(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面及び第２の表面を備える半導体基板を有する流体ジェットプリントヘッドを形成する方法であって、当該半導体基板を介して延伸するとともに前記第２の表面上の流体送り溝と結合する流体送りスロットを有するものにおいて、
前記半導体基板の前記第１の表面に遅い架橋結合ポリマの層を施すステップと、
前記施された遅い架橋結合ポリマの層上に速い架橋結合ポリマの層を施すステップと、
前記速い架橋結合ポリマ及び前記遅い架橋結合ポリマを、前記速い架橋結合ポリマ及び前記遅い架橋結合ポリマの双方を架橋させるに十分な高適用量のパターン化された電磁エネルギに露出し、パターン化された流体井戸の像を生成するステップと、
前記速い架橋結合ポリマ及び前記遅い架橋結合ポリマを、前記速い架橋結合ポリマを架橋させるには十分であるが、前記遅い架橋結合ポリマを架橋させることのない低適用量のパターン化された電磁エネルギに露出し、パターン化されたオリフィスの像を生成するステップと、
前記パターン化されたオリフィスの像が存在する前記施された速い架橋結合ポリマの層の部分を現像し、電磁エネルギに露出されていない部分を除去してオリフィス開口を設置するステップと、
前記パターン化された流体井戸の像が存在する前記施された遅い架橋結合ポリマの層の部分を現像し、電磁エネルギに露出されていない部分を除去して流体井戸開口を設置するステップと
からなる方法。
【請求項２】
前記遅い架橋結合ポリマが、光学染料を含む写真作像可能ポリイミド材料からなり、
前記速い架橋結合ポリマが、光学染料を含まない写真作像可能ポリイミド材料からなる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記遅い架橋結合ポリマが、光学染料を含む写真作像可能エポキシ材料からなり、
前記速い架橋結合ポリマが、光学染料を含まない写真作像可能エポキシ材料からなる請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記遅い架橋結合ポリマの層が厚さ４〜30μmであり、
前記速い架橋結合ポリマの層が厚さ４〜30μmである請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記速い架橋結合ポリマの層及び前記遅い架橋結合ポリマの層が、多重濃度レベルのマスクを介して、前記高適用量のパターン化された電磁エネルギ及び前記低適用量のパターン化された電磁エネルギに露出され、それによって前記流体井戸の像及び前記オリフィスの像が形成される請求項１記載の方法。
【請求項６】
第１の表面及び第２の表面を備える半導体基板を有する流体ジェットプリントヘッドを形成する方法であって、当該半導体基板を介して延伸するとともに前記第２の表面上の複数の流体送り溝と結合する複数の流体送りスロットを有するものにおいて、
前記半導体基板の前記第１の表面に遅い架橋結合材料の単独層を施すステップと、
前記施された遅い架橋結合材料の層を電磁エネルギに露出することにより、当該施された遅い架橋結合材料の層にオリフィスの像及び流体井戸の像を移すステップと、
それぞれオリフィス開口を設置するために前記移されたオリフィスの像が存在し、及びそれぞれ流体井戸開口を設置するために前記移された流体井戸の像が存在する前記遅い架橋結合材料の層の部分を現像し、電磁エネルギに露出されていない部分を除去して、前記移されたオリフィスの像が存在する前記遅い架橋結合材料の層の部分にオリフィス開口を設置し、前記移された流体井戸の像が存在する前記遅い架橋結合材料の層の部分に流体井戸開口を設置するステップとからなり、
前記移されたオリフィスの像が、前記移された流体井戸の像と整列され、流体を放出するためのシルクハット形内曲構造が形成される方法。
【請求項７】
前記遅い架橋結合材料が、写真作像可能ポリマ及び光学染料の別個の層、写真作像可能ポリマ及び光学染料の混合物、写真作像可能ポリマからなる群より選択される請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記遅い架橋結合材料が、写真作像可能エポキシ及び光学染料の別個の層、写真作像可能エポキシ及び光学染料の混合物、写真作像可能エポキシからなる群より選択される請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記遅い架橋結合材料の層が厚さ８〜34μmである請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記オリフィスの像及び前記流体井戸の像を移す前記ステップが、多重濃度レベルのマスクを通過する電磁エネルギにより前記遅い架橋結合材料を露出するステップをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記オリフィスの像及び前記流体井戸の像を移す前記ステップが、
