(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の表面上に形成された複数の薄膜層とを含む流体滴発生器であって、
前記層のうちの少なくとも１つが複数の流体噴出要素を形成し、前記層のうちの１つが第１の材料を含み、前記層のうちの１つが前記第１の材料層の上の保護層を含み、前記薄膜層が流体供給穴を有し、
前記基板が、前記基板の第２の表面から前記基板を通って、前記薄膜層内の前記流体供給穴への流体路を提供する少なくとも１つの開口部を有し、
前記第１の材料層が、前記流体供給穴から間隔を空けて離れて配置されているとともに、前記保護層が前記第１の材料層および前記流体供給穴側の端部に形成され、前記第１の材料層および前記流体供給穴側の端部が前記保護層によって覆われており、前記第１の材料層および前記流体供給穴側の端部が前記流体供給穴に入ってくるいかなる流体からも前記保護層によって保護されるようになっている流体滴発生器。
【請求項２】
前記第１の材料がリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）である、請求項１に記載の流体滴発生器。
【請求項３】
前記薄膜層が、
その上に前記ＰＳＧ層が形成される、フィールド酸化物（ＦＯＸ）層と、
抵抗層とを含み、
前記保護層が、前記抵抗層および前記ＰＳＧ層の上にある、請求項２に記載の流体滴発生器。
【請求項４】
前記薄膜層が、その上に前記ＰＳＧ層が形成されるフィールド酸化物（ＦＯＸ）層を含み、前記ＦＯＸ層および前記ＰＳＧ層が、２つの基板部同士の間にブリッジを形成する、請求項２に記載の流体滴発生器。
【請求項５】
前記薄膜層は、その上に前記ＰＳＧ層が形成されるフィールド酸化物（ＦＯＸ）層を含み、前記ＦＯＸ層および前記ＰＳＧ層が、各流体噴出要素付近の基板の上にある、請求項２に記載の流体滴発生器。
【請求項６】
前記薄膜層が、その上に前記ＰＳＧ層が形成されるフィールド酸化物（ＦＯＸ）層を含み、前記ＦＯＸ層が、前記基板内の前記少なくとも１つの開口部を形成する際のエッチングストッパ層を含む、請求項２に記載の流体滴発生器。
【請求項７】
基板を設ける段階と、
前記基板の第１の表面上に複数の薄膜層を形成する段階であって、前記層のうちの少なくとも１つが複数の流体噴出要素を形成し、前記層のうちの１つが第１の材料を含む段階と、
前記第１の材料層をエッチングして、次に形成する流体供給穴から後退させることにより、前記流体供給穴から間隔を空けて離れて配置する段階と、
前記第１の材料の上に保護層をデポジットして、前記保護層を前記第１の材料層および前記流体供給穴側の端部に形成し、前記第１の材料層および前記流体供給穴側の端部を前記保護層によって覆い、前記流体供給穴に入ってくるいかなる流体からも前記第１の材料層および前記流体供給穴側の端部を保護する段階と、
前記薄膜層を貫いて前記流体供給穴を形成する段階と、
前記基板の第２の表面から前記基板を通って、前記薄膜層内に形成された前記流体供給穴への流体路を提供する少なくとも１つの開口部を、前記基板内に形成する段階と、を含む、流体滴発生器の製造方法。
【請求項８】
前記第１の材料がリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数の薄膜層を形成する前記段階が、前記ＰＳＧ層の上に抵抗層を形成する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板内に少なくとも１つの開口部を形成する前記段階が、前記ＰＳＧ層が２つの基板部同士の間にブリッジを形成するように前記流体供給穴付近の前記基板をエッチングする段階を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板内に少なくとも１つの開口部を形成する前記段階が、前記流体供給穴付近に前記ＰＳＧ層の下にある前記基板をもたらす、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
複数の薄膜層を形成する前記段階が、その上に前記ＰＳＧ層が形成されるフィールド酸化物（ＦＯＸ）層を形成する段階を含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタに関し、より詳細には、インクジェットプリンタ用の一体構造のプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタは通常、プリンタを通って供給される紙のシートの幅の端から端まで左右に走査するキャリッジ上に取り付けられたプリントヘッドを有している。キャリッジに取り付けられているか、キャリッジの外部にあるかのどちらかであるインク槽からのインクは、プリントヘッド上のインク噴出チャンバに供給される。各インク噴出チャンバは、ヒータ抵抗器や圧電素子等のインク噴出要素を含んでおり、これらは別個にアドレス可能である。インク噴出要素に通電することによって、インク滴がノズルを通って噴出され、媒体上に小さなドットを作り出す。作り出されたドットのパターンによって、画像やテキストが形成される。
【０００３】
