(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの壁にインク排出穴を有するノズルチャンバと、
前記ノズルチャンバに接続されたインク補給源と、
高い導電性を有する材料で構築された下部の平坦層と、電気抵抗性材料から構築されると共に前記下部の平坦層に沿って配置される上部の平坦層とからなり、前記ノズルチャンバと前記インク補給源との間に配置された熱アクチュエータと、
前記下部の平坦層及び前記上部の平坦層の両方に接続され、前記下部の平坦層及び前記上部の平坦層の両方に電流を流すことにより前記熱アクチュエータを前記インク排出穴の方に曲げ、それによって該インク排出穴を介して前記ノズルチャンバからインクを排出せしめる駆動回路と、
を備え、
前記上部の平坦層と前記下部の平坦層とは、ギャップを隔てた状態で配置され、
前記上部の平坦層には、前記インク補給源から前記ギャップにインクが供給されるように穴が複数形成された、
ことを特徴とする、インクジェットノズル装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、基板に取り付けられており、
前記アクチュエータは、更に、該アクチュエータが前記基板に取り付けられた場所近くで、該アクチュエータの曲げ角度を増加させる堅いパドル部を有する、請求項１記載のインクジェットノズル装置。
【請求項３】
前記堅いパドル部は窒化シリコンから形成されている、請求項２記載のインクジェットノズル装置。
【請求項４】
前記熱アクチュエータは更に、前記上部の平坦層の最上面に高い熱膨張係数を有する膨脹コーティングを有し、前記熱アクチュエータの曲げ量を増加させることのできる、請求項１から３のいずれかに記載の、インクジェットノズル装置。
【請求項５】
前記膨脹コーティングは、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成される、請求項４記載のインクジェットノズル装置。
【請求項６】
前記上部の平坦層は、実質的にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）から構成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の、インクジェットノズル装置。
【請求項７】
前記下部の平坦層は、実質的に金属層から構成される、請求項１乃至６のいずれかに記載の、インクジェットノズル装置。
【請求項８】
前記両平坦層は、更に不動態材料でコーティングされている、請求項１乃至７のいずれかに記載の、インクジェットノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明はインクジェット印刷システムの分野に関する。
【背景技術】
各種のタイプの印刷が発明されて、それらの多くは現在使用されている。これらの知られた印刷方式は、適当なマーキング媒介を用いて、印刷媒体にマーキングを行うための各種の方法からなる。一般的に使用されている印刷方式には、オフセット印刷、レーザ印字、コピー装置、ドッドマトリクスタイプのインパクトプリンタ、感熱紙プリンタ、フィルム記録、熱ワックス印刷、プリンタ、フィルム記録、熱ワックス印刷、染料昇華型プリンタ、ドロップオンデマンド型及び連続射出型インクジェットプリンタなどが含まれる。各印字方式には、コスト、速さ、品質、信頼性、構造的及び運転上の簡易さなどの点において、それぞれの利点と問題がある。
【０００２】
最近、各個別のインク粒子が一つ以上のインクノズルから射出されるインクジェット印刷の分野が、主にその安価性と多様性から人気が出てきている。
【０００３】
たくさんの異なるインクジェット印刷技術が発明されている。この分野の調査として、J Mooreによる記事、「非インパクトプリンタ：導入と歴史的な展望」、出力用ハードコピー装置、R DubeckとS Sheerによる監修、２０７−２２０頁（１９８８）、がある。
【０００４】
インクジェットプリンタそれ自体は、多様な形式を持つに至っている。インクジェット印刷における連続的なインク流の実現については、少なくとも１９２９年の、米国特許第１９４１００１、Hansellが開示した、連続流静電インクジェット印刷の単純な形にまで、日付がさかのぼることとなる。
【０００５】
Sweetの米国特許第３５９６２７５もまた、高周波静電場によってインクジェット流を変調して、インク粒子を分離生成するステップを含む、連続したインクジェット印刷方法を開示している。この技術は、今だElmjet
and Scitexを含むいくつかの製造者により利用されている（米国特許第３３７３４３７、Sweet他、も参照）。
【０００６】
圧電型インクジェットプリンタも、インクジェットプリンタ装置において広く利用されている形式の一つである。圧電型システムは、圧電結晶のダイアフラム型の駆動を利用したKyser  他の、米国特許第３９４６３９８（１９７０）、スクイーズ駆動を開示した、Zoltenの、米国特許第３６８３２１２（１９７０）、ベンド駆動を開示した、Stemmeの、米国特許第３７４７１２０（１９７２）、
インクジェット流のプッシュモードの駆動を開示した、Hawkinsの、米国特許第４４５９６０１、及び圧電変換素子のせん断モード形を開示した、Fischbeckの、米国特許第４５８４５９０などに開示されている。
【０００７】
最近、熱インクジェット印刷は、インクジェット印刷において極めてポピュラーなものとなっている。このインクジェット印刷技術は、Endo他の、英国特許第２００７１６２（１９７９）及びVaught他の、米国特許第４４９０７２８に開示された技術を含む。これらの前述した文献は、電熱アクチュエータの動作に依存するインクジェット印刷技術を開示しているが、電熱アクチュエータは、ノズルなどの狭いスペース内に気泡が生じ、その制限されたスペースに接続されたアパチャーからインクが印字中の印刷媒体上に排出されてしまう。この電熱アクチュエータを利用した印刷装置は、キャノンやヒューレットパッカードなどの製造者により製造されている。
【０００８】
前述したように、たくさんの異なるタイプの印刷技術が用いられている。理想的には、印刷技術は、たくさんの望ましい特質を持つべきである。これらのものには、安価な構成と動作、高速動作、安全、長時間連続運転などが含まれる。それぞれの技術には、コスト、スピード、品質、信頼性、電力消費、組立の簡易性、耐久性及び消耗性などの分野で、それぞれ利点と欠点があるであろう。
【０００９】
たくさんのインクジェット印刷機構が知られている。しかしながら、大量生産技術において、インクジェットヘッドの製造は、極めて難しい。例えば、しばしば、オリフィスとノズルプレートはインク供給及び排出機構から分離して組み立てられ、後の段階で当該機構に接合される（Hewlett-Packard Journal, Vol.36 no 5, pp33-37(1985)）。これらの分離材料の処理ステップにおいて、こうした精密装置を取り扱ことが要求されるが、こうしたことは、往々にして製造原価を実質的に押し上げることとなる。
【００１０】
また、サイドシューテイングインクジェット技術（米国特許第４８９９１８１）は、しばしば用いられるが、これもまた、なんらかの資本投資が与えられている大量生産における処理量に制限が生じる。
【００１１】
更に、より難解な技術がしばしば利用される。これらにはニッケル台の電気鋳造（Hewlett-Packard Journal, Vol.36 no 5, pp33-37(1985)）、放電加工、レーザ切断（米国特許第５２０８６０４）、マイクロパンチングなどが含まれる。
【００１２】
上記した技術の利用は、インクジェット印刷ヘッドの量産コストを実質的に高め、その最終的なコストを高くしてしまう。
【００１３】
従って、インクジェットヘッドの量産について効率的なシステムが開発されることが望ましい。
【００１４】
更に、マイクロ電子機器システムの組立において、犠牲材料を利用して、機器システムを組み立てることは普通である。そうした犠牲材料には、所望する機械構造を得るために、後にエッチング除去されるものがある。例えば、適当な一般的な犠牲材料として、ふっ化水素酸の中でエッチング除去される二酸化シリコンなどがある。ＭＥＭＳ装置は、しばしば例えばマルチレベルメタルＣＯＭＳ層を用いた集積回路装置を持ったシリコンウエハ上に組み立てられるが、ＣＯＭＳプロセスは、犠牲層エッチングによりアタックされる材料の利用を含む、多数層の構築プロセスを含む。これは、しばしば、犠牲層エッチングによる望まない攻撃から他の層を防護するために、余分な処理ステップである不動態化層の構築を伴うことがある。
【００１５】
マイクロ電子機器システムにおいては、これは運動物体を形成する際にも、ときどき必要になる。特に、旋回物体に必要であるが、支柱の一端の第１の動きを、当該支柱の他端の対応する量に翻訳する支柱装置を作る際にも必要となる。明らかに、こうした装置は、機械装置においてしばしば基本となるものである。
【００１６】
更に、大規模集積回路やマイクロ電子機器システムを組み立てる際に、多数のワイヤを最終集積回路装置に接続することもしばしば必要となる。この目的のために、チップの表面にワイヤ接続のための多数の接続パッドが形成される。この接続パッドにより、設計技術に基づく、ある程度の最小限のスペースが利用される。多数の接続が必要ななると、チップ上に多くの領域が接続パッドのために必要となる。テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）のような自動接続装置への登録が極めて正確に行えることを保証しつつ、接続パッド用のスペースを最小化することが望ましい。
【発明の開示】
本発明は、インクジェット印刷に関わり、特に、インクをノズルチャンバから排出させるために平面的な熱弾性曲げアクチュエータを用いた新しい形のインクジェットプリンタを開示するものである。
【００１７】
本発明の最初の観点に基づいて、インクジェットノズルは、当該チャンバの一つの壁にインク排出口を有するノズルチャンバ、当該ノズルチャンバに接続されたインク供給源及び、インク排出口を介してノズルチャンバからインクを排出するように駆動される熱アクチュエータを有する。更に、熱アクチュエータは、電気抵抗性材料から構築された上部平面材料に接続された高導電材料からなる下部平面を有している。熱アクチュエータは、電流を平面間に通すと、熱アクチュエータはインク排出口方向に曲がり、これによりインクをインク排出口より排出する。アクチュエータは、基板に取り付けられ、アクチュエータが基板に装着された位置付近でアクチュエータの曲げ角を増加させる堅いパドル部を有する。好ましくは、パドルは、窒化シリコンから形成される。アクチュエータが更に高い熱膨張係数を持つように、上部平面上に膨張コーティングを設け、アクチュエータの曲げ量を増大させると良い。膨張コーティングは、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来る。上部平面と下部平面の間に、ギャップが形成されるが、これは犠牲材料を配置し、次いで除去してギャップを残すようにして形成される。更に、構築中に犠牲層を迅速にエッチング出来るように、複数のエッチング穴が上部平面に配置される。アクチュエータの上部平面は、インジウムチタンオキサイド（ＩＴＯ）から構成すると良い。また、そのアクチュエータの下表面は実質的に金属層であるとよい。両表面は、必要に応じて不動態材料で更にコートされる。インクジェットノズルは、マイクロエレクトロメカニカルシステム構築技術を使用して一つのシリコンウエハ上に形成することが出来る。
【００１８】
本発明の、更なる観点から、インクジェットノズルチャンバは、当該チャンバの一つの壁に設けられたインク排出口及び当該ノズルチャンバに接続されたインク供給源を有する。インクジェットノズルチャンバは、二つのアクチュエータから構成することが出来、第１のアクチュエータは、インクをインク排出口から排出するためのものであり、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータがノズルチャンバからインクを排出した後に、インク供給源からチャンバへインクを吸引するためのものである。アクチュエータは、高い熱膨張係数を有する材料内に内包された導電性ヒータ素子により引き起こされる熱曲げを利用する。アクチュエータはヒータ素子の電熱により駆動される。熱素子は、曲がりくねった形に形成して加熱により折り畳まれることが出来、加熱中の駆動材料の膨張の妨げにならないようになっている。第１のアクチュエータは、インク排出穴に実質的に対向して配置され、両アクチュエータは、ノズルチャンバとインク供給源との間で、インク排出穴に対向するノズルチャンバ壁の一部を形成する。インク排出穴からインクを排出するアクチュエータを駆動する方法は、第１のアクチュエータがノズルチャンバを用いて、排出穴からインクを排出させ、第２のアクチュエータを用いて、インク排出穴に向けてインクを吸引し、インク排出穴の領域の周囲のノズルチャンバに迅速にインクを供給するものである。アクチュエータを駆動する方法は、以下のステップから構成することが出来る。
【００１９】
（ａ）  第１のアクチュエータを駆動してインク排出穴からインクを排出する。
【００２０】
（ｂ）  第１のアクチュエータの駆動を停止し、排出されたインク部分をノズルチャンバ内のインクの本体から分離させる。
【００２１】
（ｃ）  第２のアクチュエータを駆動し、インク排出穴に向けてインクを吸引し、インク排出穴の領域の周囲のノズルチャンバに迅速にインクを供給する。
【００２２】
（ｄ）  第１のアクチュエータを駆動して、インク排出穴からインクを排出する一方で、同時に第２のアクチュエータの駆動を停止して、その休止位置に戻す、又は、
（ｅ）  第２のアクチュエータの駆動を停止して、その休止位置に戻す。
【００２３】
二つのアクチュエータの材料は、高い熱膨張係数を有し、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）で構成することが出来る。アクチュエータの表面は、親水性になるように処理されている。熱アクチュエータ内に埋め込まれるヒータ材料は、実質的に銅が好ましい。更に、アクチュエータは、犠牲材料層をエッチング除去して、該アクチュエータを残すことにより形成される。インクジェットノズルチャンバは、シリコン基板を結晶エッチングすることにより形成される。更に、熱アクチュエータは、基板に一端を取り付けられ、アクチュエータの加熱は主として該装置の装着端付近で行われる。インクジェットノズルは、好ましくは半導体製造技術を用いて単一のシリコンウエハから組み立てることにより構築される。
【００２４】
本発明の、更なる観点から、インクジェットノズルは、インク排出用のインク排出穴、該インク排出穴に接続された振動するインク圧力を有するインク補給部、インク排出穴とインク補給部との間を接続し、インク排出穴をブロックするシャッター機構及び、シャッター機構をインク排出穴から移動してインク排出穴からのインクの排出を許容するアクチュエータ機構を有する。
【００２５】
更に、アクチュエータは、該アクチュエータの一面を加熱することにより駆動される熱アクチュエータを構成することが出来る。好ましくは、熱アクチュエータは、コイル形をしており、加熱によりコイルが解ける。アクチュエータは、高い熱膨張係数を有する材料で包囲された、曲がりくねった形のヒータを含むことが出来る。該曲がりくねった形のヒータは、加熱により折り畳まれることが出来る。アクチュエータは曲がりくねった形のヒータ素子のために厚い戻り量（trace）を含むとよい。曲がりくねった形のヒータが内部に内包される材料は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）で構成することが出来る。アクチュエータはシリコンウエハ内に形成されたノズルチャンバ内に形成することが出来、インクは、該シリコンウエハを貫通エッチングされた溝を介して排出穴に供給される。
【００２６】
本発明の更なる観点では、インクジェットノズルがノズルチャンバの一つの壁に形成されたインク排出穴を有するノズルチャンバ、ノズルチャンバに接続された圧力変動の下にあるインク補給部、インク補給源とノズルチャンバの間に配置されたシャッター手段を有する。該シャッター手段は、インクを該シャッター手段を通過させるように駆動され、ノズルチャンバからインクを排出させる。更に、シャッター手段は、シャッタープレートに装着されたバックル駆動機構により駆動される。
【００２７】
駆動手段は、高い熱膨張係数を有する膨張材料に内包された、曲がりくねった形の導電性材料を有することが出来、曲がりくねった形の導電性材料を加熱することにより、該材料は蛇腹のように変形して膨張材料と同じように膨張する。好ましくは、膨張材料は実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成すると良い。また、曲がりくねった形の導電性材料は、実質的に銅から構成するとよい。アクチュエータのバックリングは、導電性材料から構築された安定した端部接続部間に生じる。その休止状態では、シャッター手段は閉じている。
【００２８】
インク供給源は、シリコンウエハを貫通エッチングした穴を介してシャッター手段に接続されたインク補給溝を有すると良い。貫通穴は、シリコンウエハの高密度低圧プラズマエッチングにより製造されることが望ましい。更に、インク供給源は実質的に振動するインク圧により駆動される。
【００２９】
本発明の更なる観点では、インクジェットノズル内のノズルチャンバからインクを排出する方法を提供するものである。インクジェットノズルは、ノズルチャンバの一つの壁に形成されたインク排出穴を有するノズルチャンバ、ノズルチャンバに接続された圧力変動の下にあるインク補給部、インク補給源とノズルチャンバの間に配置されたシャッター手段を有する。該シャッター手段は、インクを該シャッター手段を通過させるように駆動され、ノズルチャンバからインクを排出させる。好ましくは、シャッター手段は、シャッタープレートに装着されたバックル駆動機構により駆動される。方法は以下のステップから構成される。
【００３０】
ａ）  変動する圧力が高い時にシャッターを開位置に駆動して、穴からインクを排出させる。
【００３１】
ｂ）  圧力を低圧状態に駆動して排出されたインクを滴に分離する。
【００３２】
ｃ）  変動する圧力が引き続いて高圧力時となっている間に、シャッターを開状態に保持し、ノズルチャンバに迅速にかつ十分にインクを補給する。
【００３３】
ｄ）  ノズルチャンバが再補給されたところで、シャッターを閉じ、チャンバは引き続くシャッターの開動作によるインクの引き続く排出に備える。
【００３４】
本発明の更なる観点は、変動するインク圧力を有するインクチャンバ、該インクチャンバと連通した複数のノズル装置及びシャッター駆動手段を持ったインクジェット印字装置である。ノズル装置は、格子シャッターを有し、該格子シャッターは、第１の開状態で、ノズル装置からのインクの排出を許容し、第２の閉状態では、実質的にノズルチャンバからのインクの排出を制限する。また、シャッター駆動手段は、格子シャッターを第１から第２の位置へ駆動自在に設けられている。更に、ノズル装置は、格子シャッターを開又は閉位置に自在にロックするロック手段を有することが出来る。
【００３５】
本発明による、このタイプのインクジェット印字装置の運転方法は、以下のステップから構成することが出来る。
【００３６】
インクチャンバが第１の高圧力期間にある時に、格子シャッターを開く。
【００３７】
高圧力期間及び引き続く低圧力期間を利用して、ノズル装置からインクを排出させる。
【００３８】
引き続く高圧力期間を利用して、ノズル装置に補給する。
【００３９】
更なるインクがノズル装置から排出されるように要求される時間まで格子シャッターを閉じる。
【００４０】
好ましくは、インクジェット印字装置は、熱電対装置を有するシャッター駆動手段を有する。熱電対装置は二つのアームから構成され、一つのアームは低熱伝導率の熱ジャケットを有する。当該アームは、動作に際して熱電対の移動を増加させるように設けられた薄肉部を有するとよい。
【００４１】
本発明に基づいて構築されたインクジェット印字装置は、インクチャンバ内の変動するインク圧力の振動数及び振幅は共に変化しうる。好ましくは、各サイクルの大きさや期間は、インクを排出するノズルの数と、異なるインクをノズルに補給するために必要な圧力のような、事前に計算可能な要素に基づいて決定することが出来る。
【００４２】
本発明の更なる観点では、インクジェットノズルが、ノズルチャンバの一つの壁に形成されたインク排出穴を有するノズルチャンバ及びノズルチャンバからインク排出穴を介してインクを排出するように駆動される熱アクチュエータ装置を有する。熱アクチュエータ装置は中央ステムの周りに配置された熱アクチュエータ花びら装置を有し、熱アクチュエータ花びら装置を加熱すると、装置は一斉に曲がり、ノズルチャンバからインクを排出させる。好ましくは、熱アクチュエータ装置は、インク排出穴の反対側に配置され、花びら装置は全体的にインク排出穴の方向に曲がる。熱アクチュエータ花びら装置は、第２の材料の周囲を囲む、高い熱膨張率を有する第１の材料から構成することが出来、第２の材料は、第１の材料を加熱するために導電性抵抗を有する。更に、第２の材料は、第１の材料が膨張した際に、蛇腹式に伸びる。熱アクチュエータが動作中は、気泡が生成されると良い。熱アクチュエータ花びらの第１の材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することができ、第２の材料は、実質的に銅から構成することができる。熱アクチュエータを加熱すると、隣接する花びら装置の間隔が減少する。アクチュエータ花びら装置は、基板に取り付けられるとよく、花びら装置の加熱は、主として該装置の取り付け端部付近で行われると良い。更に、インクチャンバの外表面には、多数のエッチング穴を配置することが出来、構築中の犠牲層のより早いエッチングを可能とする。
【００４３】
本発明の更なる観点では、周期的なインク圧力変動が作用する、インクを保有するインクチャンバ、インクを排出するアパチャーを有するノズルチャンバからなる少なくとも一つのインクジェットノズル装置、ノズルチャンバを覆う閉位置と、ノズルチャンバをインクチャンバと連通させる開位置を有する可動シャッター及び、該可動シャッターを第１の位置から第２の位置に、制御信号により駆動する駆動手段を有する。
【００４４】
好ましくは、第１の位置は、閉位置であり、第２の位置は、開位置である。アクチュエータ手段は、コイル状のアクチュエータとすることが出来、このアクチュエータは、該熱アクチュエータにおける、異なる抵抗、異なる断面領域、異なる熱膨張又は異なる熱伝導の内の一つを利用して駆動される。インクジェット印字装置の周期的な圧力変動は、インクチャンバと連通した超音波変換器から生成することが出来る。
【００４５】
本発明の更なる観点は、インクリザーバと連通したノズルチャンバからインクを排出する方法を提供するものである。ノズルチャンバは、インクリザーバからノズルチャンバへのインクの流れを制御するシャッターを有する。この方法は次のステップからなる。
【００４６】
ａ）  周期的な圧力波をインクリザーバに加え、シャッターを第１の所定時間開き、ノズルチャンバからインクの排出を許容する。
【００４７】
ｂ）  シャッターを開位置に保持し、インクチャンバにノズルチャンバを補充させ、ノズルチャンバが補充されたところで、シャッターを閉じる。
【００４８】
好ましくは、インクチャンバ内の負圧の周期を含む周期的な圧力波を有し、負圧の期間にシャッターを開放しておき、ノズルチャンバから排出されたインクを分離させることから構成される、ノズルからのインク排出方法。負圧の期間には、ノズルチャンバにインクが補充される正圧期間が続く。
【００４９】
本発明の更なる観点は、インクジェットノズルは、ノズルチャンバの一つの壁に形成されたインク排出穴を有する少なくとも一つのノズルチャンバ、アクチュエータにより駆動され、インク排出穴の周りに配置された複数の羽根ユニットを有する。更に、羽根ユニットは、羽根アクチュエータにより駆動され、インク排出穴付近のインク体積に圧力を加え、インク排出穴からインクを排出させる。
【００５０】
羽根アクチュエータは二つのアームをそれぞれ有し、膨張する、可撓性のアームと、堅いアームを有する。可撓性アームは、高い熱膨張係数を有する膨張材料内に包まれた導電性ヒータ材料を有する。更に、可撓性アームの導電性ヒータ材料は、膨張材料の膨張にもとなって伸縮するように構築されている。ヒータ材料は曲がりくねった形に形成されると良く、加熱に際して膨張材料の膨張を実質的に妨げないように形成される。熱アクチュエータの堅いアームは、ヒータと羽根の戻り軌跡（trace）を含むことができる。羽根ユニットは、インク排出穴周囲の円柱上に配置され、インク排出穴周囲で虹彩のように動作する。更に、羽根ユニットは、半円形状とすることが出来、各インクジェットノズルは、４つの羽根ユニットから構成することが出来る。熱アクチュエータの膨張材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することができ、導電性ヒータ材料は、実質的に銅から構成することができる。
【００５１】
ノズルチャンバの外側表面に、複数のエッチング穴を設け、構築中の犠牲層の迅速なエッチングを可能とすることが出来る。
【００５２】
本発明の更なる観点は、高い熱膨張係数を有する材料内に内包されたヒータ素子を有し、アクチュエータが、熱アクチュエータの加熱素子を電気的に加熱する手段を介して動作する、熱アクチュエータである。ヒータ素子は波形構造を有し、ヒータ素子から駆動材料への熱の分配を改良し、熱アクチュエータの動作速度を向上させる。更に、ヒータ素子は、曲がりくねった形か蛇腹状に形成することが出来、加熱に際した駆動材料の膨張を実質的に妨げないようにしている。熱アクチュエータは、ノズルチャンバからインクを排出するためにインクジェットノズル内に使用される。アクチュエータの両表面は親水性であり、アクチュエータ内のヒータ材料は実質的に銅で構成することが出来る。親水性材料は疎水性材料を適宜処理することにより生成することが出来る。
【００５３】
本発明の更なる観点は、高い熱膨張係数を有する駆動材料により囲まれた、低い熱膨張係数を有するヒータ素子を有する熱アクチュエータである。熱アクチュエータは、駆動材料の第１及び第２の層と、導電性材料の第３の層を有し、少なくともその一部は加熱素子として利用される。そして、導電性材料の一部は一連のスロット又は穴を有し、駆動材料が一体的に組み合わされ、層剥離の可能性を低める。スロット又は穴を有する部分は、アクチュエータの先端に堅い構造のパドルが設けられている。
【００５４】
更に、堅い構造のパドルは、等間隔で設けられた穴列を有することが出来る。
【００５５】
本発明の更なる観点は、インクチャンバの一つの壁としての熱アクチュエータ及び、熱アクチュエータが形成された壁に対向する壁に、インク排出用の排出穴の設けられたインクチャンバを有するインクジェットノズルである。熱アクチュエータはノズルチャンバの壁に取り付けられている。
【００５６】
本発明の更なる観点は、チャンバの一つの壁にインク排出穴が形成されたノズルチャンバ、該ノズルチャンバに接続されたインク供給源、ノズルチャンバからインクをインク排出穴を介して排出するように駆動する熱アクチュエータを有するインクジェットノズルである。熱アクチュエータは、高い熱膨張係数を有するアクチュエータ材料からなる二つの層を有し、上の層は非導電性であり、下の層は導電性である。熱アクチュエータは、下層に電流を通すことにより駆動され、インクにより冷却されている上層に対して相対的に膨張する。更に、導電性を有する部分と非導電性を有する部分とからなり、回路は導電性をと非導電性部分の相互作用を介して、下層部分を加熱するために形成される。好ましくは、抵抗性回路を下部回路断面領域の所定領域に形成し、これら領域においてアクチュエータの高いレベルの加熱を可能とする。非導電性部分は、上層と同じ材料で形成される。
【００５７】
本発明の更なる観点は、チャンバの一つの壁に形成されたインク排出穴を有するノズルチャンバ、ノズルチャンバに接続されたインク供給源及び、インク排出穴を介してノズルチャンバからインクを排出させるように駆動される熱アクチュエータを有するインクジェットノズルである。熱アクチュエータは、電流を下層に通して、上層に対して下層を膨張させることにより駆動される。更に、アクチュエータの底部は疎水性を有し、運転中には該疎水性の表面により熱アクチュエータの下に気泡が形成されるようにすることが出来る。アクチュエータの下表面は通気されてノズルチャンバからインクを排出するのに必要な駆動エネルギーを減少させることが出来る。通気はアクチュエータ下の一連の小さな穴を有してもよく、該穴は、アクチュエータの背面に空気を供給するための空気供給溝に接続されている。更に、該アクチュエータの底部表面領域は疎水性材料から構築することが出来る。穴の大きさは、運転中に液体がノズルチャンバ内に保持されるような大きさである。好ましくは、アクチュエータはノズルチャンバの一端に取り付けられ、穴は取り付け端部近くに配置され、アクチュエータはポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成すると良い。更に、アクチュエータはその底層の一部が、導電性材料から形成されても良い。
【００５８】
本発明の更なる観点は、インク補給部に接続された少なくとも一つのノズルを有し、ノズルからインクをオンデマンドで排出することの出来る変形可能なバックルプレートを有する、インクジェット印字装置である。バックルプレートは、高い熱膨張係数を有する第１の材料と、該バックルプレートを加熱するための第２の電気抵抗材料から構築することが出来る。更に、第２の材料は、第１の材料よりも低い熱膨張係数を有し、曲がりくねった形に形成され、ヒーター手段の長さ方向の膨張が実質的に第１の材料の膨張に基づくように形成される。好ましくは、第１の材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成すると良く、第２の材料は、実質的に銅である。更に、バックルプレートのインク滴排出用の駆動エネルギは約２０マイクロジュール以下である。
【００５９】
本発明の更なる観点は、インク排出穴を有するインクチャンバ、第１の複数の放射状パドルホイール羽根及び第２の複数の放射状の固定パドルチャンバを有するインク排出ノズル装置である。各チャンバは回転自在に装着された、パドルチャンバの表面を規定するパドルホイール羽根の一つに対応している。パドルホイールが回ると、パドルチャンバ内のインクが加圧され、排出穴を介してインクが排出される。
【００６０】
更に、パドルチャンバは、回転自在に装着されたパドルホイールに対して放射方向成分を有する側壁を有することが出来る。好ましくは、インク排出穴は、パドルホイールの回転ポイント上に配置される。パドルチャンバ側壁の放射成分は、回転自在に設けられたパドルホイール周囲に実質的に配置される。パドルホイールの回転は熱アクチュエータにより制御すると良い。熱アクチュエータは、内部電気抵抗素子及び該抵抗素子の周囲の外部ジャケットを有する。外部ジャケットは、埋め込まれた抵抗素子に対して高い熱膨張係数を有する材料から形成されている。更に、抵抗素子は、実質的に曲がりくねった形に形成することが出来、好ましくは、外部ジャケットは、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成すると良い。熱アクチュエータは、回転自在に取り付けられたパドルホイールに対して、円周方向の膨張を受けることが出来る。
【００６１】
本発明の更なる観点は、インクチャンバに接続されたインクジェットノズルからインクを排出する方法である。この方法は、インクチャンバ内に一連のパドルチャンバを構築し、パドルチャンバのそれぞれは、駆動手段により駆動される、中央の回転部に接続された、移動自在な少なくとも一つの壁を有している。インクチャンバをインクで実質的に満たした後、回転自在な壁に接続された駆動手段を用いて、パドルチャンバ内の容積を減らし、該チャンバ内の圧力を高め、インクジェットノズルからインクを排出させる。
【００６２】
本発明の更なる観点は、疎水性を有する第１の表面を有するチャンバ内の液体を動かすための駆動パドルである。パドルはチャンバの壁と疎水性の表面との間に窪みを有し、当該窪みにおけるガスの集まり具合を調整することが出来る。該パドルは疎水性表面をチャンバの壁から遠ざかるように動かす形で駆動される。駆動されたパドルの動きの程度は、該窪み内のガスを実質的に分散させるには不十分である。
【００６３】
好ましくは、駆動パドルは、低い熱膨張係数を有する第１の構造と実質的により大きな熱膨張係数を有する第２の構造により熱的に駆動される。高い熱膨張係数を有する構造は、前記窪みに、低い熱膨張係数を有する構造よりも近くに配置されている。
【００６４】
駆動パドルは、液体に隣接した更なる表面を有し、低い熱膨張係数を有する構造は更なる表面に最も近く配置される。低い熱膨張係数を有する構造は、実質的に液体により液冷され、高い熱膨張係数を有する構造は、実質的に窪みに配置される。更に、高い熱膨張係数を有する構造及び第１の表面は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成される。駆動パドルは、チャンバ壁に取り付けられる。
【００６５】
本発明の更なる観点は、ノズルチャンバ内に配置された駆動パドル、ノズルチャンバに接続されたインク補給部及び、インク排出用駆動パドルに対向する一つの壁に設けられたインク排出口を有するインクジェットノズルである。
【００６６】
本発明の更なる観点は、インクジェットノズルからのインクの排出方法であり、駆動パドルの駆動を利用してノズルチャンバからインクを排出する方法である。駆動は、駆動パドルをインク排出穴を構成するインクジェットノズルチャンバの壁に向けて動かす形で行われる。
【００６７】
本発明の更なる観点は、高い熱膨張係数を有する材料内に内包されたヒータ素子から構成され、アクチュエータは、熱アクチュエータの熱素子を電気的に加熱する手段を介して運転される。ヒータ素子は波形構造を有し、ヒータ素子からの熱の駆動材料への熱分配を改善し、熱アクチュエータの駆動スピードを向上させることが出来る。更に、熱アクチュエータは、曲がりくねった形又は折り畳まれた形であり、加熱中の駆動材料の膨張を実質的に妨げない。熱アクチュエータはインクジェットノズル内で、ノズルチャンバからのインクの排出に使用される。アクチュエータの一表面は疎水性であり、他の表面は親水性であり、アクチュエータ内のヒータ材料は実質的に銅であると良い。親水性の材料は、疎水性の材料を処理することにより生成される。
【００６８】
本発明の更なる観点は、高い熱膨張係数を有する駆動材料に囲まれた低い熱膨張係数を有するヒータ素子を有する熱アクチュエータである。熱アクチュエータは、第１及び第２の駆動材料及び第３の導電性材料からなる層を有している。第３層は、少なくともその一部がヒータ素子として利用され、導電性材料の一部には一連のスロット又は穴が設けられ、駆動材料を一体的に結合し、層間の剥離の可能性を減らす。一連のスロット又は穴を有する部分は、アクチュエータの端部の堅い構造を有する花びら部を有すると良い。
【００６９】
更に、この堅い構造を有する花びら部は、それらを規定する穴の列から所定距離、離れているようにすることが出来る。熱ベントアクチュエータは、基板の一端に装着され、高い熱膨張係数を有する駆動材料を有する。更に、アクチュエータは、基板に装着された端部のアクチュエータ上部に、基板から駆動材料の分離の可能性を低めるように作用する安定クランプを有する。熱ベントアクチュエータは、チャンバからインクノズルを介してインクを排出するために使用される。安定クランプは、排出に引き続くチャンバからのインクの流れをフィルタリングするための格子構造の一部を構成する。好ましくは、基板はシリコンウエハから製造され、クランプは実質的に窒化シリコンであり、犠牲材料エッチン処理により形成される。
【００７０】
本発明の更なる観点は、ノズルチャンバの一つの壁に形成されたインク排出のためのインク排出穴、ノズルチャンバにインクを供給するインク溝供給手段及び、ノズルチャンバ内に設けられ、ノズルチャンバからインクを排出するようにに駆動されるアクチュエータ機構、を有する、ノズルチャンバからなるインクジェット印字ノズルである。該アクチュエータ機構は、ノズルチャンバとインク溝供給手段の間に配置された部分を有する。
【００７１】
好ましくは、アクチュエータ機構は実質的に平らな熱アクチュエータを有し、膨張層に内包された、曲がりくねった形の導電性金からなるヒータ素子層を含む。加熱すると、熱アクチュエータはインク排出穴に向けて曲がり始め、ノズルチャンバからインクが排出される。平らな熱アクチュエータの一表面は、疎水性の性質を有する部分を有し、運転時には、気泡がノズルチャンバの壁と前記表面の間に生じ、熱アクチュエータの運転効率を向上させる。
【００７２】
このノズルチャンバは、単一のシリコンウエハ上に形成され、インク溝補給手段はシリコンウエハの深異方性バックエッチングにより形成される。アクチュエータは、通常疎水性を有する、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から形成され、前記インク溝補給手段を介してプラズマ処理することにより、親水性化される。
【００７３】
ノズルチャンバはＣＭＯＳ基板上に形成することが出来、また前記ＣＭＯＳ基板の犠牲エッチングから基板を守るためにアルミニウム部分を有することが出来る。
【００７４】
本発明の更なる観点は、インク補給部に接続されたノズルチャンバと、ノズルの壁の一つに形成されたインク排出穴を有する、ノズルチャンバからインクを排出するためのインクジェットノズル装置であり、インク排出穴からインクを排出する排出パドル、インク排出のため、排出パドルの駆動用として、排出パドルに取り付けられた熱アクチュエータ機構を有する。熱アクチュエータは、加熱により曲げ運動を生じ、排出パドルにインク排出穴からインクを排出させる、高いヤング率を有する材料を有している。
【００７５】
熱アクチュエータは、熱アクチュエータの駆動時に排出パドルの移動角度を増加させるために回転自在に設けることが出来、馬蹄形をなし、回転部を中心に回転自在とすることができる。回転部は、薄膜によりチャンバの壁に構築することが出来、これにより、熱アクチュエータは、周りを取り囲んだ形で運転される。ノズルチャンバは単一のシリコンウエハ上に構築され、インクはシリコンウエハを介して供給される。
【００７６】
熱アクチュエータは、高いヤン気率を有する薄い導電性有する部分と実質的により厚く導電性を有さない部分から構築することが出来る。この薄い導電性を有する部分は、２ホウ化チタンであり、より厚い部分は、ガラスとすることが出来る。
【００７７】
ノズルチャンバの壁は、装置の組み立てに利用する、多数の小さな犠牲エッチング穴を含むことが出来、穴は、インクの排出を当該穴から防ぐことの出来る程度の十分に小さな直径を有する。装置は、犠牲層エッチングを含むマイクロエレクトロメカニカルシステム技術を使用して構築することが出来、排出パドルは、犠牲層エッチングで、排出位置に形成される。
【００７８】
本発明の更なる観点は、第１の表面にスロットが形成された側壁及び第２の表面に沿ったインク排出穴を有するノズルチャンバ、ノズルチャンバにインクを供給するためにノズルチャンバに接続されたインク補給溝、ノズルチャンバ内に配置され、ノズルチャンバからインクの排出を行うために移動自在な可動羽根及び、ノズルチャンバの外側に配置され、前記スロットの穿設された側壁を介して可動羽根に接続されたアクチュエータを有する、インクを排出するインクジェットノズル装置である。
【００７９】
可動羽根は、その休止位置では、前記スロットの第１の端部に実質的に隣接して配置され、アクチュエータは、可動羽根をスロットの第１の端部からスロットの第２の端部に移動するように駆動することが出来る。アクチュエータは熱アクチュエータを介した電流により駆動され、アクチュエータの抵抗加熱を生じさせる熱アクチュエータを有することが出来る。熱アクチュエータは高いヤン気率を有する導電性材料から構築することが出来、第１及び第２のアームを有する。第１のアームは、第２のアームよりも相対的に薄い断面を有し、第１のアームは抵抗加熱を受け、これにより、第１のアームは曲がり熱アクチュエータによる動作となる。アームは一端が基板に取り付けられ、第２のアームが基板への取り付け部に隣接したその端部に薄い部分を有することが出来る。
【００８０】
アクチュエータ装置は、好ましくは包囲された雰囲気で動作し、スロットが穿設され、疎水性材料でコーティングされた側壁の外部に隣接して配置されると良い。更に、装置は一枚のシリコンウエハ上に形成することが出来、インク補給溝は該シリコンウエハを貫通する溝エッチングを介して形成することが出来る。
【００８１】
本発明の更なる観点は、電気伝導材料からなる導電性の加熱手段により駆動される熱アクチュエータであり、該熱アクチュエータは、片の第１の端部を介して基板に取り付けられ、力を、該片の第２の端部に負荷として加える第１の非導電性材料片、該片の第１の側に沿って形成された第２の導電性材料、実質的に前記第１の端部から第２の端部へ設けられた第１のワイヤ部と、実質的に第２の端部から第１の端部に向けて設けられた第２のワイヤ片からなる導電性片からなる。ワイヤ片は、第２の端部で接合され、回路を形成し、また、第１の端部で制御された電源に接続される。制御された電源は、導電性材料を加熱し、熱アクチュエータを駆動し、力を負荷する。
【００８２】
好ましくは、この片はコイルの形に形成され、第２の導電性材料は該片の放射状の内表面に沿って形成される。第１及び第２の導電性材料は、第１の非導電性材料により電気的に互いに絶縁される。好ましくは、第２の導電性材料は高いヤング率を有し、第１の導電性片は実質的に第２の導電性材料よりも実質的に厚い。基板はシリコンウエハの電気回路層を含むことが出来、第２の導電性材料は実質的に２ホウ化チタンから、第１の非導電性材料は実質的にガラスから構成することが出来る。
【００８３】
アクチュエータはノズルチャンバ内のスロットを介してパドル形装置に接続することが出来、ノズルチャンバはインクで満たされ、アクチュエータはノズルチャンバの一つの壁に形成された穴からインクを排出するように駆動される。
【００８４】
本発明の更なる観点は、一連のインク排出ノズルチャンバを有するインクジェットプリンタであり、それぞれのインク排出ノズルチャンバは、インクをそこから排出するために、チャンバの一つの壁に形成されたインク排出穴、インク排出穴を介してノズルチャンバからインクを排出するためのアクチュエータにより駆動される、チャンバ内のパドル、アクチュエータ装置のパドルと連通するためにその第２の壁に形成されたスロット、及び熱アクチュエータを有する。熱アクチュエータは、電気導電性材料の導電加熱により駆動され、片の一端で基板に取り付けられ、力を該片の第２の端部に負荷することの出来る第１の非導電性材料片及び、該片の一側部に沿って形成された第２の導電性材料を有し、導電性片は、実質的に前記第１の端部から第２の端部へ設けられた第１のワイヤ部と、実質的に第２の端部から第１の端部に向けて設けられた第２のワイヤ片からなり、ワイヤ片は、第２の端部で接合され、回路を形成する。また、ワイヤ片は、更に第１の端部で制御された電源に接続される。制御された電源による駆動により、導電性材料が加熱され、熱アクチュエータが駆動され、力を負荷する。
【００８５】
ノズルチャンバは一つのシリコンウエハ上に形成することが出来、ノズルチャンバへインクを供給するためにウエハを貫通エッチングされた、一連のインク補給溝を有する。
【００８６】
本発明の更なる観点は、側壁と露出された天井を有し、実質的に液体で満たされた細長い窪み、窪み内に配置され、ハドル羽根が休止位置の時に一つの壁からオフセットされたパドル羽根、該パドル羽根に取り付けられた駆動機構を有する液体排出装置である。該駆動機構の駆動時には、パドル羽根は前記一つの壁に向かって動き、該一つの壁とパドル羽根との間の液体の圧力を上昇させ、露出した天井を介して液体を排出する。
【００８７】
理想的には、本発明は、インクジェット印字システムに使用することができる。
【００８８】
駆動機構は、露出した天井の一端部の上に伸延するアームを介してパドル羽根に接続することが出来、該駆動機構は第１の導電性アームと第２の実質的な非導電性アームを有するコイル状のアクチュエータを有し、導電性アームは、電気抵抗加熱により膨張し、熱アクチュエータの動作を起こす。第１の導電性アームは、実質的に２ホウ化チタンから構成することが出来、第２の非導電性アームは、実質的に窒化シリコンから構成することが出来る。駆動機構は周りを包囲された雰囲気で動作することが出来る。
【００８９】
好ましくは、窪みはシリコンウエハ内に形成され、装置は更に、ウエハの裏面を介して貫通エッチングされ、窪みの底部表面に、該窪みにインクを供給するために接続されたインク補給溝を有している。接続は、パドル羽根と窪みの第２の壁との間であることが望ましい。
【００９０】
本発明の更なる観点は、ノズルチャンバから液体を排出する装置であり、該装置は、チャンバの壁に規定された少なくとも二つの排出装置を有するノズルチャンバ、液体排出装置間に配置された可動式パドル羽根、該可動式パドル羽根に装着され、該パドル羽根を第１の方向に駆動し、第１の液体排出装置から液体を排出し、更に該パドル羽根を第２の他の方向に動かして、第２の液体排出装置から液体を排出させるアクチュエータ機構を有する。
【００９１】
アクチュエータは、少なくとも二つのヒータ素子を有する熱アクチュエータを有し、第１の素子はパドル羽根を第１の方向に動かすように駆動され、第２のヒータ素子は、パドル羽根を第２の方向に動かすように駆動される。ヒータ素子は、好ましくは、高い曲げ効率を有する。曲げ効率は、以下の式で定義される。
曲げ効率＝ヤング率×熱膨張率／密度×比熱容量
ヒータ素子は、中央アームの対向する側部に配置され、中央アームは低い熱電導性を有する。
【００９２】
パドル羽根とアクチュエータは、支柱回転位置で結合され、支柱回転位置はノズルチャンバの薄い部分を有する。アクチュエータは、基板に固定された一端と、二股に分かれた舌部の各先端に二つの葉部を有する、二股に分かれた舌部を有する。葉部は、該舌部を介してパドルの対応する側部と接続している。アクチュエータを駆動すると、葉部の一つがパドルの端部上で引っ張る。
装置は更に、ノズルチャンバに接続された液体供給溝を有し、液体供給溝はノズルチャンバに液体を供給する。チャンバの壁の接続は、実質的にパドル羽根の休止位置に隣接している。接続はチャンバの壁のスロットを有し、該スロットはパドル羽根の断面形状と似た寸法を有する。中央アームは、実質的にガラスから構成することが出来る。
【００９３】
装置は、理想的にはインク補給印字装置の使用に適しており、各液排出装置は好ましくは、その外周部を囲んで規定されたリムを含む。
【００９４】
好ましくは、多数の装置が、液体排出アパチャーが、離れて配置された列に互いにグループ化され、液体が各位相において各列の液体排出アパチャーから排出される形で、組み立てられる。ノズルチャンバは多くのインク色にクループ化され、各ノズルは対応するインク色が供給される。
【００９５】
本発明の更なる観点は、ノズルチャンバから液体滴を排出する方法であり、ノズルチャンバは、アクチュエータ機構に取り付けられた可動パドル羽根を利用したノズルチャンバの壁に規定された、少なくとも二つのノズルアパチャーを有する。方法は、アクチュエータを駆動して可動パドルを第１の方向に移動し、第１のノズルアパチャーから滴を排出するステップと、アクチュエータを駆動し、可動パドルを第２の方向に移動し、第２のノズルアパチャーから滴を排出するステップを有する。
【００９６】
本発明の更なる観点は、ノズルチャンバから液を排出する装置であり、該装置は、チャンバの壁に規定された少なくとも二つの液排出アパチャーを有するノズルチャンバ、液排出アパチャーの第１のアパチャーのリムに隣接する表面に配置された可動パドル羽根、該可動パドル羽根に取り付けられ、該パドル羽根を第１の方向に移動させ、該第１の液排出アパチャーから液滴を排出させ、更に該パドル羽根を第２の別の方向に移動させ、該第２の液排出アパチャーから液滴を排出させることの出来る、アクチュエータ機構を有する。
【００９７】
装置は、第１及び第２の液排出アパチャー間に配置されたバッフルを有し、パドル羽根の第１の方向への移動は第１のアパチャーに近接した液体の圧力を上昇させ、同時に、第２のアパチャーに隣接した液体の圧力を降下させる。更に、第２の方向へのパドル羽根の動きは、第２のアパチャーに隣接した液体の圧力を上昇させ、同時に、第１のアパチャーに隣接した液体の圧力を降下させる。
【００９８】
パドル羽根とアクチュエータは、互いに接続され、チャンバの壁の周囲を回転自在である、装置は、更に、ノズルチャンバに液体を供給する液体供部により
ノズルチャンバに接続された液体供給溝を有する。接続はパドル羽根の回転位置に実質的に隣接したチャンバの壁に設けられる。
【００９９】
ノズルチャンバの一つの壁は、ノズルチャンバに取り囲まれた雰囲気で接続する少なくとも一つのより小さなアパチャーを有し、より小さなアパチャーの寸法は、装置の通常運転中において、そのより小さなアパチャーを介した液体の実質的な流れがゼロとなるようになっている。
【０１００】
アクチュエータは、少なくとも二つのヒータ素子を有する熱アクチュエータを有し、第１のシータ素子は、パドル羽根を第１の方向に駆動し、第２のヒータ素子はパドル羽根を第２の方向に駆動する。ヒータ素子は、好ましくは、高い曲げ効率を有する。曲げ効率は、以下の式で定義される。
曲げ効率＝ヤング率×熱膨張率／密度×比熱容量
ヒータ素子は、中央アームの対向する側部に配置され、中央アームは低い熱電導性を有する。中央アームは実質的にガラスである。パドル羽根とアクチュエータは、支柱回転位置で結合され、支柱回転位置はノズルチャンバの薄い部分を有する。熱アクチュエータは好ましくは、囲まれた雰囲気で運転され、ノズルチャンバ壁の薄い部分は、対向する側の一連のスロットを含み、アクチュエータ運転中の壁の可撓性を許容する。好ましくは、該スロットに隣接した外部表面は平面又は窪んだ表面を有し、インクの撥ね上げを防止する。液排出装置は、その外表面周りに規定されたリムを有することが出来る。
【０１０１】
更に、熱アクチュエータは、基板に取り付けられた一端と、薄い部分を有する第２の端部と、可動パドル羽根に対する、アクチュエータの可撓性アタッチメントとしての薄肉部分を有する。
【０１０２】
多数の液体排出アパチャーが、離れて配置された列に互いにグループ化され、液体が各位相において各列の液体排出アパチャーから排出される。装置は、更に多数のインク色にグループ化されたノズルチャンバを有するインクジェット印字に理想的に利用することが出来、各ノズルには対応するインク色が供給される。
【０１０３】
本発明の更なる観点は、チャンバの壁に規定された少なくとも二つのノズルアパチャーを有し、駆動機構に取り付けられた可動パドル羽根を利用して、ノズルチャンバから液滴を排出する方法である。この方法は、アクチュエータを駆動して可動パドルを第１の方向に移動し、第１のノズルアパチャーから滴を排出するステップと、アクチュエータを駆動し、可動パドルを第２の方向に移動し、第２のノズルアパチャーから滴を排出するステップを有する。
【０１０４】
ノズルチャンバアレイはページ幅の印字ヘッドに組み立てることが出来、各ノズルチャンバの可動パドルはページに対してインクを排出する位相において駆動される。
【０１０５】
本発明の更なる観点は、ノズルチャンバから液体を排出させる装置であり、該装置は、チャンバの壁に規定された少なくとも二つのノズルアパチャーを有するノズルチャンバ、第１の液体排出アパチャーのリムに近接した平面に配置された可動パドル羽根及び、該可動パドル羽根に装着され、パドル羽根を第１の方向に動かして、第１の液体排出アパチャーから液滴を排出し、更に、パドル羽根を第２の異なる方向に動かして、第２の液体排出アパチャーから液滴を排出する、アクチュエータを有している。
【０１０６】
好ましくは、第１及び第２の液体排出アパチャーの間に配置されたバッフルを有し、第１の方向に動くパドル羽根は第１のアパチャーに近接した液体の圧力を上昇させ、同時に第２のアパチャーに近接した液体の圧力を低下させる。
【０１０７】
更に、装置は、第２の液体排出アパチャー、バッフル及び可動パドル羽根の先端部の下に深くエッチングされたピットを有している。更に装置は、ノズルチャンバに液体を供給するための液体供給部によりノズルチャンバと接続された液体供給溝を有し、パドル羽根の一表面は、少なくとも一つの突起を有している。この突起は、パドルが少なくとも一つの方向に動いている間、少なくとも一つの突起が液体供給溝のリムと係合し、液体が液体供給溝方向に流れることを防止している。また、可動式パドルは、バッフルに隣接する端部上のリップ部を有することが好ましく、リップ部は、可動式パドルが運転中にバッフルの表面と実質的に当接する。
【０１０８】
チャンバの壁は、ノズルチャンバと囲まれる雰囲気で接続される少なくとも一つのより小さなアパチャーを有し、アパチャーの寸法は、パドル羽根の運転中において、より小さなアパチャーを横断して作用する表面張力が、該アパチャー又はノズルチャンバ内に実質的に近い位置に残っている該アパチャーを横断するメニスカスに作用するように形成される。好ましくは、少なくとも一つのより小さなアパチャーが液体排出アパチャーの第１のアパチャーに近接しており、インクは第２の液体排出アパチャーから排出される間、第１の液体排出アパチャーのメニスカスと少なくとも一つのより小さなアパチャーはノズルチャンバ内で接続される。好ましくは、各アパチャーはその外表面の周りに補強されたリムを有する。
【０１０９】
バッフルは、第２の液体排出アパチャーの軸から実質的に均等な半径に配置された部分を有する壁表面を有する。
【０１１０】
アクチュエータは、少なくとも二つのヒータ素子を有する熱アクチュエータを有し、第１のヒータ素子は、パドル羽根を第１の方向に駆動し、第２のヒータ素子はパドル羽根を第２の方向に駆動する。ヒータ素子は、好ましくは、高い曲げ効率を有する。曲げ効率は、以下の式で定義される。
曲げ効率＝ヤング率×熱膨張率／密度×比熱容量
ヒータ素子の適切な材料は銅ニッケル合金である。ヒータ素子は、中央アームの対向する側部に配置され、中央アームは低い熱電導性を有する。熱アクチュエータは、好ましくは、囲まれる雰囲気で動作する。中央アームはガラスから作ることが出来る。
【０１１１】
好ましくは、アクチュエータ機構は、ノズルチャンバの壁のスロットを介して可動式パドル羽根と接続しており、アクチュエータ機構に沿った液体の跳ね出しを最小化するために少なくとも一つの突起部を有する。突起部は、アクチュエータ機構の上の先の尖ったリムを有する。スロットは、ノズルチャンバ内部と、外部の囲まれる雰囲気で接続され、好ましくは、スロットに隣接する外部表面は平面又は窪んだ表面を有し、インクの撥ね上げを防止する。
【０１１２】
本発明は、多数の装置からなるインクジェット印字ヘッドを構成するのに適している。前述したように、液体排出装置は共に、離れて配置された列にグループ化され、液体は、位相に対応した各列の液体排出装置から排出される。ノズルチャンバは更に多数のインク色にグループ化され、各ノズルは対応するインク色が供給される。
【０１１３】
本発明の更なる観点は、チャンバの壁に規定された少なくとも二つのノズルアパチャーを有するノズルチャンバから、アクチュエータ機構に取り付けられた可動式パドル羽根を利用して液体を排出させる方法である。該方法は、アクチュエータを駆動して、パドル羽根を第１の方向に動かして、第１の液体排出アパチャーから液滴を排出するステップ、及び、アクチュエータを駆動してパドル羽根を第２の方向に動かして、第２の液体排出アパチャーから液滴を排出するステップを有する。
【０１１４】
ノズルチャンバアレイはページ幅の印字ヘッドに組み立てることが出来、各ノズルチャンバの可動パドルは、位相において駆動される。
【０１１５】
本発明の更なる観点は、インクジェット印字ノズル装置であり、該装置は、インクチャンバからインクを排出するために、チャンバの一つの壁に設けられたインク排出ノズルを有するインクチャンバ、該インクチャンバ内に配置された可動式パドル羽根、該パドル羽根を駆動してインクチャンバ内のインクをインクジェットノズルから排出するためのアクチュエータ手段を有し、パドル羽根はインク排出ノズルに近接した領域に窪んだ表面を有する。
【０１１６】
好ましくは、パドル羽根はインク排出ノズルに近接した領域にカップ形の表面を有する。ノズル装置は、通常のマイクロエレクトロメカニカル構築技術を用いて形成することが出来、窪んだ表面は、ピット上にフィルムを配置することにより形成することが出来る。
【０１１７】
アクチュエータ手段は、ノズルチャンバ外に配置され、操作上装置の外部の囲まれた雰囲気中にある駆動部を有する。インクチャンバはその壁のスロットを有し、アクチュエータ手段は、当該スロットを介して可動式パドル羽根と接続している。
【０１１８】
アクチュエータ手段は、高い曲げ効率を有する導電性ヒータ素子を有する熱アクチュエータを有し、電流が導電性ヒータを通過すると、ヒータ素子は熱膨張を受け、アクチュエータ手段はパドルをインク排出ノズル方向に動かす。
【０１１９】
好ましくは、スロットの外部表面は、該スロットからのインクの飛び撥ねを防止するように形成される。形状としては、該スロットの周りの突出したリムを有する表面とすることが出来る。アクチュエータ手段はアクチュエータ手段に沿ったインクの撥ねだしを防止することの出来る形状に形成することが出来る。
【０１２０】
更に、好ましくは、パドル羽根はその表面にスリットを有し、インクチャンバ内へのインクの補給を助ける。
【０１２１】
本発明の更なる観点は、インクジェットノズル装置であり、該装置は、チャンバの一つの表面に液体排出ノズルを有するノズルチャンバ、該チャンバ内に配置されたパドル羽根（該パドル羽根は、液体排出ノズルを介してチャンバから液体を排出するためにアクチュエータ装置により駆動される）及び、ノズルチャンバの外部に配置され、パドル羽根に取り付けられた熱アクチュエータ装置を有し、熱アクチュエータ装置は、複数の分離され離れた細長い熱アクチュエータユニットを有する。
【０１２２】
好ましくは、熱アクチュエータユニットは、第１の端部を基板に接続しており、第２の端部は剛性のある支柱部材に接続されている。該剛性のある支柱部材は、その一端部をパドル羽根に取り付けられたレバーアームに接続されている。熱アクチュエータユニットは、導電線に沿った導電性加熱により運転され、導電性加熱は第１の端部に近接した領域で熱が実質的に発生する。導電性加熱の線は、第１の端部に近接した薄い断面を含む。熱アクチュエータユニットの加熱層は実質的に銅ニッケル合金又は窒化チタンから構成することが出来る。パドルは熱アクチュエータユニットの部分と似た導電性材料から構築することが出来るが、それからは導電的に絶縁されている。
【０１２３】
好ましくは、熱アクチュエータユニットは、単一のマスクを用いて多数の層をエッチングすることにより、多数の層から構築される。
【０１２４】
ノズルチャンバは、該チャンバの第２の表面のアクチュエータアクセス穴を含む。アクセス穴はチャンバのコーナ部のスロットを有し、アクチュエータは該スロットを介して円弧上を動くことが出来る。アクチュエータは、パドル羽根と実質的に直角にチャンバ壁と係合する端部を有している。パドル羽根は液体排出穴に対向する扁平部分を有する。
【０１２５】
本発明の更なる観点は、インクジェットノズル装置であり、該装置は、チャンバの一つの壁に設けられたインク排出ノズルを有するインクチャンバ、該インクチャンバ内に配置されたパドル羽根（該パドル羽根は、液体排出ノズルを介してチャンバから液体を排出するためのアクチュエータ装置により駆動される）、及び、パドル羽根に装着され、ノズルチャンバの外側に配置された熱アクチュエータ装置を有する。
【０１２６】
好ましくは、熱アクチュエータ装置は、パドル羽根に一端を取り付けられ、第２の端部を基板に取り付けられたレバーアームを有している。熱アクチュエータ装置は好ましくは、導電線に沿って導電加熱して運転され、導電性加熱は第２の端部に近接した領域で熱が実質的に発生する。導電性加熱の線は、好ましくは第２の端部に近接した薄い断面に沿って生じる。
【０１２７】
好ましくは、熱アクチュエータは、似た熱特性を持った材料の第１及び第２の層を有しており、層を配置した後に加熱すると、二つの層はお互いに作用し合って、アクチュエータを所定の位置に保持する。層は実質的に銅ニッケル合金又は窒化チタンから構成することが出来る。
【０１２８】
パドルは熱アクチュエータユニットの部分と似た導電性材料から構築することが出来るが、それからは導電的に絶縁されている。
【０１２９】
熱アクチュエータユニットは、単一のマスクを用いて多数の層をエッチングすることにより、多数の層から構築される。
【０１３０】
ノズルチャンバは、好ましくは該チャンバの第２の表面のアクチュエータアクセス穴を含む。アクセス穴はチャンバのコーナ部のスロットを有し、アクチュエータは該スロットを介して円弧上を動くことが出来る。アクチュエータは、パドル羽根と実質的に直角にチャンバ壁と係合する端部を有している。パドル羽根は液体排出穴に対向する扁平部分を有する。
【０１３１】
パドル羽根は液体排出穴に対向する扁平部分を有する。
【０１３２】
本発明の更なる観点は、似た熱特性を有する材料からなる二つの層を有する熱アクチュエータ装置であり、層を配置した後の冷却時に、二つの層はお互いに作用し合って、アクチュエータを所定の位置に保持する。
【０１３３】
本発明の更なる観点は、熱アクチュエータであり、該アクチュエータは、基板に一端を取り付けたレバーアームを有し、熱アクチュエータは、導電性線の導電性加熱により駆動され、導電性線は基板への取り付け部材に近接した薄い断面を有する。
【０１３４】
本発明の更なる観点は、インク排出ノズルを介してノズルチャンバから排出するインクジェットノズル装置であり、該装置は、排出すべきインクを貯蔵するノズルチャンバ、該チャンバの一つの壁に形成されたリムを有するインク排出ノズル、ノズルリムに取り付けられ、リムに近接したノズルチャンバ壁の部分を構成する一連のアクチュエータパドルを有する。該アクチュエータパドルは、更に、一致して駆動され、ノズルチャンバからインク排出ノズルを介してインクを排出する。
【０１３５】
アクチュエータパドルは、駆動時にノズルチャンバの中央に向けて内方に曲がる表面を有している。アクチュエータパドルは好ましくは、熱アクチュエータ装置により駆動される。熱アクチュエータ装置は、高い熱膨張率を有する第２の材料に内包された導電性抵抗素子を有している。素子は曲がりくねった形に形成され、第２の材料の膨張を妨げないようにしている。アクチュエータパドルは、好ましくはノズルリムの周囲に放射状に配置される。
【０１３６】
アクチュエータパドルは、ノズルチャンバと装置の外雰囲気との間で膜を形成することが出来、パドルは外雰囲気から曲がり、ノズルチャンバ内の圧力を上昇させ、ノズルチャンバからインクの排出を開始させる。パドルアクチュエータは排出ノズルの中心軸に向けて曲がることが出来る。
【０１３７】
装置は、ウエハ上に、マイクロエレクトロメカニカル技術を用いて形成することが出来、更に、ノズルチャンバに接続されたインク補給溝を有する。該インク補給溝は、ウエハを貫通エッチングして形成される。インクジェットノズル装置は一連の支柱により支持されるインク排出ノズルを有することが出来、アクチュエータパドルは、好ましくはノズルリムと接続している。支柱は、更にアクチュエータパドルに電源を供給する導電性電力線を含むことができる。
【０１３８】
装置は、隣接する装置に近接して形成することが出来、パージ幅の印字ヘッドを形成する。
【０１３９】
本発明の最初の観点は、インク排出ノズルの外にノズルチャンバから排出するインクジェットノズル装置であり、該装置は、排出すべきインクを貯蔵するノズルチャンバ、該チャンバの一つの壁に形成されたリムを有するインク排出ノズル、ノズルリムに取り付けられ、リムに近接したノズルチャンバ壁の部分を構成する一連のアクチュエータパドルを有する。該アクチュエータパドルは、更に、一致して駆動され、ノズルチャンバからインク排出ノズルを介してインクを排出する。
【０１４０】
アクチュエータパドルは、駆動時にノズルチャンバの中央に向けて内方に曲がる表面を有している。アクチュエータパドルは好ましくは、熱アクチュエータ装置により駆動される。熱アクチュエータ装置は、高い熱膨張率を有する第２の材料に内包された導電性抵抗素子を有している。素子は曲がりくねった形に形成され、第２の材料の膨張を妨げないようにしている。アクチュエータパドルは、好ましくはノズルリムの周囲に放射状に配置される。アクチュエータパドルは、ノズルチャンバと装置の外雰囲気との間で膜を形成することが出来、パドルは外雰囲気から曲がり、ノズルチャンバ内の圧力を上昇させ、ノズルチャンバからインクの排出を開始させる。パドルアクチュエータは排出ノズルの中心軸に向けて曲がることが出来る。
【０１４１】
装置は、ウエハ上に、マイクロエレクトロメカニカル技術を用いて形成することが出来、更に、ノズルチャンバに接続されたインク補給溝を有する。該インク補給溝は、ウエハを貫通エッチングして形成される。インクジェットノズル装置は一連の支柱により支持されるインク排出ノズルを有することが出来、アクチュエータパドルは、好ましくはノズルリムと接続している。支柱は、更にアクチュエータパドルに電源を供給する導電性電力線を含むことができる。
【０１４２】
装置は、隣接する装置に近接して形成することが出来、パージ幅の印字ヘッドを形成する。
【０１４３】
本発明の最初の観点は、インクジェットノズル装置であり、該装置は、ノズルチャンバの一つの壁に形成されたインク排出ノズルから排出すべきインクを貯蔵するノズルチャンバ、ノズルチャンバの第１の壁に設けられた可動式パドルアクチュエータ機構、ノズルチャンバの第２の壁に沿って横切るパドルアクチュエータの一端部を有する。第２の壁は、第１の壁に実質的に垂直であり、前記一端部は、第２の壁に当接する表面を有するフランジを含む。可動式パドルアクチュエータ機構は前記第２の壁の実質的に接戦方向に移動するフランジにより、インク排出ノズルからインクを排出させるように動作することが出来る。
【０１４４】
装置は、更に、ノズルチャンバにインクを補給するために、ノズルチャンバに接続されたインク補給溝を有し、該接続は、チャンバ壁のスロットを有する。該スロットは、実質的にフランジの端部に対向している。スロットは、チャンバの第３の壁のコーナ部に設けることが出来、チャンバの第２の壁は更に、インク補給溝の一つの壁を構成することが出来る。
【０１４５】
装置はシリコンウエハ上に形成することが出来、インク補給溝は、ウエハの背面をバックエッチングして形成される。バックエッチングは、該背面のプラズマエッチングから構成することが出来る。
【０１４６】
可動式パドルアクチュエータは、インク滴を排出するために駆動されると、ノズルチャンバへのインクの流れを制限することができる。
【０１４７】
装置は、更に、好ましくは、可動式パドルアクチュエータ部分の周りのスロットを含む。スロットは、外部の包囲された雰囲気でノズルチャンバに接続される。スロットは、可動式パドルアクチュエータ機構の運転中に液体が動くような寸法になっており、滴の排出に要するエネルギを最小化し、一方で、液がノズルチャンバの外に流出しないようにしている。
【０１４８】
可動式パドルアクチュエータ機構は、好ましくは、機構のオンデマンド駆動か可能な熱アクチュエータを有する。熱アクチュエータは、高い熱膨張率を有する実質的に非導電性材料からなる層間に設けられた導電性ヒータ層を有する。導電性ヒータ層は曲がりくねった形に形成することが出来、該導電性ヒータ層の導電性加熱に際しては、該導電性ヒータ層がアコーデオン状に伸縮して実質的非導電性材料の膨張を実質的に妨げないようにする。実質的な非導電性材料は、実質的に、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来る。
【０１４９】
シリコンウエハは、ＣＭＯＳ処理システムを利用して初期処理を行うことが出来、シリコンウエハ上のインクジェットノズル装置の運転に必要な電気回路を形成することが出来る。
【０１５０】
本発明の最初の観点は、平面的熱曲げアクチュエータインクジェット印字ヘッドの製造方法であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１５１】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体化された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１５２】
本発明の最初の観点は、ポンプ動作補給インクジェットプリンタ印字ヘッドの製造方法であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１５３】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体化された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクを基板から、基板に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１５４】
本発明の最初の観点は、変動圧力を放出するＰＴＦＥ表面インクジェット印字ヘッドの製造方法であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１５５】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体化された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１５６】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法であり、該方法は、以下のステップを含む。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）該電気回路層にノズル入口穴をエッチングする。