パターン化された高適用量のパターン化された電磁エネルギに前記遅い架橋結合材料を露出するステップと、
パターン化された低適用量のパターン化された電磁エネルギに前記遅い架橋結合材料を露出するステップとをさらに含む請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、一般に感熱式インクジェット印刷に関する。更に詳細に記せば、本発明は、エポキシ、ポリイミド、または他の負動作フォトレジスト材料から構成される精密なポリマ・オリフィスを直接作像技法を使用して製造する装置および方法に関する。
【０００２】
感熱式インクジェット・プリンタは通常、プリンタを通じて送られる紙または他の媒体の幅を横断して前後に移動する往復台に取付けられた印字ヘッドを備えている。印字ヘッドは、紙に向き合うオリフィス（ノズルともいう）の配列を備えている。インク（または他の流体）の詰まった溝がオリフィスに貯蔵器インク源からインクを供給する。扱い得るエネルギ消費要素（抵抗器のような）に個別に供給されるエネルギは、オリフィス内部のインクを加熱してインクを泡立たせ、インクをオリフィスから紙に向けて放出する。当業者は、エネルギをインクまたは流体に移す他の方法が存在し、やはり本発明の精神、範囲、および原理の範囲内に入ることを認識するであろう。インクが放出されるにつれて、泡は崩壊し、更に多量のインクが貯蔵容器から溝を満たし、インクの排出が繰り返される。
【０００３】
インクジェット印字ヘッドの現在の構成には、その製造、動作寿命、およびインクを紙に導く精度に関して問題がある。現在製作されている印字ヘッドは、基板を貫くインク送りスロット、障壁インターフェース（障壁インターフェースは、インクを抵抗器に伝え、発射室の容積を規定する。障壁インターフェースの材料は、基板上に積層され、露出され、現像され、養生される厚いフォトレジスト性材料である）、およびオリフィス板（オリフィス板は、障壁インターフェースにより形成された発射室の出口経路である。オリフィス板は通常、ニッケル（Ｎi）で電鋳されてから金（Ａu）、パラジウム（Ｐd）、または他の、耐蝕用貴金属で被覆される。オリフィス板の厚さおよびオリフィス開口の直径は、発射するとき反復可能なインク滴放出が可能なように調節されている。）を備えている。製造中、オリフィス板を障壁インターフェース材の付いた基板と整列させるには、特別な精度とそれに取付ける特別な接着剤が必要である。オリフィス板が反れば、または接着剤が正しくオリフィス板を障壁インターフェースに結合しなければ、インク滴の軌道の制御が不十分になり、印字ヘッドの歩留まりまたは寿命が減じられる。印字ヘッドの整列が不正であるかまたはオリフィス板に小さい窪みがあれば（その平面度が一様でない）、インクはその正しい軌道から離れて放出され、印刷される画像品質が下がる。オリフィス板は、通常構成されている印字ヘッドでは別々の個片であるから、製造中反りまたは歪みを防止するのに必要な厚さのため、オリフィス穴の深さ（オリフィス板の厚さに関係する）を熱効率に必要とされるより大きくすることが必要になる。普通、単独オリフィス板は、多数の印字ヘッドを備えた半導体ウェーハ上の単独印字ヘッド・ダイに取付けられる。オリフィス板を半導体ウェーハ全体を横断してすべて一度に取付けて生産性を増大する他にオリフィス設置の精度を確保することができるようにする方法を得ることが望まれる。
【０００４】
発射室内部のインクは、オリフィス板の外縁までオリフィス穴に満たされている。したがって、オリフィス穴の中のインクの高さのこの増大に伴う他の問題は、インクを放出するのに必要なエネルギが増大するということである。他に、高品質写真印刷には、より高い解像度が、したがってより小さいインク滴が必要である。したがって、製造可能な、より薄いオリフィス板の必要性が存在する。更に、各滴で放出されるインクの量が小さくなるにつれて、一定の印刷速度で印刷媒体上を印字ヘッドを一度だけ通過させて所定パターンを作り出すには、印字ヘッド内に更に多数のオリフィスが必要である。印字ヘッドがオリフィス数の増大のため過熱することがないようにするには、オリフイスあたり使用するエネルギの量を減らさなければならない。
【０００５】
加えて、これまでは、印字ヘッドの寿命は相応であった。印字ヘッドは、インク供給品が使い尽くされてから取換えられる使い捨てペンの一部であった。しかし、品質に対するユーザの期待は、多年の耐久性ある低価格、長寿命の印字ヘッドを得る必要性に駆られており、本発明はこの期待を満たすのに役立つ。