発射の周波数と共にドットの解像度（１インチ当たりのドット数）が上がるにつれて、発射要素により発生する熱も大きくなる。この熱は、放散する必要がある。熱は、噴出されているインクとプリントヘッド基板との組み合わせによって放散され、インク噴出要素からの熱が徐々に減っていく。基板は、プリントヘッドに流入してくる供給インクによって更に冷却される場合がある。
【０００４】
あるタイプのプリントヘッドとインクジェットプリンタに関する更なる情報が、本出願の出願人に譲渡されており、その参照によって本明細書に組み込まれる、Steven Steinfield他による“Stable Substrate Structure For A Wide Swath Nozzle Array In A High Resolution Inkjet Printer”という名称の米国特許第５，６４８，８０６号において得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
消費者市場の厳しい要求に応じるためには、プリントヘッドの解像度およびプリント速度が上がると、新しいプリントヘッドの製造技術および構造が必要である。従って、少なくとも以下の特性を有する改良したプリントヘッドが必要とされている。すなわち、高い動作周波数でインク噴出要素から、適切に熱を徐々に減らすこと、最小限の逆流で、インク噴出チャンバの再補充速度が適切なものになること、近くのインク噴出チャンバとのクロストークを最小限にすること、インク内の粒子に対する耐性があること、プリント解像度が高いこと、ノズルとインク噴出チャンバとを精密に整列することができること、滴の飛翔経路が精密で予測可能なこと、製造が比較的容易で安価であること、および信頼性が高いこと、である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本明細書においては、集積回路技術を用いて形成される一体構造のプリントヘッドを説明する。抵抗層を含む各薄膜層が、シリコン基板の頂面上に形成されている。これら様々な層はエッチングされ、ヒータ抵抗器要素への導線が設けられている。抵抗要素の代わりに、圧電要素を用いてもよい。ヒータ抵抗器の下にあるオプションの熱伝導層は、ヒータ抵抗器から熱を徐々に減らし、その熱を、シリコン基板とインクとの組み合わせに伝達している。
【０００７】
各インク噴出チャンバでは、各薄膜層を貫いて少なくとも１つのインク供給穴が形成されている。
【０００８】
基板の底面には、エッチングで溝(trench)が形成されており、インクが、薄膜層に形成されたインク供給穴を通って、溝および各インク噴出チャンバに流入することができるようになっている。
【０００９】
薄膜層の頂面上には、オリフィス層が形成されており、ノズルおよびインク噴出チャンバを規定している。一実施形態において、光で規定できるエポキシを用いてオリフィス層が形成されている。
【００１０】
抵抗層の下に絶縁層を提供するリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）層は、エッチングしてインク供給穴から後退し、パッシベーション（不動態化）層により保護して、インクがＰＳＧ層と相互作用しないようにする。その他の層も、同様の方法でエッチングして後退させることによって、インクから保護してもよい。
【００１１】
様々な薄膜構造や、様々なインク供給装置ならびにオリフィス層を説明する。
【００１２】
結果として得られる完全に一体化した熱インクジェットのプリントヘッドは、全体が一体構造なので非常に精密な公差で製造することができ、次世代プリントヘッドの要求を満たしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本明細書のプリントヘッドを組み込んでもよい、１つのタイプのインクジェットのプリントカートリッジ１０の斜視図である。図１のプリントカートリッジ１０は、かなりの量のインクをその本体１２内に含むタイプのものであるが、プリントヘッド上に取り付けられているか、管を介してプリントヘッドに接続されているかのどちらかの外部インク供給容器からインクを受け取るタイプのプリントカートリッジにもまた、適用しうる。
【００１４】
インクはプリントヘッド１４に供給される。以下に詳細に説明するプリントヘッド１４は、インクをインク噴出チャンバ内に送り、各チャンバはインク噴出要素を含んでいる。接点１６に電気信号が供給され、インク噴出要素に別個に通電して、関連するノズル１８を通ってインク滴を噴出している。従来のプリントカートリッジの構造および動作は周知である。
【００１５】
本発明は、プリントカートリッジのプリントヘッド部、すなわちプリンタ内に永久的に取り付けておくことができるプリントヘッドに関し、従って、インクをプリントヘッドに供給するインク送出システムとは別個である。本発明はまた、プリントヘッドが組み込まれるプリンタとも別個である。
【００１６】
図２は、図１のプリントヘッドにおける、図１の２−２線切り欠き斜視図である。プリントヘッドは、３００個以上のノズルおよびそれらに関連するインク噴出チャンバを有してもよいが、本発明を理解するためには、単一のインク噴出チャンバのみの詳細を説明する。また、当業者は、多くのプリントヘッドが単一のシリコンウエハー上に形成され、次に、従来技術を用いて互いから分離される、ということも理解されるべきである。