（ｃ）ノズル入口穴を含む電気回路層の上に第１の犠牲材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１の犠牲材料層内のアクチュエータアンカー領域のエッチングを含む。
（ｄ）高い熱膨張率を有する材料からなる第１の膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１の膨張材料層内の所定のバイアス（ｖｉａｓ）をエッチングすることを含む。
（ｅ）第１の膨張材料層上に第１の導電層を配置し、エッチングする。該第１の導電材料層は、前記バイアス（ｖｉａｓ）を介して前記電気回路に導電的に接続される。
（ｆ）高い熱膨張率を有する材料からなる第２膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１及び第２の膨張材料層及び第１の導電層の組み合わせから可動式パドルを形成することを含む。
（ｇ）第２の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ型を形成する。
（ｈ）犠牲材料層の上に不活性材料層を配置し、エッチングして、可動式パドルの周辺のノズルチャンバを形成する。このエッチングは、不活性材料層内にノズル排出アパチャーをエッチングすることを含む。
（ｉ）ウエハを貫通するインク補給溝をエッチングする。
（ｊ）犠牲層をエッチング除去する。
【０１５７】
ステップ（ｈ）は、好ましくは、不活性材料層内に一連の小孔をエッチングすることを含むことができる。
【０１５８】
第１及び第２の膨張材料層は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、不活性材料層は、実質的に窒化シリコンを含むことが出来る。
【０１５９】
インク補給溝は、両面研磨されたＣＭＯＳ基板からなるウエハの背面から溝をエッチングすることにより形成することができる。
【０１６０】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０１６１】
本発明の最初の観点は、バックルストライプ格子変動圧インクジェット印字ヘッドの製造方法であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１６２】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体化された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１６３】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法であり、該方法は、以下のステップを含む。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）該電気回路層に少なくとも一つのノズルシャッターインク穴をエッチングする。
（ｃ）電気回路層の上に第１の犠牲材料層を配置し（前記少なくとも一つのノズルシャッターインク穴を塞ぐこと含む）、エッチングする。該エッチングは、第１の犠牲材料層内のアクチュエータアンカー領域のエッチングを含む。
（ｄ）高い熱膨張率を有する材料からなる第１の膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１の膨張材料層内の所定のバイアス（ｖｉａｓ）をエッチングすることを含む。
（ｅ）第１の膨張材料層上に第１の導電層を配置し、エッチングする。該第１の導電材料層は、前記バイアス（ｖｉａｓ）を介して前記電気回路に導電的に接続される。
（ｆ）高い熱膨張率を有する材料からなる第２膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１及び第２の膨張材料層及び第１の導電層の組み合わせから、少なくとも一つのノズルシャッターインク穴上にシャッター素子を形成することを含む。シャッター素子は、前記導電性接続により固定される。
（ｇ）第２の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ型を形成する。
（ｈ）犠牲材料層の上に不活性材料層を配置し、エッチングして、可動式パドルの周辺のノズルチャンバを形成する。このエッチングは、不活性材料層内にノズル排出アパチャーをエッチングすることを含む。
（ｉ）ウエハを貫通するインク補給溝をエッチングする。
（ｊ）犠牲層をエッチング除去する。
【０１６４】
ステップ（ｈ）は、好ましくは、不活性材料層内に一連の小孔をエッチングすることを含むことができる。
【０１６５】
第１及び第２の膨張材料層は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、不活性材料層は、実質的に窒化シリコンから構成することが出来る。インク補給溝は、ウエハの背面から溝をエッチングすることにより形成することができる。
【０１６６】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０１６７】
本発明の観点は、シャッターをベースとした印字ヘッドを製造する方法であり、該方法では、ノズルアレイは基板上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１６８】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体化された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１６９】
本発明の観点は、カールしたがく状の熱弾性インクジェット印字ヘッドの製造方法であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１７０】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体化された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１７１】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法であり、該方法は、以下のステップを含む。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）電気回路に接続する、一連のバイアス（viai）を所定位置にエッチングするのに加えて、該電気回路層にノズル入口穴をエッチングする。
（ｃ）ノズル入口穴を含む電気回路層の上に第１の犠牲材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、バイアス周辺に位置する第１の犠牲材料層内のアクチュエータアンカー領域のエッチングを含む。
（ｄ）高い熱膨張率を有する材料からなる第１の膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１の膨張材料層内の所定のバイアス（ｖｉａｓ）をエッチングすることを含む。
（ｅ）第１の膨張材料層上に第１の導電層を配置し、エッチングする。該第１の導電材料層は、前記バイアス（ｖｉａｓ）を介して前記電気回路層に導電的に接続される。
（ｆ）高い熱膨張率を有する材料からなる第２膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１及び第２の膨張材料層及び第１の導電層の組み合わせから、前記バイアス（ｖｉａｓ）を実質的に中心とする円盤を形成することを含む。
（ｇ）第２の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ型を形成する。
（ｈ）犠牲材料層の上に不活性材料層を配置し、エッチングして、可動式パドルの周辺のノズルチャンバを形成する。このエッチングは、不活性材料層内にノズル排出アパチャーをエッチングすることを含む。
（ｉ）ウエハを貫通するインク補給溝をエッチングする。
（ｊ）犠牲層をエッチング除去する。
【０１７２】
円盤は、好ましくは一連の放射状のスロットを含むことができる。
【０１７３】
ステップ（ｈ）は、好ましくは、不活性材料層内に一連の小孔をエッチングすることを含むことができる。また、ノズルチャンバは、好ましくは円盤周囲のリップ部を含むことができる。
【０１７４】
第１及び第２の膨張材料層は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、不活性材料層は、実質的に窒化シリコンを含むことが出来る。インク補給溝は、ウエハの背面から溝をエッチングすることにより形成することができる。
【０１７５】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０１７６】
本発明の観点は、熱駆動型インクジェット印字ヘッドの製造方法であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１７７】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体化された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１７８】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法であり、該方法は、以下のステップを含む。
（ａ）その上に形成された電気回路層及び埋め込み形エピタキシャル層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）ノズルチャンバ穴をウエハにエッチングする。エッチングは実質的にエピタキシャル層で止める。
（ｃ）電気回路層を続く層に電気的に接続するバイアス(vias)を含む、第１の犠牲材料層を配置し、エッチングする。
（ｄ）高い熱膨張率を有する材料からなる第１の膨張材料層を、ノズルチャンバ上に配置する。
（ｅ）第１の膨張材料層上に第１の導電層を配置し、エッチングして、電気回路層に接続されたヒータ素子を形成する。
（ｆ）導電材料層上に、高い熱膨張率を有する材料からなる第２膨張材料層を配置し、エッチングする。エッチングは、ノズルチャンバ上の少なくとも二つの葉部をエッチングすることを含む。
（ｇ）ウエハをエピタキシャル層までバックエッチングする。
（ｈ）エピタキシャル層にノズルアパチュアをエッチングする。
（ｏ）犠牲層をエッチング除去する。
【０１７９】
エピタキシャル層は、ウエハをプラズマエッチングするステップ（ｂ）において、エッチング停止材として使用することが出来る。
【０１８０】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０１８１】
本発明の観点は、虹彩のような動きを行うとした印字ヘッドを製造する方法であり、該方法では、ノズルアレイは基板上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１８２】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１８３】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法であり、該方法は、以下のステップを含む。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）電気回路層上に第１の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このステップは、ノズルチャンバ支柱とバイアス(vias)周辺に配置される第１の犠牲材料層内のアクチュエータアンカーポイントのための穴をエッチングすることを含む。
（ｃ）高い熱膨張率を有する材料からなる第１の膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１の膨張材料層内の所定のバイアス（ｖｉａｓ）をエッチングすることを含む。
（ｄ）第１の膨張材料層上に第１の導電層を配置し、エッチングする。第１の導電材料層は、電気回路層にバイアス(vias)を介して導電的に接続される。
（ｅ）高い熱膨張率を有する材料からなる第２膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１及び第２の膨張材料層及び第１の導電層の組み合わせからなる熱アクチュエータを形成する。
（ｆ）第２の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、一連のノズルチャンバ支柱及び一連の羽根素子の型を形成する。
（ｇ）該型を満たす第１の不活性材料層を配置し、エッチングする。
（ｈ）第３の犠牲材料層を第２の犠牲材料層及び不活性層上に配置し、エッチングする。このエッチングは、一連のノズルチャンバ支柱とノズルチャンバ壁との接続用型のエッチングを含む。
（ｉ）第２の不活性層を配置し、エッチングして、ノズルチャンバを形成する。このエッチングは、第２の不活性材料層におけるインク排出ノズルのエッチングである。
（ｊ）ノズルチャンバに接続されるインク補給溝をウエハを貫通してエッチングする。
（ｋ）犠牲層をエッチング除去する。
【０１８４】
羽根素子は、好ましくはインク排出ノズルの周辺に配置される。
【０１８５】
ステップ（ｉ）は、好ましくは、不活性層内に一連の小孔をエッチングすることを含むことができる。更に、第１及び第２の膨張材料層は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、不活性材料層は、実質的にガラスから構成することが出来る。
【０１８６】
インク補給溝は、ウエハの背面から溝をエッチングすることにより形成することができる。
【０１８７】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０１８８】
本発明の観点は、直噴式熱曲げアクチュエータ形インクジェット印字ヘッドの製造方法であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１８９】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１９０】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法であり、該方法は、以下のステップを含む。
（ａ）その上に形成された電気回路層及び埋め込み形エピタキシャル層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）電気回路層に、半導体ウエハ内のノズルチャンバと接続されるノズルチャンバアパチュアをエッチングする。
（ｃ）該ノズルチャンバを満たす第１の犠牲材料層を配置する。
（ｄ）高い熱膨張率を有する材料からなる第１の膨張材料層を、ノズルチャンバ上に配置し、エッチングする。
（ｅ）第１の膨張材料層上に導電材料層を配置し、エッチングして、第１の膨張層上に導電ヒータ素子を形成する。該ヒータ素子は、電気回路層に導電的に接続される。
（ｆ）最後の導電材料層上に、高い熱膨張率を有する材料からなる第２膨張材料層を配置し、エッチングする。エッチングは、ノズルチャンバ上の葉部をエッチングすることを含む。
（ｇ）ウエハをエピタキシャル層までバックエッチングする。
（ｈ）該エピタキシャル層にノズルアパチュアをエッチングする。
（ｏ）犠牲層をエッチング除去する。
【０１９１】
ステップ（ｃ）は、第１の膨張材料層をエッチングして波形の表面を形成することを含むことが出来る。
【０１９２】
好ましくは、ステップ（ｄ）は、導電性ヒータ素子内に波形の表面を保持することを含むことが出来る。
【０１９３】
エピタキシャル層は、ウエハを結晶エッチングすることの出来るステップ（ｂ）で、エッチング停止材として利用することが出来る。
【０１９４】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０１９５】
本発明の観点は、導電性ＰＴＦＥ曲げアクチュエータによる換気形インクジェット印字ヘッドの製造方法であり、該方法では、ノズルアレイは基板上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１９６】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１９７】
本発明の観点は、バックルプレートインクジェット印字ヘッドの製造方法の提供であり、該方法では、ノズルアレイは基板上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０１９８】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０１９９】
本発明の観点は、熱弾性回転羽根車式印字ヘッドを製造する方法の提供であり、該方法では、ノズルアレイは基板上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２００】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２０１】
本発明の観点は、熱弾性曲げアクチュエータ式インクジェット印字ヘッドを製造する方法の提供であり、該方法では、ノズルアレイは基板上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２０２】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２０３】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法の提供であり、該方法は、以下のステップを含む。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）前記電気回路に接続された一連のバイアス(vias)を、ウエハ上の所定位置に配置し、エッチングする。
（ｃ）第１の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、前記バイアス(vias)周辺に配置された第１の犠牲材料層内のアクチュエータアンカー領域をエッチングすることを含む。
（ｄ）高い熱膨張率を有する材料からなる第１の膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１の膨張材料層内の所定のバイアス（ｖｉａｓ）をエッチングすることを含む。
（ｅ）第１の膨張材料層上に第１の導電層を配置し、エッチングする。第１の導電材料層は、電気回路層にバイアス（vias：異なる回路基板の層にワイヤーを接続する小さな穴のこと）を介して導電的に接続される。
（ｆ）高い熱膨張率を有する材料からなる第２膨張材料層を配置し、エッチングする。該エッチングは、第１及び第２の膨張材料層及び第１の導電層の組み合わせからなるバイアスに固定されたパドルを形成することを含む。
（ｇ）第２の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバの型を形成する。
（ｈ）該犠牲材料層上に不活性材料層を配置し、エッチングして、可動パドル周囲にノズルチャンバを形成する。このエッチングは、不活性材料層内にノズル排出アパチュアをエッチングことを含む。
（ｉ）インク補給溝をウエハを貫通してエッチングする。
（ｊ）犠牲層をエッチング除去する。
【０２０４】
好ましくは、方法は、更に第２の膨張材料層の上を処理して、親水性の表面を形成するステップを含む。
【０２０５】
ステップ（ｈ）は、好ましくは、不活性層内に一連の小孔をエッチングすることを含むことができる。
【０２０６】
第１及び第２の膨張材料層は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、不活性材料層は、実質的にガラスから構成することが出来る。
【０２０７】
インク補給溝は、ウエハの背面から溝をエッチングすることにより形成することができる。
【０２０８】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０２０９】
本発明の観点は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）と波形銅を使用した熱曲げアクチュエータ式印字ヘッドの製造方法の提供であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２１０】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。駆動回路は、好ましくは、ＣＭＯＳ形である。最終的に、インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２１１】
本発明の最初の観点は、熱アクチュエータを用いることによる熱アクチュエータインクジェットプリンタの製造方法の提供であり、該方法は、以下のステップを含む。最初にシリコン回路ウエハ層を準備する。これには熱アクチュエータをオンデマンドで駆動するために必要な電気回路を含む。第１の犠牲材料層を、該シリコン回路ウエハ層上に配置する。該第１の犠牲材料層上に、熱アクチュエータを構成する一連の熱構造層を形成する。第２の犠牲材料層を該熱構造層上に配置する。該第２の犠牲材料層のノズルチャンバを形成する部分を適宜エッチングする。該第２の犠牲材料層上にインク排出穴をそこに有する、インクジェットプリンタのノズルチャンバを形成する、ノズルチャンバ層を配置する。熱アクチュエータの可動端部の下の領域にインク補給溝を形成するために、シリコンウエハ層をバックエッチングする。（もし、有れば）回路層の適切な部分と、第１及び第２の犠牲材料層をエッチングして、熱アクチュエータ層を形成し、インク補給溝を介して運転されるインクジェット印字ノズルを供給する。
【０２１２】
好ましくは、多数のインクノズルは単一のウエハ上に形成され、多数の異なるノズルチャンバにインクを供給する単一のインク補給溝を形成する、バックエッチング工程を有する。各インク補給溝はノズルチャンバの窒化物の壁に当接し、該窒化物の壁は、該インク補給溝を多数の補給溝に分割している。
【０２１３】
ヒータ構造層は、以下のステップより形成することが出来る。即ち、第１の犠牲材料層の上に第１の膨脹材料層を配置するステップ、該第１の膨脹材料層上に導電ヒータ層を配置するステップ及び、該導電性ヒータ層の上に第２の膨張材料層を配置するステップである。該導電性ヒータ層は、化学的機械的平面化処理を用いて金から形成することが出来る。
【０２１４】
回路層は、好ましくは金属導電線を含み、金属導電線は、回路層の他の部分を、犠牲材料層のエッチング時に利用される犠牲エッチングにより、不当にエッチングされることから保護するバリアを形成するために利用される。
【０２１５】
ノズルチャンバ層は理想的には、犠牲層のエッチング時に利用される一連の小さなエッチング穴を有することができ、また実質的に窒化シリコンから構成することが出来る。ノズルチャンバ層は、ヒータ構造層をより下層に強固にクランプするように作用する、該ヒータ構造層上に直接形成された部分を含むことが出来る。
【０２１６】
本発明の更なる観点は、曲げアクチュエータ直接インク供給方式印字ヘッドの製造方法の提供であり、該方法では、ノズルアレイは基板上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。
【０２１７】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、単一のシリコンウエハ平面基板上に同時に形成される。
【０２１８】
印字ヘッドは、好ましくは標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体化された駆動回路は、ＣＭＯＳ処理とすることが出来る。
【０２１９】
最終的に、インクは基板から、該基板に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２２０】
本発明の更なる観点は、高いヤング率を有している熱アクチュエータ装置を利用してインクを排出する一連のノズルチャンバを有する熱駆動インクジェットプリンタの製造方法の提供である。該方法は、以下のステップから構成される。最初に、回路ウエハ層を有するシリコンウエハを準備する。これには熱アクチュエータをオンデマンドで駆動するために必要な電気回路を含む。第１の犠牲材料層を、該シリコン回路ウエハ層上に配置し、ノズルチャンバ壁の第１の部分を規定する領域内の前記第１の犠牲材料層をエッチングする。高いヤング率を有する第１のヒータ材料層を配置し、熱アクチュエータの第１の層及びノズルチャンバ壁の一部分を形成する。前記第１の材料層の加熱用に設けられ、導電性を有する第２のヒータ材料層を配置する。該材料層は、更に前記第２のヒータ材料を加熱するための前記回路層に接続された部分を有する。第２の犠牲材料層を配置し、該第２の犠牲材料層をノズルチャンバ壁を構築するためにエッチングする。ノズル壁材料層を配置してノズルチャンバ壁を形成し、該ノズル壁材料層をエッチングしてインク排出用のノズル穴を規定する。前記犠牲材料層をエッチング除去し、前記熱アクチュエータを形成する。
【０２２１】
この方法は、更に、ノズルチャンバにインクを供給するインク補給溝をウエハを貫通する形でエッチングすることを含む。第２の材料ヒータ層は２ホウ化チタンを含むことが出来、前記第１の材料ヒータ層は実質的にガラスから構成することが出来る。犠牲材料は実質的にアルミニウムから構成することが出来、ノズルチャンバ壁は、実質的にガラスから形成することが出来る。
【０２２２】
ノズルチャンバは、前記熱アクチュエータが回転中心として用いる薄い膜を有することが出来、ノズル壁材料層は、前記犠牲材料をエッチングすることを助ける、一連の小さなエッチング穴を含むことが出来る。
【０２２３】
好ましくは、ノズルアレイは単一基板層上に、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、形成される。標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いることが出来る。該シリコンと回路層は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来、インクは基板から、該基板に対して実質的に垂直に排出される。
【０２２４】
本発明の更なる観点は、高いヤング率を有している熱弾性インクジェット印字ヘッドの製造方法の提供であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２２５】
印字ヘッドは、好ましくは標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理とすることが出来る。
【０２２６】
本発明の更なる観点は、熱駆動スロットチャンバ壁形インクジェット印字ヘッドの製造方法の提供であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２２７】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２２８】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体化された駆動回路は、ＣＭＯＳ処理とすることが出来る。
【０２２９】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２３０】
本発明の観点は、外部のコイルスプリングを有する熱アクチュエータを持ったインクジェット印字ヘッドの製造方法の提供であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２３１】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２３２】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、好ましくは同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。
【０２３３】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２３４】
本発明の更なる観点は、熱アクチュエータ装置を用いてインクを排出する一連のノズルチャンバを有する熱駆動インクジェットプリンタの製造方法の提供であり、該方法は以下のステップを有する。
（ａ）熱アクチュエータオンデマンドで運転するのに必要な電気回路を有する回路ウエハ層を持った、シリコンウエハを最初に用意する。
（ｂ）回路ウエハ層にインク入口アパチュアをエッチングする。
（ｃ）第１の犠牲材料層を、シリコン及び回路ウエハ層上に配置し、エッチングする。ノズルチャンバ壁の第１の部分、熱アクチュエータアンカー及び熱アクチュエータ端部を規定する領域内の第１の犠牲材料層をエッチングする。
（ｄ）第１の不活性材料層を配置し、エッチングして熱アクチュエータアンカーから始まる第１のアクチュエータパスを規定する。
（ｅ）該第１のアクチュエータパスに隣接させ、該第１の不活性材料層に取り付ける形で第１の導電材料層を配置し、エッチングする。
（ｆ）第１の導電材料層の上に非導電層を配置し、エッチングする。このエッチングは、第１の導電材料層を第２の導電材料層に接続する所定のバイアスをエッチングすることを含む。
（ｇ）第１の不活性材料層の上に第２の不活性材料層を配置し、エッチングする。
（ｈ）前記非導電層の上部に、前記第１の導電材料層に導電的に接続された第２の導電材料層を配置し、エッチングする。
（ｉ）一連の不活性材料層と犠牲層を配置し、エッチングして、ノズルチャンバを形成する。ノズルチャンバは、インク排出穴及び不活性材料層の一つに設けられたノズルチャンバパドル又は熱アクチュエータ端部の導電層を含む。
（ｊ）ウエハをノズルチャンバまで貫通するインク補給溝をエッチングする。
（ｋ）犠牲層をエッチング除去する。
【０２３５】
導電材料層は、好ましくは窒化チタンのような高いヤング率を有する材料から形成される。第１及び第２の不活性材料層は実質的にガラスから構成することが出来る。第１のアクチュエータパスは、実質的にコイルから構成することが出来る。
【０２３６】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０２３７】
本発明の観点は、側壁を有し露出した天井を有する細長い窪みを持ったインクジェットプリンタの製造方法を提供することである。該細長い窪みは運転中は実質的に液体で満たされている。プリンタは、該細長い窪みの中に位置し、該パドル羽根が休止位置に有る時に一つの壁からオフセットするパドル羽根を有し、パドル羽根に取り付けられたアクチュエータ機構は、アクチュエータ機構の駆動時には、パドル羽根は前記一つの壁に向かって動き始め、一つの壁とパドル羽根の間の液体の圧力を上昇させ、引き続いて露出した天井を介して液体が排出される。上記方法は、以下のステップから構成される。
（ａ）熱アクチュエータオンデマンドで運転するのに必要な電気回路を有する回路ウエハ層を持った、シリコンウエハを最初に用意する。
（ｂ）ウエハの表面に細長い窪みをエッチングする。
（ｃ）一連の犠牲層を配置し、エッチングして、シリコンウエハ上に駆動機構及びパドル羽根を作り、一連のパドル羽根及び駆動機構を配置し、エッチングするのに加えてパドル羽根と駆動機構のための支持機構を形成する。
（ｄ）ウエハを介して細長い窪みに接続されるインク補給溝をエッチングする。
（ｅ）残った全ての犠牲層をエッチング除去して、運転用の駆動機構及びパドル羽根を生成する。好ましくは、ステップ（ｃ）は、以下のステップから構成される。
（ｉ）  第１の一連の犠牲層を配置し、エッチングして、第１の支持構造を形成する。
（ｉｉ）導電材料を配置し、エッチングして、駆動機構の第１の導電部及びパドル羽根を形成する。
（ｉｉｉ）第２の一連の犠牲層を配置し、エッチングして、アクチュエータの非導電部分のための第２の支持構造を形成する。
（ｉｖ）非導電材料を配置し、エッチングして、駆動機構の非導電部分を形成する。
（ｖ）第３の一連の犠牲層を配置し、エッチングして、駆動機構のための第３の支持構造を形成する。
（ｖｉ）第２の導電材料を配置し、エッチングして、駆動機構の第２の導電部及びパドル羽根を形成する。
【０２３８】
本発明の観点は、デュアルチャンバシングルバーチカルアクチュエータ式インクジェットプリンタの印字ヘッドの製造方法を提供することであり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２３９】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、好ましくは同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。駆動回路は、好ましくはＣＭＯＳタイプである。最終的には、インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２４０】
本発明の観点は、デュアルノズル単一水平支点アクチュエータ式インクジェット印字ヘッドの製造方法の提供であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２４１】
印字ヘッドは、好ましくは標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、好ましくは一体的に形成された駆動回路が同一基板上に形成される。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。
【０２４２】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２４３】
本発明の観点は、インクジェットプリンタの製造方法の提供であり、インクジェットプリンタは、好ましくはチャンバの壁に規定された少なくとも二つの液体排出アパチュアを有するノズルチャンバ、最初の一つの液体排出アパチュアのリムに近接する平面に配置された可動パドル羽根、該可動パドル羽根に取り付けられ該パドル羽根を第１の方向に移動させて、第１の液体排出アパチュアから液滴を排出させることのできるアクチュエータ機構を有し、該アクチュエータ機構は、更に該パドル羽根を第２の異なる方向に移動させ、第２の液体排出アパチュアから液滴を排出させることが出来る。前記製造方法は、以下のステップから構成される。
（ａ）アクチュエータ機構をオンデマンドで運転するのに必要な電気回路を有する回路ウエハ層を持った、シリコンウエハを最初に用意する。
（ｂ）ウエハの表面に細長い窪みをエッチングして、ウエハ部分を介してインク補給溝を形成する。
（ｃ）一連の犠牲層を配置し、エッチングして、シリコンウエハ上にノズルチャンバ及び、ノズルチャンバ内の駆動機構及びパドル羽根を作り、ノズルチャンバ、駆動機構及びパドル羽根を形成する一連の材料を配置し、適宜エッチングするのに加えて、ノズルチャンバ、駆動機構及びパドル羽根の支持機構を形成する。
（ｄ）ウエハを介してノズルチャンバに接続されるインク補給溝をエッチングする。
（ｅ）残った全ての犠牲層をエッチング除去して、運転用の駆動機構及びパドル羽根を生成する。
【０２４４】
好ましくは、ステップ（ｃ）は、以下のステップから構成される。
（ｉ）  第１の一連の犠牲層を配置し、エッチングして、第１の支持構造を形成する。
（ｉｉ）第１の非導電材料層を配置して、エッチングし、ノズルチャンバの部分と駆動機構の第１の部分を有する第１の構造を形成する。
（ｉｉｉ）第１の導電材料層を配置し、エッチングして、駆動機構の下部ヒータ構造を形成する。
（ｉｖ）上部ヒータ構造の支持構造をに加えて、駆動機構の中央部分、ノズル壁の一部及びパドル羽根を構成する、第２の非導電材料層を配置し、エッチングする。
（ｖ）第２の導電材料層を配置し、エッチングして、駆動機構の上部ヒータ構造を形成する。
（ｖｉ）更に、第３の非導電材料層を配置、エッチングして、パドル機構とノズルチャンバ壁と、アクチュエータ機構の一端をウエハに取る付ける部分を形成する。
（ｖｉｉ）更に犠牲層を配置、エッチングして、ノズルチャンバ壁の更なる支持構造を形成する。
（ｖｉｉｉ）液体排出アパチュアに加えて、ノズルチャンバの壁及び天井を形成する第４の非導電材料層を配置し、エッチングする。
（ｉｘ）ノズルチャンバへのインク補給用の、ウエハを貫通するインク補給溝をエッチングする。
【０２４５】
第１及び第２の導電材料は、実質的に銅ニッケル合金で構成することが出来、非導電材料は、実質的に窒化シリコンから構成することが出来る。
【０２４６】
犠牲層は、実質的にガラス及び／又はアルミニウムから構成することが出来る。
【０２４７】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０２４８】
本発明の観点は、デュアルノズルシングル水平アクチュエータを有するインクジェットプリンタの製造方法の提供であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２４９】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２５０】
印字ヘッドは、好ましくは標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、好ましくは同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。
【０２５１】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２５２】
本発明の更なる観点は、熱駆動装置を利用することによりインクを排出する一連のノズルチャンバを有する、熱駆動インクジェットプリンタの製造方法の提供であり、該方法は、以下のステップから構成される。
（ａ）熱アクチュエータオンデマンドで運転するのに必要な電気回路を有する回路ウエハ層を持った、シリコンウエハを最初に用意する。
（ｂ）シリコンウエハ及び回路ウエハ層に、少なくとも一つのノズルチャンバピットをエッチングする。
（ｃ）該インクチャンバピットを満たす犠牲材料を配置して、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ壁の型とアクチュエータアンカーの型からなる第１の部分をエッチングすることを含む。
（ｄ）第１の不活性材料層を配置し、エッチングして、ノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーの型を満たす。このエッチングは、電気回路へのビア（via：層間接続専用のスルーホール）をエッチングすることを含む。
（ｅ）電気回路にビアを介して導電的に接続される下部ヒータ素子を規定する第１の導電材料層を配置し、エッチングする。
（ｆ）第２の不活性材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ壁の第２の部分及び下部ヒータ素子に取り付けられるアクチュエータアームを規定する。
（ｇ）第１及び第２の非導電材料層をビアを介して電気回路に導電層に接続する上部ヒータ素子を規定する、第２の導電材料層を配置し、エッチングする。
（ｈ）アクチュエータアンカーと更なるノズルチャンバ壁の部分を規定する、第３の不活性材料層を配置し、エッチングする。
（ｉ）犠牲層を配置し、エッチングする。
（ｊ）ノズルチャンバの残った部分を規定する第４の不活性材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ壁の一つに設けられた、少なくとも一つのインク排出ノズルをエッチングすることを含む。
（ｋ）ウエハをノズルチャンバまで貫通するインク補給溝をエッチングする。
（ｌ）犠牲層をエッチング除去する。
【０２５３】
ステップ（ｋ）は、好ましくは溝をノズルチャンバピットの一つに接続するエッチングを含むことが出来る。
【０２５４】
インク排出ノズルの数は、少なくとも二つである。
【０２５５】
導電材料層は、好ましくは窒化チタンや銅ニッケル合金のような高いヤング率を有する材料から形成される。不活性材料層は実質的にガラスから構成することが出来る。
【０２５６】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０２５７】
本発明の観点は、単一曲げアクチュエータのカップ形パドルを有するインクジェット印字ノズルの製造方法を提供することであり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２５８】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハなどの単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２５９】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、好ましくは同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。
【０２６０】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２６１】
本発明の更なる観点は、ウエハ上のインクジェット印字ノズル装置の製造方法の提供であり、該装置は、インクチャンバからインクを排出するための、その一つの壁に設けられたインク排出ノズルを有するインクチャンバ、インクチャンバ内に配置された可動式パドル羽根、インク排出ノズルに近接した領域の窪んだ表面を揺するパドル羽根、該パドル羽根を動かしてインク排出ノズルから、インクチャンバ内のインクを排出させる、アクチュエータ手段を有する。前記方法は、以下のステップから構成される。
【０２６２】
ウエハ内にエッチングされたピットを形成する。
【０２６３】
ウエハ上に、一連の層を配置しエッチングして、インクジェットノズル装置のアレイを形成する。これらの層は、少なくとも一つのパドル羽根形成層を含む。パドル羽根形成層はエッチングされたピットの上に配置され、パドル羽根形の窪んだ表面を形成する。
【０２６４】
パドル羽根形成層は、パドル羽根形成層の前に配置された犠牲層の上に配置することが出来る。犠牲層は、エッチングされたピットの上に配置される結果、窪んだ表面形状を形成する。配置される層のいずれもは、その最大厚さが６ミクロンである。
【０２６５】
一連の層は、好ましくはエッチングされたピットの外側で、それぞれ低い厚さで形成され、該ウエハ層上での熱応力が最小となるようにする。
【０２６６】
アクチュエータ手段は、続いてエッチング除去される犠牲層上に、最初に構築され、当該犠牲層がエッチング除去されると、アクチュエータ手段によりパドル羽根は、該パドル羽根がインク排出ノズルに近接した拘束位置から、該パドル羽根がインク排出ノズルから離れた休止位置に、動かすことが出来るようになる。
【０２６７】
ステップは、好ましくは、ウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０２６８】
好ましくはパドル羽根形成層は、パドル羽根形成層の前に配置された犠牲層の上に配置することが出来る。犠牲層は、エッチングされたピットの上に配置される結果、窪んだ表面形状を形成する。理想的には配置される層のいずれもは、その最大厚さが６ミクロンである。一連の層は、好ましくはエッチングされたピットの外側で、それぞれ低い厚さで形成され、該ウエハ層上での熱応力が最小となるようにする。
【０２６９】
更に、好ましくは、アクチュエータ手段は、続いてエッチング除去される犠牲層上に、最初に構築され、当該犠牲層がエッチング除去されると、アクチュエータ手段によりパドル羽根は、該パドル羽根がインク排出ノズルに近接した拘束位置から、該パドル羽根がインク排出ノズルから離れた休止位置に、動かされる。
【０２７０】
更に、好ましくは、パドル羽根は、その表面にスリットを有し、インクチャンバへのインクの補充の流れを助ける。
【０２７１】
本発明の観点は、一連の熱アクチュエータユニットを有する熱駆動インクジェットプリンタの製造方法を提供することであり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２７２】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、単一の平面基板上に同時に形成される。基板は、シリコンウエハとすることが出来る。印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、好ましくは同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。
【０２７３】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２７４】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法の発明であり、該方法は、以下のステップから構成される。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）該電気回路層をエッチングして、ノズルチャンバ領域を規定する。
（ｃ）第１の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、一連のノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントを規定する。
（ｄ）第１のヒータ材料層を配置する。
（ｅ）中間材料層を配置する。
（ｆ）該第１のヒータ材料層と中間材料層をエッチングして、アンカー、排出パドル、及びノズルチャンバ壁部分を規定する。
（ｇ）第２の犠牲材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ壁の部分を規定する窪みをエッチングすることを含む。
（ｈ）更なるガラス層を配置、エッチングして、ノズルチャンバの天井とその壁を規定する。
（ｉ）ウエハを貫通してインク補給溝をエッチングし、ノズルチャンバへの液体流路を形成する。
（ｊ）残った犠牲材料をエッチング除去する。
【０２７５】
中間層は、実質的にガラスから構成され、第１のヒータ材料層は窒化チタンから構成することが出来る。
【０２７６】
ステップは、回路層の表面に、液体の跳ね飛び防止ノッチをエッチングするステップを含むことが出来る。
【０２７７】
更に、好ましくは、装置部分上に腐食防止バリヤを配置して、腐食効果を減少させるステップを含む。層のエッチングはビアをエッチングして、引き続く層部分との電気的な接続を許容するステップを含むことができる。ウエハは、両面研磨されたＣＭＯＳウエハで構成することが出来る。
【０２７８】
ステップ（ｊ）は、ウエハの背面からウエハを貫通することを含むことが出来る。前述したステップは、好ましくはウエハを各印字ヘッドに同時に分離することにも用いられる。
【０２７９】
本発明の観点は、ウエハ上のインクジェット印字ノズル装置の製造方法を提供することであり、該装置は、インクチャンバからインクを排出するためのインク排出ノズルの一つの壁の中に設けられた、インク排出ノズルを持ったインクチャンバ、該インクチャンバ内に配置された可動式パドル羽根（該パドル羽根は、インク排出ノズルに近接する領域にある窪んだ表面を有している）及び、パドル羽根を駆動してインクチャンバ内のインクをインク排出ノズルから排出するアクチュエータ手段を有する。該製造方法は、以下のステップを有する。
（ａ）必要な回路がその上に配置されたシリコンウエハ層から開始する。
（ｂ）第１の犠牲材料層を配置し、エッチングして、パドル羽根の窪みとノズルチャンバ部分を形成する。
（ｃ）一連の層を配置し、エッチングして、アクチュエータ手段の動作部分とパドル羽根を同時に形成する。
（ｄ）インクチャンバ壁の窪み及びアクチュエータの残った部分（もしあれば）を形成する第２の犠牲材料層を配置する。
（ｅ）チャンバ壁とアクチュエータの残り部分を配置する。
（ｆ）インク排出ノズルを含むノズルチャンバ天井を形成する。
（ｇ）犠牲材料層をエッチング除去する。
【０２８０】
好ましくは、ステップ（ｃ）は、層をエッチングするために単一のマスクを使用することを含む。また、ステップ（ｃ）は、更に、実質的に同一の熱特性を有する二つの層を配置することを含み、それらの層の一つは、該層の冷却により、二つの層が、互いの間に熱張力状態が生じた状態となる、アクチュエータの運転部分を含む。
【０２８１】
本発明の観点は、ラジアルバックカーリング熱弾性インクジェット印字ヘッドの製造方法を提供することであり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２８２】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハのような単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２８３】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成することが出来、好ましくは同一基板上に一体的に形成された駆動回路を含むことが出来る。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。
【０２８４】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２８５】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッド装置の製造方法の提供であり、がい方法は、以下のステップを有する。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）該回路層をエッチングして、ノズル窪み領域を規定する。
（ｃ）第１の材料層を配置し、エッチングする。該第１の材料層は、高い熱膨張率を有する。エッチングは、電気回路と引き続いて配置される層との間の電気的な接続のために、第１の層を貫通するバイアスをエッチングすることを含む。
（ｄ）第１の材料層上に、導電材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ヒータパターンを形成する導電材料層内のエッチングとなる。
（ｅ）第２の材料層を配置し、エッチングする。該第２の材料層は、高い熱膨張率を有する。このエッチングは、ノズルチャンバリムとノズルチャンバの端部のリムを規定する。
（ｆ）ウエハをエッチングして、ノズルチャンバを規定する。
（ｇ）ウエハを貫通して、ノズルチャンバと連通するインク補給溝をエッチングする。
【０２８６】
ステップ（ｆ）は、第２の材料層をエッチングして形成されたスロットを利用して、ウエハを結晶性エッチングすることを含む。
【０２８７】
結晶性エッチングは、四角い逆ピラミッド形の形状を有するノズルチャンバを形成する。ステップ（ｇ）は、ウエハを背面から貫通エッチングすることを含む。
【０２８８】
第１及び第２の材料層は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、導電材料層は、実質的に金、銅、又はアルミニウムから構成することが出来る。
【０２８９】
本発明の観点は、ラジアルバックカーリング熱弾性インクジェット印字ヘッドの製造方法を提供することであり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２９０】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、シリコンウエハのような単一の平面基板上に同時に形成される。
【０２９１】
印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成され、好ましくは同一基板上に一体的に形成された駆動回路を形成する。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。
【０２９２】
インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２９３】
製造方法は、以下のステップから構成される。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）該回路層をエッチングして、ノズル窪み領域を規定する。
（ｃ）第１の材料層を配置し、エッチングする。該第１の材料層は、高い熱膨張率を有する。エッチングは、電気回路と引き続いて配置される層との間の電気的な接続のために、第１の層を貫通するバイアスをエッチングすることを含む。
（ｄ）第１の材料層上に、導電材料層を配置し、エッチングする。このエッチングは、ヒータパターンを形成する導電材料層内のエッチングとなる。
（ｅ）第２の材料層を配置し、エッチングする。該第２の材料層は、高い熱膨張率を有する。このエッチングは、ノズルチャンバリムとノズルチャンバの端部のリムを規定する。
（ｆ）ウエハをエッチングして、ノズルチャンバを規定する。
（ｇ）ウエハを貫通して、ノズルチャンバと連通するインク補給溝をエッチングする。
【０２９４】
ステップ（ｆ）は、第２の材料層をエッチングして形成されたスロットを利用して、ウエハを結晶性エッチングすることを含む。
【０２９５】
結晶性エッチングは、四角い逆ピラミッド形の形状を有するノズルチャンバを形成する。ステップ（ｇ）は、ウエハを背面から貫通エッチングすることを含む。
【０２９６】
第１及び第２の材料層は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、導電材料層は、実質的に金、銅、又はアルミニウムから構成することが出来る。
【０２９７】
本発明の観点は、表面曲げアクチュエータ通気形インクジェットプリンタ印字ヘッドの製造方法の提供であり、ノズルアレイは、平面モノリシック配置、リソグラフ及びエッチング処理を用いて、基板上に形成されている。
【０２９８】
好ましくは、多数のインクジェットヘッドは、単一の平面基板上に同時に形成される。基板は、シリコンウエハとすることができる。印字ヘッドは、標準のＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ処理を用いて形成され、好ましくは一体的に形成された駆動回路が同一基板上に形成される。一体的な駆動回路は、ＣＭＯＳ処理を構成することが出来る。インクは基板から該基板表面に対して実質的に垂直に排出することが出来る。
【０２９９】
本発明の更なる観点は、一連のノズルチャンバを有するインクジェット印字ヘッドの製造方法の提供であり、該方法は、以下ののステップから構成される。
（ａ）その上に形成された電気回路層を有する初期半導体ウエハを用いる。
（ｂ）該回路層をエッチングして、ノズル窪み領域を規定する。
（ｃ）ノズル窪み領域をプラズマエッチングしてノズルチャンバを形成する。
（ｄ）第１の犠牲層を配置して、エッチングし、ノズルチャンバを満たす。
（ｅ）第１の犠牲層を配置し、エッチングしてアンカー端部の空洞を生成する。
（ｆ）第１の犠牲層の上に第１の材料層を配置、エッチングして該端部空洞を満たし、該犠牲層上に熱アクチュエータユニットの下部を形成する。
（ｇ）該下部の上に導電ヒータ層を配置、エッチングする。該導電ヒータ層は、前記下部の上にヒータ素子を形成し、該ヒータ素子は、前記電気回路層に接続される。
（ｈ）第２の材料層を配置する。
（ｉ）第２の材料層及び第１の材料層を、犠牲層までエッチングし、サーフィスアクチュエータとノズルチャンバノズル周辺にスロットを形成する。
（ｊ）ノズルチャンバと連通するインク補給溝をウエハを貫通する形でエッチングする。
（ｋ）犠牲材料をエッチング除去する。
【０３００】
ステップ（ｉ）は、好ましくは層をエッチングして、スロット及びノズル周辺のリムを形成することを含むことが出来る。
【０３０１】
ウエハは、両面研磨されたＣＭＯＳウエハであり、ステップ（ｊ）は、ウエハを背面から貫通エッチングすることを含む。
【０３０２】
第１及び第２の材料層は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）などの、高い熱膨張率を有する材料から構成することが出来る。導電材料層は、実質的に金、銅、又はアルミニウムから構成することが出来る。
【０３０３】
本発明の更なる観点は、電気ヒータ素子を用いて、マイクロメカニカル構造を加熱するヒータを構築する方法を提供するものであり、波形に前記ヒータを構築して、前記マイクロメカニカル構造に対する熱伝達率を改善するステップを有する。
【０３０４】
本発明の第２の観点は、第２の非導電性の膨脹材料に内包された、第１の導電性材料を有する熱アクチュエータを提供することである。該熱アクチュエータは、波形のヒータ素子の形状を有し、前記第２の非導電性の膨脹材料への熱伝達率を増加させている。
【０３０５】
本発明の目的は、小さな規模で構築されるポンプ装置の運転を、より効率的に行う形態を提供することである。
【０３０６】
本発明の更なる観点は、他の疎水性の表面に囲まれた疎水性の表面を有するポンプアクチュエータ手段を有するマイクロメカニカル液体ポンプシステムを提供することである。前記ポンプアクチュエータ手段を駆動に必要なエネルギを削減する方法は、前記疎水性の表面と連通した空気取り入れ口を設けるステップから構成される。該空気取り入れ口は、前記疎水性の表面に近接する領域に対して空気を出し入れすることが出来る。更に、該空気取り入れ口は、疎水性材料で囲まれ、複数の小さな離隔された穴を有する。好ましくは該マイクロメカニカルシステムは、インクジェット印字装置を構成する。
【０３０７】
本発明の更なる観点は、基板の一端部に固定された平面状の駆動部材が剥離する可能性を減らす方法を提供するものである。これは、前記平面状の駆動部材の上部の、基板に固定された端部において、固定されたクランプ構造を構築するステップを含むものである。好ましくは、この固定されたクランプ構造は、格子状の形状をしており、実質的に窒化物である。前記マイクロメカニカルシステムは、インクジェット印字装置である。
【０３０８】
本発明の更なる観点は、実質的に導電性材料からなる量子ワイヤ（quantum
wires）を用いて、実質的に非導電性材料内に導電性部分を構築する方法を提供することである。
【０３０９】
本発明の第２の観点は、実質的に導電性材料である一連の量子ワイヤとインターポスト（interposted）される、実質的に非導電性の膨脹材料を有する熱アクチュエータを提供することであり、好ましくは非導電性の膨脹材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、導電材料層は、実質的に銅から構成される。
【０３１０】
本発明の第３の観点は、実質的に非導電性の膨脹材料からなる第１及び第２の層を有する熱アクチュエータを提供するものであり、そのうちの一つの層は、非導電性の膨脹材料にインターポスト（interposted）される、実質的な導電性材料の量子ワイヤを有している。好ましくは、非導電性の膨脹材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来、導電材料層は、実質的に銅から構成される。
【０３１１】
本発明の更なる観点は、液体の流れを制御するマイクロメカニカルシステムを提供することであり、このシステムは、大きな平面の形で形成される。液体内の不純物の影響を減らす方法は、液体の流路に全体格子構を組み立てて、液体内の異物を漉すステップを有する。好ましくは、このマイクロメカニカルシステムはインクジェット印字システムを含み、該格子は、ノズルチャンバに流入するインクを漉すためにノズルチャンバの一つの壁に設けられたものである。更に、該格子は、実質的に窒化物を含む。
【０３１２】
本発明の更なる観点は、マイクロメカニカル熱アクチュエータを提供するものであり、該熱アクチュエータは、高い熱膨張率を有する第１の材料と、該第１の材料と熱的に接触する低い熱膨脹率を有し、オンデマンドで第１の材料を加熱することの出来る曲がりくねったヒータ材料を有する。該曲がりくねったヒータ材料は、加熱されると、伸延し、第１の材料の膨脹に適合することができる。
【０３１３】
本発明の第２の観点は、マイクロメカニカル熱アクチュエータを提供するものであり、該熱アクチュエータは、第１の熱伝達率膨張率を有する第１の層、該第１の層よりもやや高い熱膨張率を有する第２の層及び、前記第１及び第２の層と、加熱された際には、該アクチュエータが第１の休止位置から第２の駆動位置に動くように熱的に接触している、ヒータ素子を有する。更に該ヒータ素子は、ポリシリコンの曲がりくねった層を有し、該層は第１及び第２の層の間に挟まっている。好ましくは、第１の層は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成され、第２の層は、２酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は、窒化シリコンから構成される。
【０３１４】
本発明の更なる観点は、ポンピングを誘発するアクチュエータ装置を備えたマイクロメカニカル液体ポンピングシステムを提供することであり、該アクチュエータは、液体に圧力を加える第１の表面と、液体と連通した第１の表面と対向する第２の表面を有し、該第２の表面には疎水性材料が利用される。更に、該第２の材料を囲む表面は、また疎水性である。好ましくは、マイクロメカニカルシステムは、インクジェット印字装置である。
【０３１５】
本発明の更なる観点は、駆動基板上に形成された共通ラインに接続された、一連の独立形加熱抵抗素子を有する熱アクチュエータを提供することである。それらを共に加熱して、熱膨張により、垂直及び水平方向に熱アクチュエータの端部を移動制御する。
【０３１６】
更に、該抵抗素子は、低い熱膨張率を有する導電性材料から形成され、駆動材料は高い熱膨張率を有する材料であり、加熱されると、該駆動材料は該導電性材料に実質的に邪魔されることなく、膨脹することが出来る。
【０３１７】
好ましくは導電性材料は膨脹及び収縮に際して、折りたたみ動作を受け、曲がりくねった形又は螺旋形に形成される。共通ラインは、導電性材料の曲げ程度を増加させるために適した、間隔を空けた一連のスロットを有する導電性材料であることが望ましい。更に、駆動材料は、前記スロットを含む導電性材料の周囲に形成される。前記アクチュエータは、下部基板に取り付けられており、一連の抵抗素子は、該駆動基板の下部分の上に配置された二つのヒータ素子と、単一のヒータ及び該駆動基板部分上に形成された共通ラインを有している。
【０３１８】
好ましくは、駆動材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）から構成することが出来る。熱駆動の一端は、摩擦係数を増大させるために表面処理されている。更に、熱アクチュエータの一端は駆動材料のみから構成される。
【０３１９】
本発明の第２の観点は、熱アクチュエータの繊毛アレイを提供することであり、アレイの一端は移動可能な負荷と継続的に係合するように駆動され、負荷を一方向のみに押す。更に、繊毛アレイの隣接する熱アクチュエータは、異なるグループにグループ化され、各グループが隣接するグループとは異なる位相サイクルで一緒に駆動されるようにグループ化されている。好ましくは、位相の数は４である。
【０３２０】
本発明の更なる観点は、集積回路層を有する半導体ウエハ上にマイクロメカニカル構造システムを構築する方法の提供であり、多層ＣＭＯＳ処理のように、該ウエハ上に形成され、犠牲エッチングにより構造の所定の犠牲部分がエッチングされる。該方法は、集積回路層の金属層のような非腐食層を利用して、集積回路層の構造構築中にエッチング除去されるべき部分と、構造構築中にエッチングされない集積回路層の他の部分間の保護バリアを形成するステップを有する。非腐食層は、集積回路層の金属層を構成することが出来る。
【０３２１】
本発明の更なる観点は、第１レバーアームと第２レバーアームを接続するレバー装置を提供するものであり、該装置は、二つの薄いリーフアームを有する第１のレバーアームを有し、それらリーフアームは、第２レバーアームの各端部に接続している。第２レバーアームに対して第１レバーアームが移動すると、前記薄いリーフアームの一つが、第２レバーアームの端部を引っ張ぱり、アームに対してロッドの弾性的な回転が生じる。該アームは、アームの回転に対して弾性的に曲がりやすい。
【０３２２】
更に、好ましくは第２レバーアームは、第３レバーアームに接続しており、第２レバーアームは、リーフ壁上に配置されて、該壁周りに回転可能となっている。壁は、レバーアームに隣接した薄い可撓性部分を有している。アームは壁を中心に回転する。薄い可撓性部分の一つは、レバーアームを引っ張って、回転を生じさせる。
【０３２３】
更に、好ましくは、第３のレバーアームは、また、第２レバーアームの片側に接続された薄い二つのリーフアームを有し、第３のレバーアームに対する第２のレバーアームの動きは、アームの一つを引っ張り、一方でロッドの端部は、該アームに対するロッドの弾性的な回転を許容する。装置は、マイクロメカニカルシステムとしてシリコンウエハ上に構築することが出来る。
【０３２４】
更に、好ましくは第１のレバーアームは、第２のレバーアームに対して実質的に直角であり、薄いリーフアームは実質的にレバーアームの一つの端部に接続している。
【０３２５】
本発明の更なる観点は、外部電源や通信線と装置を接続するための一連の接合パッドを有する集積回路形の装置を提供することにあり、接続の正確性を改良する方法であり、隣接する外部電源や通信線に当接するための接合パッドに間隙を介して隣接する装置上に、ガイドレールを形成して、前記接合パッドへ接続するラインの正確な位置決めを行うステップを有する。
【０３２６】
好ましくは接合パッドは、集積回路形の装置の一端部に沿った線内に配置されて、該ラインは、テープ自動接合（ＴＡＢ）片の形状内にある。ガイドレールは、標準のマイクロメカニカルシステム配置プロセスを用いて形成することが出来、理想的には、ページ幅インクジェット印字システムに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
（望ましい実施例及び他の実施例の記述）
望ましい実施例と他の実施例は、各ケース参照のためのＩＪ番号を含む、分割された見出しのもと記述する。見出しは、温度を示すＴ、シャッターを示すＳ及びフィールドのタイプを示すＦのタイプ識別子をも含む。
【０３２７】
ＩＪ０３  Ｔ  の記述
実施例においては、ノズルチャンバを有するインクジェットプリンタを提供する。各ノズルは熱弾性ベンドアクチュエータを有しており、該熱弾性ベンドアクチュエータはその構造に平坦な抵抗性材料を用いている。ベンドアクチュエータは、インクをチャンババーから排出する際に駆動される。
【０３２８】
図１に、実施例に基づいて組み立てられたノズル装置２１０の部分断面である、横断面図を示す。ノズル装置２１０は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の製造で知られた技術を利用して半導体ウエハ上に製造された、ノズル列の一部として形成することが出来る。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する行動が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の会報を含む、この分野における標準手続が参照される。ノズル装置２１０には、ボロンが不純物として添加されたシリコンウエハ層２１２を有しており、シリコンウエハ層２１２は、ボロンが不純物添加されたエピタキシャル層を埋め込んだシリコンウエハ２１８をバックエッチングすることにより構築することが出来る。ボロンが添加された層は、更にエッチングされて、ノズル穴２１３とリム２１４が形成される。
【０３２９】
ノズル装置２１０は、ノズルチャンバ２１６を有しており、ノズルチャンバ２１６は、ウエハのシリコン部分２１８を、結晶異方性エッチング（anisotropic crystallographic etch）を用いて構築することが出来る。シリコン部分２１８の上には，図示しない２層の金属層を含んだＣＭＯＳ駆動回路を構成することの出来るガラス層２２０が設けられており、熱アクチュエータの駆動制御回路を構成している。ＣＯＭガラス層２２０の上には、窒化物層２２１が設けられており、窒化物層２２１は、ノズル装置２１０を構築するさいに利用されるエッチングから下の層を不動態化するように作用する側部２２２を有している。ノズル装置２１０は、パドルアクチュエータ２２４を有しており、窒化物ベース２２５上に構築されている。窒化物ベース２２５は、アクチュエータ２２４全体に対する固定パドルとして作用する。次に、アウミニウム層２２７が、該アルミニウム層２２７がバイアス(vias)２２８を介して下部ＣＭＯＳ回路に接続された形で設けられ、回路の第１の部分を形成している。該アルミニウム層２２７は、要求され次第に熱抵抗性を示すことのできるインジウム錫酸化物（Indium
Tin Oxide(ITO)）層２２９に対して地点２３０で結合されている。ＩＴＯ層２２９には、より下層の犠牲層をエッチング除去するための多数のエッチ穴２３１が設けられており当該犠牲層は層２２７，２２９の間に形成される。ＩＴＯ層２２９は、より下層のガラスＣＭＯＳ回路に、更に接続されている。ＩＴＯ層２２９の上には、絶縁体及び、ＩＴＯ層２２９と底部層２２７を介した通電による加熱に際して、上層２２９が迅速に拡張するために、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）層を任意的に設けることも出来る（図示せず）。
【０３３０】
ノズル装置２１０の裏表面は、インク貯蔵槽に配置されており、インクをノズルチャンバ２１６に流入させることができる。インク滴を排出する場合、電流がアルミニウム層２２７とＩＴＯ層２２９を通過する。アルミニウム層２２７は電流に対する抵抗がとても低い一方で、ＩＴＯ層２２９は、電流に対する抵抗が高い。各層２２７，２２９のそれぞれは、図示しない薄い窒化層のコーティングにより不動態化されており、周囲のインクから当該層を不動態化し、絶縁している。ＩＴＯ層２２９と任意的なＰＴＦＥ層を加熱すると、アクチュエータ２２４の上端がアクチュエータ２２４の底部よりも早く膨張する。すると、アクチュエータ２２４が迅速に曲がり、特に、剛性のある窒化物パドル装置２２５により、地点２３５を中心に曲がる。これは、アクチュエータ２２４の下方への動きを強調し、インク排出ノズル２１３からインクの排出が行われる。
