(57)【要約】【課題】  インクジェットプリントヘッドを作製する改良された方法を提供すること。【解決手段】  インクジェットプリントヘッドを作製する方法は、第１基板１０の表面上に第１パターニング層２０を形成すること、第２基板１００の表面上に第２パターニング層２８を形成すること、第１および第２層を面と面を密着して接合させること、および、第２パターニング層２８から第２基板１００を除去することを含む。第１および第２のパターニング層２０、２８は、少なくとも１つのインク射出ノズルを有する少なくとも１つのインク射出チャンバを連携して画定する。【選択図】  図２Ｆ
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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トヘッドを作製する方法であって、
第１基板の表面上に第１パターニング層を形成すること、
第２基板の表面上に第２パターニング層を形成すること、
前記第１および第２層を面と面を密着して接合させること、および、
前記第２パターニング層から前記第２基板を除去すること、
を含み、前記第１および第２層は、少なくとも１つのインク射出ノズルを有する少なくとも１つのインク射出チャンバを連携して画定する、インクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項２】
前記第１パターニング層は、前記チャンバの横方向境界を画定し、前記第２パターニング層は、前記ノズルを含む前記チャンバの屋根を画定する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項３】
前記パターニング層の少なくとも一方は、ブランケット材料層を前記それぞれの基板に塗布し、前記ブランケット層の一部を選択的に除去することによって形成される、請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項４】
前記ブランケット材料層の前記一部は、光イメージング及び現像によって選択的に除去される、請求項３に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項５】
前記ブランケット材料層はフォトレジストである、請求項４に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項６】
前記パターニング層は、両方とも、特許請求された方法で形成される、請求項３乃至５のいずれか1項に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項７】
前記基板の少なくとも１つは半導体基板である、請求項１乃至６のいずれか1項に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項８】
前記基板の少なくとも１つはシリコン基板である、請求項１乃至７のいずれか1項に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項９】
前記第２基板は、分離によって、前記第２パターニング層から除去される、請求項１乃至８のいずれか1項に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項１０】
前記第２パターニング層は、熱剥離材料層によって前記第２基板の表面に接合し、前記第２基板は、前記熱剥離材料を加熱することによって、前記第２パターニング層から除去される、請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項１１】
前記第１基板の表面は、薄膜インク射出回路を搭載し、前記第１パターニング層は、前記薄膜回路の上に形成される、請求項１乃至１０のいずれか1項に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項１２】
前記プリントヘッドは、前記第１基板上に略同時に形成されるような複数のプリントヘッドのうちの１つであり、前記方法は、前記第２基板の除去後に、前記第１基板を個々のプリントヘッドに分割することをさらに含む、請求項１乃至１１のいずれか1項に記載のインクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法によって作製される、インクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
プリントカートリッジであって、
インク溜めからプリントヘッドにインクを供給するための孔を有するカートリッジ本体と、前記孔が前記プリントヘッドのインク供給開口と流体連通した状態で、前記カートリッジ本体上に取り付けられる請求項１３に記載のプリントヘッドとを備える、プリントカ−トリッジ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプリントカートリッジを含むインクジェットプリンタ。
【請求項１６】
インクジェットプリントヘッドを作製する方法であって、