【００１７】
図２において、シリコン基板２０の上には、様々な薄膜層２２が形成されている。これらについては以下で詳細に説明する。薄膜層２２には、抵抗器２４を形成する抵抗層が含まれている。他の薄膜層は、基板２０から電気的に絶縁し、ヒータ抵抗器要素から基板２０までの熱伝導路を提供し、抵抗器要素への導体(electrical conductors)を提供する等、様々な機能を果たしている。抵抗器２４の一端に通じる導体２５が示されている。同様の導体が抵抗器２４の他端に通じている。実際の実施形態においては、１つのチャンバ内の抵抗器および導体は、その上にある各層によってよく見えない。
【００１８】
インク供給穴２６は、薄膜層２２を完全に貫いて形成されている。
【００１９】
薄膜層２２の表面上にはオリフィス層２８がデポジット（溶着）され、エッチングして抵抗器２４毎に１つのインク噴出チャンバ３０が形成されている。オリフィス層２８内には、マニホルド３２もまた形成されており、１行のインク噴出チャンバ３０に共通のインクチャネルを提供している。マニホルド３２の内縁は、破線３３で示されている。ノズル３４は、マスクおよび従来のフォトリソグラフィー技術を用い、レーザ・アブレーションによって形成してもよい。
【００２０】
シリコン基板２０をエッチングして、インク供給穴２６の行の長さに沿って延びる溝３６が形成されており、インク槽からのインク３８がインク供給穴２６に入って、インクをインク噴出チャンバ３０に供給するようになっている。
【００２１】
一実施形態において、それぞれのプリントヘッドの長さは約１／２インチ（約１．２７センチ）であり、互い違いになった２行のノズルを含んでいる。各行は１５０個のノズルを含み、プリントヘッド１つ当たり合計で３００個のノズルを有する。従って、このプリントヘッドは、１回の通過でノズルの行方向に沿って１インチ（２．５４センチ）当たり６００ドットの解像度でプリントすることができ、多数回通過するとそれよりも高い高解像度でプリントすることができる。
また、プリントヘッドの走査方向に沿っても、これよりも高い解像度でプリントすることができる。本発明を用いて、１２００ｄｐｉ以上の解像度を得ることができる。
【００２２】
動作において、電気信号がヒータ抵抗器２４に供給されると、ヒータ抵抗器２４は、インクの一部を気化して、インク噴出チャンバ３０内に気泡を形成する。
気泡はインク滴を、関連するノズル３４を通って媒体上へと進ませる。次にインク噴出チャンバは、毛管現象によって再補充される。
【００２３】
図３は、溝３６およびインク供給穴２６を示しており、図２に示すプリントヘッドの下側の斜視図である。図３の実施形態において、１つの溝３６が２行のインク供給穴２６にアクセスするようになっている。
【００２４】
一実施形態において、各インク供給穴２６のサイズは、ノズル３４のサイズよりも小さく、インク内の粒子がインク供給穴２６で濾過されて取り除かれ、ノズル３４を詰まらせないようになっている。インク供給穴２６が詰まっても、各チャンバ３０にインクを供給するインク供給穴２６が多数あるから、チャンバ３０の再充填速度にはほとんど影響がない。一実施形態において、インク供給穴２６の数はインク噴出チャンバ３０の数よりも多い。
【００２５】
図４は、図２の４−４線に沿った断面図である。図４は個々の薄膜層を示している。図４の実施形態において、図示のシリコン基板２０の部分は、厚さが約１０ミクロンである。この部分は、ブリッジと呼ばれている。シリコン全部の(bulk)厚さは、約６７５ミクロンである。
【００２６】
シリコン基板２０の上には、従来技術を用いて厚さが１．２ミクロンのフィールド酸化物層４０が形成されている。そして、酸化物層４０の上には、厚さが０．５ミクロンのリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）層４２が施されている。
【００２７】
層４２の代わりに、層４２のエッチングと同様の方法でエッチングされたボロンＰＳＧまたはボロンＴＥＯＳ（ＢＴＥＯＳ）層を用いてもよい。
【００２８】
次に、ＰＳＧ層４２の上には、例えばタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）によりできた、厚さが０．１ミクロンの抵抗層が形成されている。他の公知の抵抗層もまた用いることができる。抵抗層はエッチングされると、抵抗器２４を形成する。ＰＳＧ層４２および酸化物層４０によって、抵抗器２４と基板２０との間が電気的に絶縁され、基板２０のエッチング時にエッチングのストッパとなり、張り出し部４５を機械的に支持している。ＰＳＧ層および酸化物層はまた、通電信号を抵抗器２４に結合するのに用いるトランジスタ（図示せず）の多結晶シリコンのゲートも絶縁している。
【００２９】
裏側のマスク（溝３６の形成用）をインク供給穴２６と完全に整列させるのは困難である。従って、製造プロセスは、基板２０がインク供給穴２６を妨げてしまうというリスクを負うのではなく、可変の張り出し部４５を設けるように設計されている。
