(57)【要約】ＭＥＭＳ技術により形成したインク排出ノズル２２のアレイ１４を備える、インクジェットプリンタの印字ヘッド。繊細なノズル構造を保護するために、ノズルガード８０がアレイ１４の外面を被覆する。ガード８０には、孔８４の対応するアレイが形成される。ノズル２２を保有するシリコン基板１６にガード８０を取り付けるために、アライメント構成物１４８が、ノズルガード８０上の相補的構成物と係合するように構成される。ノズル２２とガード８０にあるそれぞれの孔８４との間を正確に整合するために、ノズル２２を形成するために使用される同じエッチングおよび堆積技術を使用して、アライメント構成物１４８が形成されてよい。
2004520200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷される媒体にインクを排出するためのノズルアレイと、
前記ノズルアレイに対応するインク孔アレイを有する孔付きノズルガード上の相補的形成物と係合するように構成されたアライメント形成物とを含み、
前記アライメント形成物と前記相補的形成物とが係合することにより、前記ガードが前記ノズルから前記媒体に排出されたインクの通常の軌道を妨害しないように、前記孔と前記ノズルとの整合状態が保持される、インクジェットプリンタの印字ヘッド。
【請求項２】
前記アレイにあるノズルの各々は、前記ノズルガードにある前記インク孔の１つに個々に整列される、請求項１に記載の印字ヘッド。
【請求項３】
前記ノズルアレイは、前記アライメント形成物を組み込んだシリコン基板上に形成される、請求項１に記載の印字ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルガードは、前記インク孔アレイを含む遮蔽物を有し、前記遮蔽物は、前記アライメント形成物と係合するように、前記遮蔽物から延在する一体形成された支柱により、前記シリコン基板から間隔を置いて設けられる、請求項３に記載の印字ヘッド。
【請求項５】
前記アライメント形成物は、前記孔と前記ノズルアレイと整列状態を維持するために、前記支柱の片側と滑動係合するように配置された前記シリコン基板上に間隔を置いて設けられた隆起部である、請求項３に記載の印字ヘッド。
【請求項６】
前記アライメント形成物は、前記ノズルガードと前記ノズルアレイの整列状態を維持するために、前記支柱の片側と滑動係合するように配置された前記基板にある窪みである、請求項４に記載の印字ヘッド。
【請求項７】
前記一体形成された支柱は、前記ノズルガードに形成された前記隆起部または前記窪みと係合するように、前記シリコン基板から延在する、請求項４に記載の印字ヘッド。
【請求項８】
前記アライメント形成物は、前記ノズルアレイの製作中に形成される、請求項１に記載の印字ヘッド。
【請求項９】
前記ノズルガードは、シリコンから形成される、請求項１に記載の印字ヘッド。
【請求項１０】
印刷される媒体にインクを排出するためのノズルアレイを有する印字ヘッドと、
前記ノズルアレイに対応するインク孔アレイを有する孔付きノズルガードとを含み、
前記印字ヘッドは、前記ガードが前記ノズルから前記媒体に排出されたインクの通常の軌道を妨害しないように、前記孔と前記ノズルとの整合状態を保持するために、前記孔付きノズルガード上の相補的形成物と相互に係合するアライメント形成物をさらに含む、インクジェットプリンタの印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１１】
前記アレイにあるノズルの各々は、前記ノズルガードにある前記インク孔の１つに個々に整列される、請求項１０に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１２】
前記ノズルアレイは、前記アライメント形成物を組み込んだシリコン基板上に形成される、請求項１０に記載の印字ヘッド。
【請求項１３】
前記ノズルガードは、前記インク孔アレイを含む遮蔽物を有し、前記遮蔽物は、前記アライメント形成物と係合するように、前記遮蔽物から延在する一体形成された支柱により、前記シリコン基板から間隔を置いて設けられる、請求項１２に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１４】
前記アライメント形成物は、前記孔と前記ノズルアレイと整列状態を維持するために、前記支柱の片側と滑動係合するように配置された前記シリコン基板上に間隔を置いて設けられた隆起部である、請求項１３に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１５】
前記アライメント形成物は、前記ノズルガードと前記ノズルアレイの整列状態を維持するために、前記支柱の片側と滑動係合するように配置された前記基板にある窪みである、請求項１３に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１６】
前記一体形成された支柱は、前記ノズルガードに形成された前記隆起部または前記窪みと係合するように、前記シリコン基板から延在する、請求項１２に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１７】
前記アライメント形成物は、前記ノズルアレイの製作中に形成される、請求項１０に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１８】
前記ノズルガードは、シリコンから形成される、請求項１０に記載の印字ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【同時係属出願】
【０００１】
本発明によるさまざまな方法、システム、および装置が、本願出願人または譲受人により出願された以下の同時係属中の出願に開示されている。
ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１７
これらの同時係属中の出願の開示は、本願明細書に参照により援用されたものとする。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、印刷媒体の製作に関し、特に、インクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００３】
インクジェットプリンタは、公知の広く使用されている印刷媒体の製作形態である。印字ヘッド上のディジタル制御されたノズルのアレイに、インクが供給される。印字ヘッドが媒体上を通過すると、ノズルのアレイからインクが排出されて、媒体上に像を生成する。
【０００４】
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。ノズルから排出される個々のインク滴の量、頻度、および速度は、これらの性能パラメータに影響を与えることになる。