【０００６】
【発明の概要】
半導体基板に整形オリフィスを、作る方法および利用する装置を説明する。材料の第１の層が半導体基板に施され、次に材料の第２の層が材料の第１の層の上に施される。次にオリフィスの像が材料の第１の層に移され、流体井戸の像が材料の第２の層に移される。材料の第２の層の、オリフィスの像が設置される部分を次に材料の第１の層の、流体井戸が設置されている部分と共に現像されて基板にオリフィスが形成される。
【０００７】
オリフィス室の容積をオリフィス像の形状および材料の第２の層の厚さにより規定する。流体井戸室の容積を流体井戸像の形状および材料の第１の層の厚さにより規定する。
【０００８】
【好適な実施例と他の選択枝の詳細な説明】
本発明は、基板上に写真作像可能な層の多数材料のサンドイッチを作る、Ｎiオリフィス板または障壁インターフェース材料を必要としない新奇なポリマ・オリフィス製作方法に関する。各写真作像可能な層は、所定エネルギ強度に対する色々な割合の架橋結合を備えている。他に、本発明は、シルクハット形内曲（内向き）輪郭オリフィスを作る写真作像可能な層を使用する設計トポロジを包含している。シルクハット形オリフィスを、プロセス・パラメータを変えて滴放出特性を最適化することにより特別製作することができる。このシルクハット設計トポロジは、直壁または線形テーパ構造に比較して幾つかの長所を与える。シルクハット形内曲オリフィス室は、流体滴を放出するが、流体井戸室およびオリフィス室により容易に形成される。オリフィス内を検討すると、各室の面積および形状は、パターン化マスクまたはマスクの組を使用して形成される。マスクは、入口直径、出口直径、および発射室容積をオリフィス層の厚さまたは高さに基づいて制御することができる。オリフィス室の高さおよび流体井戸室の高さは、無関係に制御されて最適なプロセス安定性および設計寛容度をもたらす。オリフィスおよび流体井戸室の形状、面積、および高さを制御することにより、設計者は滴サイズ、滴形状を制御し、ブローバック（滴放出方向とは反対に膨張するインクを放出する泡の部分）の効果および或る程度再充填速度（インクをシルクハット形オリフィス構造全体に満たすのに必要な時間）を低下させることができる。他に、このシルクハット・トポロジは、流体をオリフィスに分配する流体送りスロットを流体を放出するのに使用されるエネルギ消費要素から更に離して設置し、泡が流体供給経路に入って閉塞を生ずる可能性を減らすことを可能とする。
【０００９】
直接作像ポリマ・オリフィスは通常、溶解速度のわずかに異なる負動作フォトレジスト材料の二つ以上の層を備えている。溶解速度は、異なる分子量、物理的組成、または光学濃度を有する各層の色々な材料に基づいている。２層を使用する例示方法では、架橋結合に500ミリジュール/cm2の強度の電磁エネルギを必要とする「遅い」フォトレジストが基板に施される。流体ジェット印字ヘッドでは、この基板は、その表面に適用された薄膜層の積み重ねを有していた半導体材料から構成されている。架橋結合に丁度100ミリジュール/cm2の強度の電磁エネルギを必要とする「速い」フォトレジストが遅いフォトレジストの層の上に適用される。硬化後、基板のフォトレジスト層をマスクを通して少なくとも500ミリジュール/cm2の非常な高強度に露出して流体井戸室を形成する。強度は上層および下層の双方を架橋結合するのに十分な強さである。基板のフォトレジスト層を次に他のマスクを通して100ミリジュール/cm2の低強度の電磁エネルギに露出し、オリフィス室を形成する。第２の露出強度が十分低いことは重要であり、したがってオリフィス開口の下にある遅いフォトレジストの下方オリフィス層は架橋結合しない。
【００１０】
ポリマ材料は、薄膜表面の全部を平面化し得ることがＩＣ業界では周知である。経験的データは、オリフィス板表面の変動を十分１ミクロン以内に維持できることを示している。この特徴は、一貫した滴軌道を与える上で重要である。
【００１１】
加えて、負動作フォトレジスト性を備えた多数の異なる材料が存在している。例示ポリマ材料には、ポリイミド、エポキシ、ポリベンゾオキサゾール、ベンゾシクロブテン、およびゾルゲルがある。当業者は、他の負動作フォトレジスト・ポリマ材料が存在し、やはり本発明の精神および範囲に入ることを認識するであろう。光学染料（オレンジ＃３、〜２％重量のような）を透明ポリマ材料に加えることにより、遅いフォトレジストを染料の無いまたは少量の染料を有する速いフォトレジストから作ることができる。他の実施形態では、ポリマ材料の層に染料の薄い層を被覆することができる。遅いフォトレジストを作る代わりの方法は、異なる分子量の、異なる波長吸収特性の、異なる現像速度の、ポリマを顔料を使用して混合することから成る。当業者は、ポリマの感光性を遅くする他の方法が存在し、やはり本発明の精神および範囲に入ることを認識するであろう。
