(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱屈曲アクチュエータの製造方法であって、
前記熱屈曲アクチュエータは、第１の端において基板に支持され、前記第１の端とは反対側の第２の端は自由端であり、
前記方法は、
（ａ）前記基板上に第１の導電層（１２）を堆積し、エッチングするステップと、
（ｂ）前記第１の導電層（１２）および前記基板の上に第１の犠牲層（２６）を堆積し、エッチングし、ただし、前記第１の端において前記第１の導電層（１２）の一部が覆われないままとするステップと、
（ｃ）前記第１の犠牲層上（２６）に第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）を堆積し、エッチングすることにより、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）が前記第１の端において前記第１の導電層（１２）のうちの覆われていない部分に電気的に接触し、かつ、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）が前記第１の端において前記第１の導電層（１２）および前記基板の上に支持されるようにするステップと、
（ｄ）前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）上に第２の犠牲層（３８）を堆積し、エッチングすることにより、前記第２の犠牲層（３８）が前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）の略全体を覆うようにするステップと、
（ｅ）前記第２の犠牲層上（３８）に第２の屈曲アクチュエータ層（４０）を堆積し、エッチングするステップと、
（ｆ）前記第１および第２の犠牲層（２８，３８）をエッチングによって取り除くことにより、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）と前記第２の屈曲アクチュエータ層（４０）との間に第１の間隙を、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層の全体とそれより下の層すべてとの間（ただし、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）と前記第１の導電層（１２）とが直接接触する部分を除く）に第２の間隙をそれぞれ形成するステップと
を含む熱屈曲アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｃ）は、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）に接続された第１のパドル層（３６）を堆積しエッチングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｅ）は、記第２の屈曲アクチュエータ層（４０）に接続された第２のパドル層（４０）を堆積しエッチングするステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）の前に、
（ｇ）前記基板上に保護層（２４）を堆積し、エッチングし、ただし、前記第１の導電層（１２）の少なくとも前記一部を覆われないままとするステップ
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｆ）の前に、
（ｈ）第３の犠牲層（４４）を堆積し、エッチングすることにより、前記第３の犠牲層（４４）が前記第２の屈曲アクチュエータ層（４０）の略全体を覆うようにするステップと、
（ｉ）前記基板上の前記第３の犠牲層（４４）を覆う、第１の共形層（５２）を形成するステップと
をさらに含み、
前記ステップ（ｆ）はさらに、前記第３の犠牲層（４４）をエッチングによって取り除くことにより前記屈曲アクチュエータの周囲および上方にノズルチャンバを形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｆ）の前に、
（ｊ）前記基板の裏面から前記第１の導電層（１２）まで前記基板をバックエッチングすることにより前記ステップ（ｆ）を促進するステップ
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｉ）の前に、
（ｋ）前記第３の犠牲層（４４）上にマスクを堆積およびエッチングするステップと、
（ｌ）前記第３の犠牲層（４４）の一部をエッチングするステップと
を含み、
前記ステップ（ｉ）はさらに、前記第３の犠牲層（４４）の前記エッチングした部分を充填するように前記第１の共形層（５２）を堆積して前記ノズルチャンバの側壁構造を形成するステップを含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｆ）の前に、
（ｍ）前記第１の共形層（５２）をエッチングして前記ノズルチャンバのノズルを形成し、マスクを前記第１の共形層（５２）上に堆積およびエッチングし、前記マスクを貫いて前記第１の共形層（５２）をエッチングすることにより前記ノズルを形成するステップを含み、
前記ステップ（ｆ）はさらに、前記マスクをエッチングによって取り除くステップを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｆ）の前に、