第１基板の表面上に第１パターニング層を形成すること、
第２基板の表面上に第２パターニング層を形成すること、
前記第１および第２層を面と面を密着して接合させること、および、
前記第２パターニング層から前記第２基板を除去すること、
を含み、前記第２基板は、分離によって、前記第２パターニング層から除去される、インクジェットプリントヘッドを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリントヘッドを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェトプリンタは、プリントヘッドのノズルプレート上に設けられたオリフィスのアレイ内の個々のオリフィスからインクの小滴を射出することによって動作する。プリントヘッドは、１枚の用紙に対して移動することができるプリントカートリッジの一部を形成し、プリントヘッドと用紙が相対的に移動する時に、特定のオリフィスからのタイミング調整された小滴の射出により、文字、画像、および他のグラフィック素材を、用紙上に印刷することを可能にする。
【０００３】
典型的な従来のプリントヘッドは、薄膜抵抗および関連回路がその前面に堆積されたシリコン基板から作製される。抵抗は、基板内で、１つまたは複数のインク供給スロットに対してアレイで配列され、熱式射出チャンバ内の各抵抗を分離するために、抵抗の周辺の基板上に障壁材料が形成される。障壁材料は、熱式射出チャンバを形成すること、およびチャンバとインク供給スロット間での流体連通を可能にすること、の両方のために作られる。こうして、熱式射出チャンバは、毛管作用によって、インク供給スロットからのインクで満たされ、インク供給スロット自体は、プリントヘッドがその一部を形成するプリントカートリッジ内のインク溜めからインクを供給される。
【０００４】
上述した複合組み立て品は通常、射出チャンバに対応し、かつ、その上に載る穿孔されたオリフィスのアレイを有する金属製ノズルプレート（通常はニッケル）でキャップされる。そのため、プリントヘッドは、ノズルプレートによって密閉されるが、プリントカートリッジからのインクの流れをノズルプレートのオリフィスによって可能にする。
【０００５】
プリントヘッドは、プリンタ制御回路の制御下で動作し、プリンタ制御回路は、印刷されるべき所望のパターンに従って個々の抵抗を駆動するように構成される。抵抗は、駆動されると、急速に熱くなり、熱式射出チャンバ内の少量の付近のインクを過熱する。過熱されたインク容積は、爆発的蒸発により膨張し、これによって、膨張した過熱インクの上のインク小滴が、ノズルプレートの関連オリフィスを介してチャンバから射出される。
【０００６】
この基本構成に関する多くの変形が、当業者にはよく知られているであろう。たとえば、オリフィスとチャンバの複数のアレイが、所与のプリントヘッド上に設けられてもよく、それぞれのアレイは、異なる色を含むインク溜めと流体連通する。インク供給スロット、プリント回路、障壁材料、およびノズルプレートの構成は、多くの変形に対して自由であり、それらが作られる材料およびその製造方法も自由である。
【０００７】
上述した典型的なプリントヘッドは通常、大面積シリコンウェハ上の多くの類似するプリントヘッドと同時に製造され、大面積シリコンウェハは、製造の後段(stage)で個々のプリントヘッドダイに分割されるだけである。図１は、プリントヘッドを製造する際に通常使用される、略円形のシリコンウェハ１０の前面の平面図である。ウェハ１０は、それぞれがウェハの厚さ全体にわたって延びる多数のスロット１２を有する。カラー印刷用のプリントヘッドを製造する際にウェハが使用される場合にそうであるように、図１において、スロット１２は３つずつにグループ化される。ウェハ１０の（図１では見えない）後面は、３つのスロット１２の各グループ間を垂直に、かつ、スロット１２の各行間を水平に延びる溝を有し、それによって、最終的に、ウェハは、たとえば、従来のダイシングソーを用いて個々の「ダイ」に分割されることができ、各ダイは３つのスロット１２の１つのグループを収容する。スロット１２は慣例的には、通常、ウェハの後面から、レーザ加工またはサンドブラスト加工によって形成される。
【０００８】
最終のプリントヘッドにおいて、各スロット１２は、ウェハの前面上のスロットの一方の側か、または、両方の側に沿って配設された１つまたは複数のインク射出チャンバにインクを供給する。大量生産のために、インク供給スロット１２はほとんど常に、未分割ウェハ１０に形成されるが、スロットは、生産の複数の異なる段階の任意の段階で形成されることができる。しかしながら、図１に見られるように、スロット１０を、初期の「生」ウェハ内に形成することができるが、ウェハの前面がすでに、薄膜抵抗および他の回路を搭載している時にスロットを形成することが好ましい。これは、スロット無しウェハが、薄膜回路を形成する種々の層の施与およびパターニングのために、途切れのない前面を提供するからである。スロットが存在する場合、スロットは、たとえば、本発明者等の欧州特許出願第ＥＰ１，２９７，９５９号に開示される方法で一時的に塞ぐ必要があるか、または、スロット内に望ましくない材料を残すことを避けるために、他の処置をとる必要があるであろう。
