JP2001071502A - インクジェットのプリントヘッドを備えるプリント装置およびその製造方法、並びにプリント方法 - Google Patents

インクジェットのプリントヘッドを備えるプリント装置およびその製造方法、並びにプリント方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、非常に精密な公差で製造でき、次
世代プリントヘッドの要求を満たしている。 【解決手段】 本発明は、プリントヘッド基板２０と、
基板２０の第１の表面上に形成された複数の薄膜層２４
であって、層のうちの少なくとも１つが複数のインク噴
出要素を形成し、層のうちの１つが第１の材料を含み、
層のうちの１つが第１の材料でできた層４２の上の保護
層４６を含む薄膜層と、薄膜層２４を貫いて形成された
インク供給穴２６と、基板２０の第２の表面から、基板
２０を通って、薄膜層内に形成されたインク供給穴２６
へのインク路３８を提供する、基板２０内の少なくとも
１つの開口部３６とを含み、第１の材料でできた層４２
が、エッチングされてインク供給穴２６から後退し、イ
ンク供給穴２６に入ってくるいかなる流体からも保護層
４６によって保護されるようになっている、プリントヘ
ッドを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに関し、より詳細には、インクジェットプリンタ
用の一体構造のプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェットプリンタは通常、プリン
タを通って供給される紙のシートの幅の端から端まで左
右に走査するキャリッジ上に取り付けられたプリントヘ
ッドを有している。キャリッジに取り付けられている
か、キャリッジの外部にあるかのどちらかであるインク
槽からのインクは、プリントヘッド上のインク噴出チャ
ンバに供給される。各インク噴出チャンバは、ヒータ抵
抗器や圧電素子等のインク噴出要素を含んでおり、これ
らは別個にアドレス可能である。インク噴出要素に通電
することによって、インク滴がノズルを通って噴出さ
れ、媒体上に小さなドットを作り出す。作り出されたド
ットのパターンによって、画像やテキストが形成され
る。
【０００３】発射の周波数と共にドットの解像度（１イ
ンチ当たりのドット数）が上がるにつれて、発射要素に
より発生する熱も大きくなる。この熱は、放散する必要
がある。熱は、噴出されているインクとプリントヘッド
基板との組み合わせによって放散され、インク噴出要素
からの熱が徐々に減っていく。基板は、プリントヘッド
に流入してくる供給インクによって更に冷却される場合
がある。
【０００４】あるタイプのプリントヘッドとインクジェ
ットプリンタに関する更なる情報が、本出願の出願人に
譲渡されており、その参照によって本明細書に組み込ま
れる、Steven Steinfield他による“Stable Substrate
Structure For A Wide SwathNozzle Array In A High R
esolution Inkjet Printer”という名称の米国特許第
５，６４８，８０６号において得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】消費者市場の厳しい要
求に応じるためには、プリントヘッドの解像度およびプ
リント速度が上がると、新しいプリントヘッドの製造技
術および構造が必要である。従って、少なくとも以下の
特性を有する改良したプリントヘッドが必要とされてい
る。すなわち、高い動作周波数でインク噴出要素から、
適切に熱を徐々に減らすこと、最小限の逆流で、インク
噴出チャンバの再補充速度が適切なものになること、近
くのインク噴出チャンバとのクロストークを最小限にす
ること、インク内の粒子に対する耐性があること、プリ
ント解像度が高いこと、ノズルとインク噴出チャンバと
を精密に整列することができること、滴の飛翔経路が精
密で予測可能なこと、製造が比較的容易で安価であるこ
と、および信頼性が高いこと、である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本明細書においては、集
積回路技術を用いて形成される一体構造のプリントヘッ
ドを説明する。抵抗層を含む各薄膜層が、シリコン基板
の頂面上に形成されている。これら様々な層はエッチン
グされ、ヒータ抵抗器要素への導線が設けられている。
抵抗要素の代わりに、圧電要素を用いてもよい。ヒータ
抵抗器の下にあるオプションの熱伝導層は、ヒータ抵抗
器から熱を徐々に減らし、その熱を、シリコン基板とイ
ンクとの組み合わせに伝達している。
【０００７】各インク噴出チャンバでは、各薄膜層を貫
いて少なくとも１つのインク供給穴が形成されている。
【０００８】基板の底面には、エッチングで溝(trench)
が形成されており、インクが、薄膜層に形成されたイン
ク供給穴を通って、溝および各インク噴出チャンバに流
入することができるようになっている。
【０００９】薄膜層の頂面上には、オリフィス層が形成
されており、ノズルおよびインク噴出チャンバを規定し
ている。一実施形態において、光で規定できるエポキシ
を用いてオリフィス層が形成されている。
【００１０】抵抗層の下に絶縁層を提供するリンケイ酸
塩ガラス（ＰＳＧ）層は、エッチングしてインク供給穴
から後退し、パッシベーション（不動態化）層により保
護して、インクがＰＳＧ層と相互作用しないようにす
る。その他の層も、同様の方法でエッチングして後退さ
