(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント装置を形成する方法であって、
プリントヘッド基板を設けるステップと、
前記基板の第１の表面に複数の薄膜層を形成し、前記薄膜層のうちの少なくとも１つが複数のインク射出要素を形成するようにするステップと、
前記薄膜層のうちの少なくともいくつかを貫通してインク供給開口部を形成するステップと、
前記インク供給開口部と前記基板との間に保護層を設けるステップと、
トレンチエッチングを行うため前記基板の第２の表面をマスキングするステップと、
前記基板の前記第２の表面をエッチングして第１のトレンチ部を形成するステップと、
少なくとも前記インク供給開口部と前記基板との間にある前記保護層を除去するステップと、
前記基板の前記インク供給開口部を通じて露出された部分をさらにエッチングし、前記トレンチのエッジを実質的に前記インク供給開口部に自己整合させるステップと
からなる方法。
【請求項２】
前記薄膜層はフィールド酸化物層を含み、前記保護層は前記薄膜層をエッチングして前記インク供給開口部を形成した後に残る前記フィールド酸化物層の一部である、請求項１の方法。
【請求項３】
前記保護層を設けるステップは、前記インク供給開口部を形成した後に前記インク供給開口部内に保護層を形成するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項４】
前記インク供給開口部を形成するステップは、前記薄膜層を完全に貫通して開口部を形成するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項５】
前記方法は前記薄膜層の上にオリフィス層を形成するステップをさらに含み、前記オリフィス層は複数のインク射出チャンバを規定し、該チャンバのそれぞれが内部にインク射出要素を有し、前記オリフィス層は前記インク射出チャンバのそれぞれについてノズルをさらに規定する、請求項１の方法。
【請求項６】
前記保護層を設けるステップは、ＴＥＯＳを堆積するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項７】
前記保護層を設けるステップは、インク供給開口部の領域よりも広い領域にわたって保護層を形成するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項８】
前記インク供給開口部を形成するステップは、各インク射出要素の付近のみにインク供給開口部を形成するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項９】
前記インク供給開口部を形成するステップは、前記基板の中央部を横切って延びる細長いインク供給開口部を形成するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記インク供給開口部を形成するステップは、前記基板の中央部に長方形のインク供給開口部を形成するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記薄膜層のうちの前記基板に直接隣接する最下部の層、および前記保護層は、前記基板の前記第２の表面をエッチングして前記第１のトレンチ部を形成するステップの際にエッチング止めとして機能する、請求項１の方法。
【請求項１２】
前記基板の前記第２の表面をエッチングして第１のトレンチ部を形成するステップは、前記基板をＴＭＡＨ溶液でエッチングし、前記第２の表面に対して斜めのトレンチエッジを形成するステップを含む、請求項１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モノリシック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、一般に、プリンタに供給される紙の幅を横切るように往復して走査するキャリッジに取りつけられたプリントヘッドを有する。インクリザーバがキャリッジに搭載されている場合またはキャリッジの外部にある場合、いずれの場合であっても、インクリザーバからのインクは、プリントヘッド上のインク射出チャンバへ供給される。それぞれのインク射出チャンバは、ヒータ抵抗器や圧電要素などのインク射出要素を含み、これらは独立に動作させることが可能になっている。インク射出要素に通電することによって、ノズルを通ってインク滴が射出され、媒体上に小さなドットが生成される。生成されたドットのパターンは、画像またはテキストを形成する。
【０００３】
本願の出願人に譲渡され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」という題された米国特許番号第５，６４８，８０６号には、特定の１タイプのプリントヘッドおよびインクジェットプリンタに関するさらなる情報が見られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