【０００９】
しかしながら、ウェハの前面がすでに薄膜回路を搭載している時にスロットを形成する場合、薄膜回路は、壊れやすく、重要な薄膜構造に対する損傷を回避するために、保護皮膜で覆われる必要がある。これらの構造を保護するために、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の皮膜が慣例的に用いられる。別法として、本発明者等の同時係属中の特許出願（英国特許出願第０４０１８７０．１号）に開示されるように、保護ゾルゲルガラス皮膜を用いることができる。
【００１０】
慣例的には、各プリントヘッドノズルプレートは、ダイごとに、未分割のウェハに個々に施与される。すなわち、個々の金属ノズルプレートは、それぞれのウェハの下にある部分に施与され、下にある部分は、その後分割されるウェハにおいて、個々のプリントヘッドダイに対応することになる。しかしながら、現在用いられる技法は通常、ノズルプレートが、ダイ当たり＋／−４ミクロンの精度に位置合わせされることを可能にするだけである。これは、液滴射出を不均一にし、最終のプリントヘッドの対応する性能低下をもたらす。さらに、金属ノズルプレートは、通常パターニングしたフォトレジストである、下の障壁層に十分に接合しない。ポリイミドノズルプレートも知られているが、この場合も、プレートは、ダイごとに、未分割ウェハに個々に施与され、金属ノズルプレートと同じアライメントおよび接合の問題を有する。
【００１１】
本発明者等の欧州特許出願第ＥＰ１，２９７，９５９号から、フォトレジストを異なる深さに合わせて選択的に露光することによって障壁層とノズルプレートの両方を形成するために、ウェハの表面全体にわたって塗布される単一のフォトレジスト層を使用することもまた知られている。露光したフォトレジストが現像されると、層内にインク射出チャンバおよびノズルを画定する、３次元の空孔が形成される。しかしながら、これは、不十分な結果を提供することもあり、インクチャンバ内に、除去することが難しいこともある破片を残すことが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
少なくとも一部の実施形態において、これらの欠点を回避するか、または、緩和する、インクジェットプリントヘッドを作製する改良された方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、インクジェットプリントヘッドを作製する方法であって、第１基板の表面上に第１パターニング層を形成すること、第２基板の表面上に第２パターニング層を形成すること、第１および第２層を面と面を密着して接合させること、および、第２パターニング層から第２基板を除去することを含み、第１および第２層は、少なくとも１つのインク射出ノズルを有する少なくとも１つのインク射出チャンバを連携して画定するインクジェットプリントヘッドを作製する方法を提供する。
【００１４】
本明細書で用いる、「インクジェット」、「インク供給スロット」という用語、および関連する用語は、射出されるべき液体がインクであるデバイスに本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。用語(terminology)は、熱式、ピエゾ式、または他の方式による射出によって、プリントヘッドから表面上に液体を印刷する、この一般的な技術についての簡略表現であり、主に意図する用途はインクの印刷であるが、本発明は、他の液体を同様な方法で堆積させるプリントヘッドにも適用可能である。
【００１５】
さらに、本明細書および特許請求項で述べる方法ステップを、必然的に示唆されない限り、必ずしも述べた順序で実施する必要はない。
【００１６】
一定の比率に応じていない図面において、種々の図で、同じ部品は同じ参照数字が与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２は、先に参照した種類の、また、従来のインクジェットプリントヘッドを製造する際に通常用いられる、略円形のシリコンウェハ１０を、側面部分断面図で示す。本実施形態において、ウェハ１０は６７５μｍの厚みと１５０ｍｍの直径を有する。ウェハ１０は、対向する、略平行な前部主面１４および後部主面１６を有し、前面１４は平坦で、高度に研磨され、汚染物質がなく、それによって、インク射出素子が、既知の方法で、種々の材料層を選択的に塗布することによって前面上に形成されることが可能になる。
【００１８】
本発明の実施形態によるプリントヘッドを製造する第１ステップは、薄膜インク射出回路を敷設するために、従来の方法で、ウェハの前面１４を処理することであり、図面を複雑にし過ぎるのを避けるために、薄膜インク射出回路の薄膜加熱抵抗１８のみが示される。これらの抵抗１８は、この実施形態では、導電性トレースを介して一連の接点に接続され、一連の接点は、プリントカートリッジ上に取り付けられたフレキシブルなプリントヘッド保持回路部材（図示せず）上の対応するトレースに導電性トレースを可撓性梁を介して接続するのに用いられる。フレキシブルなプリントヘッド保持回路部材は、プリンタ内に位置するプリンタ制御回路が、公知の方法で、ソフトウェアの制御下で個々の抵抗を選択的に駆動することを可能にする。説明するように、抵抗１８は、駆動されると、急速に加熱し、少量の付近のインクを過熱し、そのインクは、爆発的蒸発によって膨張する。