せることによって、インクから保護してもよい。
【００１１】様々な薄膜構造や、様々なインク供給装置
ならびにオリフィス層を説明する。
【００１２】結果として得られる完全に一体化した熱イ
ンクジェットのプリントヘッドは、全体が一体構造なの
で非常に精密な公差で製造することができ、次世代プリ
ントヘッドの要求を満たしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本明細書のプリントヘッ
ドを組み込んでもよい、１つのタイプのインクジェット
のプリントカートリッジ１０の斜視図である。図１のプ
リントカートリッジ１０は、かなりの量のインクをその
本体１２内に含むタイプのものであるが、プリントヘッ
ド上に取り付けられているか、管を介してプリントヘッ
ドに接続されているかのどちらかの外部インク供給容器
からインクを受け取るタイプのプリントカートリッジに
もまた、適用しうる。
【００１４】インクはプリントヘッド１４に供給され
る。以下に詳細に説明するプリントヘッド１４は、イン
クをインク噴出チャンバ内に送り、各チャンバはインク
噴出要素を含んでいる。接点１６に電気信号が供給さ
れ、インク噴出要素に別個に通電して、関連するノズル
１８を通ってインク滴を噴出している。従来のプリント
カートリッジの構造および動作は周知である。
【００１５】本発明は、プリントカートリッジのプリン
トヘッド部、すなわちプリンタ内に永久的に取り付けて
おくことができるプリントヘッドに関し、従って、イン
クをプリントヘッドに供給するインク送出システムとは
別個である。本発明はまた、プリントヘッドが組み込ま
れるプリンタとも別個である。
【００１６】図２は、図１のプリントヘッドにおける、
図１の２−２線切り欠き斜視図である。プリントヘッド
は、３００個以上のノズルおよびそれらに関連するイン
ク噴出チャンバを有してもよいが、本発明を理解するた
めには、単一のインク噴出チャンバのみの詳細を説明す
る。また、当業者は、多くのプリントヘッドが単一のシ
リコンウエハー上に形成され、次に、従来技術を用いて
互いから分離される、ということも理解されるべきであ
る。
【００１７】図２において、シリコン基板２０の上に
は、様々な薄膜層２２が形成されている。これらについ
ては以下で詳細に説明する。薄膜層２２には、抵抗器２
４を形成する抵抗層が含まれている。他の薄膜層は、基
板２０から電気的に絶縁し、ヒータ抵抗器要素から基板
２０までの熱伝導路を提供し、抵抗器要素への導体(ele
ctrical conductors)を提供する等、様々な機能を果た
している。抵抗器２４の一端に通じる導体２５が示され
ている。同様の導体が抵抗器２４の他端に通じている。
実際の実施形態においては、１つのチャンバ内の抵抗器
および導体は、その上にある各層によってよく見えな
い。
【００１８】インク供給穴２６は、薄膜層２２を完全に
貫いて形成されている。
【００１９】薄膜層２２の表面上にはオリフィス層２８
がデポジット（溶着）され、エッチングして抵抗器２４
毎に１つのインク噴出チャンバ３０が形成されている。
オリフィス層２８内には、マニホルド３２もまた形成さ
れており、１行のインク噴出チャンバ３０に共通のイン
クチャネルを提供している。マニホルド３２の内縁は、
破線３３で示されている。ノズル３４は、マスクおよび
従来のフォトリソグラフィー技術を用い、レーザ・アブ
レーションによって形成してもよい。
【００２０】シリコン基板２０をエッチングして、イン
ク供給穴２６の行の長さに沿って延びる溝３６が形成さ
れており、インク槽からのインク３８がインク供給穴２
６に入って、インクをインク噴出チャンバ３０に供給す
るようになっている。
【００２１】一実施形態において、それぞれのプリント
ヘッドの長さは約１／２インチ（約１．２７センチ）で
あり、互い違いになった２行のノズルを含んでいる。各
行は１５０個のノズルを含み、プリントヘッド１つ当た
り合計で３００個のノズルを有する。従って、このプリ
ントヘッドは、１回の通過でノズルの行方向に沿って１
インチ（２．５４センチ）当たり６００ドットの解像度
でプリントすることができ、多数回通過するとそれより
も高い高解像度でプリントすることができる。また、プ
リントヘッドの走査方向に沿っても、これよりも高い解
像度でプリントすることができる。本発明を用いて、１
２００ｄｐｉ以上の解像度を得ることができる。
【００２２】動作において、電気信号がヒータ抵抗器２
４に供給されると、ヒータ抵抗器２４は、インクの一部
を気化して、インク噴出チャンバ３０内に気泡を形成す
る。気泡はインク滴を、関連するノズル３４を通って媒
体上へと進ませる。次にインク噴出チャンバは、毛管現
象によって再補充される。
【００２３】図３は、溝３６およびインク供給穴２６を
示しており、図２に示すプリントヘッドの下側の斜視図
である。図３の実施形態において、１つの溝３６が２行
のインク供給穴２６にアクセスするようになっている。
【００２４】一実施形態において、各インク供給穴２６
のサイズは、ノズル３４のサイズよりも小さく、インク
内の粒子がインク供給穴２６で濾過されて取り除かれ、
ノズル３４を詰まらせないようになっている。インク供
給穴２６が詰まっても、各チャンバ３０にインクを供給
するインク供給穴２６が多数あるから、チャンバ３０の
再充填速度にはほとんど影響がない。一実施形態におい
て、インク供給穴２６の数はインク噴出チャンバ３０の
数よりも多い。
【００２５】図４は、図２の４−４線に沿った断面図で
