(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂（３２）内に作られている液圧超小型回路（３５、３６、３７）を、攻撃性のある液体に対して保護被覆する工程において、
ステップａ）複数の金属と誘電体の層（２３、２４、２５）で覆われたシリコン基板（２１）と、前記液圧超小型回路（３５、３６、３７）の内側形状を画定している犠牲金属層（２６）と、を備えているダイ（２０）を配置する段階と、
ステップｂ）前記犠牲金属層（２６）の外側表面上に、電気化学処理で、貴金属からなる少なくとも１つの保護被覆層（３０）を堆積させる段階と、
ステップｃ）前記被覆層（３０）に接着層（３１）を塗布し、前記被覆層（３０）上への樹脂の接着を促進する段階と、
ステップｄ）前記接着層（３１）の上に、所定の厚さを有し、前記犠牲金属層（２６）を完全に覆う、非感光性のエポキシ又はポリアミド樹脂（３２）を堆積させる段階と、
ステップｅ）前記樹脂（３２）を重合させ、機械的及び熱的応力に対するその機械的な強度を向上させる段階と、
ステップｆ）前記犠牲金属層（２６）を、強酸性溶液を使って、化学エッチングによって取り除く段階と、から成る工程。
【請求項２】
ステップｇ）前記ステップｅ）に引き続いて実行され、前記樹脂（３２）の外側表面（３３）の平坦化を行う段階と、
ステップｈ）前記ステップｇ）に引き続いて実行され、前記樹脂（３２）の前記外側表面（３３）上に、真空蒸着処理で、保護層（３９）を堆積させる段階とを、更に備えた請求項１に記載の工程。
【請求項３】
前記ステップｇ）は、機械的ラッピング、及び同時に行われるＣＭＰ式化学処理（化学的機械研磨）によって実行される請求項２に記載の工程。
【請求項４】
前記ステップｆ）における前記強酸性溶液は、ＨＣＩとＨＮＯ３の混合溶液である請求項１に記載の工程。
【請求項５】
前記工程は、インクジェットプリントヘッドの射出チャンバ（３５）を保護被覆し、攻撃性のあるインクによる損傷の影響を減じるための工程であり、
前記ステップａ）において、加熱要素（２２）を駆動して前記インクを射出するための超小型回路のアレイは、複数の金属と誘電体の層（２３、２４、２５）で覆われたシリコン基板（２１）内に形成され、前記犠牲金属層（２６）は、少なくとも１つの射出ノズル（３７）用の鋳型（２７）を備え、前記犠牲金属層（２６）と前記鋳型（２７）は、チャンバ（３５）と、前記チャンバに接続されている供給管（３６）と、前記少なくとも１つのノズル（３７）の内側形状を画定しており、
前記ステップｄ）において、前記非感光性のエポキシ又はポリアミド樹脂を堆積させる段階は、前記ノズル（３７）の前記鋳型（２７）を含め前記犠牲金属層（２６）を完全に覆うように実行される、請求項１に記載の工程。
【請求項６】
前記金属被覆層（３０）は、ニッケル−金、パラジウム−金、及びルテニウムのうちのいずれか一つで作られている請求項１に記載の工程。
【請求項７】
前記保護層（３９）は、貴金属、フッ化マグネシウムと酸素（ＭｇＦ２＋Ｏ２）、及び二酸化シリコンとクロム（ＳｉＯ２＋Ｃｒ）のうちのいずれか一つで作られている請求項１に記載の工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、生物医学用途、ＭＥＭＳ、飲料自動販売機用の超小型回路、及び様々な型式のインクジェットプリントヘッドに使用されている超小型回路の様な液圧超小型回路を、攻撃性のある液体に対して保護被覆するための工程に関する。
【０００２】
具体的には、本発明は、特に攻撃性のあるインクの腐食作用によって、射出チャンバが構築されている樹脂層に生じる損傷の影響を低減するために、インクジェットプリントヘッドのインク射出チャンバの内壁に保護被覆を形成するための工程に向けられている。更に、本発明は、射出チャンバの内壁だけでなく、同時に、同チャンバと液圧接続している供給管の内壁、及びインクの液滴を射出するノズルの内壁にも保護被覆を形成する工程に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在最新式のインクジェットプリントヘッドでは、内部に射出チャンバ、供給管及び射出ノズルが作られている構造層へのインクの腐食作用を制限する方策が施されていることは、周知である。
【０００４】