【０３３１】
二つの層２２７，２２９の間には、犠牲層のエッチングを通して構築することの出来るギャップ２２８が設けられており、それら層間の犠牲材料を溶解除去することが出来る。従って、動作時には、インクはこの領域に入り込んで、アクチュエータ２２４の下部表面を更に冷却して、曲げ動作を補助することが出来るのである。アクチュエータ２２４の非動作時には、それはノズル２１６上の静止位置に戻る。ノズルチャンバ２１６には、インクの表面張力によって、アクチュエータ２２４とノズルチャンバ２１６間のギャップを介してインクが補充される。
【０３３２】
ＰＴＦＥ層は熱膨張係数が高く、従って、アクチュエータ２２４のどのような曲げについても強化する。従って、ノズルチャンバ２１６からインクを排出するために、平坦層２２７，２２９を介して電流を通過させ、上層２２９に抵抗熱を生じさせてアクチュエータ２２４に全体的な曲げを生じさせ、インクを排出させることも出来る。ノズル装置２１０は、インク貯蔵槽を、インク補充用のノズル装置２１０背部と区分している、第２のシリコンチップウエハ上に設けられている。
【０３３３】
図２には、ノズル装置２１０の各層を示す分解斜視図である。装置２１０は、既に述べたように、ボロンが添加された層をバックエッチングすることにより構築することが出来る。アクチュエータ２２４は、更に、ノズルチャンバ２１６を犠牲層エッチングする前に、ノズルチャンバ２１６を犠牲層で満たし、領域２２８の犠牲材料に加えて、多様な層２２５，２２７，２２９及び任意的なＰＴＦＥ層を積み重ねることにより、構築することが出来る。この目的のために、側部２２２を含む窒化物層２２１がガラス層２２０部分を不動態化するように作用する。さもなけれは、犠牲層エッチングによりガラス層２２０部分が攻撃されることとなる。
【０３３４】
モノシリックなインクジェットプリントヘッドを組み立てることが出来、本実施例が教示する原則に基づいて行われる詳細な製造方法の一形態は、以下のステップを利用することにより実行される。
１．  両面研磨されたウエハに、重度にボロンが添加された、３ミクロンのエピタキシャルなシリコンを配置する。
２．  ＣＭＯＳプロセスを用いて、Ｐ型またはＮ型の１０ミクロンのエピタキシャルシリコンを配置する。
３．  ０．５ミクロン単層ポリシリコン２層メタルＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を完成させる。このステップは図４に示される。わかりやすく示すために、これらの図表は、ノットスケールで示されており、ノズルの単一面での断面を示すものでもない。図３は、これらの図表及びインクジェット形態図を参照するための多様な材料を示す表である。
４．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化層を、シリコン又は、第２のレベルの金属に達するまでエッチングする。このマスクは、ノズル穴と曲げアクチュエータ電極の接触路を規定する。このステップを、図５に示す。
５．  ＫＯＨを用いて露出したシリコンに対して結晶学的エッチングを行なう。このエッチングは、＜１１１＞結晶面上で停止し、ボロンが添加されたシリコンが埋め込まれた層の上で停止する。このステップを図６に示す。
６．  ０．５ミクロンの低応力ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を配置する。この窒化物はイオン拡散のバリヤとして作用する。このステップを図７に示す。
７．  厚い犠牲層（例えば、低応力ガラス）を配置し、ノズル穴を埋める。当該犠牲層を窒化物表面に対して平面化（面一と）する。このステップを図８に示す。
８．  １ミクロンのタンタルを配置する。この層は、曲げアクチュエータのスティフナーとして作用する。
９．  マスク２を用いて、当該タンタルをエッチングする。このステップを図９に示す。このマスクはベンドアクチュエータのスティフナ部分の周囲のスペースと電極の接触路を区分する。
１０．  マスク２をそのまま用いて、窒化物をエッチングする。これにより、電極の接触路から窒化物が除去される。このステップを図１０に示す。
１１．  マスク３を用いて、１ミクロンの金のパターンを配置する。これはリフトオフプロセスで配置しても良い。金は、その耐腐食性と低いヤング率から用いられる。このマスクはベンドアクチュエータの下層の導体を規定する。このステップを図１１に示す。
１２．  １ミクロンの熱ブランケットを配置する。この材料は、エラストマーや成形されたポリマーなどの、とても低いヤング率及び熱伝導率を有する、非導電性材料を用いるべきである。
１３．  マスク４を用いて、熱ブランケットをパターン化する。このマスクは、上下の導電部と、上部導電部と駆動回路との間の接触を規定する。このステップを図１２に示す。
１４．  とても高い抵抗を有するが、依然として導電体であり、高いヤング率を有し、低い熱容量を有し、かつ高い熱膨張率を有する材料を１ミクロン配置する。曲げアクチュエータの寸法にもよるが、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの材料を使用することが出来る。
１５．  マスク５を用いて、ＩＴＯをパターン化する。このマスクは、ベンドアクチュエータの上部導電体を規定する。このステップを図１３に示す。
１６．  １ミクロンの熱ブランケットを配置する。
１７．  マスク６を用いて、当該熱ブランケットをパターン化する。このマスクは、ベンドアクチュエータを規定し、ベンドアクチュエータはインクをアクチュエータの周辺からノズル穴へ流動させることが出来る。このステップを図１４に示す。
１８．  ウエハをガラスブランクに設け、ＫＯＨを用いてマスクを用いずにバックエッチングする。このエッチングにより、ウエハは薄くなり、ボロンが添加されたシリコン層でエッチングを止める。このステップを図１５に示す。
１９．  マスク７を用いて、ボロンが添加された層を介してプラズマバックエッチングを行なう。このマスクは、ノズルのリムを規定する。このステップを図１６に示す。
２０．  マスク８を用いて、ボロンが添加された層を介してプラズマバックエッチングを行なう。このマスクは、ノズルとチップのエッジを規定する。
２１．  ボロンが添加された層の穴を介して、ガラス犠牲層に達するまで、窒化物をプラズマバックエッチングする。この段階で、チップは分離されるが、依然ガラスブランクに設けられている。このステップを図１７に示す。
２２．  接着層を剥ぎ、チップをガラスブランクから分離する。
２３．  緩衝（Buffered）ＨＦで犠牲ガラス層をエッチングする。このステップを図１８に示す。
２４．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、異なった色のインクをウエハの前表面の適当な領域に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２５．  プリントヘッドを中継装置に接続する。
２６．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、テストする。インクが満たされたノズルを図１９に示す。
【０３３５】
ＩＪ０９  Ｔ  の記述
この実施例において、ノズル排出口を有する各ノズルチャンバは、更に２つのサーマルアクチュエータを有している。第１サーマルアクチュエータはノズルチャンバからインクを排出するために用いられ、第２サーマルアクチュエータは、次に続くインク滴を迅速にノズルチャンバ内に吸入するために用いられる。
【０３３６】
通常、インクのチャンバ内への再補充は、表面張力効果によってインクをノズルチャンバ内に引き込むことにより行われる。実施例では、ノズルチャンバへの再補充は、インクをノズルチャンバ内に吸引するアクチュエータの助けにより行われ、チャンバは迅速に再補充される。これにより、インク滴の排出に際して、ノズルチャンバのより迅速な運転が可能となる。
【０３３７】
図２０から図２５に、単一のノズルの運転についての、多様な断面の模式図を示す。この実施例についての運転について、これから述べる。図２０において、単一のノズルチャンバが断面で模式的に表示されている。ノズル装置８１０は、インクが充填されたノズルチャンバ８１１と、静止状態においてインクメニスカス８１３を有するノズルインク排出ポート８１２を有している。ノズルチャンバ８１１は、該ノズルチャンバにインクを供給するためのインクリザーバ８１５に接続されている。２つのパドルタイプのサーマルアクチュエータ８１６，８１７が、ノズル口８１２からのインクの排出と、チャンバ８１１への再補充を制御するために設けられている。両サーマルアクチュエータ８１６、８１７は、当該アクチュエータを駆動するために、レジスタを介した電流の通過により制御される。サーマルアクチュエータ８１６、８１７の構造は、以下に更に述べる。図２０の装置は、ノズル装置が休止位置またはアイドル位置にある状態を示す。
【０３３８】
ノズルインク排出ポート８１２からインク滴を排出しようとする場合、アクチュエータ８１６は、図２１に示すように、駆動される。アクチュエータ８１６は、下方に曲がる形で駆動され、ノズルチャンバ内のインクを口８１２の外に出す。これにより、インクメニスカス８１３が迅速に形成されることとなる。更に、インクがノズルチャンバ８１１内に、矢印８１９に示すように流入する。
【０３３９】
そして、メインアクチュエータ８１６は、図２２に示すように退避し、これにより、インクメニスカス８１３が壊れ、インク滴８２０が形成される。結局、インク滴８２０は、ノズルチャンバ８１１内のインク本体から分離される。
【０３４０】
次に、図２３に示すように、アクチュエータ８１７が駆動され、ノズル口８１２周辺の領域にインクを迅速に再補充する。この再補充は、インク流８２１，８２２により示される。
【０３４１】
次に、二つの選択的に手順が行われるが、これは該ノズルチャンバが次のインク排出サイクルでインク滴が発射されるか、はたまたインク滴が発射されないかによる。インク滴が発射されない場合を、図２４に示す。基本的に、アクチュエータ８１７がその休止位置に戻り、表面張力効果によりインクが当該ノズルチャンバ８１１内に引き込まれる形で、ノズル口領域８１２にインクが再補充される。
【０３４２】
次のインク滴排出サイクルで、別のインク滴を発射したい場合には、アクチュエータ８１７がその休止位置に戻ると同時に、図２５に示すように、アクチュエータ８１６が駆動される。これにより、排出ノズル８１２からインク滴が同時に発射されるのに加えてノズルチャンバ８１１に対するより迅速なインク補給が行われることとなる。
【０３４３】
図２０から図２５に示したように、ノズルチャンバ８１１におけるインクの迅速な補給と、ノズルチャンバ８１１からのインク滴の発射のより迅速なサイクルが実現する。これにより、実施例装置のより高速な、改良された運転が可能となる。
【０３４４】
図２６には、実施例における単一ノズル装置８１０の斜視断面図を示す。実施例は単一のシリコンウエハ上に、一回で多数のノズル８１０を構築することが出来る。ノズルチャンバはシリコンウエハを、ボロンが添加されたエピタキシャル層８３０にまでバックエッチングすることにより構築することが出来る。このボロンが添加されたエピタキシャル層８３０は、ボロン添加をエッチング停止に利用している。ボロンが添加された層は、次に適切なマスクを用いてエッチングされ、ノズル入り口８１２及びノズルリム８３１が形成される。本来のノズルチャンバは、シリコンウエハ８３２の部分を結晶学的エッチングにより形成される。シリコンウエハは、アクチュエータ装置の駆動及び接続回路を含む２層メタルスタンダートＣＭＯＳ層８３３を含むことが出来るＣＭＯＳ層８３３は適当なバイアスを介してアクチュエータに接続されている。ＣＭＯＳ層８３３の上面には窒化層８３４が配置されている。窒化層は、アクチュエータ８１６，８１７の構築時における犠牲エッチング材をエッチングする際に使用される犠牲エッチングに対して、下方のＣＭＯＳ層８３３を不動態化するために設けられる。アクチュエータ８１６，８１７は、ノズルチャンバ８１１を犠牲ガラスのような犠牲材料で充填し、アクチュエータ層を、スタンダートマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）処理技術を用いて配置することにより構築することが出来る。
【０３４５】
窒化層８３４の上面には、銅層８３６で覆われた第１のＰＴＦＥ層８３５と第２ＰＴＦＥ層８３７が配置されている。これらの層は、適宜なマスクが使用されてアクチュエータ８１６，８１７が形成される。銅層８３６は対応するアクチュエータの上部表面に、曲がりくねった形で形成されている。銅層８３６を電流が通過すると、銅層が加熱される。銅層８３６はＰＴＦＥ層８３５，８３７に包まれている。ＴＰＦＥは銅（７７０×１０−６）よりも熱膨張係数がとても大きいので、銅層８３６よりもより早く膨張を開始する。こうして熱することにより、銅の曲がりくねった形状の層８３６は、周囲のテフロン層と同じ割合で協調する形で膨張する。更に、銅層８３６は各アクチュエータの上端近くに形成されているので、銅素子が加熱されると、下方のＰＴＦＥ層８３５は、上層のＰＴＦＥ層８３７よりも低温に保持される。こうして、アクチュエータは曲がり、動作効果を達成する。銅層８３６は、下部ＣＭＯＳ層に、バイアス手段、例えば８３９を介して接続されており。更に、ＰＴＦＥ層８３５／８３７は、通常は疎水性を有しているが、処理を受けることにより、親水性になる。アンモニア雰囲気中でのプラズマダメッジなどの多様な処理がある。加えて、それなりの特性を有する他の材料を用いることも可能である。
【０３４６】
図２７に、実施例の単一ノズル装置８１０に基づいてノズルを構築する際の、インクジェットノズル８１０の多様な層の分解斜視図を示す。層は、下部のボロン層８３０，シリコンと異方性エッチング層８３２、ＣＭＯＳガラス層８３３、窒化不動態化層８３４，銅ヒーター層８３６とＰＴＦＥ層８３５／８３７を有している。ＰＴＦＥ層８３５／８３７は、一層として図示されているが、銅層８３６を埋め込む、上部及び下部テフロン層から構成されている。
【０３４７】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一つのインクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  ３ミクロンのボロンを重添加したエピタキシャルシリコンが配置された、両面研磨されたウエハを使用する。
２．  ＣＭＯＳプロセスを用いて、ｐ型又はｎ型のエピタキシャルシリコンを１０ミクロン配置する。
３．  ０．５ミクロンの１ポリ２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を実行する。高い電流密度とそれに続く高温処理を考慮して、アルミニウムの代わりに銅を、金属層に用いる。このステップは図２９に示す。簡略化するために、これらの図は、ノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図２８には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
４．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化層をシリコン又は第２レベルの金属までエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバと曲げアクチュエータ電極コンタクトバイアスを規定する。このステップは図３０に示す。
５．  ＫＯＨを用いて、露出したシリコンに対して結晶学的エッチングを行う。このエッチングは、〈１１１〉結晶面とボロン添加シリコン埋め込み層まで行う。このステップは、図３１に示す。
６．  ０．５ミクロンの低応力ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を配置する。この窒化物はイオン拡散のバリヤとして作用する。このステップを図３２に示す。
７．  厚い犠牲層（例えば、低応力ガラス）を配置し、ノズル穴を埋める。当該犠牲層を窒化物表面に対して平面化（面一と）する。このステップを図３３に示す。
８．  １．５ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層を配置する。
９．  ＰＴＦＥ層をマスク２を用いてエッチングする。このマスクは、ヒーター電極ためのコンタクトバイアスを規定する。
１０．  同じマスクを用いて、窒化層とＣＭＯＳ酸化層を第２レベルの金属までエッチダウンする。このステップは、図３４に示す。
１１．  マスク３を用いて、リフトオフプロセスにより０．５ミクロンの金パターンを配置する。このマスクは、ヒーターパターンを規定する。このステップは図３５に示す。
１２．  ０．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１３．  マスク４を用いて、両ＰＴＦＥ層を犠牲ガラスまでエッチングする。このマスクはメインアクチュエータと補充アクチュエータのそれぞれのパドルの端におけるギャップを規定する。このステップは図３６に示す。
１４．  ウエハをガラスブランク上に配置して、ＫＯＨを用いてマスク無しでバックエッチングする。このエッチングはウエハを薄くし、ボロン添加シリコン層で停止する。このステップを、図３７に示す。
１５．  マスク５を用いて、ボロンが添加されたシリコン層を１ミクロン、プラズマバックエッチングする。このマスクは、ノズルのリムを規定する。このステップを図３８に示す。
１６．  マスク６を用いて、ボロンが添加された層を介してプラズマバックエッチングを行なう。このマスクは、ノズルとチップのエッジを規定する。
１７．  ボロンが添加された層の穴を介して、ガラス犠牲層に達するまで、窒化物をプラズマバックエッチングする。この段階で、チップは分離されるが、依然ガラスブランクに設けられている。このステップを図３９に示す。
１８．  接着層を剥ぎ、チップをガラスブランクから分離する。
１９．  緩衝（Buffered）ＨＦで犠牲ガラス層をエッチングする。このステップを図４０に示す。
２０．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、異なった色のインクをウエハの前表面の適当な領域に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２１．  プリントヘッドを中継装置に接続する。
２２．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２３．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、テストする。インクが満たされたノズルを図４１に示す。
ＩＪ１０  ＴＦ  の記述
実施例においては、インクジェットノズルの列は、それぞれ、外部のパルス磁界の影響下にあるノズルにより構成される。外部のパルス磁界は選択されたノズルにインクノズルチャンバからインクを排出させる。
【０３４８】
図４２及び図４３に、単一のインクジェットノズルの部分断面斜視側面を示す。図４２は、休止位置にあるノズルを示し、図４３はインク排出位置にあるノスルを示す。インクジェットノズル９１０は、要求によりインクを射出するためのインク排出ポート９１１を有している。インクジェット排出ポート９１１は、通常インクが満たされ、インクリザーバ９１３から穴、例えば９１５を介してインクが供給されるインクノズルチャンバ９１２に接続されている。
【０３４９】
磁気駆動装置９２５は、外周部が例えば９１８で窒化物コーティングされた磁気ソフトコア９１７を有し、この窒化コーティングは端部突起９２７を有している。
【０３５０】
磁気コア９１７は、外部パルス磁界の影響下で動作する。従って、外部磁界はとても高い。アクチュエータ９２５は下方に迅速に駆動され、インク排出ポート９１１からインクを排出する。アクチュエータ９２０に近接して、二つのアーム９２２、９２４を有する銅抵抗回路を含む熱アクチュエータからなるロッキング機構９２０が設けられている。電流は接続されたアーム９２２，９２４を通り、それらを加熱する。アーム９２２は、アーム９２４よりも薄く構成され、より厚い構成のアーム９２４に比して抵抗熱がより多い。アーム９２２は、また曲がりくねった性質を有し、高い熱膨張係数を有するポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）で包まれている。これにより、加熱の際の膨張度合が増加する。銅部分はＰＴＦＥ部分と協働して膨張する。アーム９２４は薄い部分９２９を有し（図４４）、それは加熱により生じる多様な力を転換する、集中した曲げ領域となる。これにより、アーム９２４のどのような曲げも領域９２９で強調され、加熱に際して、領域９２９は、端部９２６（図４２）が、アクチュエータ９２５の端部９２７の下方のいかなる動きをもブロックすることができるように、曲がる。従って、インク滴を現在のノズルチャンバから排出させようとした場合、ロッキング機構９２０は作動せず、それによりインクは、次の外部磁気のパルス相において、インク排出ポートから排出される。ノズルがインクを排出しない場合には、ロッキング機構９２０が駆動され、アクチュエータ９２５のいかなる動きも阻止し、チャンバからのインクの射出を停止する。
【０３５１】
重要なことは、動作中に、アーム９２４はより多くのインクの流動を受けるが、アーム９２２を流れるインクの量は極めて少ないように、アクチュエータ９２０が窪み９２８の中に位置しているということである。
【０３５２】
図４４は、ノズルを構成する多様な層を示す、単一のインクジェットノズル９１０の分解斜視図である。ノズル９１０は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の構築に普通に使用される技術に加えて、通常の半導体処理技術を利用して半導体ウエハ上に構築することが出来る。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。ボトムレベル９３０に、インク排出ポート９１１を含むノズルプレートが構築される。ノズルプレート９３０は、ボロン添加エピタキシャル層部分までバックエッチングされたシリコンウエハの、当該ボロン添加エピタキシャル層から構築することが出来る。エピタキシャル層それ自身は、マスクを利用してエッチングされ、ノズルリム（図示せず）及びノズル穴９１１を形成する。
【０３５３】
次に、シリコンウエハ層９３２がエッチングされ、ノズルチャンバ９１２が形成される。シリコン層９３２は、サーフィステクノロジーシステムなどから入手可能な高密度低圧プラズマエッチングを用いて実質的に垂直な側壁を含むようにエッチングされ、次いで、後にエッチング除去される犠牲材料が充填される。
【０３５４】
シリコン層の上端には、通常の金属及びポリシリコン層に加えて、実質的にガラスからなる２層のＣＭＯＳ回路層９３３が配置されている。層９３３は、銅から構築することの出来るヒータ素子接点の構成を含む。ＰＴＦＥ層９３５は、銅層９３４が次いで配置される、第１の底のＰＴＦＥ層及び、当該銅層９３４を被覆する第２のＰＴＦＥ層から、通常構築されるものから出発したものとして設けられる。
【０３５５】
次に、アクチュエータ９２５の磁気アクチュエータ部分を形成するソフト磁気ニッケル鉄（Nickel Ferrous       ）層９１７のベースを提供するほかに、より下層に対する不動態表面を提供するように作用する、窒化不動態層９３６が設けられる。窒化層９３６はアクチュエータの曲げに利用される曲げ部分９４０を含む。
【０３５６】
次に、窒化不動態層９３９が設けられ、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）層９１７の上面及び側面を不動態化する。
【０３５７】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一つのインクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  ３ミクロンのボロンを重添加したエピタキシャルシリコンが配置された、両面研磨されたウエハを使用する。
２．  ＣＭＯＳプロセスを用いて、ｐ型又はｎ型のエピタキシャルシリコンを１０ミクロン配置する。
３．  ０．５ミクロンの、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOSprocess）を用いて、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を完成させる。このステップのウエハの明らかな特徴は、図４６に示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図４５には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
４．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化層をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバとプリントヘッドチップの端部を規定する。このステップは図４７に示す。
５．  例えばＫＯＨ又はＥＤＰ（ethylenediamine  pyrocatechol）を用いて、露出したシリコンに対して結晶学的エッチングを行う。このエッチングは、〈１１１〉結晶面とボロン添加シリコン埋め込み層まで行う。このステップは、図４８に示す。
６．  ０．５ミクロンの窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を配置する。
７．  １０ミクロンの犠牲層を配置する。ＣＭＰを使用して、窒化物の上に１ミクロンの平面層とする。犠牲層は一時的にノズル穴を満たす。このステップを図４９に示す。
８．  ０．５ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層を配置する。
９．  マスク２を用いて、ＰＴＦＥ層、犠牲層、及びＣＭＯＳ酸化層を第２層金属までエッチングしてコンタクトバイアスを作る。このステップを図５０に示す。
１０．  １ミクロンの窒化チタン（ＴｉＮ）を配置する。
１１．  マスク３を用いて、ＴｉＮをエッチングする。このマスクは、キャッチアクチュエータのホットアームのヒーターパターンと、キャッチアクチュエータのコールドアーム及びキャッチを規定する。このステップは、図５１に示す。
１２．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１３．  マスク４を用いて、両ＰＴＦＥ層をエッチングする。このマスクは、キャッチアクチュエータのホットアームのスリーブを規定する。このステップは、図５２に示す。
１４．  電気メッキ用の種層を配置する。
１５．  １１ミクロンのレジストをスピンコートし、マスク５を用いて該レジストを感光、現像する。このマスクは、磁気パドルを規定する。このステップは、図５３に示す。
１６．  ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）などの強磁性材料を１０ミクロン、メッキする。このステップを図５４に示す。
１７．  レジストを剥がし、種層をエッチングする。
１８．  ０．５ミクロンの低応力ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を配置する。
１９．  マスク６を用いて、当該窒化層をエッチングする。このマスクはバネを規定する。このステップは図５５に示す。
２０．  ガラスブランクの上にウエハを配置し、マスクを用いることなくＫＯＨを用いて当該ウエハをバックエッチングする。このエッチングはウエハを薄くし、ボロン添加シリコン層で停止する。このステップを、図５６に示す。
２１．  マスク７を用いて、ボロンが添加されたシリコン層を１ミクロン、プラズマバックエッチングする。このマスクは、ノズルのリムを規定する。このステップを図５７に示す。
２２．  マスク８を用いて、ボロンが添加された層を介してプラズマバックエッチングを行なう。このマスクは、ノズルとチップのエッジを規定する。
２３．  ボロンが添加されたシリコン層の穴を介して、ガラス犠牲層に達するまで、窒化物をプラズマバックエッチングする。この段階で、チップは分離されるが、依然ガラスブランクに設けられている。このステップを図５８に示す。
２４．  接着層を剥ぎ、このチップをガラスブランクから分離する。
２５．  犠牲層をエッチングする。このステップは、図５９に示す。
２６．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、異なった色のインクをウエハの前表面の適当な領域に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２７．  プリントヘッドを中継装置に接続する。
２８．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２９．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、交番磁界を供給し、プリントヘッドをテストする。このステップは、図６０に示す。
【０３５８】
ＩＪ１７  Ｓ  の記述
実施例では、振動するインクリザーバの圧力がインクを単一のインクジェットノズルから排出させることに利用される。各ノズルは、通常はノズルをブロックしている関連シャッターを有している。該シャッターは、インク滴が射出される際にはいつでも、アクチュエータによりノズルから移動退去させられる。
【０３５９】
図６１に、本発明の原理に基づいて構築された、単一のインクジェットノズル１６１０の分解斜視面を示す。図は、単一のインクジェットノズル１６１０を示す。理想的には、ノズルは底部シリコンウエハ１６１２上に、一度にアレイの形で形成される。シリコンウエハ１６１２は処理されて、構築後には平面化される金属層とガラス層１６１３を含む、２層ＣＭＯＳ回路を持つ。このＣＭＯＳ金属層はシリコンウエハ１６１２の背部から、円形の穴１６１５を介してインクを導く小径のアパチャー１６１４を有している。
【０３６０】
底部の窒化層１６１６は、ＣＭＯＳ層１６１３の上面に構築され、後のエッチング処理に対してＣＭＯＳ層１６１３をカバーし、保護し、更に不動態化する。続いて、二つのポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層１６１９，１６２０に挟まれる形で銅加熱層１６１８が設けられる。該銅層１６１８は、二つのアーム、例えば１６２２，１６２３を有する回路からなり、銅層１６１８は、下部のＣＭＯＳ層１６１３にバイアス１６２５，１６２６を介して接続されている。銅層１６１８とＰＴＦＥ層１６１９，１６２０は、窒化縁体、例えば１６２８と、インク排出口１６３０及び多数の犠牲エッチング用アクセス穴１６３２を含む窒化上層１６２９により包まれている。犠牲エッチング用アクセス穴１６３２は、インク排出口１６３０の寸法よりも小さく形成され、エッチング液が下層の犠牲層に達して、層１６１８，１６１９，１６２０及び１６２８の層の構築に際したエッチングに利用出来るように設けられている。
【０３６１】
図６２には、完全構築済みのインクジェットノズル１６１０の一部断面斜視図が示されている。インクジェットノズルは、排出口１６３０からインクを排出する際に振動するインク圧力を使用する。各ノズルは、通常はノズルを閉鎖している関連シャッター１６３１を有している。シャッター１６３１は、インク滴を射出する際にはいつも、アクチュエータ１６３１により駆動され、排出口１６３０から移動されて、当該排出口１６３０を開口する。
【０３６２】
ノズル１６３０は、アクチュエータ１６３５を含むインクチャンバに接続されている。これらのチャンバはシリコンウエハを通してエッチングされたインク補充溝１６３６に接続されている。インク補充溝１６３６は、インク圧力波に対する流体抵抗を減少するために、ノズル１６３０よりも実質的に広く形成されている。インク補充溝１６３６はインクリザーバに接続されている。超音波変換器
例えば、圧電型変換器）は、該リザーバ内に配置される。変換器は、インク圧力を約１００ＫＨｚで振動させる。インク圧力振動は、インク滴がシャッター１６３１にブロックされない限り、ノズルから射出されるに十分なものである。
【０３６３】
シャッターは、熱弾性アクチュエータ１６３５により駆動される。アクチュエータは、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層１６１９，１６２０に埋め込まれたコイル状に曲がりくねった銅ヒータ１６３２を形成している。ＰＴＦＥは、とても高い熱膨張率（約７７０１０−１０）を有している。ヒータ１６２３からの電流返還線１６２２も、ＰＴＦＥアクチュエータ１６３５に埋め込まれている。電流返還線１６２２はヒータ線１６２３よりも幅広に形成されているが、曲がりくねってはいない。従って、電流返還線１６２２は、曲がりくねったヒータ１６２３よりもＰＴＦＥを加熱することはない。曲がりくねったヒータ１６２３は、ＰＴＦＥコイルの内側端に沿って配置され、戻りの線は、外側端に配置されている。駆動する際には、内側端が外側端よりも熱くなり、より膨張する。これにより、アクチュエータ１６３５はコイルがほどける形で伸びる。
【０３６４】
ヒータ層１６２３を曲がりくねった形にエッチングすることにより、抵抗が増し、アクチュエータの長さに沿って作用する引っ張り応力を減少させることが出来る。これにより、銅の低い熱膨張が、高い熱膨張性能を有するPTFEによるアクチュエータの膨張を阻害することなくなる。
【０３６５】
アクチュエータ１６３５に供給する電力を変えることにより、シャッター１６３１は、全開位置から全閉位置の間で位置決めすることが出来る。これは、排出されるインク滴の量を変化させるために使用することが出来る。インク滴の量の制御は、連続的な階調度合の制御に、またインク滴の量の調整に、またその両方に適用可能である。
【０３６６】
データ信号がプリントヘッドに分配されると、特定のノズルがＯＮとなり、アクチュエータ１６３５が駆動され、シャッター１６３１を動かし、インクチャンバのブロックは解除される。インク圧力変動が最大で、インクがノズル１６３０から射出される。インク圧力が負となると、インクはノズル内に退入し、インク滴は分離される。シャッター１６３１は、次の正圧サイクルにノズルにインクが補充されるまで、開いたままとなる。次に、シャッター１６３１が閉じ、次の負圧サイクルでノズルからインクが引き込まれてしまうことを防止する。
【０３６７】
それぞれのインク滴の排出には、二つのインク圧力サイクルを要する。好ましくは、複数のノズル１６１０の半分は、ある一つのフェイズでインク滴を射出し、他の半分のノズルは、別のフェイズでインク滴を射出すべきである。これは、多数のノズルが駆動された際に生じる圧力変動を最小化する。
【０３６８】
超音波変換器の増幅度は、インクの粘度（典型的には、温度及により影響される）及び当該サイクル中に射出すべきインク滴の数に応じて変化させることが出来る。この増幅度調整は、周囲環境が変わった場合に、インク滴の大きさを一定に維持するため使用することが出来る。
【０３６９】
インク滴の射出速度は、１０ＫＨｚ程度とすることが出来る。インクジェットヘッドは、一体型の頁幅を有するプリントヘッドを組み立てるのに適している。図６２は、「上方射出」形態の１６００ｄｐｉプリントヘッドにおける、単一のノズルを示す。
【０３７０】
再度、図６１に戻り、インクジェットノズル１６１０の構築の一つの方法が述べられる。底部ウエハ層１６１２から始まり、該ウエハ層１６１２を処理して、アパチャー１６１４が挿入されたＣＭＯＳ層１６１３を加える。窒化層１６１６がＣＭＯＳ層の上面に配置され、後に引き続くエッチングからそれらを守る。
【０３７１】
薄い、犠牲ガラス層が窒化層１６１６の上部に配置され、第１ＰＴＦＥ層、銅層１６１８及び第２ＰＴＦＥ層１６２０が続く。そして、犠牲ガラス層がＰＴＦＥ層の上部に形成されて、数ミクロンの深さでエッチングされて、窒化縁体１６２８が形成される。次に、上端層１６２９が、リム１６４０とノズル１６３０を形成する処理ステップを含む多様な穴を形成するためのマスクを用いて犠牲層上に配置される。当該犠牲層は、溶解除去され、溝１６１５が、サーフィステクノロジーシステムなどから入手可能な高密度低圧プラズマエッチングを用いて、ウエハを貫通して形成される。
【０３７２】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このウエハは、０．１ミクロンの窒化シリコンで不動態化される。このステップは、図６４で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図６３には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、窒化物及び酸化物をエッチングする。このマスクは、シャッターの下のノズル入り口を規定する。このステップを、図６５に示す。
３．  ３ミクロンの犠牲材料を配置（例えば、アルミニウム又は感光性ポリイミド）
４．  窒化物上に１ミクロンの厚さとなるように、犠牲層を表面、面一に配置。このステップを、図６６に示す。
５．  マスク２を用いて、当該犠牲層をエッチング。アクチュエータのアンカーポイントを規定する。このステップは、図６７に示す。
６．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置。
７．  当該ＰＴＦＥ、窒化物及び酸化物を、第２レベル金属まで、マスク３を用いてエッチングする。このマスクは、ヒータバイアスを規定する。このステップを図６８に示す。
８．  例えばアルミニウムや金などの低いヤング率を有する、１ミクロンの導体層である、ヒータを配置。
９．  マスク４を用いて、導体をパタンーニング。このステップを図６９に示す。
１０．  １ミクロンのＰＴＦＥの配置。
１１．  マスク５を用いて、犠牲層までＰＴＦＥ層をエッチング。このマスクはアクチュエータとシャッターを規定する。このステップを図７０に示す。
１２．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセス可能であり、チップはまだ分離されていない。
１３．  ３ミクロンの犠牲材料を配置。ＣＭＰを用いて平面化。
１４．  マスク６を用いて、犠牲材料をエッチング。このマスクはノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図７１に示す。
１５．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置。
１６．  マスク７を用いて、（約）１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図７２に示す。
１７．  マスク６を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバの天井、ノズル及び犠牲エッチング用アクセス穴を規定する。このステップを図７３に示す。
１８．  マスク７を用いて、シリコンウエハを完全貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクは、ウエハを貫通するインク入り口を規定する。ウエハは、また、このエッチングにより、さいの目状に切断される。このステップを図７４に示す。
１９．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバは明確になり、アクチュエータは自由状態で、チップは分離される。このステップを図７５に示す。
２０．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。容器は、インク溝の背部に装着された圧電アクチュエータをも含むものである。圧電アクチュエータは、インク排出動作に必要な振動するインク圧力を供給する。
２１．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２２．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２３．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図７６に示す。
【０３７３】
ＩＪ１８  Ｓ  の記述
実施例は、ノズルチャンバとインク補充リザーバを接続するシャッター装置を含むインクジェットノズルである。リザーバは振動するインク圧力のもとにある。これにより、シャッターが開かれると、インクはシャッター装置を強制的に通過してノズルチャンバから射出される。シャッター装置が閉鎖されていると、ノズルチャンバ内では安定状態が維持され、該チャンバからインクが排出されることはない。
【０３７４】
図７７は、本発明の原理に基づいて構築された、単一のノズルチャンバ１７１０を示す。ノズルチャンバ１７１０は、制御回路と駆動ドランジタを含む電気回路層１７１２を有する単一のシリコンウエハ１７１１上に構築することが出来る。当該層１７１２は、２層ＣＭＯＳ層または半導体処理された層からなる他の適当な層を含むことが出来る。当該層１７１２の上部には窒化不動態層１７１３が配置されている。図７７は、閉鎖状態のシャッター装置を示し、図７８は開放状態のシャッター装置を示す。
【０３７５】
図７９は、図７８に示したシャッター装置が開放状態の時の、インクジェットノズルの多数の層の分解斜視図である。シリコンウエハ１７１１に貫通エッチングされたインク溝１７１９からのインクの流れを許容する、一連のスロット、例えば１７１５，１７１６及び１７１７を含む窒化層１７１３がある。窒化層
を好ましくは、より下層１７１２の露出部分を不動態化するように作用する底部１７２０も有することが望ましい。より下層１７１２の露出部分は、ノズルチャンバ１７１０を構築する際に使用される犠牲層エッチングより攻撃され得るからである。次の層は、内部に銅構造１７２３を有するポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層１７２２を含む。このＰＴＦＥ層１７２２と内部銅部分１７２３は、ノズルチャンバ装置１７１０の運転中枢を構成する。銅層１７２３は、曲がりくねった銅部１７３０，１７３１を接続する銅端部ポスト、例えば１７２５−１７２７を含む。曲がりくねった銅部１７３０，１７３１は、加熱により折り畳まれた形で伸縮するように設計されている。加熱回路には、端部、例えば１７２５−１７２７と、より下層の、ＣＭＯＳレベルのＣＭＯＳ回路間を接続するバイアス（vias
図示せず）が設けられている。従って、シャッター装置を開こうとした場合、電流は二つの部分１７３０，１７３１を通過し、ＰＴＦＥ層１７２２の部分１７３４，１７３５を加熱する。ＰＴＦＥ層は、とても高い熱膨張率（約７７０１０−１０）を有し、それ故に銅部よりもより迅速に膨張する。しかし、銅部１７３０，１７３１は、曲がりくねった形で構築されているので、当該曲がりくねった構造は、ＰＴＦＥ層の膨張に適合して折り畳まれた形で伸縮するように動く。これにより、ＰＴＦＥ層部分１７３４，１７３５のバックリングが生じ、矢印１７３８で示した方向にシャッター部、例えば１７３７が動く。シャッター１７３７の矢印１７３８方向への移動により、ノズルチャンバ１７１０が開放され、インク補給が行われる。前述したように、図７７はシャッターが閉鎖位置をしめしており、図７８は、二つの銅部１７３０，１７３１を通って流れる電流により駆動された後の開放状態を示している。銅部１７３０，１７３１は、部分１７３４，１７３５内の一方の側に沿って配置されて、バックリングが正しい方向に生じるようにしている。
【０３７６】
側壁１７４０及び上部１７４１を含む窒化層は、ノズルチャンバ１７１０の支持台を形成するように構築される。上部表面は、犠牲エッチング目的に設けられた多数の小さなノズル１７４３に加えて、インク排出ノズル１７４２を有している。ノズル１７４３はノズル１７４２よりもとても小さいので、運転中は、ノズル１７４３からのインクの排出は、表面張力効果により禁止される。
【０３７７】
運転中は、インク供給溝１７１９は振動するインク圧力により駆動される。振動するインク圧力は、インクチャンバ内の圧電アクチュエータの駆動により引き起こすことが出来る。ノズル１７４２からインク滴を射出しようとする場合、シャッターは開かれ、次の振動するインク圧力の高圧サイクル間で、ノズル１７４２からインク滴が強制的に射出される。排出されたインクは、圧力が低下した際に、ノズルチャンバ１７１０内のインク本体から分離される。分離されたインクは、紙に留まる。好ましくは、シャッターは、次の高圧サイクルの間中、インク溝が再補給することが出来るように開放された状態で維持される。その後、シャッターは迅速に閉鎖され、ノズルチャンバは、引き続く振動するインク圧力の低圧サイクルの間中、インクの満杯状態を維持する。こうして、ノズルチャンバは次の指令よる再射出に備える。
【０３７８】
インクジェットノズル１７１０は、必要とするマスクを用いながら、多様な層を配置するＭＥＭＳを介して、インクジェットノズルアレイの一部として、構築することが出来る。ＭＥＭＳは、ＣＭＯＳ層１７１２から開始され、その上に、必要なスロットを有する形で設けられた窒化層１７１３が配置される。犠牲ガラス層が構築され、それを追う形で、ＰＴＦＥ層１７２２の底部が続き、そして、銅層を接続するための適当なバイアスを有する下部層を持った銅層１７２３がそれに続く。次いで、上部ＰＴＦＥ層が配置され、ＰＴＦＥ層１７２２内に銅層１７２３を包み込む。更に、窒化層が配置され、側壁１７４０及びノズルプレート１７４１が形成される前に、犠牲ガラス層が配置されてエッチングされる。ノズルプレート１７４１がエッチングされて適当なノズル穴１７４２及び犠牲層エッチング穴１７４３が形成されるが、同時に平面部分もエッチングされて、ノズル穴１７４２の周辺にリムが形成される。次いで、犠牲ガラス層をエッチング除去することが出来、これにより、ＰＴＦＥ層及び銅層からなるアクチュエータ構造が形成される。次いで、ウエハを、サーフィステクノロジーシステムなどから入手可能な高密度低圧プラズマエッチングを用いて、貫通エッチングすることが出来る。
【０３７９】
前にも記したように、多数のノズルを単一のウエハ上に形成することが出来る。即ち、要求に応じて、グループ化されたノズルを希望する幅のヘッドと切り分けられたウエハに形成することが出来る。切り分けられたプリントヘッドはその背後にあるプリントヘッド用補充インクリザーバに接続することが出来、運転時には、ドロップオンデマンド型のインクジェットプリンタとなる。
【０３８０】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを用い、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2 metal  CMOS  process）を用いて、形成する。本ステップにおけるこのウエハの関連する特徴は、図８１に示す。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図８０には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化層をエッチダウンする。このマスクは下部固定グリルを規定する。このステップを、図８２に示す。
３．  ３ミクロンの犠牲材料を配置（例えば、アルミニウム又は感光性ポリイミド）
４．  ガラス上に０．５ミクロンの厚さとなるように、犠牲層を面一に配置する。このステップを、図８３に示す。
５．  マスク２を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクはノズルチャンバの壁とアクチェータのアンカーポイントを規定する。このステップを、図８４に示す。
６．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置。
７．  ＰＴＦＥ層及び酸化物を、マスク３を用いて、第２レベル金属までエッチダウンする。このマスクは、ヒータバイアスを規定する。このステップを、図８５に示す。
８．  例えばアルミニウムや金などの低いヤング率を有する、１ミクロンの導体を配置。
９．  マスク４を用いて、該導体にパターンを形成する。このステップを、図８６に示す。
１０．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置。
１１．  マスク５を用いて、犠牲層までＰＴＦＥ層をエッチング。このマスクはアクチュエータとシャッターを規定する。このステップを図８７に示す。
１２．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセス可能であり、チップはまだ分離されていない。
１３．  ６ミクロンの犠牲層を配置。
１４．  マスク６を用いて、犠牲材料をエッチング。このマスクはノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図８８に示す。
１５．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置。
１６．  マスク７を用いて、（約）１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図８９に示す。
１７．  マスク６を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバの天井、ノズル及び犠牲エッチング用アクセス穴を規定する。このステップを図９０に示す。
１８．  マスク７を用いて、シリコンウエハを完全貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクは、ウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、また、このエッチングにより、さいの目状に切断される。このステップを図９１に示す。
１９．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバは明確になり、アクチュエータは自由状態で、チップは分離される。このステップを図９２に示す。
２０．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。容器は、インク溝の背部に装着された圧電アクチュエータをも含むものである。圧電アクチュエータは、インク排出動作に必要な振動するインク圧力を供給する。
２１．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２２．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２３．完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図９３に示す。
【０３８１】
当業者であるならば、多様な変化や変形が、広範に述べられた発明の精神や範囲から逸脱することなく、実施例で示した本発明に対してなし得るものである。従って、この実施例は、全ての点において、例示的に考えられるべきであり、限定的に解釈されるものではない。
【０３８２】
ＩＪ１９  Ｓ  の記述
実施例は、振動するインク圧力のもとにあるインクリザーバと温度アクチュエータにより駆動されるシャターを利用して、インク滴を排出する。
【０３８３】
図９４に、実施例に基づいて構築された二つのインクノズル装置１８２０，１８２１を示す。インクノズル装置１８２０は、開位置が示されており、インクノズル装置１８２１は、閉位置が示されている。図９４のインクノズル装置は、シリコンウエハ上のノズルの大きな配列又はプリントヘッドの一部として、マイクロエレクトロメカニカル技術（ＭＥＭＳ）を用いて構築されている。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０３８４】
図９４は、各インクノズル装置１８２０，１８２１はインクノズル、例えば１８２２を含み、インクノズルは、インクノズル装置が開状態で、圧力が最大の時、インクの排出が行われる。
【０３８５】
図９４の各インクノズル装置は二つのアームを持った熱電対型アクチュエータ装置１８０９を用いている。インクノズル装置１８２０はアーム１８２４，１８２５を用い、インク装置１８２１は熱電対アーム１８２６，１８２７を用いている。熱電対アーム１８２４，１８２５は、シャッターゲージ１８２９内の、摺動型シャッター装置を駆動する。
【０３８６】
図９５に、図９４からケージを除いた、熱電対アーム１８２４，１８２５とシャッター１８３０を示す。シャッター１８３０は、シャッター１８３０が開状態の時、シャッター１８３０を介したインクの通路として多数のアパチュア１８３１を有している。熱電対アーム１８２４，１８２５は、接続パッド１８３２，１８３３（図９４）を介して流れる電流により熱電対が駆動された際のシャッター１８３０の駆動用である。図９５の熱アクチュエータは、Robert Reid, Victor M. Bright及びJohn H. Comtois著による前述の議事録に述べられた原理に近似する原理に基づいて動作するが、多数の点で大きな相違がある。それらの点は、これから述べる。アーム１８２４は、熱絶縁材料からなる外部ジャケットにより囲まれたポリ−シリコンの内部コアを有することが出来る。アーム１８２の断面は図９５に、内部コア１８４０及び外部コア１８４１を含む形で示されている。
【０３８７】
当業者であるならば、多様な変化や変形が、広範に述べられた発明の精神や範囲から逸脱することなく、実施例で示した本発明に対してなし得るものである。従って、この実施例は、全ての点において、例示的に考えられるべきあり、限定的に解釈されるものではない。
【０３８８】
電流は、接続パッド１８３２，１８３３を介して二つのアーム１８２４，１８２５に流れる。アーム１８２４は、電流が流れることにより温度が上昇する、好ましくはポリシリコンなどからなる内部抵抗素子１８４０を有している。熱ジャケット１８４１は、アーム１８２４，１８２５が浸漬されているインクチャンバ１８１１から内部コア１８４０を隔離するために設けられている。
【０３８９】
アーム１８２４は、熱ジャケットを持たないアーム１８２５に対して、熱ジャケットを有している。従って、アーム１８２５はアーム１８２４よりも一般的に温度が低く、熱膨張の異なった割合を示す。二つのアームは協働して熱アクチュエータを構成する。アーム１８２４，１８２５ならなる熱電対は、電流が二つのアーム内を通過すると、通常、方向１８３４にシャッター１８３０を動かすこととなる。重要なことは、アーム１８２５は、肉薄部分１８３６（図９４）を有することである。この肉薄部分１８３６は、シャッター１８３０の接続パッド１８３２，１８３３（図９４）付近を中心にした円方向運動を増幅する。これにより、熱電対の動きの回動効果が拡大され、シャッター１８３０の動きを増大させることとなる。熱電対１８２４，１８２５は、シャッター１８３０を図９４に概略的に示した閉位置１８２１から、図９４に示した開位置１８２０に移動させるように駆動され得る。
【０３９０】
図９４に戻り、第１及び第２のアーム１８５１，１８５２を有する第２の熱電対アクチュエータ１８５０が設けられている。アクチュエータ１８５０は、シャッターシステム１８３０に関連したアームと同じ物理的原理で動作する。アーム１８５０はシャッター１８３０を開位置又は閉位置においてロック動作させることが出来るように、設計されている。アーム１８５０がシャッター１８３０を、開位置でロックしている状態を、図９４に示す。閉位置の時は、アーム１８５０は、ノブ１８３８をシャッター１８３０の窪み（図示せず）と係合させてロックする。短時間の後、シャッター１８３０は駆動解除され、アクチュエータの加熱されたアーム１８２４（図９５）は冷たくなり始める。
【０３９１】
各インクノズル装置の運転のタイミング図の一例について、述べる。図９６の１８５５は、実質的にサイン曲線で駆動される圧電アクチュエータの駆動により、インクチャンバ（図９５の１８１１）内の周囲圧力の変動を示す第１の圧力曲線である。圧力の変動１８７０は、本来実質的なサイン曲線であり、印字サイクルは、滴形成フェイズ１８７１、滴分離フェイズ１８７２，滴補充フェイズ１８７３，滴定着フェイズ１８７４の、４のフェイズに分割される。
【０３９２】
図９６には、クロックタイミング図１８５６，１８５７も示される。最初の図１８５６は、シャッターの開閉のために単一のインクノズルのシャッター熱アクチュエータが受ける制御パルスを示す。第２のクロックタイミング図１８５７は、第２の熱電対アクチュエータ又はラッチ（例えば、図９４の１８５０）の動作に繋がるものである。
【０３９３】
インクチャンバ内の圧力１８７０が負圧から正圧になる、滴形成フェイズ１８７１の最初において、ラッチ１８５０は開位置に駆動される。続いて、シャッター１８３０も駆動され、閉位置から開位置に移動する。次に、ラッチ１８５０が駆動解除１８６１され、シャッター１８３０の一方の側に対してロックすることの出来る、ラッチ１８５０のヘッド１８６３（図９４）により、開位置にシャッターがロックされる。同時に、シャッター１８３０は駆動解除１８６２され、ノズルのパワー消費を抑える。
【０３９４】
このとき、インクチャンバ及びインクノズルは正圧状態にあり、インクメニスカスはインクノズルの外に膨張する。
【０３９５】
次に、滴分離フェイズ１８７２に入り、チャンバは負圧になり、インクノズル外に流れ出た流出インクのある部分は、チャンバ内に戻る。この素早い流動は、インクの本体から、インク玉を分離することとなる。インクのメニスカスが壊れ、インクノズル内に戻ると共に、インク玉又はジェットは、印刷媒体に向けて通過する。次いで、圧力サイクルは、シャッターが今だ開いた状態で、正圧サイクルが開始されるところで、滴補充フェイズ１８７３に入る。これにより、インクチャンバにインクが迅速に補充される。滴補充ステージの最後に、ラッチ１８５０が開き１８６３、冷たいシャッターが閉位置に弾性的に戻る。次いで、ラッチが閉じ１８６４、シャッターを閉位置でロックする。これにより、１サイクルの印字が完了する。閉じたシャッターは滴定着フェイズ１８７４において、シャッターが閉じたままでインクメニスカス位置において、リンギングや過渡的な現象を消失させることが出来る。滴定着フェイズの最後において、滴形成フェイズ１８７１の開始に戻り、別のインク滴がインクノズルから排出され得る。
【０３９６】
勿論、運転についての多くの工夫が可能である。最初の工夫は、大きさにおいて均一な振動として表示される圧力波振動と、振動数はその両方において変えることが出来る。各サイクルにおける振幅や周期は、インクを排出するノズルの数や異なるインクをノズルに補給するために必要な調整された圧力などの事前に計算される要素などに基づいて、決定することが出来る。更に、運転のクロック周期も、駆動スピードなどの異なった効果を考慮して決定することが出来る。
【０３９７】
図９７には、図９４のインクノズル対１８２０，１８２１を構築する一つの形態を、分解斜視図１８８０で示す。
【０３９８】
インクジェットノズルは、シリコンウエハ１８７１に埋め込まれたボロンが添加された層１８８１上に構築される。シリコンウエハ１８７１は、層１８８１部分を形成し、層１８８１の底部におけるメニスカスの親水性の領域を区切る、構築済みのノズルリム、例えば１８８３を有している。ノズルリム、例えば１８８３は、層１８８１の底表面を適宜疎水化処理する時に、設置することが出来る。
【０３９９】
ウエハ１８８２の上部に、二つのノズルの駆動に必要な全ての適切な回路を含むＣＭＯＳ層を形成する。このＣＭＯＳ層は、２酸化シリコン層１８８６で終わる。ＣＭＯＳ層と２酸化シリコン層１８８６は、ノズルポート、例えば１８８４と流体的に連通することのできる三角形のアパチュア１８８７，１８８８を含む。
【０４００】
２酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１８８６の上端には、多様なシャッター層１８９０，１８９２が構築される。第１のシャッター層１８９０は、第１のポリシリコン層から形成され、シャッターとアクチュエータ機構を構成する。第２のシャッター層８９１は、例えばポリアミドなどのポリマーから構築することが出来、それぞれの熱電対装置の一つのアーム上において、熱絶縁部材として作用する。最後のケージ層１８９２は、ポリシリコンの第２の層から構築される。
【０４０１】
ノズル装置１８８０の構築は、当業者に知られている通常の半導体製造工程とＭＥＭＳ工程に従って、行われる。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０４０２】
ノズル装置１８８０構築の一つの形態は、最終層１８８１を形成するボロン添加エピタキシャル層を含むシリコンウエハを利用する。シリコンウエハ１８８２は、通常ボロン添加エピタキシャル１８８１上に形成される。この層の上には、適切なＣＯＭＯＳ回路が形成された層１８８５が形成されている。アパチュア１８８７，１８８８は、適切なマスクを用いてプラズマエッチングにより、当該層内に形成することが出来る。次いで、これらの層は、それらを被覆する窒化物により不動態化することが出来、次に、ガラスなどの犠牲材料で満たされる。この犠牲材料は、その後エッチングされる。適当なマスクを持った犠牲材料は、適宜なマスクを用いて配置される、層１８９０の可動部分のベースとして利用することも出来る。層１８９１，１８９２に対して、似たような手順を実行することが出来る。次に、ウエハは、該ウエハを、エッチング停止部材として利用するボロン添加層までバックエッチングすることによりその厚さを薄くさる。そして、ノズルリムとノズルアパチュアが形成され、ノズルチャンバ内部と他の層は犠牲エッチングにより除去され、シャッター構造が構築される。次いで、ウエハは適当なプリントヘッドに小片化され、インクチャンバに取り付けられ、屈曲運転試験が行われる。
【０４０３】
勿論、他の多様な材料を、各層の構築に使用することが出来る。例えば、シャッターとアパチュアは、タンタルやＭＥＭＳ装置の構築技術分野における当業者に知られた他の多くの物質から構築することが出来る。
【０４０４】
当業者にとって、インクジェットノズル対の大きな配列は、単一のウエハ上に形成することが出来、インクジェットプリントヘッドは、要求により、所望する印刷媒体に対してインクを該プリントヘッドを介して駆動するための、対応するインクチャンバに装着することが出来る。更に、（ディンプルを利用してスティクションの機会を減らすような、（ＭＥＭＳ）構造において通常のことは、この点については、本実施例では特に開示していないが、実施例に基づいて構築する際にシャッター装置の動作及び屈曲を改良するために明らかに使用されるものである。
【０４０５】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  ３ミクロンのボロンが重添加されたエピタキシャルシリコンが配置された両面研磨されたウエハを使用する。
２．  １０ミクロンのｎ／ｎ＋エピタキシャルシリコンを配置する。このエピタキシャル層は実質的に要求されるＣＯＭＳよりも厚いものである。これは、ノズルチャンバが、この層から結晶学的エッチングされるからである。このステップを、図９９に示す。図９８には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。説明の明瞭化のために、図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。
３．  ＭＥＭＳマスクを用いて、エピタキシャル層をプラズマエッチングし、約９０度の側壁を形成する。このマスクはノズル空洞を規定する。このエッチングは、（１０ミクロンの）エピタキシャルシリコンにほぼ等しい深さで、ボロン添加シリコンが埋め込まれた層に達するまで行われる。このステップを、図１００に示す。
４．  １０ミクロンの低応力犠牲酸化物を配置する。ＣＭＰを用いて、シリコンと同一面にする。この犠牲材料は一時的にノズル空洞を充填する。このステップを、図１０１に示す。
５．  駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路の製造を、ＣＭＯＳプロセスを用いて開始する。インクジェットの機械的な構成部品を形成するＭＥＭＳ工程は、ＣＭＯＳ装置の製造ステップ間に行われる。例えば、１ミクロン、２ポリ、１メタル  レトログレードＰウエル  プロセスなどである。機械構成部品は、ＣＭＯＳポリシリコン層から形成される。明瞭に示すために、ＣＭＯＳ動作部材は省略している。
６．  標準ＬＯＣＯＳ技術を用いてフィールド酸化物を、０．５ミクロンの厚さまで成長させる。トランジスタ間の絶縁材としては勿論、このフィールド酸化物をＭＥＭＳ犠牲層として使用されるので、インクジェットの機械的な細部は、このアクティブな領域マスクに組み入れられる。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０２に示す。
７．  ＰＯＭＳのフィールドスレッシュホールドの埋め込みを行う。ＭＥＭＳ構成は、このステップでは、全体の熱予算の計算を除いて、何らの影響も有さない。
８．  レトログレードＰウエルとＮＭＯＳのスレッシュホールドアジャストの埋め込みを行う。ＭＥＭＳ構成は、このステップでは、全体の熱予算の計算を除いて、何らの影響も有さない。
９．  ＰＭＯＳ  Ｎ−ｔｕｂ  重度のリンパンチスルー制御の埋め込み及び軽度のボロンの埋め込みを行う。ＭＥＭＳ構成は、このステップでは、全体の熱予算の計算を除いて、何らの影響も有さない。
１０．  第１のポリシリコン層を配置してエッチングする。ゲート及び局所的な接続は勿論、この層はＭＥＭＳ部品の下部層を含む。これには、シャッター、シャッターアクチュエータ、キャッチアクチュエータを含む。この層は、通常のＣＭＯＳ層よりも厚いことが望ましい。１ミクロンのポリシリコンの厚さを用いることが出来る。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０３に示す。
１１．  ＮＭＯＳ  軽度に添加されたドレイン（ＬＤＤ）の埋め込みを行う。このプロセスは、処理の流れにおけるＭＥＭＳの存在により変化することはない。
１２．  酸化物を配置し、ポリシリコンのゲート側壁スペーサ用に、ＲＩＥエッチングを行う。このプロセスは、処理の流れにおけるＭＥＭＳの存在により変化することはない。
１３．  ＮＭＯＳのソース／ドレイン埋め込みを行う。この埋め込みの拡散に対する熱予算において、２つのポリシリコン層における応力を減少させるために、長時間高温アニーリングが考慮される必要がある。その他では、チップのＭＥＭＳ部分からは何の影響も無い。
１４．  ＰＭＯＳのソース／ドレイン埋め込みを行う。ＮＭＯＳのソース／ドレイン埋め込みと同様に、チップのＭＥＭＳ部分からの影響は、この植え込みの拡散に対する熱予算についてのみである。
１５．  １．３ミクロンのガラスを、第１の中間レベルの誘電体として配置し、ＣＭＯＳコンタクトマスクを用いてエッチングする。このレベルのＣＭＯＳマスクは、ＭＥＭＳ  インターポリ  犠牲酸化物に対するパターンをも含む。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０４に示す。
１６．  第２のポリシリコン層を配置してエッチングする。この層は、ＣＭＯＳの局所的な接続は勿論、ＭＥＭＳ部品の上層を含む。これはグリルと第２層のキャッチを含む。キャッチは、該キャッチがシャッターが滑動することを確実に防止するためにある。１ミクロンのポリシリコン厚を用いることが出来る。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０５に示す。
１７．  １ミクロンのガラスを、第２の中間レベルの誘電体として配置し、１マスクのＣＭＯＳを用いてエッチングする。このレベルのＣＭＯＳマスクは、ＭＥＭＳアクチュエータ接続のためのパターンをも含むものである。
１８．  金属層を配置し、エッチングする。ＭＥＭＳ領域には金属は現れない。従って、このステップは、ＭＥＭＳ工程の付加によって、何らの影響も受けない。しかしながら、ポリシリコンの全ての必要なアニーリングはこのステップの前に完了させておくべきである。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０６に示す。
１９．  ０．５ミクロンの窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を配置し、ＭＥＭＳ  マスク２を用いてエッチングする。このマスクは、ステップ２４でエッチングされる犠牲酸化物の領域を規定する。この窒化シリコンアパチュアは、犠牲酸化物エッチングが等方性を有するので、実質的に小形のものである。ＣＭＯＳ装置は、犠牲酸化物エッチングからの影響を避けるために、ＭＥＭＳ装置から十分に離れた位置に配置されなければならない。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０７に示す。
２０．  ウエハをガラスブランク上に装着し、マスクを使用することなくＫＯＨを使用してウエハをバックエッチングする。このエッチングは、ウエハの厚さを薄くし、ボロンが添加された埋め込みシリコン層で停止する。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０８に示す。
２１．  ＭＥＭＳマスク３を使用して、１ミクロンの深さでボロン添加シリコン層をプラズマバックエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１０９に示す。
２２．  ＭＥＭＳマスク４を用いて、ボロン添加層をプラズマバックエッチングする。このマスクはノズルとチップの端を規定する。この段階で、チップは分離されるが、ガラスブランク上にはまた設けられている。このステップのＭＥＭＳの特徴を、図１１０に示す。