ある。図４は個々の薄膜層を示している。図４の実施形
態において、図示のシリコン基板２０の部分は、厚さが
約１０ミクロンである。この部分は、ブリッジと呼ばれ
ている。シリコン全部の(bulk)厚さは、約６７５ミクロ
ンである。
【００２６】シリコン基板２０の上には、従来技術を用
いて厚さが１．２ミクロンのフィールド酸化物層４０が
形成されている。そして、酸化物層４０の上には、厚さ
が０．５ミクロンのリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）層４
２が施されている。
【００２７】層４２の代わりに、層４２のエッチングと
同様の方法でエッチングされたボロンＰＳＧまたはボロ
ンＴＥＯＳ（ＢＴＥＯＳ）層を用いてもよい。
【００２８】次に、ＰＳＧ層４２の上には、例えばタン
タルアルミニウム（ＴａＡｌ）によりできた、厚さが
０．１ミクロンの抵抗層が形成されている。他の公知の
抵抗層もまた用いることができる。抵抗層はエッチング
されると、抵抗器２４を形成する。ＰＳＧ層４２および
酸化物層４０によって、抵抗器２４と基板２０との間が
電気的に絶縁され、基板２０のエッチング時にエッチン
グのストッパとなり、張り出し部４５を機械的に支持し
ている。ＰＳＧ層および酸化物層はまた、通電信号を抵
抗器２４に結合するのに用いるトランジスタ（図示せ
ず）の多結晶シリコンのゲートも絶縁している。
【００２９】裏側のマスク（溝３６の形成用）をインク
供給穴２６と完全に整列させるのは困難である。従っ
て、製造プロセスは、基板２０がインク供給穴２６を妨
げてしまうというリスクを負うのではなく、可変の張り
出し部４５を設けるように設計されている。
【００３０】抵抗層の上にあって抵抗器への電気的接続
を行う、パターニングした、アルミニウム銅合金等の金
属層は、図４には示していないが図２に示している。Ａ
ｌＣｕおよびＴａＡｌ内にトレースがエッチングされて
いて、第１の抵抗器寸法（例えば、幅）を規定してい
る。第２の抵抗器寸法（例えば、長さ）は、ＡｌＣｕ層
をエッチングして、抵抗部がＡｌＣｕトレースと２端で
接触するようにすることによって、規定される。抵抗器
および導体を形成するこの技術は、当業者には周知であ
る。
【００３１】抵抗器２４およびＡｌＣｕ金属層の上に
は、厚さが０．５ミクロンの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）
層４６が形成されている。この層は、絶縁とパッシベー
ション（不動態化）とを行う。窒化物層４６がデポジッ
トされる前に、ＰＳＧ層４２がエッチングされてＰＳＧ
層４２をインク供給穴２６から後退させ、いかなるイン
クとも接触しないようにしている。ＰＳＧ層４２は、あ
る種のインクや溝３６を形成するのに用いるエッチャン
トから損傷を受けやすいので、このことは重要である。
【００３２】層をエッチングして後退させ、その層をイ
ンクから保護することは、プリントヘッドにおける多結
晶シリコン層および金属層に適用してもよい。
【００３３】窒化物層４６の上には、厚さが０．２５ミ
クロンの炭化シリコン（ＳｉＣ）層４８が形成されてい
る。この層は、更なる絶縁とパッシベーションとを行
う。これにより、窒化物層４６と炭化物層４８とがＰＳ
Ｇ層４２をインクおよびエッチャントから保護してい
る。窒化物と炭化物との代わりに、他の誘電体層を用い
てもよい。
【００３４】炭化物層４８と窒化物層４６とをエッチン
グし、ＡｌＣｕトレースの部分を露出させて、次に形成
する接地ライン（図４のフィールドから出ている）に接
触するようにする。
【００３５】炭化物層４８の上には、厚さが０．６ミク
ロンのタンタル（Ｔａ）でできた接着層５０が形成され
ている。このタンタルはまた、抵抗器要素を覆う気泡キ
ャビテーションバリアとしての機能も果たしている。こ
の層５０は、窒化物層／炭化物層の開口部を通じて、Ａ
ｌＣｕ導電トレースに接触している。
【００３６】タンタル層５０の上には、金（図示せず）
がデポジットされ、エッチングされて、ＡｌＣｕトレー
スのうちのあるいくつかと電気的に接続する接地ライン
が形成されている。こういった導体は従来のものであっ
てもよい。
【００３７】ＡｌＣｕおよび金の導体は、基板表面上に
形成されたトランジスタに結合してもよい。このような
トランジスタについては、上述の米国特許第５，６４
８，８０６号に記載されている。このような導体は、基
板２０の縁に沿った電極で終端してもよい。
【００３８】フレキシブル回路（図示せず）は、基板２
０上の電極に接合され、プリンタへの電気的接続用の接
触パッド１６（図１）で終わっている導体を有してい
る。
【００３９】インク供給穴２６は、エッチングによって
薄膜層を貫いて形成されている。一実施形態において、
単一の供給穴マスクが用いられる。他の実施形態におい
て、様々な薄膜層が形成される時にいくつかのマスキン
グおよびエッチングの段階が用いられる。
【００４０】次にオリフィス層２８がデポジットされて
形成される。それに続いて、溝３６がエッチングされ
る。他の実施形態において、溝のエッチングは、オリフ
ィス層を製造する前に行われる。オリフィス層２８は、
ＳＵ８と呼ばれるスパンオンエポキシ(spun-on epoxy)
で形成されていてもよい。一実施形態において、オリフ
ィス層は、約２０ミクロンである。
【００４１】必要ならば、基板２０からインクへより良
好に熱が伝達されるように、裏側に金属をデポジットし
てもよい。
【００４２】図５は、図２の構造の平面図である。各要
素の寸法は、次のようであってもよい。インク供給穴２