現在最新式のインクジェットプリントヘッドでは、周知のように、射出チャンバ、供給管及び射出ノズルを包み込む構造層が、例えばニッケルのように、それ自体が既にインクという攻撃性のある薬剤に極めて抵抗力がある金属の層の堆積によって作られている。しかしながら、この解決策は、製造工程が相当に複雑であるという欠点を有しており、例えば、既に在る犠牲金属又は誘電体の超小型構造体を備えた基板から均一に金属を成長させるのが難しく、前者の場合は表面に隆起ができ、後者の場合は構造層にくぼみができ易いことが難点の１つである。
【０００５】
加えて、約６０−７０μｍ程度の比較的十分な厚さの金属層の堆積では、金属構造層が下層にはんだ付けされている領域内に強い機械的応力が生じる。
更に、完全に金属製の構造層内にチャンバと関連の供給管を作る工程は、極めて高い加工時間を必要とし、その結果、この方法で得られるプリントヘッドの最終的コストに影響が及ぶ。
【特許文献１】イタリア特許出願「最適化されたインクジェットプリントヘッドと、関連する製造工程」
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、液圧超小型回路を攻撃性のある液体から保護し、上記に概説した欠点を取り除くための、具体的には、インクジェットプリントヘッドにおいて、インクによる損傷の影響に対して液圧超小型回路を簡単且つ効果的に保護するための、液圧超小型回路を被覆する工程を呈示することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、非感光性のエポキシ又はポリアミド樹脂の様な誘電性材料の構造層に作られているチャンバ、供給管及びノズルの内壁が、使用されているインクの攻撃性のある薬剤に対して高い耐性を提供するように処理される、インクジェットプリントヘッドの製造工程を呈示することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、インクジェットプリントヘッドの液圧超小型回路の内壁を処理して、用いられているインク内に含まれている攻撃性のある薬剤による損傷の影響に特に鈍感にすることである。
【０００９】
本発明によれば、インクジェットプリントヘッドの液圧超小型回路を、攻撃性のあるインクに対して特に耐性があるように保護被覆するための工程と、そのようにして得られたプリントヘッドが呈示されており、各々それぞれの独立請求項に定義されているように特徴付けられている。
【００１０】
本発明の上記及びこの他の特性は、非制約的な例として挙げているインクジェットプリントヘッド及び関係する製造工程の好適な実施形態に関する以下の説明を、添付図面を参照しながら読めば更に明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の主たる目的は、液圧超小型回路に、攻撃性のある液体に対する保護被覆を形成することであるが、以下の説明は、特に、単純化した非制約的な形態のインクジェットプリントヘッドについて述べることとし、説明を単純化し分かり易くするために、何れの事例でも、本発明は広い関連性を有しており、概括すると、既に述べたように、液圧超小型回路に、攻撃性のある液体に対する保護被覆を形成することを目的としている旨理解されたい。
【００１２】
先に述べたように、この説明は、使用されているインクの攻撃性のある薬剤に対する高い耐性を提供するように、前記ヘッドのチャンバ、供給管及びノズルの内壁を処理するための、インクジェットプリントヘッドに関係する工程に関しており、その工程が、排他的にというわけではないが、主にヘッド製造の最終部分に関係していることは明白である。
【００１３】
従って、以下の説明では、プリントヘッドを製造する初期の工程は、最新の技術に属しており、当該領域に精通している技術者には周知なので詳細には説明しないが、本発明による、チャンバ、関係する供給管及び射出ノズルを製造する工程は、最新の技術では既知の方式で第１段階で作られた従来型のインクジェットプリントヘッドに適用することであると考えられる。
【００１４】
一例として、結晶質シリコンのウェーハ１０を図１に示しており、その上に、まだ分離していない、同様な数の従来型インクジェットプリントヘッドを構成しているダイ１２が示されており、拡大図はダイの内の１つを示していて、２つの領域１３には駆動超小型回路が配置されており、領域１４はノズル１５を閉じている。
【００１５】