【０００５】
最近では、サブミクロン厚みの機械的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。これにより、ピコリットル（×１０−１２リットル）範囲のサイズのインク滴を迅速に排出可能な印字ヘッドを製作できるようになる。
【０００６】
これらの印字ヘッドの顕微鏡的な構造により、比較的低コストで高速かつ良好な印刷品質が得られるが、それらのサイズにより、ノズルが極めて壊れやすく、指、塵や媒体の基材と極僅かに接触するだけでダメージを受けやすい。これにより、これらの印字ヘッドは、ある一定レベルの堅牢性が必要な場合、実用的でないことも多い。さらに、ダメージを受けたノズルは、ノズルに供給されるインクを排出できないことがある。インクが蓄積し、ノズルの外部で玉のようになるため、周りのノズルからのインクの排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は、すぐに印刷基材にインクを漏出することになる。両方の状況とも、印刷品質に好ましくない。
【０００７】
この問題を解消するために、ノズル上に孔付きガードが取り付けられて、ダメージを与える接触からノズルを遮蔽してよい。ノズルから排出されるインクは、孔を通過して、紙または印刷される他の基材上に進む。しかしながら、ノズルを効果的に保護するために、孔のサイズをできるだけ小さくして、インク滴の通過が可能な状態を保ちながら、異物の進入制限を最大限にする必要がある。各ノズルは、ガードにある個々の孔を通してインクを排出することが好ましい。しかしながら、ＭＥＭＳデバイスの顕微鏡的スケールを考えれば、ガードとノズルの間にわずかなズレがあれば、インク滴の経路が妨げられることになる。
【発明の概要】
【０００８】
第１の態様によれば、本発明により、印刷される媒体にインクを排出するためのノズルアレイと、ノズルアレイに対応するインク孔アレイを有する孔付きノズルガード上の相補的形成物と係合するように構成されたアライメント形成物とを含み、アライメント形成物と相補的形成物とが係合することにより、ガードがノズルから媒体に排出されたインクの通常の軌道を妨害しないように、孔とノズルとの整合状態が保持される、インクジェットプリンタの印字ヘッドが提供される。
【０００９】
本願明細書において、「ノズル」という用語は、開口部を規定する要素とするが、開口部そのものではないと理解されたい。
【００１０】
別の態様によれば、本発明により、印刷される媒体にインクを排出するためのノズルアレイを有する印字ヘッドと、ノズルアレイに対応するインク孔アレイを有する孔付きノズルガードとを含み、印字ヘッドは、ガードがノズルから媒体に排出されたインクの通常の軌道を妨害しないように、孔とノズルとの整合状態を保持するために、孔付きノズルガード上の相補的形成物と相互に係合するアライメント形成物をさらに含む、インクジェットプリンタの印字ヘッドアセンブリが提供される。
【００１１】
アレイにあるノズルの各々は、ノズルガードにあるインク孔の１つと個々に整列されることが好ましい。しかしながら、本発明のいくつかの形態は、ノズルガードのインク通路の１つを共有する２つ以上のノズルを有してよい。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態において、ノズルアレイは、アライメント形成物を組み込んだシリコン基板上に形成される。ノズルガードは、インク孔のアレイを含む遮蔽物を有するものであってよく、この遮蔽物は、アライメント形成物と係合するように遮蔽物から延在する一体形成された支柱により、シリコン基板から間隔を置いて設けられる。１つの好適な形態において、アライメント形成物は、孔をノズルアレイと整列させた状態を維持するために、支柱の片側と滑動係合するように配置されたシリコン基板上に間隔を置いて設けられた隆起部である。
【００１３】
別の形態において、アライメント形成物は、ノズルガードをノズルアレイと整列させた状態を維持するために、支柱の片側と滑動係合するように配置された基板にある窪みである。本発明の他の形態が、ノズルガードに形成された連続的な隆起部または窪みと係合するように、一体形成され、シリコン基板から延在する支柱を有してよいことは言うまでもない。
【００１４】
特定の好適な実施形態において、アライメント形成物は、ノズルアレイの製作中に形成される。この製作システムは、ノズルと通路を０．１ミクロン内に整列させることが予想されている。さらに、ミクロ整合の容易さ、および精度、強度、剛性、および印字ヘッドのものと一致する熱膨張率の点で、シリコンからノズルガードを形成することが好ましい。
【００１５】
アライメント形成物は、印字ヘッドの表面積の一定割合を必ず占めることになるため、ノズルのパッキング密度に悪影響を及ぼす。要求される印字ヘッドチップ面積が増えると、チップの製造コストが追加される。しかしながら、印字ヘッドとノズルガードを組み立てる従来の方法で、要求される精度を与えようとする状況において、本発明は、比較的高いノズル欠陥率を効果的に補償することになる。
【００１６】
ノズルガードは、流体が通路を通るように方向付けるための流体入口開口部をさらに含んで、ノズルアレイ上の異粒子が蓄積しないようにしてよい。この実施形態において、流体入口開口部は、支柱に配設されてよい。
【００１７】
開口部から、ノズルアレイ上、さらに通路から出るように空気が方向付けられる場合、ノズルアレイ上に異粒子の蓄積が阻止されることを理解されたい。
【００１８】
流体入口開口部は、ノズルアレイのボンディングパッドから離れた位置にある支持要素に配設されてよい。
【００１９】
ノズルガードを印字ヘッドに与えることにより、ノズル構造は、ほとんどの他の表面に触れたり衝突したりすることから保護することができる。与えられる保護を最適化するために、ガードは、ノズルの外側を被覆する平坦な遮蔽物を形成し、この遮蔽物は、インク滴を排出できる程度に大きいが、偶然の接触またはほとんどの塵粒子の進入を防止できる程度に小さい通路アレイを有する。シリコンから遮蔽物を形成することにより、その熱膨張率は、ノズルアレイのものに実質的に一致する。これにより、遮蔽物の通路アレイとノズルアレイとの位置ずれが防止される。また、シリコンを使用することにより、ＭＥＭＳ技術を用いて、遮蔽物を正確にミクロ機械加工することができる。さらに、シリコンは、非常に堅固なものであり、実質的に変形できないものである。
【００２０】
例示的目的のみにより、添付の図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について記載する。
【図面の詳細な説明】
【００２１】
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により概して示されている。インクジェット印字ヘッドが、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。アレイ１４については、以下でさらに詳細に記載する。