【００１２】
図１Ａは、本発明の好適実施形態を使用する単独オリフィス42（ノズルまたは穴ともいう）の上面図を示す。上オリフィス層34は、写真作像可能エポキシ（ＩＢＭにより開発されたＳＵ８のような）または写真作像可能ポリマ（業界で普通に知られているＯＣＧのような）のような速い架橋結合ポリマから構成されている。上オリフィス層34は、オリフィス42の開口の形状および高さを形成するのに使用される。オリフィス層の内部に隠れているのは、流体送りスロット30および流体井戸43である。インクのような流体は、流体送りスロット30を通って流体井戸43に流入し、エネルギ消費要素32により加熱されて残りの流体をオリフィス42から強制的に放出させる流体蒸気泡を形成する。視方向ＡＡは、後の図で断面図を見る方向を示す。
【００１３】
図１Ｂは、完全一体化感熱式（ＦＩＴ）流体ジェット印字ヘッドの図１Ａに示した単独オリフィスの等角断面図である。下部オリフィス層35は、個別の層により既に処理され、半導体基板20の表面に組み込まれている薄膜層50の積み重ねの最上部に加えられる。例示オリフィスは、16μmのオリフィス42の直径、42μmの流体井戸43の長さ、20μmの流体井戸43の幅、６μmのオリフィス層34の厚さ、および６μmの下部オリフィス層35の厚さを備えている。半導体基板20は、薄膜層50の積み重ねを加えて、流体を流体送りスロット30（図示せず）に供給する流体送り溝44を設けてから、エッチされる。流体送りスロット30は、薄膜層50の積み重ねの内部に形成される。
【００１４】
図２Ａから図２Ｈまでは、本発明の代わりの実施形態を作るのに使用される色々な方法ステップを示す。図２Ａは、エネルギ消費要素32を備えた薄膜層50の積み重ねを組込むよう処理してからの半導体基板20を示す。薄膜層50の積み重ねは、流体送りスロット30がその全体の厚さを貫くように処理されている。
【００１５】
図２Ｂは、遅い架橋結合ポリマから成る下部オリフィス層35を薄膜層50の積み重ねの上に加えてから後の半導体基板20を示す。遅い架橋結合ポリマは、ＫarlＳuss ＫＧにより製造されているもののような通常のスピンコーティング工具を使用して施される。スピンコーティング工具に関連するスピンコーティング法は、遅い架橋結合ポリマが流体送りスロット30および薄膜層50の積み重ねの表面を満たすにつれて平面状表面を形成することを考慮している。スピンコーティングの例示プロセスは、レジストの層を半導体ウェーハ上に加速度100rpm/sで70rpmに設定されたスピンコーティング工具を用いて広がり時間20秒で広げることである。次にウェーハを減速度100rpm/sで回転から停止させ、10秒間静止させる。次にウェーハを300rpm/sの加速度で1060rpmで30秒間回転させ、レジストをウェーハ全体に広げる。代わりのポリマ施工プロセスには、ロールコーティング、カーテンコーティング、押し出しコーティング、スプレイコーティング、および浸漬コーティングがある。当業者は、ポリマ層を基板に施す他の方法が存在し、やはり本発明の精神および範囲の中に入ることを認識するであろう。遅い架橋結合ポリマは、光学染料（オレンジ＃３、２重量％またはそれ以下のような）を写真作像可能ポリイミドまたは写真作像可能エポキシ透明ポリマ材料内に混合することにより作られる。染料を加えることにより、材料を架橋結合するのに必要とされる電磁エネルギの量が、染料を混合しない材料より大きくなる。
【００１６】
図２Ｃは、速い架橋結合ポリマから成る上オリフィス層34を下部オリフィス層35に加えた結果を示す。
【００１７】
図２Ｄは、強い強度の電磁放射11が上オリフィス層34および下部オリフィス層35に加えられていることを示す。電磁放射により供給されるエネルギは、露出している（図２Ｄ、図２Ｅ、および図２ＦにＸで消した区域として示してある）上オリフィス層34および下部オリフィス層35を共に架橋結合するのに十分でなければならない。例示実施形態では、このステップは、+９μmの焦点偏りで300ミリジュールに設定されたＳＶＧ Ｍicralign工具を使用して行なわれている。このステップは、オリフィス内に流体井戸43の形状および面積を規定する。
【００１８】
図２Ｅは、低い強度の電磁エネルギ12が上オリフィス層34および下部オリフィス層35に加えられる、プロセスの次のステップを示している。このステップ中に（強さまたは露出の時間を制限するかまたは両者の組合せにより）消費される全エネルギは、上オリフィス層34の速い架橋結合ポリマを架橋結合するのに十分なだけである。例示実施形態では、このステップは、+３mmの焦点偏りで60.3ミリジュールに設定されたＳＶＧ Ｍicralign工具を使用して行なわれている。このステップは、オリフィス開口42の形状および面積を規定する。