【００３０】
抵抗層の上にあって抵抗器への電気的接続を行う、パターニングした、アルミニウム銅合金等の金属層は、図４には示していないが図２に示している。ＡｌＣｕおよびＴａＡｌ内にトレースがエッチングされていて、第１の抵抗器寸法（例えば、幅）を規定している。第２の抵抗器寸法（例えば、長さ）は、ＡｌＣｕ層をエッチングして、抵抗部がＡｌＣｕトレースと２端で接触するようにすることによって、規定される。抵抗器および導体を形成するこの技術は、当業者には周知である。
【００３１】
抵抗器２４およびＡｌＣｕ金属層の上には、厚さが０．５ミクロンの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）層４６が形成されている。この層は、絶縁とパッシベーション（不動態化）とを行う。窒化物層４６がデポジットされる前に、ＰＳＧ層４２がエッチングされてＰＳＧ層４２をインク供給穴２６から後退させ、いかなるインクとも接触しないようにしている。ＰＳＧ層４２は、ある種のインクや溝３６を形成するのに用いるエッチャントから損傷を受けやすいので、このことは重要である。
【００３２】
層をエッチングして後退させ、その層をインクから保護することは、プリントヘッドにおける多結晶シリコン層および金属層に適用してもよい。
【００３３】
窒化物層４６の上には、厚さが０．２５ミクロンの炭化シリコン（ＳｉＣ）層４８が形成されている。この層は、更なる絶縁とパッシベーションとを行う。これにより、窒化物層４６と炭化物層４８とがＰＳＧ層４２をインクおよびエッチャントから保護している。窒化物と炭化物との代わりに、他の誘電体層を用いてもよい。
【００３４】
炭化物層４８と窒化物層４６とをエッチングし、ＡｌＣｕトレースの部分を露出させて、次に形成する接地ライン（図４のフィールドから出ている）に接触するようにする。
【００３５】
炭化物層４８の上には、厚さが０．６ミクロンのタンタル（Ｔａ）でできた接着層５０が形成されている。このタンタルはまた、抵抗器要素を覆う気泡キャビテーションバリアとしての機能も果たしている。この層５０は、窒化物層／炭化物層の開口部を通じて、ＡｌＣｕ導電トレースに接触している。
【００３６】
タンタル層５０の上には、金（図示せず）がデポジットされ、エッチングされて、ＡｌＣｕトレースのうちのあるいくつかと電気的に接続する接地ラインが形成されている。こういった導体は従来のものであってもよい。
【００３７】
ＡｌＣｕおよび金の導体は、基板表面上に形成されたトランジスタに結合してもよい。このようなトランジスタについては、上述の米国特許第５，６４８，８０６号に記載されている。このような導体は、基板２０の縁に沿った電極で終端してもよい。
【００３８】
フレキシブル回路（図示せず）は、基板２０上の電極に接合され、プリンタへの電気的接続用の接触パッド１６（図１）で終わっている導体を有している。
【００３９】
インク供給穴２６は、エッチングによって薄膜層を貫いて形成されている。一実施形態において、単一の供給穴マスクが用いられる。他の実施形態において、様々な薄膜層が形成される時にいくつかのマスキングおよびエッチングの段階が用いられる。
【００４０】
次にオリフィス層２８がデポジットされて形成される。それに続いて、溝３６がエッチングされる。他の実施形態において、溝のエッチングは、オリフィス層を製造する前に行われる。オリフィス層２８は、ＳＵ８と呼ばれるスパンオンエポキシ(spun-on epoxy)で形成されていてもよい。一実施形態において、オリフィス層は、約２０ミクロンである。
【００４１】
必要ならば、基板２０からインクへより良好に熱が伝達されるように、裏側に金属をデポジットしてもよい。
【００４２】
図５は、図２の構造の平面図である。各要素の寸法は、次のようであってもよい。インク供給穴２６は１０ミクロン×２０ミクロン、インク噴出チャンバ３０は２０ミクロン×４０ミクロン、ノズル３４は直径が１６ミクロン、ヒータ抵抗器２４は１５ミクロン×１５ミクロン、マニホルド３２は幅が約２０ミクロンである。これらの寸法は、用いるインク、動作温度、プリント速度、所望の解像度およびその他の要因によって変わる。
【００４３】
図６は、他の実施形態であるプリントヘッドの部分平面図である。このプリントヘッドにおいては、インクマニホルドがない。各インク噴出チャンバにインクを供給するのは、２つの専用インク供給穴である。このプリントヘッドの他の図は、図７、図８および図９に示されている。図示の実施形態においては、インク供給穴の方がヒータ抵抗器よりも数が２倍多い。他の実施形態においては、各チャンバについて１つまたはそれよりも多い専用インク供給穴がある。
【００４４】
図６において、インク噴出チャンバ６０の略図は、ヒータ抵抗器６２、ノズル６４（小さい方のノズルの直径を破線の輪郭で表す）およびインク供給穴６６，６７と共に示されている。インク供給穴６６，６７は、ノズル６４よりも小さく設計されており、いかなる粒子もチャンバ６０に達する前に濾過して取り除かれるようになっている。粒子が１つのインク供給穴に詰まっても、他のインク供給穴の大きさは、動作周波数近くでチャンバ６０を再充填するのに十分である。