【００２２】
アセンブリ１０は、誘電体層１８が堆積されるシリコン基板またはウェハ１６を含む。誘電体層１８上に、ＣＭＯＳパッシベーション層２０が堆積される。
【００２３】
各ノズルアセンブリ１０は、ノズル開口部２４を規定するノズル２２と、レバーアーム２６の形態の接続部材と、アクチュエータ２８とを含む。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。
【００２４】
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とを含む。スカート部分３２は、ノズルチャンバ３４の周辺壁の一部を形成する。ノズル開口部２４は、ノズルチャンバ３４と流通状態にある。ノズル開口部２４は、ノズルチャンバ３４にあるインク体４０のメニスカス３８（図２）を「ピンする」隆起した縁部３６により囲まれていることに留意されたい。
【００２５】
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を通るように規定されたインク入口チャネル４８と流通状態にある。
【００２６】
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の周辺壁の第１の部分を規定し、壁部分５０は、ノズルチャンバ３４の周辺壁の第２の部分を規定する。
【００２７】
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その自由端に内向きリップ５２を有する。インク４０の速度と、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。
【００２８】
アクチュエータ２８は、熱式の曲げアクチュエータであり、基板１６から、または、特に、ＣＭＯＳパッシベーション層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。
【００２９】
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を含む。好適な実施形態において、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なるか、またはそれを含む。
【００３０】
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を通ってインクが排出される。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滴のネック部分が破裂することにより、インク滴６４が形成される。その後、インク滴６４は、紙などの印刷媒体に進む。インク滴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。
【００３１】
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色印字ヘッド用のものである。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つの群７０を含む。各群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、群７０の１つをさらに詳細に示す。
【００３２】
列７２および７４のノズルアセンブリ１０を近接してパッキングしやすいように、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に対してずらされるが、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。
【００３３】
さらに、列７２および７４のノズル２２を近接してパッキングしやすいように、各ノズル２２は、実質的に六角形の形状である。
【００３４】
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部２４が僅かな角度をもった位置にあるため、インクが垂直方向からわずかにずれて排出されることは、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に示す配列の利点である。したがって、列７２のノズル２２から排出されたインクと、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。
【００３５】
また、図５に示すように、基板１６は、上側に配設されたボンディングパッド７６を有し、これにより、パッド７６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層を介して形成される（図示せず）。
【００３６】
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、インクが適切に排出されなければ、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。また、各封じ込めチャンバ１４６には、漏れたインクの存在を検出でき、ノズルアレイ１４の作動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る能力があることも予想される。故障耐性機能を用いて、ダメージを受けたものは、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、印刷品質を維持することができる。
【００３７】
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、アレイのノズルパッキング密度が下がる。これにより、印字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、印刷品質に及ぼす何らかの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。
【００３８】
封じ込め形成物が、ノズル群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。ノズル群を隔離することにより、ノズルパッキング密度は良好になるが、周りのノズル群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。
【００３９】
図７を参照すると、ノズルアレイを保護するためのノズルガードが示されている。図１から図６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。
【００４０】