【００１９】
図２Ｆは、好適実施形態の露出プロセスを示す。図２Ｄにおけるように流体井戸を形成するのに一つおよび図２Ｅにおけるようにオリフィス開口42を形成するのに一つの、二つのマスクを使用する代わりに、マスクを一つだけ使用する。この方法は、二つの別々のマスクを使用するときの起こり得る整列誤りを減らす。このマスクは、オリフィス開口あたり三つの別々の濃度領域から構成され（図６Ａおよび図６Ｂを参照）多重濃度レベルのマスクを形成している。一つの領域は電磁エネルギに対して本質的に非不透明である。第２の領域は電磁エネルギに対して部分的に不透明である。第３の領域は、電磁エネルギに対して完全に不透明である。
【００２０】
第１の領域は、強い強度の電磁エネルギ11を与え、マスクを通過して写真作像不能材料を完全に架橋結合し、除去すべきオリフィス層を規定する。上オリフィス層34および下部オリフィス層35は共に、架橋結合され、現像中除去されることが防止される。第２の領域は、更に低い強度の電磁エネルギ12だけを通過させて上オリフィス層34を架橋結合するが、下部オリフィス層35の第２の領域の下にある材料を架橋結合しないでおく。第３の領域（完全に不透明）は、オリフィス開口42の形状および面積を規定するのに使用される。電磁エネルギがこの第３の領域を通過できないので、マスクの不透明な第３の領域の下にある架橋結合ポリマは、露出されず、したがって後に現像されるとき除去されることになる。
【００２１】
図２Ｇは、流体送りスロット30の材料を含み、上オリフィス層34および下部オリフィス層35の材料が除去される現像の方法のステップを示す。例示プロセスは、7110ソリテック現像用具を使用し、１krpmでＮＭＰにより70秒現像し、１krpmでＩＰＡ及びＮＭＰとを８秒混合し、１krpmでＩＰＡにより10秒濯ぎ、２krpmで60秒回転させることである。
【００２２】
図２Ｈは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）裏面エッチ・プロセスを行なって流体送りスロット30の中に開く流体送り溝40を作って流体を流体井戸室に入れ、究極的にオリフィス開口42から放出させてからの結果を示す（Ｕ.Ｓchnakenburg、Ｗ.Ｂenecke、およびＰ.Ｌangeのシリコン微細加工用ＴＭＡＨＷ腐食液、1991年６月24-28日、ＵＳＡ、カリフォルニア州サンフランシスコにおける固体センサおよびアクチュエータに関する第６回国際会議（トランジューサーズ '91）のＴech.Ｄig.のpp.815-818を参照）。
【００２３】
図３Ａは、上オリフィス層34および下部オリフィス層35に見られる複数のオリフィス開口42を備えた例示印字ヘッド60を表している。オリフィス層は、既に半導体基板20の上に処理されている薄膜層50の積み重ねの上に施される。
【００２４】
図３Ｂは、印字ヘッド60の反対側を示し、流体送り溝44および流体送りスロット30を明らかにしている。
【００２５】
図４は、印字ヘッド60を使用する印字カートリッジ10の例示実施形態を示す。このような印字カートリッジは、ヒューレット・パッカード会社から入手できるＨＰ51626Ａと同様とすることができる。印字ヘッド60は、電気接点102からの制御信号を印字ヘッド60に結合するフレックス回路106に結合されている。流体は流体貯蔵容器104に保持されており、貯蔵容器104は、流体配給組立品を備えており、その内で、例示形式、スポンジ108および直立管（図示せず）が示されている。流体は、スポンジ108に貯蔵され、直立管により印字ヘッド60に配給される。
【００２６】
図５は、図４の印字カートリッジ100を使用しているヒューレット・パッカード・デスクジェット340（Ｃ2655Ａ）と同様の、例示流体ジェット記録装置200を示す。媒体230（紙のような）は媒体送り機構260により媒体トレイ210から取り上げられ、その長さ方向に印字カートリッジ100を横断して移動する。印字カートリッジ100は、往復台組立体240により媒体230の幅方向に移動する。媒体送り機構260および往復台組立体240は共に媒体230を移動させる運搬組立体を形成している。媒体230に記録されてしまうと、媒体230は媒体出力トレイ220の上に排出される。
【００２７】
図６Ａは、単独多重濃度レベル・マスク140を示す。このマスクは本発明の代わりの実施形態においてオリフィス開口42を形成するのに使用される。不透明領域142は、オリフィス開口42の形状および面積を規定するのに使用される。部分的に不透明な区域144は、流体井戸の形状および面積を規定するのに使用される。非不透明区域146は、電磁エネルギに対して本質的に透明であり、マスクのこの区域は、上オリフィス層34および下部オリフィス層35の、架橋結合され、現像時除去されない区域を形成する。不透明領域142の形状は、現像プロセスを最適化するため部分的に不透明な区域144の幾何学的形状に合っている。