図２は、非制約的な例として、従来型インクジェットプリントヘッドの区画の、チャンバ、関係する供給管及びノズルが作られることになる領域に銅の犠牲層が堆積される製造工程である周知の第１製造段階の後の状態を示しており、具体的には、図２はプリントヘッドを示しており、ダイ２０が、複数の金属及び誘電体の層で覆われたシリコンの基板２１で作られており、超小型回路のアレイが、加熱要素２２又は抵抗器を駆動して前記インクを放出するために作られている様子を示している。この複数の層は、当該技術では周知であり、分かり易く説明するために、シリコン層２１の上の単一層２３で示している。
【００１６】
加熱要素２２は、シリコンの窒化物と炭化物（Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ）を堆積させて構成した保護層２４で覆われており、この保護層は、タンタルと金で作られた、いわゆる「シード層」を形成する層２５で覆われている。層２５の上には犠牲金属層２６が堆積されており、隆起部２７が設けられ、少なくとも１つの射出ノズル（図示せず）の鋳型となっている。
【００１７】
図２と図３には、本発明の目的であり後で説明するが、図示していない射出チャンバにインクを流し込むのに適した２つの供給穴２８が示されており、穴２８は、後で、この工程の後の段階で作られる図示していないスロット２９と液圧連通するようになっており、これについても後で説明する。
【００１８】
本発明の目的は、説明の最初の部分で述べたように、特に攻撃性のあるインクによって生じる損傷の影響を無くすために、チャンバ、チャンバに接続されている関係する供給管及びノズルの内壁を、１つ又は複数の貴金属の保護層で被覆することにある。
【００１９】
このことは全て、既に存在している犠牲層の外側表面上に、例えばニッケル−金、パラジウム−金、ルテニウムなどの様な貴金属の１つ又は複数の層を堆積させることによって実現することができる。前記層は、犠牲層を除去した後に、チャンバの内壁と、先に堆積させていた樹脂の構造層に作られている他の隣接する区画の内壁に付着して残る。
【００２０】
この処理が終了した時点では、チャンバ、供給チャネル及びノズルは、内壁が貴金属の層で完全に被覆されているので、使用するインクの攻撃性のある作用から効果的に保護されている。
【００２１】
チャンバの上側面と、チャンバに接続されている管は、犠牲層の外側表面を忠実に再生しているので、当然、チャンバ、供給管及びノズルの内側の形状は、犠牲層の紛れもない反転型を呈する。
【００２２】
特に、同一出願人が出願したイタリア特許出願「最適化されたインクジェットプリントヘッドと、関連する製造工程」に記載されているインクジェットプリントヘッドを使用し、本発明が言及している製造工程を適用する場合、チャンバの凹形の上部内壁と、チャンバに接続されている供給管の内壁を、上記イタリア特許出願に記載されている工程を使って作られた犠牲層の対応する形状の忠実な複写として、得ることができる。
【００２３】
後者の場合、インク内の攻撃性のある薬剤に対するチャンバと供給管の耐性が非常に高くなり、また、気泡の排出が起こる相を最適化して、気泡が壁の特定の地点に付着するのをより効果的に防ぐことができる、という２つの利点が得られる。
【００２４】
従って、本発明により、チャンバ、関係する供給管及び保護されたノズルを作るための工程は、非制約的な例として挙げると、図２に示す、引用したイタリア特許出願に記載されている型式のプリントヘッドの製造を進める状態から始まり、図５から図８の説明図と一体になった図４のフローチャートに記載されているステップで進行する。
【００２５】
ステップ４０で、ウェーハ１０（図１）を入手するが、ウェーハ１０は、図２に示す段階まで部分的に構築された複数のダイ１２を備えており、先にも述べたように、銅の犠牲層２６、２７は未だ被覆されていない状態にある。
【００２６】
ステップ４１では、図５に示すように、例えばニッケル−金の様な貴金属の被覆層３０を、犠牲層２６とノズルの鋳型２７の上に堆積させる。代わりに、被覆層３０は、パラジウム−金又はルテニウムなどでもよく、堆積は、当該技術に精通している当業者には既知の電気化学的工程で行ってもよい。
【００２７】
ステップ４２では、接着層３１を貴金属の層３０上に塗布して、次のステップで加えられる樹脂の層が分子接着によって完全に接着するのを促す。
ステップ４３では、非感光性のエポキシ又はポリアミド樹脂のフィルムで作られる構造層３２（図６）を、接着層３１で覆われている被覆層３０上に積層によって堆積するが、この種類の材料は、特定の攻撃性のインクによって作られる攻撃性のある環境に対して優れた耐性を提供するので好都合である。
【００２８】
ステップ４４では、構造層３２を重合させ、ヘッドの作動の間に生じる機械的及び熱的応力に対する強度を向上させる。