消費者市場の厳しい要求を満たすためにプリントヘッドの解像度および印刷速度が上がるにつれて、新しいプリントヘッドの製造技術および構造が必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本明細書は、集積回路技術を用いて形成されるモノリシックプリントヘッドを説明する。シリコン基板の上面に、抵抗層を含む薄膜層が形成される。これら様々な層がエッチングされて、ヒータ抵抗器要素への導体が形成される。抵抗器要素の代わりに、圧電要素を用いてもよい。
【０００６】
それぞれのインク射出チャンバについて、少なくとも１つのインク供給穴（インク供給開口部）が薄膜層を貫通して形成される。一実施形態では、インク供給穴領域の上に保護層が堆積される。
【０００７】
薄膜層の上面にオリフィス層が形成されて、ノズルおよびインク射出チャンバを規定する。一実施形態では、オリフィス層を形成するのに、光によって規定可能な材料が用いられる。
【０００８】
基板の底面に、トレンチマスクが形成される。トレンチは、基板の露出した底面を貫通してエッチングされる（例えば、ＴＭＡＨを用いて）。トレンチは、基板のうちのインク供給穴の下方にある部分を、エッチングによって完全に取り除く。保護層によって、ＴＭＡＨが表側からインク供給穴を通って基板をエッチングすることが防止される。
【０００９】
次に保護層を除去し、第２のトレンチエッチングを行う。ＴＭＡＨ溶液は、基板のうちのインク供給穴を通して露出した部分をエッチングによって取り除く。第２のトレンチエッチングは、本来的に、トレンチのエッジをインク供給穴に整合させる。この２段階のトレンチエッチングによってトレンチマスクについての公差が緩和され、トレンチが精密に位置決めされる。これは、トレンチの側壁が、結局は薄膜開口部に整合するからである。
【００１０】
他の実施形態において、個別の保護層は堆積されない。その代わり、薄膜層の１つとして基板の上に形成されるフィールド酸化物（ＦＯＸ）層を、保護のために用いる。インク供給穴が、薄膜層を貫通してＦＯＸ層までエッチングされる。前の実施形態と同様に、第１のトレンチエッチングが施される。ＦＯＸ層のうちのインク供給穴領域にある部分が、バッファード酸化物エッチングで除去される。次に第２のトレンチエッチングが施され、これによって、トレンチの側壁が薄膜開口部に自己整合する。この工程は、個別の保護層を用いる前の実施形態よりも経済的である。
【００１１】
結果として得られる完全に統合されたサーマルインクジェットプリントヘッドは、構造全体がモノリシックなのため、非常に精密な公差で製造することが可能であり、次世代のプリントヘッドについての要求を満たしている。
【００１２】
この工程は、プリントヘッド以外の装置に開口部を形成するのに用いることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のプリントヘッド構造を組み込むことのできるインクジェットプリントカートリッジ１０の１つの斜視図である。図１のプリントカートリッジ１０は、その本体１２内にかなりの量のインクを含むタイプであるが、他の好適なプリントカートリッジとしては、プリントヘッドに搭載されているかまたは管によってプリントヘッドに接続されている外部インク供給源からインクを受け取るタイプであってもよい。
【００１４】
インクはプリントヘッド１４に供給される。以下で詳述するプリントヘッド１４は、インク射出要素を含むそれぞれのインク射出チャンバ内へインクを流し込む。接点１６に電気信号が供給されてインク射出要素を個別に通電し、関連するノズル１８を通してインク滴が射出される。従来のプリントカートリッジの構造および動作は、非常によく知られている。
【００１５】
図２は、図１のプリントヘッドを２−２線に沿って切った部分断面図である。１つのプリントヘッドは、３００個以上のノズル及びそれに関連するインク射出チャンバを有することができるが、本発明を理解するためには、１つのインク射出チャンバのみの詳細を説明すればよい。当業者にはまた、複数のプリントヘッドが単一のシリコンウェーハ上に形成され、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はずである。
【００１６】
図２において、シリコン基板２０の上に様々な薄膜層２２が形成されている。これについては、以下で詳細に説明する。薄膜層２２には、抵抗器２４を形成するための抵抗層が含まれる。その他の薄膜層は、基板２０からの絶エッジ、ヒータ抵抗器要素から基板２０への熱伝導経路の提供、抵抗器要素への導体の提供など様々な機能を果たす。一つの導体が、抵抗器２４の一端に通じていることが示されている。同様の導体が、抵抗器２４の他端にも通じている。実際の実施形態においては、チャンバ内の抵抗器および導体は上の層に覆い隠される。
【００１７】
薄膜層２２を完全に貫通してインク供給穴２６が形成される。１個のチャンバに複数の穴を形成することができる。代わりに、インク射出チャンバ３０の並びに対して共通のインクチャネルを設けるためオリフィス層２８にマニホルドを形成してもよい。
【００１８】
薄膜層２２の表面上にオリフィス層２８が堆積されエッチングされて、１個の抵抗器２４当たり１個のインク射出チャンバ３０を形成する。ノズル３４は、従来の写真平板技術を用いて形成してもよい。
【００１９】
シリコン基板２０をエッチングして、インク供給穴２６の行の並びの長さ方向に沿って延びるトレンチ３６を形成し、インクリザーバからのインク３８がインク供給穴２６に入り、インク射出チャンバ３０へインクを供給することができるようになっている。後述する２段階のエッチング工程は、トレンチ３６のエッジをインク供給穴２６と精確に整合させるために用いられる。