（ｎ）前記ノズルの垂直ノズル壁を形成するステップ
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）と前記第２の屈曲アクチュエータ層（４０）とは同じ材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記同じ材料は窒化チタンである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
熱屈曲アクチュエータであって、
前記熱屈曲アクチュエータは、第１の端において基板に支持され、前記第１の端とは反対側の第２の端は自由端であり、
（ａ）前記基板上に第１の導電層（１２）を堆積し、エッチングするステップと、
（ｂ）前記第１の導電層（１２）および前記基板の上に第１の犠牲層（２６）を堆積し、エッチングし、ただし、前記第１の端において前記第１の導電層（１２）の一部が覆われないままとするステップと、
（ｃ）前記第１の犠牲層（２６）上に第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）を堆積し、エッチングすることにより、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）が前記第１の端において前記第１の導電層（１２）のうちの覆われていない部分に電気的に接触し、かつ、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）が前記第１の端において前記第１の導電層（１２）および前記基板の上に支持されるようにするステップと、
（ｄ）前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）上に第２の犠牲層（３８）を堆積し、エッチングすることにより、前記第２の犠牲層（３８）が前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）の略全体を覆うようにするステップと、
（ｅ）前記第２の犠牲層（３８）上に第２の屈曲アクチュエータ層（４０）を堆積し、エッチングするステップと、
（ｆ）前記第１および第２の犠牲層（２８，３８）をエッチングによって取り除くことにより、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）と前記第２の屈曲アクチュエータ層（４０）との間に第１の間隙を、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層の全体とそれより下の層すべてとの間（ただし、前記第１の導電性の屈曲アクチュエータ層（３０）と前記第１の導電層（１２）とが直接接触する部分を除く）に第２の間隙をそれぞれ形成するステップと
を含む製造方法により製造された熱屈曲アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、インクジェットプリンタ等のマイクロエレクトロメカニカルデバイスの分野に関する。本明細書において、本発明を、マイクロエレクトロメカニカルインクジェット技術に関して説明する。しかし、本発明は他のマイクロエレクトロメカニカルデバイス、例えば、マイクロエレクトロメカニカルポンプやマイクロエレクトロメカニカルムーバへのより広い用途を有する、ということが理解されよう。
【０００２】
［発明の背景］
マイクロエレクトロメカニカルデバイスは、ますます普及してきており、通常、半導体製造技術を利用したμｍ（ミクロン）規模のデバイスの作成を伴う。マイクロメカニカルデバイスに関する最近の状況として、１９９８年１２月発行のＩＥＥＥ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍの２４から３３ページにおける、Ｓ．Ｔｏｍ  ＰｉｃｒａｕｘとＰａｕｌ  Ｊ．ＭｃＷｈｏｒｔｅｒによる「Ｔｈｅ  Ｂｒｏａｄ  Ｓｗｅｅｐ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」という論文を参照する。
【０００３】
一般的に用いられているマイクロエレクトロメカニカルデバイスの１つの形態は、インク噴出ノズルチャンバからインクが噴出される、インクジェット印字デバイスである。多くの形態のインクジェットデバイスが知られている。
【０００４】
インクジェット印字および関連するデバイスに関する多くの異なる技術が、発明されている。この分野の概観として、Ｒ  ＤｕｂｅｃｋおよびＳ  Ｓｈｅｒｒ編のＯｕｔｐｕｔ  Ｈａｒｄ  Ｃｏｐｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓの２０７〜２２０ページ（１９８８）の、Ｊ  Ｍｏｏｒｅによる「Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｈｉｓｔｒｉｃａｌ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ」という論文を参照する。
【０００５】