【００２８】
図６Ｂは、不透明区域152の幾何学的形状が部分的に不透明な区域154の幾何学的形状とは異なる単独多重濃度レベル・マスク150を示す。この技法は、流体井戸形状およびオリフィス開口形状を別々に形成することを考える直接作像方法のため許容される。この技法は、流体井戸の最適設計を考慮し高速再充填速度、泡ブローバック割合、および印字ヘッドの多重オリフィスの最大密度を与える。流体の滴がオリフィスから放出されると、滴は主本体形状および引きずる尾を有し、これらは組み合わさって滴の塊を形成する。直接作像方法は、オリフィス開口42の最適設計を与え、流体がオリフィスを出るとき放出される流体の正しい体積、放出流体の尾の構成、および流体の形状を与え、これにより媒体までのその飛行経路での流体の破壊が最小になる。非不透明区域156は、電磁エネルギに対して本質的に透明であり、マスクのこの区域は、上オリフィス層34および下部オリフィス層35の、架橋結合し、現像時に除去されない区域を形成する。この実施形態では、例示マスクは、非不透明区域156について本質的に100％の透過度、部分的に不透明の区域154について本質的に20％の透過度、および不透明区域152について本質的に０％の透過度を有している。
【００２９】
異なる形状を備える能力は、流体送りスロット30をエネルギ消費要素32から更に遠くに設置して泡のブローバックを飲み込む可能性を減らし、オリフィス内への空気の放出を制限することができる。
【００３０】
更に、流体井戸およびオリフイス開口の個別形状の制御とともに下部オリフィス層35および上オリフィス層34双方の厚さを制御するため、オリフィス構造の一般的設計を行なうことができる。
【００３１】
図７Ａは、好適オリフィス構造の上面図を示す。オリフイス開口174は、円形であり、流体井戸172は、長方形である。図７Ｂは、図７ＡのＢＢ視方向で見たオリフィスの側面図を示す。上オリフィス層168は上オリフィス高さ162を備え、これはオリフイス開口174の面積と共にオリフィス室の容積を決定する。下部オリフィス層170は、下部オリフィス高さ164を備え、これは流体井戸172の面積と共に流体井戸室180の容積を決定する。全オリフィス高さ166は、上オリフィス高さ162と下部オリフィス高さ164との和である。
上オリフィス高さ162に対する下部オリフィス高さ164の比は、決定的パラメータ、すなわち高さ比を規定する。ここで、
高さ比  ＝  下部オリフィス高さ／上オリフィス高さ
である。この高さ比は、その引きずる尾の長さに関係する放出滴のオーバシュート体積、および再充填時間、すなわちオリフィスに流体を再充填するのに必要な時間、の双方を制御する。
【００３２】
図８は、直径16μmおよび流体井戸長42μmおよび幅20μmの例示オリフィスに対する高さ比対再充填時間および高さ比対オーバシュート体積の効果を示すグラフである。このグラフを使用すれば、印字ヘッドの設計者が所要放出滴形状に対する層の厚さを選定することができる。
【００３３】
図９Ａから図９Ｅまでは、分離層を形成する方法として遅い架橋結合ポリマの単独層を使用し、遅い架橋結合ポリマへの電磁エネルギの露出不足および露出過剰を採用する本発明の代わりの実施形態のステップを示す。
【００３４】
図９Ａは、その上に薄膜層50の積み重ねが施されている処理済み半導体基板20を示す。半導体基板20は、エネルギ消費要素32および流体送りスロット30を備えている。
【００３５】
図９Ｂは、薄膜層50の積み重ねへの遅い架橋結合材料34の施工および流体送りスロット30への充填を示す。
【００３６】
図９Ｃは、遅い架橋結合ポリマ34の層を低い適用量の電磁エネルギ12に露出してオリフィス開口を形成することを示している。露出適用量は、露出不足にして遅い架橋結合ポリマを所要深さまで架橋結合するに丁度十分な量とする。例示露出は、60.3ミリジュールである。
【００３７】
図９Ｄは、流体井戸室が存在する場所を除き、遅い架橋結合ポリマ34の層のすべてを架橋結合するに十分な高い適用量で露出過剰にして遅い架橋結合ポリマ34の層のすべてを架橋結合するに十分な高い適用量により遅い架橋結合ポリマ34の層を露出することを示している。
【００３８】
図９Ｅは、異なる適用量の電磁エネルギを遅い架橋結合ポリマ34の層に露出させるのに多重濃度レベルを有する単独マスクを使用する、図９Ｃおよび図９Ｄで使用したものに対する代わりの方法ステップを示す。この技法は、オリフィス開口42と流体井戸室43との精密な整列を与える一方、方法ステップの数をも減少する。