【００２０】
一実施形態において、それぞれのプリントヘッドは長さが約１／２インチであり、２つのオフセットされたノズルの行を含む。それぞれの行は１５０個のノズルを含み、１個のプリントヘッド当たり全部で３００個のノズルがある。したがってプリントヘッドは、ノズルの行の方向について、シングルパスで１インチ当たり６００ドット（６００ｄｐｉ）の解像度で印刷することができ、マルチパスではそれよりも高い解像度で印刷することができる。また、プリントヘッドの走査方向についても、それよりも高い解像度で印刷することができる。本発明を用いて１２００ｄｐｉ以上の解像度を得ることができる。
【００２１】
動作について述べると、ヒータ抵抗器２４に電気信号が供給され、これによってインクの一部が気化され、インク射出チャンバ３０内に気泡が形成される。この気泡は、関連するノズル３４を通して媒体上へインク滴を進ませる。そして、インク射出チャンバ３０は、毛管作用によって再補充される。
【００２２】
図３は、図２のプリントヘッドを下から見た図であり、プリントヘッドに形成された２つの平行なインク射出チャンバのアレイが示されている。２行のインク射出チャンバ３０は、オフセットされてもよい。様々な図において同じ数字で示す要素は、同様または同一のものであってもよい。
【００２３】
トレンチよりも上にある棚状の薄膜層は、膜と呼ばれる。この膜の幅を、図３において破線４０で示す。図２のプリントヘッドを形成する特定の方法は、２段階のトレンチエッチング工程を用いる。第１のトレンチエッチングの結果、破線４２で示す膜幅になるが、これは最終的な膜幅４０よりも狭い。後述するように、これによって、第１のトレンチエッチング用のマスクを、きわめてゆとりのある公差にすることができる。第２のトレンチエッチングの後、トレンチの側壁は、薄膜層により規定されるインク供給穴２６に自己整合される。
【００２４】
図４は、図２の４−４のラインに沿って切った断面図であり、第２の行のインク射出チャンバを含めたプリントヘッドの補足的な部分を示している。抵抗器２４を含む薄膜層２２が簡略化されて示されている。図４のさらなる詳細については、図５および図６Ａ〜Ｇに関連して説明する。
【００２５】
図５は、図２の４−４のラインに沿って切った断面図であり、単一のインク射出チャンバと、これに関連するプリントヘッドの構造を示している。図５は個々の薄膜層の一実施形態を示しており、図６Ａ〜Ｇは、図２〜５のプリントヘッドを製造するのに用いる様々な工程を示す。特に言及しない限り、これらの工程には、従来の堆積、マスキング、およびエッチング等の工程が用いられる。
【００２６】
図６Ａにおいて、結晶方位が＜１００＞のシリコン基板２０が、真空チャンバ内に配置される。バルクシリコンは、厚さが約６７５μｍである。
【００２７】
従来の技術を用いて、シリコン基板２０の上に厚さが１．２μｍのフィールド酸化物層４６が形成される。次に、従来の技術を用いて、フィールド酸化物層４６の上に厚さ０．５μｍのＰＳＧ（燐酸シリケートガラス）層４８が堆積される。
【００２８】
従来の写真平板技術を用いて、ＰＳＧ層４８の上にマスク４９が形成される。マスク４９は、図３および図７にも示されている。次に、従来の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、ＰＳＧ層４８をエッチングし、ＰＳＧ層４８を、次に形成するインク供給穴から引っ込めておく。これによって、ＰＳＧ層４８がインクから保護される。
【００２９】
ＰＳＧ層４８の代わりにＢＰＳＧまたはＴＥＯＳ（ＢＴＥＯＳ）層を用い、層４８と同様の方法でエッチングを施してもよい。
【００３０】
図６Ｂにおいて、マスク４９が除去され、次にＰＳＧ層４８上に、例えば厚さ０．１μｍのタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）などの抵抗層５０が堆積される。また、他の既知の抵抗層を用いることもできる。次に、ＡｌＣｕの導電層２５が、ＴａＡｌの上に堆積される。マスク５４が堆積されて従来の写真平板技術を用いてパターニングされ、従来のＩＣ製造技術を用いて導電層２５および抵抗層５０がエッチングされる。別のマスキングおよびエッチング工程（図示せず）を用いて、図２に示すように、ＡｌＣｕのうちのヒータ抵抗器２４の上にある部分が除去される。結果として得られるＡｌＣｕの導体は、図６Ａ〜Ｇの視界外にある。
【００３１】
導電層２５と抵抗層５０をエッチングすることによって、第１の抵抗器寸法（例えば、幅）が規定される。第２の抵抗器寸法（例えば、長さ）は、導電層２５をエッチングし、抵抗部が導電トレースに２つの端部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、当該分野において周知である。導電トレースは、プリントヘッドの中央を横切っては延びず、エッジに沿って延びるように形成される。基板２０上には、通電信号を抵抗器２４に供給する適切なアドレス指定回路およびパッドが設けられる。
【００３２】
図６Ｃにおいて、抵抗器２４および導電層２５の上に、厚さ０．５μｍの窒化ケイ素層５６を形成する。この層は、絶縁およびパッシベーションを行う。
