JP2002225276A - 流体ジェットプリントヘッドおよび流体ジェットプリントヘッドの製造方法 - Google Patents

流体ジェットプリントヘッドおよび流体ジェットプリントヘッドの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きさが一定で信頼性のある液滴を生成する
ことができる流体ジェットプリントヘッドおよびその製
造方法を提供する。 【解決手段】 基板１０を含む流体ジェットプリントヘ
ッド２００であって、流体を噴出する流体チャンバ１０
０を規定する少なくとも１つの層８２と、流体チャンバ
１００と基板１０との間に配置された滑らかで平らな表
面を有する抵抗層３０と、抵抗層３０と基板１０との間
に配置された導電層４０とを含んでなり、導電層４０と
抵抗層３０とが直接に平行に接しており、導電層４０に
は少なくとも１つの空隙が形成されており、それによっ
て抵抗層３０に平らな抵抗体４６が作成されていて、平
らな抵抗体４６が流体チャンバ１００に位置合わせされ
ている流体ジェットプリントヘッド２００およびその製
造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体ジェットプリ
ンタにおいて用いるプリントヘッドの製造に関し、より
詳細には、改良された寸法制御性（dimension contro
l）および改良された段差被覆性（step coverage）を有
する流体ジェットプリントカートリッジにおいて用いら
れる流体ジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】流体ジェットプリントシステムのあるタ
イプは、圧電変換器（piezoelectrictransducer）を用
いて圧力パルスを生成し、それによって液滴（drople
t）をノズルから吐出する。別のタイプの流体ジェット
プリントシステムは、熱エネルギーを用いて、流体を満
たしたチャンバ内に気泡を生成し、それによって液滴を
吐出する。後者のタイプは、熱流体ジェット（thermal
fluid-jet）またはバブルジェット（登録商標）(bubble
jet)のプリントシステムと呼ばれている。
【０００３】従来の熱流体ジェットプリンタは、その中
に流体の小滴が形成されてプリント媒体に向かって噴出
されるプリントカートリッジを含む。このようなプリン
トカートリッジは、オリフィス構造を有する流体ジェッ
トプリントヘッドを含む。オリフィス構造は非常に小さ
なノズルを有し、それらのノズルを通って液滴が噴出さ
れる。流体ジェットプリントヘッド内にノズルに隣接し
て流体チャンバがあり、ここに噴出前の流体を保存す
る。流体供給容器に液体が通じている（以下、「液通す
る」とよぶ）流体チャネルを介して、流体が流体チャン
バに送出される。流体供給容器は、例えば、プリントカ
ートリッジの槽部に収容されている。
【０００４】ノズルを通るインク等の液滴の噴出は、隣
接する流体チャンバ内のある量の流体を急速に加熱する
ことによって行うことができる。流体が気化して急激に
膨張することによって、液滴がオリフィス構造のノズル
を通って押し出される。このプロセスは、一般的に「発
射（firing）」として知られている。チャンバ内の流体
が、ノズルに隣接して配置され位置合わせされた抵抗体
等の変換器で加熱されることができる。
【０００５】インクジェットカートリッジ等の従来の熱
流体ジェットプリントヘッド装置においては、加熱要素
として薄膜抵抗体を用いる。このような薄膜装置におい
ては、通常、断熱および絶縁を行う基板上に抵抗加熱要
素が堆積される。そして、抵抗材料の上に導電層が堆積
される。導電性トレースパターン（conductive tracepa
ttern）によって、個々のヒータ要素（すなわち抵抗
体）の寸法が規定される。このような導電性トレースパ
ターンは、導電層および抵抗層に対する従来のマスキン
グと紫外線露光とエッチングとの技術を含む数多くのス
テップを通じて、リソグラフィーによって形成される。
すなわち、個々の抵抗体の重要な幅寸法（critical wid
th dimension）は、ドライエッチングプロセスによって
制御される。例えば、イオン支援プラズマエッチングプ
ロセス（ion assisted plasma etchprocess）を用い
て、導電層および抵抗層のうちのフォトレジストのマス
クによって保護されていない部分をエッチングする。
（導電層および抵抗層の）残りの導電薄膜のスタックの
幅によって、抵抗体の最終的な幅が規定される。抵抗幅
は、電流の方向と垂直に露出した抵抗層の幅として規定
される。逆に、個々の抵抗体の重要な長さ寸法は、次の