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が貫通して規定された遮蔽物８２を含む。孔８４が、アレイ１４のノズルアセンブリ１０のノズル開口部２４と整合されることにより、ノズル開口部２４の任意の１つからインクが排出されると、インクは、関連する孔８４を通過した後、媒体に当たる。
【００４１】
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、印字ヘッドが通常の動作温度まで加熱されるとき、遮蔽物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技術を用いる高精度のミクロ整合には、シリコンもまた適している。
【００４２】
遮蔽物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。
【００４３】
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。
【００４４】
インク滴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、インク滴６４は、約３ｍ／ｓの速度でノズル２２から排出される。空気は、約１ｍ／ｓの速度で通路８４を介して充填される。
【００４５】
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。
【００４６】
孔８４とノズル２２との間のアライメントは非常に重要である。しかしながら、ＭＥＭＳデバイスの顕微鏡的スケールにより、ノズル上にガード８０を正確に位置決めることが困難である。図７ａに示すように、シリコンウェハまたは基板１６には、支柱８６の自由端と係合するように構成された間隔を置いて設けられた隆起部１４８などのアライメントが設けられてよい。隆起部１４８は、同じエッチングおよび堆積技術を用いて、ノズル２２とともに高精度に形成されてよい。図７ａは、アライメント隆起部１４８を形成するポリイミドなどの閉じ込められた犠牲材料を示す。他の構成において、追加の隆起部１４８が、図５Ａおよび図５Ｂに示す封じ込め壁１４４と係合する。この形態において、隆起部１４８は、ある一定の表面積を占め、ノズルパッキング密度に悪影響を及ぼすが、各孔８４をそれぞれのノズル２２と整列させてしっかりと保持する。
【００４７】
他の構成において、ガード８０上に設けられた相補的な構成物と係合するウェハ基板１６上の窪みやソケットなどのアライメント構成物が設けられてよい。
【００４８】
ＣＭＯＳエッチングおよび堆積技術を用いて形成されたアライメント構成物は、０．１μｍのオーダーのアライメント精度を与えることができる。
【００４９】
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。
【００５０】
シリコン基板１６から始まり、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、ボンディング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。
【００５３】
ＣＭＯＳパッシベーション層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。
【００５４】
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がポリイミドからなる場合、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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がレジストからなる場合、３００℃を超える温度でハードベークされる。
【００６０】
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。
【００６１】
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を規定することに留意されたい。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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が規定される。
【００６７】
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。
【００６８】
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「ピンする」ノズル開口部２４付近のノズルリム３６が形成される。
【００６９】
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。ウェハ基板１６は、ウェハ基板１６をバックエッチングするようにマスク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。
【００７０】
ウェハ基板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。
【００７１】
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、本発明にさまざまな変更および／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】
【００７２】
【図１】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの３次元の略図を示す。
【図２】図１のノズルアセンブリの動作を示す３次元の略図を示す。
【図３】図１のノズルアセンブリの動作を示す３次元の略図を示す。
【図４】図１のノズルアセンブリの動作を示す３次元の略図を示す。
【図５】ノズルガードまたは封じ込め壁を備えたインクジェット印字ヘッドを構成するノズルアレイの３次元図を示す。
【図５Ａ】ノズルガードおよび封じ込め壁を備えた印字ヘッドの３次元断面図を示す。
【図５Ｂ】各ノズルを隔離する封じ込め壁を切り取ったノズルの断面平面図を示す。
【図６】図５のアレイの一部の拡大図を示す。
【図７】封じ込め壁を備えていないノズルガードを含むインクジェット印字ヘッドの３次元図を示す。
【図７Ａ】ノズルガードと係合するシリコン上のアライメント構成物を備えたインクジェット印字ヘッドの拡大３次元図を示す。