【００４５】
図７は、単一のインク噴出チャンバ６０を示す、図６の７−７線切り欠き斜視図である。
【００４６】
図７において、シリコン基板７０の上には、複数の薄膜層７２（図８で個別に示す）が形成されている。これらの薄膜層には、エッチングされてヒータ抵抗器６２を形成する、抵抗層およびＡｌＣｕ層が含まれている。抵抗器６２に通じるＡｌＣｕ導体６３が示されている。
【００４７】
インク供給穴６７は、薄膜層７２を貫いてシリコン基板７０の表面まで延びるように形成されている。次いで、薄膜層７２の上にはオリフィス層７４が形成され、インク噴出チャンバ６０およびノズル６４を規定している。シリコン基板７０がエッチングされて、インク噴出チャンバの行の長さに沿って延びる溝７６を形成している。溝７６は、オリフィス層の前に形成してもよい。インク槽からのインク７８が溝７６内に流入し、インク供給穴６７を通ってチャンバ６０に流入しているところが示されている。
【００４８】
図８は、チャンバ６０の半分を示す、図７の８−８線断面図である。残りの半分は、図８と対称である。シリコン基板２０の一部がヒータ抵抗器のすぐ真下に配置されて抵抗器から熱を徐々に減らす第１の実施形態と異なり、図８の構造では、ヒータ抵抗器の下の金属層を用いて、抵抗器から熱を取り去って、その熱を基板およびインク自身に伝達するようになっている。
【００４９】
溝７６が形成される前に、シリコン基板７０（図７）の上には、厚さが１．２ミクロンのフィールド酸化物でできた絶縁層９０が形成されている。図８のプリントヘッドの部分は、溝７６の形成後を示したものであり、従って、基板７０は視界には示されていない。
【００５０】
次いで、酸化物９０の上には、厚さが０．５ミクロンのＰＳＧ層９２がデポジットされている。図４に関連して説明したように、酸化物層とＰＳＧ層は、ヒータ抵抗器と下に配置される導電層との間の電気的絶縁および熱伝導を行うと共に、溝７６のエッチング後に残るシリコン基板部同士の間に延びるブリッジの機械的支持を増大させる。これもまた前述のように、ＰＳＧ層９２がインク供給穴６７から後退させられ、そうしなければＰＳＧと反応してしまうであろうインクと接触しないようにしている。
【００５１】
ＰＳＧ層９２の上には、厚さが０．１ミクロンのタンタルアルミニウムでできた抵抗層が形成されている。ＴａＡｌ層の上には、ＡｌＣｕ層（図示せず）が形成されている。ＴａＡｌ層とＡｌＣｕ層とは、前述のようにエッチングされて、様々なヒータ抵抗器６２および導体６３（図７）を形成している。
【００５２】
抵抗器６２とＡｌＣｕ導体との上には、厚さが０．５ミクロンの窒化物でできた層９６が形成されている。次に、厚さが０．２５ミクロンの炭化シリコンでできた層９８が形成されている。窒化物層／炭化物層とはエッチングされ、ＡｌＣｕ導体の部分を露出させている。
【００５３】
そして、厚さが０．６ミクロンのタンタルでできた接着層１００がデポジットされ、次に金からなる導電層が形成されている。次いで、これらの層は両方ともエッチングされて、ヒータ抵抗器６２に通じ最後に基板の縁に沿った接合パッドで終わるあるいくつかのＡｌＣｕ導体と電気的に接触する、金の導体を形成している。一実施形態において、こういった金の導体は接地ラインである。
【００５４】
それから、薄膜層を貫いてインク供給穴６７がエッチングされる（または、薄膜層の製造中にパターニングする）。オリフィス層７４はデポジットされエッチングされて、チャンバ６０およびノズル６４を形成している。ノズル６４はまた、レーザ・アブレーションによって形成してもよい。
【００５５】
次いで、基板７０（図７）の裏側はマスキングされ、ＴＭＡＨのエッチャントを用いてエッチングが行われ、インク噴出チャンバ６０の行の長さに沿って延びる溝７６を形成している。エッチング技術にはいくつかあるが、そのいずれを用いてもよく、ウェットでもドライでもよい。ドライのエッチャントの例としては、例えばＸｅＦ2やＳｉＦ6がある。適切なウェットのエッチャントの例としては、例えばエチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、およびＴＭＡＨがある。他のエッチャントもまた用いてもよい。これらのうちのどの１つまたはそれらの組み合わせも、本出願に用いることができる。
【００５６】
溝７６は、インク噴出チャンバ１つとほぼ等しい幅であってもよく、多数の行のインク噴出チャンバを包含する幅であってもよい。溝は、製造プロセス中のいかなる時に形成してもよい。
【００５７】
溝７６の形成後、フィールド酸化物９０の上にあるウエハーの裏側には、厚さが０．１ミクロンのタンタル（Ｔａ）でできた接着層１０１が形成されている。
次いで、接着層１０１の上には、例えば金（Ａｕ）でできた、厚さが１．５ミクロンの熱伝導層１０２が形成されている。そして、熱伝導層１０２の上には、厚さが０．１ミクロンのタンタルでできた他の接着層１０３が形成されている。
【００５８】