２３．  ガラスブランクからチップを分離する。接着剤を剥がす。このステップを図１１１に示す。
２４．  無水ＨＦ／メタノール蒸気を用いて蒸気相エッチング（ＶＰＥ）により犠牲酸化層をエッチングする。ドライエッチングを使用することにより、スティクションの問題を避けることが出来る。このステップを図１１２に示す。
２５．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、異なった色のインクをウエハの前面の適切な領域に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。容器は、インク溝の背部に装着された圧電アクチュエータをも含むものである。圧電アクチュエータは、インク排出動作に必要な振動するインク圧力を供給する。
２６．  プリントヘッドを中継装置に接続する。
２７．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２８．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図１１３に示す。
【０４０６】
ＩＪ２０  Ｔ  の記述
実施例では、インクジェットプリントヘッドは、インク排出用の熱アクチュエータを利用したインクノズルチャンバの配列から構成されており、熱アクチュエータは、花の萼の配列を思い起こさせる形状を有している。熱アクチュエータは、花束が閉じるように動作し、これにより、上記した萼の配列スペースに形成されたノズルチャンバからインクの排出が行われる。この萼の配列は、熱アクチュエータの効率的な動作に加えて、ノズルチャンバに迅速にインクを補給することが出来る。
【０４０７】
図１１４に、実施例に基づいて構築された単一のノズルチャンバの斜視断面図を示す。ノズル装置１９１０は、複数の花びら、例えば１９１３を含む萼型構造１９１１の周囲に支持される形で設けられており、花びらはポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）から構築される。花びら１９１３は、銅ヒータから構成することの出来る内部抵抗素子１９１４を有している。抵抗素子１９１４は通常曲がりくねった構造を有しており、加熱すると、銅ヒータ１９１４は折りたたまれ、これによりＰＴＦＥ花びら、即ち１９１３の拡大割合を増加させることが出来る。ＰＴＦＥ花びら１９１３はより大きな熱膨張係数（７７０×１０６）を有し、加熱により実質的に膨張することが出来る。銅部１９１４はＰＴＦＥ花びら１９１３の底部表面近くに構築されており、その結果、ＰＴＦＥ花びら１９１３の底表面は、上表面よりも早く加熱される。熱的な差は、加熱に際して、花びら１９１３を上方に曲げることとなる。各花びら、例えば１９１３が一緒に加熱されるので、全ての花びらが同時に上方に組み合わせたように移動する。これにより、チャンバ１９１６内のインクに推進力が次々に伝えられ、インクがインクノズル１９１４から押し出される。インクノズル１９１７からのンクが押し出されるとメニスカス１９１８が膨張し、続いてノズル１９１７からインク滴が射出されることとなる。
【０４０８】
この実施例の重要で有利な特徴は、ＰＴＦＥが通常は疎水性を有するということである。実施例では、花びら１９１３の底面は未処理のＰＴＦＥで構成され、それ故に疎水性を有する。これにより、空気泡１９２０が花びらの表面下に形成される。この空気泡は、花びらヒータ配列の駆動後のノズルの形状を示す、図１１５の断面斜視図に示されたように、花びら１９１３の上方の動きを縮める。
【０４０９】
花びらの先端部は疎水性が弱くなるように処理されている。この処理としては、アンモニア雰囲気中でプラズマダメージング行うなど、各種の形態を取ることが出来る。花びら１９１３の先端は、通常親水性を有するように処理され、これにより、インクをノズルチャンバ１９１６内に引き込むことが出来る。
【０４１０】
図１１４に戻り、ノズルチャンバ１９１６は、トップノズルプレート１９２２と同様に窒化物のような不動材料からなる円形のリム１９２１を形成するよう構築されている。トップノズルプレート１９２２には、一連の小さなエッチング穴１９２３を形成することが出来、これらはノズルチャンバ１９１０の構築に際して、使用される犠牲材料の迅速なエッチングを可能とする。エッチング穴１９２３は、エッチングの液がノズルチャンバ１９１６内に流入することが出来る程度に大きく形成されているが、表面張力によりノズルチャンバ１９１６内にインクを保持することが出来る程度に小さい。一連の支柱１９２４が、ウエハ１９２５上にノズルプレート１９２２を支持するために更に設けられている。
【０４１１】
ウエハ１９２５は、標準のシリコンウエハから構成することが出来、その上に、データ駆動回路を、銅回路部分１９２７との接続を提供する１９２６で示される一層の金属（アルミニウム）の部分を有する、２層金属ＣＭＯＳのような通常の方法で、構築することが出来る。
【０４１２】
図１１４の装置１９１０は、多くの重要な利点を有する。花びらの開位置において、ノズルチャンバ１９１６は、迅速なインク補充を行うことが出来る。このことは、僅かな正圧のインク圧力が使用されるときには有効である。更に、花びら配列（装置）は、そのものの欠陥に対する許容度を提供する。もし、一つ以上の花びらが機能不全となった場合でも、残りの花びらが動作して、要求に応じてインク滴を排出することが出来る。
【０４１３】
図１１６は、ノズル装置１９１０の多様な層の分解斜視図である。ノズル装置１９１０は、要求に応じて適宜、切り分けられたシリコンウエハから構成しうるベースウエハ１９２５上に構築されている。このシリコンウエハ１９２５の上には、２レベル金属ＣＭＯＳ駆動制御回路層を構築する、通常のＣＭＯＳ処理ステップを実行可能なシリコンガラス層が設けられている。この層の部分は、駆動トランジスタと接続するための部分１９２７を含んでいる。ＣＭＯＳ層の上部には、より下層が通常は溶解されてしまうようなエッチングが用いられた際に、処理中のより下層に対する不動態防護を行う窒化不動態層１９２９が構築されている。ＰＴＦＥ層１９３０は、銅金属層１９３１下の下部ＰＴＦＥ層と銅金属層の上の上部ＰＴＦＥ層から実際は構成されるが、それらは図１１６には単一の層として示されている。結局、銅層１９３１は、ＰＴＦＥ層に効果的に包囲されている。最後に、窒化層１９３２が、ノズルプレートに加えてノズルチャンバのリム１９２１及びノズル柱１９２４を形成する形で設けられている。
【０４１４】
装置１９１０は、シリコンウエハ上に、マイクロ−エレクトロ−メカニカルシステム技術を使用することにより構築することが出来る。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。ＰＴＦＥ層１９３０は、ガラスなどの犠牲材料ベースの上に構築することが出来、その中を通って、層１９３０の軸１９３３が設けられる。
【０４１５】
層１９３２は、第２の犠牲エッチング材料ベース上に構築され、窒化層１９３２を形成する。この犠牲材料は後に、他の材料層を攻撃しない適当なエッチングを用いて除去され、内部の花びら構造を構築する。こ目的のために、ノズル１９１７及びノズルリム１９３４に加えて、ノズルプレート１９３２は前述のエッチング穴、例えば１９２３を有し、エッチング処理速度を向上している。
【０４１６】
ノズル１９１０は、必要に応じてプリントヘッドのウエハ上に形成することが出来る。更に、プリントヘッドは、サーフィステクノロジー社などから入手可能な高密度低圧プラズマエッチング装置を用いる、“水通過”インク補充手段の形か、プリントヘッドの側部に装着された側部インク溝を介した形の補給手段を有する。更に、領域は、通常の形で、ＭＥＭＳ処理を用いたウエハへの接続回路を供給することが出来る。
【０４１７】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このウエハは、０．１ミクロンの窒化シリコンで不動態化される。このステップは、図１１８で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図１１７には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．マスク１を用いて、ＣＭＯＳ処理の２酸化シリコンを、シリコンまで貫通エッチングする。このマスクはインク入り口溝とヒータ接続バイアスを規定する。このステップを、図１１９に示す。
３．  １ミクロンの低応力窒化物を配置する。これは、チップ表面の２酸化シリコンを介したインクの拡散を防止するバリアとして作用する。このステップを、図１２０に示す。
４．  ３ミクロンの犠牲材料（例えば、感光性ポリイミド）を配置する。
５．  マスク２を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを、図１２１に示す。
６．  ０．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
７．  マスク３を用いて、ＰＴＦＥ，窒化層、及び酸化物を、第２レベルの金属までエッチングする。このマスクはヒータバイアスを規定する。このステップを、図１２２に示す。
８．  例えば、アルミニウムや金などの低ヤング率のヒータ材料を０．５ミクロン配置する。
９．  マスク４を用いて、ヒータのパターンを形成する。このステップを、図１２３に示す。
１０．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１１．  １．５ミクロンのＰＴＦＥの配置。
１２．  マスク５を用いて、ＰＴＦＥを犠牲層までエッチダウンする。このマスクはアクチュエータ花びらを規定する。このステップを、図１２４に示す。
１３．  ＰＴＦＥをプラズマ処理し、上面を親水性にする。
１４．  ６ミクロンの犠牲材料を配置する。
１５．  マスク６を用いて、５ミクロンの深さで犠牲材料をエッチングする。このマスクはノズルチャンバの浮き壁、ノズルプレートの支持支柱、及び各インク色を取り囲む壁（図示せず）を規定する。
１６．  マスク７を用いて、犠牲材料を窒化物までエッチングする。このマスクは、ノズルプレートの支持支柱、及び各インク色を取り囲む壁（図示せず）を規定する。このステップを、図１２５に示す。
１７．  ＰＥＣＶＤガラスを３ミクロン配置する。このステップを、図１２６に示す。
１８．  マスク８を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップを、図１２７に示す。
１９．  マスク９を用いて、犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、ノズル及び犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図１２８に示す。
２０．  マスク１０を用いて、シリコンウエハを貫通する形で完全にバックエッチングする（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクは、ウエハを貫通する形でエッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、このエッチングで、小片化される。このステップを、図１２９に示す。
２１．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングで、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータ形成され、チップが分離される。このステップを、図１３０に示す。
２２．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２３．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２４．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２５．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図１３１に示す。
【０４１８】
ＩＪ２１  Ｓ  の記述
図１３２に入る。実施例２００１は、インク補給菅２００３が設けられたインクチャンバ２００２を有する。圧電アクチュエータ２００４が実質的にサイン波で駆動され、チャンバ２００２内の圧力波２００６を設定している。超音波変換器２００４は、リザーバ内に位置決めされた圧電変換器を有する。変換器２００４は、チャンバ２００２内のインク圧力を約１００ＫＨｚで振動させている。圧力は、要求により各ノズル装置２０１２からインク滴を排出させるには十分である。各ノズル２００８は、要求により開閉されるシャッター２０１０を有している。
【０４１９】
図１３３には、図１３２における単一のノズル装置２０１２が示されている。
【０４２０】
各ノズル装置２０１２は、インクが出力されるノズル穴２０１３と、通常はインクが満たされているノズルチャンバ２０１４を有している。更に、ノズルは、要求によりノズルチャンバ２０１４を開閉するように設計されたシャッター２０１０を有している。シャッター２０１０は、コイル状の熱アクチュエータ２０１５により駆動される。
【０４２１】
コイル状のアクチュエータ２０１５は、異なった抵抗率、又は異なった断面積、又は異なった熱膨張係数、又はインクに対する異なった熱伝導率、又は異なった長さ、又はそれらの組み合わせからなる、複数の薄板状の導体から形成されている。アクチュエータ２０１５のコイル半径は、導体中を電流が流れると、コイル材の一方の側が他方に対して伸びる形で、変化する。図１３３に示す一つの方法は、電気伝導性を有する材料から作られた二つの電流の流路２０３５，２０３６を用いている。二つの流路２０３５，２０３６は、熱アクチュエータ２０１５のシャッター端２０１７において接続している。一つの電流の流路２０３６は、曲がりくねった形で形成され、その抵抗値を増している。電流が流路２０３５，２０３６を通過すると、コイル状のアクチュエータ２０１５の、曲がりくねった流路を有する側部がより伸張する。これにより、アクチュエータ２０１５は、コイルがほどける方向移動する。
【０４２２】
熱アクチュエータ２０１５は、シャッター２０１０の位置を、ノズル２０１４を全開、一部開又は全閉しうる形で制御する。もし、シャッター２０１１が、ノズルチャンバ２０１４をカバーしていない時は、チャンバの振動するインク圧力がノズルチャンバ２０１４に伝達され、インクはノズル穴２０１３から排出される。シャッター２０１１が、ノズルチャンバ２０１４をカバーしている時は、チャンバの振動するインク圧力は、ノズル穴２０１３において十分に弱められる。シャッターが閉じて、変動する圧力下でシャッターを固定していても、チャンバ２０１４内のインク圧力は、シャッター２０１０周囲の漏れから、完全には無くなることはない。シャッター２０１０は、ノズルチャンバ２０１４を部分的に横切る形で駆動されても良い。その場合、インク圧力の変動は部分的に弱められる。これは、排出されるインク滴の量を変化させるために使用することが出来る。これにより、ノズル穴２０１３の継続的な調子を維持したり、インク滴の量を調整したり、またその両方を行うことが出来る。シャッターは通常は閉じており、必要により開かれる。
【０４２３】
インクジェットノズルの動作を、より詳細に説明する。
【０４２４】
図１３４に示すように、圧電素子はサイン曲線で駆動され、時間に対してサイン曲線の圧力変動２０７０がインクチャンバ２００２内に交互に生じる。
【０４２５】
印刷装置の動作は、インク排出フェイズ２０７１、インク分離フェイズ２０７２，インク補給フェイズ２０７３，アイドルインクノズルフェイス２０７４の、４つのフェイズを用いている。
【０４２６】
図１３５に示すように、図１３４のインク排出フェイズ２０１７の前には、シャッター２０１０はインクチャンバ２０１４上に位置し、インクは、ノズル穴２０１３の上に、メニスカス２０８１を形成している。
【０４２７】
インク排出フェイズ２０７１が開始されると、アクチュエータコイルが駆動され、シャッター２０１０は図１３６に示すように、チャンバ２０１４上の位置から退避する。チャンバが正圧になると、メニスカス２０８１は成長し、ノズル穴２０１３外のインク２０９１の量はインクの流れ２０８２により増大する。次いで、図１３４に示すインク分離フェイズ２０７２に入る。このフェイズでは、チャンバ２００２内の圧力は周囲の圧力よりも小さくなる。これにより、チャンバ２０１４内に後方への流れ２０８３（図１３７）が生じ、ノズル２０１３からインク２０８４の部分が分離する。この負圧が、メニスカス２０８５をインクチャンバ２００２内に引き込む。
【０４２８】
次いで、インクチャンバは、図１３４の補給フェイス２０７２に入り、正圧が再度生じる。これにより、図１３８の状況２１１０に示すように、メニスカス位置２１１１が図１３５の位置に戻る。次いで、図１３９に示すように、アクチュエータが戻り、シャッター２０１０が再起動に備えた原点位置に戻る（図１３４のアイドルフェイズ）。
【０４２９】
図１３４に示したサイクル動作は、多くの利点を有する。特に、正弦波のレベル及び周期（期間）は、圧電素子アクチュエータ２００４（図１３２）への信号を制御することにより厳密に制御可能である。勿論、多様な変更が可能である。例えば、各インク滴の排出を二つの圧力サイクルで行って、ノズルを半分に分け、例えば、図１３２のノズル２０２０，２０２２と２０２４はある一つのフェイズでインクを排出し、他の半分のノズル、例えば、２０２１，２０２３は、第２のフェイズ中にインクを排出するようにすることが出来る。こうすることにより、多数のノズルが同時に駆動されることによる圧力変動を最小化することが出来る。
【０４３０】
更に、アクチュエータ２００４に対する駆動信号の振幅を、温度や、同一サイクルで排出されるインク滴の数のような要素で典型的に影響されてしまうインクの粘度に応じて変化させること可能である。
構築と組立
各ノズルは更にシャッターが開放される際にアクチュエータの螺旋を駆動する駆動回路を有している。ノズルチャンバは、ノズルチップの半径が、インク滴の大きさや速度を制御することができるために慎重に選択されるように、その寸法は慎重に決められるべきである。更に、図１３３のノズルチャンバ２０１４は、チャンバ壁からフィスカスを引っ張ることで、シャッターが超音波発振器から必要とする力をあまりに増大させないような幅にすべきである。
【０４３１】
好ましくは、シャッター２０１０はノズルチャンバを覆うディスク形状である。このディスクは、慣性容量を最小化し、強度を最大化するために、蜂巣のような（ハニカム）構造を有することが望ましい。
【０４３２】
好ましくは、全ての表面は不動態層でコートされ、インク流による腐食を減少させるようにする。適切な不動態層としては、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、ダイヤモンドのようなカーボン（ＤＬＣ）、又は化学的に不動であり、高い不浸透性を有する層を含むことが出来る。駆動装置がインクに浸漬されることから、不動態層は装置の寿命に、明らかでとても重要な影響を与える。
作成順序
図１４０は、本実施例に基づく単一のインクジェットノズルの構築を示す、分解斜視図である。
【０４３３】
１）．ボロンが重度に添加されたシリコンの埋め込みエピタキシャル層２１２１を有する、単一結晶シリコンウエハ２１２０から始める。ボロンは好ましくは、ｃｍ３あたり、１０２０原子以上、添加すべきであり、約２ミクロンの厚さを有すべきである。ボロンが添加された上部に程度に添加されたシリコンエピタキシャル層を約８ミクロンの厚さで形成すべきである。該エピタキシャル層は、選択された有効な半導体装置技術にとって適切な方法で添加されるべきである。これを以後、“Ｓｏｐｉｊ”ウエハと称する。このウエハの直径は、インク溝のウエハと同じであるべきである。
【０４３４】
２）．駆動トランジスタ回路、データ分配回を、ＣＭＯＳ層２１２２に、選択された工程に従って製作し、第２レベル金属上に酸化物を配置する。
【０４３５】
３）．ケミカル  メカニカル  プラナリゼーション（ＣＭＰ）を用いて、ウエハを平坦化する。
【０４３６】
４）．ノズルチャンバをプラズマエッチングし、ボロン添加エピタキシャル層で停止する。このエッチングは、シリコンを約８ミクロン程度貫通する。このエッチングは高度に異方性を有すべきであり、殆ど垂直の側壁を形成する。エッチングは、排気ガス内のボロンを検出することにより停止される。このステップでは、後のチップの分離工程のために、プリントヘッドチップの端部をも、ボロン層２１２１に達するまでエッチングする。
【０４３７】
５）．高密度Ｓｉ３Ｎ４を、２ミクロン、形に沿って配置する。これは腐食バリアを形成し、ピンホールの発生を防止し、ＯＨイオンに対して不動態化する。
【０４３８】
６）．厚い犠牲層を配置する。この層は、ノズルチャンバを完全に充填し、２ミクロン厚さで、全てのウエハを被覆するべきである。犠牲層は、例えばスピン、又はグラス（ＳＯＧ）によるＳｉＯ２でもよい。
【０４３９】
７）．コイル  ポスト  マスクを用いて、犠牲層をマスキング及びエッチングする。
【０４４０】
８）．窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を０．２ミクロン配置する。
【０４４１】
９）．コイル  エレクトリック  コンタクト  マスクを用いて、Ｓｉ３Ｎ４層をマスキング及びエッチングし、コイル  マスクを用いて、第１のＰＴＦＥ層２１２４をマスキング及びエッチングする。
【０４４２】
１０）．４ミクロンのニクロム合金（ＮｉＣｒ）を配置する。
【０４４３】
１１）．銅電導層２１２５を配置し、電導層マスクを使用してエッチングする。
【０４４４】
１２）．コイル  マスクを用いて、ＰＴＦＥの第２の層を配置する。
【０４４５】
１３）．０．２ミクロンの窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）（図示せず）を配置する。
【０４４６】
１４）．スプリング不動態及びボンド  パッド  マスクを用いて、該窒化シリコン層をマスキング及びエッチングする。
【０４４７】
１５）．ウエハを、予め製造済みのインク溝ウエハ上に永久的に接着する。“Ｓｏｐｉｊ”ウエハの動作面を、インク溝ウエハに向ける。
【０４４８】
１６）．“Ｓｏｐｉｊ”ウエハをエッチングし、背面のシリコンを、ボロン添加エピタキシャル層のレベルまで完全に除去する。このエッチングは、エチレン  ジアミン  パイロカテコール(ethylene-diamine pyrocatechol)（ＥＰＤ）内でのバッチウエットエッチングで行い得る。
【０４４９】
１７）．“Ｓｏｐｉｊ”ウエハの下側から、ノズル穴２０１３をマスキングする。このマスクは、チップの端部も含む。
【０４５０】
１８）．ボロン添加シリコン層を貫通エッチングする。このエッチングは、ノズルチャンバ２０１４内の犠牲材料内にまで達するほど深く行い、当該犠牲層を除去するために要する時間を減少させるようにする。
【０４５１】
１９）．犠牲層を完全にエッチングする。もし、この層がＳｉＯ２ならば、ＨＦエッチングが使用出来る。犠牲層材料へＨＦのアクセスは、ノズル及び同時にインク溝チップを通して行われる。
【０４５２】
２０）．バッキングプレートからチップを離す。二つのウエハは、既に貫通エッチングされ、プリントヘッドを小片化する必要はない。
【０４５３】
２１）．良品チップに対してＴＡＢを接合する。
【０４５４】
２２）．ＴＡＢが接合されたプリントヘッドに対して、最終テストを行う。
【０４５５】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の別の形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  ボロンが重度に添加された３ミクロンのエピタキシャルシリコンが配置された両面研磨されたウエハを使用する。
２．  ＣＭＯＳプロセスを用いて、ｐ−型又はｎ−型の１０ミクロンのエピタキシャルシリコンを配置する。
３．  駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このウエハは、０．１ミクロンの窒化シリコンで不動態化される。このステップは、図１４２で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図１４１には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
４．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化層を、シリコンまでエッチダウンする。このマスクは、シャッターの下のノズルチャンバと、プリントヘッドチップの境界を規定する。
５．  ステップ４からの酸化物をマスクとして使用してシリコンをボロン添加埋め込み層までプラズマエッチングする。このステップを、図１４３に示す。
６．  ６ミクロン犠牲材料（例えば、アルミニウム又は感光性ポリイミド）を配置する。
７．  犠牲層を窒化層上で１ミクロンの厚さで平面化する。このステップを、図１４４に示す。
８．  マスク２を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを、図１４５に示す。
９．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１０．  マスク３を用いて、ＰＴＦＥ、窒化層及び酸化層を第２レベル金属までエッチダウンする。このマスクは、ヒータバイアスを規定する。このステップを、図１４６に示す。
１１．  例えばアルミニウムや金などの低ヤング率の材料で、１ミクロンの導体を配置する。
１２．  マスク４を用いて、導体をパターニングする。このステップは、図１４７に示す。
１３．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１４．  マスク５を用いて、該ＰＴＦＥを犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータとシャッターを規定する。このステップは、図１４８に示す。
１５．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセス可能であり、チップはまだ分離されていない。
１６．  ウエハをガラスブランク上に配置し、ＫＯＨを用いてウエハをマスクを用いることなくバックエッチングする。このエッチングは、ウエハの厚さを減少させ、埋め込みボロン添加シリコン層で停止する。このステップを、図１４９に示す。
１７．  マスク６を用いて、（約）１ミクロンの深さでボロン添加シリコン層をプラズマバックエッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップは、図１５０に示す。
１８．  マスク７を用いて、ボロン添加層をプラズマバックエッチングして貫通させる。このマスクは、ノズルとチップの端部を規定する。この段階で、チップが分離されるが、ガラスブランク上にはなお装着されている。このステップを、図１５１に示す。
１９．  チップをガラスブランクから取り外し、犠牲材料をエッチングする。このエッチングで、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが自由になり、チップが分離される。このステップを、図１５２に示す。
２０．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、異なる色のインクをウエハの正面の適宜な領域に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２１．  プリントヘッドを中継装置に接続する。
２２．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２３．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図１５３に示す。
【０４５６】
ＩＪ２２  Ｔ  の記述
実施例では、一連のノズルを有するインクジェットプリントヘッドを示す。各ノズルは、一連のパドルを動作させる複数のアクチュエータからなるアクチュエータ装置を有する。一連のパドルは、虹彩のような動きを行い、インクをノズルチャンバから排出させる。
【０４５７】
図１５４から１５６に、単一のノズル排出口２２１１からインクを排出させる、単一のノズル装置２２１０を示す。インクは、ノズルチャンバ領域２２１２からノズル口２２１１により排出される。ノズルチャンバ２２１２は、実質的に同一な虹彩羽根２２１４から形成される。各虹彩羽根は同時に駆動され、ノズルチャンバ２２１２内のインクをノズルチャンバ外に絞り出し、インク排出口２２１１からインクを排出する。
【０４５８】
各ノズル羽根２２１４は、その基礎部に設けられた熱アクチュエータ２２１５により駆動される。この熱アクチュエータ２２１５は、二つのアーム、伸張性及び可撓性を有するアーム２２２５と堅いアーム２２２６を有している。これらのアームは一端２２２７で固定され、他端２２２８で接続されている。伸張アーム２２２５はポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）層２２２９から構築することが出来る。伸張アーム２２２５の内部には、曲がりくねった銅ヒータ２２１６が設けられている。熱アクチュエータ２２１５の堅いアーム２２２６は銅ヒータ２２１６及び羽根２２１４のリターントレイを構成している。熱アクチュエータ２２１５の伸張アーム２２２５が加熱されると、外部のＰＴＦＥ層２２２９が円形に曲がり、羽根２２１４はインクをノズルチャンバ２２１２の中央方向に向けて押す。銅層２２１６の曲がりくねったトレイは、ＰＴＦＥ層２２２９の高い熱膨張に応じて協働する。他の羽根２２１８−２２２０は同時に動作する。４枚の羽根は、従って、ノズルチャンバ２２１２内のインクを全体的に圧縮し、次いで、インク排出口２２１１からインクが排出される。
【０４５９】
ノズル装置の天井には、支柱２２２３により支持された窒化層２２２２が形成されている。上部窒化層２２２２には、構築中において、より下層の犠牲材料を迅速にエッチングすることを容易にするために、一連の２２２４穴が設けられている。窒化層エッチング穴２２２４は、虹彩羽根が駆動された際のインク排出口２２１１とは異なり、該窒化層穴２２２４からインクが排出されることを防止するに十分な表面張力が作用するように、小さいな直径で形成されている。
【０４６０】
図１５４に示す装置は、標準の半導体製造とマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）技術を用いてシリコンウエハ上に構築することが出来る。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。ノズル装置２２１０はシリコンウエハ上に、ＭＥＭＳ構築において、一般的なプラクティスとして必要な、多様な犠牲材料を利用して構築することが出来る。図１５６に単一のノズルを構築する際に使用される多様な層を示した、単一ノズル装置２２１０の分解斜視図を示す。構造の最下層はシリコンウエハベース２２３０である。明らかに、必要に応じてそれぞれが多数のプリントヘッドノズルを有する多数のプリントヘッドを単一の大きなウエハ上に構築することが出来る。そして、それは必要に応じて分離されたプリントヘッドに適当に小分けされる。シリコン層２２３０の上には、最初に、全ての必要な接続回路、多様なヒータ回路用の駆動制御回路を持ったＣＯＭＳ回路／ガラス層２２３１が構築される。ＣＭＯＳ層２２３１の上に、使用されるエッチングに対して下層のＣＭＯＳ層２２３１を不動態化するために設けられる窒化不動態層２２３２が構築される。層２２３２は、加熱素子を下層の
ＣＭＯＳ層２２３１の所定部分と接続するための適切なバイアス（図示せず）を有している。
【０４６１】
窒化層２２３２の上部には、下層のＣＭＯＳ層に対するバイアス及び、多様な加熱素子回路を有するアルミニウム層２２３３が構築される。
【０４６２】
次のＰＴＦＥ層２２３４は、下部銅層２２３３を包む実際には２層のＰＴＦＥ層２２３４として設けられている。次に、第１の窒化層２２３６が、図１５４の虹彩羽根２２１４，２２１８−２２２０を構築している。ノズルチャンバのノズルと支柱を形成する、第２の窒化層２２３７は、その上にある。
【０４６３】
多様な層２２３３，２２３４、２２３６及び２２３７は、ＭＥＭＳプロセスで標準とされた中間犠牲層を利用し、次いで、該犠牲層をエッチング除去することにより所定の機能的な装置を得ることが出来る。適切な犠牲材料にはガラスが含まれる。必要ならば、窒化層２２３７の構築に際しては、デュアルダマスカスプロセスなどの、たような半導体プロセスを用いることが出来る。
【０４６４】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一つのインクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．両面研磨ウエハを使用し、０．５ミクロンの、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2 metal  CMOS process）を用いて、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を完成させる。ウエハは０．１ミクロンの窒化シリコンで不動態化される。このステップにおけるウエハの主な特徴を、図１５８に示す。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図１５７には、これらの製造過程を示す図における多様な材料とインクジェット構造を構成する多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  １ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム又は感光性ポリイミド）を配置する。
３．  マスク１を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、ノズルチャンバ支柱とアクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを、図１５９に示す。
４．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
５．  マスク２を用いて、ＰＴＦＥ、窒化物及び酸化物を、第２レベル金属までエッチダウンする。このマスクは、ヒータバイアスを規定する。このステップを、図１６０に示す。
６．  例えば、アルミニウムや金などの低ヤング率の導体を１ミクロン配置する。
７．  マスク３を用いて、該導体をパターニングする。このステップを、図１６１に示す。
８．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
９．  マスク４を用いて、ＰＴＦＥを犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータを規定する。このステップを、図１６２に示す。
１０．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセス可能であり、チップはまだ分離されていない。
１１．  犠牲材料を６ミクロン配置する。
１２．  マスク５を用いて、該犠牲材料をエッチングする。このマスクは虹彩パドル羽根及びノズルチャンバ支柱を規定する。このステップを、図１６３に示す。
１３．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置し、ＣＭＰを用いて、当該犠牲層を平面化する。
１４．  犠牲材料を０．５ミクロン配置する。
１５．  マスク６を用いて、該犠牲材料をガラスまでエッチングする。このマスクはノズルチャンバ支柱を規定する。このステップを、図１６４に示す。
１６．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１７．  マスク７を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを、図１６５に示す。
１８．  マスク８を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバの天井、ノズル及び犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図１６６に示す。
１９．  マスク９を用いて、シリコンウエハを貫通する形で完全にバックエッチングする（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクは、ウエハを貫通する形でエッチングされたインク入り口を規定する。シリコン層がエッチングされたところで、エッチング過程を変えて、当該シリコンをマスクとして使用してガラス及び窒化層をエッチングする。ウエハは、このエッチングで、小片化される。このステップを、図１６７に示す。
２０．  犠牲材料をエッチングする。ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが形成され、チップが分離される。このステップを、図１６８に示す。
２１．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２２．プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２３．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２４．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図１６９に示す。
【０４６５】
ＩＪ２３  Ｔ  の記述
実施例は、熱アクチュエータの曲がりを利用して、ノズルからインクを排出させるものである。
【０４６６】
図１７０は、実施例である単一のノズル装置２３０１を示す。このノズル装置２３０１は、ノズルチャンバ２３０３とノズル２３０４上に設けられた熱アクチュエータ２３０２を有する。熱アクチュエータ２３０２は、曲がりくねった抵抗素子２３０８に接続された導線２３０６，２３０７を有する電気回路を有している。抵抗素子２３０８は、抵抗という点において銅層を含みうる。銅心材２３０９が熱アクチュエータ２３０２の一端を支持するために設けられている。
【０４６７】
銅抵抗素子２３０８は曲がりくねった形状に形成されているので、熱アクチュエータパネル２３０２の長さに沿った張力は殆ど作用しない。
【０４６８】
銅抵抗素子はポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）層２３１２内に埋め込まれている。ＰＴＦＥ６は、とても高い熱膨張率（約７７０×１０−６）を有する。この層は、銅ヒータ２３０８により加熱されると迅速に膨張する。銅ヒータ２３０８は、ＰＴＦＥ層２３１２の上表面付近に配置されているので、ＰＴＦＥ層２３１２の上の層は下の層よりも早く加熱され、ノズルチャンバ２３０３内で熱アクチュエータ２３０１はノズル２３０４方向に曲がることとなる。
【０４６９】
ノズル装置２３０１の動作は以下の通りである。
【０４７０】
１）．プリントヘッドに分配されたデータ信号が、特定のノズルからのインク滴の射出を指示していた場合、当該ノズルの駆動トランジスタはＯＮとなる。これにより、導線２３０６，２３０７及び当該ノズルのハドル内のヒータが起動される。ヒータ２３０８は約３マイクロ秒（μｓ）起動されるが、実際の持続時間はアクチュエータノズルに応じて設計されることとなる。
【０４７１】
２）．ヒータがＰＴＦＥ層２３１２を加熱する。ＰＴＦＥ層２３１２の上層は下層よりも早く加熱される。これにより、図１７１に示すように、パドルはノズルチャンバ２３０３内をノズル２３０４方向に向けて全体が曲がる。このパドルの曲がりがインクチャンバ２３０３からインクを押し出し、ノズル２３０４から排出させる。
【０４７２】
３）．ヒータ電流が止まると、ハドル２３０２はその休止位置に戻りはじめる。パドルの戻りにより、インクが一部吸引され、ノズル２３０４、ノズルチャンバ内に戻される。これにより、ノズル２３０４のインクとインク滴間を結ぶインクの絆は細くなる。インク滴の前方への速度とチャンバ内のインクの後方への速度により、ノズル内のインクからインク滴が分離することとなる。これにより、インク滴は、記録媒体に向けて飛び続ける。
【０４７３】
４）．パドル２３０２は、次のインク滴排出サイクルまで休止位置にいる。
構築
各ノズルに関連するアクチュエータを持った一連のノズル装置２３０１を構築するために、以下の主要な部分が構築される必要がある。
【０４７４】
液体インクプリントヘッドは、各多数のノズルに関連づけられた一つのアクチュエータを有する。アクチュエータは、以下の主要な部品を有する。
【０４７５】
１）．装置２３０１駆動用回路。
【０４７６】
２）．ノズルチップ２３０４。ノズルチップ２３０４の半径は、インク滴の速度と大きさを決定する上で、大きな要素である。
【０４７７】
３）．ＰＴＦＥ層２３１２に埋め込まれたヒータ層２３０８から作られるパドル２３０２。パドル２３０２は一端をインクチャンバに固定され、他端をノズル上方に浮かせている。パドルの約半分は銅ヒータ２３０８を含む。ヒータ部分は、パドルの固定端側である。
【０４７８】
４）．ノズルチャンバ２３０３．ノズルチャンバはハドルよりも僅かに幅広である。パドルとノズルチャンバ間の間隙は、インクの排出及び補給プロセスにおける流体力学により決定される。もし間隙が大きすぎると、パドル端部周りのインクを押す際にパドルの力の消耗が大きくなる。もし、間隙が小さすぎると、インクの補給時間がとても長くなる。もし、間隙が小さすぎると、ノズルチャンバの結晶エッチングが完了するのに多くの時間が掛かってしまう。２ミクロンの間隙で、通常は十分であろう。ノズルチャンバは、プランジャがその休止位置に戻る際に、ノズルチップから吸い込まれた空気が、ピストンを越えないように、十分に深くなければならない。もし、そうなった場合には、吸い込まれた空気は、半球形の表面形状を取る代わりに、円筒状の表面形状を形成する。こうなると、ノズルは適正にインクを補充することが出来ない。深さは約２０ミクロンが好ましい。
【０４７９】
５）．ノズルチャンバの出っ張り２３１３。パドルが約１０ミクロン動き、そしてチャンバ表面２３１５の結晶エッチング角度が５４．７４度の時、パドル２３０２とノズルチャンバの最も外側の端部との間に必要な間隙は、７ミクロン程度である。また、ノズルチャンバの壁はノズル穴を妨害してはならない。このことで、ノズルチャンバ２３０３は、約５２ミクロンの幅を必要とする。しかし、パドル２３０２の幅はたったの３０ミクロンである。もし、１１ミクロンの間隙がパドル周りに存在したなら、アクチュエータが駆動されると、多くのインクがパドルの側面に向けて周囲を流動するだろう。これを避けるために、ノズルチャンバ２３０３は、パドルを囲むシリコンに対して９ミクロン、アンダーカットされ、９ミクロンの出っ張り２３１３が、パドル周りのインク流動を防ぐために配置される。
【０４８０】
基本的な組立順序
二つのウエハが必要である。一つは、動的回路とノズルが組み立てられるものであり（プリントヘッドウエハ）、もう一つは内部にインク溝組み立てられるものである。これはインク溝ウエハである。プリントヘッドウエハの組立態様の一つを、実施例に基づいて組み立てられた単一のインクジェットノズルの分解斜視図である図１７２を参照してこれから説明する。
【０４８１】
１）ボロンが重度に添加された埋め込みエピタキシャルシリコン層２３１６を有している単一の結晶シリコンウエハから始める。ボロンは好ましくは、１０２０／ｃｍ３以上添加され、約３ミクロンの厚さであることが望ましい。該ボロン添加層の上に軽度に添加されたシリコンエピタキシャル層２３１５が、約８ミクロン形成され、選択された有効な半導体装置技術による適宜な方法で添加される。これは、プリントヘッドウエハである。このウエハの直径は、インク溝ウエハと同じであることが望ましい。
【０４８２】
２）駆動トランジスタとデータ分配回路層２３１７が、第２レベル金属上の酸化層にまで、選択された工程により組み立てられる。
【０４８３】
３）次に、窒化シリコン層２３１８を配置する。
【０４８４】
４）次に、アクチュエータ２３０２（図１７０）を組み立てる。アクチュエータはＰＴＦＥ層２３２０に埋め込まれた一つの銅層２３１９を有している。銅層２３１９はヒータ部２３０８と（図１７０の）平坦部２３０９を共に有している。図１７３において、第１ＰＴＦＥ層２３５１の上にレジスト層２３５０を配置することにより、波形の抵抗素子を形成することが出来る。レジスト層２３５０は、波形の輪郭を有するハーフトーンパターンを有するマスク２３５２を使用することにより、露光される。現像後、レジスト２３５０は波形のパターンを有する。このレジスト層２３５０とＰＴＦＥ層２３５１は、該レジスト層２３５０とＰＴＦＥ層２３５を実質的に同じ割合で腐食するエッチング材を用いてエッチングされる。これにより、波形がＰＴＦＥ層２３５１に移行する。図１７４において、波形ＰＴＦＥ層２３５１の上に、当該下層により波形に形成される銅層２３１９を配置する。銅層２３１９は曲がりくねった形又は折り畳まれた形でエッチングされる。図１７５において、スティフナ２３０９と曲がりくねったヒータ素子２３０８を有する、銅層２３１９のみの平面図を示す。次いで、更なるＰＴＦＥ層２３５３を層２３１９の上に配置し、熱アクチュエータ２３０２の上層を形成する。最後に、第２のＰＴＦＥ層２３５２を平面化して熱アクチュエータ２３０２（図１７０）の上表面を形成する。
【０４８５】
５）ＰＴＦＥを貫通エッチングして、パドルの三面周りの領域のシリコンまでエッチダウンする。エッチング領域は、以前の全ての印刷ステップに及び、シリコンに対するエッチングはＰＴＦＥに対する強い選択性を要求しない。
【０４８６】
６）ウエットエッチング雰囲気でウエハを、エッチングし、〈１１１〉結晶面又は重度にボロンを添加したシリコンで停止させる。エッチングは、エチレン  ジアミン  パイロカテコール(ethylene-diamine pyrocatechol)（ＥＰＤ）内でのバッチウエットエッチングで行い得る。エッチングは、パドルが完全にアンダーカットされ、ノズルチャンバ２３０３が形成されるまで行われる。ウエハの背面は、ウエハが完全に薄くなってしまうまで、このエッチングに対して防御する必要はない。この処理で、約６０ミクロンのシリコンがウエハの背面からエッチングされる。
【０４８７】
７）プリントヘッドウエハを予め組み立てられたインク溝ウエハ上に、永久的に接合する。プリントヘッドウエハのアクティブ側はインク溝ウエハに面している。インク溝ウエハは、分離されたインク溝チップがエッチングされたバッキングプレートに装着される。
【０４８８】
８）プリントヘッドウエハをエッチングし、背後のシリコンを、ボロンが添加された層２３１６にレベルにまで完全に除去する。このエッチングは、エチレン  ジアミン  パイロカテコール(ethylene-diamine pyrocatechol)（ＥＰＤ）内でのバッチウエットエッチングで行い得る。
【０４８９】
９）（図１７０）のノズルリム２３１１をプリントヘッドウエハ底部側からマスクする。このマスクは、ノズルの直径よりも約０．５〜１ミクロンだけ大きい一連の円である。このステップの目的は、ノズルチップの周囲に、立ち上がったリム２３１１を形成するためである。このリムは、ウエハの表面にインクが広がることを防止することが出来る。このステップは、もし前表面が十分に疎水性とすることが出来、表面が濡れてしまうことが確実に防止することが可能ならば、省略することが出来る。
【０４９０】
１０）ボロン添加層２３１６を１ミクロンの深さでエッチングする。
【０４９１】
１１）プリントヘッドウエハの底面からノズル穴をマスクする。このマスクは、チップの端部も含むことが出来る。
【０４９２】
１２）ボロン添加シリコン層を貫通エッチングして、ノズル２３０４を形成する。
【０４９３】
１３）バッキングプレートからチップを分離する。今や各チップはインク溝を有するフルプリントヘッドである。二つのウエハは貫通エッチングされているので、プリントヘッドは小片化する必要はない。
【０４９４】
１４）プリントヘッドを試験し、良品プリントヘッドに対してＴＡＢを接合する。
【０４９５】
１５）プリントヘッドの前表面を疎水化する。
【０４９６】
１６）ＴＡＢ接合されたプリントヘッドに対して最終テストを行う。
【０４９７】
実施例で例示される形で述べられた装置は、要求によりインクを排出することの出来るノズル装置であり、要求によりインクを排出するノズル列を有する、ドロップオンデマンド型インクジェットプリンタ装置に導入するに適していることは、当業者で有れば明白なことである。
【０４９８】
勿論、他の相互的な実施例は、当業者にとって自明である。例えば、熱アクチュエータを、該アクチュエータを流れる電流でパドルをインク導入位置に動かし、続くパドルの冷却時にインクを排出させる、逆モードで動作させることも出来る。しかし、これは冷却には、加熱時よりも多くの時間が掛かることや、不使用時にもノズルを通過すべき一定の電流が必要なるなど、多くの不利な点を有する。
【０４９９】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一形態を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  ボロンが重度に添加された３ミクロンのエピタキシャルシリコンが配置された両面研磨されたウエハを使用する。
２．  ＣＭＯＳプロセスを用いて、ｐ−型又はｎ−型の１０ミクロンのエピタキシャルシリコンを配置する。
３．  駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップは、図１７７で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図１７６には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
４．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化層を、シリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバと、プリントヘッドチップの境界を規定する。このステップを、図１７８に示す。
５．  ＫＯＨ又はＥＤＰ（エチレン  ジアミン  パイロカテコール(ethylene-diamine pyrocatechol)）を用いて、露出したシリコンを結晶エッチングする。このエッチングは、〈１１１〉結晶面及びボロン添加埋め込み層で停止する。このステップを、図１７９に示す。
６．  ０．５ミクロンの低応力窒化シリコンを配置する。
７．  １２ミクロンの犠牲材料（ポリイミド）を配置する。ＣＭＰを用いて、窒化物に対して平面化する。この犠牲材料は一時的にノズルの窪みを充填する。このステップを、図１８０に示す。
８．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
９．  マスク２を用いて、１ミクロンのレジストを配置、露光、現像する。このマスクは、続いてヒータが配置される波形のＰＴＦＥは勿論、ヒータバイアスを規定する。
１０．  ＰＴＦＥとレジストを同じ速度でエッチングする。波形のレジストの厚さは、ＰＴＦＥに移行され、ＰＴＦＥはヒータの形状に完全にエッチングされる。波形の領域では、ＰＴＦＥの厚さは、名目上０．２５から０．７５ミクロンの間で変化するが、これらの値は厳密なものではない。このステップは、図１８１に示す。
１１．  レジスト及びＰＴＦＥをマスクとして用い、窒化層及びＣＭＯＳ不動態を、第２レベル金属までエッチングする。
１２．  マスク３を用いて、レジストを配置し、パターニングする。このマスクはヒータを規定する。
１３．  ０．５ミクロンの金（又はたのヤング率の低いヒータ材料）を配置し、レジストを剥がす。ステップ２３１１及び２３１２は除去工程を構成する。このステップを、図１８２に示す。
１４．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１５．  マスク４を用いて、ＰＴＦＥを窒化層又は犠牲層までエッチングする。このマスクは、アクチュエータパドルと接合パッドを規定する。このステップは、図１８３に示す。
１６．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１７．  ＰＴＦＥをプラズマ処理し、パドルの脇表面と上表面を親水化する。これにより、ノズルチャンバを毛細管現象で満たすことが出来るようになる。
１８．  ウエハを、ガラスバンク上に装着し、マスクを用いずに、該ウエハをバックエッチングする。このエッチングによりウエハは薄くなり、埋め込みボロン添加シリコン層でエッチングを止める。このステップを、図１８４に示す。
１９．  マスク５を用いて、１ミクロンの深さで、ボロン添加シリコン層をプラズマバックエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを、図１８５に示す。
２０．  マスク６を用いて、ボロン添加層と犠牲層を貫通プラズマバックエッチングする。このマスクはノズル及びチップの端部を規定する。この段階で、チップはガラスブランク上に今だ設けられている。このステップを、図１８６に示す。
２１．  ウエハがガラスブランクに装着された状態で、残っている犠牲材料をエッチングする。
２２．  ノズル穴を介してＰＴＦＥをプラズマ処理し、ＰＴＦＥ表面を親水化する。
２３．  接着層を剥がし、チップをガラスブランクから外す。この処理で、チップは完全に分離される。このステップを、図１８７に示す。
２４．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、異なる色のインクをウエハの前表面の適当な領域に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２５．  プリントヘッドを中継装置に接続する。
２６．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２７．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図１８８に示す。
【０５００】
ＩＪ２４  Ｔ  の記述
実施例では、高いエネルギ効率を有する熱ベースアクチュエータを有するインクジェットノズルである。熱アクチュエータは、インクで満たされたチャンバ内に配置されて、電流が通過した際の材料の熱膨張を用いて、当該アクチュエータを起動し、ノズルチャンバに設けられたノズルからインクを排出させる。
【０５０１】
図１８９に、実施例に基づいて構築された二つの隣接するインクジェットノズル２４１０を示す。図１９０は、実施例の分解斜視図であり、図１９２と２４０４は、多様な断面を示す。各ノズル２４１０は単一のシリコンウエハ上にノズル列の一部として構築することが出来、マイクロマシンとマイクロ製造処理技術（ＭＥＭＳ）及びこれらの技術と十分に関連性のあるものと考えられるものに加えて、半導体処理技術を利用することにより製造が可能である。
【０５０２】
ノズルチャンバ２４１０は、該ノズルチャンバ内からインクを排出させるためのインク排出口２４１１を有している。インクは、一連の支柱２４１４から構築されるグリル構造物を有する入り口ポート２４１２を介して補給される。該グリルはインク内の異物を除去するように作用し、ノズルチャンバ構造の安定性にも寄与している。ノズルチャンバの内側には、電気回路（図示せず）に接続された熱アクチュエータ装置２４１６が構築されており、熱アクチュエータ装置２４１６は熱的に駆動されると、上方に屈曲して、各インク排出口２４１１からインクを排出させる、パドルとして作用する。一連のエッチング穴も、例えば２４１８は、ノズルチャンバ２４１０の上部に設けられており、エッチング穴２４１８は、犠牲エッチング材をノズルチャンバ２４１０の内部から簡単にエッチング除去出来るように、製造上の目的のみで設けられている。エッチング穴２４１８は、穴２４１８を介してインクが漏れないように、インクチャンバ２４１０内のインクを保持する表面張力が作用する程度に十分小さな直径である。
【０５０３】
熱アクチュエータ２４１６は、一般的に疎水性を有する材料であるポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）を主に含むものである。アクチュエータ２４１６の上端層は、親水性を持たせるように処理又はコートされ、これにより入り口ポート２４１２を介して水／インクを引きつけることが出来る。好ましい処理は、アンモニア雰囲気中でのプラズマ露出を含む。底面は疎水性を残し、アクチュエータ２４１６の下表面から水を排除している。アクチュエータ２４１６の下には、ＰＴＦＥなどの疎水性材料からなる、更なる表面２４１９が設けられている。表面２４１９はノズルチャンバ２４１０内に空気流を生じさせる一連の穴２４２０を有している。ノズル穴２４２０の直径は、表面張力の相互作用を介してノズルチャンバからの液体の流出を防止することが出来る程度の大きさである。
【０５０４】
表面２４１９は、適宜なマスクを用いて層２４１９を構築する際に構築することが出来る、一連の間隔を持って配置された支柱、例えば２４２２により、下部層２４２３から離れている。グリル入り口ポート２４１２を除いたノズルチャンバ２４１０は、窒化シリコン壁、例えば２４２５，２４２６によりその側部が壁に囲まれている。空気取り入れ口が隣接するノズルチャンバ間に設けられており、空気は壁２４２５，２４２８間を自由に流れることができる。これにより、空気は、、変動する圧力の影響に基づいて、溝２４２９を流下することが出来、溝２４３０に沿って、穴、例えば２４２０を通って流れることが出来る。
【０５０５】
空気流は、動作中のアクチュエータ２４１６の後表面の真空を減少させるように作用する。その結果、アクチュエータ２４１６の動きに必要なエネルギは少なくなる。動作中、アクチュエータは、熱的に駆動され上方に移動し、インクを排出する。その結果、溝２４２９，２４３０に沿った空気は、穴、例えば２４２０を通って、アクチュエータ２４１６の底部領域２４１６に流入する。アクチュエータ２４１６が非動作となると、アクチュエータは下がり、対応する空気が穴２４２０を通って、溝２４２９に出る。ノズルチャンバ２４１０内の液体は、最初、疎水性の表面２４１９の上部に加えてアクチュエータ２４１６の下部表面の疎水性により押し出される。前述したように、更に、穴、例えば２４２０の制限された大きさは、表面張力の性質から穴２４２０を通って液体が流れることを阻止する。
【０５０６】
ノズルの更なる好ましい性質は、窒化された支柱を用いて、表面２４１６，２４１９の一端部を底部表面２４２０に対して堅固にクランプし、動作中における剥離の可能性を減少させる。
【０５０７】
図１９０に、単一のノズル装置２４１０の分解斜視図を示す。分解斜視図は、単一のノズル装置２４１０の各層の構築態様を示すものである。ノズル装置は、上面に、例えば、多様な接続（図示せず）を有する２層ＣＭＯＳ層を有する多様な駆動制御回路を含むガラス層を有する、単一のシリコンウエハ２４３４上に構築することが出来る。層２４３５の上部には、約１ミクロンの厚さで、ＣＭＯＳ層２４３５の次の層への接続用の多数のバイアス（vias）（図示せず）を有する窒化不動態層２４２３が最初に配置される。窒化層は、特に犠牲エッチングを利用する場合に、下層を腐食やエッチング、から守るために主として設けられている。次に、１ミクロンのＰＴＦＥ層２４１９が先述の穴、例えば２４２０及び支柱２４２２を有する形で構築される。ＰＴＦＥ層２４１９の構築は、ＰＴＦＥ層２４１９が配置された上に、最初に犠牲ガラス層（図示せず）を配置することにより形成することが出来る。ＰＴＦＥ層２４１９は、例えば、続く材料層のための道として作用する穴２４３９に加えて低い畝部２４３８等の、多様な特徴を有している。
【０５０８】
本来のアクチュエータは、二つのＰＴＦＥ層２４４０，２４４１から形成されている。下部ＰＴＦＥ層２４４０は導電性を有するように作られている。ＰＴＦＥ層２４４０は、
（１）  ＰＴＦＥ層に他の材料を添加して、導体化する。
（２）  ＰＴＦＥ層に、カーボンナノチューブをメッシュ構造にした材料などから構築される一連の量子ワイヤを埋め込むこと（Tans  et  al著“Individual  single-wall  carbon  nano-tubes  as  quantum  wires”  Nature,  第２３８６巻、１９９７年４月３日、頁４７４−４７７）。
などの多くの異なった技術を利用して、導体化することが出来る。ＰＴＦＥ層２４４０は、一定の切欠き部、例えば２４４３を有しており、完全な回路がＰＴＦＥアクチュエータ２４４０の周りに形成される。切欠き部は、必要に応じて多様な“ホットスポット”の形で生成される熱を生み出すことの出来る、くびれた部分を提供することにより、層２４４０の抵抗熱を調整して最適化することが出来る。ＰＴＦＥ層２４１９とＰＴＦＥ層２４４０の間には、中間的な犠牲ガラス層（図示せず）を用いることにより、間隙が設けられている。
【０５０９】
ＰＴＦＥ層２４４０の上部には、普通の非導体であるＰＴＦＥ層であり、下部ＰＴＦＥ層、例えば２４４３中の、非導体である領域に設けられた、詰め物を含むことの出来る、第２のＰＴＦＥ層２４４１が配置されている。ＰＴＦＥ層の上部は、更に親水性を有するように処理またはコートされている。
【０５１０】
次に、窒化層を配置することが出来、本来のノズルチャンバを形成する。窒化層は、最初に犠牲ガラス層に配置し、当該ガラス層をエッチングして、壁、例えば２４２５，２４２６及びグリル部、例えば２４１４を形成することで、形成することが出来る。好ましくは、マスクを使用して、層２４１９の穴２４３９と係合して、層２４１９を窒化層２４２３に固定する、第１のアンカー部２４４５を形成する。次いで、グリル２４１４の底部表面がＰＴＦＥ層２４４１の対応する段差２４４７と係合し、ＰＴＦＥ層２４４１，２４４０及び２４３９の端部をウエハ表面にクランプし、剥離を防止する。次に、上部窒化層２４５０を多数の穴、例えば２４１８及びノズル２４１１を有する形で形成することが出来、ノズル２４１１の周囲には、リムを、窒化層２４５０をエッチングすることにより形成することが出来る。次いで、多様な犠牲層をエッチング除去し、熱アクチュエータ構造を形成する。
【０５１１】
明らかに、大規模なインクジェットノズル２４１０の配列を単一のウエハ上に形成することが出来る。インクは、ウエハを通して、英国のサーフィステクノロジーシステムなどから供給される高密度低圧プラズマエッチングを用いて、エッチングされたインク溝を介して供給することが出来る。
【０５１２】
以下の記述は、発明の単なる１実施例であり、半導体技術やマイクロ機械の組み立てに通じた当業者であるならば、多用な実施例の変形が可能である。多用な層の構築に際して、多用な他の材料を使用することが出来る。
【０５１３】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一つのインクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを用いて、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップのウエハの特徴は、図１９４で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図１９３には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  １ミクロンの低応力窒化物を配置する。これは、チップ表面の酸化シリコンを介したインクの拡散を防止するバリアとして作用する。
３．  ２ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
４．  マスク１を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、柱やアンカーポイントを支持するＰＴＦＥ通気層を規定する。このステップを、図１９５に示す。
５．  ２ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
６．  マスク２を用いて、該ＰＴＦＥをエッチングする。このマスクは、ＰＴＦＥ通気層の端部とこの層の穴を規定する。このステップを、図１９６に示す。
７．  ３ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
８．  マスク３を用いて、該犠牲層及びＣＭＯＳ不動態層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータを規定する。このステップを図１９７に示す。
９．  １ミクロンの導電ＰＴＦＥを配置する。導電ＰＴＦＥは、ＰＴＦＥに超微細金属、炭素繊維、又は微細金属粒子、などの導電材料を添加することにより形成することが出来る。ＰＴＦＥは、駆動電圧が掛かった際にヒータにより消費される電力を適正なものとするために、該ＰＴＦＥ導電ヒータの抵抗が十分に低くなるように添加されるべきである。しかし、熱膨張係数が十分に下がってしまわないように、導電性材料はＰＴＦＥの体積に対しては、少ないパーセンテージとすべきである。カーボンナノチューブは、低い濃度で十分な導電性を発揮することが出来る。このステップを、図１９８に示す。
１０．  導電ＰＴＦＥをマスク４を用いてエッチングする。このマスクは、アクチュエータ導電領域を規定する。このステップを、図１９９に示す。
１１．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１２．  マスク５を用いて、該ＰＴＦＥを、犠牲層までエッチングする。このマスクは、アクチュエータパドルを規定する。このステップを、図２００に示す。
１３．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１４．  ＰＴＦＥをプラズマ処理し、パドルの両側面及び先端表面を親水化する。これにより、ノズルチャンバを毛細管現象で満たすことが出来る。
１５．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１６．  マスク６を用いて、該犠牲材料を窒化層までエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバと入り口フィルタを規定する。このステップを、図２０１に示す。
１７．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図２０２に示す。
１８．  マスク７を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップは、図２０３に示す。
１９．  マスク８を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルと犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図２０４に示す。
２０．  マスク９を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図２０５に示す。
２１．  バックエッチングされたシリコンをマスクとして使用して、ＣＭＯＳ酸化層、次いで、配置された窒化層を犠牲層まで貫通バックエッチングする。
２２．  犠牲層をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図２０６に示す。
２３．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２４．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２５．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２６．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図２０７に示す。
【０５１４】
ＩＪ２７  Ｔ  の記述
実施例は、インクを排出するためのバックルプレートアクチュエータが構築された“天井射出”インクジェットプリントヘッドである。実施例では、バックルプレートアクチュエータは、高い熱膨張性を示すポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）から構築される。ＰＴＦＥは、好ましくは銅などの抵抗材料から形成された一体型曲がりくねった形のヒータにより加熱される。
【０５１５】
図２０８に、実施例であるインクジェットヘッド２７０１の断面斜視図を示す。インクジェットヘッドはインクが貯蔵され、射出されるノズルチャンバ２７０２を有する。チャンバ２７０２は、該チャンバにインクを供給し、再充填するためのインクサプライ（図示せず）に独立的に接続することが出来る。チャンバ２７０２の底部には、銅などの電気抵抗材からなるヒータ素子２７０４を有しているバックルプレート２７０３が設けられている。該ヒータ素子２７０４は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）に包まれている。ＰＴＦＥ層２７０５を利用することにより、高熱膨張率を得ることが出来、それにより、バックルプレート２７０３の効率的な動作が可能となる。ＰＴＦＥは高い熱膨張係数（７７０×１０６）を有し、銅はそれよりもとても低い熱膨張係数である。銅層２７０４は、それゆえ曲がりくねった形に形成され、これによりＰＴＦＥ層の膨張は妨げられない。該ヒータの曲がりくねった形での形成することにより、ＰＴＦＥとヒータ材料の二つの熱膨張係数を、接近したものとする必要がない。ＰＴＦＥは、高い熱膨張特性を有するものとして、主に選択された。
【０５１６】