６は１０ミクロン×２０ミクロン、インク噴出チャンバ
３０は２０ミクロン×４０ミクロン、ノズル３４は直径
が１６ミクロン、ヒータ抵抗器２４は１５ミクロン×１
５ミクロン、マニホルド３２は幅が約２０ミクロンであ
る。これらの寸法は、用いるインク、動作温度、プリン
ト速度、所望の解像度およびその他の要因によって変わ
る。
【００４３】図６は、他の実施形態であるプリントヘッ
ドの部分平面図である。このプリントヘッドにおいて
は、インクマニホルドがない。各インク噴出チャンバに
インクを供給するのは、２つの専用インク供給穴であ
る。このプリントヘッドの他の図は、図７、図８および
図９に示されている。図示の実施形態においては、イン
ク供給穴の方がヒータ抵抗器よりも数が２倍多い。他の
実施形態においては、各チャンバについて１つまたはそ
れよりも多い専用インク供給穴がある。
【００４４】図６において、インク噴出チャンバ６０の
略図は、ヒータ抵抗器６２、ノズル６４（小さい方のノ
ズルの直径を破線の輪郭で表す）およびインク供給穴６
６，６７と共に示されている。インク供給穴６６，６７
は、ノズル６４よりも小さく設計されており、いかなる
粒子もチャンバ６０に達する前に濾過して取り除かれる
ようになっている。粒子が１つのインク供給穴に詰まっ
ても、他のインク供給穴の大きさは、動作周波数近くで
チャンバ６０を再充填するのに十分である。
【００４５】図７は、単一のインク噴出チャンバ６０を
示す、図６の７−７線切り欠き斜視図である。
【００４６】図７において、シリコン基板７０の上に
は、複数の薄膜層７２（図８で個別に示す）が形成され
ている。これらの薄膜層には、エッチングされてヒータ
抵抗器６２を形成する、抵抗層およびＡｌＣｕ層が含ま
れている。抵抗器６２に通じるＡｌＣｕ導体６３が示さ
れている。
【００４７】インク供給穴６７は、薄膜層７２を貫いて
シリコン基板７０の表面まで延びるように形成されてい
る。次いで、薄膜層７２の上にはオリフィス層７４が形
成され、インク噴出チャンバ６０およびノズル６４を規
定している。シリコン基板７０がエッチングされて、イ
ンク噴出チャンバの行の長さに沿って延びる溝７６を形
成している。溝７６は、オリフィス層の前に形成しても
よい。インク槽からのインク７８が溝７６内に流入し、
インク供給穴６７を通ってチャンバ６０に流入している
ところが示されている。
【００４８】図８は、チャンバ６０の半分を示す、図７
の８−８線断面図である。残りの半分は、図８と対称で
ある。シリコン基板２０の一部がヒータ抵抗器のすぐ真
下に配置されて抵抗器から熱を徐々に減らす第１の実施
形態と異なり、図８の構造では、ヒータ抵抗器の下の金
属層を用いて、抵抗器から熱を取り去って、その熱を基
板およびインク自身に伝達するようになっている。
【００４９】溝７６が形成される前に、シリコン基板７
０（図７）の上には、厚さが１．２ミクロンのフィール
ド酸化物でできた絶縁層９０が形成されている。図８の
プリントヘッドの部分は、溝７６の形成後を示したもの
であり、従って、基板７０は視界には示されていない。
【００５０】次いで、酸化物９０の上には、厚さが０．
５ミクロンのＰＳＧ層９２がデポジットされている。図
４に関連して説明したように、酸化物層とＰＳＧ層は、
ヒータ抵抗器と下に配置される導電層との間の電気的絶
縁および熱伝導を行うと共に、溝７６のエッチング後に
残るシリコン基板部同士の間に延びるブリッジの機械的
支持を増大させる。これもまた前述のように、ＰＳＧ層
９２がインク供給穴６７から後退させられ、そうしなけ
ればＰＳＧと反応してしまうであろうインクと接触しな
いようにしている。
【００５１】ＰＳＧ層９２の上には、厚さが０．１ミク
ロンのタンタルアルミニウムでできた抵抗層が形成され
ている。ＴａＡｌ層の上には、ＡｌＣｕ層（図示せず）
が形成されている。ＴａＡｌ層とＡｌＣｕ層とは、前述
のようにエッチングされて、様々なヒータ抵抗器６２お
よび導体６３（図７）を形成している。
【００５２】抵抗器６２とＡｌＣｕ導体との上には、厚
さが０．５ミクロンの窒化物でできた層９６が形成され
ている。次に、厚さが０．２５ミクロンの炭化シリコン
でできた層９８が形成されている。窒化物層／炭化物層
とはエッチングされ、ＡｌＣｕ導体の部分を露出させて
いる。
【００５３】そして、厚さが０．６ミクロンのタンタル
でできた接着層１００がデポジットされ、次に金からな
る導電層が形成されている。次いで、これらの層は両方
ともエッチングされて、ヒータ抵抗器６２に通じ最後に
基板の縁に沿った接合パッドで終わるあるいくつかのＡ
ｌＣｕ導体と電気的に接触する、金の導体を形成してい
る。一実施形態において、こういった金の導体は接地ラ
インである。
【００５４】それから、薄膜層を貫いてインク供給穴６
７がエッチングされる（または、薄膜層の製造中にパタ
ーニングする）。オリフィス層７４はデポジットされエ
ッチングされて、チャンバ６０およびノズル６４を形成
している。ノズル６４はまた、レーザ・アブレーション
によって形成してもよい。
【００５５】次いで、基板７０（図７）の裏側はマスキ
ングされ、ＴＭＡＨのエッチャントを用いてエッチング
が行われ、インク噴出チャンバ６０の行の長さに沿って
延びる溝７６を形成している。エッチング技術にはいく
つかあるが、そのいずれを用いてもよく、ウェットでも
ドライでもよい。ドライのエッチャントの例としては、
例えばＸｅＦ2やＳｉＦ6がある。適切なウェットのエッ
チャントの例としては、例えばエチレンジアミンピロカ