図９は、図６のプリントヘッドにおけるインク噴出チャンバ６０の半分の平面図である。図９は、様々な層のエッチングを示し、図８と共に見なければならない。インク供給穴６７からスタートして、酸化物層およびパッシベーション層９０，９６，９８は、長さが約２ミクロンの棚部を形成している。棚部の長さは他の大きさ、例えば１〜１００ミクロンであってもよい。ＰＳＧ層９２を１ミクロン超えて延びているタンタル層１００（金の導体の接着層として用いる）が示されている。ＰＳＧ層９２は、抵抗器６２を２ミクロン超えて延びている。
【００５９】
図１０〜図１５は、図８のプリントヘッドの製造中の様々な段階間の、ウエハーの一部断面図である。特に明言しない限り、従来技術のデポジット、マスキング、およびエッチングの段階が用いられる。
【００６０】
図１０において、結晶方位が（１１１）のシリコン基板７０が真空チャンバ内に配置されている。従来の方法でフィールド酸化物９０が成長させられる。それから、従来技術を用いてＰＳＧ層９２がデポジットされる。図１０は、従来のフォトリソグラフィー技術を用いてＰＳＧ層９２の上に形成されているマスク１１０を示している。次いで、従来の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いてＰＳＧ層９２がエッチングされ、ＰＳＧ層９２を次に形成するインク供給穴から後退させている。
【００６１】
図１１において、マスク１１０は取り除かれ、ウエハーの表面にわたってＴａＡｌでできた抵抗層１１１がデポジットされている。それから、ＴａＡｌの上には、ＡｌＣｕでできた導電層１１２がデポジットされている。第１のマスク１１３はデポジットされ、従来のフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされている。そして、従来のＩＣ製造技術を用いて、導電層１１２と抵抗層１１１とがエッチングされている。他のマスキングおよびエッチングの段階（図示せず）を用いて、前述のように、ＡｌＣｕのうちヒータ抵抗器６２の上方にある部分が取り除かれている。結果として得られるＡｌＣｕ導体は、図１０〜図１５の視界の外にある。
【００６２】
図１２において、従来技術を用いて、パッシベーションの各層、窒化物９６および炭化物９８は、ウエハーの表面上にデポジットされている。それから、パッシベーションの各層がマスキングされ（視界の外）、従来技術を用いてエッチングされて、ＡｌＣｕ導電トレースの一部が露出され、次の金の導電層に電気的に接触するようにされている。
【００６３】
次いで、タンタルでできた接着層１００および金でできた導電層１１４がウエハー上にデポジットされ、第１のマスク１１５を用いてマスキングされ、従来技術を用いてエッチングされて、接地ラインを形成している。これらの接地ラインは、基板の縁に沿った接合パッドで終わっている。第２のマスク（図示せず）によって、金のうち、ヒータ抵抗器領域の上方等のＴａ接着層１００の上方にある部分が取り除かれている。
【００６４】
図１３は、図１２の段階の後、結果として得られる構造を示している。この構造は、薄膜層のうち、エッチングされてインク供給穴を形成する部分を露出するマスク１１６を有している。または、様々な薄膜層が形成される時に多数のマスキングおよびエッチングの段階を用いて、インク供給穴をエッチングしてもよい。
【００６５】
図１４は、薄膜層をエッチングした後の構造を示している。薄膜層は、異方性エッチャントを用いてエッチングされている。このインク供給エッチングプロセスは、いくつかのタイプのエッチング（ＲＩＥやウェット）を組み合わせたものであってもよい。インク供給穴６７は、製造中の膜のパターニングと組み合わせたエッチングで製造してもよい。この穴６７は、１つのマスクおよびエッチング段階で規定しても、一連のエッチングで規定してもよい。すべてのエッチングは、従来のＩＣ製造技術を用いてもよい。
【００６６】
そして、従来技術を用いてウエハーの裏側はマスキングされ、インク溝部７６（図７を参照）を露出している。エッチャントに水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いるウェットエッチングプロセスを用いて、溝７６はエッチングされ、断面に角度をつけている。他のウェットの異方性エッチャントもまた用いてもよい（U.Schnakenberg et al,TMAHW Etchants for Silicon Micromachining,Tech Digest,6th Int.Conf.Solid State Sensors and Actuators (Transducers’91),San Francisco,CA,June 24〜28,1991,pp.815〜818を参照）。このようなウェットエッチングで、角度をつけた溝７６が形成される。この溝７６は、プリントヘッドの長さに沿って延びていてもよく、または、プリントヘッドの機械的強度を上げるために、プリントヘッドの長さのうちのインク噴出チャンバ６０の下にある部分のみに沿って延びていてもよい。基板がインクと反応してしまうおそれがある場合には、基板上にパッシベーション層をデポジットしてもよい。
【００６７】