【図８Ａ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｂ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｃ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｄ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｅ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｆ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｇ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｈ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｉ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｊ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｋ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｌ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｍ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｎ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｏ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｐ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｑ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図８Ｒ】インクジェット印字ヘッドのノズルアセンブリの製造ステップの３次元図を示す。
【図９Ａ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｂ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｃ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｄ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｅ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｆ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｇ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｈ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｉ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｊ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｋ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｌ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｍ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｎ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｏ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｐ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｑ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図９Ｒ】製造ステップの断面側面図を示す。
【図１０Ａ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｂ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｃ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｄ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｅ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｆ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｇ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｈ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｉ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｊ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１０Ｋ】製造プロセスにおけるさまざまなステップで使用されるマスクのレイアウトを示す。
【図１１Ａ】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３次元図を示す。
【図１１Ｂ】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３次元図を示す。
【図１１Ｃ】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３次元図を示す。
【図１２Ａ】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。
【図１２Ｂ】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。
【図１２Ｃ】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。
【符号の説明】
【００７３】
１６  シリコン基板またはウェハ
７２，７４  ノズルアセンブリの列
８４  孔
８６  支柱
１４８  アライメント構成物
【国際公開パンフレット】
2004520200.tif 000003
2004520200.tif 000004
2004520200.tif 000005
2004520200.tif 000006
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【国際調査報告】
2004520200.tif 000048
2004520200.tif 000049
2004520200.tif 000050