テコール（ＥＤＰ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、およ
びＴＭＡＨがある。他のエッチャントもまた用いてもよ
い。これらのうちのどの１つまたはそれらの組み合わせ
も、本出願に用いることができる。
【００５６】溝７６は、インク噴出チャンバ１つとほぼ
等しい幅であってもよく、多数の行のインク噴出チャン
バを包含する幅であってもよい。溝は、製造プロセス中
のいかなる時に形成してもよい。
【００５７】溝７６の形成後、フィールド酸化物９０の
上にあるウエハーの裏側には、厚さが０．１ミクロンの
タンタル（Ｔａ）でできた接着層１０１が形成されてい
る。次いで、接着層１０１の上には、例えば金（Ａｕ）
でできた、厚さが１．５ミクロンの熱伝導層１０２が形
成されている。そして、熱伝導層１０２の上には、厚さ
が０．１ミクロンのタンタルでできた他の接着層１０３
が形成されている。
【００５８】図９は、図６のプリントヘッドにおけるイ
ンク噴出チャンバ６０の半分の平面図である。図９は、
様々な層のエッチングを示し、図８と共に見なければな
らない。インク供給穴６７からスタートして、酸化物層
およびパッシベーション層９０，９６，９８は、長さが
約２ミクロンの棚部を形成している。棚部の長さは他の
大きさ、例えば１〜１００ミクロンであってもよい。Ｐ
ＳＧ層９２を１ミクロン超えて延びているタンタル層１
００（金の導体の接着層として用いる）が示されてい
る。ＰＳＧ層９２は、抵抗器６２を２ミクロン超えて延
びている。
【００５９】図１０〜図１５は、図８のプリントヘッド
の製造中の様々な段階間の、ウエハーの一部断面図であ
る。特に明言しない限り、従来技術のデポジット、マス
キング、およびエッチングの段階が用いられる。
【００６０】図１０において、結晶方位が（１１１）の
シリコン基板７０が真空チャンバ内に配置されている。
従来の方法でフィールド酸化物９０が成長させられる。
それから、従来技術を用いてＰＳＧ層９２がデポジット
される。図１０は、従来のフォトリソグラフィー技術を
用いてＰＳＧ層９２の上に形成されているマスク１１０
を示している。次いで、従来の反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）を用いてＰＳＧ層９２がエッチングされ、Ｐ
ＳＧ層９２を次に形成するインク供給穴から後退させて
いる。
【００６１】図１１において、マスク１１０は取り除か
れ、ウエハーの表面にわたってＴａＡｌでできた抵抗層
１１１がデポジットされている。それから、ＴａＡｌの
上には、ＡｌＣｕでできた導電層１１２がデポジットさ
れている。第１のマスク１１３はデポジットされ、従来
のフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされ
ている。そして、従来のＩＣ製造技術を用いて、導電層
１１２と抵抗層１１１とがエッチングされている。他の
マスキングおよびエッチングの段階（図示せず）を用い
て、前述のように、ＡｌＣｕのうちヒータ抵抗器６２の
上方にある部分が取り除かれている。結果として得られ
るＡｌＣｕ導体は、図１０〜図１５の視界の外にある。
【００６２】図１２において、従来技術を用いて、パッ
シベーションの各層、窒化物９６および炭化物９８は、
ウエハーの表面上にデポジットされている。それから、
パッシベーションの各層がマスキングされ（視界の
外）、従来技術を用いてエッチングされて、ＡｌＣｕ導
電トレースの一部が露出され、次の金の導電層に電気的
に接触するようにされている。
【００６３】次いで、タンタルでできた接着層１００お
よび金でできた導電層１１４がウエハー上にデポジット
され、第１のマスク１１５を用いてマスキングされ、従
来技術を用いてエッチングされて、接地ラインを形成し
ている。これらの接地ラインは、基板の縁に沿った接合
パッドで終わっている。第２のマスク（図示せず）によ
って、金のうち、ヒータ抵抗器領域の上方等のＴａ接着
層１００の上方にある部分が取り除かれている。
【００６４】図１３は、図１２の段階の後、結果として
得られる構造を示している。この構造は、薄膜層のう
ち、エッチングされてインク供給穴を形成する部分を露
出するマスク１１６を有している。または、様々な薄膜
層が形成される時に多数のマスキングおよびエッチング
の段階を用いて、インク供給穴をエッチングしてもよ
い。
【００６５】図１４は、薄膜層をエッチングした後の構
造を示している。薄膜層は、異方性エッチャントを用い
てエッチングされている。このインク供給エッチングプ
ロセスは、いくつかのタイプのエッチング（ＲＩＥやウ
ェット）を組み合わせたものであってもよい。インク供
給穴６７は、製造中の膜のパターニングと組み合わせた
エッチングで製造してもよい。この穴６７は、１つのマ
スクおよびエッチング段階で規定しても、一連のエッチ
ングで規定してもよい。すべてのエッチングは、従来の
ＩＣ製造技術を用いてもよい。
【００６６】そして、従来技術を用いてウエハーの裏側
はマスキングされ、インク溝部７６（図７を参照）を露
出している。エッチャントに水酸化テトラメチルアンモ
ニウム（ＴＭＡＨ）を用いるウェットエッチングプロセ
スを用いて、溝７６はエッチングされ、断面に角度をつ
けている。他のウェットの異方性エッチャントもまた用
いてもよい（U.Schnakenberg et al,TMAHW Etchants fo
r Silicon Micromachining,Tech Digest,6th Int.Conf.