電流は、バックルプレート２７０３と下層の駆動回路や理論回路層２７０９を接続するコネクター手段２７０７，２７０８を介してバックルプレート２７０３に供給される。そして、インクジェットヘッド２７０１を駆動するため、ヒータコイル２７０４が起動され、ＰＴＦＥ２７０５を加熱する。ＰＴＦＥ２７０５は、膨張し、部分２７１２，２７１３の間で曲がる。曲がると、ノズルチャンバ２７０２の先端に位置するノズル２７１５からインクが外部に、最初に排出される。バックルプレート２７０３とチャンバの隣接する壁との間に気泡があり、この気泡は、バックルプレート２７０３の後表面のＰＴＦＥの疎水性の性質により形成されるものである。空気穴２７１７は気泡を、窒化層２７１９と追加のＰＴＦＥ層２７２０の間に形成された溝２７１８を介して周囲の空気と繋げており、溝２７１８は、ＰＴＦＥ層２７２０の柱、例えば２７２１と貫通穴、例えば２７２２により分けられている。空気穴２７１７はバックルプレート２７０３を、バックルプレート２７０３が膨張した際に、空気圧の減少によりその動きが抑えられることを防止する。次いで、バックルプレート２７０３への電力が絶たれ、バックルプレート２７０３が戻り、排出されたインク幾分かは、引き戻される。排出されたインクの前方への動きと、引き戻しにより、インク滴がインク本体から分離され、紙面に向けて移動してゆく。そして、ノズル部２７１５を横切る表面張力の効果、及びこれによるインクの流れは、グリル補給溝２７１６を介してノズルチャンバ２７０２内に入り込み、インクの補充がなされる。
【０５１７】
次いで、ノズルチャンバ２７０２は、再射出の準備が整う。
【０５１８】
ＰＴＦＥ層と曲がりくねった形のヒータ装置が、より小形化に加えて動作時の必要エネルギを実質的に減少させることが可能となることが、実施例のシミュレーションで発見された。
【０５１９】
図２０９は、実施例に基づく単一のインクジェットノズルを構築する様子を部分断面で示した分解斜視図である。ノズル装置２７０１は、単一のシリコンウエハ２７２５上に構築される。ノズル装置２７０１は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の構築に共通して使用される技術に加えて、標準の半導体製造技術を用いることにより、半導体ウエハ２７２５上に構築することが出来る。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する行動が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の会報を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０５２０】
シリコン層２７２５の上には、実質的に通常の金属層に加えてガラスから構成される、２層のＣＭＯＳ回路層２７２６が配置される。次に、窒化層２７１９が配置され、下の層２７２６を保護し、不動態化する。窒化層２７１９は、ＣＭＯＳ層２７２６に対する、ヒータ素子２７０４の接続用バイアス（vias）も含む。次に、ＰＴＦＥ層２７２０が先述の穴、例えば２７２２及び柱、例えば２７２１を含んだ形で構築される。ＰＴＦＥ層２７２０の構成は、犠牲ガラス層（図示せず）を、ＰＴＦＥ層２７２０が配置された上に、最初に配置することにより形成することが出来る。ＰＴＦＥ層２７２０は、例えば、次の材料層に対するバイアス（vias）として作用する穴２７２８に加えて、下部の背部２７２７など、多用な形を持っている。バックルプレート２７０３（図２０８）は導電層２７３１及びＰＴＦＥ層２７３２を有する。最初の、より厚いＰＴＦＥ層は、犠牲層（図示せず）の上に配置される。次に、導電層２７３１が、接点２７２９，２７３０を含んで配置される。導電層２７３１は曲がりくねった形でエッチングされる。次に、より薄い、第２のＰＴＦＥ層が配置され、バックルプレート２７０３（図２０８）構造が完成する。
【０５２１】
最後に、窒化層を配置して、本来のノズルチャンバを形成することが出来る。窒化層は、最初に犠牲ガラス層を配置し、それをエッチングして壁、例えば２７３３及びグリル部分、例えば２７３４を形成することにより、形成することが出来る。好ましくは、マスクを使用して、層２７２０に設けたれた穴２７２８と係合する第１のアンカー部２７３５を形成する。次いで、グリルの底表面、例えば２７３４がＰＴＦＥ層２７３２の対応する段差２７３６と係合する。次に、上端の窒化層２７３７が、多数の穴、例えば２７３８及びノズル穴２７１５を有する形で形成され得る。ノズル穴２７１５の周囲には、窒化層２７３７をエッチングすることにより、リム２７３９をエッチングすることが出来る。次いで、多用な犠牲層がエッチングされ、熱アクチュエータ及び空気穴溝２７１８（図２０８）の構成が形成される。
【０５２２】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一つのインクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを用いて、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップのウエハの特徴は、図２１１で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図２１０には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  １ミクロンの低応力窒化物を配置する。これは、チップ表面の酸化シリコンを介したインクの拡散を防止するバリアとして作用する。
３．  ２ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
４．  マスク１を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、柱やアンカーポイントを支持するＰＴＦＥ穴あき層を規定する。このステップを、図２１２に示す。
５．  ２ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
６．  マスク２を用いて、該ＰＴＦＥをエッチングする。このマスクは、ＰＴＦＥ穴あき層の端部とこの層の穴を規定する。このステップを、図２１３に示す。
７．  ３ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
８．  マスク３を用いて、該犠牲層をエッチングする。このマスクは、バックルアクチュエータの両端のアンカーポイントを規定する。このステップを、図２１４に示す。
９．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１０．  マスク４を用いて、レジストを配置し、パターニングする。このマスクは、ヒータを規定する。
１１．  ０．５ミクロンの金（又は、低いヤング率を有する他のヒータ材料）を配置し、レジストを剥ぐ。ステップ１０及び１１は、リフトオフプロセスを構成する。このステップを、図２１５に示す。
１２．  ０．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１３．  マスク５を用いて、ＰＴＦＥを犠牲層までエッチダウンする。このマスクはアクチュエータパドルと接合パッドを規定する。このステップを、図２１６に示す。
１４．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１５．  ＰＴＦＥをプラズマ処理し、バックルアクチュエータの両側面及び先端表面を親水化する。これにより、ノズルチャンバを毛細管現象で満たすことが出来る。
１６．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１７．  マスク６を用いて、該犠牲材料を窒化物までエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバを規定する。このステップを、図２１７に示す。
１８．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図２１８に示す。
１９．  マスク７を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップは、図２１９に示す。
２０．  マスク８を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルと犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図２２０に示す。
２１．  マスク９を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図２２１に示す。
２２．  バックエッチングされたシリコンをマスクとして使用して、ＣＭＯＳ酸化層、次いで、配置された窒化層と犠牲層を、ＰＴＦＥまで貫通バックエッチングする。
２３．  犠牲層をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図２２２に示す。
２４．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２５．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２６．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２７．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図２２３に示す。
【０５２３】
ＩＪ２８  Ｔ  の記述
実施例は、複数の羽根が駆動し、所定量のインクを圧縮してインクノズルから射出するように用いられる熱アクチュエータを示す。
【０５２４】
実施例は、簡単に位置決めされる一連の羽根チャンバ、例えば２８０２から基本的に構成される。羽根チャンバは、通常はインクが満たされている。羽根チャンバは、第１の放射表面２８０５及び第２の円周表面２８０６を有する第１の静止羽根２８０３から構成される側壁を有している。第２の羽根車、例えば２８０７の組が設けられ、それは放射方向に整列された表面を有し、ピボットユニット２８１２を中心に回転自在に装着された内部リング２８０９と共に、リング２８０９，２８１０に取り付けられている。外周リング２８１０も、ピボットポイント２８１２を中心に回転することが出来、熱アクチュエータ２８１３に接続している。熱アクチュエータ２８１３は円周形状を有しており、膨張及び収縮することが出来、これにより回転羽根２８０７を静止羽根２８０３の放射表面２８０５に向けて回転させることが出来る。その結果、羽根チャンバ２８０２はその容積を急激に減少させ、圧力を実質的に上昇させ、チャンバ２８０２からインクを排出する。
【０５２５】
静止羽根２８０３は、ノズルプレート２８１５に取り付けられており、羽根チャンバ２８０２に続くアパチャ２８１４を規定するノズルリム２８１６を有する。リム２８１６に規定されたアパチャ２８１４は、インクを羽根チャンバ２８０２から適切な印刷媒体に向けて射出することが出来る。
【０５２６】
図２２５に、実施例に基づいて構築されたインクジェットノズル２８０１の適切な部分を上から見た斜視図である。外部リング２８１０はポイント２８２０，２８２１で熱アクチュエータ２８１３，２８２２と接続している。熱アクチュエータ２８１３，２８２２は、銅などから形成された内部抵抗素子２８２４，２８２５を有している。銅は、熱膨張率が小さく、従って、曲がりくねった形に形成されて、半径方向２８２８により大きな膨張を許容している。内部抵抗素子は、高い熱膨張係数を有する材料からなる外部ジャケット、例えば２８２６内に収容されている。適当な材料として、高い熱膨張係数（７７０×１０−６）を有するポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）がある。熱アクチュエータ、例えば２８２２はポイント２８２７でウエハからなる下層に接続している。抵抗素子、例えば２８２５は、外部リング２８１０の他端部の２８２１で電気的に接続している。ヒータ、例えば２８２５を駆動すると、外部ジャケット２８２６は急速に膨張し、曲がりくねった形の内部抵抗素子２８２５も膨張する。抵抗素子２８２５の急速な膨張と、駆動停止による引き続く収縮により、方向２８２８に回転力が生じ、リング２８１０に誘導される。リング２８１０の回転は関連する回転羽根、例えば２８０７（図２２４）に対応する回転を引き起こす。そして、熱アクチュエータ２８１３，２８２２の動作により、インクは、ノズルアパチャ２８１４（図２２４）から射出される。
【０５２７】
図２２６に、単一のノズル装置の断面図を示す。図２２６は、回転羽根、例えば２８０７（図２２４）を用いてノズル装置２８１４からインク滴２８３１が射出される様子を示している。図２２４の装置は単一のシリコンウエハ上に構築される。電子駆動回路、例えば２８３４は熱アクチュエータ２８１３，２８２２の駆動及び制御ように最初に構築される（図示せず）。シリコン酸化層２８３５は、一つの色のインクを隣接するインクリザーバ（図示せず）から分離するためのチャンネル壁を持ったノズルチャンバを規定する形で設けられておいる。チャンネル壁に設けられる以外に、ノズルプレート２８１５は、ノズルプレートスタンドオフ支柱、例えば２８３７を介してウエハ２８３３とも接続しており、ウエハ２８３３との間に安定した間隔を形成している。静止羽根、例えば２８１５は、ノズルプレート２８１５と同様に、窒化シリコンから構築されている。静止羽根２８０３とノズルプレート２８１５は、後に述べる犠牲層を利用したデュアルダマスカスプロセスにより構築することが出来る。
【０５２８】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを用いて、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップのウエハの特徴は、図２２８で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図２２７には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  １ミクロンの低応力窒化物を配置する。これは、チップ表面の酸化シリコンを介したインクの拡散を防止するバリアとして作用する。
３．  ２ミクロンの犠牲材料を配置する。
４．  マスク１を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータの軸ピボットとアンカーポイントを規定する。このステップを、図２２９に示す。
５．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
６．  マスク２を用いて、ＰＴＦＥを上部金属までエッチングする。このマスクはヒータ接続バイアス（vias）を規定する。このステップを、図２３０に示す。
７．  マスク３を用いて、レジストを配置しパターニングする。このマスクはヒータ、羽根支持車及び軸ピボットを規定する。
８．  ０．５ミクロンの金（又は、低いヤング率を有する他のヒータ材料）を配置し、レジストを剥ぐ。ステップ１０及び１１は、リフトオフプロセスを構成する。このステップを、図２３１に示す。
９．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１０．  マスク４を用いて、ＰＴＦＥの両層を犠牲材料までエッチダウンする。このマスクはアクチュエータと接合パッドを規定する。このステップを、図２３２に示す。
１１．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１２．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１３．  マスク５を用いて、犠牲材料をヒータ材料または窒化物までエッチダウンする。このマスクは、ノズルプレート支持柱、可動羽根、各色インクを囲む壁を規定する。このステップを、図２３３に示す。
１４．  機械材料の共形（conformal）層を配置し、犠牲材料層のレベルまで平面化する。この材料は、ＰＥＣＶＤガラス、窒化チタン又は、化学的に不活性であり、適宜な強さを有し、適当な沈殿性と接着性を有する他の材料でもよい。このステップを、図２３４に示す。
１５．  ０．５ミクロンの犠牲材料を配置する。
１６．  マスク６を用いて、ヒータ材料の上で、各犠牲材料を約１ミクロンの深さで、エッチングする。このマスクは、固定羽根、ノズルプレート支持柱、各色インクを囲む壁を規定する。エッチングの深さは、厳格なものではない。これは単なる調節的なエッチングである。
１７．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図２３５に示す。
１８．  マスク７を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップは、図２３６に示す。
１９．  マスク８を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルと犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図２３７に示す。
２０．  マスク９を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図２３８に示す。
２１．  バックエッチングされたシリコンをマスクとして使用して、ＣＭＯＳ酸化層、次いで、配置された窒化層を、犠牲層まで貫通バックエッチングする。
２２．  犠牲層をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図２３９に示す。
２３．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２４．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２５．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２６．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図２４０に示す。
【０５２９】
ＩＪ２９  Ｔ  の記述
実施例は、インクノズルから要求に応じてインク溝を射出するために使用される熱アクチュエータの新しい形を示す。図２４１乃至２４４に、このアクチュエータを用いたインクジェット印刷装置の動作の基本を示す。図２４１は、インクが充填され、インク射出用のノズル２９０４が形成されたノズルチャンバ２９０３内の、熱アクチュエータ２９０２における休止位置を示す。ノズル２９０４は、インク射出に備えた表面張力状態にあるインクメニスカス２９０５を有している。熱アクチュエータ２９０２は、チャンバ２９０３に面した第１表面２９０６は親水性材料でコーティングされている。熱アクチュエータ２９０２の第２表面２９０７は、疎水性材料でコーティングされ、アクチュエータ２９０２の下にメニスカス２９０９を有する気泡２９０８が生じている。気泡２９０８は、チャンバ２９０３内でインクからガス抜きされた際に、全面に形成され、メニスカス２９０９は疎水性２９０７と親水性２９０６の表面間の平衡した位置に示されている。アクチュエータ２９０２は一端２９１１が、電気接続が引き出されている土台２９１２に固定されている。
【０５３０】
ノズル２９０４からインク滴を射出しようとする場合、アクチュエータ２９０２は図２４２に示すように駆動され、２９１４方向に動く。２９１４方向の動きは、ノズル２９０４周りのインクの圧力を実質的に高めるように作用する。その結果、メニスカス２９０２は全体的に膨張し、その直後、インクは部分的な滴２９１５となる。アクチュエータ２９０２の２９１４方向の動きにより、インクメニスカス２９０９は、２９１６方向に破れる。
【０５３１】
次いで、熱アクチュエータ２９０２は、図２４３に示すように、非駆動状態となり、矢印２９１７に概略的に示した方向に熱アクチュエータ２９０２は戻る。アクチュエータ２９０２が戻ると、ノズルエリア２９１５内のインクによる低圧力領域が生じる。インク滴２９１５の前進動作とノズル２９０４周辺の低圧により、インク滴２９１５はインク本体から分離される。インク滴２９１５は、必要により、印刷媒体に移動し続ける。２９１７方向のアクチュエータ２９０２の動きにより、インク流２９１９によるメニスカス２９０９が動き、アクチュエータ２９０２周辺のインクが２９１９方向に移動する。更に、更なるインク２９２０がチャンバ２９０３に吸い込まれ、排出されたインク２９１５を補給する。
【０５３２】
図２４４では、アクチュエータ２９０２が休止位置に戻り、メニスカス２９０５も僅かにふくらんだ状態に戻っている。アクチュエータ２９０２は必要に応じて、要求により別のインク滴を再射出する状態となる。
【０５３３】
図２４１から２４４に示す方法を用いたインクジェットプリンタの動作の一形態において、標準のマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）に加えて、通常の半導体組み立て技術を利用して、対応するアクチュエータ２９０２と共に、図２４１で示したチャンバの両極性を有する、適宜な印刷装置を構築することが出来る。
【０５３４】
図２４５に、適宜なノズルチャンバを一形態の断面図を示す。アクチュエータ２９０２の一端２９１１は基板２９１２に接続され、他端はインク射出に使用される堅いパドル２９２５を有している。アクチュエータそのものは、４つの層ＭＥＭＳ処理技術から構築することが出来る。層は以下のものである。
１．  ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層２９２６。ＰＴＦＥは高い熱膨張係数（約７７０×１０−６で、シリコンの約３８０倍）を有している。この層はヒータ層により加熱されて膨張する。
２．  ヒータ層２９２７。曲がりくねった形のヒータ２９２７がこの層にエッチングされる。ヒータは、ニクロム、銅、ヒータの駆動電圧と使用される駆動トランジスタとが互換性のある抵抗を持った、適当な材料から形成される。曲がりくねった形のヒータ２９２７は、アクチュエータの長さに沿った２９２９方向において、生じる張力が非常に少なくなるように配置されている。
３．  ＰＴＦＥ上部層２９３０。この層２９３０はヒータ層の加熱により加熱され、膨張する。
４．  窒化シリコン層２９３２。この層は、堅く、低い熱膨張性を有する薄い層２９３２である。この層は、ＰＴＦＥ層の熱膨張の結果、単に伸びるのではなく、アクチュエータが曲がるようにするためにある。窒化シリコンは、単に標準的な半導体材料であるとの理由から使用することができるものであるが、ＳｉＯ２は、それが装置を構築する際に使用される犠牲材料でもあるときは、容易に使用することは出来ない。
【０５３５】
インクジェットアクチュエータ２９０２は以下のように動作する。
１．  所定のノズルからインク滴を射出せよとのデータ信号がプリントヘッドに分配されると、ノズル用駆動トランジスタがＯＮとなる。これがノズル用パドルにおけるヒータ２９２７を駆動する。ヒータは、約２マイクロ秒だけ駆動される。実際の継続時間は、使用されるアクチュエータノズルとインクにより、適宜選択される。
２．  ヒータ２９２７がＰＴＦＥ層２９２６，２９３０を加熱し、ＰＴＦＥ層２９２６，２９３０は、Ｓｉ３Ｎ４の膨張率よりも何倍もの率で膨張する。この膨張がアクチュエータ２９０２を曲げ、ＰＴＦＥ層２９２６は凸側になる。アクチュエータが曲がると、パドルが動き、ノズルのインクを押す。パドルと基板の間に気泡２９０８（図２４１）が、パドルの背面のＰＴＦＥの疎水性により形成される。この気泡はアクチュエータの高温側との熱結合を減少させ、低いパワーで高熱を達成することが出来る。ＳｉＮ層２９３２を有するアクチュエータの低温側はいまだ水冷状態である。気泡は加熱により多少膨張し、パドルの動きを助ける。気泡があることにより、アクチュエータが駆動された際にパドルの下で流動するインクを少なくすることが出来る。これら３つの要素は、アクチュエータの消費パワーの減少に繋がる。
３．  ヒータ電流がＯＦＦになると、前述したように、パドルその休止位置に戻り始める。パドルの戻りは、ノズル内にある程度のインクを吸引し、インク滴のノズル内のインクとの絆を細くする。インク滴の前方への速度とインクチャンバ内のインクの逆方向への速度は、インク滴をノズル内のインクから分離する。そして、インク滴は記録媒体に向けて移動する。
４．  アクチュエータ２９０２は最終的に休止位置で、次のインク滴の射出サイクルまで休止する。
【０５３６】
ＭＥＭＳ技術を用いたプリントヘッドの組み立て順序の一つを述べる。記述は、読者が、この領域における最近の進展を含むＭＥＭＳ装置の構築に使用される、表面及びマイクロ加工技術に精通しているとの仮定のもとになされている。図２４７に、実施例に基づいて構築される単一のインクジェットノズルの分解斜視図を示す。プリントヘッドの構築は以下のように行うことが出来る。
１．  選択された有効な半導体装置技術の所望する製造工程に適した、標準の単結晶シリコンウエハ２９８０から始める。この製造工程は０．５ミクロンのＣＭＯＳであると仮定される。
２．  酸化層（図示せず）及び水に対して不活性な不動態層２９８０を有するＣＭＯＳ層２９８３を作る。チップは水性インク内に浸漬されるので、不動態層は、高度に不振動性を有する必要がある。高密度窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）の層が適している。他のとしては、ダイアモンドのような炭素（ＤＬＣ）がある。
３．  ２ミクロンの燐ガラス（phophosilicate  glass(PSG)）を配置する。これは、アクチュエータとパドルを基板から生成するための犠牲層である。厚さは、厳密なものではない。
４．  ＰＳＧをエッチングし、アクチュエータを形成するアクチュエータ位置にアイランドを残す。
５．  １ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層を配置する。ＰＴＦＥは、接着性を促進するためにでこぼこにしてもよい。ＰＴＦＥはスピンオンナノエマルジョン（T.  Rosenmayer,  H.  Wu,  ”PTFE  namoemulsions  as  spinon,  low  dielectric  constant  materials  for  ULSI  applications”,  PP463-468,  Advanced  Metallisation  for  Future  ULSI,MRS  vol.427,1996）として配置されてもよい。
６．  アンカー（図示せず）に電力を供給する接続用のＣＭＯＳ回路の上層金属まで、穴を介してマスク及びエッチングする。ＰＴＦＥに対して適したエッチング工程は、「熱的に補助されたポリテトラフルオロエチレンのビームエッチング：ＭＥＭＳの高アスペクトレシオエッチングの新技術」（Berenschot et al,  第９年次マイクロエレクトロメカニカルシステム国際ワークショップの議事録、サンディエゴ、１９９６年２月）において述べられている。
７．  ヒータ材料層２９８５を配置する。これは、スパッタリングにより配置されたニクロム（ニッケル８０％、クロム２０％の合金）でもよい。他の多くのヒータ材料を使用することも出来る。主要な要求は、ＣＭＯＳ駆動回路層に適した駆動電圧での抵抗性、引き続く処理工程の温度における溶融点、電気泳動抵抗及び適当な機械的特性である。
８．  ヒータとパドルスティフナのマスクパターンを用いてヒータ材料をエッチングする。
９．  ２．０ミクロンのＰＴＦＥを配置する。ステップ５と同様に、ＰＴＦＥはナノエマルジョンとして塗布される。接着性を促進するためにでこぼこにしてもよい。（この層は、図２４６の層２９８４の一部を構成する）
１０．  マスクを介して０．２５ミクロンの窒化シリコンをアクチュエータの層２９８６の上部として配置する。または、先述の適した特性を有する、多くの他の材料のうちの一つでもよい。要求される主な材料特性は、ＰＴＦＥと比較して低い熱膨張率を有する、比較的高いヤング率を有する、水で腐食されない、フッ化水素酸（ＨＦ）に低いエッチング速度を呈することである。これらの要求の最後のものは、犠牲ガラス層をエッチングするために、ＨＦを後に使用するからである。異なる犠牲層を選択した場合には、この層は、明らかに、当該犠牲層を除去するために使用される工程に抵抗を有するものである必要がある。
１１．  窒化シリコンをマスクとして使用し、ＰＴＦＥをエッチングする。ＰＴＦＥはイオンビームエッチングにより、非常に高い選択性でエッチングされる（＞１０００対１）。ウエハは、エッチング中は僅かに傾けて回転させ、マイクロガラスの形成を阻止する。ＰＴＦＥの両層は、同時にエッチングされる。
１２．  ２０ミクロンのＳｉＯ２を配置する。これは、スピンオングラス（ＳＧＯ）として配置され、犠牲層（図示せず）として使用される。
１３．  ガラス層をマスクを用いてエッチングし、ノズルチャンバとインク溝壁、例えば２９５１及び、フィルタ柱、例えば２９５２を議定する。このエッチングは、ガラスを２０ミクロン程度貫通するので、要求されるチップ領域を最小にするために、エッチングは高度に異方性を有するべきである。最小線幅は、６ミクロン程度なので、粗いリソグラフを使用することが出来る。オーバーレイアライメントエラーは、好ましくは、０．５ミクロン以下にすべきである。エッチングされた領域は次に、マスクを介して窒化シリコンが充填配置される。
１４．  ２ミクロンの窒化シリコン２９８７が配置される。これはプリントヘッドの前表面を形成する。たの多くの材料を使用することが出来る。適した材料としては、比較的高いヤング率を有する、水で腐食されない、フッ化水素酸（ＨＦ）に低いエッチング速度を呈するものであることである。また、親水性を有することも必要である。
１５．  マスクにより、ノズルリム（図示せず）をエッチングする。これらは、ノズル、例えば２９０４の周囲のプリントヘッド表面上に形成された１ミクロンの環状の突出であり、プリントヘッドの表面にインクが流出することを防止する。ノズルリムは、プリントヘッドの前表面が疎水性であることと組み合わせる形で動作する。
１６．  マスクし、ノズル穴２９０４をエッチングする。このマスクは、より小さな穴、例えば２９４７を含む。これらの穴は、犠牲層へエッチング材を流入させるために設けられる。これらの穴の大きさは、その穴に作用するインクの表面張力の値が、すぐ近くの駆動されたアクチュエータノズルからのインク圧力の波が最大となった時点で、穴からインクが排出されない程度に小さなものにすべきである。また、穴は、インク圧力が低下した際に、気泡を吸い込まない程度に小さく形成するべきである。これらの穴は、パドとアクチュエータがかなり大きく、可撓性性が有ったとしても、エッチング材が犠牲材料の全てを簡単に除去出来る程度の間隔で配置されている。スティクションは、この設計では問題とならない。なぜならパドルはＰＴＦＥから作られているからである。
１７．  ウエハ２９８０を通して、インクアクセス穴（図示せず）をエッチングする。これは、結晶異方性シリコンエッチング又は異方性ドライエッチングにより行うことが出来る。サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置のような、高速深溝エッチングが可能な、ドライエッチングシステムが、チップの大きさを、ウエットエッチングに比して小さくすることが出来るので、大量生産に向いている。ウエットエッチングは、少量生産に向いている。ウエットエッチングは、適宜なプラズマエッチングが使用出来ない少量生産に向いている。また、望ましくはないが、インクがプリントヘッドチップの脇を回り込んでしまうことがある。もし、ウエハを介したインクアクセスで、より早いインク流が可能ならば、高い精度で組たる必要はない。もし、チップの端を回り込むインクアクセスがあると、インクの流れは非常に制限されるので、プリントヘッドチップはインク溝チップの上に注意深く組み立てられる必要がある。後者の工程は、壊れ易いノズルに損傷を与える可能性が有るので、困難なものである。もし、プラズマエッチングを使用すると、同時にチップは効果的に小片化される。プラズマエッチングによりチップを小片化することにより、チップ間隔は３５ミクロン程度あれば良く、ウエハ上により多くのチップを搭載することが出来る。このステージにおいて、チップは注意深く取り扱われるべきである。チップは、１００ｍｍの長さを有し、０．５ｍｍの幅で、０．７ｍｍの厚さを有する梁状のものである
１８．  プリントヘッドチップをプリントヘッドキャリアに搭載する。これらは、機械的支持及びインク接続のための形成品である。このプリントヘッドキャリアは、最小０．５ミリの寸法で、プラスチックにより成形することが出来る。
１９．  プリントヘッドをテストし、良好なプリントヘッドに対して配線する。配線はワイヤボンディングやＴＡＢボンディングで行うことが出来る。
２０．  犠牲層をエッチングする。これは、バッフアＨＦなどの等方性ウエットエッチングにより行うことが出来る。このステージは、プリントヘッドの前表面は、犠牲エッチングの後には、非常に壊れやすいので、プリントヘッドを成形プリントヘッドキャリア上に装着し、配線を行った後で行われる。犠牲エッチングの後には、プリントヘッドチップを直接取り扱ってはいけない。
２１．  プリントヘッドの前表面の疎水性化。
２２．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、最終テストを行う。
【０５３７】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このウエハは、０．１ミクロンの窒化シリコンで不動態化される。このステップのウエハの特徴は、図２４９で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図２４８には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  １ミクロンの低応力窒化物を配置する。これは、チップ表面の酸化シリコンを介したインクの拡散を防止するバリアとして作用する。
３．  ３ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
４．  マスク１を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータのアンカーポイントを規定する。このステップを、図２５０に示す。
５．  ０．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
６．  マスク２を用いて、窒化物とＰＴＦＥ不動態を第２レベル金属までエッチングする。このマスクはヒータ接続バイアス（vias）を規定する。このステップを、図２５１に示す。
７．  マスク３を用いて、レジストを配置しパターニングする。このマスクはヒータを規定する。
８．  ０．５ミクロンの金（又は、低いヤング率を有する他のヒータ材料）を配置し、レジストを剥ぐ。ステップ７及び８は、リフトオフプロセスを構成する。このステップを、図２５２に示す。
９．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１０．  マスク４を用いて、ＰＴＦＥを犠牲材料までエッチダウンする。このマスクはパドルと接合パッドを規定する。このステップを、図２５３に示す。
１１．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１２．  ＰＴＦＥをプラズマ処理して上表面を親水性にする。これにより、ノズルチャンバは毛細管現象により満たされる。しかし、パドルの下面は、気泡が形成される疎水性層が維持される。気泡は、パドル背面の負圧を下げ、ヒータによる温度を上昇させる。
１３．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１４．  マスク５を用いて、犠牲材料を窒化物までエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバ及びノズル入り口フィルタを規定する。このステップを、図２５４に示す。
１５．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図２５５に示す。
１６．  マスク６を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップは、図２５６に示す。
１７．  マスク７を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルと犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図２５７に示す。
１８．  マスク８を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図２５８に示す。
１９．  バックエッチングされたシリコンをマスクとして使用して、ＣＭＯＳ酸化層、次いで、配置された窒化層を、犠牲層まで貫通バックエッチングする。
２０．  犠牲層をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図２５９に示す。
２１．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２２．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２３．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２４．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図２６０に示す。
【０５３８】
ＩＪ２９  Ｔ  の記述
実施例は、インク排出ノズルを有するインクジェットプリンタを示す。インク排出ノズルから、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層内に収容された波形の銅ヒータ素子を有する、熱アクチュエータにより駆動されたインクが排出される。
【０５３９】
図２６１に、本実施例に基づき、構築された単一のインクジェットノズル３０１０の断面図を示す。インクジェットノズル３０１０はチャンバ３０１２から熱パドルアクチュエータ３０１３の動作によりインクを排出するインク排出ポート３０１１を有している。熱パドルアクチュエータ３０１３は、内部銅ヒータ部３０１４と外部ＰＴＦＥ層３０１６に内包されたパドル３０１５を有している。ＰＴＦＥ層３０１６は、非常に高い熱膨張係数（約７７０×１０−６で、シリコンの約３８０倍）を有している。また、ＰＴＦＥ層３０１６は、高い疎水性も有しており、ガス排出などによりアクチュエータ３０１３の下に気泡３０１７を形成することが出来る。ＰＴＦＥ層の先端は親水性を有するように形成され、ヒータ３０１４はアクチュエータ３０１３の下部内に形成されている。
【０５４０】
ヒータ３０１４は端部３０２０，３０２１（図２６７参照）を、駆動回路を有する下部ＣＭＯＳ駆動層３０１８に接続している。アクチュエータ３０１３の駆動用に、電流が銅ヒータ素子３０１４を通過し、該素子がアクチュエータ３０１３の下面を加熱する。図２６２には、アクチュエータ３０１３の、気泡と接触する底表面は、上表面がチャンバ３０１２内のインクに露出されることにより、インクに上表面の加熱が終わった後も、加熱される。従って、底のＰＴＦＥ層は迅速に膨張し、アクチュエータ３０１３は全体が上方に迅速に曲がり（図２６２に示す）、インク排出ポート３０１１からインクを排出する。空気取り入れ溝３０２８は、変化する圧力により、溝３０２８に沿って、穴、例えば３０２５を通る、自由な空気流３０２９が生じるように、二つの窒化層３０４２，３０２６間に形成される。空気流３０２９は、運転中のアクチュエータ３０１３の背面に生じる真空を減少させ、アクチュエータ３０１３の消費エネルギを減少させることが出来る。
【０５４１】
アクチュエータ３０１３は、ヒータ素子３０１４への通電を停止することにより停止することが出来る。これにより、アクチュエータ３０１３は、その休止位置に戻る。
【０５４２】
このアクチュエータ３０１３は、多くの特徴を有する。図２６３は熱アクチュエータ３０１３の導電層の模式図である。パドル３０１５を含む導電層はヒータ３０１４と同じ材料、即ち銅から形成することが出来、多数の穴、例えば３０２３を有している。穴は、上部及び下部パネル３０１５のＰＴＦＥ層を接続するために設けられており、ＰＴＦＥ層がパネル３０１５を越えて動くことを防止し、ＰＴＦＥ層と銅層が剥離してしまう可能性を低めている。
【０５４３】
図２６４に、図２６１のＰＴＦＥの特徴を備えたアクチュエータ３０１３内のヒータ素子３０１４における波形の性質３０２２を示した、図２６１のアクチュエータ３０１３の部分拡大図である。ヒータ素子３０１４の波形の性質３０２２は、該波形ヒータの周りの底層部分を素早く加熱することが出来る。電流を供給して対象物を加熱する抵抗形ヒータは、通電中の導体の外表面の温度を実質的に均一に上昇させる。周囲のＰＴＦＥ容積は、従って、抵抗素子からの熱伝導により加熱される。この熱伝導は、第１の近似として、抵抗素子からの距離に、実質的に線形な割合で進行する。波形の抵抗素子を利用することにより、アクチュエータ３０１３の底表面がより早く加熱される。これは、平均で、底部ＰＴＦＥ表面のより大きな容積が、抵抗素子に近い部分にあるからである。従って、波形の抵抗素子を利用することにより、底部表面の迅速な加熱が可能となり、アクチュエータ３０１３の迅速な動作が可能となる。更に、波形のヒータは、銅及びＰＴＦＥ層の剥離を防止することが出来る。
【０５４４】
図２６５に示すように、レジスト層３０５０を第１のＰＴＦＥ層３０５１上に配置することにより、波形の抵抗素子を形成することができる。レジスト層３０５０は、波形の輪郭を有するハーフトーンパターンを有するマスク３０５２を使用することにより、露光される。現像後、レジスト３０５０は波形のパターンを有する。このレジスト層３０５０とＰＴＦＥ層３０５１は、該レジスト層３０５０とＰＴＦＥ層３０５１を実質的に同じ割合で腐食するエッチング材を用いてエッチングされる。これにより、波形がＰＴＦＥ層３０５１に移行する。図２６６において、波形ＰＴＦＥ層３０５１の上に、当該下層により波形に形成される銅層２３１９を配置する。銅層３０１９は曲がりくねった形又は折り畳まれた形でエッチングされる。次いで、更に層３０１４の上に、ＰＴＦＥ層３０５３を配置し、熱アクチュエータ３０１３の上層を形成する。最後に、第２のＰＴＦＥ層３０５２は、平面化され、熱アクチュエータ３０１３の上面を形成する（図２６１）。
【０５４５】
図２６１に戻り、インク補給は、ＳＴＳ社から入手可能な、深い異方性シリコン溝エッチング（”Advanced Silicon Etching Using High Density Plasmas” by J.K.
Bhardwaj, H. Ashraf, page 224 of Volume 2639 of the SPIE Proceeding in Micro
Machining and Micro Fabrication Process Technology） により構築することのできる、溝３０３８の様式を介して構築することができる。インク補給は、溝３０３８から、サイドグリル部、例えば、３０４０（図２６７参照）を通って、チャンバ３０１２に行われる。重要なことは、グリル部、例えば３０４０は、窒化シリコン又はインク流から他の物体を隔離するように作用する同様な隔離材料から構成することが出来る。グリル３０４０はＰＴＦＥアクチュエータ３０１３をベースＣＭＯＳ層３０１８に締め付け、熱アクチュエータ３０１３がベースＣＭＯＳ層３０１８から分離するような動きを防止する、重要な働きをしている。
【０５４６】
一連の犠牲層エッチング穴、例えば３０１９は、チャンバ３０１２の上面の壁に設けられており、組み立て中に犠牲エッチング液がチャンバ３０１２に入り込んで、エッチング速度を速めることができる。穴、例えば３０１９はそのサイズが小さいので、穴、例えば３０１９に作用する表面張力でインクがこれらの穴から排出されることが防止され、装置３０１０の運転に影響を与えることはない。より大きな穴３０１１からインが排出される。
【０５４７】
図２６７に、単一ノズル３０１０の分解斜視図を示す。ノズル３０１０は、ＣＭＯＳ層３０１８をその上部に有するシリコンウエハ装置３０４１から初まる層の中に形成することが出来る。ＣＭＯＳ層３０１８は、銅ヒータ素子３０１４を駆動するための多用な駆動回路を提供する。
【０５４８】
ＣＭＯＳ層３０１８の上には、下の層をエッチングや腐食から主として防止する窒化層３０４２が配置される。次に、前述の穴、例えば３０２５及び柱、例えば３０２７を有するＰＴＦＥ層３０２６が構築される。ＰＴＦＥ層３０２６は、最初に犠牲ガラス層を配置し、その上にＰＴＦＥ層３０２６を配置することで構築される。ＰＴＦＥ層３０２６は、次の材料層のバイアス（vias）の他に、例えば、下部張り出し部３０３０などの多様な特徴を有する。
【０５４９】
アクチュエータ３０１３の（図２６１）の組み立て時には、犠牲層を層３０２６の上に配置することにより第１のＰＴＦＥ層を生成する工程を行う。層３０２６には、アクチュエータ３０１３（図２６１）の下の気泡が次いで形成される。この層の上には、第１のＰＴＦＥ層が、適切なマスクを用いて形成される。好ましくは、ＰＴＦＥ層は、引き続く銅の中間接続用バイアス（vias）を有する。次に、銅層３０４３が第１のＰＴＦＥ層３０４２上に配置され、続くＰＴＦＥ層が銅層３０４３上に配置される。それらは適宜なマスクを使用してそれぞれ配置される。
【０５５０】
窒化層３０４６が、犠牲ガラス層を使用して、形成される。犠牲ガラス層は、必要に応じてマスク及びエッチングされてグリル３０４０と壁を形成する。次いで、上部窒化層３０４８が、必要な穴の形成された適宜なマスクを再度使用して、配置される。次いで、多様な犠牲層がエッチング除去され、熱アクチュエータの構造が形成される。
【０５５１】
図２６８は、実施例、例えば３０９１に基づいて構築されたインクジェットノズルを用いたインクジェットプリントヘッド群３０９０を示す。群３０９０は、ノズルチャンバ、例えば３０９２，３０９３の、２列３セットを用いた３色処理の１６００ｄｐｉプリントヘッドとして使用することが出来る。ノズルチャンバは、各セット毎に一つのインク補給溝、例えば３０９４に接続されている。３つの補給溝３０９４，３０９５，３０９６はそれぞれ、シアン、マセンダ、黄色のインクリザーバに接続している。
【０５５２】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップのウエハの特徴は、図２７０で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図２６９には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  １ミクロンの低応力窒化物を配置する。これは、チップ表面の酸化シリコンを介したインクの拡散を防止するバリアとして作用する。
３．  ２ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
４．  マスク１を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、ＰＴＦＥ通気層支持柱及びアンカーポイントを規定する。このステップを、図２７１に示す。
５．  ２ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
６．  マスク２を用いて、ＰＴＦＥ層をエッチングする。このマスクは、ＰＴＦＥ通気層の端部と、当該層の穴を規定する。このステップを、図２７２にしめす。
７．  ３ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
８．  マスク３を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータのアンカーポイントを規定する。このステップを、図２７３に示す。
９．  １ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１０．  １ミクロンのレジストをマスク４を用いて配置し、露光し、現像する。このマスクは、ヒータが実質的に配置される波形ＰＴＦＥ表面ばかりか、ヒータバイアス（vias）を規定する。
１１．  ＰＴＦＥとレジストを実質的に等しい速度でエッチングする。波形なったレジスト厚さは、ＰＴＦＥに移行され、ＰＴＦＥはヒータバイアス位置で完全にエッチングされる。波形の領域では、形成されたＰＴＦＥの厚さは、通常０．２５から０．７５ミクロンで変化するが、これらの値は厳密なものではない。このステップを、図２７４に示す。
１２．  マスク５を用いて、レジストを配置しパターニングする。このマスクはヒータを規定する。
１３．  ０．５ミクロンの金（又は、低いヤング率を有する他のヒータ材料）を配置し、レジストを剥ぐ。ステップ１２及び１３は、リフトオフプロセスを構成する。このステップを、図２７５に示す。
１４．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１５．  マスク６を用いて、ＰＴＦＥを犠牲層までエッチダウンする。このマスクはアクチュエータパドルと接合パッドを規定する。このステップを、図２７６に示す。
１６．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１７．  ＰＴＦＥをプラズマ処理してパドルの上表面及び側面を親水性にする。これにより、ノズルチャンバは毛細管現象により満たされる。
１８．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１９．  マスク７を用いて、犠牲材料を窒化物までエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバを規定する。このステップを、図２７７に示す。
２０．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図２７８に示す。
２１．  マスク８を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップは、図２７９に示す。
２２．  マスク９を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルと犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図２８０に示す。
２３．  マスク１０を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図２８１に示す。
２４．  バックエッチングされたシリコンをマスクとして使用して、ＣＭＯＳ酸化層、次いで、配置された窒化層と犠牲層を、ＰＴＦＥまで貫通バックエッチングする。
２５．  犠牲層をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図２８２に示す。
２６．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２７．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２８．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２９．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図２８３に示す。
【０５５３】
ＩＪ３１  Ｔ  の記述
実施例で、ノズルチャンバからインクを排出させる動作を行う熱アクチュエータにより要求に応じてインクを排出することの出来るドロップオンデマンド形インクジェットプリンタを示す。ノズルチャンバは、インク補給溝上に直接形成され、ノズルチャンバを非常に小形化している。この非常に小形化されたノズルチャンバにより、プリントヘッド装置により占有される領域は最小化され、経済的な組み立てが可能となる。
【０５５４】
図２８４から２８６に、実施例の動作を述べる。図２８４は、一連の貫通ウエハインク補給溝、例えば３１１３を有するシリコンウエハ、例えば３１１２上に形成された二つのインクジェットノズル３１１０，３１１１の断面図を示す。
【０５５５】
ウエハ３１１２及びインク補給溝３１１３上に、インクを対応するノズルチャンバ、例えば３１１１から排出するにように駆動されるノズル駆動装置３１１４が位置している。アクチュエータ３１１４は、実質的にインク補給溝３１１３上に位置している。休止位置に置いて、インクはノズルチャンバ３１１１を満たし、インクメニスカス３１１５がチャンバ３１１１の出口ノズルを横断して形成されている。
【０５５６】
チャンバ３１１１からインク滴を排出させる場合、アクチュエータ３１１４は、当該アクチュエータを流れる電流により駆動される。図２８５に示すように、アクチュエータ３１１４は上方に迅速に曲がる形で駆動される。アクチュエータ３１１４の動きは、チャンバ３１１１のノズル周囲の圧力を上昇させ、次いで、メニスカス３１１５を十分にふくらませ、ノズルチャンバ３１１１からインクを措置に流出させる。アクチュエータ３１１４は、インク滴を直接排出することが出来る程度にインクに十分な運動量を与え得るように構築されている。
【０５５７】
または、図２８６に示すように、アクチュエータ３１１４の駆動がタイミング的に調整され、駆動電流が所定の時点で停止され、それによりアクチュエータ３１１４はそのオリジナル位置に戻り初め、チャンバ３１１１内へのインク３１１７の逆流が生じ、インクのくびれが生じ、更に継続的な運動量を有するインク滴３１１８が分離し、紙などの出力媒体に向けて飛んで行き、印字を行うように構成することも出来る。次いで、アクチュエータ３１１４はその休止位置に戻り、次いで、メニスカス３１１５の表面張力効果により、ノズルチャンバ３１１１の補給が、インク補給溝３１１３を介して行われる。やがて、装置は図２８４に示す状態に戻る。
【０５５８】
図２８７と２８８に、単一のノズルチャンバ３１１０の構造をより詳細に示す。図２８７は、対応する分解斜視図を示した図２８８の一部断面図である。インクジェットノズルは、マイクロマシニング及びマイクロファブリケーション処理技術（ＭＥＭＳ）に加えて、通常の半導体処理技術を利用して、多数のプリントヘッドを一度に、選択されたウエハ３１１２上に形成することが出来る。なお、以後、これらの技術に十分精通しているものと仮定する。
【０５５９】
シリコンウエハ層３１１２の上に、ＣＭＯＳ層３１２０を形成する。ＣＭＯＳ層は、通常の技術に基づき、酸化層に挟まれたマルチレベル金属層を有することが出来、好ましくは、少なくとも二つの金属処理が用いられる。必要な処理工程数を減少させるために、使用するマスクは、第１３１２２及び第２３１２３レベルのアルミニウム層からなるアルミニウムバリア３１２１を構築するために用いられる領域を含む。また、アルミニウム部分、例えば３１２４は、次のヒータ層への電気的な接続を供給する。アルミニウムバリア部３１２１は、エッチング可能な材料としてガラス層が用いられる犠牲エッチングが、ノズルチャンバ３１１１の構築に際して使用される場合、ＣＭＯＳ層３１２０内の酸化層に対して潜在的に引き続き行われるエッチングに対する効果的なバリアを提供する点で重要である。
【０５６０】
ＣＭＯＳ層３１２０の上部には、下のＣＭＯＳ層を犠牲エッチング及びインク腐食から防ぐために形成された、窒化不動態層３２１６が形成される。窒化層３１２６の上には、運転中に気泡が形成される間隙３１２８が形成される。間隙３１２８は、犠牲層を配置し、次に間隙を後述するようにエッチングすることで構築される。
【０５６１】
空気間隙３１２８の上には、金の曲がりくねった層３１３０をＰＴＦＥ層で挟んだ、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）ヒータ層３１２９が構築されている。金ヒータ３１３０は、加熱に際した膨張を許容するために曲がりくねった形状に形成されている。ヒータ層３１３０とＰＴＦＥ層３１２９は共に、図２８４の熱アクチュエータ３１１４を構成する。
【０５６２】
外部のＰＴＦＥ層３１２９は非常に高い熱膨張係数（約７７０×１０−６で、シリコンの約３８０倍）を有している。ＰＴＦＥ層３１２９は、通常、高い疎水性を示し、これにより、ガス抜きなどにより領域３１２８のアクチュエータの下に気泡が形成される。ＰＴＦＥ上表面層は、インク補給溝３１１３周囲の領域に加えて、親水性を有するように処理されている。これは、アンモニア雰囲気中でプラズマエッチングするとにより達成することが出来る。ヒータ層３１３０は、ＰＴＦＥ層の下部内に形成される。
【０５６３】
ヒータ層３１３０は、駆動回路（図示せず）を含む下のＣＭＯＳ駆動層３２１０にその端部、例えば３１３１で接続している。アクチュエータを駆動するために、電流が金ヒータ素子３１３０を通過し、アクチュエータ３１１４の下部表面を加熱する。アクチュエータ３１１４の上表面はチャンバ３１３２内のインクに露出されているので、当該上表面の熱は取り去られるが、気泡に接触しているアクチュエータ３１１４の下部表面は、加熱されたまま残る。これにより、下部ＰＴＦＥ層は迅速に膨張し、アクチュエータ３１１４は全体的に上方に迅速に曲がる（図２８５に示すように）。従って、インク排出ポート３１３５からインクの排出が行われる。
【０５６４】
アクチュエータ３１１４はヒータ素子３１３０への電流を切ることにより非駆動状態とすることが出来る。これにより、アクチュエータ３１１４は休止位置に戻る。
【０５６５】
アクチュエータ３１１４の上端には、側壁部３１３３及び上端部３１３４を有する窒化ノズルプレートが形成されている。ノズルプレートは、犠牲層を用いたデュアルダマスカスプロセスを介して形成することが出来る。ノズルプレートの上面は、一連のエッチング穴、例えば３１３６に加えて、ノズルインク排出穴３１３３を有するようにエッチングされている。エッチング穴は、比較的小径の穴であり、犠牲エッチングを使用する際に、下層の犠牲層を効果的にエッチングすることが出来る。エッチング穴３１３６は、その穴に作用する表面張力がノズル穴３１３３以外のエッチング穴３１３６を介して、チャンバ３１３２からインクが排出されないように制限することが出来る程度に小さく形成されている。
【０５６６】
図２８９から２９８に、インクジェットノズル列の構築を含む多様なステップを説明する。
１．  図２８９に示すように、窒化不動態層３１２６を有するＣＭＯＳ層３１２０含むシリコンウエハ３１１２から始める。シリコンウエハの表面は化学的−機械的に平面化処理されている。
２．  図２９０に示すように、窒化層をマスクしてエッチングし、ノズルチャンバの部分と、引き続くヒータ層と下層のＣＭＯＳ層を接続するための領域を規定する。
３．  図２９１に示すように、犠牲酸化層を配置して、マスクによりエッチングし、続くヒータ層がより下層と電気的に接続される領域をエッチングする。
４．  図２９２に示すように、１ミクロンのＰＴＦＥ層を配置し、最初にマスクして、下層のＣＭＯＳ層へのヒータ接続のためのエッチングを行い、次に、マスクして、ヒータ形状のエッチングを行う。
５．  次に、図２９３に示すように、金ヒータ層３１３０，３１３１を配置する。金をエッチングすることは困難なので、この層は、同形に配置した後、化学的−機械的平面化（planarisation）により部分的に除去し、ヒータ素子に関連した部分を残す。ステップ４及び５の工程は、基本的にデュアルダマスカスを構成する。
６．  次に、上部ＰＴＦＥ層を配置し、図２９４に示すように、マスクして犠牲層までエッチダウンし、ヒータ形状を規定する。次いで、ＰＴＦＥ層の表面をプラズマ処理して親水性とする。アンモニア雰囲気内でのプラズマダメージを含むことが出来る。または、表面を親水性材料でコーティングすることも出来る。
７．  図２９５に示すように、更に犠牲層を配置し、エッチングして、ノズルチャンバの構造を適宜形成する。犠牲酸化物はマスクされ、ノズルチャンバ壁を規定するためにエッチングされる。
８．  次に、図２９６に示すように、３ミクロンの窒化物を同形に配置し、ノズルチャンバを形成し、マスクノズルリムをエッチングして、ノズルリムのために１ミクロンの深さでエッチングする（エッチング深さは、さほど厳密なものではない）。次いで、マスクを用いて、犠牲層エッチング穴３１３６に加えてノズル穴３１３５をエッチングする。
９．  次に、図２９７に示すように、ウエハの背面を、インク溝用にマスクし、ウエハを介してプラズマエッチングする。適当なプラズマエッチング工程は、ＳＤＳシステム社から入手可能な、深い異方性溝エッチングシステム（”Advanced  Silicon  Etching  Using  High  Density  Plasmas”by  J.K.  Bhardwaj,  H.  Ashraf,  page  224  of  Volume  2639  of  the  SPIE  Proceeding  in  Micro  Machining  and  Micro  Fabrication  Process  Technology参照）を含むことが出来る。
１０．次に、図２９８に示すように、親水性酸のような犠牲エッチング液を使用して、犠牲層をエッチング除去する。次に、インク溝周辺のアクチュエータの下部を、ウエハの背面からプラズマ処理して、パネル端部を親水性化する。
【０５６７】
次いで、多数のインクジェットプリントヘッドを有するウエハを分離して、分離プリントヘッドに分離し、各プリントヘッドを、インク補給溝が形成された射出機に接合する。続くテストのために、チップへの電気信号は、プリントヘッドへのテープ自動接合（ＴＡＢ）を用いることが出来る。図２９９は、ウエハ上に構築され、パージ幅の多色印字が可能なジェットノズルの平面図である。
【０５６８】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップを、図３０１に示す。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図３００には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  １ミクロンの低応力窒化物を配置する。これは、チップ表面の酸化シリコンを介したインクの拡散を防止するバリアとして作用する。
３．  ３ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。
４．  マスク１を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを、図３０２に示す。
５．  ０．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
６．  マスク２を用いて、ＰＴＦＥ、窒化物、ＣＭＯＳ不動態を、第２レベル金属までエッチダウンする。このマスクはヒータバイアス（vias）を規定する。このステップを、図３０３に示す。
７．  マスク３を用いて、レジストを配置しパターニングする。このマスクはヒータを規定する。
８．  ０．５ミクロンの金（又は、低いヤング率を有する他のヒータ材料）を配置し、レジストを剥ぐ。ステップ７及び８は、リフトオフプロセスを構成する。このステップを、図３０４に示す。
９．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１０．  マスク４を用いて、ＰＴＦＥを犠牲層までエッチダウンする。このマスクはアクチュエータパドルと接合パッドを規定する。このステップを、図３０５に示す。
１１．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。チップはまだ分離されていない。
１２．  ＰＴＦＥをプラズマ処理してパドルの上表面及び側面を親水性にする。これにより、ノズルチャンバは毛細管現象により満たされる。
１３．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１４．  マスク５を用いて、犠牲材料を窒化物までエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバを規定する。このステップを、図３０６に示す。
１５．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図３０７に示す。
１６．  マスク６を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップは、図３０８に示す。
１７．  マスク７を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルと犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図３０９に示す。
１８．  マスク８を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図３１０に示す。
１９．  バックエッチングされたシリコンをマスクとして使用して、ＣＭＯＳ酸化層、次いで、配置された窒化層と犠牲層を、ＰＴＦＥまで貫通バックエッチングする。
２０．  バックエッチングされた穴を通して、ＰＴＦＥをプラズマ処理して、パドルの底表面を親水性化する。これにより、ノズルチャンバは、毛細管現象により満たされることとなる。しかし、パドルのアクチュエータ部分の下表面は、疎水性を維持する。この疎水性部分は、ノズルが水をベースとするインクで満たされた際に、気泡をパドルの下に引き入れる。この気泡の目的は二つある。ＰＴＦＥの加熱側からの熱伝導を減少させることにより、ヒータの効率を向上させることと、パドルのアクチュエータ部分の背後の負圧を減少させることである。
２１．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図３１１に示す。
２２．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２３．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２４．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２５．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図３１２に示す。
【０５６９】
ＩＪ３２  Ｔ  の記述
実施例では、高いヤング率を有する材料を用いてインクの排出を行うアクチュエータの動作を示す。
【０５７０】
実施例では、加熱された際に高い曲げ効率を有する、インク排出のために使用される材料を示す。インクジェットプリントヘッドは標準のＭＥＭＳ技術を用いて構築される。従って、半導体ウエハ上に構築されることが通常の材料を使用する。実施例では、材料は、アクチュエータ装置における曲げ効率の利用の観点から選択される。曲げ効率は、熱膨張率にヤング率を掛けたものを、比熱容量と密度によって割ることで計算することが出来る。
【０５７１】
勿論、異なる式を用いることも可能である。特に、分子と分母の要素は、それらの特性から選択される。
【０５７２】
熱膨張係数：熱膨張率が大きくなればなるほど、熱アクチュエータの個々の加熱に対する動きの度合が大きくなる。
【０５７３】
ヤング率：ヤング率は、材料の引っ張り及び圧縮応力の程度を提供し、曲げモーメントの強さのインジケータである。従って、高いヤング率又は強さを有する材料が望ましい。
【０５７４】
比熱容量：比熱容量に関しては、比熱容量が高ければ高いいほど、変形することなく熱を緩和する、材料の能力が高くなる。これは、熱アクチュエータにとって望ましくない特質である。
【０５７５】
密度：材料の密度が上がれば上がるほど、加熱に要する熱エネルギが大きくなる。これは、望ましくない特質である。
【０５７６】
材料とその対応する「曲げ効率」を表１に示す。
【０５７７】
【表１】
0004160250.tif 000002
上記した式を用いて、適した材料は、高い曲げ効率を有し、半導体製造技術において通常使用される、２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）であることがわかる。しかしながら、この材料は、高いヤング率を持っているが、熱膨張率は、他の材料よりも幾分か低い。従って、実施例では、加熱による材料の移動を実質的に増加させるように装置を使用し、高いヤング率材料の効果を十分に利用することである。
【０５７８】
図３１３と３１４に、実施例に基づいて構築されたインクジェットプリント装置の単一ノズル３２０１を示す。図３１３は、単一ノズルの斜視図であり、図３１４は、図３１３の装置の分解斜視図である。単一ノズル３２０１は標準のＭＥＭ処理技術を用いてシリコンウエハ３２０２上に形成される一連のノズル列の部分として構築することが出来る。シリコンウエハ３２０２には、通常のＣＭＯＳ方法論に基づいて、ガラス層内に形成された多重金属層を有することの出来る、ＣＭＯＳ層３２０３が形成される。
【０５７９】
ウエハ３２０２は、多数のエッチングされたチャンバ、例えば３２３３を有しており、該チャンバは、深溝シリコンエッチングを用いてウエハに貫通エッチングされる。
【０５８０】
適当なプラズマエッチング工程は、ＳＤＳシステム社から入手可能な、深い異方性溝エッチングシステム（”Advanced  Silicon  Etching  Using  High  Density  Plasmas”  by  J.K.  Bhardwaj,  H.  Ashraf,  page  224  of  Volume  2639  of  the  SPIE  Proceeding  in  Micro  Machining  and  Micro  Fabrication  Process  Technology参照）を含むことが出来る。
【０５８１】