【００３３】
窒化ケイ素層５６上に、厚さ０．２５μｍの炭化ケイ素層５８を形成して、さらなる絶縁およびパッシベーションを行う。窒化ケイ素層５６および炭化ケイ素層５８によって、ＰＳＧ層４８がインクおよび腐食液から保護されることになる。窒化ケイ素や炭化ケイ素の代わりに、他の絶縁体層を用いてもよい。
【００３４】
次に、これらのパッシベーション層はマスクされ（視界外）、従来の技術を用いてエッチングされて導電層２５の一部が露出され、後に接地線を設けるための金の導電層に電気的に接触される。
【００３５】
次に、炭化ケイ素層５８上に、タンタル（Ｔａ）の気泡キャビテーション層６０が形成される。タンタル層６０上には、金（Ａｕ）６２が堆積されてエッチングされ、導電層２５のトレースのうち特定の一つに電気的に接続された接地線を形成する。接地線は、基板２０のエッジに沿ったボンディングパッドにより終端される。
【００３６】
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は、前述の米国特許第５，６４８，８０６号において説明されている。
【００３７】
図６Ｄにおいて、マスク６６がパターニングされ、露出された薄膜層の一部がエッチングにより取り除かれ、インク供給穴２６（図２）が形成される。または、様々な薄膜層を形成するときにマスキング及びエッチングインクを行い、複数のマスキング及びエッチング工程を用いて供給穴をエッチングすることもできる。
【００３８】
次に、異方性エッチングを用いて、各薄膜層がエッチングされる。このインク供給穴エッチング工程は、いくつかのタイプのエッチング（ＲＩＥまたはウェットエッチング）を組み合わせたものであってもよい。各薄膜層をエッチングして貫通する方法は、従来のＩＣ製造技術を用いてもよい。エッチングが行われた後のウェーハが、図６Ｅに示されている。
【００３９】
図２のトレンチ３６を形成するとき、裏側のトレンチマスクを完全にインク供給穴２６に整合させることは困難である。後述する製造工程は、トレンチ３６をインク供給穴２６に整合させる技術を含む。
【００４０】
図６Ｆにおいて、従来の写真平板技術を用いて、表側の保護層７０が堆積され形成される。一実施形態において、保護層７０は、バッファード酸化物エッチング（ＢＯＥ）で素早く容易に除去することができるほど充分薄いが、約１５時間のトレンチエッチングの間ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）の腐食液への露出に耐えることができるほど充分厚い厚さ（例えば、１０００オングストローム＝１０-7ｍ）のプラズマＴＥＯＳである。保護層７０は、酸化物、窒化物、および酸窒化物を含む、任意の適切な材料であってもよい。この操作を行うためのマスクは、インク供給穴のマスクを反転させたものであるが、それよりもわずかに大きくなっていて、インク供給穴の開口部全体が保護層７０に覆われることを保証している。保護層７０のマスクの境界を図３に示す。
【００４１】
図６Ｇを参照して、次にオリフィス層２８が堆積して形成される。オリフィス層２８は、ＳＵ８と呼ばれるスピンコートしたエポキシで形成されてもよい。またはオリフィス層２８は、張り合わせやスクリーン印刷で形成してもよい。一実施形態において、このオリフィス層は約２０μｍである。インク射出チャンバ３０（図２）およびノズル３４は、写真平板によって形成される。一つの方法としては、半照射量の紫外線放射を用いる第１のマスクによって、ノズル３４が形成される位置を除いてＳＵ８の上面が「硬化」させられる。次に、全照射量の紫外線を用いる第２のマスクによって、ノズル３４またはインク射出チャンバ３０のいずれも形成されない領域において、ＳＵ８が露光される。これら２回の露光の後、ＳＵ８は現像され、硬化した部分は残るが、ＳＵ８のノズル部分及びインク射出チャンバ部分は除去される。
【００４２】
薄膜層および形成したオリフィス層２８が図４に示されている。
【００４３】
次に、従来の技術を用いてウェーハの裏側をマスキングし（マスク７６によって）、ウェーハの裏側のうちの、ＴＭＡＨのトレンチエッチングを行う部分を露出する。裏側のマスク７６は、従来の写真平板技術を用いて形成したＦＯＸのハードマスクであってもよい。ウェーハを、ウェットなＴＭＡＨ腐食液に浸漬する。それによって、図４に示すような斜めの断面が形成される（破線７８で示される）。この第１のエッチングは、ＦＯＸ層４６および保護層７０を貫通してエッチングするのに充分な時間だけ行われる。この第１のエッチングの後の、トレンチの壁のうちの破線７８の部分は、上へ延びてインク供給穴領域内に入る。その結果得られるトレンチの壁間の膜幅は、図３に破線４２で示される。トレンチ幅は、典型的には２００μｍよりも狭く、一実施形態において、２０〜６０μｍの間である。裏側のマスキングは、整合ずれに対して大きなマージンがある。このような整合ずれがあると、通常は、インク供給穴の領域が制限され、プリントヘッドの流体特性に悪影響を及ぼしてしまう。しかし、後述の工程によって、このような整合ずれの悪影響が回避される。
【００４４】
次に、このウェーハはＢＯＥ溶液内に置かれ、ＢＯＥ溶液によって保護層７０が除去される。取り除かれた保護層７０の像が、図４に示されている。
【００４５】