Solid State Sensors and Actuators (Transducers’9
1),San Francisco,CA,June 24〜28,1991,pp.815〜818を
参照）。このようなウェットエッチングで、角度をつけ
た溝７６が形成される。この溝７６は、プリントヘッド
の長さに沿って延びていてもよく、または、プリントヘ
ッドの機械的強度を上げるために、プリントヘッドの長
さのうちのインク噴出チャンバ６０の下にある部分のみ
に沿って延びていてもよい。基板がインクと反応してし
まうおそれがある場合には、基板上にパッシベーション
層をデポジットしてもよい。
【００６７】図１５において、タンタル接着層１０１は
基板の底面にわたってフラッシュ蒸着(flash evaporate
d)またはスパッタリングされ、次に、金の熱伝導層１０
２およびもう１つのタンタル層１０３が形成されてい
る。これらの層は、熱伝導層としての役割を果たし、ブ
リッジ部に機械的強度を与える。
【００６８】また、図１５は、オリフィス層７４の形成
も示している。一実施形態において、オリフィス層７４
は、ＳＵ８等の光画像形成可能な(photo-imagible)材料
である。オリフィス層７４は、積層しても、シルクスク
リーン印刷 (screened)しても、スパンオンしてもよ
い。インクチャンバおよびノズルは、フォトリソグラフ
ィーによって形成されている。
【００６９】オリフィス層７４のエッチング後に結果と
して得られる構造は、図８に示されている。オリフィス
層７４はまた、第１の層がインクチャンバを規定するよ
うに形成され、第２の層がノズルを規定するように形成
される、２段階のプロセスで形成してもよい。
【００７０】次に、結果として得られるウエハーは切断
され、個々のプリントヘッドを形成し、そして、プリン
トヘッド上の導体に電気的にアクセスするのに用いるフ
レキシブル回路（図示せず）は、基板の縁にある接合パ
ッドに接続される。その結果として得られる装置は、図
１に示すもの等のプラスチックのプリントカートリッジ
に固着され、プリントヘッドはプリントカートリッジ本
体にシールしてインクがしみ出さないようになってい
る。
【００７１】図１６は、プリントヘッドの第２の他の実
施形態の部分断面図である。このプリントヘッドは、シ
リコン内の溝が薄膜に達するまでエッチングされていな
いということを除いては、図４に示すものと同様であ
る。反対に、シリコン１２０の全部は部分的にエッチン
グされて、ヒータ抵抗器２４の下に薄いシリコンのブリ
ッジを形成している。これを行うには、薄膜層がデポジ
ットされる前に、ウエハーの前側がマスクでパターニン
グされて、溝領域内のシリコン領域のうち、貫通してエ
ッチングを行わない領域を露出する。次に、露出した部
分には、１から２ミクロンの適切な深さまで、ボロン等
のＰ型ドーパントでドープされる。この深さは、１５ミ
クロン以上まで深くてもよい。それから、マスクが取り
除かれる。裏側のハードマスク(hardmask)を用いて、溝
のエッチングが行われるところを規定する。次いで、ウ
エハーの裏側にはＴＭＡＨエッチングプロセスが行わ
れ、それによって、シリコンのうちドープされていない
部分のみがエッチングされることになる。この溝領域内
では、抵抗器２４の下に、厚さが約１０ミクロンのシリ
コン部がある。
【００７２】同様のプロセスを用いて、図４の薄いシリ
コンのブリッジを形成してもよい。
【００７３】図４中の同じ参照番号で識別される薄膜層
は、同一であってもよく、前述のものと同様の各プロセ
スを用いて次に形成される。オリフィス層１２２も、図
８に示すものと同一であってもよい。
【００７４】図１６のプリントヘッドの利点のひとつ
は、抵抗器２４の下のシリコンが同抵抗器２４から熱を
伝導して取り去る、ということである。
【００７５】集積回路製造の当業者であれば、本明細書
において説明するプリントヘッド構造を形成するのに用
いる様々な技術を理解しよう。各薄膜層やそれらの厚さ
は変化してもよく、またいくつかの層を削除してもよ
く、それでも本発明の利点が得られる。
【００７６】図１７は、本発明を組み込むことができる
インクジェットプリンタ１３０の一実施形態を示してい
る。また、多数の他の設計のインクジェットプリンタ
も、本発明と共に用いてもよい。インクジェットプリン
タの更なる詳細は、その参照において本明細書に組み込
まれるＮｏｒｍａｎ Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ他の米国特許
第５，８５２，４５９号において得られる。
【００７７】インクジェットプリンタ１３０は、紙のシ
ート１３４を含む入力トレイ１３２を含んでいる。紙の
シート１３４は、ローラ１３７を用いて、その上にプリ
ントするためプリントゾーン１３５を通って送られる。
それから紙１３４は、出力トレイ１３６に送られる。可
動キャリッジ１３８は、プリントカートリッジ１４０〜
１４３を保持している。プリントカートリッジ１４０〜
１４３はそれぞれ、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）、マ
ゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）のインクをプリン
トするものである。
【００７８】一実施形態において、交換式インクカート
リッジ１４６内のインクは、柔軟性を有するインク管１
４８を経由して関連するプリントカートリッジに供給さ
れるようになっている。プリントカートリッジはまた、
かなりの供給流体を保持するタイプであってもよく、再
補充可能であってもあるいは再補充不可能であってもよ
い。他の実施形態において、インク供給容器はプリント
ヘッド部と別個であり、キャリッジ１３８においてプリ
ントヘッド上に取り外し可能に取り付けられている。
【００７９】キャリッジ１３８は、従来のベルトと滑車