ウェットエッチングプロセスによって制御される。ウェ
ットエッチングプロセスを用いて、抵抗体の長さを規定
する導電層上の傾斜壁（sloped wall）を有する抵抗体
を作成する。導電層の傾斜壁によって、後に製造する各
層の段差被覆を行うことができる。
【０００６】上述のように、従来の熱流体ジェットプリ
ントヘッド装置では、ドライエッチングプロセスとウェ
ットエッチングプロセスとの両方が必要である。ドライ
エッチングプロセスによって個々の抵抗体の幅寸法を決
定し、ウェットエッチングプロセスによって長さ寸法と
個々の抵抗体から始まる必要な傾斜壁との両方が規定さ
れる。当業者には周知のように、それぞれのプロセスで
数多くのステップが必要であり、それによって、プリン
トヘッド装置を製造する時間とプリントヘッド装置を製
造するコストとの両方が増大してしまう。
【０００７】導電層および抵抗層の上に、１以上のパッ
シベーション層およびキャビテーション層を階段状に製
造し、そして選択的に除去して、第２の導電層の電気接
続用のバイア（via）を導電トレースに作成する。第２
の導電層をパターニングして、それぞれのトレースか
ら、抵抗体から離れた露出したボンディングパッドに別
個の導電経路（conductive path）を規定する。このボ
ンディングパッドによって、プリントカートリッジ上の
電気接点との接続が容易になる。電気接点を経由して、
プリンタから抵抗体に起動信号が供給される。
【０００８】プリントヘッドの基礎構造は、少なくとも
１つのオリフィス層で覆われている。好ましくは、この
少なくとも１つのオリフィス層をエッチングして、この
少なくとも１つのオリフィス層内に、所望の発射流体チ
ャンバ(firing fluid chamber)の形状を規定する。流体
チャンバは、抵抗体の上方に位置し、抵抗体と位置合わ
せされている。少なくとも１つのオリフィス層は、好ま
しくはポリマーコーティングで形成されているか、また
は、任意の流体バリア層およびオリフィス板で作製され
ている。当業者には、オリフィス層を形成する他の方法
も既知である。
【０００９】直接駆動熱流体ジェットプリンタ（direct
drive thermal fluid-jet printer）の設計において、
薄膜装置は、好ましくはプリントヘッドの基礎構造の集
積回路部内に集積されたエレクトロニクスによって選択
的に駆動される。集積回路は、導電層を通してプリンタ
のマイクロプロセッサから抵抗体に、直接に電気信号を
伝える。抵抗体によって温度が上昇し、過熱された流体
気泡が作成されて、流体が流体チャンバからノズルを通
って噴出される。しかし、抵抗体の寸法を厳密に制御し
ない場合には、従来の熱流体ジェットプリントヘッド装
置は、大きさが一定でなく信頼性がない液滴と、液滴を
発射するのに必要なターンオンエネルギー（turn on en
ergy：以下、「ＴＯＥ」とよぶ）が一定でないこととが起
こりうる。さらに、流体チャンバ内の階段状の領域が、
滴の飛翔経路（drop trajectory）とデバイスの信頼性
とに影響を与えうる。デバイスの信頼性は、滴噴出後に
つぶれることにより階段状の領域を摩耗させる気泡によ
って影響を受ける。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】大きさが一定で信頼性
のある液滴を生成することができる流体ジェットプリン
トヘッドを製造することが望ましい。さらに、液滴を発
射するのに必要なＴＯＥが一定であり、それによって液
滴の大きさをより制御する流体ジェットプリントヘッド
を製造することが望ましい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】流体ジェットプリントヘ
ッドは、流体を噴出する流体チャンバを規定する少なく
とも１つの層を有する基板を有する。プリントヘッドは
流体チャンバと基板との間に配置された抵抗層も含み、
流体チャンバは流体チャンバと基板との間に滑らかで平
らな表面を有する。プリントヘッドは抵抗層と基板との
間に配置された導電層を有し、導電層と抵抗層とは直接
に平行に接触している。導電層は、抵抗層に平らな抵抗
体を作成する少なくとも１つの空隙を形成している。平
らな抵抗体は、流体チャンバと位置合わせされている。
【００１２】本発明は、従来の薄膜プリントヘッドより
も優れた多数の利点を提供する。第１に、本発明は、プ
リントヘッドの抵抗要素および噴出表面が規定する平面
と実質的に垂直な方向に液滴を発射することができる構
造を提供する。第２に、抵抗材料層の寸法および平坦性
がより精密に制御され、それによって、液滴を発射する
のに必要なＴＯＥのばらつきが少なくなる。第３に、抵
