズルアレンブリの動作の略図的な立体図の一つを示す。
【図４】図１のノズルアレンブリの動作の略図的な立体図の一つを示す。
【図５】ノズルガードまたは封じ込め壁とともにインクジェットプリントヘッドを構成するノズルアレイの立体図である。
【図５ａ】ノズルガードおよび封じ込め壁を備える本発明のプリントヘッドの立体断面図を示す。
【図５ｂ】各ノズルを隔離する封じ込め壁上のノズルの断面平面図を示す。
【図６】図５のアレイの一部分の拡大図を示す。
【図７】封じ込め壁がないノズルガードを備えるインクジェットプリントヘッドの立体図を示す。
【図８】図８ａ〜図８ｒはインクジェットプリントヘッドのノズルアレイの製造ステップの立体図を示す。
【図９】図９ａ〜図９ｒは製造ステップの断面側面図を示す。
【図１０】図１０ａ〜図１０ｋは製造プロセスにおける様々なステップにおいて使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１１】図１１ａ〜図１１ｃは図８および図９の方法により製造されたノズルアセンブリの動作の立体図を示す。
【図１２】図１２ａ〜図１２ｃは図８および図９の方法により製造されたノズルアセンブリの動作の断面側面図を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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