の装置によって、走査軸に沿って動き、摺動ロッド１５
０に沿って摺動するようになっている。他の実施形態に
おいて、キャリッジは静止しており、静止したプリント
カートリッジのアレイが、動いている紙のシート上にプ
リントしている。
【００８０】従来の外部コンピュータ（例えばＰＣ）か
らのプリント信号が、プリンタ１３０によって処理さ
れ、プリントするドットのビットマップが生成される。
次に、このビットマップは、該プリントヘッド用の発射
信号に変換される。プリント中にキャリッジ１３８が走
査軸に沿って左右に動いている時の位置は、光学エンコ
ーダの細長片１５２によって判定され、キャリッジ１３
８上の光電素子によって検出され、キャリッジが１回走
査する間に、各プリントカートリッジ上の様々なインク
噴出要素が、適切な時点において選択的に発射される。
【００８１】上記プリントヘッドは、抵抗、圧電、その
他のタイプのインク噴出要素を用いてもよい。
【００８２】キャリッジ１３８におけるプリントカート
リッジが紙のシートを横切って走査する時、各プリント
カートリッジがプリントする１回分のプリント(swaths)
は互いに重なり合う。１回またはそれよりも多い走査の
後、紙のシート１３４は出力トレイ１３６に向かう方向
にシフトし、キャリッジ１３８は走査を再開する。
【００８３】本発明は、グリットホイール(grit whee
l)、ローラ送り、またはドラムや真空ベルト技術を組み
込んだもの等、他の媒体および／またはプリントヘッド
移動機構を利用してプリント媒体をプリントヘッド装置
に関して支持し移動させる他のプリントシステム（図示
せず）にも、同様に適用可能である。グリットホイール
の設計であれば、グリットホイールおよびピンチローラ
が、媒体を１つの軸に沿って前後に移動し、１つまたは
それよりも多いプリントヘッド装置を保持するキャリッ
ジが、これに直交する軸に沿って媒体を通り過ぎて走査
する。ドラムプリンタの設計であれば、媒体は回転する
ドラムに取り付けられ、ドラムは１つの軸に沿って回転
し、１つまたはそれよりも多いプリントヘッド装置を保
持するキャリッジが、これと直交する軸に沿って媒体を
通り過ぎて走査する。ドラムの設計であってもグリット
ホイールの設計であっても、走査は通常、図１７に示す
システムの場合のように行ったり来たりする方法では行
われない。
【００８４】多数のプリントヘッドが単一の基板上に形
成されてもよい。更に、プリントヘッドのアレイは、１
ページ全部の幅にわたって延びて、プリントヘッドの走
査が必要ないようにしてもよい。この場合、紙はアレイ
と垂直にシフトするのみである。
【００８５】キャリッジ内には、他のカラーや定着剤を
含む更なるプリントカートリッジがあってもよい。
【００８６】このように本発明の特定の実施形態を示し
て説明したが、当業者には、そのより広い態様における
本発明から逸脱することなく、変更および変形を行って
もよく、従って、特許請求の範囲は、その範囲内で、本
発明の真の精神および範囲内にあるすべてのそのような
変更および変形を包含する、ということが自明であろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本明細書において説明するいずれのプリントヘ
ッドを組み込んでもよい、プリントカートリッジの一実
施形態の斜視図である。
【図２】本発明によるプリントヘッドの一実施形態の部
分切り欠き斜視図である。
【図３】図２に示すプリントヘッドの下側の斜視図であ
る。
【図４】図２の４−４線に沿った断面図である。
【図５】透明なオリフィス層を備える、図２のプリント
ヘッドの平面図である。
【図６】他の実施形態であるプリントヘッドの、部分平
面図である。
【図７】図６の７−７線切り欠き斜視図である。
【図８】図７の８−８線に沿った断面図である。
【図９】図８のプリントヘッドの実施形態における単一
のインク噴出チャンバの一部をより詳細に示す、平面図
である。
【図１０】製造プロセスの様々な段階の間の１つを示す
図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１１】製造プロセスの様々な段階の間の他の１つを
示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１２】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１
つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１３】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１
つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１４】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１
つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１５】製造プロセスの様々な段階の間の更に他の１
つを示す図８のプリントヘッドの断面図である。
【図１６】プリントヘッドの第２の他の実施形態の断面
図である。
【図１７】その中に本発明のプリントヘッドを取り付け
て媒体上にプリントしてもよい、従来のインクジェット
プリンタの斜視図である。
【符号の説明】