実施例３２０１は、空中で動作する二つのアーム３２０４，３２０５を有しており、それらは、５．８ミクロンの厚さのガラス層３２０７上の、薄い０．３ミクロンの２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）層３２０６から構築される。二つのアーム３２０４、３２０５は、互いに接続しており、ポイント３２０９を中心に回動することが出来る。ポイント３２０９は薄膜であり、該薄膜は、ノズルチャンバ３２１０の部分を形成する包皮を形成する。
【０５８２】
アーム３２０４と３２０５は、柱３２１１，３２１２により、ＣＭＯＳ層３２０３の部分を形成しうる、下のアルミニウム導電層３２１４，３２１５に接合されている。ノズルチャンバ３２１８の外表面は、ガラス又は窒化物から形成することが出来、インクを満たすための包皮となっている。多数のエッチング穴、例えば３２１９を有する外部チャンバ３２１８は、構築中において、内部の窪みの犠牲エッチングを迅速に行うように設けられている。ノズルリム３２２０が、更にインクの排出用のインク排出口３２２１の周囲に設けられている。
【０５８３】
運転時には、製造中に当該構造が解放されることから、パドル表面３２２４は下方に曲がる。電流が、ホウ化チタン層３２０６を通過すると、当該層がアーム３２０４，３０２５に沿って加熱される。加熱は概して、高いヤング率を有する、アーム３２０４，３２０５の２ホウ化チタン層を膨張させる。この膨張により、アームは下方に曲がり、今度は膜３２０９を中心に回転する。この回転は、アーム３２２５の上方への迅速な曲げとなり、パドル表面３２２４の上方への素早い動きとなる。パドル表面３２２４が上方へ動くと、ノズルチャンバ３２２１からインクが排出される。圧力の上昇は、より小さなエッチング穴、例えば３２１９の表面張力を上回るものではなく、インクは、ノズルチャンバ穴３２２１から排出される。
【０５８４】
前に述べたように、薄い２ホウ化チタン層３２０６は十分に高いヤング率を有するので、ガラス層３２０７を２ホウ化チタン層３２０６の加熱により曲げることが出来る。従って、インクジェット装置の動作は、図３１５乃至３１７に示すように行われる。休止位置においては、インクジェットノズルは、図３１５に示すとおりであり、パドルは下に曲がった位置にある。インクメニスカス３２３０は単一のふくらみを形成し、パドルは膜壁３２０９を中心に回動されている。２ホウ化チタン層を加熱すると、それが膨張し、次いで、ガラス層３２０７により曲げられる。そして、図３１６に示すように、パドル３２２４が膜壁２３０９を中心に回動する。これにより、メニスカス３２３０は迅速に膨張し、ノズルチャンバからインクが排出される。次に、２ホウ化チタン層への電流が絶たれ、パドル３２２４は休止位置に戻り、メニスカス３２３０を介してインクが逆吸引され、ノズルチャンバからインク溝３２３１が排出される。
【０５８５】
しかし、多様な変形が可能である。装置は、以下の処理ステップを用いて構築することが出来る。
１．  プリントヘッドノズル列を運転する、アルミニウム層部分３２１４，３２１５を含む、適宜な電気回路を有する、ＣＭＯＳ処理されたウエハから始める。
２．  最初にＣＭＯＳウエハ層３２０３を、インク補給溝３２３４の領域でシリコンウエハ層３２０２までエッチダウン３２３４する。
３．  ＣＭＯＳ層の上に犠牲層を構築し、平面化する。適当な犠牲材料はアルミニウムである。この層は平面化され、マスクされ、エッチングされてガラス層３２１３のための窪みを形成する。次いで、ガラス層が犠牲アルミニウム層上に配置され、エッチングされ、ガラス層３２０７と下の層３２１３を形成する。
４．  ２ホウ化チタン層３２０６を配置し、次いで、第２犠牲ガラス材料層を配置する。この材料もアルミニウムである。この層は、次いで平面化される。
５．  犠牲エッチング層がエッチングされ、ノズルチャンバの上端の側壁、例えば３２０９を配置するための窪みを形成する。
６．  犠牲層の上にガラス層が配置されてエッチングされ、チャンバ層３２０９の天井が形成される。
７．  リム３２２０とノズル穴３２２１とエッチング穴、例えば３２１９が、適宜なエッチング工程を用いて上端のガラス層に形成される。
８．  犠牲アルミニウム層が、犠牲層エッチングされて除去され、ＭＥＭＳ構造が形成される。
９．  シリコンテクノロジーシステムから入手可能な深い異方性溝エッチングシステムを用いて、シリコンウエハをバックエッチングすることにより、インク補給溝が貫通形成される。深い溝エッチングシステムは、同時にウエハのプリントヘッドを分離するために使用することも出来る。プリントヘッドは次いで、インク補給システムに装着され、動作能力を試験される。
【０５８６】
図３１８に、多色カラープリントヘッドを構成するように適宜配置された、インクジェットノズルの多色シリーズである、プリントヘッド３２４０の一部を示す。ウエハエッチング処理を示すために、一部断面で示す。
【０５８７】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2 metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップにおけるウエハの特徴を、図３２０に示す。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図３１９には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物又はアルミニウムをエッチングする。このマスクは、インク入り口とヒータ接続バイアスとプリントヘッドチップの端部を規定する。このステップを、図３２１に示す。
３．  １ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム）を配置する。
４．  マスク２を用いて、当該犠牲層をエッチングする。ノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントが規定される。このステップを、図３２２に示す。
５．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置し、マスク３を用いてエッチングする。このマスクは、アクチュエータとノズル壁と、接続バイアスを除いたアクチュエータアンカーポイントを規定する。エッチングはアルミニウムまで継続させる。
６．  ０．５ミクロンの、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）や２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）などのヒータ材料を配置する。このステップを、図３２３に示す。
７．  アクチュエータループを規定するマスク４を用いて、ヒータ材料をエッチングする。このステップを、図３２４に示す。
８．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
９．  ８ミクロンの犠牲材料を配置する。
１０．  マスク５を用いて、当該犠牲材料をガラス又はヒータ材料までエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを、図３２５に示す。
１１．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図３２６に示す。
１２．  マスク６を用いて、１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップを、図３２７に示す。
１３．  マスク７を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルと、犠牲エッチングアクセス穴を規定する。このステップを、図３２８に示す。
１４．  マスク８を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図３２９に示す。
１５．  犠牲層をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図３３０に示す。
１６．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
１７．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
１８．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
１９．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図３３１に示す。
【０５８８】
ＩＪ３３  Ｔ  の記述
この実施例では、各ノズルが、スロットの形成された側壁を持ったノズルチャンバを有するインクジェットプリントシステムを示す。該側壁を介して、ノズルチャンバ内の羽根に取り付けられたアクチュエータ機構を形成する。そして、アクチュエータはノズルチャンバ内の羽根を動かして、ノズルチャンバからインクを排出させる。
【０５８９】
図３３２に、実施例に基づいて構築されたインクジェットノズル装置の例を示す。このノズル装置は、通常はインクが満たされているノズルチャンバ３３０２と、インク排出穴３３０５を介してノズルチャンバ３３０２からインクを排出させる羽根３３０４を駆動する、アクチュエータ機構３３０３を有する。
【０５９０】
図３３２は、実施例のインクジェットノズル装置がそのアイドル又は休止位置にある状態を示す斜視図である。図３３３は、アクチュエータ３３０３が駆動された後の状態を示す斜視図である。
【０５９１】
アクチュエータ３３０３は、二つのアーム３３０６，３３０７を有する。これら二つのアームは、高いヤング率を有する２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）から形成することが出来、これにより、大きな曲げの力を発揮することが出来る。電流は、その長さの大部分に沿って実質的に厚い部分を有するアーム３３０７と共に、アーム３３０６，３３０７に沿って流れる。アーム３３０８は、薄い部分３３０８の領域を除いて頑丈であるから、曲げモーメントは領域３３０８に集中する。薄いアーム３３０６はより薄く形成されており、アーム３３０６，３３０７を通過する電流の抵抗熱により加熱される。アーム３３０６，３３０７は、接続部３３１０，３３１１を介して電気回路に接続される。
【０５９２】
アーム３３０６が加熱されると、アーム３３０６が膨張し、領域３３０８に接続されたアーム３３０７が曲がる。これにより、ノズルチャンバ３３０２の壁のスロットを貫通するアクチュエータ機構３３０３の端部が動く。この曲がりにより、更に羽根３３０４の動きが生じ、ノズルチャンバ内のインク圧力を上昇させ、インク排出ノズル３３０５から排出が行われる。ノズルチャンバ３３０２は、ウエハ基板３３０５に形成されたインク溝３３１３（図３３４）を介してインクが補給される。羽根３３０４が動いてインクが排出されると、アーム３３０６への電流は止まり、端部羽根３３０４に対応する逆のモーメントが作用する。ノズルチャンバ３３０２内のインクは、ウエハ３３１４の背部に形成されたインク補給部に装着されたウエハインク補給溝３３１３により補給される。補給は、インク排出口３３０５を横切るノズルチャンバ３３０２内の、インクの表面張力低減効果により、行うことが出来る。
【０５９３】
図３３４に、インクジェットノズル装置の構成部品の分解斜視図を示す。
【０５９４】
図３３４において、実施例は、マイクロマシニング及びマイクロファブリケーション処理技術（ＭＥＭＳ）に加えて、半導体処理技術を利用して、構築することが出来る。なお、以後、これらの技術に十分精通しているものと仮定する。
【０５９５】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する行動が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の会報を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０５９６】
ノズルは、単一のシリコンウエハ上に、多数のノズル列を一度に構築することにより、好適に構築することが出来る。ノズル列は、ノズルを有する各プリントヘッドそれ自体が多数の色にグループ化された形で、多数のプリントヘッドに分割することが出来る。これにより、フルカラーの画像生成が可能となる。装置は、通常のシリコンウエハ基板３３１４を用いることにより構築することが出来、その上に標準のＣＭＯＳ回路層を構成する電気回路層３３１６を配置する。ＣＭＯＳ層は、ピット３３１７を規定するエッチング部分を含むことが出来る。ＣＭＯＳ層の上には、窒化シリコンなどからなる保護層（図示せず）を、最初に配置する。この層の上に犠牲層を配置する。犠牲層は、最初に適宜エッチングされ、ノズルチャンバ３３０２の底部リムの他に、熱アクチュエータ３３０３部分と、羽根３３０４の底部に対する窪みを形成する。これらの窪みは２ホウ化チタンで満たすことが出来る。次に、アクチュエータのガラス部分を生成するために、似た工程が使用される。次に、さらなる犠牲層が配置され、適宜エッチングされ、羽根３３０４と同じ高さのノズルチャンバ壁部分と、残りの羽根３３０４が形成される。
【０５９７】
次いで、さらなる犠牲層が配置され、適宜な方法でエッチングされ、ノズルチャンバ３３０２の残りが形成される。ノズルチャンバの上部表面は、更にエッチングされて排出口３３０５の周囲にノズルリムが形成される。次いで、犠牲層がエッチング除去され、実施例の構造が生成される。他のＭＥＭＳ処理ステップも用いることが出来ることは、当業者には明らかなことである。
【０５９８】
好ましくは、ノズルチャンバ３３０２に加えて熱アクチュエータと羽根部分３３０３、３３０４は、２ホウ化チタンから構築される。２ホウ化チタンの利用は、半導体システムの構築においては普通のことである。また、高いヤング率などの、当該材料の特性は、熱アクチュエータ３３０３の構築に際した利点となる。
【０５９９】
更に、アクチュエータ３３０３は、テフロンなどの疎水性材料で被覆され、スロット３３１９からの液体の漏れを防止するようにすることが望ましい。
【０６００】
更に、最後の製造ステップで、高異方性シリコンウエハエッチングを用いてインク溝がウエハにエッチングされる。これは、結晶異方性シリコンエッチング又は異方性ドライエッチングにより行うことが出来る。サーフィステクノロジーシステム（ＳＴＳ）のアドバーンスドシリコンエッチングシステム（ＡＳＥ）のような、高速深シリコン溝エッチングが可能なドライエッチングシステムが、チップの大きさを、ウエットエッチングの場合よりも小さくすることが出来るので、大量生産に向いている。ウエットエッチングは、定義なプラズマエッチングを使用することの出来ない少量生産に適している。また、余り好ましくはないが、インクアクセスをプリントヘッドチップの側方周囲に設けることも出来る。もし、インクアクセスをウエハを貫通させると、より多いインクの流れが可能となり、また、組み立てに際して、そえほど高度の精密性が必要とされない。もし、インクアクセスが、チップの端部を回るような場合、インクの流れは非常に制限され、更に、プリントヘッドをインク溝チップ上に注意深く組み立てる必要がある。この後者の工程は、壊れやすいノズルプレートに損傷を与える可能性があるために困難である。もし、プリントヘッドを使用した場合、チップは、同時に効果的に小片化することができる。プラズマエッチングによりチップを分離するには、チップ間隔は３５ミクロン程の小さな間隙で十分であり、ウエハ上により多くのチップを製造することが出来る。
【０６０１】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2 metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップのウエハの特徴は、図３３６で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図３３５には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、インク入り口とヒータ接続バイアスとプリントヘッドチップの端部を規定する。このステップを、図３３７に示す。
３．  １ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム）を配置する。
４．  マスク２を用いて、当該犠牲層をエッチングする。ノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントが規定される。このステップを、図３３８に示す。
５．  １ミクロンの、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）や２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）などのヒータ材料を配置する。
６．  マスク３を用いて、ヒータ材料をエッチングし、アクチュエータループとノズル壁の最下層を規定する。このステップを、図３３９に示す。
７．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
８．  １ミクロンの窒化チタンを配置する。
９．  マスク４を用いて、該窒化チタンをエッチングする。このマスクは、ノズルチャンバアクチュエータスロットを除くノズルチャンバ壁とパドルを規定する。このステップを、図３４０に規定する。
１０．  ８ミクロンの犠牲材料を配置する。
１１．  マスク５を用いて、当該犠牲層を窒化チタンまでエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバ壁とパドルを規定する。このステップを、図３４１に示す。
１２．  ０．５ミクロンの窒化チタンの共形層(conformal layer)を配置し、ＣＭＰを用いて犠牲層まで平面化（planarize）する。
１３．  １ミクロンの犠牲層を配置する。
１４．  マスク６を用いて、当該犠牲層を窒化チタンまでエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバ壁を規定する。このステップを、図３４２に示す。
１５．  １ミクロンの窒化チタンを配置する。
１６．  マスク７を用いて、（約）０．５ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップを、図３４３に示す。
１７．  マスク８を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバの天井とノズル自身を規定する。このステップを、図３４４に示す。
１８．  マスク９を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図３４５に示す。
１９．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図３４６に示す。
２０．プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２１．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２２．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２３．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図３４７に示す。
【０６０２】
ＩＪ３４  Ｔ  の記述
この実施例では、コイルアクチュエータで駆動されるパドルを有する各インク排出機構を持った、一連のインク排出機構を有する、インクジェットプリンタを示す。
【０６０３】
図３４８には、実施例の原則に基づいて構築された単一のインク排出機構３４０１を示す。インク排出機構３４０１は、リム３４０３を有するチャンバ３４０２を有している。チャンバ３４０２は、通常、リム３４０３の端部に沿った境界を有する表面周りから膨れ上がるインクで満たされている。インクは、リム３４０３周囲の表面張力でチャンバ３４０２内に保持されている。チャンバ３４０２の外側には、熱アクチュエータ装置３４０５が配置されている。熱アクチュエータ装置３４０５は、穴３４０７を通って、支柱３４０６を介してチャンバ３４０２内のパドル装置に接続されている。支柱３４０７と穴３４０６は、疎水性となるように処理されている。更に、穴３４０７は薄い細長い形に形成されており、帳面張力の性質により、穴３４０７からインクが流出することを防止している。
【０６０４】
熱アクチュエータ３４０５は、ガラス又は他の適当な材料から形成される第１のアーム部３４０９を有している。第２アーム部２４１０は、大きなヤング率又は曲げ力を有する２ホウ化チタン等の材料から形成することが出来、電流が２ホウ化チタン層３４１０を通過すると、それは、所定の熱膨張率で膨張する。薄いストリップ３４１０は高いヤング率を有するか、高い曲げ力を有するので、このストリップ３４１０は、実質的に低いヤング率を有するより厚いストリップ３４０９を曲げることが出来る。
【０６０５】
図３４９に、アクチュエータ３４０５の構造を示す、図３４８のII−II線によるアームの断面図を示す。前からも分かるように、ヒータアーム３４０５は、二つの２ホウ化チタン部３４１０ａ，３４１０ｂを有しており、２ホウ化チタン部３４１０ａ，３４１０ｂは、二つのアームの電気的な絶縁を提供するガラス部３４０９に加え、コイル周囲の回路を形成する。アームは、そのストラットの端部において導電的に接続している。
【０６０６】
図３５０から図３５２において、排出インクのインク排出機構３４０１の運転を説明する。最初に、パドル３４０８が動く前に、図３５０に示すように、メニスカス３４１２に僅かの膨らみを持った形で、ノズルチャンバ３４０２はインクで満たされている。アクチュエータ機構の駆動により、パドル３４０８はノズルリム３４０３に向けて移動を開始し、ノズルリム３４０３周辺領域の圧力を増大させる。すると、図３５１に示すように、メニスカスは圧力増大の結果十分に膨れあがる。次いで、アクチュエータの駆動が絶たれ、パドル３４０８ははその休止位置に向けて付勢され、戻される。これにより、インクはチャンバ３４０２を内に吸引され、メニスカスがくびれ、メニスカス３４１２とインク滴３４１４とに分離する。インク滴３４１４は、紙やフィルム媒体（図示せず）に向けて飛び出し、マーキングする。メニスカス３４１２は、一般的には窪んだ形状であり、表面張力によりチャンバを、ウエハを貫通エッチングされたインク補給溝からのインクの流れで補給する。この補給は、メニスカス３４１２に作用する表面張力の結果である。結局、メニスカスは、図３５０に示すように、その休止位置に戻る。
【０６０７】
図３５３に、多様な材料層を示す単一のインクジェット機構３４０１の分解斜視図を示す。インク排出機構３４０１は、単一のシリコンウエハ上に、多数のプリントヘッドを同時に形成する多数配列の一部として構築することが出来る。ウエハ３４０７は、最初に処理されて、アクチュエータの導電部分を制御するための電気的な接続を提供する標準のＣＭＯＳ回路層が形成される。ＣＭＯＳ層３４１８は、窒化シリコン不動態層を有しており、溝３４２０からのインク流に加えて、引き続く処理ステップから当該層を守る。２ホウ化チタンから構築される層３４１０の配置及び、引き続く層、例えば３４０９，３４１０，３４１２，３４０２は、犠牲アルミニウム層の配置を含む、標準のマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）構築技術を利用して配置することが出来る。層３４０９はガラス材料から構築され、本来のノズルチャンバ３４０２は再度２ホウ化チタンから構築される。これらの層のエッチングは、アルミニウムなどの実質的に除去される犠牲材料により構築される。更に、インク補給溝、例えば３４２１は、ウエハ３４１７を貫通エッチングすることで構築される。このエッチングは、結晶等方性シリコンエッチング又は等方性ドライエッチングにより行うことが出来る。高速シリコン深溝エッチングが可能な、ドライエッチングシステム、例えば、サーフィステクノロジーシステムのアドバーンスドシリコンエッチング（ＡＳＥ）装置などが推奨される。
【０６０８】
ノズル装置３４０１の構築に続き、それを、インクをウエハ３４１７の反対側の表面に供給して、インクをチャンバ３４０２内に流す、インク補給装置に装着する。
【０６０９】
領域を囲むスロット３４０３に加えて、リム３４０３を有するノズルチャンバ３４０２の外部表は、疎水性に処理され、スロット３４０７からのインクの流出を防止している。
【０６１０】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップは、図３５５で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図３５４には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、インク入り口とヒータ接続バイアスとプリントヘッドチップの端部を規定する。このステップを、図３５６に示す。
３．  １ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム）を配置する。
４．  マスク２を用いて、当該犠牲層をエッチングする。ノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントが規定される。このステップを、図３５７に示す。
５．  １ミクロンのガラス層を配置する。
６．  マスク３を用いてガラス層をエッチングする。マスク３は、アクチュエータループの下の層を規定する。
７．  １ミクロンの、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）や２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）などのヒータ材料を配置する。ＣＭＰを用いて平面化する。ステップ５から７が、“ダマスカスプロセス”を構成する。このステップを、図３５８に示す。
８．  ０．１ミクロンの窒化シリコンを配置する。
９．  １ミクロンのガラスを配置する。
１０．  マスク４を用いて、当該ガラスをエッチングする。このマスクは、アクチュエータループの上の層を規定する。
１１．  マスク５を用いて、窒化シリコンをエッチングする。このマスクは、アクチュエータループの上部層とアクチュエータループの下部層を接続するバイアス（vias）を規定する。
１２．  １ミクロンの、ステップ７のヒータ材料と同じヒータ材料を配置する。ＣＭＰを用いて平面化する。ステップ８から１２が、“デュアルダマスカスプロセス”を構成する。このステップを、図３５９に示す。
１３．  マスク６を用いて、ガラスを犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータとノズルチャンバアクチュエータスロットを除くノズルチャンバ壁を規定する。このステップを、図３６０に示す。
１４．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
１５．  ３ミクロンの犠牲材料を配置する。
１６．  マスク７を用いて、当該犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバアクチュエータスロットを除くノズルチャンバ壁を規定する。このステップを、図３６１に示す。
１７．  １ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置し、ＣＭＰを用いて犠牲層まで平面化する。このステップを、図３６２に示す。
１８．  ５ミクロンの犠牲材料を配置する。
１９．  マスク８を用いて、当該犠牲層をガラスまでエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバ壁とパドルを規定する。このステップを図３６３に示す。
２０．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置し、ＣＭＰを使用して犠牲層まで平面化する。
２１．  １ミクロンの犠牲材料を配置する。
２２．  マスク９を用いて、犠牲材料をガラス層までエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図３６４に示す。
２３．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
２４．  マスク１０を用いて、（約）１ミクロンの深さで、エッチングする。このマスクは、ノズルリムを規定する。このステップを図３６５に示す。
２５．  マスク１１を用いて犠牲層をエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバの天井とノズル自身を規定する。このステップを図３６６に示す。
２６．  マスク１２を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図３６７に示す。
２７．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図３６８に示す。
２８．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２９．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
３０．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
３１．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図３６９に示す。
【０６１１】
ＩＪ３５  Ｔ  の記述
実施例では、シリコンウエハ上に配置されたインクジェットプリント装置を示す。インクは、ウエハの背部を、ウエハの表面に沿って配置されたインク排出チャンバにまで貫通してエッチダウンされた溝により、シリコンウエハの第１の表面に供給される。インク排出チャンバは、インクで満たされ、外部アクチュエータに装着されたパドル羽根を有する。外部アクチュエータは、駆動され、チャンバ内のインク部分を側壁に対して圧縮し、チャンバからインクを排出させる。
【０６１２】
図３７０に、休止位置にあるインク排出装置３５０１を示す。図３７１は、熱アクチュエータ３５０７の駆動後の装置３５０１を示す。図３７２は、インク排出装置３５０１の分解斜視図である。
【０６１３】
図３７０に示すように、インクは、ウエハ３５０４を貫通エッチングされ、インクを排出チャンバ３５０２に対して補給するインク補給溝３５０３からインク排出チャンバ３５０２に補給される。補給溝３５０３と排出チャンバ３５０２の間に、駆動装置３５０７に装着されたパドル３５０６が設けられている。アクチュエータ３５０７が駆動されると、パドル３５０６は図３７１に示すように動き、インク排出チャンバ３５０２内のインクを圧縮し、チャンバ３５０２から排出させる。アクチュエータ３５０７は、３つのサブアーム部品からなるコイル状のアームを有する。
【０６１４】
図３７３に、図３７０のＩＶ−ＩＶ線による断面図を示す。これは、上部導電アーム３５１０と下部導電アーム３５１１を有するアーム構造を示している。二つのアームは、高いヤング率を有し、適切な熱膨張率を有する導電性２ホウ化チタンから作ることが出来る。二つのアーム３５１０，３５１１は、アーム３５１２の窒化シリコン部分に内包されている。二つのアーム３５１０、３５１１は、アクチュエータ３５０７の一端３５１３（図３７０）で導電的に接続されており、他端は、アクチュエータ３５０７の駆動回路を有する、下層のＣＭＯＳ層３５１７の制御回路に電気的に接続３５１４，３５１５されている。
【０６１５】
アーム３５１０，３５１１の導電性加熱は、これら二つのアーム３５１０，３５１１の全体的な膨張を生じる。アームの窒化部分３５１２に対する膨張作用は、アクチュエータ３５０７のコイルの巻をほどくこととなり、パドル３５０６の対応する動きを招来し、ノズルチャンバ３５０２からのインクの排出をもたらす。ノズルチャンバ３５０２は、リム３５１８を有し、リムは、便宜上、２ホウ化チタンから構築することも可能である。リムはアーチ形の輪郭、例えば３５１９を有しており、輪郭は、アクチュエータ３５０７が駆動されて膨張した際に、パドル３５０６が摺動する軌跡に追従する形で設計されている。インク排出チャンバ３５０２も同様に形成されている。インク滴を排出した後に、パドル３５０６は、その休止位置に戻る。
【０６１６】
図３７４から３９３に、本実施例の構築に際した製造処理ステップを示す。
１．  図３７４に示すように、実施例の最初の装置は、多層金属層などを含む通常のＣＭＯＳ工程からなるＣＭＯＳ層３５１７を有するシリコンウエハである。ＣＭＯＳ層は実施例の運転用の電気回路を備え、単一のウエハ上に、ノズル列や、多列ノズルの一部として、一度に形成することが出来る。
２．  次の構築ステップは、図３７５に示すように、ピット３５２１をエッチングすることである。エッチングされたピット３５２１は、英国のシリコンテクノロジーシステム社から入手可能な高度異方性溝エッチング装置を利用して形成することが出来る。ピット３５２１は、急傾斜の側壁を有するようにエッチングされる。高速深シリコン溝エッチングを行うことのできるドライエッチング装置としては、英国のサーフィステクノロジーシステムから入手出来るアドバーンスドシリコンエッチングシステムが知られている。
３．  次に、図３７６に示すように、ウエハの表面上に、アルミニウムの１ミクロンの層３５２２を配置する。
４．  次に、図３７７に示すように、５ミクロンのガラス層３５２３を、アルミニウム層３５２２上に配置する。
５．  次に、ガラス層を化学的機械的に平面化し、図３７８に示すように、アルミニウム層の上に、１ミクロンのガラス層を形成する。
６．  次に、図３７９に示すように、３重マスクエッチング工程を用いて、配置された層をエッチングする。このエッチングは、１．５ミクロンのガラス層のエッチングを含む。このエッチングにより、ビア（via）３５２５，リム部分の溝３５２６，３５２７及びパドル部分３５２８が形成される。
７．  次に、図３８０に示すように、０．９ミクロンの２ホウ化チタンを配置する。
８．  次いで、２ホウ化チタンを層マスクし、エッチングして図３８１に示すような部分を残す。
９．  次いで、１ミクロン層の２酸化シリコン（ＳｉＯ２）を配置し、図３８２に示すように、化学的機械的に、２ホウ化チタンのレベルまで平面化する。
１０．  次に、図３８３に示すように、２酸化シリコン層をエッチングして、螺旋形のパターンを形成し、窒化層をその後に配置する。該螺旋形のパターンはエッチング部分３５３０−３５３２を含む。
１１．  図３８４に示すように、０．２ミクロンの窒化シリコン層を配置する。
１２．  窒化シリコン層は、次に、領域３５３４−３５３６においてエッチングされ、機械的な接続に加えて領域３５３４，３５３５に電気的接続を形成する。領域３５３６については、後に明らかになる。
１３．  図３８６に示すように、０．９ミクロンの２ホウ化チタン層を配置する。
１４．  ２ホウ化チタン層をエッチングし、ビア（via）構造３５１４、螺旋形の構造、例えば３５１０及びパドルアーム３５０６を残す。
１５．  次に、図３８８に示すように、１ミクロンの窒化シリコン層を配置する。
１６．  図３８９に示すように、該窒化層は化学的機械に２ホウ化チタン層まで平面化される。
１７．  次に、図３９０に示すように、窒化シリコン層をエッチングし、螺旋形アーム３５４２，３５４３の窒化シリコン部分を形成する。薄い窒化シリコン部分がパドルアームの下に残る。
１８．  次に、図３９１に示すように、ウエハの背後からインク供給溝３５４５をエッチングする。再度、ＳＴＳ深シリコン溝エッチング装置を利用することが出来る。
１９．  図３９２に示すように、次にステップで、ウエハの全ての露出したガラス（ＳｉＯ２）表面をエッチングし、図３９２に示すように、パドル構造を実質的に構築する。
２０．  図３９３に示すように、露出したアルミニウム表面をエッチング除去し、パドル構造を構築し、その休止位置又は後退位置に運転可能な状態とする。
【０６１７】
次いで、ウエハは、プリントヘッドユニットに分離され、ウエハの背面に沿って設けられた、ノズル装置にインクを供給するためのインク供給路に接続される。
【０６１８】
図３９４は、第１のカラーシリーズ３５５０，第２のカラーシリーズ３５５１及び第３のカラーシリーズ３５５２を有する３色出力が可能なノズル列部分３５４９を示す。各カラーシリーズは、２列のインク排出ユニットに分かれており、インク排出の各ユニットは、一つの線の単一なピクセルに対応する。従って、ノズルのページ幅の配列は、電気的な接続を供給する適当な接合パッド、例えば３５５５を含む。パージ幅のプリントヘッドはシリコンウエハ上に、前述のステップを用いて、多数のプリントヘッドが同時に形成される形で形成される。次いで、プリントヘッドは分離され、インクをウエハの背部を介してインク排出装置に供給するインク供給機構に接続される。供給は、色別に適宜行われる。
【０６１９】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2 metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップにおけるウエハの特徴は、図３９６で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図３９５には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、インク入り口とヒータ接続バイアスとプリントヘッドチップの端部を規定する。このステップを、図３９７に示す。
３．  エッチングされた酸化物をマスクとして用い、１０ミクロンの深さで、シリコンをエッチングする。このステップを図３９８に示す。
４．  ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム）を配置する。このステップを図３９９に示す。
５．  １０ミクロンの第２の犠牲材料（例えば、ポリイミド）を配置する。固ｒは、エッチングされたシリコン穴を塞ぐ。
６．  ＣＭＰを用いて第１の犠牲材料のレベルまで平面化する。このステップを図４００に示す。
７．  マスク２を用いて、第１の犠牲層をエッチングする。このマスクは、ノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを図４０１に示す。
８．  １ミクロンのガラスを配置する。
９．  マスク３を用いて、ガラスと第２の犠牲層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータループの下の層、ノズルチャンバ壁及びパドルの下部分を規定する。
１０．  １ミクロンの、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）や２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）などのヒータ材料を配置する。ＣＭＰを用いて平面化する。ステップ８から１０が、“ダマスカス”プロセスを構成する。このステップを、図４０２に示す。
１１．  ０．１ミクロンの窒化シリコンを配置する。
１２．  １ミクロンのガラスを配置する。
１３．  マスク４を用いて、当該ガラスをエッチングする。このマスクは、アクチュエータループの上の層、パドルへのアーム、及びパドルの上の部分を規定する。
１４．  マスク５を用いて、窒化シリコンをエッチングする。このマスクは、パドルへのアーム及び、パドルの上部分の他に、アクチュエータループの上部層とアクチュエータループの下部層を接続するバイアス（vias）を規定する。
１５．  １ミクロンの、ステップ１０のヒータ材料と同じヒータ材料を配置する。ＣＭＰを用いて平面化する。ステップ１１から１５が、“デュアルダマスカス”プロセスを構成する。このステップを、図４０３に示す。
１６．  マスク６を用いて、ガラス及び窒化物を犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータを規定する。このステップを、図４０４に示す。
１７．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
１８．  マスク７を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図４０５に示す。
１９．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図４０６に示す。
２０．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２１．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２２．  プリントヘッドを水で満たす。露出部分又はプリントヘッドを、該プリントヘッドを、過フッ化  アルキル  トルクロロシラン（perfluorinated alkyl trichlorosilane）の蒸気に晒すことにより、疎水性化する。水を排出し、プリントヘッドを乾燥させる。
２３．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図４０７に示す。
【０６２０】
ＩＪ３６  Ｔ  の記述
この実施例では、ノズルがペアの形でグループ化されたノズル列を有するインクジェットプリントヘッドを示す。各ペアは、パドル形の機構を動かすように駆動して、ノズルペアの一方、又は他方からインクを排出させる、単一のアクチュエータを有している。ペアノズルはインクを単一のノズルチャンバから排出し、ノズルチャンバは、インク補給溝によりインクが補給される。更に、本実施例のアクチュエータは、独特な特徴により、駆動工程を単純化している。
【０６２１】
図４０８から４１２に、本実施例の運転の原理を説明する。実施例では、単一のノズルチャンバ３６０１が用いられ、インクを二つのインク排出ノズル３６０２、３６０３に供給する。インクは、ノズルチャンバ３６０１にインク排出３６０５を介して補給される。その休止位置では、インクメニスカス３６０６、３６０７がインク排出穴３６０２，３６０３の周囲に形成される。図４０８に示すように、装置は、アクチュエータ機構に接続された中央パドル３６０９を中心にして実質的に対称になっている。
【０６２２】
インクをノズルの内の一つ、例えば、３６０３から排出しようとした場合、パドル３６０９は駆動され、図４０９に示すように、動き始める。パドル３６０９は、方向３６１０方向に動き、パドル３６０９の右側のインクを全体的に圧縮する。インクが圧縮されると、メニスカス３６０７が成長し、ノズル３６０３からインクが排出される。更に、メニスカス３６０６は、逆に引き込まれ、インクは、アクチュエータ３６１０の左方側に引き込まれ、補充インク３６１２がインク補給溝３６０５から引き込まれる。図４１０に示すように、パドルアクチュエータ３６０９は結局、停止して、戻り始める。メニスカス３６０７内のインク３６１３は、実質的に前方に移動し、ノズルチャンバから離れる方向に移動し続ける。一方、パドル３６０９は、インクをノズルチャンバ内に引き込む。更に、メニスカス３６０６の表面張力が、インク補給溝３６０５を介してインクの流れを生じさせる。流れの中に作用するこの力がネッキングを生じさせ、図４１１に示すように、メニスカス３６０７の引き続く破壊となる。そこで、インク滴３６１４が形成され、媒体などに向けて移動し続ける。パドル３６０９は、その休止位置に戻り続ける。
【０６２３】
次に、図４１２に示すように、パドル３６０９はその休止位置に戻り、ノズルチャンバはメニスカス３６０６，３６０７に作用する表面張力によりインクが補給される。装置は戻り、図４０８に示す状態となる。必要ならば、アクチュエータ３６０９は、図４０８から４１２で述べたように、ノズル３６０２からインクを対称的に排出するように駆動することが出来る。そして、単一のアクチュエータ３６０９が多数のノズルからのインクの排出のために駆動される。二つのノズル装置は、多くの利点を有する。それは、アクチュエータ３６０９の動きにおいて、たとえアクチュエータ３６０９が素早く動いたとしても、アクチュエータ３６０９の背面に重大な真空が形成されないことである。むしろ、メニスカス３６０６が、真空を緩和し、インクをノズルチャンバ内に吸引する“ポンプ”として作用する。更に、ノズルチャンバにはリップ３６１５（図４０９）が設けられており、リップはインク排出穴３６０３周りの圧力上昇を平均化する助けとなり、これにより、メニスカス３６０７が実際に対称的に成長し、インク滴３６１４が真っ直ぐな形で分離することとなる。
【０６２４】
図４１３と４１４では、図４１３に、適宜なノズル装置の一側面斜視図を示し、図４１４は、ノズルチャンバを示す部分断面を示す。アクチュエータ３６２０は、支柱３６２１に取り付けられたピボットアームを有している。ピボットアームは、ガラスから構築することのできる内芯部３６２２を有している。内芯部３６２２の両側面３６２３，３６２４には、銅とニッケルの合金（４５％の銅と５５％のニッケル）から構築される、二つの分離的に制御されるヒータアームが設けられている。ガラスコアの利用の利点は、それが低い熱膨張率と熱伝導率を有していることである。それゆえ、ヒータ３６２３，３６２４に用いられるエネルギは実質的にそれらヒータ構造内に保持され、ガラス芯３６２２の膨張を抑制し、ヒータ構造を膨張させることに使用される。ヒータ構造の部分を形成するために選択される構造または材料は、好ましくは、高い“曲げ効率”を持つことである。曲げ効率の定義の一つは、ヤング率＊熱膨張率／密度＊比熱容量、である。
【０６２５】
導電的である銅ニッケル合金は、高い熱膨張率、低い、比熱容量及び密度、高いヤング率を有する。従って、ヒータ素子の構築用に非常に適しているが、他の適当な材料でもよい。
【０６２６】
各ヒータ素子は、導電的に外方と内方に向かう軌跡を構成しており、この軌跡は、軌跡の長さ方向に互いに絶縁され、当該軌跡の先端部分で導電的に結合している。ヒータの電流の供給は、ピボットアンカ３６２１を介して、下層の電気層から行なわれる。アンカ６２０の一端には、その先端部の薄板部３６３１，３６３２に設けられた、二股に分かれる部分３６３０が設けられている。
【０６２７】
アンカを運転するには、アーム３６２３，３６２４の内の一つ、例えば３６２３を、それに通電することにより空気中で加熱する。アームが加熱されると、アームが全体的に膨張し、アーム３６２０を曲げる。アーム３６２０が曲がると、薄板部３６３２でパドル部３６０９を引っ張り、パドル３６０９は、その薄さにより少しの変形が許容された薄板部３６３８，３６３９に装着された支点を中心に回転する。アーム３６０９の回転は、ノズル穴３６３８からのインクの排出を生じさせる。ヒータの駆動が終わると、アクチュエータ３６２０はその休止位置に戻り、対応するパドル３６０９も、休止位置に戻る。次いで、他のノズル穴３６４１からインクを排出させる場合には、ヒータ３６２４を駆動させ、実質的に対称的な形でパドルを運転させる。
【０６２８】
これにより、アクチュエータはパドル３６０９を、要求に応じて動かし、インク滴をインク排出穴、例えば３６４１から排出させ、同時にパドル３６０９下部に位置するインク補給溝３６４４を介してインクを補給するすために使用される。
【０６２９】
実施例のノズル配置は、シリコンウエハ上に通常の半導体製造処理ステップとマイクロ−エレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）構築技術を用いて形成することが出来る。
【０６３０】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０６３１】
好ましくは、プリントヘッドの大きなウエハに、エッチングによりいつでも１回で、構築し、各プリントヘッドは、所定のページ幅の能力を有する。また、単一のプリントヘッドは、多色構成であり、当業者にとって明白なフルカラー出力を行うことが出来る。
【０６３２】
図４１５から４３４に、実施例の製造形態の一つを説明する。実施例は、図４１５において、適切な電気回路等を含む標準ＣＭＯＳ層を有する、ＣＭＯＳが形成されたシリコンウエハ３６５０から始まる。工程は以下のようなものである。
１．  図４１６に示すように、ノズルチャンバ３６５１の深エッチングを、２５ミクロン行う。
２．  図４１７に示すように、２７ミクロンの、アルミニウムなどの犠牲材料層３６５２を配置する。
３．  図４１８に示すように、ガラスストップを使用して、該犠牲材料を２６ミクロンの深さでエッチングし、パドルとノズルマスクに使用する窪みを形成する。
４．  図４１９に示すように、低応力ガラスの２ミクロン層３６５３を配置する。
５．  図４２０に示すように、マスクを用いてガラスを、第１のヒータを利用するアルミニウム層までエッチングする。
６．  図４２１に示すように、６０％の銅と４０％のニッケルからなる２ミクロンの層３６５５を配置し、化学的機械的平面化（ＣＭＰ）により平面化（図４２２）する。
７．  図４２３に示すように、窒化シリコンによる０．２ミクロンの層３６５６を配置し、ヒータ分離マスク用いてエッチングする。
８．  図４２４に示すように、２ミクロンの低応力ガラス層３６５７を配置し、第２のヒータマスクを用いてエッチングする。
９．  図４２５に示すように、６０％の銅と４０％のニッケルからなる２ミクロンの層３６５８を配置し、化学的機械的平面化（ＣＭＰ）により平面化（図４２６）する。
１０．  図４２７に示すように、１ミクロンの低応力ガラス層３６６０を配置し、ノズル壁マスクを用いてエッチングする（図４２８）。
１１．  図４２９に示すように、アクチュエータパドル壁マスクを用いて、ガラスを犠牲層までエッチダウンする。
１２．  図４３０に示すように、５ミクロンの犠牲材料層３６６２を配置し、ＣＭＰを用いて平面化する。
１３．  図４３１に示すように、３ミクロンの低応力ガラス層３６６３を配置し、ノズルリムマスクを用いてエッチングする。
１４．  図４３２に示すように、ノズルマスクを用いて、ガラスを犠牲層までエッチダウンする。
１５．  図４３３に示すように、シリコンテクノロジーシステムの深溝エッチング装置などの深シリコン溝エッチング装置を用いてウエハを背面からエッチングする。
１６．  最後に、図４３４に示すように、犠牲層をエッチング除去し、インクジェット構想を出現させる。
次いで、プリントヘッドは洗浄され、インクチャンバ上に取り付けられ、適切な電気的な接続であるＴＡＢが接合され、プリントヘッドがテストされる。
【０６３３】
図４３５に、３連のノズル３６７１，３６７２，３６７３に分割されたフルカラープリントヘッドの一部分３６８０を示す。各連は異なるインクを対応するインク補給溝を介して供給することが出来る。更に、各連は、二つの副列、例えば３６７６，３６７７に、副分割され、各副列の関連したノズルは、一副列が同時にインクが排出される。一つの副列が発射された一定時間の後には、第二の副列が射出され、ページにインク滴の線が形成される。
【０６３４】
図４３５に示すように、アクチュエータは、主ノズル通路に対して曲がった形で形成されて、ノズルの収まりをよりコンパクトなものにしている。更に、ブロック部３６２１（図４１３の３６２１）は、一連の隣接する壁として生成され、列３６７３のブロック部は、分離されたガイドレール３６８０の形に形成され、該ガイドレール３６８０に対して当接するＴＡＢストリップ用の当接表面となっている。これにより、プリントヘッドの長さ方向に沿って設けられた接合パッド３６８１，３６８２に対する、ＴＡＢストリップの正確な整合が可能となり、アクチュエータの低インピーダンス駆動が可能となる。
【０６３５】
実施例の原理は、明らかに他の構造に拡張することが出来る。例えば、てこ装置は、クロスバーに装着された薄壁の周りに回転する二つのアームを有するように構築することも出来る。各アームは、図４３１，図４１４に示した、同様に葉の出た部分により中央のクロスバーに装着することが出来る。第１アームと薄壁の間の距離は、Ｌ単位（L units）であり、一方、第２のアームと壁の間の距離はＮＬ単位（NL units）である。従って、第１アームがＸ単位動くと、第２のアームはＮ×Ｘ単位の距離だけ移動するようになる。葉の出た部分は、アームの可撓性を有する動きを許容し、必要により、十分な引っ張り力を提供することが出来る。
【０６３６】
当業者にとって、本発明が、適用される力が構造内の動きを（enduce）することが要求される機械的装置に適用することが出来ることは明らかである。
【０６３７】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの形を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron, one poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップにおけるウエハの特徴は、図４３７で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図４３６には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、インク入り口とヒータ接続バイアスとプリントヘッドチップの端部を規定する。このステップを、図４３８に示す。
３．  露出したシリコンを、２０ミクロンの深さでエッチングする。このステップを図４３９に示す。
４．  第１の犠牲材料で１ミクロンの共形層を配置する。
５．  ２０ミクロンの第２の犠牲材料を配置し、ＣＭＰを用いて第１の犠牲材料層まで平面化する。このステップを図４４０に示す。
６．  マスク２を用いて、第１の犠牲層をエッチングする。このマスクは、ノズルチャンバ壁、パドル、アクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを図４４１に示す。
７．  マスク３を用いて、第２犠牲層を第１犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、パドルを規定する。このステップを図４４２に示す。
８．  １ミクロンのＰＥＣＶＤガラスの共形層を配置する。
９．  マスク４を用いてガラスをエッチングする。このマスクは、アクチュエータループの下の層を規定する。
１０．  １ミクロンの、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）や２ホウ化チタン（ＴｉＢ２）などのヒータ材料を配置する。ＣＭＰを用いて平面化する。このステップを、図４４３に示す。
１１．  ０．１ミクロンの窒化シリコンを配置する。
１２．  １ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１３．  マスク５を用いて、当該ガラスをエッチングする。このマスクは、アクチュエータループの上の層を規定する。
１４．  マスク６を用いて、窒化シリコンをエッチングする。このマスクは、アクチュエータループの上部層とアクチュエータループの下部層を接続するバイアス（vias）を規定する。
１５．  １ミクロンの、前に配置した同じヒータ材料を配置する。ＣＭＰを用いて平面化する。このステップを、図４４４に示す。
１６．  １ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１７．  マスク６を用いて、当該ガラスを犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータと、ノズルチャンバアクチュエータスロットを除くノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図４４５に示す。
１８．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
１９．  ４ミクロンの犠牲材料を配置し、ＣＭＰを用いてガラスまで平面化する。
２０．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを図４４６に示す。
２１．  マスク７を用いて（約）１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図４４７に示す。
２２．  マスク８を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバの天井とノズルそれ自身を規定する。このステップを図４４８に示す。
２３．  マスク９を用いて、シリコンウエハを貫通するバックエッチングを行う（例えば、サーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入り口を規定する。ウエハは、またこのエッチングにより、小片化される。このステップを、図４４９に示す。
２４．  両方のタイプの犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図４５０に示す。
２５．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２６．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２７．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２８．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図４５１に示す。
【０６３８】
ＩＪ３７  Ｔ  の記述
この実施例では、一連のノズルからインクが射出されるインクジェットプリントシステムを示す。実施例では、ノズルチャンバ内に、アクチュエータ装置に接続された単一のパドルが配置されている。ノズルが第１の方向に駆動されると、インクは第１ノズルアパチャーを介して排出され、アクチュエータが第２の方向に駆動されると、ハドルは第２の方向に動き、インクは第２のノズルから排出される。図４５２から図４５６に、本実施例の動作原理を示す模式図を示す。
【０６３９】
図４５２に、休止状態にある本実施例のノズル装置３７０１を示す。休止状態では、インクはノズルチャンバの第１部３７０２及び第２部３７０３に満たされている。インクは、メニスカス３７０６，３７０７が対応するノズル穴３７０８，３７０９の周囲に形成されるまでインク補給溝３７０５からノズルチャンバに満たされる。パドル３７１０はノズルチャンバ３７０２内に、アクチュエータ３７１２を曲げるように作用することの出来る熱アクチュエータを構成するアクチュエータ装置に接続された形で設けられている。その動作は、後に詳述する。
【０６４０】
ノズル穴３７０９からインクを排出するためには、熱アクチュエータを構成するアクチュエータ３７１２が駆動され、図４５３に示すように、曲げられる。アクチュエータ３７１２が曲がると、パドル３７１０は素早く上方に移動し、ノズルチャンバ３７０２内及び近接するメニスカス３７０７におけるインクのような、液体の圧力を実質的に上昇させる。その結果、メニスカス３７０７が急速に膨張し、インクがノズル穴３７０９をゆっくりと通過する。パドル３７１０の急速な動きは、パドル３７１０の背表面に沿った圧力低下を招来する。これにより、３７１７，３７１８５に概略的に示すように、第２のノズルチャンバとインク補給溝からのインクの流れが生じる。次いで、メニスカス３７０７が膨張し、アクチュエータ３７１２が非駆動状態となり、パドル３７１０が図４５４に示すように、その休止位置に戻る。パドル３７１０の戻りは、メニスカス３７０７付近のインクの前方の運動に対して逆に作用し、次いで、メニスカス３７０７が分離し、図４５４に示すように、インク滴３７２０が形成される。インク滴３７２０は、印字媒体に向け飛び続ける。更に、インクメニスカス３７０７に作用する表面張力により、インクの流れ３７２１〜３７２３が形成され、ノズルチャンバを再び満たす。結局、パドル３７１０はその休止位置に戻り、再度、状態は図４５２に示すものとなる。
【０６４１】
次いで、インク排出穴１７０８からインク滴を排出する場合には、アクチュエータ３７１２が図４５５に示すように、駆動される。駆動３７１２はパドル３７１０を素早く下方に動かし、ノズルチャンバ３７０３内の圧力を実質的に上昇させ、ノズル穴３７０８周辺のメニスカス３７０６を素早く膨張させる。この急速な成長はメニスカス３７０７の全体的な崩壊を生じさせ、インクはチャンバ３７０２内に吸引され、戻される。更に、インクの流れがインク補給溝３７０５へ生じるが、このインクの流れは最小限にするとが望まれる。次いで、図４５６に示すように、アクチュエータ３７１２が非駆動状態となり、パドル３７１０はその休止位置に戻る。パドル３７１０が戻ると、ノズルチャンバ３７０３内の圧力が全般的に低下し、インクはパドル３７１０の下の領域に吸引、戻される。メニスカス３７０６周囲のインクの前方への運動量とノズルチャンバ３７０３内の他のインクの運動量により、インク滴３７２５の分離が生じ、インク滴３７２５は、印字媒体に向けて移動する。次いで、メニスカス３７０６，３７０７の表面張力がノズルチャンバ３７０５からの全般的なインクの流れを生じさせ、図４５２に示すように、装置は休止位置に戻る。
【０６４２】
図４５２から図４５６において、単一の平らなパドルが駆動され、複数ノズルからインクが排出されるシステムを述べた。
【０６４３】
図４５７に、単一のノズル装置３７０１の一つの実施例である断面図を示す。ノズル装置３７０１は、標準のマイクロ−エレクトロメカニカル処理システムを用いて、単一のシリコンウエハ３７２８上に一度に、大規模ノズルアレイの形で構築することができる。
【０６４４】
シリコンウエハ装置上のノズルアレイは、半導体製造技術、マイクロマシニング及びマイクロ組み立て工程技術（ＭＥＭＳ）を用いて形成することが出来るが、これらの技術には精通しているものと仮定して説明する。
【０６４５】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International Society for Optical Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０６４６】
構築の一形態を、図４５８から図４７５を参照して説明する。シリコンウエハ３７２８上に、熱アクチュエータの駆動とその外部世界との接続用に必要なインターフェース回路を提供するＣＭＯＳ処理層３７２９を最初に構築する。ＣＭＯＳ層３７２９は、適宜不動態化され、続くＭＥＭＳ処理技術から守られる。壁、例えば３７３０はガラス（ＳｉＯ２）から形成することが出来る。好ましくは、ハドル３７１０は、より効率的な運転を可能にするために薄肉部３７３２を有する。また犠牲エッチング穴３７３３がノズルチャンバ３７０２内の犠牲材料層のより効果的なエッチングのために設けられている。インク補給溝３７０５が、英国のシリコンテクノロジーシステムなどから入手可能な深溝異方性エッチング装置を用いることにより形成されたウエハを貫通エッチングされたインク補給管３７３４を接続する形で設けられている。
【０６４７】
装置３７０１は、ガラス芯３７３８の周囲に形成された上部アーム３７３６と下部アーム３７３７からなる二つのアームを有する熱アクチュエータ、例えば３７１２を有している。両上下アームは、６０％銅と４０％ニッケルの（Cupronickel：カプロニッケル）合金として０．４ミクロンのフィルムで構成されている。銅とニッケルは、その高い曲げ効率と、標準ＶＬＳＩとＭＥＭＳ処理技術における高い互換性から使用される。曲げ効率は、熱膨張率の二乗にヤング率を掛けたものを、密度及び比比熱容量で割って、計算することが出来る。これは、供給された熱（従って、電気）エネルギの単位材料あたりで生成される曲げエネルギの量を示す。
【０６４８】
芯は、ガラスから組み立てられるが、ガラスは熱アクチュエータの部分として動作するに好適な性質を多数、有している。アクチュエータ３７１２は、アクチュエータとパドル３７１０間を接続する薄肉部３７４０を有している。薄肉部３７４０は、アクチュエータ３７１２に壊れてしまうことのない可撓性を与える。従って、アクチュエータ３７１２を駆動する場合、例えば下方に曲げる場合、電流が上部カプロニッケル層を通過し、アクチュエータを加熱膨張させる。これは、層３７３６と３７３８間の熱電対の関係から、全体的に曲がる。アクチュエータ３７３６が下方に曲がると、薄肉部３７４０及び部分３７４１は下方に動く。そして、パドル３７１０は壁３７４１を中心にして回動する。なお、効果的に曲げるために、壁にスロットを設けることも出来る。同様に、ヒータコイル３７３７を作動させて、アクチュエータ３７１２を上方に曲げ、ハドル３７１０をつられて動かすことも出来る。
【０６４９】
ピット３７３９は、ノズルチャンバの壁に隣接しており、支点の可撓性を増すために一連のスロットが形成され得るノズルチャンバ壁の外側のインクがプリントヘッドの表面に沿ってはじかれることがないようにしている。
【０６５０】
図４５８から図４７５に、図４５７の実施例の構築工程を１形態を述べる。これは、以下のステップを含む。
１．  最初に、図４５８に示すように、十分に処理されたＣＭＯＳウエハ３７２８から始める。ＣＭＯＳ層３７２９は深エッチングされ、ノズルインク入り口３７０５を形成する。
２．  次に、図４５９に示すように、７ミクロンの適当な犠牲材料（例えば、アルミニウム）層を配置し、電気接続マスク及びノズル壁マスクを用いてエッチングする。
３．  次に、図４６０に示すように、７ミクロンの低応力ガラスの層３７４３を配置し、化学的平面化を用いて、平面化する。
４．  次に、図４１６に示すように、当該犠牲材料層を０．４ミクロンの深さでエッチングして、第１ヒータマスクを用いてガラスを少なくとも０．４ミクロンのレベルまでエッチングする。
５．  次に、図４６２に示すように、ガラス層を、ＣＭＯＳ層３７０４のアルミニウム部分までエッチダウン３７４５，３７４６し、マスクを介して第１ヒータに使用する電気接続を形成する。
６．  次に、図４６３に示すように、６０％の銅と４０％のニッケル合金からなる３ミクロンの層例えば３７４８を配置し、化学的機械的平面化により平面化する。
７．  次に、図４６４に示すように、４ミクロンの低応力ガラス層３６５７を配置し、第２のヒータマスクを用いて０．５ミクロンの深さでエッチングする。
８．  次に、図４６５に示すように、マスクを用いて、配置されたガラス層を、ヒータに使用するカプロニッケルまでエッチダウン３７５０する。
９．  次に、図４６６に示すように、３ミクロンのカプロニッケルを配置３７５１し、化学的機械的平面化により平面化する。
１０．  次に、図４６７に示すように、７ミクロンの低応力ガラスの層３７５２を配置する。
１１．  図４６８に示すように、第１パドルマスクを用いて、ガラス層を１ミクロンの深さでエッチングする。
１２．  次に、図４６９に示すように、該ガラス層を、図４６８で用いた第１マスクに第２パドルマスクを使用して、３ミクロンの深さで再度エッチングし、第１マスクはパドル部分を有さない領域をエッチング除去し、第２マスクは、図４６９に示すように、薄肉部を有する領域を除去する。図４６８と図４６９の第１及び第２マスクは、薄くエッチングされる。
１３．  次に、図４７０に示すように、第３パドルマスクを用いて、ガラスは７ミクロンの深さでエッチングされ、第３パドルマスクは、ノズル壁３７３０、バッフル３７１１，薄壁３７４１及び、熱アクチュエータの一端を基板に強固に固定する端部３７５４を形成する。
１４．  次のステップは、図４７１に示すように、１１ミクロンの、アルミニウムなどの犠牲材料層３７５５を配置し、当該層を化学的機械的平面化を用いて平面化する。
１５．  図４７２に示すように、３ミクロンのガラス層を配置し、ノズルリムマスクを用いて１ミクロンの深さでエッチングする。
１６．  次に、図４７３に示すように、ノズルマスクを用いてガラス層を犠牲層までエッチダウンし、ノズル構造、例えば３７５８を形成する。
１７．  次のステップは、図４７４に示すように、シリコンテクノロジーシステムから入手可能な深シリコン溝エッチング装置を用いて、インク補給溝３７３４をバックエッチングする。プリントヘッドは、このエッチングにより小片化することが出来る。
１８．  次に、犠牲層がウエットエッチングと洗浄によりエッチング除去される。
【０６５１】
プリントヘッドはこうして、インクチャンバ型に挿入され、ＴＡＢ接合と表面にＰＴＦＥ疎水性層が蒸着され、疎水性の表面が形成される。
【０６５２】
図４７６に、実施例の原理に基づいて駆逐された一連のノズル装置を有するプリントヘッドが装着されたページ部分を示す。アレイ３７６０は、第１列３７６１，第２列３７６２及び第３列３７６３を有する３色の出力ように構築されている。次いで、一連の接合パッド、例えば３７６４，３７６５は、プリントヘッドにＴＡＢ自動接合が行われる側を提供する。各列３７６１，３７６２，３７６３は、フルカラー出力のために、シアン、マジェンダ、黄色を含む異なる色のインクを供給することが出来る。各列３７６１−３７６３のノズルは、更に、副列、例えば３７６８，３７６９に分割されている。更に、ガラス帯３７７０が、接合パッド３７６４，３７６５のアライメント用の他に、列３７６３のアクチュエータを留めるために設けられている。
【０６５３】
ＣＭＯＳ回路は、正確なタイミング関係でノズルを駆動するように設けられている。例えば、列３７６８の各ノズルは、列３７６９の各ノズルにより追従される形で共に駆動され、単一の線が印字される。
【０６５４】
実施例は、単一のシリコンウエハ上に多数のインクジェットプリントヘッドを非常に経済的な方法で、同時に作ることが出来、非常にコンパクトなインクジェットプリントヘッド装置を提供する。更に、実施例の装置ではアクチュエータの数が半分で済み、アクチュエータ機構の複雑さが軽減される。
【０６５５】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの別の例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップにおけるウエハの特徴は、図４７８で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図４７７には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、インク入り口穴を規定する。