次にウェーハには、再びＴＭＡＨウェットエッチングが行われる。このエッチングにおいては、腐食液は、シリコンのうちインク供給穴２６を通して露出した部分に接触する。これによって、本来的に、図４に示すようなインク供給穴２６のエッジに自己整合した斜めのエッチングが行われる。この第２のトレンチエッチングの間、トレンチはインク供給穴のエッジに達するまで急速に幅が広がる。図３および図４は、意図的にインク供給穴２６に関して整合がずれた（図３の線４２を参照されたい）第１のトレンチエッチングを示しており、第２のエッチングの後に得られるトレンチが、インク供給穴に整合したエッジを有することを示している（図３の線４０を参照されたい）。
【００４６】
一実施形態において、トレンチ３６は、インク射出チャンバの行方向の長さまで延びている。ウェットまたはドライであれ、種々のエッチング技術のうちのいずれを用いてもよい。ドライエッチングには、例えばＸｅＦ2やＳｉＦ6が含まれる。適切なウェットエッチングには、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が含まれる。他のエッチングもまた、用いることができる。これらのうちいずれか一つまたはこれらの組み合わせも、この用途に用いることができる。
【００４７】
結果として得られたウェーハは次に切断されて、個々のプリントヘッドが形成される。プリントヘッド上の導体への電気的アクセスには、フレキシブル回路が用いられる。結果として得られる装置は、次に、図１に示されるように、プラスチックのプリントカートリッジに取り付けられ、プリントヘッドはプリントカートリッジ本体に関してシールされ、インク漏れが防止される。
【００４８】
薄膜層の形成のさらなる詳細については、本願の出願人に譲渡されその参照によって本明細書に組み込まれる、Naoto Kawamura他による１９９９年８月２７日出願の「Fully Integrated Thermal Inkjet Printhead Having Thin Film Layer Shelf」と題された米国特許出願第０９／３８４，８１７号において見ることができる。
【００４９】
一実施形態において、オリフィス層２８はまた、比較的大きなインク粒子がチャンバ３０内に入ることを防止するための柱８０、８２（図４）も提供するように形成される。図３は、それぞれのチャンバについてこのような柱を４つ、輪郭を破線で示している。柱８０、８２は、チャンバ３０を形成するのに用いるのと同じ技術で形成してもよい。
【００５０】
トレンチ３６は、プリントヘッドの長さまで延ばすこともできるし、または、プリントヘッドの機械的強度を改善するために、プリントヘッドのインク射出チャンバの下にある部分の長さまで延ばしてもよい。基板とインクの反応が心配な場合は、パッシベーション層を基板２０上に堆積してもよい。
【００５１】
図７および図８は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、インク供給穴部分の薄膜層のエッチングがプリントヘッドの中央部を横切るように拡張して行われること、及び、インク供給穴の境界を規定するためにオリフィス層８５が用いられることを除外すれば、図４〜図６Ｇに示す各工程とほぼ同一の工程により形成される。
【００５２】
図７からわかるように、インク供給穴のマスク８６は、２つの互いに対向するインク射出チャンバ３０の間に延びており、表側の保護マスク８８のほうがわずかに大きい。幅の狭い薄膜の壁が、プリントヘッドの中央部におけるエッチングされた領域同士を分離している。
【００５３】
図９および図１０は、図７および図８の構造の変形を示しており、エッチングにより形成されるインク供給穴のマスク９２は、薄膜層２２に大きな中央の長方形開口部９８を形成するのに用いられる。表側の保護マスク９４は、保護層９６（図１０）を形成するのに用いられる。オリフィス層８５は、インク供給穴の境界の一部を形成する。
【００５４】
図１１および図１２は、上述の各工程の変形を示しており、この例では、個別の保護層は形成しない。この工程において、ＦＯＸ層４６（図６Ａにも示す）がインク供給穴領域の保護層として機能する。図７および図８とは対照的に、薄膜層は、従来の技術を用いて、ＦＯＸ層４６までしかエッチングされない。第１のトレンチエッチングを行った後、トレンチの壁７８は、インク供給穴に大まかに整合させられるのみである。次に、ＢＯＥまたはその他の適切なエッチングを用いて、露出しているＦＯＸ層４６を除去する（除去されたＦＯＸ層の輪郭は、図１２に点線で示される）。前述と同様に、第２のトレンチエッチングが実施され、その結果、トレンチの壁が薄膜開口部に整合されられる。インク供給穴のマスク８６は、図７と同様のものが示されているが、図３および図９のインク供給穴のマスクを用いることもできる。図１１および図１２の工程では、個別の保護層を形成する必要がないため、ウェーハ処理においてかなりの費用が節約される。
【００５５】
トレンチの壁の上に突き出ている棚状の短い膜を、様々な図において示し、第２のエッチングの時間が決定的に重要なものではないということを示している。トレンチの壁がエッチングされ、薄膜開口部を通過すると、基板のエッチングは大幅に減速される。
【００５６】