【００３９】
図９Ｆは、架橋結合されていない材料が流体井戸室およびオリフィス室から除去される現像プロセスを示す。オリフィス室は、染料またはその内部で混合する他の材料が、浸透するにつれて電磁エネルギを減衰させることにより、遅い架橋結合ポリマ34の層の深さでは材料の架橋結合が少ないためわずかな内曲テーパしか備えていない。
【００４０】
図９Ｇは、流体送りスロット30の中に開く流体送り室44を作る裏面ＴＭＡＨエッチプロセス後の仕上がり結果を示す。
【００４１】
図１０Ａから図１０Ｅは、オリフィス層に穴を作る単独マスク製作プロセスに使用する多重濃度レベル・マスクを製作するのに使用される方法ステップの結果を示す。
【００４２】
図１０Ａは、オリフィス層を作るのに使用される写真作像可能ポリマを露出するのに使用される、電磁エネルギに対して透明な石英基板200を示す。石英基板200は、適切な光学品質のものでなければならない。
【００４３】
図１０Ｂは、その上に半透明誘電体材料210の層を持つ石英基板200を示す。このような例示材料は、酸化鉄（ＦeＯ2）である。半透明誘電体材料210の層の上に不透明材料220、例示材料はクロムである、の層が加えられる。ＦeＯ2およびクロムは共に通常の電子ビーム蒸発器を用いて堆積させることができる。負動作フォトレジストの層を不透明材料220の層の上に施し、電磁エネルギに露出し、現像して流体井戸室の形状および面積を規定するフォトレジスト域230を残す。
【００４４】
図１０Ｃは、石英基板200を通常どおりにエッチした後の結果を示す。不透明材料220がクロムで構成されていると、例示エッチプロセスは、標準のＫＴＩクロム浴である。石英基板200に次に別の通常のエッチプロセスを適用し半透明誘電体材料210を除去し、半透明層212を形成する。半透明誘電体材料210としてＦeＯ2を使用すると、例示エッチプロセスは、ＳＦ６またはＣＦ４プラズマを使用するプラズマエッチングである。残っているフォトレジスト230を次にはぎ取る。
【００４５】
図１０Ｄにおいてフォトレジストの別の層を石英基板200に加え、露出してオリィス開口の形状および面積を形成し、次に現像してオリフィス・パターン240を作る。
【００４６】
図１０Ｅは、石英基板200をエッチにより処理してオリフィス・パターン240が存在していない半透明層222を除去し、それにより不透明層オリフィス開口パターン224を作った後の結果を示す。不透明材料がクロムである場合、例示エッチプロセスは、湿式化学エッチングであり、半透明誘電体層212は、エッチプロセスで攻撃されない。
【００４７】
直接作像ポリマ・オリフィス・プロセスは、簡単、廉価で、現存する機器を使用し、現在の感熱式流体ジェット技術に適合している。このプロセスは、オリフィスおよび流体井戸の幾何学形態の独立制御を考える上で設計の柔軟性および厳密なオリフィス寸法制御を与える。多重濃度レベル・マスク構成は、オリフィスおよび流体井戸の本質的整列を与えて歩留まりおよび整合性を向上させる単一露出の使用を可能とする。
【００４８】
色々な内曲オリフィスの形状を図示してきたが、上述の技法を使用して他の内曲形状が可能であり、本発明の精神および範囲の中に入る。
【００４９】
本発明は、生き生きした明瞭な写真印刷に必要な細かい解像度のための、より厳密な流体ジェット方向制御およびより小さい滴体積の必要性に取り組んでいる。加えて、本発明は、印字ヘッドの製造を簡単にしているが、これにより生産の費用が下がり、高効率の生産が可能となり、印字ヘッドの品質、信頼性、および整合性が増大する。本発明の好適実施形態、およびその代わりの実施形態は、独特のオリフィス形状を作り出すことができ、別の関心事に取り組みまたは印字ヘッドから放出される流体の色々な長所を活用できることを実証している。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】好適実施形態の単一オリフィスの上面図である。
【図１Ｂ】基本構造を示すオリフィスの等角断面図である。
【図２Ａ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図２Ｂ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図２Ｃ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図２Ｄ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図２Ｅ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図２Ｆ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図２Ｇ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図２Ｈ】図１ＡのＡＡ方向に見た断面図であって、正常位置オリフィスを作る好適実施形態の方法ステップの一つを示す図である。