図１５において、タンタル接着層１０１は基板の底面にわたってフラッシュ蒸着(flash evaporated)またはスパッタリングされ、次に、金の熱伝導層１０２およびもう１つのタンタル層１０３が形成されている。これらの層は、熱伝導層としての役割を果たし、ブリッジ部に機械的強度を与える。
【００６８】
また、図１５は、オリフィス層７４の形成も示している。一実施形態において、オリフィス層７４は、ＳＵ８等の光画像形成可能な(photo-imagible)材料である。オリフィス層７４は、積層しても、シルクスクリーン印刷 (screened)しても、スパンオンしてもよい。インクチャンバおよびノズルは、フォトリソグラフィーによって形成されている。
【００６９】
オリフィス層７４のエッチング後に結果として得られる構造は、図８に示されている。オリフィス層７４はまた、第１の層がインクチャンバを規定するように形成され、第２の層がノズルを規定するように形成される、２段階のプロセスで形成してもよい。
【００７０】
次に、結果として得られるウエハーは切断され、個々のプリントヘッドを形成し、そして、プリントヘッド上の導体に電気的にアクセスするのに用いるフレキシブル回路（図示せず）は、基板の縁にある接合パッドに接続される。その結果として得られる装置は、図１に示すもの等のプラスチックのプリントカートリッジに固着され、プリントヘッドはプリントカートリッジ本体にシールしてインクがしみ出さないようになっている。
【００７１】
図１６は、プリントヘッドの第２の他の実施形態の部分断面図である。このプリントヘッドは、シリコン内の溝が薄膜に達するまでエッチングされていないということを除いては、図４に示すものと同様である。反対に、シリコン１２０の全部は部分的にエッチングされて、ヒータ抵抗器２４の下に薄いシリコンのブリッジを形成している。これを行うには、薄膜層がデポジットされる前に、ウエハーの前側がマスクでパターニングされて、溝領域内のシリコン領域のうち、貫通してエッチングを行わない領域を露出する。次に、露出した部分には、１から２ミクロンの適切な深さまで、ボロン等のＰ型ドーパントでドープされる。この深さは、１５ミクロン以上まで深くてもよい。それから、マスクが取り除かれる。
裏側のハードマスク(hardmask)を用いて、溝のエッチングが行われるところを規定する。次いで、ウエハーの裏側にはＴＭＡＨエッチングプロセスが行われ、それによって、シリコンのうちドープされていない部分のみがエッチングされることになる。この溝領域内では、抵抗器２４の下に、厚さが約１０ミクロンのシリコン部がある。
【００７２】
同様のプロセスを用いて、図４の薄いシリコンのブリッジを形成してもよい。
【００７３】
図４中の同じ参照番号で識別される薄膜層は、同一であってもよく、前述のものと同様の各プロセスを用いて次に形成される。オリフィス層１２２も、図８に示すものと同一であってもよい。
【００７４】
図１６のプリントヘッドの利点のひとつは、抵抗器２４の下のシリコンが同抵抗器２４から熱を伝導して取り去る、ということである。
【００７５】
集積回路製造の当業者であれば、本明細書において説明するプリントヘッド構造を形成するのに用いる様々な技術を理解しよう。各薄膜層やそれらの厚さは変化してもよく、またいくつかの層を削除してもよく、それでも本発明の利点が得られる。
【００７６】
図１７は、本発明を組み込むことができるインクジェットプリンタ１３０の一実施形態を示している。また、多数の他の設計のインクジェットプリンタも、本発明と共に用いてもよい。インクジェットプリンタの更なる詳細は、その参照において本明細書に組み込まれるＮｏｒｍａｎ  Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ他の米国特許第５，８５２，４５９号において得られる。
【００７７】
インクジェットプリンタ１３０は、紙のシート１３４を含む入力トレイ１３２を含んでいる。紙のシート１３４は、ローラ１３７を用いて、その上にプリントするためプリントゾーン１３５を通って送られる。それから紙１３４は、出力トレイ１３６に送られる。可動キャリッジ１３８は、プリントカートリッジ１４０〜１４３を保持している。プリントカートリッジ１４０〜１４３はそれぞれ、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）のインクをプリントするものである。
【００７８】
一実施形態において、交換式インクカートリッジ１４６内のインクは、柔軟性を有するインク管１４８を経由して関連するプリントカートリッジに供給されるようになっている。プリントカートリッジはまた、かなりの供給流体を保持するタイプであってもよく、再補充可能であってもあるいは再補充不可能であってもよい。他の実施形態において、インク供給容器はプリントヘッド部と別個であり、キャリッジ１３８においてプリントヘッド上に取り外し可能に取り付けられている。
【００７９】
キャリッジ１３８は、従来のベルトと滑車の装置によって、走査軸に沿って動き、摺動ロッド１５０に沿って摺動するようになっている。他の実施形態において、キャリッジは静止しており、静止したプリントカートリッジのアレイが、動いている紙のシート上にプリントしている。
【００８０】