抗体の大きさのばらつきが少なくなるので、液滴の大き
さがより良く制御される。第４に、導電層の耐腐食性
と、表面の粒度組成（texture）と、耐電気泳動性と
が、この設計によって本質的に改良される。
【００１３】
【発明の実施の形態】好ましい実施形態の以下の詳細な
説明において、本明細書の一部をなす添付図面を参照
し、本発明を実施することができる具体的な実施形態を
例として示す。本発明の範囲から逸脱することなく、他
の実施形態を利用することができ、構造的または論理的
変更を行うことができるということが理解されなければ
ならない。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意
味で考えてはならず、本発明の範囲は本発明の冒頭に記
載した特許請求の範囲によってのみ規定される。
【００１４】本発明は、流体ジェットプリントヘッド
と、流体ジェットプリントヘッドの製造方法と、流体ジ
ェットプリントヘッドの使用法とである。本発明は、従
来の流体ジェットまたはインクジェットのプリントヘッ
ドよりも優れた数多くの利点を提供する。第１に、本発
明は、プリントヘッドの抵抗要素および噴出表面が規定
する平面と実質的に垂直な（法線または直角な）方向に
液滴を発射することができる構造を提供する。第２に、
抵抗層の寸法および平坦性がより精密に制御され、それ
によって、液滴を１つ発射するのに必要なＴＯＥのばら
つきが少なくなる。第３に、抵抗体の大きさのばらつき
が少なくなるので、液滴の寸法がより良く制御される。
第４に、改良された耐腐食性と、改良された導電層の耐
電気泳動性と、より滑らかな抵抗体表面とを、この設計
によって本質的に提供する。
【００１５】図１は、従来の薄膜プリントヘッド１９０
を示す部分拡大断面図である。個々の薄膜層の厚さは、
等尺度で描かれているのではなく、例示の目的のために
のみ描かれている。図１に示すように、薄膜プリントヘ
ッド１９０には流体バリア層７０が張り付けており、流
体バリア層７０は、オリフィス板８０を備えた形状で流
体チャンバ１００を規定し、オリフィス層８２（図５を
参照）を作成する。任意のオリフィス層８２および流体
バリア層７０は、ポリマー材料でできた１以上の層で作
製されうる。プリントヘッドを用いると、流体チャンバ
１００内の液滴が急速に加熱され、ノズル９０を通って
発射される。
【００１６】薄膜プリントヘッドの基礎構造１９０は、
基板１０と、絶縁物層２０と、抵抗層３０と、導電層４
０（導体４２Ａ、４２Ｂを含む）と、パッシベーション
層５０と、キャビテーション層６０と、オリフィス板８
０を有する流体チャンバ１００を規定する流体バリア構
造７０とを含む。
【００１７】図２に表すように、ステップ１１０におい
て、好ましくは堆積法（deposition）によって、基板１
０に比較的に厚い絶縁物層２０（絶縁誘電体ともいう）
が施される。絶縁物層２０を製造するのに用いる材料の
例としては、二酸化ケイ素がある。好ましくは、絶縁物
層２０は、厚さが１４００ｎｍ（１４０００オングスト
ローム）のテトラエチルオルソシリケート（tetraethyl
orthosilicate：以下、「ＴＥＯＳ」とよぶ）酸化物から
形成されている。他の一実施形態において、絶縁物層２
０は二酸化ケイ素から製造されている。他の実施形態に
おいては、窒化シリコンから形成されている。
【００１８】絶縁物層２０を製造するには、プラズマ化
学蒸着法（plasma enhanced chemical vapor depositio
n：以下、「ＰＥＣＶＤ」とよぶ）や熱酸化法のような数
多くの方法がある。絶縁物層２０は、その表面上に形成
される抵抗回路の断熱体と絶縁体との両方の役目をす
る。絶縁物層２０の厚さを調整して、所望のＴＯＥおよ
び発射周波数（firing frequency）により、この層の熱
伝達能力すなわち断熱能力を変えることができる。
【００１９】次にステップ１１２において、抵抗層３０
が施され、絶縁物層２０の表面を均一に覆う。好ましく
は、抵抗層３０は、厚さ１２０ｎｍ（１２００オングス
トローム）の窒化タンタルケイ素（tantalum silicon n
itride）や窒化タングステンケイ素(tungsten silicon
nitride)であるが、タンタルアルミニウム（tantalumal
uminum）も用いることができる。次にステップ１１４に
おいて、抵抗層３０の表面上に導電層４０を施す。従来
の構造においては、導電層４０は、好ましくはアルミニ
ウム銅またはタンタルアルミニウムもしくはアルミニウ
ム金で形成される。さらに、導電層４０を形成するのに
用いる金属は、銅、金、または、ケイ素、もしくはそれ