【００１９】
その後、フォトレジスト、たとえば、ＳＵ−８のブランケット障壁層２０が、ウェハの前面１４上で１４ミクロンの厚みにスピンコーティングされ、薄膜回路を含むウェハの前面全体を覆う。
【００２０】
フォトレジスト２０は、ここで、６５℃のホットプレート上にウェハを置くことによってソフトベークされる。ホットプレートは、近接ピンを装備しており、フォトレジスト内の応力形成を減らすために、９分の時間をかけてウェハとホットプレートの距離が５ｍｍから接触まで減らされる。ここで、ブランケット層２０は、４００〜５００ｍｊ・ｃｍ-2の露光エネルギーで、フォトマスクを通した露光によってイメージングされ、ＰＧＭＥＡ、ＮＭＰ、または乳酸エチルを用いて現像される。結果は図２Ｂに示され、この時パターニングされた障壁層２０は、完成したプリントヘッドにおいて、複数のインク射出チャンバ２４（図２Ｇ、図３、および図４）の横方向境界を画定するために選択的に除去された領域２２を有する。障壁層の形成は、現在の技術水準の一部であり、当業者によく知られている。
【００２１】
この段階において、インク供給スロット１２がウェハ１０内に形成される。インク供給スロットは、図２Ａ〜２Ｇには見られない。それは、これらの図では、スロット１２間で、スロット１２に平行な断面が切り取られるからである。しかしながら、スロット１２は図３および図４に見られる。スロット１２は、レーザ加工、ウェットエッチング、サンドブラスト加工、または他の従来の方法によって形成されることができ、これらの形成は、ここではさらに説明を必要としない。
【００２２】
その後、熱剥離テープ２６のリフトオフ層が、ウェハ１０とほぼ同じ寸法を有する第２シリコンウェハ１００の前面上に積層される（図２Ｃ）。この実施形態において、テープ２６は、日東電工(Nitto  Denko)によって製造されるＲｅｖａｌｐｈａ熱剥離テープである（あるいは、ＰＭＧ１リフトオフレジストを用いることができる）。ここで、フォトレジスト、たとえば、ＳＵ−８であるが、どんな場合でも、好ましくは、障壁層２０に用いられているものと同じフォトレジストのブランケット層２８が、テープ２６上に、４９ミクロンの厚さにスピンコーティングされ、ウェハ１００の前面上のテープ２６の表面全体を覆う。
【００２３】
フォトレジスト層２８は、ここで、障壁層２０について先に述べた方法で、ソフトベークされ、選択的に露光され、現像されるが、層２８の厚みが厚くなることを考慮して、プロセスパラメータの十分な調整が行われる。たとえば、層２８に使用される露光エネルギーは、層２０に使用される露光エネルギーよりずっと大きく、露光持続期間は１．５ｓ〜３ｓである。その結果、完成したプリントヘッドにおいて、インク射出チャンバ２４用のノズルを形成する、複数の開口３０を画定するように、層２８がパターニングされる。
【００２４】
その後、ウェハ１０および１００は、フォトレジスト層２０、２８が面と面を接した状態で、締め付けられ、各ノズル３０は、それぞれの抵抗１８と直接に重なる（図２Ｅ）。ウェハのアライメントは、２枚のウェハ上のそれぞれの基準点を位置合わせするように、ＥＶ  ６２０アライナを用いて行われる。
【００２５】
ＥＶ  ６２０アライメントツールは、接合される上部および底部ウェハを位置合わせするための、事前に位置合わせされたレンズとカメラの２つのセットを有する。左および右の上部カメラは、左および右の底部カメラに正確に位置合わせされる。最初に、底部ウェハは、そのアライメントターゲットが上を向き、アライメントターゲットが、左および右の上部カメラに位置合わせされた状態でカメラ領域に導入される。底部ウェハのアライメント位置は、その後、ウェハステージエンコーダによって記録され、ウェハは、その後、アライメント領域から完全に取り出される。上部ウェハは、ここで、そのアライメントターゲットが下を向いた状態でアライメント領域に導入される。ウェハは、その後、左および右の底部カメラに位置合わせされる。最後に、底部ウェハは、アライメント領域に再び導入され、先に記録したアライメント座標に移動する。そのため、底部ウェハは、上部ウェハに正確に位置合わせされる。上部ウェハは、その後、底部ウェハに接触するまで下げられ、２枚のウェハは、その後、一緒に把持されて、ウェハ対が接合ツールに搬送される間、アライメントを保持する。
【００２６】
フォトレジスト層２０、２８は、ここで、EVG、Shaerding（オーストリア）によって製造されるＥＶＧ  ５２０  ウェハボンダを用いて、１０-3ｍｂａｒの真空において、１００℃、２０００Ｎでウェハをベーキングすることによって密着して接合される。ボンダ内にまだある間に、ウェハの温度は、１５０℃まで上昇し、それによって、Ｒｅｖａｌｐｈａ熱剥離テープの接着剤が蒸発し、それによって、テープ２６と基板１００が、ノズル層２８から剥がれる。同時に、フォトレジストがハードベークされる。