最近、本出願人によって、マイクロエレクトロメカニカルインクジェット（ＭＥＭＪＥＴ）技術と呼ぶ新しい形態のインクジェット印字が開発された。ＭＥＭＪＥＴ技術の１つの形態において、パドルまたはプランジャに接続されたエレクトロメカニカルアクチュエータを利用するインク噴出ノズルチャンバからインクが噴出される。パドルまたはプランジャは、チャンバの噴出ノズルに向かって動いて、噴出ノズルチャンバからインク滴が噴出される。
【０００６】
本発明は、ＭＥＭＪＥＴ技術その他マイクロエレクトロメカニカルデバイスにおいて用いられる熱屈曲アクチュエータの製造方法に関する。
【０００７】
［発明の概要］
本発明の第１の態様に係る熱屈曲アクチュエータの製造方法は、
（ａ）基板上に第１の材料を堆積し、第１のマスクを用いてエッチングすることにより第１の導電層を形成するステップと、
（ｂ）前記基板上に第２の材料を堆積し、第２のマスクを用いてエッチングすることにより、前記第１の導電層の少なくとも一部が覆われないままとなるように第１の犠牲層を形成するステップと、
（ｃ）前記基板上に第３の材料を堆積し、第３のマスクを用いてエッチングすることにより、使用中に前記第１の導電層のうちの覆われていない部分に電気的に接触して伝導により加熱する第１の導電性の屈曲アクチュエータ層を形成するステップと、
（ｄ）前記基板上に第４の材料を堆積し、第４のマスクを用いてエッチングすることにより、前記第１の屈曲アクチュエータ層の略全体を覆うように第２の犠牲層を形成するステップと、
（ｅ）前記基板上に第５の材料を堆積し、第５のマスクを用いてエッチングすることにより第２の屈曲アクチュエータ層を形成するステップと、
（ｆ）前記第１および第２の犠牲層をエッチングによって取り除くことにより、前記第１の屈曲アクチュエータ層と前記第２の屈曲アクチュエータ層との間に第１の間隙を、前記第１の屈曲アクチュエータ層とその下にある前記基板の表面との間に第２の間隙をそれぞれ形成するステップと
を含む。
【０００８】
本発明の一実施形態においては、ステップ（ｃ）で、第３の材料は、堆積およびエッチングされて、第１の屈曲アクチュエータ層と、屈曲アクチュエータの第１のパドル層とを形成する。
【０００９】
このような実施形態においては、ステップ（ｅ）で、第５の材料は、堆積およびエッチングされて、第２の屈曲アクチュエータ層と、屈曲アクチュエータの第２のパドル層とを形成する。
【００１０】
この発明の方法は、ステップ（ｂ）の前に、
（ｇ）基板上に第６の材料を堆積し、第６のマスクを用いてエッチングして、第１の導電層の少なくとも一部を覆われないままとするように基板上に保護層を形成するステップ
を含んでもよい。
【００１１】
この方法はさらに、ステップ（ｆ）の前に、
（ｈ）基板上に第７の材料を堆積し、第７のマスクを用いてエッチングして、第２の屈曲アクチュエータ層の略全体を覆うように第３の犠牲層を形成するステップと、
（ｉ）基板上の第３の犠牲層を覆う、第８の材料からなる第１の共形層を形成するステップと
を含み、ステップ（ｆ）はさらに、第３の犠牲層をエッチングによって取り除き、屈曲アクチュエータの周囲および上方にノズルチャンバを形成するステップを含んでもよい。
【００１２】
この方法は、ステップ（ｆ）の前に、
（ｊ）基板の裏面から第１の導電層まで基板をバックエッチングしてステップ（ｆ）を促進するステップ
を含んでもよい。
【００１３】
一実施形態において、この方法は、ステップ（ｉ）の前に、
（ｋ）基板上に第９の材料を堆積およびエッチングして、第３の犠牲層の上の第９の材料に第９のマスクを形成するステップと、
（ｌ）第１０のマスクを用いて、第３の犠牲層の一部をエッチングするステップとを含み、
ステップ（ｉ）はさらに、第３の犠牲層のエッチングした部分を充填するように第８の材料を堆積してノズルチャンバの側壁構造を形成するステップを含んでもよい。
【００１４】
この方法はさらに、ステップ（ｆ）の前に、
（ｍ）第１の共形層をエッチングしてノズルチャンバのノズルを形成するステップ
を含んでもよい。
【００１５】
ステップ（ｍ）は、第１０の材料を堆積およびエッチングして第１の共形層上に第１０のマスクを形成するステップと、第１０のマスクを貫いて第１の共形層をエッチングしてノズルを形成するステップとを含み、ステップ（ｆ）はさらに、第１０の材料をエッチングによって取り除くステップを含んでもよい。
【００１６】
この方法はさらに、ステップ（ｆ）の前に、
（ｎ）第１１の材料を堆積およびエッチングすることによって、ノズルの垂直ノズル壁を形成するステップであって、エッチングはオーバーエッチングを含むステップを含んでもよい。
【００１７】
好ましくは、第１の導電性の屈曲アクチュエータ層と第２の屈曲アクチュエータ層とは、窒化チタン等の略同じ材料を含んでいる。
【００１８】
この方法に従って構成されるデバイスもまた開示される。
【００１９】
この発明の範囲に入るであろう他の形態もあるが、次に添付図面を参照して、実例としてこの発明の好ましい形態を説明する。
【００２０】
［好ましいおよびその他の実施形態の説明］
好ましい実施形態において、熱屈曲アクチュエータを利用してノズルチャンバからインクを噴出する、コンパクトな形態の液体噴出デバイスが提供される。
【００２１】
まず、図１〜図３を参照して、好ましい実施形態の動作原理を説明する。図１に示すように、インク噴出装置１が提供される。インク噴出装置１は、通常インクで満たされて、隆起したリムを有するインク噴出ノズル４の周りにメニスカス３を形成するノズルチャンバ２を含む。ノズルチャンバ２内のインクは、インク供給チャネル５によって補給される。