【図３Ａ】多数オリフィを示す印字ヘッドの上面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した印字ヘッドの底面図である。
【図４】本発明を採用できる、印字ヘッドを利用した印字カートリッジを示す図である。
【図５】本発明を採用できる、印字ヘッドを有する印字カートリッジを使用したプリンタ機構を示す図である。
【図６Ａ】本発明の代わりの実施形態を作るのに使用されるマスク・パターンを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の好適実施形態を使用した可能なマスク・パターンを示す図である。
【図７Ａ】本発明の好適実施形態の上面図を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の好適実施形態の側面図であり、内曲オリフィスを形成するのに使用される関連寸法を示している図である。
【図８】好適実施形態の内曲オリフィスの高さ比に基づく再充填時間とオーバシュートとの設計交換条件を示すグラフである。
【図９Ａ】正常位置オリフィスの単層品種を作る方法ステップの一つを示す図である。
【図９Ｂ】正常位置オリフィスの単層品種を作る方法ステップの一つを示す図である。
【図９Ｃ】正常位置オリフィスの単層品種を作る方法ステップの一つを示す図である。
【図９Ｄ】正常位置オリフィスの単層品種を作る方法ステップの一つを示す図である。
【図９Ｅ】正常位置オリフィスの単層品種を作る方法ステップの一つを示す図である。
【図９Ｆ】正常位置オリフィスの単層品種を作る方法ステップの一つを示す図である。
【図９Ｇ】正常位置オリフィスの単層品種を作る方法ステップの一つを示す図である。
【図１０Ａ】本発明の好適実施形態に使用される多重濃度レベルのマスクを作る方法での結果の一つを示している図である。
【図１０Ｂ】本発明の好適実施形態に使用される多重濃度レベルのマスクを作る方法での結果の一つを示している図である。
【図１０Ｃ】本発明の好適実施形態に使用される多重濃度レベルのマスクを作る方法での結果の一つを示している図である。
【図１０Ｄ】本発明の好適実施形態に使用される多重濃度レベルのマスクを作る方法での結果の一つを示している図である。
【図１０Ｅ】本発明の好適実施形態に使用される多重濃度レベルのマスクを作る方法での結果の一つを示している図である。
【図１Ａ】
0004233672.tif 000002
【図１Ｂ】
0004233672.tif 000003
【図２Ａ】
0004233672.tif 000004
【図２Ｂ】
0004233672.tif 000005
【図２Ｃ】
0004233672.tif 000006
【図２Ｄ】
0004233672.tif 000007
【図２Ｅ】
0004233672.tif 000008
【図２Ｆ】
0004233672.tif 000009
【図２Ｇ】
0004233672.tif 000010
【図２Ｈ】
0004233672.tif 000011
【図３Ａ】
0004233672.tif 000012
【図３Ｂ】
0004233672.tif 000013
【図４】
0004233672.tif 000014
【図５】
0004233672.tif 000015
【図６Ａ】
0004233672.tif 000016
【図６Ｂ】
0004233672.tif 000017
【図７Ａ】
0004233672.tif 000018
【図７Ｂ】
0004233672.tif 000019
【図８】
0004233672.tif 000020
【図９Ａ】
0004233672.tif 000021
【図９Ｂ】
0004233672.tif 000022
【図９Ｃ】
0004233672.tif 000023
【図９Ｄ】
0004233672.tif 000024
【図９Ｅ】
0004233672.tif 000025
【図９Ｆ】
0004233672.tif 000026
【図９Ｇ】
0004233672.tif 000027
【図１０Ａ】
0004233672.tif 000028
【図１０Ｂ】
0004233672.tif 000029
【図１０Ｃ】
0004233672.tif 000030
【図１０Ｄ】
0004233672.tif 000031
【図１０Ｅ】
0004233672.tif 000032