らの組み合わせたような材料でドープまたは化合されて
もよい。導電層４０の好ましい厚さは５００ｎｍ（５０
００オングストローム）である。抵抗層３０および導電
層４０は、物理蒸着法（physical vapor deposition：
以下、「ＰＶＤ」とよぶ）のような様々な技術によって製
造することができる。
【００２０】ステップ１１６において、フォトレジスト
のマスクを用いて導電層４０をパターニングして、抵抗
体の幅寸法を規定する。次にステップ１１８において、
導電層４０をエッチングして、導体４２Ａおよび４２Ｂ
を規定する。導体４２Ａおよび４２Ｂの製造によって、
抵抗層３０のアクティブ領域の重要な長さおよび幅寸法
が規定される。すなわち、抵抗層３０のアクティブ領域
の重要な幅寸法が、ドライエッチングプロセスによって
制御される。例えば、イオン支援プラズマエッチングプ
ロセスを用いて、導電層４０のうちのフォトレジストの
マスクで保護されていない部分を垂直にエッチングし、
それによって、抵抗体の最大幅を導体４２Ａおよび４２
Ｂの幅に等しく規定する。ステップ１２０において、導
体層をフォトレジストでパターニングして、抵抗体の長
さ寸法を、導体４２Ａと４２Ｂとの間の距離として規定
する。ステップ１２２において、抵抗層３０のアクティ
ブ領域の重要な長さ寸法が、ウェットエッチングプロセ
スによって制御される。ウェットエッチングプロセスを
用いるのは、傾斜壁を有する導体４２Ａおよび４２Ｂを
作成し、それによって抵抗体の長さを規定するのに望ま
しいからである。導電層４０の傾斜壁によって、ステッ
プ１２４において施されるパッシベーション層等の後に
製造する各層の段差被覆を行うことができる。
【００２１】導体４２Ａおよび４２Ｂは、液滴を発射す
るための信号を抵抗層３０のアクティブ領域に伝える導
電トレースの役目をする。したがって、抵抗層３０のア
クティブ領域を加熱する電気信号インパルス用の導電ト
レースすなわち経路は、導体４２Ａから抵抗層３０のア
クティブ領域を通って導体４２Ｂまでである。
【００２２】次にステップ１２４において、パッシベー
ション層５０をデバイスの上に均一に施す。様々な成分
を組み込んだパッシベーション層の設計が数多くある。
従来の一実施形態において、単一のパッシベーション層
ではなく２つのパッシベーション層が施される。図１の
従来のプリントヘッドの例において、この２つのパッシ
ベーション層は、窒化ケイ素でできた層と、その次の炭
化ケイ素でできた層とを含む。すなわち、導電層４０お
よび抵抗層３０の上に窒化ケイ素層を堆積し、そして、
好ましくは炭化ケイ素を堆積する。この設計では、導電
層が電気泳動によってパッシベーション層内へと押し入
ってしまう可能性がある。
【００２３】パッシベーション層５０を堆積した後に、
キャビテーションバリア（cavitation barrier）６０を
施す。従来の例において、キャビテーションバリアはタ
ンタル(tantalum)を含む。ＰＶＤ等のスパッタリングプ
ロセスやその他当業者に既知の技術によって、このタン
タルを堆積する。そして、この構造に流体バリア層７０
およびオリフィス層８０を施し、それによって流体チャ
ンバ１００を規定する。一実施形態において、流体バリ
ア層７０は感光性ポリマーから製造され、オリフィス層
８０はめっきされた金属または有機ポリマーから製造さ
れる。図１においては、流体チャンバ１００を、実質的
に矩形または正方形の構成として示す。しかし、本発明
を変えることなく、流体チャンバ１００は他の幾何学的
構成を含みうるということが理解される。
【００２４】図１に示す薄膜プリントヘッド１９０は、
典型的な従来のプリントヘッドの一例を示す。しかし、
抵抗層３０のアクティブ領域の機能的な長さおよび幅を
規定するとともに、後に製造するパッシベーション層５
０やキャビテーション層６０等の各層の十分な段差被覆
を行うのに必要な導電層４０の傾斜壁を作成するために
は、プリントヘッド１９０にはウェットエッチングプロ
セスとドライエッチングプロセスとの両方が必要であ
る。
【００２５】図３は、本発明を組み込んだ流体ジェット
プリントヘッド２００の各層を示す部分拡大断面図であ
る。個々の薄膜層の厚さは等尺度で描かれているわけで
はなく、例示の目的のためにのみ描かれている。図５
は、本発明を組み込んだ流体ジェットプリントヘッド２
００を示す拡大平面図である。図４のステップ１１０に
示すように、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、減圧
化学蒸着法（low pressure chemical vapor depositio
n）、常圧化学蒸着法（atmospheric pressure chemical