【００２２】
ノズルのパドル８にしっかりと相互接続された熱アクチュエータ７によって、インクはノズルチャンバ２から噴出される。熱アクチュエータ７は、２つのアーム１０、１１を含み、下のアーム１１は電流源に相互接続されていて、下のアーム１１の伝導加熱を行うようになっている。ノズルチャンバ２から滴を噴出することが所望されるとき、下のアーム１１が加熱されて、このアーム１１が上のアーム１０に比べて急速に膨張するようにする。この急速な膨張によって今度は、パドル８がノズルチャンバ２内で急速に上向きに動く。図２に、この最初の動きを示す。図２ではアーム８が上向きに動いて、ノズルチャンバ２内の圧力が本質的に上昇するようになっており、この圧力上昇によって今度は、インクがノズル４から流出し、メニスカス３が膨れ上がる。次にヒータ１１への電流をオフにして、図３に示すように、パドル８がその元の位置への復帰を開始するようにする。この結果、ノズルチャンバ２内の圧力が本質的に低下する。ノズルのリム４の外側のインクは前方に勢いがついているので、その結果メニスカスがくびれて分かれ、図３に示すように、メニスカス３と気泡１３とを形成するようになる。気泡１３は前方に、インク印字媒体上へと進み続ける。
【００２３】
重要なことであるが、ノズルチャンバは縦断面の縁１５を含み、図２に示すように、これによって、パドル８が上に動くときに、チャネルの空間１６が大きく増大する。このようにチャネルの空間１６が大きくなることによって、インクのメニスカス３の表面張力効果によって、チャネル１６を通ってインクが引き込まれ、相当な量のインクが急速にノズルチャンバ２に流入することができる。ノズルチャンバの縦断面によって、ノズルチャンバを急速に再充填することができ、この装置は結局、図１に示したように、静止位置に復帰する。
【００２４】
装置１はまた、多数のその他の重要な特徴も含む。これらには、図１に示すような円形のリム１８が含まれる。円形のリム１８は、パドル８の外周の周りに形成され、パドル８の構造上の支持を行いながら、図３に示すメニスカス３と、パドル表面８との間の距離を実質的に最大にしている。この距離を最大にすることによって、メニスカス３がパドル表面８と接触して動作特性に影響を与えてしまう可能性が低くなる。更に、製造ステップの一部として、例えば表面２０に沿ってインクがウィッキングしてしまいそれによって装置１の動作特性に影響を与えてしまう可能性を低減するための、インク流出防止リップ１９が設けられる。
【００２５】
次に、熱アクチュエータ７の動作原理を、まず図４〜図１０を参照して説明する。まず、図４に基板２２に取り付けられた熱屈曲アクチュエータを示す。熱屈曲アクチュエータは、アクチュエータのアーム２３を含み、その両側には作動アーム２４、２５がある。２つのアーム２４、２５は、好ましくは同じ材料から形成され、互いに熱的な釣り合いがとれるようになっている。更に、アクチュエータのアーム２３の表面には、圧力Ｐが働くものとする。圧力を上昇することが所望されるときには、図５に示すように、下側のアーム２５が加熱され、上側のアーム２４と下側のアーム２５との間の引っ張り応力が小さくなるようにする。この結果、アクチュエータのアーム２３に働く合力が出力され、その結果、アクチュエータのアーム２３が全体として上向きに動く。
【００２６】
不都合なことに、実際には、アーム２４、２５が長すぎる場合、アーム２５を加熱すると、システムが図６に示すような反り状態に入ってしまう危険があるということがわかっている。この反り状態は、アクチュエータのアーム２３の動作有効性を低減してしまう。図６に示すような反り状態の可能性は、より小さな、熱屈曲アーム２４、２５を利用することによって、本質的に低くすることができる。このように変形した装置を、図７に示す。図８に示すように下側の熱屈曲アーム２５を加熱すると、アクチュエータのアーム２３が上方向に曲がり、システムが図６の反り状態に入ってしまう可能性が本質的に低くなる、ということがわかっている。
【００２７】
図８の装置において、アクチュエータのアーム２３のうちの、作動部２４と２５との間の部分２６は、剪断応力状態になり、その結果、この実施形態においては動作効率が失われてしまう恐れがある。更に、材料２６が存在する結果として、アーム２５からアーム２４へと急速に熱が伝導してしまう可能性がある。
【００２８】
更に、熱屈曲アーム２５は、アーム２３を動作するのに好適な温度で動作させなければならない。従って動作特性は、部分２６の特性、例えば融点、によって制限される。
【００２９】
図９において、熱屈曲アクチュエータの代替形態を示す。このアクチュエータは、２つのアーム２４、２５およびアクチュエータのアーム２３を含むが、アームとアームとの間には、空間すなわち間隙２８が設けられている。アームの一方を加熱すると、図１０に示すように、アーム２５が前と同様に上向きに曲がる。図１０の装置は、アーム２４、２５の動作特性、例えば温度がアーム２３において利用されている材料によって必ずしも制限されなくてもよい、という利点を有する。更に、図１０の装置は、アーム２３内に剪断力を誘発することがなく、動作中に層間剥離が起こってしまう可能性も低い。こういった原理が、図１〜図３の装置の熱屈曲アクチュエータにおいて利用されて、よりエネルギー効率のよい動作形態が提供されるようになっている。