ステップ４５では、図７に示すように、構造層３２の外側表面３３にラッピングを施して、ノズルの銅の鋳型２７の上部キャップ３４を完全に取り除き、構造層３２の完全に平坦な面を作り出す。これは、機械的ラッピングと同時にＣＭＰ式化学処理（化学的機械研磨）、又は当該技術に精通している当業者には既知の他の同様の処理を施して行われる。
【００２９】
ステップ４６では、スロット２９の異方性エッチングを、例えばＫＯＨ又はＴＭＨＡを使用する「湿式」技法によってシリコン層３０の下部で行う（図７）。シリコンのエッチングは、穴２８が丁度開口するまで継続するので、スロット４８と対応する残りのシリコンの層３８の厚さは、約１０μｍとなる。
【００３０】
ステップ４７では、犠牲層２６、２７を、例えばＨＣＩとＨＮＯ3の混合溶液で作った強酸性溶液を使って化学エッチングによって除去する。溶液の組成は、構造層３２の樹脂に密に接着している金属層３０を攻撃しない様に調合する。この処理が終了した時点では、図８に示すように、チャンバ３５、管３６及びノズル３７は、それぞれの内壁が貴金属層３０で完全に被覆され、利用するインクの攻撃作用に対して効果的に保護された状態になっている。
【００３１】
ステップ４８では、図８に示すように、貴金属、望ましくはクロムから成り、約１０００Åの厚さを有する、樹脂を保護するための金属の層３９を、真空蒸着によって構造層３２の外側表面上に堆積させる。その機能は、撥水性の外側表面（抗湿性）を作り、樹脂を耐スクラッチ性で耐腐食性にすることである。
【００３２】
ステップ４９では、当該技術に精通している当業者には既知の仕上げ処置を行い、即ち
−「ウェーハ」１０を個々のダイ１２に裁断し、
−図示していない平坦なケーブルを、既知のＴＡＢ処理によって各ダイ１２上のパッドにはんだ付けし、
−関係する平坦なケーブルの付いたダイを、ヘッドのコンテナタンクに取り付け、
−タンクをインクで満たし、最終試験を行う。
【００３３】
犠牲層の銅の表面に例えばニッケル−金の様な貴金属の層が在れば、チャンバと供給管の内側に連続する電極を形成し、「シード層」との電気的接続から孤立している「デッドゾーン」の生成が回避できるので、電気化学手段で犠牲層のエッチングがやり易くなるのは重要なことである。
【００３４】
本発明の範囲から逸脱すること無く、本発明に従って、インクジェットプリントヘッドと、関係する製造工程に、変更、追加又は部分的置換を行い、或いは製造工程の変更を行うことができるものと理解頂きたい。
【００３５】
例えば、ステップ４９で構造層３２上に堆積させる保護層３９は、クロムの代わりに、フッ化マグネシウムと酸素（ＭｇＦ2＋Ｏ2）又は二酸化シリコンとクロム（ＳｉＯ2＋Ｃｒ）で構成してもよい。
【００３６】
更に、別の実施形態では、保護層３９を、上記構成要素で作られる２つの重なり合う堆積物で形成している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】未だ分離させていない複数の「ダイ」を有するシリコンウェーハの斜視図である。
【図２】本発明により提案されている工程を使って、第１の製造段階の後で、且つチャンバ、関係する供給管及びノズルを構築する前の、インクジェットプリントヘッドの図１のダイの一部の平面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う断面である。
【図４】本発明による、インクジェットプリントヘッドのチャンバ、供給管及びノズルの製造工程を示すフローチャートである。
【図５】本発明による、図３のプリントヘッドのチャンバ、供給管及びノズルの製造における一連の工程を順次示している。
【図６】本発明による、図３のプリントヘッドのチャンバ、供給管及びノズルの製造における一連の工程を順次示している。
【図７】本発明による、図３のプリントヘッドのチャンバ、供給管及びノズルの製造における一連の工程を順次示している。
【図８】本発明による、図３のプリントヘッドのチャンバ、供給管及びノズルの製造における一連の工程を順次示している。
【図１】
0004549190.tif 000002
【図２】
0004549190.tif 000003
【図３】
0004549190.tif 000004
【図４】
0004549190.tif 000005
【図５】
0004549190.tif 000006
【図６】
0004549190.tif 000007
【図７】
0004549190.tif 000008
【図８】
0004549190.tif 000009