vapor deposition）、または熱酸化法（thermal oxide
process）のような何らかの既知の方法によって、絶縁
物層２０が基板１０上に堆積されて製造される。好まし
くは、絶縁物層２０は、厚さが９００ｎｍ（９０００オ
ングストローム）のＴＥＯＳ酸化物から形成されてい
る。他の一実施形態において、絶縁物層２０は二酸化ケ
イ素から製造される。他の実施形態においては、窒化ケ
イ素で形成される。
【００２６】ステップ１２６において、絶縁物層２０の
上に誘電性材料４４を堆積する。そしてステップ１２８
において、この誘電性材料４４をパターニングして抵抗
体領域を作成し、そしてステップ１３０においてドライ
エッチングして抵抗体の長さ寸法Ｌを規定する薄膜層を
形成する。好ましい一実施形態において、誘電性材料４
４は、厚さが約５００ｎｍ（約５０００オングストロー
ム）の窒化ケイ素から形成される。他の実施形態におい
て、誘電性材料４４は、二酸化ケイ素または炭化ケイ素
から製造される。
【００２７】そして、ステップ１１４において、導電材
料層４０が、エッチングした誘電性材料４４と接して、
抵抗体の絶縁物層２０の上に製造され、長さＬの抵抗体
を形成する。一実施形態において、導電材料層４０は、
厚さが約５００ｎｍ（約５０００オングストローム）の
アルミニウムおよび銅から、ＰＶＤによって形成される
層である。より詳細には、一実施形態において、導電材
料層４０は、アルミニウムに約２パーセントまでの銅を
含んだもの、好ましくはアルミニウムに約０．５パーセ
ントの銅を含んだものを含む。アルミニウムにわずかな
パーセントの銅を含んだものを利用することによって、
電気泳動（electro-migration）を制限する。他の好ま
しい実施形態において、導電材料層４０は、チタン、
銅、またはタングステンから形成される。
【００２８】ステップ１３２において、フォトレジスト
等のフォトイメージング可能な（photoimagable）マス
キング材料を導電層４０の各部に堆積し、それによっ
て、導電層４０のうちの他の部分を露出する。
【００２９】そして、ステップ１３４において、導電層
４０の頂面（top surface）を平坦化し、誘電性材料４
４の頂面が導電層４０の頂面と同じ高さになるようにす
る。好ましい一実施形態において、導電層４０の頂面
は、レジストエッチバック（resist-etch-back）プロセ
スを用いることによって平坦化される。他の実施形態に
おいて、導電層４０の頂面は、化学的機械研磨（chemic
al mechanical polish）プロセスを用いることによって
平坦化する。
【００３０】次にステップ１１２において、基板１０お
よびこれより前に施した各層の表面（ウエハー表面）全
体を均一に覆うように、抵抗層３０が施される。好まし
くは、抵抗層３０は厚さが１２０ｎｍ（１２００オング
ストローム）のタングステン窒化ケイ素であるが、タン
タルアルミニウム、タンタル、またはタンタル窒化ケイ
素も用いることができる。
【００３１】ステップ１１６において、基板表面上にこ
れより前に施した各層の上に、フォトイメージング可能
なマスキング材料を堆積する。フォトイメージング可能
なマスキング材料を除去し、そこに抵抗層３０と導電層
４０とを組み合わせたものをエッチングして、それぞれ
抵抗体の幅Wおよび導体４２Ａおよび４２Ｂを規定す
る。
【００３２】ステップ１３６において、抵抗層３０およ
び導電層４０のうちの露出した部分を、ドライエッチン
グプロセスによって除去する。そのうちのいくつかは、
図２のステップ１１８において説明したように、当業者
に既知である。このエッチングステップによって、抵抗
体の幅を規定し形成する。そして、フォトレジストのマ
スクを除去し、それによって、例示的な略矩形の導体４
２Ａおよび４２Ｂを露出する。そして、従来のプリント
ヘッドについて説明したように、パッシベーション層５
０とキャビテーション層６０とバリア層７０とオリフィ
ス層８０とが施される。
【００３３】導体４２Ａおよび４２Ｂによって、外部回
路と形成した抵抗要素との間に電気接続／経路が提供さ
れる。したがって、導体４２Ａおよび４２Ｂが、形成さ
れた抵抗体にエネルギーを伝えて、形成された抵抗要素
の頂面上に配置した液滴を抵抗要素の頂面と垂直な方向
に発射することができる熱を作り出す。
【００３４】図３Ｂに示すように、導体４２Ａおよび４
２Ｂによって、導体４２Ａと４２Ｂとの間に抵抗要素４
６が規定される。抵抗要素４６の長さＬは、導体４２Ａ
と４２Ｂとの間の距離に等しい。抵抗要素４６の幅はＷ
である。しかし、抵抗要素４６は、導体４２Ａおよび４