【００３０】
更に、より効率のよい動作形態の熱屈曲アクチュエータを提供するために、多数の更なる工夫が図られる。熱屈曲アクチュエータは伝導加熱に依存しており、好ましい実施形態において利用される装置は、図１１において示すように、材料３０に概略的に単純化することができる。材料３０は、第１の端３１のところで基板に、第２の端３２のところで負荷に、相互接続されている。アーム３０は、伝導によって加熱され、膨張して負荷３２に力を及ぼすようになっている。伝導によって加熱すると、温度特性はおよそ図１２に示すようになる。２つの端３１、３２は、その伝導加熱についての「ヒートシンク」としての役割を果たし、従って、温度特性はそれぞれの端においてより低く、中央において最も高い。中央３６における温度が融点３５を超えるとアームは作動しなくなってしまうかもしれない、という点において、アーム３０の動作特性は、融点３５によって決まる。図１２のグラフは、図１１におけるアーム３０がその長さに沿って均一に加熱されているわけではないという点において、最適ではない結果を表している。
【００３１】
図１３に示すように、ヒートシンク３８、３９をアーム３０の中央部に備えてアーム３０を変形することによって、図１４に示すような、より最適な熱特性を達成することができる。図１４に示される特性は、アーム３０の長さにわたってより均一に加熱しており、それによって全体の動作がより効率的になる。
【００３２】
次に図１５を参照して、一連の支柱を設けて２つのアクチュエータ作動アーム２４、２５を結合することによって、更なる効率と反りの可能性の低減とを達成することができる。このような装置を、図１５に概略的に示す。図１５において、一連の支柱、例えば４０、４１が設けられて２つのアーム２４、２５を結合し、その反りを防止するようになっている。従って、下側のアーム２５は、加熱されると上向きに曲がる可能性がより高くなり、それによってアクチュエータのアーム２３もまた上向きに曲がる。
【００３３】
後述のようにＭＥＭＳ製造技術を用いて構成されるインクジェット印字デバイスの構成に、前述の原理が利用されるが、マイクロエレクトロメカニカルシステム分野の当業者には、、他の用途もあるということが容易に明白であろう。
【００３４】
インクジェット印字ＭＥＭＳデバイスの詳細な構成の一形態を、次に説明する。図面において、１ミクロンの格子を、準拠枠として利用する。
【００３５】
（ＭＥＭＪＥＴのプロトタイプの製造）
ＣＭＯＳ＋ＭＥＭＳを統合したプロトタイプが作られるまでは、ＭＥＭＳのみのプロトタイプの製造を準備することが望ましい。ＭＥＭＳのプロトタイプは、アクチュエータおよびノズルの構造がほぼ同一で、完全な印字ヘッドに非常に忠実に合わせて作ることができる。ＭＥＭＳのみのプロトタイプでの主な制約は、それぞれのノズルについて別個のボンドパッドが必要なので、ノズルの数が制限されてしまう、ということである。完全なＣＭＯＳ配置への拡張については、後述する。
【００３６】
ここで説明するプロトタイプは、チップ当たり１５個のノズルのみを有する。５個のノズルでできた数個のグループの挙動は、チップ全体の性能のほぼ完全なモデルである。５個のノズルのグループ同士の間の流体的、熱的、電気的、音響的、または機械的結合は、非常に小さいからである。
【００３７】
１５個のノズルを有するチップのレイアウトを図７２に示す。このチップは３ｍｍ×３ｍｍであり、１．２×１．２ｃｍのマスクのセット上に複製されている。このチップは、以下の工程を用いて製造することができ、図面は、単一のノズルユニットセルについてのマスク等を示す。
【００３８】
１）１ミクロンのアルミニウム
基板１４上に１ミクロンのアルミニウム１２が堆積され、マスク１０（図１７）を用いてエッチングされて、図１６および図１８に示す構造を残す。このマスク１０は、アクチュエータへの電極１６、ボンドパッド１８およびこれらの部品間の配線を含む。アルミニウムを、ＴｉＮ配線およびボンドパッドと取り替えることも可能である。しかしその場合、ＣＭＯＳ＋ＭＥＭＳの設計からさらに外れてしまい、工程上のリスクが付け加わる。ノズルチャンバの周りの領域は、１Ｐ２ＭのＣＭＯＳ＋ＭＥＭＳ工程については金属１上であり、電極は金属２上である。
【００３９】
２）１ミクロンのＰＥＣＶＤ窒化物
１ミクロンのＰＥＣＶＤ窒化シリコン２４が堆積され、図１９および図２１において示す構造を残すように、マスク２０（図２０）を用いてエッチングされる。このマスク２０は、アルミニウムから第１のＴｉＮ層までのバイアス２２、およびいくつかの流体制御の特徴（some fluid control aspects）を含む。ＣＭＯＳ＋ＭＥＭＳの工程については、これはパッシベーション層であり、典型的には、０．５ミクロンのガラスおよびその後の０．５ミクロンの窒化シリコンとなる。インクからのイオンがガラスを通って拡散することを防止するために、純粋な窒化物のパッシベーション層が好ましい。
【００４０】
３）１．５ミクロンの犠牲的ポリイミド
１．５ミクロンのスピンオンの感光性ポリイミド２６が堆積され、図２２および図２４に示す構造を残すように、紫外光を用いてマスク２８（図２３）に露光される。次にポリイミド２６を現像する。ポリイミド２６は犠牲的であり、したがって幅広い範囲の他にとり得る材料を用いることができる。感光性ポリイミドによって、処理が簡単になる。デポジション、エッチング、およびレジストストリッピングの各ステップがなくなるからである。