集積回路製造の当業者であれば、本明細書で説明されるプリントヘッド構造を形成するのに、様々な技術が用られることが分かるであろう。本発明の利点が得られるならば、薄膜層やそれらの厚さは様々なものでかまわないし、なくてもよい層もある。さらなるインク供給穴のパターンもまた考えられる。
【００５７】
図１３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。インクジェットプリンタの数多ある他の設計もまた、本発明と共に用いることができる。インクジェットプリンタのさらなる詳細については、その参照によって本明細書に援用されるNorman Pawlowski他による米国特許番号第５，８５２，４５９号において見られる。
【００５８】
インクジェットプリンタ１３０は、紙１３４を収容する入力トレイ１３２を有する。紙１３４は、印刷されている間、ローラ１３７を用いてプリント領域１３５を通して送られる。次に、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を保持しており、これらはそれぞれ、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）のインクを印刷する。
【００５９】
一実施形態において、交換式インクカートリッジ１４６内のインクが、柔軟性を有するインク管１４８を経由してそれぞれ関連するプリントカートリッジに供給される。また、プリントカートリッジは、かなりの量の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再補充可能でなくてもよい。他の実施形態では、インク供給源はプリントヘッド部とは分離されており、キャリッジ１３８のプリントヘッドに取り外しできるように取りつけられる。
【００６０】
キャリッジ１３８は、従来のベルトと滑車のシステムにより走査方向に沿って移動され、摺動ロッド１５０に沿って摺動する。他の実施形態では、キャリッジは静止式であり、静止したプリントカートリッジのアレイが、移動する紙の上に印刷を行う。
【００６１】
従来の外部コンピュータ（例えば、ＰＣ）からの印刷信号が、プリンタ１３０によって処理されて、印刷するドットのビットマップが生成される。このビットマップは、次に、プリントヘッドに対する発射信号へ変換される。印刷中に走査方向に沿って往復して横切るときのキャリッジ１３８の位置は、キャリッジ１３８上の光電素子により光学的エンコーダのストリップ１５２が検出されてこれによって判定される。この位置の判定により、それぞれのプリントカートリッジ上の様々なインク射出要素は、キャリッジの走査中、適切な時点で選択的に発射される。
【００６２】
プリントヘッドは、抵抗式、圧電式、またはその他のタイプのインク射出要素を用いてもよい。
【００６３】
キャリッジ１３８のプリントカートリッジが紙を横切って走査するとき、プリントカートリッジにより印刷されるスワスは重なり合う。１回以上の走査の後、紙１３４は出力トレイ１３６の方向へシフトされ、キャリッジ１３８は走査を再開する。
【００６４】
本発明は、グリットホイール、ロールフィード、ドラムまたは真空ベルト等の技術を組み込んで印刷媒体をプリントヘッドアセンブリに対して支持及び移動させる印刷システムのような、代替的な媒体またはプリントヘッド移動機構を利用した代替的な印刷システム（図示せず）にも、同じように適用することができる。グリットホイールの設計では、グリットホイールとピンチローラが、媒体を一定方向に往復させる一方で、１つ以上のプリントヘッドアセンブリを有するキャリッジが、その方向と直交する方向に沿って媒体を走査する。ドラムプリンタの設計では、媒体は、一定方向に回転する回転ドラムに取りつけられ、１つ以上のプリントヘッドアセンブリを有するキャリッジが、その方向と直交する方向に沿って媒体を走査する。ドラムの設計またはグリットホイールの設計のいずれの場合においても、走査は、一般に、図１３に示すシステムのように往復させる方法で行われることはない。
【００６５】
単一の基板上に、多数のプリントヘッドを形成してもよい。さらに、プリントヘッドのアレイを、１ページの幅全体にわたって配列し、プリントヘッドによる走査が不要であるようにしてもよい。その場合、紙はアレイに対して垂直にシフトするのみである。
【００６６】
他のカラーまたは定着材を含む追加的なカートリッジが、キャリッジに設けられてもよい。
【００６７】
ここまで本発明の特定の実施形態を示し説明してきたが、当業者には、本発明の広い態様において本発明から逸脱することなく変更および変形を行うことが可能であることは明らかであり、したがって、付加する特許請求の範囲は、すべてのそのような変更および変形が、本発明の真の思想および権利範囲内にあるものとしてその範囲内に包含されることを意図している。
【００６８】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．プリント装置を形成する方法であって、
プリントヘッド基板(20)を設けるステップと、
前記基板の第１の表面に複数の薄膜層(22)を形成し、前記薄膜層のうちの少なくとも１つが複数のインク射出要素(24)を形成するようにするステップと、
前記薄膜層のうちの少なくともいくつかを貫通してインク供給開口部(26)を形成するステップと、