２Ｂの薄いトレースまたは幅広のトレースのような様々
な構成、形状、または寸法のうちのいずれを有するよう
に製造することができるということが理解される。抵抗
要素４６の唯一の条件は、導体４２Ａおよび４２Ｂと接
触して適切な電気接続を確保するということである。抵
抗要素４６の実際の長さＬは、導体４２Ａの一番外側の
縁と４２Ｂの一番外側の縁との間の距離以上であるが、
抵抗要素４６の上に配置した液滴に熱を伝達する抵抗要
素４６のアクティブ部分は、導体４２Ａの一番外側の縁
と４２Ｂの一番外側の縁との間の距離に対応する。
【００３５】図５において、それぞれのオリフィスノズ
ル９０は、プリントヘッド２００内に規定したそれぞれ
の流体チャンバ１００（図３において拡大して示す）と
液通している。それぞれの流体チャンバ１００は、薄膜
構造３２に隣接するオリフィス構造８２内に構成されて
いる。薄膜構造３２は、好ましくは、抵抗要素に結合し
たトランジスタを含む。抵抗要素は、十分な電流で選択
的に駆動（加熱）されて、流体チャンバ１００内のいく
らかの流体を即座に気化し、それによってノズル９０を
通って液滴を押し出す。
【００３６】図６に、例示的な流体ジェットプリントカ
ートリッジ２２０を示す。本発明の流体ジェットプリン
トヘッド装置は、流体ジェットプリントカートリッジ２
２０の一部である。流体ジェットプリントカートリッジ
２２０は、本体２１８と、回路パッド２１４を有するフ
レキシブル回路２１２と、オリフィスノズル９０を有す
るプリントヘッド２００とを含む。流体ジェットプリン
トカートリッジ２２０は、スポンジとして示す流体送出
システム２１６を用いて本体２１８内の流体と液通する
流体ジェットプリントヘッド２００を有する。流体送出
システム２１６は、スポンジとして示され、このスポン
ジ（好ましくはクローズドセルの発泡体（closed-cell
foam））内の毛管作用を用いて背圧を提供し、非使用時
に流体がオリフィスノズル９０を通って漏れることがな
いようにする。図６においてはフレキシブル回路２１２
を示しているが、本発明から逸脱することなく、フレキ
シブル回路２１２の代わりに当業者に既知である他の電
気回路を利用することができるということが理解され
る。電気接点２１４が、流体ジェットプリントカートリ
ッジ２２０の回路と電気接続してさえいればよい。オリ
フィスノズル９０を有する本体２１８は、プリントヘッ
ド２００が取り付けられ、液滴を噴出するように制御さ
れる。この制御を行うのは、典型的にはプリンタである
が、少数の例を挙げれば、プロッタ、ファクシミリ等の
他の記録装置を用いることができる。熱流体ジェットプ
リントカートリッジ２２０はオリフィスノズル９０を含
み、このようなオリフィスノズル９０をプリント中に通
って、制御したパターンで流体が吐出される。各抵抗体
要素の導電動力伝達系路（conductive driveline）は、
プリントカートリッジの本体２１８外部に搭載されたフ
レキシブル回路２１２上に保持されている。抵抗体の動
力伝達系路の端にある回路接触パッド２１４（図６にお
いては説明のために拡大して示す）は、プリンタに取り
付けた符合する回路上の同様のパッド（図示せず）とか
み合う。トランジスタを加熱するための信号が、プリン
タ上のマイクロプロセッサおよび関連するドライバによ
って生成されて動力伝達系路に印加される。
【００３７】図７は、図６の例示的な流体ジェットプリ
ントカートリッジ２２０を用いる例示的な記録装置であ
るプリンタ２４０である。流体ジェットプリントカート
リッジ２２０は、媒体２５６の第１の方向を横切って流
体ジェットプリントカートリッジ２２０を移動するキャ
リッジ機構２５４内に配置される。媒体供給機構（medi
um feed mechanism）２５２は、流体ジェットプリント
カートリッジ２２０を横切って第２の方向に媒体２５６
を移動する。媒体供給機構２５２およびキャリッジ機構
２５４は、移動機構を形成して、流体ジェットプリント
カートリッジ２２０を、媒体２５６の第１および第２の
方向を横切って動かす。任意の媒体トレイ２５０を用い
て、多数の媒体２５６の集合を保持する。流体ジェット
プリントカートリッジ２２０によって、流体ジェットプ
リントヘッド２００を用いて流体を媒体２５６上へと噴
出して媒体に記録した後に、媒体２５６は、媒体トレイ
２５８上に任意に配置される。
【００３８】動作状態においては、流体チャンバ１００
内に液滴が配置される。導体４２Ａおよび４２Ｂを経由
して抵抗要素４６に電流が供給され、抵抗要素４６が熱
の形で急速にエネルギーを生成する。抵抗要素４６から
の熱は、流体チャンバ１００内の液滴に伝達され、つい
にはその液滴がノズル９０を通って「発射（fire）」さ