【００４１】
４）０．２ミクロンのＴｉＮ
０．２ミクロンのマグネトロンをスパッタリングした窒化チタン３０が、３００℃で堆積され、図２５および図２７に示す構造を残すように、マスク３２（図２６）を用いてエッチングされる。この層３０は、アクチュエータ層３４と、パドル３６の一部とを含む。製造において、ＴｉＮでできたこの層の抵抗率は、ウエハー全体にわたって誤差が数パーセント内で一貫しているべきである。
【００４２】
５）１．５ミクロンの犠牲的ポリイミド
１．５ミクロンの感光性ポリイミド３８がスピンオンされ、図２８および図３０に示す構造を残すように、紫外光を用いてマスク４０（図２９）に露光される。次にポリイミド３８を現像する。この厚さは、アクチュエータ層３４と補償的ＴｉＮ層（ステップ６）との間の間隙を決定するので、アクチュエータ層３４が曲がる量に影響を与える。ステップ３と同様に、感光性ポリイミドを用いることによって、他の犠牲材料よりも優れて、処理が簡単になる。
【００４３】
６）０．２ミクロンのスパッタリングしたＴｉＮ
０．２ミクロンのマグネトロンをスパッタリングした窒化チタン４０を、３００℃で堆積する。このＴｉＮは、図３１および図３３に示す構造を残すように、マスク４２（図３２）を用いてエッチングされる。ＴｉＮ４０の電気的特性は重要ではない。このＴｉＮ４０でできた頂層は、電気接続されておらず、純粋に機械的構成要素として用いられる。
【００４４】
７）８ミクロンの犠牲的ポリイミド、Ａｌマスク
８ミクロンの標準ポリイミド４４が、スピンオンされハードベークされる。この厚さは、ノズルチャンバのルーフまでの高さを最終的に決定する。この高さがある距離（落ち／折れ（drop break-off）特性によって決まる）よりも上である限り、実際の高さはほとんど重要ではない。このポリイミド層４４は、感光性ではないので、熱膨張係数が低くなる充填層であってもよい。５０ｎｍのアルミニウムのハードマスク（図示せず）が堆積される。１ミクロンのレジスト４６がスピンオンされ、マスク４８（図３５）に露光されて、図３４および図３６に示す構造が結果として生じる。次に、レジスト層４６をマスクとして利用して、５０ｎｍのアルミニウムのハードマスク（図示せず）がエッチングされる。このエッチングは、ウェットエッチングであってもドライエッチングであってもよい。最後に、５０ｎｍのアルミニウムのハードマスクを用いて、異方性酸素プラズマエッチングが行われて、レジスト４６とポリイミド層４４の一部とが取り除かれ、図３７および図３９に示す構造が結果として生じる。
【００４５】
８）ＰＥＣＶＤ窒化シリコンの堆積
ＰＥＣＶＤ窒化シリコン５３が３００℃で堆積され、前のポリイミド層４４に形成したチャネルを充填して、ノズルチャンバ５０を形成する。１ミクロンのＰＥＣＶＤ窒化シリコン５４が３００℃で堆積される（マスクなし−図４１）。この層は、特に決定的に重要なわけではない。主な要件は、ＴｉＮへの良好な接着である。封入されている空胞は、問題を引き起こしてはならない。この窒化物の堆積の次に、１ミクロンのポリイミド５６が続き、これはハードベークされる。結果として生じる構造は、図４０および図４２に示すとおりである。
【００４６】
９）ポリイミドおよび窒化物のエッチング
図４４に示すマスク５８を用いて、ポリイミド５６を窒化物５４までエッチングする。次に、ポリイミド５６をマスクとして用いて、窒化物５４をポリイミド４４までエッチングし、図４３ないし図４５に示す結果として生じる構造を残す。
【００４７】
１０）０．２５ミクロンのＰＥＣＶＤ窒化物の堆積
マスクを用いずに（図４７）、０．２５ミクロンの共形ＰＥＣＶＤ窒化シリコン６０が３００℃で堆積される。「側壁スペーサ」様の工程を用いて、この層が最終的にノズルのリムを形成する。厚さは特に決定的に重要なわけではなく、所望であればかなり薄くてもよい。リムに作用する流体圧力は、わずかだからである。結果として生じる構造は、図４６および図４８に示すとおりである。
【００４８】
１１）窒化物の異方性エッチング
マスクなしで（図５０）、ノズルのリムの窒化物６０が異方性プラズマエッチングされる。エッチング深さは決定的に重要なわけではないので、このエッチングは時限であってもよい。垂直窒化物壁６２のみが確実に残り、傾斜パターン（topography）を覆う窒化物が確実に完全に取り除かれるようにするのに、かなりのオーバーエッチングが必要である。結果として生じる構造は、図４９および図５１に示すとおりである。
【００４９】
１２）４ミクロンのソフトベークしたレジスト
４ミクロンのレジスト６４をスピンオンし、ソフトベークする（マスクなし−図５３）。このレジスト層６４は、バックエッチング中にウエハーの前側を保護するものである。レジスト厚さは、ＭＥＭＳデバイスのパターンを覆う程度であり、このため真空チャックを用いることができる。結果として生じる構造は、図５２および図５４に示すとおりである。
【００５０】
１３）ボッシュ・プロセスを用いたバックエッチング