前記インク供給開口部と前記基板との間に、保護層(46,70,96)を設けるステップと、
トレンチエッチングを行うため前記基板の第２の表面をマスキング(76)するステップと、
前記基板の前記第２の表面をエッチングして、第１のトレンチ部(78)を形成するステップと、
前記保護層を、少なくとも前記インク供給開口部と前記基板との間で除去するステップと、
前記基板の前記インク供給開口部を通して露出した部分をさらにエッチングして、前記トレンチ(36)のエッジを実質的に前記インク供給開口部に自己整合させるステップと、
からなる方法。
２．前記薄膜層(22)はフィールド酸化物層(46)を含み、前記保護層は、前記薄膜層がエッチングされて前記インク供給開口部(26)を形成した後に残される前記フィールド酸化物層の一部である、項番１の方法。
３．前記保護層を設けるステップは、前記インク供給開口部(26)を形成した後に前記インク供給開口部内に保護層(70,96)を形成するステップを含む、項番１の方法。
４．前記インク供給開口部(26)を形成するステップは、前記薄膜層(22)を完全に貫通して開口部を形成するステップを含む、項番１の方法。
５．前記方法は、前記薄膜層(22)の上にオリフィス層(28,85)を形成するステップをさらに含み、前記オリフィス層は複数のインク射出チャンバ(30)を規定し、それぞれのチャンバは内部にインク射出要素(24)を有し、前記オリフィス層はさらに、それぞれのインク射出チャンバのノズル(34)を規定する、項番１の方法。
６．前記保護層(46,70,96)を除去する前記ステップは、ウェット腐食液を前記チャンバ(30)に入れて前記保護層をエッチングさせるようにウェットエッチングを行うステップを含む、項番５の方法。
７．前記オリフィス層(28)の中央部は、薄膜の上に重なっている、項番５の方法。
８．前記オリフィス層(85)は、前記インク供給開口部によって部分的に形成されるインク供給穴(26)の境界を確定する項番５の方法。
９．前記保護層(70)を設けるステップは、ＴＥＯＳを堆積するステップを含む、項番１の方法。
１０．前記保護層(46,70,96)を設けるステップは、酸化物、窒化物、および酸窒化物からなるグループから選択された材料を堆積するステップを含む、項番１の方法。
１１．前記保護層を設けるステップは、インク供給開口部の領域よりも広い領域にわたって保護層(46,70,96)を形成するステップを含む、項番１の方法。
１２．前記インク供給開口部(26)を形成するステップは、それぞれのインク射出要素(24)の付近のみにインク供給開口部を形成するステップを含む、項番１の方法。
１３．前記インク供給開口部(26)を形成するステップは、前記基板(20)の中央部を横切って延びる細長いインク供給開口部(86)を形成するステップを含む、項番１の方法。
１４．前記インク供給開口部(26)を形成するステップは、前記基板(20)の中央部に長方形のインク供給開口部(92)を形成するステップを含む、項番１の方法。
１５．前記基板に直接隣接する前記薄膜層の下層(46)および前記保護層(46,70,96)は、前記基板の前記第２の表面をエッチングして前記第１のトレンチ部(78)を形成するステップに関して、エッチング停止として機能する、項番１の方法。
１６．前記基板(20)の前記第２の表面をエッチングして第１のトレンチ部(78)を形成するステップは、前記基板をＴＭＡＨ溶液でエッチングして、前記第２の表面に関して斜めのトレンチエッジを形成するステップを含む、項番１の方法。
１７．製造途中のプリントヘッドであって、
プリントヘッド基板(20)と、
前記基板の第１の表面上に形成された複数の薄膜層(22)であって、前記薄膜層のうちの少なくとも１つが複数のインク射出要素(24)を形成するように構成される複数の薄膜層と、
前記薄膜層のうちの少なくともいくつかを貫通して形成されたインク供給開口部(26)と、
前記インク供給開口部と前記基板の間に設けられた保護層(46,70,96)と、
前記基板を貫通し、前記インク供給開口部と前記基板の間の前記保護層までエッチングして形成されるトレンチ(78)であって、第２のトレンチエッチングの後、前記インク供給開口部と前記基板の間の前記保護層が取り除かれ、前記インク供給開口部に実質的に整合された壁を有するトレンチを形成するトレンチと、
からなるプリントヘッド。
１８．前記薄膜層(22)はフィールド酸化物層(46)を含み、前記保護層は、前記薄膜層(22)がエッチングされた後に残る前記フィールド酸化物層の一部である、項番１７のプリントヘッド。
１９．前記保護層(70,96)は、前記インク供給開口部(26)を形成した後に前記インク供給開口部内に形成される、項番１７のプリントヘッド。
２０．前記インク供給開口部(26)は、前記薄膜層(22)を完全に貫通して形成される、項番１７のプリントヘッド。
２１．前記プリントヘッドは、さらに前記薄膜層の上に形成されたオリフィス層(28,85)を含み、前記オリフィス層が複数のインク射出チャンバを規定し、前記チャンバのそれぞれが前記チャンバの内部にインク射出要素を有し、前記オリフィス層がさらに、インク射出チャンバのそれぞれに対してノズルを規定する、項番１７のプリントヘッド。
２２．スルーホールを形成するための方法であって、
基板(20)を設けるステップと、