れる。所望の結果をもたらすために、このプロセスを数
回繰り返す。このプロセスの間、単一の染料を用いて単
一カラーのデザインを作り出すか、または、多数の染料
を用いてマルチカラーのデザインを作り出すことができ
る。
【００３９】
【発明の効果】本発明によって、従来のプリントヘッド
よりも優れた多数の利点が提供される。第１に、本発明
の抵抗体の長さは、フォトプロセスとドライエッチング
プロセスとの間に製造される誘電性材料４４の配置によ
って規定される。本プロセスの精度は、従来のウェット
エッチングプロセスよりもはるかに精度良く寸法制御す
ることが可能である。すなわち、本プロセスは、従来の
プロセスよりも１０倍〜２５倍の範囲でより精度の良い
寸法制御が可能である。重量が少ない滴を生成し高解像
度である現在のプリントヘッドでは、抵抗体の長さは、
約３５マイクロメートルから約１０マイクロメートル未
満まで低減している。したがって、抵抗体の大きさがば
らついてしまうと、プリントヘッドの性能がかなり影響
を受けてしまう可能性がある。抵抗体の大きさがばらつ
くと、その結果、プリントヘッド上のその抵抗体にわた
る滴重量およびＴＯＥがばらついてしまう。したがっ
て、抵抗材料層の長さの制御をこのように改良すること
によって、抵抗体の大きさおよび抵抗がより一定にな
り、それによって、液滴の滴重量および液滴を発射する
のに必要なＴＯＥの一定性が改良される。
【００４０】第２に、本発明の抵抗体構造は、完全に平
らな頂面を含み、従来の製造設計に関連する階段状の輪
郭を有さない。平らな構造（滑らかで平らな表面）にす
ることによって、気泡の核形成が一定になり、流体チャ
ンバの掃気（scavenging）がより良好になり、より平ら
なトポロジになり、それによって、バリア構造の薄膜へ
の密着性および積層が改良される。
【００４１】第３に、本発明の構造は平らなトポロジで
あるので、バリア構造が抵抗体の縁を覆うことができ
る。流体チャンバ全体の床内に熱を導入することによっ
て、液滴の噴出効率が改良される。
【００４２】第４に、本発明の製造においてはウェット
傾斜エッチングプロセス（wet slope etching proces
s）を用いていないので、傾斜の粗さや抵抗層上の導電
層の残留物は、もはや問題にはならない。
【００４３】第５に、導電層４０が抵抗層３０によって
封止されてクラッディングされている(cladding)ので、
導電層４０のパッシベーション層内への電気泳動は最小
になる。
【００４４】さらに、プリントヘッド２００を流体ジェ
ットプリントキャリッジ２２０に取り付けることによっ
て、この組み合わせが、ひとまとめにして販売すること
ができる都合のよいモジュールを形成する。
【００４５】好ましい実施形態を説明するために具体的
な実施形態を例示して説明したが、当業者であれば、本
発明の範囲から逸脱することなく、同じ目的を達成する
ように計算した広く様々な代替的なおよび／または等価
な実施を、例示して説明した具体的な実施形態の代わり
することができるということを理解されたい。化学、機
械、電気機械、電気、およびコンピュータの技術の当業
者であれば、本発明を非常に広く様々な実施形態におい
て実施することができるということが容易に理解されよ
う。本願は、本明細書において説明した好ましい実施形
態のいかなる適応や変形も包含するよう意図されてい
る。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびこれ
と等価なもののみによって限定されるということが、明
白に意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の薄膜プリントヘッドの基礎構造を示す部
分拡大断面図である。
【図２】従来の薄膜プリントヘッド構造を実施するのに
用いる例示的なプロセスのフローチャートである。
【図３】Ａは、本発明の薄膜プリントヘッドの基礎構造
を示す部分拡大断面図である。Ｂは、抵抗体要素の上面
図である。
【図４】本発明の薄膜プリントヘッド構造を実施するの
に用いる例示的なプロセスのフローチャートである。
【図５】本発明で製造するプリントヘッドの斜視図であ
る。
【図６】図５のプリントヘッドを集積して用いる例示的
なプリントカートリッジの図である。
【図７】図６のプリントカートリッジを用いるプリンタ
である例示的な記録装置の側面図である。
【符号の説明】