ウエハー／基板１４は３００ミクロンまで薄くされ（バックエッチングの時間を短くするため）、ウエハー１４の裏側６６上の３ミクロンのレジストがマスク６８（図５６）に露光される。ウエハー１４の表側の金属部７０に位置を合わせる。この位置合わせは、ウエハーアライナへの赤外顕微鏡アタッチメントを用いて行うことができる。次にウエハー１４がプラッター上に配置され、ディープ・シリコン・エッチング「ボッシュ・プロセス（Bosch process）」を用いて、３３０ミクロンの深さまで（１０％のオーバーエッチングを許容）エッチングされる。このプロセスは、アルカテル、プラズマ・サーム、およびサーフィス・テクノロジー・システムズのプラズマエッチャー上で利用できる。結果として生じる構造は、図５５および図５７に示すとおりである。
【００５１】
１４）すべての犠牲的材料のストリッピング
前述のボッシュ・プロセスのバックエッチングによって、チップはダイシングされている。しかし、ウエハー１４は１１ミクロンのポリイミドによって、まだ一緒に保持されている。今度はウエハー１４をひっくり返さなければならない。これは、プラッター上のウエハーの上方にトレイを配置し、わずかな圧力を維持しながらアセンブリ全体（プラッター、ウエハー、およびトレイ）をひっくり返すことによって、行うことができる。次にプラッターを取り除き、ウエハー１４（まだトレイ内にある）を酸素プラズマチャンバ内に配置する。酸素プラズマ内ですべての犠牲的ポリイミドがエッチングされ（マスクなし、図５９）、結果として、図５８および図６０に示す構造が生じる。
【００５２】
１５）パッケージング、ボンディング、およびプライミング
インク入口穴を有するパッケージ、例えば圧力変換器パッケージ、内に、チップを接着する。ノズルのコンタミネーションを防止するために、インクホースは、０．５ミクロンのアブソリュートフィルタを含むべきである。図６３は、ノズル７４内のインク７２を示す。
【００５３】
図６４ないし図６７は、ノズル７４の動作を示す。
【００５４】
プロトタイプのＭＥＭＪＥＴチップは３ｍｍ四方であるが、インク入口穴領域は、チップ中央の約２４０×１６０ミクロンに過ぎない。パッケージ内にチップを接着し、チップのインク入口がパッケージの穴の上方になるようにする。これには、５００ミクロンの精度であればよい。 ノズルへの６つの接続をワイヤボンディングし、試験を行う。パッケージングしたプリントヘッドを、約５ｋＰａのインク圧力の下で充填して、プライミングを行う。結果として生じるパッケージは、図７２および図７３に示すとおりであってもよい。
【００５５】
明らかに、プリントヘッドの大きなアレイは、様々なプリントヘッドのアレイの図を示す図６８ないし図７１において示すように、同時に構成することができる。
【００５６】
本開示のインクジェット印字技術は、潜在的に幅広い範囲の印字システムに好適である。こういった印字システムには、カラーおよびモノクロのオフィスプリンタ、ショートランデジタルプリンタ、高速デジタルプリンタ、オフセット印刷機を補足するプリンタ（offset press supplemental printers）、低コストスキャンプリンタ、高速ページ幅プリンタ（pagewidth printers）、ページ幅プリンタを内蔵したノートコンピュータ、ポータブルのカラーおよびモノクロのプリンタ、カラーおよびモノクロの複写機、カラーおよびモノクロのファクシミリ、プリンタとファクシミリと複写機とを組み合わせたもの、ラベルプリンタ、フォーマットの大きなプロッタ、写真複写機、デジタル写真「ミニラボ」用プリンタ、ビデオプリンタ、フォトＣＤプリンタ、ＰＤＡ用ポータブルプリンタ、壁紙プリンタ、屋内サインプリンタ、屋外広告板プリンタ、ファブリックプリンタ、カメラプリンタ、および市販のプリンタのアレイが挙げられる。
【００５７】
更に、略述したＭＥＭＳ原理は、ＭＥＭＳデバイスの構成において一般的な適用可能性を有する。
【００５８】
当業者であれば、広く説明したこの発明の精神または範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態において示すこの発明に、非常に多くの変更および／または変形を行ってもよい、ということが理解されよう。従って好ましい実施形態は、すべての点において例示的であり、限定的ではないものとしてみなされなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  好ましい実施形態の動作を示す概略図である。
【図２】  好ましい実施形態の動作を示す概略図である。
【図３】  好ましい実施形態の動作を示す概略図である。
【図４】  第１の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図５】  第１の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図６】  第１の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図７】  第２の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図８】  第２の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図９】  第３の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図１０】  第３の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図１１】  さらに他の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図１２】  図１１の装置についての距離に対する温度を例示したグラフである。