２０ プリントヘッド基板 ２４ インク噴出要素 ２６ インク供給穴 ２８ オリフィス層 ３０ インク噴出チャンバ ３４ ノズル ３６ 開口部 ３８ インク路 ４０〜５０ 薄膜層 ４０ フィールド酸化物層 ４２ ＰＳＧ層 ４６ 保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コリン・シー・デービス アメリカ合衆国オレゴン州97330， コー バリス， ノース−ウェスト・メンロ 1835 (72)発明者 ティモシー・エル・ウェーバー アメリカ合衆国オレゴン州97333， コー バリス， サウス−ウェスト・ウェスト・ ヒルズ・ロード 3986 (72)発明者 ケネス・イー・トゥルーバ アメリカ合衆国オレゴン州97370， フィ ラマス， マウント・ユニオン・アベニュ ー 336 (72)発明者 ジョン・ポール・ハーモン アメリカ合衆国オレゴン州97321， アル バニー， ピーリア・ロード 32722 (72)発明者 デビット・アール・トーマス アメリカ合衆国オレゴン州97330， コー バリス， ノース−ウェスト・ランス・ウ ェイ 1935

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プリントヘッド基板と、 該基板の第１の表面上に形成された複数の薄膜層であっ
    て、該層のうちの少なくとも１つが複数のインク噴出要
    素を形成し、前記層のうちの１つが第１の材料を含み、
    前記層のうちの１つが第１の材料でできた前記層の上の
    保護層を含む薄膜層と、 前記薄膜層を貫いて形成されたインク供給穴と、 前記基板の第２の表面から、前記基板を通って、前記薄
    膜層内に形成された前記インク供給穴へのインク路を提
    供する、前記基板内の少なくとも１つの開口部とを含
    み、 第１の材料でできた前記層が、エッチングされて前記イ
    ンク供給穴から後退し、前記インク供給穴に入ってくる
    いかなる流体からも前記保護層によって保護されるよう
    になっている、プリントヘッドを備えるプリント装置。
  2. 【請求項２】 前記薄膜層の上に形成され、それぞれが
    内部にインク噴出要素を有する複数のインク噴出チャン
    バを規定し、更に、各インク噴出チャンバ用のノズルを
    規定するオリフィス層を更に含む、請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 前記第１の材料がリンケイ酸塩ガラス
    （ＰＳＧ）である、請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記薄膜層が、その上に前記ＰＳＧ層が
    形成される、フィールド酸化物（ＦＯＸ）層と、抵抗層
    とを含み、 前記保護層が、前記抵抗層および前記ＰＳＧ層の上にあ
    る、請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記薄膜層は、その上に前記ＰＳＧ層が
    形成されるフィールド酸化物（ＦＯＸ）層を含み、前記
    基板内に前記少なくとも１つの開口部を形成する際に、
    前記ＦＯＸ層がエッチングのストッパ層を形成する、請
    求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 プリントヘッド基板を設ける段階と、 該基板の第１の表面上に複数の薄膜層を形成する段階で
    あって、該層のうちの少なくとも１つが複数のインク噴
    出要素を形成し、前記層のうちの１つが第１の材料を含
    む段階と、 第１の材料でできた該層をエッチングして、次に形成す
    るインク供給穴から後退させる段階と、 前記第１の材料の上に保護層をデポジットして、前記イ
    ンク供給穴に入ってくるいかなる流体からも第１の材料
    でできた前記層を保護する段階と、前記薄膜層を貫いて
    前記インク供給穴を形成する段階と、 前記基板の第２の表面から、前記基板を通って、前記薄
    膜層内に形成された前記インク供給穴へのインク路を提
    供する少なくとも１つの開口部を、前記基板内に形成す
    る段階とを含む、プリント装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第１の材料がリンケイ酸塩ガラス
    （ＰＳＧ）である、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 複数の薄膜層を形成する前記段階が、前
    記ＰＳＧ層の上に抵抗層を形成する段階を含む、請求項
    ７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 複数の薄膜層を形成する前記段階が、そ
    の上に前記ＰＳＧ層が形成されるフィールド酸化物（Ｆ
    ＯＸ）層を形成する段階を含み、前記基板内に少なくと
    も１つの開口部を形成する前記段階を行う時に、前記Ｆ
    ＯＸ層がエッチングのストッパ層を形成する、請求項７
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 プリントヘッド基板内の少なくとも１
    つの開口部を通り、前記基板上の薄膜層を貫いて形成し
    たインク供給穴を通ってインクを供給する段階であっ
    て、前記薄膜層のうちの少なくとも１つが複数のインク
    噴出要素を形成する段階と、 前記少なくとも１つの開口部を通って前記薄膜層の上方
    に流れ、インク噴出チャンバに流入する前記インクを案
    内する段階であって、第１の材料でできた層の上にある
    １つまたは複数の層に接触してその上方に前記インクを
    案内する段階を含み、第１の材料でできた前記層の縁
    が、前記供給穴から後退されて保護層によって保護さ
    れ、インクが第１の材料でできた前記層に接触しないよ
    うになっている段階と、 前記インク噴出要素に通電して、関連するノズルを通っ
    てインクを吐出する段階とを含むプリント方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１の材料がリンケイ酸塩ガラス
    （ＰＳＧ）を含む、請求項１０に記載の方法。
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