１０ 基板 ２０ 絶縁物層 ３０ 抵抗層 ４０ 導電層 ４４ 誘電性抵抗体領域 ４６ 抵抗体領域 ５０ パッシベーション層 ６０ キャビテーション層 １００ 流体チャンバ ２００ 流体ジェットプリントヘッド ２１６ 流体送出システム ２１８ 本体 ２２０ 流体ジェットカートリッジ ２４０ 記録装置 ２５２、２５４ 移動機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲンバオ・シュ アメリカ合衆国アリゾナ州85249，チャン ドラー，イースト・ウィンチェスター・プ レイス 1774 (72)発明者 マーク・アラン・ジョンストーン アメリカ合衆国オレゴン州97355，レバノ ン，ボンド・ロード 33949 (72)発明者 ジョン・ピー・ホワイトロック アメリカ合衆国オレゴン州97355，レバノ ン，ストルツ・ヒル・ロード 31540 Ｆターム(参考） 2C057 AF23 AF43 AG12 AG50 AP14 AP33 AP52 AQ02 BA04 BA13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を含む流体ジェットプリントヘッド
    であって、 流体を噴出する流体チャンバを規定する少なくとも１つ
    の層と、 該流体チャンバと前記基板との間に配置された滑らかで
    平らな表面を有する抵抗層と、 該抵抗層と前記基板との間に配置された導電層とを含ん
    でなり、該導電層と前記抵抗層とが直接に平行に接して
    おり、前記導電層には少なくとも１つの空隙が形成され
    ており、それによって前記抵抗層に平らな抵抗体が作成
    されていて、該平らな抵抗体が前記流体チャンバに位置
    合わせされている流体ジェットプリントヘッド。
  2. 【請求項２】 前記抵抗層と前記流体チャンバとの間に
    配置されたパッシベーション層をさらに含んでいる請求
    項１に記載の流体ジェットプリントヘッド。
  3. 【請求項３】 前記抵抗層と前記流体チャンバとの間に
    配置されたキャビテーション層をさらに含んでいる請求
    項１に記載の流体ジェットプリントヘッド。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の流体ジェットプリント
    ヘッドと、 流体を収容するための本体と、 前記流体ジェットプリントヘッドおよび前記本体と液通
    する流体送出システムとを含んでなる流体ジェットカー
    トリッジ。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の流体ジェットカートリ
    ッジと、 該流体ジェットカートリッジの前記流体ジェットプリン
    トヘッドを横切って第１および第２の方向に媒体を動か
    す移動機構とを含んでいる記録装置。
  6. 【請求項６】 基板表面上に平らな抵抗体を作成する方
    法であって、 該基板表面上に絶縁物層を堆積するステップと、 該絶縁物層上に誘電層を堆積するステップと、 前記誘電層をパターニングして抵抗体領域を作成するス
    テップと、 パターニングされた前記誘電層をエッチングして、前記
    絶縁物層上に抵抗体の長さ寸法を有する誘電性抵抗体領
    域を形成するステップと、 該誘電性抵抗体領域の前記抵抗体の長さ寸法と隣接する
    ように、前記絶縁物層上に導電層を堆積して、前記抵抗
    体の長さを形成するステップと、 該導電層および前記誘電性抵抗体領域を平坦化して、平
    らな抵抗体領域を形成するステップと、 前記平らな抵抗体領域上に抵抗層を堆積するステップ
    と、 該抵抗層をパターニングして、抵抗体の幅寸法を作成す
    るステップと、 前記抵抗層をエッチングして、該抵抗体の幅を形成する
    ステップとを含んでなる方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の平らな抵抗体を作成す
    るステップと、 前記平らな抵抗体領域の上に流体チャンバを規定する少
    なくとも１つの層を施すステップとを含んでいるプリン
    トヘッドを作成する方法。
  8. 【請求項８】 前記平らな抵抗体と前記流体チャンバと
    の間に平らなパッシベーション層を堆積するステップを
    さらに含んでいる請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記平らな抵抗体と前記流体チャンバと
    の間に平らなキャビテーション層を堆積するステップを
    さらに含んでいる請求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 請求項６に記載の方法で作成される流
    体ジェットプリントヘッド用の抵抗体。
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