【図１３】  さらに他の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図１４】  図１３の装置についての距離に対する温度を例示したグラフである。
【図１５】  さらに他の熱屈曲アクチュエータを示す概略図である。
【図１６】  アルミニウム層を側方から見た斜視図である。
【図１７】  アルミニウムマスクの平面図である。
【図１８】  アルミニウム層の側断面図である。
【図１９】  第１の窒化シリコン層を側方から見た斜視図である。
【図２０】  第１の窒化シリコンマスクの平面図である。
【図２１】  第１の窒化シリコン層の側断面図である。
【図２２】  第１の犠牲的ポリイミド層を側方から見た斜視図である。
【図２３】  第１の犠牲的ポリイミドマスクの平面図である。
【図２４】  第１の犠牲的ポリイミド層の側断面図である。
【図２５】  第１の窒化チタン層を側方から見た斜視図である。
【図２６】  第１の窒化チタンマスクの平面図である。
【図２７】  第１の窒化チタン層の側断面図である。
【図２８】  第２の犠牲的ポリイミド層を側方から見た斜視図である。
【図２９】  第２の犠牲的ポリイミドマスクの平面図である。
【図３０】  第２の犠牲的ポリイミド層の側断面図である。
【図３１】  第２の窒化チタン層を側方から見た斜視図である。
【図３２】  第２の窒化チタンマスクの平面図である。
【図３３】  第２の窒化チタン層の側断面図である。
【図３４】  第３の犠牲的ポリイミド層を側方から見た斜視図である。
【図３５】  第３の犠牲的ポリイミドマスクの平面図である。
【図３６】  第３の犠牲的ポリイミド層の側断面図である。
【図３７】  犠牲的ポリイミドエッチングによる構造を側方から見た斜視図である。
【図３８】  マスクなしの状態を示す平面図である。
【図３９】  犠牲的ポリイミドエッチングの側断面図である。
【図４０】  共形窒化シリコン堆積による構造を側方から見た斜視図である。
【図４１】  マスクなしの状態を示す平面図である。
【図４２】  共形窒化シリコン堆積による構造の側断面図である。
【図４３】  犠牲的ポリイミドエッチングによる構造を側方から見た斜視図である。
【図４４】  ポリイミドエッチングマスクの平面図である。
【図４５】  犠牲的ポリイミドエッチングによる構造の側断面図である。
【図４６】  ＰＥＣＶＤ窒化物堆積による構造を側方から見た斜視図である。
【図４７】  マスクなしの状態を示す平面図である。
【図４８】  ＰＥＣＶＤ窒化物堆積による構造の側断面図である。
【図４９】  異方性窒化物エッチングによる構造を側方から見た斜視図である。
【図５０】  マスクなしの状態を示す平面図である。
【図５１】  異方性窒化物エッチングによる構造の側断面図である。
【図５２】  ソフトベークレジストによる構造を側方から見た斜視図である。
【図５３】  マスクなしの状態を示す平面図である。
【図５４】  ソフトベークレジストによる構造の側断面図である。
【図５５】  バックエッチング工程による構造を側方から見た斜視図である。
【図５６】  バックエッチングマスクの平面図である。
【図５７】  バックエッチング工程による構造の側断面図である。
【図５８】  有機材料ストリッピングによる構造を側方から見た斜視図である。
【図５９】  マスクなしの状態を示す平面図である。
【図６０】  有機材料ストリッピングによる構造の側断面図である。
【図６１】  非作動位置にある単一のノズルを側方から見た一部断面斜視図である。
【図６２】  マスクなしの状態を示す平面図である。
【図６３】  パッケージング、ボンディング、プライミング、および試験の状態を示す側断面図である。
【図６４】  作動位置にある単一のノズルを側方から見た一部断面斜視図である。
【図６５】  作動中のノズルの側断面図である。
【図６６】  インクを噴出しているノズルを側方から見た断面斜視図である。
【図６７】  非作動中のノズルの側断面図である。
【図６８】  ノズルアレイの一部を側方から見た斜視図である。
【図６９】  ノズルアレイの一部を示す平面図である。
【図７０】  ノズルアレイの一部を側方から見た斜視図である。
【図７１】  ノズルアレイの一部を側方から見た斜視図である。
【図７２】  プロトタイプのチップを側方から見た斜視図である。
【図７３】  搭載されたプロトタイプのチップを側方から見た斜視図である。
【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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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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