【００２７】
最終の複合構造（図２Ｇおよび図３）は、各スロット１２の両側に沿って配設された複数のインク射出チャンバを備えるが、図３は横断面図であるため、各スロット１２の各側には１つのチャンバ２４のみが見られる。パターニングされた障壁層２０は、チャンバ２４の横方向境界を画定するが、ノズル層２８は、チャンバの屋根を画定する。各チャンバ２４はそれぞれの抵抗１８を含み、インク供給経路がスロット１２から各抵抗１８へ延びる。最後に、それぞれのインク射出ノズル３０は、各インク射出チャンバ２４からノズル層２８の露出した外面につながる。
【００２８】
最後に、上述したように処理されたウェハは、ダイシングされて、ウェハから個々のプリントヘッドに分離され、各プリントヘッドは、異なる色を含むインク溜め（図示せず）からプリントヘッドへインクを供給する、それぞれの孔３４を有するプリントカートリッジ本体３２（図４）上に取り付けられる。この目的のために、プリントヘッドは、各孔３４がウェハ１０のそれぞれのスロット１２と流体連通する状態で、カートリッジ本体３２上に取り付けられる。
【００２９】
３つのスロットの各グループのスロット１２は並んで配設されているとして示されるが、別法として、スロットは本発明の範囲から逸脱することなく、端と端をつけて、千鳥状に、または、その他の方法でずれて配設されるであろう。同様に、単一、通常、黒の色インクを使用するプリントヘッドの場合、１つのインク供給スロット１２のみが、プリントヘッドにつき必要とされるであろう。
【００３０】
上記実施形態において、ノズルの製造に半導体リソグラフィを使用することによって、ノズルに対する厳しい公差、通常、＋／−１．０ミクロン未満を維持することがずっと容易になる。同様に、ノズルが、ダイごとにではなく、ウェハ全体で位置合わせされるため、ノズルと抵抗は、典型的には、ウェハ全体にわたって、＋／−２．０ミクロンよりよい状態に位置合わせされることができる。これによって、液滴射出の均一性およびプリントヘッドの性能がよくなる。最後に、ノズル層と障壁層の両方にフォトレジストを使用することによって、両者の良好な接合がもたらされる。
【００３１】
本発明は、本明細書で述べた実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく修正または変更されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態によるプリントヘッドの製造に用いるシリコンウェハの平面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるプリントヘッドを作製する時の連続したステップのうちの１つのステップを示す。
【図２Ｂ】本発明の実施形態によるプリントヘッドを作製する時の連続したステップのうちの１つのステップを示す。
【図２Ｃ】本発明の実施形態によるプリントヘッドを作製する時の連続したステップのうちの１つのステップを示す。
【図２Ｄ】本発明の実施形態によるプリントヘッドを作製する時の連続したステップのうちの１つのステップを示す。
【図２Ｅ】本発明の実施形態によるプリントヘッドを作製する時の連続したステップのうちの１つのステップを示す。
【図２Ｆ】本発明の実施形態によるプリントヘッドを作製する時の連続したステップのうちの１つのステップを示す。
【図２Ｇ】本発明の実施形態によるプリントヘッドを作製する時の連続したステップのうちの１つのステップを示す。
【図３】図２ＧのラインＸ−Ｘで切り取った断面図である。
【図４】図２Ａ〜図２Ｇの方法によって作製されたプリントヘッドを組み込むプリンントカートリッジの断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ウェハ
１２  インク供給スロット
２０  フォトレジスト層
２４  インク射出チャンバ
２６  熱剥離テープ
２８  フォトレジスト層
３０  インク射出ノズル
３２  プリントカートリッジ本体
１００  ウェハ
【図１】
2005212486.tif 000003
【図２Ａ】
2005212486.tif 000004
【図２Ｂ】
2005212486.tif 000005
【図２Ｃ】
2005212486.tif 000006
【図２Ｄ】
2005212486.tif 000007
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
2005212486.tif 000009
【図２Ｇ】
2005212486.tif 000010
【図３】
2005212486.tif 000011
【図４】
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【外国語明細書】
2005212486.tif 000013
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