従来の外部コンピュータ（例えばＰＣ）からのプリント信号が、プリンタ１３０によって処理され、プリントするドットのビットマップが生成される。次に、このビットマップは、該プリントヘッド用の発射信号に変換される。プリント中にキャリッジ１３８が走査軸に沿って左右に動いている時の位置は、光学エンコーダの細長片１５２によって判定され、キャリッジ１３８上の光電素子によって検出され、キャリッジが１回走査する間に、各プリントカートリッジ上の様々なインク噴出要素が、適切な時点において選択的に発射される。
【００８１】
上記プリントヘッドは、抵抗、圧電、その他のタイプのインク噴出要素を用いてもよい。
【００８２】
キャリッジ１３８におけるプリントカートリッジが紙のシートを横切って走査する時、各プリントカートリッジがプリントする１回分のプリント(swaths)は互いに重なり合う。１回またはそれよりも多い走査の後、紙のシート１３４は出力トレイ１３６に向かう方向にシフトし、キャリッジ１３８は走査を再開する。
【００８３】
本発明は、グリットホイール(grit wheel)、ローラ送り、またはドラムや真空ベルト技術を組み込んだもの等、他の媒体および／またはプリントヘッド移動機構を利用してプリント媒体をプリントヘッド装置に関して支持し移動させる他のプリントシステム（図示せず）にも、同様に適用可能である。グリットホイールの設計であれば、グリットホイールおよびピンチローラが、媒体を１つの軸に沿って前後に移動し、１つまたはそれよりも多いプリントヘッド装置を保持するキャリッジが、これに直交する軸に沿って媒体を通り過ぎて走査する。ドラムプリンタの設計であれば、媒体は回転するドラムに取り付けられ、ドラムは１つの軸に沿って回転し、１つまたはそれよりも多いプリントヘッド装置を保持するキャリッジが、これと直交する軸に沿って媒体を通り過ぎて走査する。ドラムの設計であってもグリットホイールの設計であっても、走査は通常、図１７に示すシステムの場合のように行ったり来たりする方法では行われない。
【００８４】
多数のプリントヘッドが単一の基板上に形成されてもよい。更に、プリントヘッドのアレイは、１ページ全部の幅にわたって延びて、プリントヘッドの走査が必要ないようにしてもよい。この場合、紙はアレイと垂直にシフトするのみである。
【００８５】
キャリッジ内には、他のカラーや定着剤を含む更なるプリントカートリッジがあってもよい。
【００８６】
このように本発明の特定の実施形態を示して説明したが、当業者には、そのより広い態様における本発明から逸脱することなく、変更および変形を行ってもよく、従って、特許請求の範囲は、その範囲内で、本発明の真の精神および範囲内にあるすべてのそのような変更および変形を包含する、ということが自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本明細書において説明するいずれのプリントヘッドを組み込んでもよい、プリントカートリッジの一実施形態の斜視図である。
【図２】本発明によるプリントヘッドの一実施形態の部分切り欠き斜視図である。
【図３】図２に示すプリントヘッドの下側の斜視図である。
【図４】図２の４−４線に沿った断面図である。
【図５】透明なオリフィス層を備える、図２のプリントヘッドの平面図である。
【図６】他の実施形態であるプリントヘッドの、部分平面図である。
【図７】図６の７−７線切り欠き斜視図である。
【図８】図７の８−８線に沿った断面図である。
【図９】図８のプリントヘッドの実施形態における単一のインク噴出チャンバの一部をより詳細に示す、平面図である。
【図１０】製造プロセスの様々な段階の間の１つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１１】製造プロセスの様々な段階の間の他の１つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１２】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１３】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１４】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１５】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１６】プリントヘッドの第２の他の実施形態の断面図である。
【図１７】その中に本発明のプリントヘッドを取り付けて媒体上にプリントしてもよい、従来のインクジェットプリンタの斜視図である。
【符号の説明】
２０  プリントヘッド基板
２４  インク噴出要素
２６  インク供給穴
２８  オリフィス層
３０  インク噴出チャンバ
３４  ノズル
３６  開口部
３８  インク路
４０〜５０  薄膜層
４０  フィールド酸化物層
４２  ＰＳＧ層
４６  保護層
【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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