３．  エッチングされた酸化物をマスクとして、１５ミクロンの深さでエッチングする。このエッチングの側壁の傾きは、厳格なものではない（７５から９０度が許容される）。従って、通常の溝エッチング装置を使用することが出来る。このステップを図４７９に示す。
４．  犠牲アルミニウムを７ミクロン配置する。
５．  マスク２を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、ノズル壁及びアクチュエータアンカを規定する。このステップを図４８０に示す。
６．  低応力ガラスを７ミクロン配置し、ＣＭＰを用いてアルミニウムまで平面化する。
７．  マスク３を用いて犠牲材料を０．４ミクロンの深さでエッチングし、ガラスを少なくとも０．４ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、下部ヒータを規定する。このステップを図４８１に示す。
８．  マスク４を用いて、ガラス層をアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクはヒータバイアス（vias）を規定する。このステップを図４８２に示す。
９．  １ミクロンの、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）などのヒータ材料を配置する。ＣＭＰを用いて犠牲アルミニウムまで平面化する。このステップを、図４８３に示す。
１０．  ４ミクロンの低応力ガラスを配置し、マスク５を用いて、０．４ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは上部ヒータを規定する。このステップを図４８４に示す。
１１．  マスク６を用いて、ガラスを窒化チタンまでエッチダウンする。このマスクは、上部ヒータバイアス（vias）を規定する。
１２．  １ミクロンの、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）を配置し、ＣＭＰを用いてガラスまで平面化する。このステップを、図４８５に示す。
１３．  ７ミクロンの低応力ガラスを配置する。
１４．  マスク７を用いて、１ミクロンの深さでガラスをエッチングする。このマスクはノズル壁、ノズルチャンババッフル、パドル、曲がり、アクチュエータアーム、及びアクチュエータアンカを規定する。このステップを図４８６に示す。
１５．  マスク８を用いて、ガラスを３ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズル壁、ノズルチャンババッフル、アクチュエータアーム、及びアクチュエータアンカを規定する。このステップを図４８７に示す。
１６．  マスク９を用いて、ガラスを７ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズル壁及びアクチュエータアンカを規定する。このステップを図４８８に示す。
１７．  １１ミクロンの犠牲アルミニウムを配置し、ＣＭＰを用いてガラスまで平面化する。このステップを図４８９に示す。
１８．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１９．  マスク１０を用いて、ガラスを１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図４９０に示す。
２０．  マスク１１を用いてガラスを犠牲層（３ミクロン）までエッチダウンする。このマスクはノズルとノズルチャンバ天井を規定する。このステップを図４９１に示す。
２１．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
２２．  マスク１２を用いて、シリコンウエハを表面から約１０ミクロンの範囲でバックエッチングを行う。ウエハはこのエッチングで小片化される。このエッチングは、例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置により行うことが出来る。このステップを図４９２に示す。
２３．  全ての犠牲アルミニウムをエッチング除去する。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図４９３に示す。
２４．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入り口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２５．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２６．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２７．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図４９４に示す。
【０６５６】
ＩＪ３８  Ｔ  の記述
本発明の実施例は、単一のアクチュエータが二つの出力ノズルを駆動するインクジェット装置を含む。アクチュエータが第１の方向に駆動されると、インクは第１のノズルから排出され、アクチュエータが第２の方向に駆動されると、インクは第２のノズルから排出される。パドルアクチュエータはノズルチャンバ壁のスロットを介して、インクをインク排出穴から排出するように駆動される、強固な熱アクチュエータに接続されている。
【０６５７】
図５００及び図５０１に示すように、図５００のＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図を、図５０１に示す実施例のノズル装置３８０１に示す。ノズル装置３８０１は、ノズルチャンバ内からインクを排出するための二つのインク排出穴３８０２，３８０３を有している。ノズルチャンバは、エッチングされた穴３８０７に加えて、更に、第１及び第２のチャンバ部３８０５，３８０６を有している。穴３８０７は、運転中は、通常、インク入り口溝３８０８から供給されたインクで満たされている。インク入り口溝３８０８は、シリコンウエハを貫通エッチングされたインク補給溝３８０９に接続されている。ノズルチャンバの中には、チャンバ壁のスロット３８１２を介してアクチュエータアーム３８１３に接続された、アクチュエータパドル３８１０が配置され、アクチュエータアーム３８１３は、端部ブロック部３８１８を介して基板３８１７に接続された熱アクチュエータ３８１４，３８１５により駆動される。基板３８１７は、ヒータ３８１４，３８１５に対する適切な電気的な接続を提供する。
【０６５８】
そして、アクチュエータアーム３８１３は、熱アクチュエータ３８１４，３８１５により駆動されて上下に移動し、ノズル穴３８０２，３８０３を介してインクを排出する。一連の穴、例えば３８２０−３８２２がノズルプレートの上端に形成されている。以後簡単に称して、穴３８２０−３８２２は、構築中の犠牲層のエッチングに際して役に立つほか、ノズル装置３８０１の運転中の“息継ぎ”を援助する役割も行う。二つのチャンバ３８０５，３８０６は、バッフル３８２４と、プラグ部に加えて先縁部３８２５を含むパドルアーム３８１０により分離されている。プラグ部３８２６は、運転中は、インク入り口溝３８０８の境界と係合するように設計されている。
【０６５９】
図４９５から図４９９に、ノズル装置３８０１の動作を説明する。図４９５から図４９９の各図は、運転中の多様なステージにおけるノズル装置の断面を示す。まず、図４９４でその休止位置にあるノズル装置３８０１を示す。この状態では、パドル３８１０はアイドル状態で、インクはノズルチャンバを満たし、メニスカス３８２９−３８３３及び３８３７を形成する。
【０６６０】
図４９７に示すように、ノズル穴３８０３からインク滴を排出させようとした場合、底部ヒータ３８１５が駆動される。ヒータは、６０％銅と４０％ニッケルの合金から形成することが出来、高い曲げ効率を有している。高い曲げ効率は、以下の式による。
曲げ効率＝ヤング率×（熱膨張率）／密度×比熱容量
二つのヒータ３８１４，３８１５は、同じ材料から構築することが出来、パドル３８１０が休止状態の時は、通常のバランス状態にある。前述したように、ノズルチャンバ３８０３からインク滴を排出する場合、ヒータ３８１５が駆動され、アクチュエータパドル３８１０がは上方に素早く動く。これにより、アクチュエータパドル３８１０の前面領域の圧力が全般的に上昇し、メニスカス３８３０が急速に膨張し、またメニスカス３８３１−３８３３も多少膨張する（それらの半径が実質的に小さいので）。次いで、パドル３８１０の後面周辺の圧力が実質的に減少し、ノズルチャンバ３８０８から全体的なインクの流れが生じ、更に、メニスカス３８２９が全体的に弱くなり、バッフル３８２４の周囲に対応するインクの流れ３８３５が生じる。側壁３８１２内のスロット周りのメニスカス３８３７にも、僅かな膨らみが生じる。
【０６６１】
図４９７に示すように、ヒータ３８１５は、その最大膨張に達すると、脈動し、停止される。従って、パドルアクチュエータ３８１０は迅速にその休止位置に戻り始め、排出穴３８０３周囲のインクはチャンバ内に戻り始める。膨張状態のメニスカスのインクの前方への運動量とアクチュエータパドル３８１０より引き起こされる後方への圧力により、メニスカスが全体的にくびれを生じ、次いでインク滴３８３９が分離し、印字媒体に向けて移動する。全体的に窪んだ形状を有するメニスカス３８２９，３８３１，３８３２及び３８３３のそれぞれは、ノズルチャンバ内のインクに更なる力を及ぼし、インク入り口溝３８０８からインクを引き込み、ノズルチャンバを再び満たす。結局、ノズル装置は、前に図４９５に示した休止位置に戻る。
【０６６２】
図４９８には、インク排出穴３８０２からインク滴を排出する場合には、熱アクチュエータ３８１４が駆動され、熱アクチュエータ３８１４が全体的に膨張し、アクチュエータパドル３８１０を下方に迅速に移動させる。この迅速な下方への移動により、穴３８０７内の圧力が実質的に上昇し、メニスカス３８２９が急速に膨張する。プラグ部３８２６がインク補給溝３８０８を全体的にブロックしてインク補給溝３８０８側にインクが逆流することを防止する。これは更に、穴３８０７へ向けてのインクの流れを助ける。図４９５のメニスカス３８３０−３８３３はノズルチャンバ内に引き込まれ、統合され、一つのメニスカス３８４０を形成する。メニスカス３８３７はまたチャンバ内に引き込まれる。ヒータ３８１４が脈動すると、図４９９に示すように、その休止位置にパドル３８１が迅速に戻る。パドル３８１０が戻ると、穴３８０７内の圧力が全体的に低下し、ノズル３８０２付近インクはノズルチャンバ内に逆流３８４３する。メニスカス３８２９周囲のインクの前方への運動量と逆流３８４３によりメニスカスとインク滴の間に全体的なくびれが生じ、インクの本体からインク滴が離れ、印字媒体側に移動する。
【０６６３】
アクチュエータパドル３８１０が戻ると、プラグ部３８２６がインク補給溝３８０８の“栓を開く”形となる。全体的な圧力の低下とメニスカス３７４０，３８３７及び３８２９の崩壊により、インクの流れがインク入り口溝３８０８からノズルチャンバへと向かい、ノズルチャンバが再補給され、図４９６に示す休止状態となる。
【０６６４】
図５００及び図５０１に、本実施例の多くの特色が示されている。各ノズル、例えば３８０２，３８０３，３８２０，３８２１，３８２２，３８１２などはその周囲にノズルリムを有している。ノズルリムは、該ノズルリムを越えて、形成されたメニスカスが飛び出すことを防止するように作用する。更に、アクチュエータアーム３８１３には、跳ね出し防止突起、例えば３８４４が形成されており、再度形成された一連のピット３８４５と共に、アクチュエータアーム３８１３表面周囲に沿ったインクの跳ね出しを最小限にしている。
【０６６５】
実施例のノズル装置は、単一のシリコンウエハ上に、標準的な半導体製造工程及びマイクロエレクトロメカニカルスシテム（ＭＥＭＳ）構築技術を用いて形成することが出来る。
【０６６６】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０６６７】
好ましくは、プリントヘッドの大きなウエハは、各プリントヘッドが所定のページ幅容量を有する形で一度に構築されることが望ましく、一方で、単一のプリントヘッドは多色構成であり、フルカラー出力が可能であることは、当業者に容易に理解出来る。
【０６６８】
図５０１から図５１９に、実施例の１組み立て態様を示す。実施例は、ＣＭＯＳ処理され、適切な電気回路などを有する通常のＣＭＯＳ層が形成されたシリコンウエハ３８５０から開始される。工程は以下の通りである。
１．  図５０２に示すように、深シリコンエッチングが行われ、ノズル穴３８０７及びインク入り口３８０８が形成される。一連のピット、例えば３８４５もＣＭＯＳ層のアルミニウム部までエッチダウンされて形成される。
２．  次に、図５０３に示すように、ノズル壁マスクでエッチングが行われてノズル壁、プラグ部、接続部を形成する前に、犠牲材料層が配置され、標準の化学的機械的平面化（ＣＭＰ）処理を用いて平面化される。適したエッチング材料は、犠牲材料としてＭＥＭＳ工程でしばしば使用されるアルミニウムである。
３．  次に、図５０４に示すように、３ミクロンの低応力ガラスの層を配置し、化学的平面化を用いて、平面化する。
４．  次に、図５０５に示すように、第１ヒータマスクを用いて、当該犠牲材料３８５２を１．１ミクロンの深さでエッチングして、ガラス３８５３を更に少なくとも１．１ミクロン、エッチングする。
５．  次に、図５０６に示すように、ガラスを、ＣＭＯＳ層のアルミニウム層、例えば３８５６までエッチダウン、例えば３８５５する。
６．  次に、図５０７に示すように、６０％の銅と４０％のニッケル合金からなる３ミクロンの層を配置３８５７し、ＣＭＰを用いて平面化する。銅とニッケルの合金は、以後、“カプロニッケル”と称するが、前述したように高い“曲げ効率”を有する材料である。
７．  次に、図５０８に示すように、３ミクロンの低応力ガラス層３８６０を配置し、第１のパドルマスクを用いてエッチングする。
８．  次に、図５０９に示すように、更に３ミクロンのアルミニウム層、例えば３８６１を配置し、化学的機械的平面化を用いて、平面化する。
９．  次に、図５１０に示すように、２ミクロンの低応力ガラスの層を配置し、第２のヒータ用のヒータマスクを用いて、１．１ミクロンエッチング３８６３する。
１０．  次に、図５１１に示すように、ガラス層をカプロニッケル層までエッチダウン３８６４して、上部ヒータコンタクトを提供する。
１１．  次に、図５１２に示すように、３ミクロンのカプロニッケルを配置し、ＣＭＰにより平面化３８６５する。
１２．  次に、図５１３に示すように、７ミクロンの低応力ガラスの層３８６６を配置する。
１３．  次に、図５１４に示すように、パドル用マスクを用いて、ガラス層を２ミクロンの深さでエッチング３８６８する。
１４．  次に、図５１５に示すように、ノズル壁、アクチュエータ部及び支柱部用マスクを用いて、ガラス層を７ミクロンの深さでエッチングする。
１５．  次に、図５１６に示すように、９ミクロンの犠牲材料層を配置３８７０し、当該層をＣＭＰを用いて平面化する。
１６．  次に、図５１７に示すように、３ミクロンの低応力ガラス層を配置し、ノズルリムマスクを用いて１ミクロンの深さでエッチング３８７１する。
１７．  次に、図５１８に示すように、ノズルマスクを用いてガラス層を犠牲層、例えば３８７２までエッチダウンする。
１８．  次に、図５１９に示すように、ほぼ垂直な壁をエッチング可能なシリコンウエハ深エッチング装置を用いて、ウエハの背面から、インク補給溝３８７３を貫通エッチングする。適切な溝エッチング装置は、深シリコン溝エッチング装置であり、英国のシリコンテクノロジーシステムから入手可能である。プリントヘッドは、このエッチングにより“小片化”することが出来る。
１９．  次に、図５２０に示すように、犠牲層がウエットエッチングによりエッチング除去され、プリントヘッド構造が現れる。
【０６６９】
次いで、プリントヘッドは洗浄され、インク補給をウエハの背部に行って、インクをインク補給溝を介して供給することの出来るインクチャンバ型に挿入される。プリントヘッドはその表面に沿って、外部制御ラインにＴＡＢ接合された一つの角を有し、好ましくは、その表面上にＥＣＲダイアモンド状炭素の、薄い耐腐食層が配置され、耐腐食性を持つ。
【０６７０】
図５２１に、三つの一連のノズル３８８１，３８８２及び３８８３に分割されたフルカラープリントヘッドの部分３８８０を示す。各連は、対応するインク補給溝により別々の色を供給する。各連は、二つの副列３８８６，３８８７に副分割され、各副列の適切なノズルが同時に射出され、一つの副列が射出された所定時間の後、第２の副列が射出され、ページに一列のインク滴が形成される。
【０６７１】
図５２１に、アクチュエータはメインノズルアクセスに対して曲がった形で形成されており、ノズルのよりコンパクトな収納を実現している。更に、図４９５のブロック部（３８１８）は隣り合った壁を形成し、列３８８３のブロック部は分離されたガイドレール３８９０を形成し、ＴＡＢ片がガイドレール３８９０に当接した際の、ＴＡＢ片のための当接面を提供する。これにより、ＴＡＢ片を、プリントヘッドの長さ方向に沿って設けられた接合パッド３８９１，３８９２に対して正確に配置することが出来、アクチュエータの低インピーダンス駆動が可能となる。
【０６７２】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップは、図５２３２で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図５２２には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、パドル下のピット、アクチュエータ入口のノズルチャンバへの飛びはね防止ピット及びプリントヘッドの端部を規定する。
３．  エッチングされた酸化物をマスクとして、２０ミクロンの深さでシリコンをエッチングする。このエッチングの側壁の傾きは、厳格なものではない（６０から９０度が許容される）。従って、通常の溝エッチング装置を使用することが出来る。このステップを図５２４に示す。
４．  ２３ミクロンの犠牲材料（例えば、ポリイミド又はアルミニウム）を配置する。ＣＭＰを用いてチップ表面上、３ミクロンの厚さで平面化する。
５．  マスク２を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、ノズル壁及びアクチュエータアンカを規定する。このステップを図５２５に示す。
６．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤを配置し、ＣＭＰを用いて平面化する。
７．  マスク３を用いて犠牲材料を１．１ミクロンの深さでエッチングし、ガラスを少なくとも１．１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは、下部ヒータを規定する。このステップを図５２６に示す。
８．  マスク４を用いて、ガラス層をアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクはヒータバイアス（vias）を規定する。このステップを図５２７に示す。
９．  ３ミクロンのヒータ材料（例えば、カプロニッケル（銅：６０％、ニッケル：４０％）又は窒化チタン（ＴｉＮ））を配置する。仮に、カプロニッケルを配置する場合には、以下のステップを取る。即ち、薄い耐腐食層、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）を配置し、次いで第２の層を配置し、次いで、カプロニッケルの電気メッキを行う。
１０．  ＣＭＰを用いて犠牲アルミニウムまで平面化する。ステップ７から１０は“デュアルダマスカスプロセス”を構成する。このステップを、図５２８に示す。
１１．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置し、マスク５を用いてエッチングする。このマスクはアクチュエータアームとノズルチャンバ壁の第２の層を規定する。このステップを図５２９に示す。
１２．  ３ミクロンの犠牲材料を配置し、ＣＭＰを用いて平面化する。
１３．  ２ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１４．  マスク６を用いて、ガラスを１．１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクは上部ヒータを規定する。このステップを図５３０に示す。
１５．  マスク７を用いて、ガラス層をヒータ材料までエッチダウンする。このマスクは、上部ヒータバイアス（vias）を規定する。このステップを図５３１に示す。
１６．  ３ミクロンの、ステップ９と同じヒータ材料を配置する。
１７．  ＣＭＰを用いてガラス層まで平面化する。ステップ１４から１７は第２のデュアルダマスカスプロセスを構成する。このステップを、図５３２に示す。
１８．  ７ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。このステップを、図５３３に示す。
１９．  マスク８を用いて、２ミクロンの深さでガラスをエッチングする。このマスクはパドル、アクチュエータ、アクチュエータアンカ、ノズル壁を規定する。このステップを図５３４に示す。
２０．  マスク９を用いて、ガラスを７ミクロンの深さでエッチングする（犠牲材料上に排出ガラスが付着しないようにする）。このマスクはノズル壁及びアクチュエータアンカを規定する。このステップを図５３５に示す。
２１．  ９ミクロンの犠牲材料を配置し、ＣＭＰを用いてガラスまで平面化する。このステップを図５３６に示す。
２２．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
２３．  マスク１０を用いて、ガラスを１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図５３７に示す。
２４．  マスク１１を用いてガラスを犠牲層（３ミクロン）までエッチダウンする。このマスクはノズルとノズルチャンバ天井を規定する。このステップを図５３８に示す。
２５．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
２６．  マスク８を用いて、シリコンウエハを表面から約１５ミクロンの範囲でバックエッチングを行う。このマスクは、ウエハを貫通エッチングするインク入口を規定する。ウエハはこのエッチングで小片化される。このエッチングは、例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置により行うことが出来る。このステップを図５３９に示す。
２７．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図５４０に示す。
２８．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
２９．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
３０．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
３１．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図５４１に示す。
【０６７３】
実施例は、デュアルノズルの単一アクチュエータシステムを有するインクジェットプリントヘッド製造の、コンパクトな形を示す。
【０６７４】
ＩＪ３９  Ｔ  の記述
本実施例では、パドルアクチュエータ形の装置がインク補給が可能なノズルチャンバからインクを排出する、インク排出ノズル装置を有する、インクジェットプリントシステムを提供する。構築工程の結果、パドルは全体的に“カップ”形である。カップ形は、前述の多くの問題を軽減する。パドルは、通電により熱駆動される熱アクチュエータ装置に、熱アクチュエータ部を介して接続され、インクをそこから排出することが出来る。またカップ形パドルは、製造に際して厚い層の形成が必要とされない適切な工程を取ることが出来る。このことは、単一のウエハ上に構築される一連の装置間に作用する熱応力を最小化することが出来る。
【０６７５】
図５４２から図５４４で、実施例の動作原理を説明する。図５４２は、通常、補給溝３９０３からインクが補給されるノズルチャンバ３９０２を有するインクジェットノズル装置３９０１を示す。ノズル装置のインク排出アパチャーを横断する形でメニスカス３９０４が形成される。ノズル装置の内側は、カップパドルアクチュエータ３９０５が設けられ、アクチュエータアーム３９０６に接続されている。休止位置では、アクチュエータアーム３９０６は、下方に曲がっている。アクチュエータアーム３９０６の下表面は、高い“曲げ効率”を有する材料から構成される、ヒータ素子３９０８を有している。
【０６７６】
好ましくは、ヒータ材料は高い曲げ効率を有しており、曲げ効率は以下のように定義される。
【０６７７】
曲げ効率＝ヤング率×（熱膨張係数）／密度×比熱容量
適切な材料は、６０％の銅と４０％のニッケルからなる、（カプロニッケル）と以後呼ぶ、銅ニッケル合金である。カプロニッケルは、ガラス層の下に形成され、ガラス層を曲げることが出来る。
【０６７８】
休止位置では、アーム３９０６は素子３９０８により下方に曲げられている。ノズルチャンバ３９０２からインク滴を排出する時は、接続された支柱３９０９を介して電流がアクチュエータアーム３９０８に流れる。ヒータ素子３９０８は加熱され、高い曲げ効率で膨張し、アーム３９０６を図５４３に示すように、上方に移動させる。アクチュエータアーム３９０６の上方への移動は、カップ形パドル３９０５を上方に移動させ、メニスカス３９０４周辺領域のノズルチャンバ３９０２内の圧力を全体的に上昇させる。これにより、インクは全体的に外側に流動し、メニスカス３９０４を構築する。次に、図５４４に示すように、ヒータ素子３９０８は切られ、アーム３９０６は全体的にその休止位置に向けて戻る。これにより、カップ形パドルの全体的な下方への動きが生じ、ノズルチャンバ３９０２内のインクの全体的な吸引３９１１が生じる。メニスカス周辺のインクの前方への移動とインク３９１１の後方への運動により、メニスカスにくびれが生じ、インク滴３９１２が形成され、ページ表面に向けて移動する。次いで、メニスカス３９０４の形状は、入口溝３９０３を介したインクの流入を誘い、ノズルチャンバ３９０２は補給される。結局、状態は、図５４２に示す状態に戻る。
【０６７９】
図５４５に、単一ノズル装置３９０１の詳細である、構築の一態様を示す部分側断面図を示す。ノズル装置３９０１は、通常はインクが充満しているノズルチャンバ３９０２を有している。ノズルチャンバ３９０２の内側には、ノズルチャンバをインク補給溝３９０３から分離しているパドルアクチュエータ３９０５がある。インク補給溝３９０３はインクをシリコンウエハ３９１４の裏表面から補給することが出来る。
【０６８０】
ノズルチャンバ３９０２の外側には、ガラス芯部分と外部のカプロニッケル部分３９０８を有するアクチュエータアーム３９０６が配置されている。アクチュエータアーム３９０６は、ノズルチャンバ３９０２の一つの壁に配置されたスロット３９１９を介してパドル３９０５に接続している。スロット３９１９は、表面張力によりノズルチャンバ３９０２内のインクが外部に出ないように保持することが出来るように小さな寸法で形成されている。好ましくは、装置３９０１の外部は強い疎水性処理がなされている。また、ピット３９２１がスロット３９１９の周りに設けられている。ピットは出っ張り３９２２を有しており、このピットと出っ張りは相互に作用して、アクチュエータアーム３９０６に沿ったインクの飛び出しを最小化する。インクの飛び出しを最小化するために、アーム３９０６はノズルチャンバ３９０２に近接して薄肉部３９２４及び、直角に形成された壁３９２５を有している。
【０６８１】
パドルアクチュエータ３９０５の表面は、スロット３９１１を有している。スロット３９１１は、インクをパドルアクチュエータ３９０５の後表面から表側の表面に流動させる助けとなる。これは、特に、最初に装置が空気で満たされ、液体が溝３９０３内に排出されてしまう場合に、有効である。スロットの寸法は、インクの排出のためにパドルが運転している間は、スロット３９１１を介したインクの流れが最小となるように、なっている。
【０６８２】
パドルアクチュエータ３９０５はノズルチャンバ内に収容されており、リムの設けられたノズルからインクを排出するために駆動される。リム３９２８は、ノズルチャンバ３９０２の先端を横切ってインクが飛び跳ねることを最小限にする。
【０６８３】
カプロニッケル素子３９０８は、支柱部分３９０９を介して、アクチュエータ素子の電気制御を行う、下のＣＭＯＳ層３９１５に接続されている。
【０６８４】
各ノズル装置３９０１は、単一のシリコンウエハ上に、ノズルアレイの一部として構築することが出来、半導体製造工程及びマイクロエレクト及びマイクロファブリケイション処理技術（ＭＥＭＳ）を用いて形成することが出来る。以後、これらの技術には精通しているものと仮定する。
【０６８５】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。
【０６８６】
図５４７（ａ）及び、図５４７（ｂ）の６ｂに、図５４７（ａ）に示された領域を有するマスクを用いた初の処理ステップを示す。最初の開始材料は、好ましくは、駆動回路（図示せず）の設けられた標準の０．２５ミクロンのＣＭＯＳ層を有するシリコンウエハ３９１４であり、駆動回路の構造は、ＣＭＯＳ集積回路技術分野の当業者で有れば明らかである。
【０６８７】
単一のノズルの構築の、第１ステップは、図５７４（ａ）に示した所定の領域３９２９を有するマスクを用いて１３ミクロンの深さでピット３９２８をパターニングし、エッチングすることである。
【０６８８】
次に、図５４８（ｂ）に示すように、３ミクロンの犠牲材料層３９３０を配置する。犠牲材料としては、アルミニウムも使用することが出来る。図５４８（ａ）に示す部分３９３１，３９３２を有するマスクパターンを用いて、当該犠牲材料層３９３０をエッチングする。
【０６８９】
次に、図５４９（ｂ）に示すように、耐腐食材料（例えば、窒化シリコン）の非常に薄い０．１ミクロンの層を配置３９３４し、続いてエッチングしてヒータ素子３９３５を形成する。このエッチングは、図５４９（ａ）の所定の領域３９３６，３９３７を有するマスクを持った、第３のマスクを使用する。
【０６９０】
次に、図５５０（ｂ）に示すように、６０％の銅と４０％のニッケル合金からなる１．１ミクロンのヒータ材料層を、図５５０（ａ）に示すマスク形成領域を有するマスクを用いて、配置３９３９する。
【０６９１】
次に、該表面上に、０．１ミクロンの耐腐食層を配置する。この耐腐食層は、窒化シリコンから構成することが出来る。
【０６９２】
次に、図５５１（ｂ）に示すように、３．４ミクロンのガラス層３９４２を配置する。このガラスと窒化シリコンは、図５５１（ａ）に示す所定のマスク３９４３を用いてエッチングされる。該ガラス層３９４２は、配置工程の一部として、下方の表面の形状に追従する配置工程の結果、形成される部分３９４４を含む。
【０６９３】
次に、図５５２（ｂ）に示すように、６ミクロンのアルミニウムなどの犠牲材料層を配置３９４５する。この層は、化学的機械的平面化（ＣＭＰ）処理を用いて、約４ミクロンの厚さに平面化される。次に、犠牲材料層が、図５５２（ａ）に示す領域３９４８，３９４９を有するマスクを用いて、エッチングされ、ノズルと支柱部分が形成される。
【０６９４】
次に、図５５３（ｂ）に示すように、３ミクロンのガラス層３９５０が配置される。この３ミクロンのガラス層は、図５５３（ａ）に示す所定の領域３９５１を有するマスクを用いて１ミクロンの深さでパターニングされエッチングされ、ノズルリムを形成する。
【０６９５】
次に、図５５４（ｂ）に示すように、図５５４（ａ）に示す更なるマスクを使用して、ガラス層をエッチングし、ガラス部分、例えば３８３５を残し、ノズルチャンバ壁及び支柱部分３９５４を形成する。
【０６９６】
次に、図５５５（ｂ）に示すように、ウエハの背面がパターニングされてエッチングされ、インク補給溝３９０３が形成される。このマスクは図５５５（ａ）に示すように、領域３９５６を有する。ウエハの背面を介したエッチングは、英国のサーフィステクノロジーシステムから入手可能な、高品質深異方性エッチングシステムなどを用いて適宜行うことが出来る。同時に、このエッチング処理により、ウエハは小片化され、分離プリントヘッドとなる。
【０６９７】
次に、図５５６に示すように、犠牲材料がエッチング除去され、アクチュエータが生成される。その際、配置中に作用していた熱応力から解放されることから、アクチュエータ３９０６は下方に曲がる。プリントヘッドは清浄化され、インクをウエハの背面に供給するモジュール化されたインク供給システムに組み込む。プリントヘッドの端部に電気制御を供給するＴＡＢ膜が、ＴＡＢ接合技術を用いて接合される。表面領域は疎水性処理が施され、最後にインク供給溝とノズルがテストのためにインクで満たされる。
【０６９８】
そして、図に示すように、各構造３９６０を有するページ幅のプリントヘッドはフルカラー印字として構築される。図５５７に、最終的なプリントヘッド構造の一部を示す。これは、３つのグループ３９６１−３９６３に分かれており、各色が一つのグループで、各グループ、例えば３９６３は、２つの分離した、均等に接した形で配置されたインクジェットノズルの列３９６５，３９６６を構成している。ノズル３９６５，３９６６は所定の時間で射出され、インクジェットプリントヘッドの構築技術に通じた当業者に容易に理解出来る出力画像を形成する。自分のアクチュエータアーム３９６９を有する各ノズル、例えば３９６８は、非常にコンパクトな配置を形成するために、ノズル列に垂直な線に関して全体的に曲がって形成されることが好ましい。また、グループ３９６１−３９６３のひとつが、シアン、マゼンタ及び他の黄色印刷に使用される、三色装置が出来る。明らかに、４色印刷装置も必要ならば製造することが出来る。
【０６９９】
一方の側には、一連のボンドパッド、例えば３９７１が、自動接合（ＴＡＢ）ストリップを挿入するために、側部に沿って形成されている。自動接合（ＴＡＢ）ストリップは、接合のためにプリントヘッドの一端部に沿って構築されたアライメントレール、例えば３９７２により整合される。
【０７００】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップに、図５５９で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図５５８には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、パドル下方のピット、及びプリントヘッドチップの端部を規定する。
３．  エッチングされた酸化物をマスクとして、８ミクロンの深さでシリコンをエッチングする。このエッチングの側壁の傾きは、厳格なものではない（から９０度が許容される）。従って、通常の溝エッチング装置を使用することが出来る。このステップを図５６０に示す。
４．  ３ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム又はポリイミド）を配置する。
５．  マスク３を用いて、犠牲層をエッチングする。このマスクは、ヒータバイアス、ノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図５６１に示す。
６．  ０．２ミクロンのヒータ材料（例えば、窒化チタン）を配置する。
７．  マスク３を用いて、ヒータ材料をエッチングする。このマスクは、ヒータ形状を規定する。このステップを図５６２に示す。
８．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
９．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１０．  マスク４を用いて、ガラス層をエッチングする。このマスクは、ノズルチャンバ壁、パドル及びアクチュエータアームを規定する。このステップを図５６３に示す。
１１．  ６ミクロンの犠牲材料を配置する。
１２．  マスク５を用いて犠牲材料をエッチングする。このマスクは、ノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図５６４に示す。
１３．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１４．  マスク６を用いて、（約）１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図５６５に示す。
１５．  マスク７を用いて、犠牲材料層をエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバの天井とノズルそれ自身を規定する。このステップを図５６６に示す。
１６．  マスク８を用いて、シリコンウエハを貫通する形でバックエッチング（例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置）を行う。このマスクはウエハを貫通エッチングされたインク入口を規定する。ウエハはこのエッチングで小片化される。このステップを図５６７に示す。
１７．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図５６８に示す。
１８．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
１９．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
２０．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２１．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図５６９に示す。
【０７０１】
ＩＪ４０  Ｔ  の記述
この実施例では、インクを内部に有するノズルチャンバを有し、熱アクチュエータ装置がパドルに導入され、熱アクチュエータ装置が駆動されて、ノズルチャンバから射出することが出来る。実施例は、一連のテーパアクチュエータヒータを有する熱アクチュエータ装置を有し、電気を通電することにより導電的加熱を行う。アクチュエータアームは、係合形状を有し、ノズルチャンバ壁のスロット表面と実質的に係合する。
【０７０２】
図５７０から図５７２に、装置の基本的な動作を示す模式図を示す。ノズルチャンバ４００１は、ノズルチャンバ４００１が形成されたウエハ基板に貫通エッチングされたインク入口溝４００３によりインク４００２が満たされている。ノズルチャンバ４００１は更に、周囲にインクメニスカスを形成するインク排出アパチャ４００４を有している。
【０７０３】
ノズルチャンバ４００１の内部には、ノズルチャンバ４００１の壁のスロットを介してアクチュエータアーム４００８に接続されたパドル形の装置４００７が設けられている。アクチュエータアーム４００８は、アクチュエータアームの支柱端部４０１０に近接配置されたヒータ手段、例えば４００９を有する。支柱４０１０は基板に固定されている。
【０７０４】
ノズルチャンバからインクを排出するときは、図５７１に示すように、ヒータ手段４００９を加熱して熱膨張を生じさせる。好ましくは、ヒータ手段それ自身又はアクチュエータアーム４００８の他の部分は、高い曲げ効率を有する材料から構築されている。
【０７０５】
ヒータ素子に適した材料は、ガラス材料を曲げるように形成された銅ニッケル合金である。
【０７０６】
ヒータ材料は、理想的には、支柱端部４０１０に近接して配置され、支柱４０１０付近の小さな熱膨張がパドル端部での大きな動きとなるように、動作がパドル端部４００７で拡大されるようにする。
【０７０７】
加熱４００９及びその結果生じるパドルの動きが、通常、図５７１に示すように、インクメニスカス４００５周りの圧力を急速に高める。ヒータ電流が切れ、インクがノズル４００４から外部に排出され、同時にインク溝４００３からインクが流入する。次いで、パドル４００７は非駆動状態となり、その休止位置に再度戻る。非駆動は、通常インクのノズルチャンバへの再流動を生じる。ノズルリム外部のインクの前方への運動及び対応する逆方向へ流動がくびれを生じさせ、インク滴４０１２の分離を生じさせ、印字媒体に向けて進む。破壊されたメニスカス４００５は、流動溝４００３内の流れを伴って、ノズルチャンバ４００２内に通常引き込まれる。そのうち、ノズルチャンバは再補給され、図５７０に示す位置となる。ノズルチャンバは次いで、他のインク滴の排出に備える。
【０７０８】
図５７３に、実施例の単一ノズル装置の図を示す。図５７３の装置は、パドルの低エネルギ駆動を補助する構造的な多くのものを有している。
【０７０９】
第１に、アクチュエータ４００８は、窒化チタン層４０１７上に形成された上部ガラス部（アモルファス二酸化シリコン）４０１６からなる一連のテーパヒータ部分、例えば４０１５を有している。また、銅ニッケル合金層（以後、カプロニッケルと称する）も高い曲げ効率を有するものとして使用することが出来る。
【０７１０】
窒化チタン層４０１７はテーパ形状に形成され、抵抗熱が支柱端部４０１０に近い部分に生じる。窒化チタンに近接して、ガラス部がブロック部４０１９で接続され、ブロック部４０１９はアクチュエータアームの機械構造的な支持を提供する。
【０７１１】
ヒータ手段は、理想的には細長い、互いに離れた複数のテーパ部４０１５を有し、加熱時には、アクチュエータアームの軸に沿って生じる曲げ力は最大化される。隣接するテーパ部間のスロットは、各熱アクチュエータに、隣接するアクチュエータに関して、わずかに異なる動きを許容する。
【０７１２】
ブロック部４０１９は、アーム部４０２０に接続されている。アーム４０２０は、ノズルチャンバ４００１側面に形成されたスロット、例えば４０２２によりノズルチャンバ４００１内でパドル４００７に接続されている。スロット４０２２の構成は、通常アーム４０２０の表面と係合するように設計され、このアーム周辺からのインクの流出の機会を最小化している。スロット４０２２周りに作用する表面張力により、インクは通常ノズルチャンバ４００１内に保持される。
【０７１３】
アーム４００８を駆動する場合、ノズル装置に必要な制御回路及び電力を供給する下部のＣＭＯＳ層４００６に接続された、ブロック部４０１０内のバイアス（vias）を介して電流が窒化チタン層４０１７を流れる。電流は、支柱部４０１０に隣接した窒化層４０１７を加熱し、アーム４００８を通常上方に曲げ、それによりノズル４００４からインクが排出される。排出されたインク滴は、先に述べたインクジェットプリンタの通常の態様でページ上に印字される。
【０７１４】
明らかに、インク排出装置のアレイは、一つのプリントヘッドを形成するために生成される。例えば、図５７４には、多数のインク排出ノズル装置４００１が隙間無く配置され、プリントヘッドアレイを構成している様子が示されている。勿論、フルカラーアレイなどを含む、異るタイプのアレイも構成することが可能である。
【０７１５】
実施例は、窒化チタンなどの標準半導体構築材料とＭＥＭＳ工程におけるガラスの利用の間に、独特なバランスを達成している。明らかに当業者は経済性が満足される、他の材料的、設計的な特徴を選択することが出来る。例えば、５０％銅と５０％ニッケルの銅ニッケル合金を、より高いレベルの曲げ効率を持つ導電性組成物として使用することが出来る。また、単純な製造方法を提供する必要がない場合には、他の設計的な構造を用いることが出来る。
【０７１６】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの別の例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2 metal  CMOS  process）を実行する。このステップは、図５７６で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図５７５には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバ、表面のインク撥ね防止ノッチ、及びヒータ接続を規定する。このステップを図５７７に示す。
３．  １ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム又は感光性ポリイミド）を配置する。
４．  マスク２を用いて、犠牲材料層を（もし、アルミニウムの場合）エッチングし、又は（もし、感光性ポリイミドの場合）現像する。このマスクは、、ノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを図５７８に示す。
５．  ０．２ミクロンのヒータ材料（例えば、窒化チタン）を配置する。
６．  ３．４ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
７．  マスク３を用いてガラス層及びヒータ層を共にエッチングする。このマスクは、アクチュエータ、パドル及びノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図５７９に示す。
８．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
９．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１０．  マスク４を用いて、犠牲材料をエッチング又は現像する。このマスクは、ノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図５８０に示す。
１１．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１２．  マスク５を用いて、（約）１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図５８１に示す。
１３．  マスク６を用いて、犠牲材料層をエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバの天井とノズルそれ自身を規定する。このステップを図５８２に示す。
１４．  マスク７を用いて、シリコンウエハを貫通する形でバックエッチング（例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置）を行う。このマスクはウエハを貫通エッチングされるインク入口を規定する。ウエハはこのエッチングで小片化される。このステップを図５８３に示す。
１５．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図５８４に示す。
１６．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
１７．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
１８．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
１９．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図５８５に示す。
【０７１７】
ＩＪ４１  Ｔ  の記述
この実施例では、インクを内部に有するノズルチャンバ及び、パネルに接続された熱アクチュエータ装置を有する。熱アクチュエータ装置が駆動されて、ノズルチャンバからインクを射出することが出来る。実施例は、テーパ形ヒータ構造アームを有する独特な熱アクチュエータ構造装置を有し、導電性ヒータ層の列を部分的に加熱することが出来る。アクチュエータアームは、ノズルチャンバのスロットが形成された壁によりパドルと接続されている。アクチュエータアームは、係合形状を有し、ノズルチャンバ壁のスロット表面と実質的に係合する。
【０７１８】
図５８６から図５８８に、装置の基本的な動作を示す模式図を示す。ノズルチャンバ４００１は、ノズルチャンバ４１０１が形成されたウエハ基板に貫通エッチングされたインク入口溝４１０３によりインク４０１２が満たされている。ノズルチャンバ４１０１は更に、周囲にインクメニスカスを形成するインク排出アパチャ４１０４を有している。
【０７１９】
ノズルチャンバ４１０１の内部には、ノズルチャンバ４１０１の壁のスロットを介してアクチュエータアーム４１０８に接続されたパドル形の装置４１０７が設けられている。アクチュエータアーム４１０８は、アクチュエータアームの支柱端部４１１０に近接配置されたヒータ手段、例えば４１０９を有する。支柱４１１０は基板に固定されている。
【０７２０】
ノズルチャンバからインクを排出するときは、図５８７に示すように、ヒータ手段４１０９を加熱して熱膨張を生じさせる。好ましくは、ヒータ手段それ自身又はアクチュエータアーム４１０８の他の部分は、高い曲げ効率を有する材料から構築されている。
【０７２１】
ヒータ素子に適した材料は、ガラス材料を曲げるように形成された銅ニッケル合金である。
【０７２２】
ヒータ材料は、理想的には、支柱端部４１１０に近接して配置され、支柱４１１０付近の小さな熱膨張がパドル端部での大きな動きとなるように、動作がパドル端部４１０７で拡大されるようにする。加熱４１０９が、通常、図５８７に示すように、インクメニスカス４１０５周りの圧力を高め、メニスカスは急速に膨張する。ヒータ電流が切れ、インクがノズル４１０４から外部に排出され、同時にインク溝４１０３からインクが流入する。次いで、パドル４１０７は非駆動状態となり、その休止位置に再度戻る。非駆動は、通常、インクのノズルチャンバへの再流動を生じる。ノズルリム外部のインクの前方への運動及び対応する逆方向へ流動がインク滴４１１２のくびれと分離を生じさせ、インク滴は印字媒体に向けて進む。破壊されたメニスカス４１０５は、流動溝４１０３内の流れを伴って、ノズルチャンバ４１０２内に通常引き込まれる。そのうち、ノズルチャンバは再補給され、図５８６に示す位置となる。ノズルチャンバは次いで、他のインク滴の排出に備える。
【０７２３】
図５８９に、実施例の単一ノズル装置４１２０の図を示す。装置は、銅ニッケル合金（以後、カプロニッケルと称する）又は窒化チタン（ＴｉＮ）などの導電性材料からなるボトムアーム４１２２を有する、アクチュエータアーム４１２１を有している。層４１２２は端部支柱４１２４近くのテーパ状に形成された部分を含んでいる。この端部近くの層４１２２のテーパは、導電性抵抗加熱がこの支柱部分４１２４付近で生じることを意味する。
【０７２４】
層４１２２は、シリコン基板ウエハ４１２７上に標準的な方法で形成された下部のＣＭＯＳ層４１２６に接続されている。アクチュエータアーム４１２１は、ノズルチャンバ４１２８内い位置する排出パドルに接続されている。ノズルチャンバはインクが排出される排出ノズル４１２９及び入り組んだ形に形成されたスロット装置４１３０を有している。スロット装置４１３０は、アクチュエータアーム４１２１が上下に動くことが出来るように構築され、それによりスロット接続４１３０周囲のノズルチャンバ４１２８付近の領域に最小限の圧力変動が生じる。
【０７２５】
図５９０に、単一ノズルの断面図及び、アーム４１３３を介してアクチュエータアーム４１２１に接続されたパドル４１３２を含むノズルチャンバの内部構造をより詳細に示す。重要なことは、アクチュエータアーム４１２１が、前述したように、底部導電片領域４１２２を有することである。また、第２の上部片部分４１２５も有る。
【０７２６】
第１の層４１２２と同じ材料の第２の層４１２５を利用することにより、図５９１及び図５９２で述べるように、アクチュエータ位置のより正確な制御可能となる。図５９１には、例として、標準の半導体配置技術を用いて高いヤング率を有する材料４１４０が配置され、その上には、より低いヤング率を有する第２の層４１４１が配置されている。しかし、この配置は高い熱を生じやすい。冷却時に、二つの層は異なる熱膨張係数を有し、異なるヤング率を有する。したがって、室温内では熱応力が生じ、二つの材料層は４１４２に示すように曲がってしまう。
【０７２７】
図５９２に示すように、高いヤング率を有する材料を更に配置すると、材料４１４１が二つの層４１４０の間にサンドイッチされることとなる。冷却時には、二つの層は互いに引っ張り合い、たとえどんな運転温度でも、結果的により平面的な構造４１４５となる。この原理が、図５９０の二つの層４１２２，４１２５を配置した点に用いられている。
【０７２８】
図５８９及び図５９０で、実施例の重要な特徴は、スロットの形成された装置４１３０である。スロットの形成された装置はアクチュエータアーム４１２１を上下に動かし、これによりパドルも上下に動き、インクを排出する。スロット装置４１３０は、アクチュエータアーム４１２１接続を介したインクの外部流出を最小化し、この領域の圧力上昇を最小限にする。アクチュエータアームのベース４１３３は外側に伸び、パドル表面と拡張した接続を形成し、良好な取り付け状態を提供する。ブロックアーム４３６に接続された面４１３３は、高い剛性を提供する。アクチュエータアーム４１３６とノズルチャンバ４１２８の壁は、通常波形の性質を有し、当該接続を介したインクの流出を減少する。ブロック部４１３６に近接したノズルチャンバの外表面には、リム４１３７が設けられ、ノズルチャンバからインクが外部に流出することを最小限にしている。ピット４１３７も同様な目的で形成されている。ピット４１３７は下方のＣＭＯＳ層４１２６内に形成されている。インク補給溝４１３９が、ウエハをノズルの後表面へ貫通エッチングする形で形成されている。
【０７２９】
図５９３から図６００に、実施例に基づく単一ノズル構築に際した製造ステップを述べる。
【０７３０】
製造には、マイクロエレクトロメカニカルシステムが使用される。マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の一般的な紹介については、この分野における最近の進展と会議に関する手続が記載された、ＳＰＩＥ(International  Society  for  Optical  Engineering)第２６４２及び２８８２巻の手続を含む、この分野における標準手続が参照される。
１．  実施例は、インクジェットノズルを駆動するために必要な全ての電気的な接続を有する、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）が完成された、両面研磨されたウエハから開始する。
２．  図５９３に示すように、ＣＭＯＳウエハをシリコン層４１２７までエッチダウンする。このエッチングは、アルミニウムＣＭＯＳ層４１５１，４１５２までエッチダウンすることを含む。
３．  次に、図５９４に示すように、１ミクロンの犠牲材料４１５５を配置する。犠牲材料は、アルミニウム又は感光性ポリイミドである。
４．  ノズルリム４１５６の領域と押し下げられたパドル領域４１５７の犠牲材料層を、もし、アルミニウムの場合にはエッチングし、もし、感光性ポリイミドの場合には露光、現像する。
５．  次に、１ミクロンのヒータ材料（カプロニッケル又は窒化チタン）を配置する４１６０。
６．  ３．４ミクロンのＰＥＣＶＤガラス４１６１を配置する。
７．  第１の層４１６０と同じ第２の層４１６２を、次いで配置する。
８．  この全ての三つの層４１６０−４１６２を、同じマスクを用いてエッチングする。単一のマスクを用いることにより、アクチュエータアーム４１３６とノズルチャンバ４１２８のパドル構造を構築する際の処理工程の複雑さを実質的に減らすことが出来る。図５９５に、その構造を示す。重要なことは、切欠き４１６３が、パドル部分からヒータ部分の電気的な絶縁を確保するために設けられる。
９．  次に、図５９６に示すように、１０ミクロンの犠牲材料４１７０が配置される。
１０．  ノズルリムエッチング穴４１７１，ブロック部穴４１７２及び支柱部４１７３を含む第４のマスクを用いて、配置された層をエッチング（又は、ポリイミドの場合には、現像）する。
１１．  次に、１０ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置し、ノズルリム４１７１、アーム部４１７２及び支柱部４１７３を形成する。
１２．  ガラス層を化学的機械的平面化（ＣＭＰ）を用いて、平面化する。その結果の構造を、図５９６に示す。
１３．  図５９６に示すように、３ミクロンのＰＥＣＶＤガラス層を配置する。
１４．  図５９７に示すように、配置されたガラスを約ミクロンの深さでエッチングし、ノズルリム部分４１８１及びアクチュエータ接続部４１８２を形成する。
１５．  図５９８に示すように、第６のマスクを用いてガラス層をエッチングし、最終的なノズル部４１８１及びアクチュエータガイド部４１８２を形成する。
１６．  図５９９に示すように、マスク７を用いて、ウエハの背部からインク補給溝をバックエッチング４１８５する。このエッチングは、ＳＴＳアドバースドシリコンエッチング装置（ＡＳＥ）などの高精度深シリコン溝エッチング装置を用いて行うことが出来る。そのステップは、ウエハを殆ど完全に小片化するためにも使用することが出来る。
１７．  次に、図６００に示すように、犠牲材料を、はぎ取るか、溶解させ、また、必要に応じて、ウエハを完全に小片化する。
１８．  次に、プリントヘッドは個別的に、インクをインク補給溝に供給する、取り付けられた成形済みプラスチックインク溝上に装着される。
１９．  電気制御回路及び電源供給を、プリントヘッドの端部にＴＡＢフィルムを用いて接続する。
２０．  通常、必要ならば、プリントヘッドの表面を疎水性化し、外部表面に沿ったインクの撥ね出しを最小限にする。続いて、運転特性を決定するテストを行うことが出来る。
【０７３１】
重要なことは、図６０１の平面図で示すように、ヒータ素子が支柱４１７３に隣接したテーパ部を有し、支柱付近で最大の加熱行えるようにすることである。
【０７３２】
勿論、インクジェットプリントヘッド構造の異なる形態可能である。例えば、図６０２に、二つの間隔を空けた列４１９０，４１９１を有する単色プリントヘッドの部分を示す。二つの列は、２段階の排出でインクの完全な線を印字することが出来るように密接して配列されている。好ましくは、ガイドレール４１９２が、ＴＡＢフィルムの接合パッドに対する適正なアライメントを保持するために形成される。第２の保護バリヤ４１９４を配置することが望ましい。好ましくは、図６０３に示すように、隣接するアームは、密接して逆方向に配置される。
【０７３３】
図６０３に、各連が異なる色を供する、三連のインクジェットノズル４１９４、４１９６を有するフルカラープリントヘッド装置を示す。ガイドレール４１９８，４１９６が、接合パッド、例えば４２００に加えて設けられている。図６０３では、アクチュエータアームが密接配置されたフルカラープリントヘッド部分のレイアウトプランを示す。
【０７３４】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの別の例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて、形成する。このステップにおけるウエハの特徴は、図６０５で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図６０４には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、酸化物をシリコン又はアルミニウムまでエッチダウンする。このマスクは、ノズルチャンバ、表面の撥ね出し防止ノッチ及びヒータ接続を規定する。このステップを図６０６に示す。
３．  １ミクロンの犠牲材料（例えば、アルミニウム又は感光性ポリイミド）を配置する。
４．  マスク２を用いて、犠牲材料層を（もし、アルミニウムの場合）エッチングし、又は（もし、感光性ポリイミドの場合）現像する。このマスクは、ノズルチャンバ壁とアクチュエータアンカーポイントを規定する。このステップを図６０７に示す。
５．  １ミクロンのヒータ材料（例えば、カプロニッケル又は窒化チタン）を配置する。もし、カプロニッケルの場合には、配置は、例えば、ＴｉＮなどの薄い耐腐食層、次いで、種層、更に１ミクロンのカプロニッケルの電気メッキからなる、三つのステップから構成される。
６．  ３．４ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
７．  ステップ５と同じ層を配置する。
８．  マスク３を用いて、ヒータ材料の両層及びガラス層をエッチングする。このマスクは、アクチュエータ、パドル及びノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図６０８に示す。
９．  ウエハの試験。この時点で、全ての電気的接続が完成される。接合パッドにはアクセスが可能である。チップはまだ分離されていない。
１０．  １０ミクロンの犠牲材料を配置する。
１１．  マスク４を用いて、犠牲材料をエッチング又は現像する。このマスクは、ノズルチャンバ壁を規定する。このステップを図６０９に示す。
１２．  ３ミクロンのＰＥＣＶＤガラスを配置する。
１３．  マスク５を用いて、（約）１ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはノズルリムを規定する。このステップを図６１０に示す。
１４．  マスク６を用いて、犠牲層をエッチダウンする。このマスクはノズルチャンバの天井とノズルそれ自身を規定する。このステップを図６１１に示す。
１５．  マスク７を用いて、シリコンウエハを貫通する形でバックエッチング（例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置）を行う。このマスクはウエハを貫通エッチングされるインク入口を規定する。ウエハはこのエッチングで小片化される。このステップを図６１２に示す。
１６．  犠牲材料をエッチングする。このエッチングにより、ノズルチャンバが現れ、アクチュエータが生成され、チップが分離される。このステップを、図６１３に示す。
１７．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
１８．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
１９．  プリントヘッドの前表面を疎水性化する。
２０．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図６１４に示す。
【０７３５】
ＩＪ４２  Ｔ  の記述
本実施例は、インクは、インク排出穴の周囲に放射状に配置された一連の熱アクチュエータを用いて、ノズルチャンバ内のインクを圧縮し、インク排出を起こさせることにより、ノズルチャンバからインク排出穴を介して排出される。
【０７３６】
図６１５から図６１７に、実施例の動作原理を示す。図６１５に、休止位置にある単一ノズルチャンバ装置４２０１を示す。装置４２０１は通常はインクが満たされているノズルチャンバ４２０２を有しており、インク排出ノズル４２０４の周囲にメニスカス４２０３を形成する。ノズルチャンバ４２０２は、ウエハ４２０５内に形成されている。ノズルチャンバ４２０２は、高度等方性プラズマエッチングを用いて、ウエハ４２０５をエッチングすることにより形成されるインク補給溝４２０６からインクが供給される。適切なエッチング装置としては、英国のサーフィステクノロジーシステムから入手可能なアドバーンスドシリコンエッチングシステム（ＡＳＥ）がある。
【０７３７】
ノズルチャンバ装置４２０１の上部には、放射状に配置された一連の熱アクチュエータ装置、例えば４２０８，４２０９が設けられている。装置は内部に曲がりくねった銅の芯を有する、一連のポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）アクチュエータを有している。銅の芯を加熱すると、周囲のテフロンが迅速に膨張し、アクチュエータ４２０８，４２０９が通常、下方に動く。そして、インクをインク排出ノズル４２０４から排出する場合には、電流をアクチュエータ４２０８，４２０９に通し、図６１６に示すように、全体的に下方に曲げる。アクチュエータ４２０８，４２０９の下方への曲げ動作により、ノズル４２０２内の圧力が実質的に上昇する。ノズルチャンバ４２０２内の圧力の素早い上昇は、図６１６に示すように、メニスカス４２０３の素早い膨張を生じさせる。
【０７３８】
アクチュエータは、限られた時間のみＯＮされ、続いて、ＯＦＦとなる。僅か後に、図６１７に示すように、アクチュエータ４２０８，４２０９は迅速にそのオリジナル位置に戻る。これは、通常インクの流れが生じ、メニスカス４２０３のくびれ及び分離が生じ、インク滴４２１２が排出される。メニスカスのくびれ及び分離は、インク滴４３１２に関連したインクの前方への動きとなり、またアクチュエータ４２０８，４２０９のオリジナル位置への戻りの結果、後方への圧力が生じる。アクチュエータの戻りは、表面張力効果により、インク補給溝からのインク４２０６の全体的な移動を生じさせ、結果的に状態は、図６１５に示した休止状態に戻る。
【０７３９】
図６１８（ａ）及び図６１８（ｂ）は、熱アクチュエータの原理的な動作を示す。熱アクチュエータは、好ましくは、高い熱膨張率を有する材料４２１４から形成される。材料４２１４の中には、電流を通し得る一連の導電性素子からなる、一連のヒータ素子、例えば４２１５が埋め込まれている。導電性素子４２１５は該素子に通電することにより加熱され、それにより加熱素子の周辺領域は温度が全般的に上昇する。温度の上昇は、熱膨張率の高いＰＴＦＥの対応する膨張を招く。そして、図６１８（ｂ）に示すように、ＰＴＦＥは全体的に下方に曲がる。
【０７４０】
図６１９に、概要を前述した、原理に基づいて構築されたノズル装置の断面斜視図を示す。ノズルチャンバ４２０２は、ウエハ表面４２０５の等方性表面エッチングを用いて構築することが出来る。ウエハ表面４２０５は、全ての必要な電力及び駆動回路を含むＣＭＯＳ層を有している。更に、一連の葉形又は花びら形アクチュエータ、例えば４２０８，４２０９は、それぞれが、アクチュエータ装置の実質的な膨張の妨げにならないように、曲がりくねった形に巻かれた内部銅芯、例えば４２１７を有している。アクチュエータの動作は、図６１８（ａ）及び図６１８（ｂ）に示したものと似ている。駆動に際しては、花びら、例えば４２０８は前述したように、下方に曲がる。インク補給溝４２０６は、プラズマエッチング装置などを用いたウエハの深シリコンバックエッチングにより生成することが出来る。銅又はアルミニウムのコイル、例えば４３１７は、各花びらの周囲に完全な回路を形成している。金属とＰＴＦＥ部を有する中央アーム４２１８は、導電性ヒータの電流トレースの他に、花びら装置を支持する主要構造を構成する。
【０７４１】
図６２０から図６２７に、実施例の原理に基づいて動作するプリントヘッド装置の製造の一例を説明する。装置は、好ましくは、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭＳ）技術と以下の構築技術が使用される。
【０７４２】
図６２０に、最初の工程が実行される材料は、完成されたＣＭＯＳ層４２２１を有する標準的な半導体ウエハ４２２０であり、そこに最初の金属層を形成する。最初の金属層は、熱アクチュエータに電力を供給するために使用される、部分、例えば４２２２を有する。
【０７４３】
図６２１に示す、最初のステップは、適当なマスクを用いてノズル領域をシリコンウエハ４２２０までダウンエッチングすることである。
【０７４４】
次に、図６２２に示すように、２ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層を配置し、多くのレベルの接続用バイアス(vias)、例えば４２２４をエッチングすることである。
【０７４５】
次に、図６２３に示すように、第２の金属層が配置され、マスクされ、エッチングされてヒータ構造４２２５を生成する。ヒータ構造４２２５は、下層のアルミニウム層との接続４２２６を有している。
【０７４６】
次に、図６２４に示すように、更に２ミクロンのＰＴＦＥを配置し、ノズルリムマスクを用いて１ミクロンの深さでエッチングし、ＰＴＦＥ層に沿ったインク撥ねを防止するインク流ガイドレール、例えば４２２９とノズルリム４２２８を生成する。ガイドレール、例えば４２２９は、薄い小さなスロットに囲まれており、表面張力がこれらのスロットの周囲に強く作用し、運転中のインクの外部流出を最小化している。
【０７４７】
次に、図６２５に示すように、ＰＴＦＥはノズル及びパドルマスクを用いてエッチングされ、ノズル部４２３０及びスロット、例えば４２３１及び４２３２を規定する。
【０７４８】
次に、図６２６に示すように、ＫＯＨなどの標準的な結晶学的エッチング液を用いて、ウエハに、〈１１１〉面上で結晶カリグラフィエッチングを行う。エッチングによりチャンバ４２３２が、インク排出ノズルの直下に形成される。
【０７４９】
次に、図６２７に示すように、インク補給溝４２３４を、英国のシリコンテクノロジースイシテムのＳＴＳエッチング装置等の、高度異方性エッチング装置を用いて、ウエハの背後からエッチングする。
【０７５０】
明らかに、インクジェットノズルのアレイは、プリントヘッドの部分を同時に形成し、ＳＴエッチエッチング処理により小片化する形で、図６２８に示したアレイ４２３６の一部として同時に形成することが出来る。アレイ４２３６は、各分離列が、ウエハの背後から供給される異なる色のインク補給溝に装着された、４列の印刷を行うことが出来る。接合パッド４２３７が排出機構の電気的な制御を提供する。
【０７５１】
この方法で、大きなページ幅のプリントヘッドを形成することが出来、ドロップオンデマンド形のインク排出機構を提供することが出来る。
【０７５２】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one poly,  2  metal  CMOS  process）を完成させる。このステップは、図６３０で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図６２９には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化物層をシリコン又は第２レベル金属までエッチダウンする。このマスクは、ノズル穴、チップの端部を規定する。このステップを図６３０に示す。