前記基板の第１の表面に複数の薄膜層(22)を形成するステップと、
前記薄膜層のうちの少なくともいくつかを貫通して、開口部(26)を形成するステップと、
前記開口部と前記基板の間に、保護層(46,70,96)を設けるステップと、
前記基板の第２の表面をマスキング(76)してトレンチエッチングを行うステップと、
前記基板の前記第２の表面をエッチングして、第１のトレンチ部(78)を形成するステップと、
前記保護層を、前記開口部と前記基板の間で除去するステップと、
前記基板の前記開口部を通して露出した部分をさらにエッチングして、前記トレンチ(36)のエッジを実質的に前記開口部に自己整合させるステップと、
からなる方法。
２３．前記薄膜層(22)はフィールド酸化物層(46)を含み、前記保護層は、前記薄膜層がエッチングされて前記開口部(26)を形成した後に残る前記保護層の一部である、項番２２の方法。
２４．前記保護層を設けるステップは、前記開口部が形成された後に前記開口部内に保護層(70,96)を形成するステップを含む、項番２２の方法。
２５．前記開口部(26)を形成するステップは、前記薄膜層(22)を完全に貫通して開口部を形成するステップを含む、項番２２の方法。
２６．前記保護層(70,96)を設けるステップは、ＴＥＯＳを堆積するステップを含む、項番２２の方法。
２７．前記保護層(46,70,96)を設けるステップは、酸化物、窒化物、および酸窒化物からなるグループから選択される材料を堆積するステップを含む、項番２２の方法。
２８．前記保護層を設けるステップは、開口部の領域よりも広い領域にわたって保護層(46,70,96)を形成するステップを含む、項番２２の方法。
２９．前記基板(20)の前記第２の表面をエッチングして第１のトレンチ部(78)を形成するステップは、前記基板をＴＭＡＨ溶液でエッチングして、前記第２の表面に関して斜めのトレンチエッジを形成するステップを含む、項番２２の方法。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成することにより、非常に精密な公差で製造可能なモノシリック構造のプリントヘッドが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本明細書において説明するプリントヘッドのいずれか１つを組み込むことのできる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一部の切欠き斜視図である。
【図３】図２に示すプリントヘッドを上から見下ろした部分的な透視図であり、プリントヘッドのさらなる一部を示している。
【図４】図２の４−４線に沿った断面図であり、プリントヘッドのさらなる一部を示している。
【図５】図２のプリントヘッド部を４−４線に沿って切った断面図であり、薄膜層のさらなる詳細を示している。
【図６Ａ】一製造工程における図４のプリントヘッドの一部の４−４線に沿った断面図である。
【図６Ｂ】一製造工程における図４のプリントヘッドの一部の４−４線に沿った断面図である。
【図６Ｃ】一製造工程における図４のプリントヘッドの一部の４−４線に沿った断面図である。
【図６Ｄ】一製造工程における図４のプリントヘッドの一部の４−４線に沿った断面図である。
【図６Ｅ】一製造工程における図４のプリントヘッドの一部の４−４線に沿った断面図である。
【図６Ｆ】一製造工程における図４のプリントヘッドの一部の４−４線に沿った断面図である。
【図６Ｇ】一製造工程における図４のプリントヘッドの一部の４−４線に沿った断面図である。
【図７】プリントヘッドの第２の実施形態を上から見下ろした部分的な透視図である。
【図８】第２の実施形態のプリントヘッドの断面図である。
【図９】図７及び図８の構造の変形を示す図であり、薄膜層を貫通して中央の長方形のインク供給領域が形成されていることを示している。
【図１０】図７及び図８の構造の変形を示す図であり、薄膜層を貫通して中央の長方形のインク供給領域が形成されていることを示している。
【図１１】図７及び図８の構造の変形を示す図であり、別個の保護層を形成する代わりにＦＯＸ層を保護層として用いる例を示している。
【図１２】図７及び図８の構造の変形を示す図であり、別個の保護層を形成する代わりにＦＯＸ層を保護層として用いる例を示している。
【図１３】媒体への印刷のため本発明のプリントヘッドを内部に取り付けることのできる従来のインクジェットプリンタを示す斜視図である。
【符号の説明】
２０  シリコン基板
２２  薄膜層
２４  抵抗器
２６  インク供給穴
２８、８５  オリフィス層
３０  インク射出チャンバ
３４  ノズル
３６  トレンチ
４６  ＦＯＸ層
７０、９６  保護層
７６  マスク
７８  破線
８６  インク供給穴
９２  インク供給穴のマスク
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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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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