３．  親水性ポリマーの薄い層（図示せず）を配置し、このポリマーの表面をＰＴＦＥの接着のために処理する。
４．  １．５ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を配置する。
５．  マスク２を用いて、ＰＴＦＥとＣＭＯＳ酸化層を第２レベル金属までエッチングする。このマスクは、ヒータ電極の接続バイアス(vias)を規定する。このステップを、図６３１に示す。
６．  マスク３を用いて、リフトオフプロセスにより、０．５ミクロンの金を配置、パターニングする。このマスクは、ヒータパターンを規定する。このステップを図６３２に示す。
７．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
８．  マスク４を用いて、ＰＴＦＥを１ミクロン、エッチングする。このマスクは、ノズルリムと、ノズルチャンバの端部のリムを規定する。このステップを図６３３に示す。
９．  マスク５を用いて、ＰＴＦＥ層と薄い親水性層をシリコンまでエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータの花びら端部のギャップとチップの端部を規定する。このエッチングは、引き続く結晶学的エッチングのマスクも形成する。このステップを図６３４に示す。
１０．  ＫＯＨを用いて、露出したシリコンを結晶学的にエッチングする。このエッチングは、〈１１１〉結晶面で停止する。これにより、５４．７４度の側壁角度を有する逆四角錐が形成される。このステップを図６３５に示す。
１１．  マスク６を用いて、シリコンウエハを貫通する形でバックエッチング（例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）を行う。このマスクはウエハを貫通エッチングされるインク入口を規定する。ウエハはこのエッチングで小片化される。このステップを図６３６に示す。
１２．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
１３．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
１４．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図６３７に示す。
【０７５３】
ＩＪ４３  Ｔ  の記述
本実施例は、インクは、インク排出穴の周囲に放射状に配置された一連の熱アクチュエータ装置を用いて、ノズルチャンバ内のインクを圧縮し、インク排出を起こさせることにより、ノズルチャンバからインク排出穴を介して排出される。
【０７５４】
図６３８から図６４０に、実施例の動作原理を示す。図６３８に、休止位置にある単一ノズルチャンバ装置４３０１を示す。装置４３０１は通常はインクが満たされているノズルチャンバ４３０２を有しており、インク排出ノズル４３０４の周囲にメニスカス４３０３を形成する。ノズルチャンバ４３０２は、ウエハ４３０５内に形成されている。ノズルチャンバ４３０２は、高度等方性プラズマエッチングを用いて、ウエハ４３０５を貫通エッチングすることにより形成されるインク補給溝４３０６からインクが供給される。適切なエッチング装置としては、英国のサーフィステクノロジーシステムから入手可能なアドバーンスドシリコンエッチングシステム（ＡＳＥ）がある。
【０７５５】
ノズルチャンバ装置４３０１の上部には、放射状に配置された一連の熱アクチュエータ装置、例えば４３０８，４３０９が設けられている。装置は内部に曲がりくねった銅の芯を有する、一連のポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層アクチュエータを有している。銅の芯を加熱すると、周囲のＰＴＦＥが迅速に膨張し、アクチュエータ４３０８，４３０９が通常、下方に動く。そして、インクをインク排出ノズル４３０４から排出する場合には、電流をアクチュエータ４３０８，４３０９に通し、図６３９に示すように、全体的に下方に迅速に曲げる。アクチュエータ４３０８，４３０９の下方への曲げ動作により、ノズルチャンバ４３０２内の圧力が実質的に上昇する。ノズルチャンバ４３０２内の圧力の素早い上昇は、図６３９に示すように、メニスカス４３０３の素早い膨張を生じさせる。
【０７５６】
アクチュエータは、限られた時間のみＯＮされ、続いて、ＯＦＦとなる。僅か後に、図６４０に示すように、アクチュエータ４３０８，４３０９は迅速にそのオリジナル位置に戻る。これにより、通常、ノズルチャンバへ戻るインクの流が生じ、メニスカス４３０３のくびれ及び分離が生じ、インク滴４３１２が排出される。メニスカスのくびれ及び分離は、インク滴４３１２に関連したインクの前方への動きとなり、またアクチュエータ４３０８，４３０９のオリジナル位置への戻りの結果、後方への圧力が生じる。アクチュエータの戻りは、表面張力効果により、インク補給溝からのインク４３０６の全体的な移動を生じさせ、結果的に状態は、図６３８に示した休止状態に戻る。
【０７５７】
図６４１（ａ）及び図６４１（ｂ）は、熱アクチュエータの原理的な動作を示す。熱アクチュエータは、好ましくは、高い熱膨張率を有する材料４３１４から形成される。材料４３１４の中には、電流を通し得る一連の導電性素子からなる、一連のヒータ素子、例えば４３１５が埋め込まれている。導電性素子４３１５は該素子に通電することにより加熱され、それにより加熱素子の周辺領域は温度が全般的に上昇する。温度の上昇は、熱膨張率の高いＰＴＦＥの対応する膨張を招く。そして、図６４１（ｂ）に示すように、ＰＴＦＥは全体的に下方に曲がる。
【０７５８】
図６４２に、概要を前述した、原理に基づいて構築されたノズル装置の断面斜視図を示す。ノズルチャンバ４３２０２は、ウエハ表面４３０５の等方性表面エッチングを用いて構築することが出来る。ウエハ表面４３０５は、全ての必要な電力及び駆動回路を含むＣＭＯＳ層を有している。更に、一連の葉形又は花びら形アクチュエータ、例えば４３０８，４３０９は、それぞれが、アクチュエータ装置の実質的な膨張の妨げにならないように、曲がりくねった形に巻かれた内部銅芯、例えば４３１７を有している。アクチュエータの動作は、図６４１（ａ）及び図６４１（ｂ）に示したものと似ている。駆動に際しては、花びら、例えば４３０８は前述したように、下方に曲がる。インク補給溝４３０６は、プラズマエッチング装置などを用いたウエハの深シリコンバックエッチングにより生成することが出来る。銅又はアルミニウムのコイル、例えば４３１７は、各花びらの周囲に完全な回路を形成している。金属とＰＴＦＥ部を有する中央アーム４３１８は、導電性ヒータの電流トレースの他に、花びら装置を支持する主要構造を構成する。
【０７５９】
図６４３から図６５０に、実施例の原理に基づいて動作するプリントヘッド装置の製造の一例を説明する。装置は、好ましくは、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭＳ）技術と以下の構築技術が使用される。
【０７６０】
図６４３に、最初の工程が実行される材料は、完成されたＣＭＯＳ層４３２１を有する標準的な半導体ウエハ４３２０であり、そこに最初の金属層を形成する。最初の金属層は、熱アクチュエータに電力を供給するために使用される、部分、例えば４３２２を有する。
【０７６１】
図６４４に示す、最初のステップは、適当なマスクを用いてノズル領域をシリコンウエハ４３２０までダウンエッチングすることである。
【０７６２】
次に、図６４５に示すように、２ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層を配置し、多くのレベルの接続用バイアス(vias)、例えば４３２４をエッチングすることである。
【０７６３】
次に、図６４６に示すように、第２の金属層が配置され、マスクされ、エッチングされてヒータ構造４３２５を生成する。ヒータ構造４２２５は、下層のアルミニウム層との接続４３２６を有している。
【０７６４】
次に、図６４７に示すように、更に２ミクロンのＰＴＦＥを配置し、ノズルリムマスクを用いて１ミクロンの深さでエッチングし、ＰＴＦＥ層に沿ったインク撥ねを防止するインク流ガイドレール、例えば４３２９とノズルリム４３２８を生成する。ガイドレール、例えば４３２９は、薄い小さなスロットに囲まれており、表面張力がこれらのスロットの周囲に強く作用し、運転中のインクの外部流出を最小化している。
【０７６５】
次に、図６４８に示すように、ＰＴＦＥはノズル及びパドルマスクを用いてエッチングされ、ノズル部４３３０及びスロット、例えば４３３１及び４３３２を規定する。
【０７６６】
次に、図６４９に示すように、ＫＯＨなどの標準的な結晶学的エッチング液を用いて、ウエハに、〈１１１〉面上で結晶カリグラフィエッチングを行う。エッチングによりチャンバ４３３２が、インク排出ノズルの直下に形成される。
【０７６７】
次に、図６５０に示すように、インク補給溝４３３４を、英国のシリコンテクノロジーシステムのＳＴＳエッチング装置等の、高度異方性エッチング装置を用いて、ウエハの背後からエッチングする。
【０７６８】
明らかに、インクジェットノズルのアレイは、プリントヘッドの部分を同時に形成し、ＳＴエッチエッチング処理により小片化する形で、図６５１に示したアレイ４３３６の一部として同時に形成することが出来る。アレイ４３３６は、各分離列が、ウエハの背後から供給される異なる色のインク補給溝に装着された、４列の印刷を行うことが出来る。接合パッド４３３７が排出機構の電気的な制御を提供する。
【０７６９】
この方法で、大きなページ幅のプリントヘッドを形成することが出来、ドロップオンデマンド形のインク排出機構を提供することが出来る。
【０７７０】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を完成させる。このステップは、図６５３で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図６５２には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化物層をシリコン又は第２レベル金属までエッチダウンする。このマスクは、ノズル穴、チップの端部を規定する。このステップを図６５３に示す。
３．  親水性ポリマーの薄い層（図示せず）を配置し、このポリマーの表面をＰＴＦＥの接着のために処理する。
４．  １．５ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を配置する。
５．  マスク２を用いて、ＰＴＦＥとＣＭＯＳ酸化層を第２レベル金属までエッチングする。このマスクは、ヒータ電極の接続バイアス(vias)を規定する。このステップを、図６５４に示す。
６．  マスク３を用いて、リフトオフプロセスにより、０．５ミクロンの金を配置、パターニングする。このマスクは、ヒータパターンを規定する。このステップを図６５５に示す。
７．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
８．  マスク４を用いて、ＰＴＦＥを１ミクロン、エッチングする。このマスクは、ノズルリムと、ノズルチャンバの端部のリムを規定する。このステップを図６５６に示す。
９．  マスク５を用いて、ＰＴＦＥ層と薄い親水性層をシリコンまでエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータの花びら端部のギャップとチップの端部を規定する。このエッチングは、引き続く結晶学的エッチングのマスクも形成する。このステップを図６５７に示す。
１０．  ＫＯＨを用いて、露出したシリコンを結晶学的にエッチングする。このエッチングは、〈１１１〉結晶面で停止する。これにより、５４．７４度の側壁角度を有する逆四角錐が形成される。このステップを図６５８に示す。
１１．  マスク６を用いて、シリコンウエハを貫通する形でバックエッチング（例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置）を行う。このマスクはウエハを貫通エッチングされるインク入口を規定する。ウエハはこのエッチングで小片化される。このステップを図６５９に示す。
１２．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
１３．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
１４．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図６６０に示す。
【０７７１】
ＩＪ４４  Ｔ  の記述
実施例は、一連のノズル装置から形成されたインクジェット印字装置を示す。各ノズル装置は、断面がＬ字形を有する熱表面アクチュエータ装置と、パドルアクチュエータが、とても低いエネルギーレベルでノズルからのインク滴の排出を可能とする、エアーベアリングエッジを有する。
【０７７２】
図６６１及び図６６３に、実施例の動作原理を示す。図６６１には、インクノズルチャンバ４４０２を有する単一のノズル装置４４０１の模式断面図を示す。インクノズルチャンバ４４０２は、インク補給溝４４０３からインクの補給を受けるインク補給部である。ノズルリム４４０４には、休止状態で僅かに膨らんだメニスカス４４０５が横断形成されている。曲げアクチュエータ装置４４０７は、ノズルチャンバの上表面上に形成されており、ノズルチャンバ壁の表面４４０９に全体的に並行となるように形成し、“エアーベアリングスロット”を形成するサイドアーム４４０８を有している。“エアーベアリングスロット”は、曲げアクチュエータ４４０７の低エネルギ駆動を補助する。理想的には、曲げアクチュエータ４４０７の前表面は疎水性であり、メニスカス４４１２が、曲げアクチュエータ４４０７と表面４４０９間に、スロット４４１０内にエアーポケット４４１０を形成する形で形成される。
【０７７３】
ノズルリム４４０４からインク滴を排出する場合には、図６６２に示すように、曲げアクチュエータ４４０７が素早く下方に曲がる。アクチュエータ４４０７の素早い下方への移動により、ノズルチャンバ４２０２内のインク圧力が上昇する。これにより、ノズルリム４４０４周囲のインクが外部に流出し、メニスカス４４０５が全体的に膨張する。メニスカス４４０５は、低い運動量を受ける。
【０７７４】
アクチュエータ装置４４０７は切れ、図６６３に示すように、そのオリジナル位置にゆっくりと戻る。アクチュエータ４４０７がオリジナル位置に戻ると、ノズルチャンバ４２０２内の圧力が減少し、ノズルチャンバ４２０２内へのインクの全体的な逆流が生じる。ノズルチャンバ外側のインクの前方への運動量とインクの逆流４４１５により、インク滴４４１４の全体的なくびれと切断が生じる。表面張力がインク補給溝４４０３を介してノズルチャンバ内へインクを引き込む。ノズルチャンバ４４０３内のインクの引き込みは、図６６１の休止位置となるまで続く。
【０７７５】
アクチュエータ装置４４０７は、導電性芯を介して電流を通過させることにより、加熱される熱アクチュエータを有する。好ましくは、アクチュエータは、高いレベルの膨張率を有する、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）のような材料で囲まれた導電性芯を有する。図６６４に示すように、導電性芯４４２３は、好ましくは、曲がりくねった形状に形成され、高い熱膨張率を有する材料４４２４内に収容されている。図６６４（ｂ）に示すように、導電性芯４４２３を加熱すると、材料４４２４は大いに膨張し、下方に曲がり始める。
【０７７６】
図６６５に、図６６２で述べた状態の、単一ノズル装置の一部断面斜視図を示す。ノズル装置４４０１は、実際にはＭＥＭＳ技術を用いて、半導体ウエハ４４２０上に形成することが画出来る。
【０７７７】
シリコンウエハ４４２０は、好ましくは、一連のノズル装置４４０１の全制御に必要な適切な電気回路を含んだＣＭＯＳ層４４２１を含み、全体でプリントヘッド装置を形成する。ＣＭＯＳ層の４４２１の上には、ガラス層４４２２及び曲がりくねった銅コイル４４２３に通電することにより駆動されるアクチュエータ４４０７を有する。銅コイル４４２３は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）層４４２４の上部に収容されている。コイル４４２３に通電すると、コイル４４２３はＰＴＦＥ層４４２４と同様に加熱される。ＰＴＦＥは非常に高い熱膨張率を有するので、迅速に膨張する。曲がりくねった形状に形成されたコイル４４２３はＰＴＦＥ層４４２４の膨張と共に膨張する。ＰＴＦＥ層４４２４は縁部４４０８を有し、縁部は膨張により、前述したように汲み上げるような動きを示す。この汲み上げるような動きにより、メニスカス４４０５は全体的に膨張し、続いてインク滴が排出される。ノズルチャンバ４４０４は、後に、インク補給溝４４０３を通ってインクが表面張力により引き込まれ、再補給される。インク補給溝４４０３は、高等方性シリコン溝エッチング装置を用いてウエハを貫通エッチングされて形成される。従って、インクはウエハの後表面に供給され、アクチュエータ４４０７の動きで排出される。サイドアーム４４０８とチャンバ壁４４０９の間のギャップは、インク滴の排出に必要なエネルギを低く抑える、実質的な呼吸（breathing）効果を発揮することが出来る。
【０７７８】
明らかに、図６６５の装置４４０１を多数、一つのウエハ上に集約形成して、プリントヘッドとすることが出来、必要に応じてその大きさも変更することが出来る。図６６６に、三色印刷が可能に設計されたアレイ４４３０の一例を示す。各色は、二つの間隔を空けて設けられたノズル装置列４３３４からなる。三つのグループ、４３３１，４３３２及び４３３３か構成され、各グループは、異なるインクが供給され、フルカラー印刷が可能となる。加えて、接合パッド、例えば４４３６がＴＡＢ接合制御信号を供給するためにプリントヘッド４４３０に設けられている。明らかに、図６６６の装置４４３０は、プリントヘッドの一部を示すのみであり、その長さは、必要に応じて決定することが出来る。
【０７７９】
本実施例の主要な教示に基づいて動作する、一体成形インクジェットプリントヘッドを製造するために使用することの出来る詳細な製造過程の一つの例を、以下のステップを行いつつ実行することが出来る。
１．  両面研磨されたウエハを使用し、駆動トランジスタ、データ分配及びタイミング回路を、０．５ミクロン、１ポリ、２金属ＣＭＯＳプロセス（a  0.5  micron,  one  poly,  2  metal  CMOS  process）を用いて完成させる。このステップにおけるウエハの特徴は、図６６８で示される。説明の明瞭化のために、これらの図はノットスケールで示し、ノズルの切断面の向こう側の断面を表示しない。図６６７には、これらの製造過程を示す図及び他の参照されるインクジェット構造の、多様な材料を示すキーとなる表示を示す。
２．  マスク１を用いて、ＣＭＯＳ酸化物層をシリコン又は第２レベル金属までエッチダウンする。このマスクは、ノズル穴、チップの端部を規定する。このステップにおけるウエハの特徴は、図６６８で示される。
３．  酸化物をマスクとして使用して、シリコンを２０ミクロンの深さでエッチングする。このステップを図６６９に示す。
４．  ２３ミクロンの犠牲材料を配置し、ＣＭＰを用いて、酸化物層まで平面化する。このステップを図６７０に示す。
５．  マスク２を用いて、犠牲材料を１５ミクロンの深さでエッチングする。このマスクはアクチュエータの端部の垂直パドルを規定する。このステップを図６７１に示す。
６．  親水性ポリマーの薄い層（図示せず）を配置し、このポリマーの表面をＰＴＦＥの接着のために処理する。
７．  １．５ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を配置する。
８．  マスク３を用いて、ＰＴＦＥとＣＭＯＳ酸化層を第２レベル金属までエッチングする。このマスクは、ヒータ電極の接続バイアス(vias)を規定する。このステップを、図６７２に示す。
９．  マスク４を用いて、リフトオフプロセスにより、０．５ミクロンの金を配置、パターニングする。このマスクは、ヒータパターンを規定する。このステップを図６７３に示す。
１０．  １．５ミクロンのＰＴＦＥを配置する。
１１．  マスク５を用いて、ＰＴＦＥを１ミクロン、エッチングする。このマスクは、ノズルリムと、ノズルチャンバの端部のリムを規定する。このステップを図６７４に示す。
１２．  マスク６を用いて、ＰＴＦＥ層と薄い親水性層を犠牲層までエッチダウンする。このマスクは、アクチュエータの端部のギャップとパドルを規定する。このステップを図６７５に示す。
１３．  マスク７を用いて、シリコンウエハを犠牲層までバックエッチング（例えばサーフィステクノロジーシステムのＡＳＥアドバーンスドシリコンエッチング装置を用いる）する。このマスクはウエハを貫通エッチングされるインク入口を規定する。このステップを図６７６に示す。
１４．  犠牲層をエッチングする。ウエハはこのエッチングにより小片化される。
１５．  プリントヘッドを容器に装着する。この容器は、適当な色のインクをウエハの背後のインク入口に供給するためのインク溝が導入された、プラスチック形成された成型部材でもよい。
１６．  プリントヘッドを中継装置に接続する。空気流の乱れが最小限となるような低い輪郭での接続のために、ＴＡＢを使用しても良い。プリンタが紙との間に十分な間隙を保持して運転される場合には、ワイヤ接続を使用しても良い。
１７．  完成したプリントヘッドにインクを満たし、プリントヘッドをテストする。インクの満たされたノズルを、図６７７に示す。
勿論、熱アクチュエータ構築の他の方法を使用することが出来る。インクジェットプリンタなどの、ＭＥＭＳ装置に一般的に用られる、より複雑な熱アクチュエータの構築の一形態を述べる。
【０７８０】
図６７８に、別の実施例として、ＭＥＭＳアクチュエータ構造４５２０，５４２１，４５２２及び４５２３を示す。図６７９には、この別の実施例の、単一熱アクチュエータの部分断面拡大斜視図を示す。各アクチュエータ、例えば４５２０は、冷却共通電流ライン５４１６に接続４５１４された、３つの波形熱素子４５１１，５４１２及び４５１３を基礎としている。二つのヒータ素子４５１１、４５１２はアクチュエータ４５２０の底部層に形成され、ヒータ素子４５１３と共通ライン４５１６は、アクチュエータ４５２０の上部層に形成されている。各素子４５１１，４５１２，４５１３，４５１４及び４５１６は、半導体製造技術を用いて配置された銅から形成することが出来る。線４５１１，４５１２，４５１３，４５１４及び４５１６は、高い熱膨張率を有するポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）（ＰＴＦＥ）層、例えば４５１８内に“収容”されている。ＰＴＦＥ層は、対応する銅層４５１２，４５１３，４５１４及び４５１６の熱膨張率よりも遙かに大きな熱望秒率を有している。ヒータ素子４５１１−４５１３は、従って、曲がりくねった形に形成され、加熱冷却時にヒータ素子が蛇腹式に折り畳まれることか出来、ＰＴＦＥ層４５１８の膨張に実質的に追随することが出来る。共通ライン、例えば４５１６は、銅か構築され、一連のスロット、例えば４５１９が形成されている。スロット４５１９は、最小限の折り畳み性状を示すが、共通層４５１６の上部及び側方への曲げを可能としている。
【０７８１】
図６７８に示す、アクチュエータ、例えば４５２０は、多様な異なる態様で運転することが出来る。第１の態様としては、底の二つのヒータ素子４５１１，４５１２（図６７９）が駆動され、この場合、ポリテトラフルオロエチレン層４５１８（図６７９）の底部が迅速に曲がり、ポリテトラフルオロエチレン層４５１８（図６７９）の上部は冷えたままである。これにより、図６７８に示すように、アクチュエータ４５２０は上方に曲がることとなる。
【０７８２】
第２の運転方法は、図６７８に示すように、二つのヒータ４５１２，４５１３（図６７９）を駆動し、ＰＴＦＥ層４５１８の膨張を一方の側に生じさせ、他方の側を冷えたままにするものである。この場合、アクチュエータ４５２０の膨張による動きは、図６７８に示すように、一方の側に寄ったものとなる。
【０７８３】
最後に、図６８０に、今度は上方と側方に移動するものを示す。この移動態様は、抵抗素子４５１１−４５１３（図６７９）のそれぞれを加熱することにより得られ、アクチュエータ４５２０は、上方及び側方に移動する。
【０７８４】
これにより、加熱素子４５１１−４５１３（図６７９）の制御された使用を通して、アクチュエータ４５２０（図６７８）の端部４５３０の位置は十分に制御することが出来る。この目的のために、ＰＴＦＥ部分４５１８は、銅接続部４５１４を越えて伸延し、対象物を移動させるために好適な端部４５３０を提供する。
【０７８５】
図６８１には、単一アクチュエータの構築を示す、分解斜視図を示す。アクチュエータは、半導体製造技術を利用して構築することが出来、ウエハ４５４２又はそのほかの基板上に構築することが出来る。ウエハ４５４２の上には、犠牲エッチング層を最初に組み立て、アクチュエータ装置のマスク形状を利用して下部を形成する。次に、ＰＴＦＥ層４５６４の第１の層を配置し、次いで、底の二つのヒータを形成する底レベル銅ヒータレベル４５４５を配置する。次に、この層の上に、接続４５１４のためのバイアスを有するＰＴＦＥ層を形成する。次に、第２の銅層４５２８を、ヒータと、底部銅層への接続４５１４を有する共通線の上に配置する。銅層４５２８の上に、更に、ポリテトラフルオロエチレン層４５４４を配置し、またポリテトラフルオロエチレン層４５４４で、銅層の帰りの共通ラインにあるギャップ、例えば４５４９を埋める。このギャップを埋めることにより、ポリテトラフルオロエチレン層が銅層から層間隔離してしまう可能性を大幅に減少させることが出来る。
【０７８６】
この二つの銅層は、各アクチュエータに対して、駆動ラインのルートを確保することが出来る。
【０７８７】
従って、アクチュエータの列は単一のウエハ上に形成することが出来、一緒に駆動させて、列の近くに対象物を動かすことが出来る。列の各アクチュエータは、その先端部を円形に動かすことが出来る。最初に、アクチュエータは休止位置にあり、次いで図６７８のアクチュエータ４５２０に示すように、側方位置に移動する。次いで、図６８０に示すように、上昇した側方位置に動く。これにより、移動すべき対象物と係合する。アクチュエータは、図６７８のアクチュエータ４５２０に示す上昇位置に近いところまで移動することが出来る。その結果、移動すべき対象物に対応する力が作用する。次いで、アクチュエータは休止位置に戻り、サイクルが再度開始される。継続的なサイクルを用いて、対象物は必要に応じて移動される。次いで、対象物を逆方向に動かすために逆サイクルを使用することが出来る。
【０７８８】
好適には、アクチュエータの列を用いることにより、アクチュエータによる繊毛と等価物を形成する。多数の繊毛列は単一の半導体ウエハ上に形成することが出来、後に分離した列に小片化される。好ましくは、各繊毛列のアクチュエータは、隣接するアクチュエータが異なるグループとなるように分割されてグループ化される。繊毛列は４相で駆動することが出来、４つのアクチュエータの内の一つが移動すべき対象物を、当該相サイクルの各部においてそれぞれ押す。
【０７８９】
理想的には、繊毛列は対象物を移動するために利用することが出来、例えば、カードを情報検知装置に対して、当該カードに格納された情報を読み出すために、制御された方法で通過させる形で移動させるために利用される。たの例では、繊毛列は印刷媒体をインクジェット印字装置内のプリントヘッドを通過させるために使用することも出来る。更に、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）において、ナノテクノロジーの分野の操作手段として使用することも出来る。
【０７９０】
好ましくは、通常は低いＰＴＦＥの摩擦係数を増大させるために、ＰＴＦＥ端部４５２０をアンモニアプラズマエッチングにより処理して、当該端部の摩擦係数を増大させるようにする。
【０７９１】
この分野の当業者にとって、本発明の範囲に入る各種の変形が可能である。例えば、他の材料や配置も使用することが出来る。例えば、螺旋状にすることがより好ましければ、曲がりくねった配置に変えて、螺旋配置を用いることが出来る。
【０７９２】
ここで開示されたインクジェット印字技術は、幅広の印字システムに潜在的に適している。それらは、以下のようなものである。カラー及び単色オフィスプリンタ、短距離デジタルプリンタ、高速デジタルプリンタ、オフセットプレス補助プリンタ、抵コストスキャンプリンタ、高速ページプリンタ、ページプリンタ内蔵ノートコンピュータ、携帯型カラー／モノクロプリンタ、モノクロコピー、カラー及びモノクロファックス装置、組み合わせプリンタ、ファクシミリ／コピー装置、ラベルプリンタ、大型フォーマットプロッタ、写真コピー、デジタル写真“ニミラボ”用プリンタ、ビデオプリンタ、フォトＣＤプリンタ、ＰＤＡ用携帯型プリンタ、壁紙プリンタ、室内看板プリンタ、広告板プリンタ、繊維プリンタ、カメラプリンタ及びフォルトトレラントコマーシャルプリンタ列などである。
インクジェット技術
【０７９３】
本発明の実施例はインクジェットプリンタ型装置を使用している。もちろん、多くの異なる装置を使用することができる。しかしながら、現在ポピュラーなインクジェットプリント技術は適していそうにも無い。
【０７９４】
サーマルインクジェットでの最も重要な問題は電力消費である。インク滴の
射出のエネルギ効率が悪いことに起因し、高速のために必要な電力は約１００倍である。インクを吐出させる蒸気泡を生成するために、水の迅速な沸騰を必要とするからである。水は大変高い熱容量を有していて、サーマルインクジェットの利用において過熱される。これは、電気の入力を運動の出力に変換するため、約０．０２％の効率を必要とする。
【０７９５】
ピエゾエレクトリックインクジェットでの最も重要な問題はサイズとコストである。ピエゾエレクトリッククリスタルは適当な駆動電圧にて非常に小さなデフレクション（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を有していて、それ故、各ノズルのために大きなエリアが必要となる。また、各ピエゾエレクトリックのアクチュエータは、分離した基板の駆動回路に接続されなければならない。このことは、３００程度のノズルの電流制限においては重要な問題ではないが、１９，２００のノズルを有するページ幅プリントヘッドの製造には大きな障害となる。
【０７９６】
理想としては、使用されたインクジェット技術は、カメラ内のデジタルカラープリンティングや、他のハイクォリティでハイスピードでローコストのプリント利用における厳格な要求に合致する。デジタル写真の要求に合わせるため、新たなインクジェット技術が創出されてきた。目的の特徴は次のものである。：すなわち、
低電力（１０ワット未満）
高解像度性能（１，６００ｄｐｉ又はそれ以上）
写真クォリティの出力
低製造コスト
小サイズ（ページ幅×最小断面積）
ハイスピード（＜１頁当たり２秒）
【０７９７】
これらの特徴の全ては、後述するインクジェットシステムにより、異なるレベルの困難さで突破されることが可能である。４５個の異なるインクジェット技術は、大量生産のために幅広い選択を与えるよう、受け継ぐ者によって発展されてきた。これらの技術は、後に記載する表に示すように、本出願人に譲渡された別々の出願を形成する。
【０７９８】
ここに示されるインクジェットの設計（デザイン）は、電池で駆動される１回使用のデジタルカメラから、卓上のネットワークプリンタや業務用のプリントシステムまで、幅の広いデジタルプリントシステムに適している。
【０７９９】
標準の装置を使用して簡単に製造するために、前記プリントヘッドは、ＭＥＭＳによる後工程によって、モノリシックの０．５ミクロンのＣＭＯＳチップに設計される。カラー写真の応用のため、前記プリントヘッドは１００ｍｍの長さで、インクジェットのタイプに応じた幅を有する。最小のプリントヘッドはＩＪ３８であり、幅は０．３５ｍｍで、３５ｍｍ２のチップ面積を有する。そのプリントヘッドは１９，２００個のノズルとデータ及び制御回路を有している。
【０８００】
インクは、射出成形されたプラスチック製のインク通路を経由して、プリントヘッドの背面に供給される。そのモールディングは５０ミクロの特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）が必要とされる。その特徴は、標準的な射出成型工具の中にリソグラフィでマイクロマシン加工されたインサートを使用して形成することができる。インクは、ウエハの正面に形成されたノズル・チャンバへ、ウエハを貫通するように形成された孔を通って流れる。そのプリントヘッドはＴＡＢによりカメラ回路に接続されている。
【０８０１】
相互参照付きのアプリケーション
次表は、最近出願された米国特許出願のガイドである。それらの出願は、これと共に一斉に提出され、特別なケースに言及するときに、次の表に使用された参考を用いて検討される。
【０８０２】
【表２】
0004160250.tif 000003
【０８０３】
【表３】
0004160250.tif 000004
ドロップ・オン・デマンド方式のインクジェット
【０８０４】
個々のインクジェットノズルの基本動作に関する１１個の重要な特徴が特定されてきている。これらの特徴は大体は直角（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）であり、したがって、１１次元のマトリクスとして解明されることができる。このマトリクスの１１軸のほとんどは、本出願人により発展された記入事項を含む。
【０８０５】
次の表は、インクジェットタイプの１１次元の表の軸を形成する。
アクチュエータ・メカニズム（１８タイプ）
基本動作モード（７タイプ）
補助のメカニズム（８タイプ）
アクチュエータの増幅及び改良方法（１７タイプ）
アクチュエータの動き（１９タイプ）
ノズル補給方法（４タイプ）
吸入口への逆流を制限する方法（１０タイプ）
ノズルの掃除方法（９タイプ）
ノズルプレート構造（９タイプ）
滴の噴出方向（５タイプ）
インクタイプ（７タイプ）
【０８０６】
これらの軸により表示された完全な１１次元の表は、インクジェットノズルに関し、３６９億の可能な形態を含む。様々なインクジェット技術においてそれらの全てが実現可能ではないけれども、数百万は実行可能である。可能な形態の全てを説明することは、明らかに非現実的である。その代わり、いくつかのインクジェットタイプが詳細に吟味されてきた。それらが、上述の、指名されたＩＪ０１からＩＪ４５である。
【０８０７】
他のインクジェットの形態は、１１軸の１又はそれ以上に沿って代替となる形態に置き換えることにより、これらの４５の例から直ちに導き出すことができる。ＩＪ０１からＩＪ４５のほとんどは、何らかの現在利用できるインクジェット技術より上位である特徴を、インクジェットプリントヘッドに作り込むことができる。
【０８０８】
発明者に知られている先行技術例がある場合には、これらの１又はそれ以上が、下記の表の例の欄に示される。該ＩＪ０１からＩＪ４５のシリーズはまた、例の欄にも示されている。幾つかのケースでは、プリンタが、１つ以上の特徴を共有する場合には、１つの表に１回以上示されるかも知れない。
【０８０９】
好適な応用は以下のものを含む。すなわち、家庭用プリンタ、オフィス用ネットワークプリンタ、短期用デジタルプリンタ、業務用プリントシステム、布用プリンタ、ポケットプリンタ、インターネットｗｗｗプリンタ、ビデオプリンタ、医療用画像、大判プリンタ、ノート型パソコン用プリンタ、ファックス機、工業用プリントシステム、写真コピー機、写真現像店等。
【０８１０】
前述した１１次元のマトリクスで関連付けられた情報が以下の表に示される。
【０８１１】
アクチュエータのメカニズム（選択されたインク滴にのみ適用される）
【０８１２】
【表４】
0004160250.tif 000005
【０８１３】
【表５】
0004160250.tif 000006
【０８１４】
【表６】
0004160250.tif 000007
【０８１５】
【表７】
0004160250.tif 000008
【０８１６】
【表８】
0004160250.tif 000009
【０８１７】
【表９】
0004160250.tif 000010
【０８１８】
【表１０】
0004160250.tif 000011
【０８１９】
【表１１】
0004160250.tif 000012
【０８２０】
【表１２】
0004160250.tif 000013
【０８２１】
【表１３】
0004160250.tif 000014
基本オペレーションモード
【０８２２】
【表１４】
0004160250.tif 000015
【０８２３】
【表１５】
0004160250.tif 000016
補助装置のメカニズム（全てのノズルに適用される。）
【０８２４】
【表１６】
0004160250.tif 000017
【０８２５】
【表１７】
0004160250.tif 000018
アクチュエータの増幅、或いは変更方法
【０８２６】
【表１８】
0004160250.tif 000019
【０８２７】
【表１９】
0004160250.tif 000020
【０８２８】
【表２０】
0004160250.tif 000021
【０８２９】
【表２１】
0004160250.tif 000022
アクチュエータの動き
【０８３０】
【表２２】
0004160250.tif 000023
【０８３１】
【表２３】
0004160250.tif 000024
【０８３２】
【表２４】
0004160250.tif 000025
ノズル補給方法
【０８３３】
【表２５】
0004160250.tif 000026
注入口での逆流を減少させる方法
【０８３４】
【表２６】
0004160250.tif 000027
【０８３５】
【表２７】
0004160250.tif 000028
ノズルを綺麗にする方法
【０８３６】
【表２８】
0004160250.tif 000029
【０８３７】
【表２９】
0004160250.tif 000030
ノズルプレート構造
【０８３８】
【表３０】
0004160250.tif 000031
【０８３９】
【表３１】
0004160250.tif 000032
滴の噴出方向
【０８４０】
【表３２】
0004160250.tif 000033
インクタイプ
【０８４１】
【表３３】
0004160250.tif 000034
【０８４２】
【表３４】
0004160250.tif 000035
インクジェット印刷
多数のインクジェットプリンタの新しい形式が開発され、画像処理やデータ分配システムにとって代わりとなるインクジェット技術が促進される。インクジェット装置の多様な組み合わせが、本発明の一部を導入したプリンタ装置には可能である。互いに参照することにより特に導入された、インクジェットに関するオーストラリア仮特許は、以下のものを含む。
【０８４３】
【表３５】
0004160250.tif 000036
【０８４４】
【表３６】
0004160250.tif 000037
インクジェット製造
更に、現出願は、インクジェットプリンタの大規模アレイの製造に先進的半導体製造技術を使用することができる。適した製造技術は以下のオーストラリア仮特許に述べられている。以下を参照のこと。
【０８４５】
【表３７】
0004160250.tif 000038
【０８４６】
【表３８】
0004160250.tif 000039
液補充
更に、本出願は、インクジェットヘッドへのインクの補給システムに利用することが出来る。一連のインクジェットノズルへのインクの供給に関する補給システムは、以下のオーストラリア仮特許に述べられている。開示は、以下を参照のこと。
【０８４７】
【表３９】
0004160250.tif 000040
ＭＥＭＳ技術
更に、本出願は、インクジェットプリンタの大規模アレイの製造に際して、先進的な半導体マイクロエレクトロメカニカル技術を使用することが出来る。適切なマイクロエレクトロメカニカル技術は以下のアーストラリア仮特許出願明細書に記述されている。
【０８４８】
【表４０】
0004160250.tif 000041
ＩＲ技術
更に、本出願は、使い捨てカメラシステムを利用することも含まれる。これらについては、以下オーストラリア仮特許出願明細書を参照のこと。
【０８４９】
【表４１】
0004160250.tif 000042
ドットカード技術
更に、本出願は、以下のオーストラリア仮特許明細書に述べられているデータ分配システムを利用することも含むことができる。
【０８５０】
【表４２】
0004160250.tif 000043
アートカム技術
更に、本出願は、以下のオーストラリア仮特許明細書で述べられたアートカムタイプの装置のようなカメラ及びデータ処理技術を利用することも含むことが出来る。
【０８５１】
【表４３】
0004160250.tif 000044
【０８５２】
【表４４】
0004160250.tif 000045
当業者にとって、特定の実施例に示された本発明に対して、広範に述べられた発明の範囲及び精神から離脱することなく多様な変形や変更を加えることが可能である。本実施例は、従って例示的なものであり、制限的なものではないものとあらゆる面で考慮すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０８５３】
本発明の範囲内に入る他の何らかの形態にも拘わらず、発明の好ましい形態を添付した図面を参照して述べるが、これらは例示的ものにすぎない。
図１は、本発明の実施例に基づいて構築された単一のインクノズルの、分断面図。
図２は、本発明の実施例に基づいて構築された単一のインクノズルの構造を示す、分解斜視図。
図３は、図４から図１９で示された材料の解説図。
図４から図１９は、インクジェット印字ノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図２０は、休止位置にあるインクジェットノズルチャンバの模式的な断面図。
図２１は、インクを排出する第１アクチュエータの駆動中の、インクジェットノズルチャンバの模式的な断面図。
図２２は、第１のアクチュエータの非駆動後の、インクジェットノズルチャンバの模式的な断面図。
図２３は、チャンバを補給するための第２アクチュエータが駆動されている間の、インクジェットノズルチャンバの模式的な断面図。
図２４は、チャンバを補給するための第２アクチュエータの非駆動後の、インクジェットノズルチャンバの模式的な断面図。
図２５は、ポンプアクチュエータが非駆動で、排出アクチュエータの同時駆動中の、インクジェットノズルチャンバの模式的な断面図。
図２６は、インクジェットノズルチャンバの断面斜視図。
図２７は、実施例に基づくインクジェットノズルチャンバの構築を示す分解斜視図。
図２８は、図２９から図４１で示された材料の解説図。
図２９から図４１は、インクジェット印字ノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図４２は、実施例に基づいて構築された休止位置にある単一のインクジェットノズルの一部断面斜視図。
図４３は、実施例に基づいて構築された発射位置にある単一のインクジェットノズルの一部断面斜視図。
図４４は、実施例に基づいて構築された単一のインクジェットノズルの構築を示す分解斜視図。
図４５は、図４６から図６０で示された材料の解説図。
図４６から図６０は、インクジェット印字ノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図６１は、実施例に基づく単一のインクジェットノズルの構築を示す分解斜視図。
図６２は、実施例に基づいて構築された単一のインクジェットノズルの一部分解斜視図。
図６３は、図６４から図７６で示された材料の解説図。
図６４から図７６は、インクジェット印字ノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図７７は、実施例の原理に基づいて構築された、シャッターが閉状態の単一のインクノズルチャンバの斜視図。
図７８は、実施例に基づいて構築された、シャッターが開状態の単一のインクノズルチャンバの斜視図。
図７９は、本発明の実施例に基く単一のインクノズルチャンバの構築を示す分解斜視図。
図８０は、図８１から図９３で示された材料の解説図。
図８１から図９３は、インクジェット印字ノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図９４は、印字ノズルペアの斜視図。
図９５は、実施例に使用された熱電対の一つのアーム及び一つのシャッターの一部断面斜視図。
図９６は、実施例の運転を示すタイミング図。
図９７は、本発明の実施例に基いて構築された一対の印字ノズルの分解斜視図。
図９８は、図９９から図１１３で示された材料の解説図。
図９９から図１１３は、インクジェット印字ノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図１１４は、実施例に基づいて構築された、アクチュエータが休止位置にある単一のインクノズル装置の一部断面斜視図。
図１１５は、実施例に基づいて構築された、駆動状態にある単一のインクノズル装置の一部断面斜視図。
図１１６は、本発明の実施例に基いて構築された単一のインクノズル装置の分解斜視図。
図１１７は、図１１８から図１３１で示された材料の解説図。
図１１８から図１３１は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図１３２は、実施例に基いて構築されたインクジェット印字装置の模式的断面図。
図１３３は、実施例に基いて構築された単一のノズル装置の斜視図。
図１３４は、インクジェット印字装置の多様な位相を示すタイミング図。
図１３５は、アイドル相における単一のノズルチャンバを示す模式断面図。
図１３６は、排出相における単一のノズルチャンバを示す模式断面図。
図１３７は、分離相における単一のノズルチャンバの模式断面図。
図１３８は、補給相における単一のノズルチャンバを示す模式断面図。
図１３９は、アイドル相に戻った後の単一のノズルチャンバを示す模式断面図。
図１４０は、本発明の実施例に基く単一のインクノズルの構築を示す分解斜視図。
図１４１は、図１４２から図１５３で示された材料の解説図。
図１４２から図１５３は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図１５４は、実施例に基づいて構築された、休止位置に有る単一のインクジェットノズルのアクチュエータ部の斜視図。
図１５５は、実施例に基づいて構築された、動作に有る単一のインクジェットノズルのアクチュエータ部の斜視図。
図１５６は、実施例に基づく単一のインクジェットノズルの構築を示す分解斜視図。
図１５７は、図１５８から図１６９で示された材料の解説図。
図１５８から図１６９は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図１７０は、実施例に基づいて構築された、休止状態に有る単一のインクジェットノズルの断面図。
図１７１は、実施例に基づいて構築された、駆動状態に有る単一のインクジェットノズルの断面図。
図１７２は、実施例に基づく単一のインクジェットノズルの構築を示す分解斜視図。
図１７３は、本発明の実施例に基づく、波形導電層の構築を示す、断面模式図。
図１７４は、本発明の実施例に基づく、単一のインクジェットノズルの製造に使用される、ハーフトーンマスクを介してレジスト材料を現像する様子を示した模式断面図。
図１７５は、実施例に基づいて構築された単一のインクジェットノズルの熱アクチュエータの導電層だけの平面図。
図１７６は、図１７７から図１８８で示された材料の解説図。
図１７７から図１８８は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図１８９は、実施例に基づいて構築された、二つの結合されたインクジェットノズルを示す切り出し解斜視図。
図１９０は、実施例に基づく単一のインクジェットノズルの構築を示す分解斜視図。
図１９１は、図１８９のノズルの部分断面図。
図１９２は、図１９１のＩＶ−ＩＶ線による断面図。
図１９３は、図１９４から図２０７で示された材料の解説図。
図１９４から図２０７は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図２０８は、実施例に基づいて構築された、単一のインクジェットノズルを示す部分断面斜視図。
図２０９は、本発明の実施例に基づいて構築された、単一のインクジェットノズルを示す部分断面分解斜視図。
図２１０は、図２１１から図２２３で示された材料の解説図。
図２１１から図２２３は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図２２４は、本発明の実施例に基づいて構築された、単一のインクジェットノズルを示す分解斜視図。
図２２５は、実施例に基づいて構築された、インクジェットノズルの関連部分を上から見た斜視図。
図２２６は、ノズルアパチャーからインク滴が排出される様子を示す、単一のノズル装置の断面図。
図２２７は、図２２８から図２４０で示された材料の解説図。
図２２８から図２４０は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図２４１は、実施例に基づいて構築された、休止状態に有る単一のインクジェットノズルの模式断面図。
図２４２は、実施例に基づいて構築された、駆動状態を示す単一のインクジェットノズルの模式断面図。
図２４３は、非駆動状態を示す単一のインクジェットノズルの模式断面図。
図２４４は、実施例に基づいて構築された、休止位置に戻った後の単一のインクジェットノズルの模式断面図。
図２４５は、実施例に基づいて構築された、単一のインクジェットノズルを示す模式的な断面斜視図。
図２４６は、インクジェットノズルのグループのアレイを示す図。
図２４７は、実施例に基づいて構築された、単一のインクジェットノズルの構築を示す分解斜視図。
図２４８は、図２４９から図２６０で示された材料の解説図。
図２４９から図２６０は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図２６１は、実施例に基づいて構築された、単一のインクジェットノズルを示す模式的な断面図。
図２６２は、実施例に基づいて構築された、熱アクチュエータが駆動状態である単一のインクジェットノズルを示す模式的な断面図。
図２６３は、実施例に基づいて構築された、インクジェットノズルの熱アクチュエータに用いられた導電層の模式図。
図２６４は、図２６３の部分拡大斜視図。
図２６５は、本発明の実施例に基づいた波形の導電層の構築を示す、模式的断面図。
図２６６は、実施例に基づく、単一のインクジェットノズルの製造に使用される、ハーフトーンマスクを介してレジスト材料を現像する様子を示した模式断面図。
図２６７は、実施例に基づく単一のインクジェットノズルの構築を示す分解斜視図。
図２６８は、実施例に基づいて構築されたインクジェットノズルを利用するインクジェット印字ヘッドの断面を示す斜視図。
図２６９は、図２７０から図２８３で示された材料の解説図。
図２７０から図２８３は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図２８４から図２８６は、実施例の基本動作を示す図。
図２８７は、実施例の断面図。
図２８８は、実施例の分解斜視図。
図２８９から図２９８は、実施例の構築の多様なステップを示す断面図。
図２９９は、本発明の原理に基づいて構築されたインクジェットノズルアレイの平面図。
図３００は、図３０１から図３１２で示された材料の解説図。
図３０１から図３１２は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図３１３は、実施例の単一のインクジェットノズル構造を示す図。
図３１４は、図３１３の装置の分解斜視図。
図３１５から図３１７は、実施例の動作を示す図。
図３１８は、インクジェット印字ヘッドに利用されるために形成されたノズルアレイを示す図。
図３１９、図３２０から図３３１で示された材料の解説図。
図３２０から図３３１は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図３３２は、実施例に基づいたインクジェットノズル装置の斜視図。
図３３３は、図３３２の装置において、アクチュエータが駆動位置のときの図。
図３３４は、実施例の主要な部品の分解斜視図。
図３３５は、図３３６から図３４７で示された材料の解説図。
図３３６から図３４７は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図３４８は、実施例の原理に基づいて構築された単一のインク排出機構を示す図。
図３４９は、図３４８のアクチュエータアームのＡ−Ａ線による断面図。
図３５０から図３５２は、実施例のインク排出機構の基本動作を示す図。
図３５３は、インク排出機構の分解斜視図。
図３５４は、図３５５から図３６９で示された材料の解説図。
図３５５から図３６９は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図３７０は、休止状態にあるインク排出装置の模式図。
図３７１は、駆動時のインク排出装置の模式図。
図３７２は、インク排出装置の異なる部品の分解斜視図。
図３７３は、図３７０のＩＶ−ＩＶ線による断面図。
図３７４から図３９３は、実施例の構築における多様な製造ステップを示す図。
図３９４は、実施例に基づいて構築されたインク排出装置アレイの一部を示す図。
図３９５は、図３９６から図４０７で示された材料の解説図。
図３９６から図４０７は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図４０８から図４１２は、実施例の運転を示す模式図。
図４１３は、実施例の単一のインクジェットノズル装置の側面斜視図。
図４１４は、実施例の単一のインクジェットノズル装置の断面斜視図。
図４１５から図４３４は、実施例の構築における処理ステップの断面図。
図４３５は、本発明の原理に基づいて構築された印字ヘッド部分のアレイの一部を示す図。
図４３６は、図４３７から図４４９で示された材料の解説図。
図４３７から図４５１は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図４５２から図４５６は、実施例の原理的動作を示す模式図。
図４５７は、実施例の構築に一形態における部分断斜視面図。
図４５８から図４７５は、実施例の構築における多様なステップを示す図。
図４７６は、実施例に基づいて構築された印字ヘッド部分を示すアレイの図。
図４７７は、図４７８から図４９３で示された材料の解説図。
図４７８から図４９４は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図４９５から図４９９は、実施例の運転を示す模式図。
図５００は、実施例の単一のノズル装置を示す斜視図。
図５０１は、実施例の単一のノズル装置の一部断面斜視図。
図５０２から図５２０は、実施例の構築に際した処理ステップの断面図。
図５２１は、本発明の原理に基づいて構築された印字ヘッドのアレイの一部を示す図。
図５２２は、図５２３から図５４１で示された材料の解説図。
図５２３から図５４１は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図５４２から図５４４は、実施例の動作原理を示す模式図。
図５４５は、実施例の単一のインクジェットノズルの一部断面斜視図。
図５４６は、実施例の単一のインクジェットノズルの側面斜視図。
図５４７から図５５６は、実施例の構築に際した多様な製造工程を示す図。
図５５７は、各ノズルが本発明の原理に基づいて構築された、多数のノズルを有する印字ヘッドのアレイ部分を示す図。
図５５８は、図５５９から図５６９で示された材料の解説図。
図５５９から図５６９は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図５７０から図５７２は、実施例の基本動作原理を示す図。
図５７３は、実施例に基づいて構築された単一のインクジェットノズル装置の側面斜視図。
図５７４は、実施例の原理に基づいて構築された印字ヘッドのアレイ部分の斜視図。
図５７５は、図５７６から図５８５で示された材料の解説図。
図５７６から図５８５は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図５８６から図５８８は、実施例の動作原理を示す図。
図５８９は、実施例の単一のインクジェットノズル装置の側面斜視図。
図５９０は、単一のインクジェットノズル装置の側断面図。
図５９１から図５９２は、実施例の動作原理を示す図。
図５９３から図６００は、実施例を構築する際の製造ステップを示す図。
図６０１は、単一のノズルの平面図。
図６０２は、単一のカラー印字ヘッド装置部分を示す図。
図６０３は、３色の印字ヘッド装置部分を示す図。
図６０４は、図６０５から図６１４で示された材料の解説図。
図６０５から図６１４は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図６１５から図６１７は、実施例の動作原理を示す、模式断面図。
図６１８（ａ）と図６１８（ｂ）は、熱アクチュエータの動作原理を示す模式断面図。
図６１９は、実施例に基づいて構築された単一のノズル装置の部分断面側面斜視図。
図６２０から図６２７は、構築の製造ステップを示す一部断面側側面斜視図。
図６２８は、実施例の製造工程に基づいて形成されたインクジェットノズルアレイを示す図。
図６２９は、図６３０から図６３７で示された材料の解説図。
図６３０から図６３７は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図６３８から図６４０は、実施例の動作原理を示す、模式断面図。
図６４１（ａ）から図６４１（ｂ）は、熱アクチュエータの動作原理を示す模式断面図。
図６４２は、実施例に基づいて構築された単一のインクジェットノズルの一部断面斜視図。
図６４３から図６５０は、実施例に基づく製造工程を示す一部断面斜視図である。
図６５１は、実施例の製造工程に基づいて形成されたインクジェットノズルアレイを示す図。
図６５２は、図６５３から図６６０で示された材料の解説図。
図６５３から図６６０は、インクジェット印字ヘッドノズル装置の構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図６６１から図６６３は、実施例の動作原理を示す模式断面図。
図６６４（ａ）から図６６４（ｂ）は、実施例の熱アクチュエータの動作原理を示す図。
図６６５は、実施例の単一のノズル装置の側面斜視図。
図６６６は、実施例の動作原理に基づいて構築された印字ヘッド部分のアレイを示す図。
図６６７は、図６６８から図６７６で示された材料の解説図。
図６６８から図６７７は、インクジェット印字ヘッドノズルの構築の一形態における、製造ステップの断面図。
図６７８は、更なる実施例に基づいて構築された４個の、単一の熱アクチュエータからなる装置の斜視図。
図６７９は、更なる実施例に基づいて構築された単一の熱アクチュエータの一部断面拡大斜視図。
図６８０は、更なる実施例に基づいて構築された単一の熱アクチュエータの斜視図で、熱アクチュエータが上方及び側方に動く様子を示す。
図６８１は、ジェット印字ヘッドノズルの単一の熱アクチュエータの構築を示す分解斜視図。
【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１５】
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【図２５８】
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【図２６０】
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【図２７２】
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【図２７４】
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【図２７５】
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【図２７６】
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【図２７７】
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【図２７８】
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【図２７９】
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【図２８０】
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【図２８１】
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【図２８２】
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【図２８３】
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【図２８４】
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【図２８５】
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【図２８６】
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【図５４７ａ】
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【図５４７ｂ】
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【図５４８ａ】
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【図５４８ｂ】
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【図５４９ａ】
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【図５４９ｂ】
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【図５５０ｂ】
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【図５５２ｂ】
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【図５５４ｂ】
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【図５５５ｂ】
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【図５５６】
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【図５５７】
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【図５５８】
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【図５５９】
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【図５６０】
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【図５６１】
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【図５６２】
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【図５６３】
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【図５６４】
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【図５６５】
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【図５６６】
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【図５６７】
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【図５６８】
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【図５６９】
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【図５７０】
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【図５７１】
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【図５７２】
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【図５７３】
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【図５７４】
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【図５７５】
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【図５７６】
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【図５７７】
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【図５７９】
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【図５８０】
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【図５８１】
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【図５８２】
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【図５８３】
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【図５８４】
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【図５８５】
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【図５８６】
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【図５９０】
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【図５９９】
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【図６００】
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【図６０１】
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【図６１７】
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【図６２０】
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【図６３０】
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【図６３９】
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【図６４０】
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【図６４１ａ】
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【図６４９】
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【図６５０】
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【図６５１】
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【図６５８】
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【図６６０】
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【図６６３】
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【図６６４ａ】
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【図６６４ｂ】
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【図６８１】
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