JP2004511370A - 印刷媒体の作製 - Google Patents
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Abstract
ノズル（１０）のアレイ（１４）、及び印刷面へ顔料を噴出する顔料噴出手段を有するインクジェットプリンタプリントヘッドのノズルガード（８０）が提供される。ノズルガード（８０）は、プリントヘッドの上に配置され、ノズル（１０）のアレイ（１４）の外面の損傷的接触を防止するように構成される。また、インクジェットプリンタのプリントヘッドは、ノズルアレイ、及び顔料を印刷媒体上に噴出する顔料噴出手段と、ノズルアレイ外面の損傷を与える接触を防止するように配置されたノズルガードとを含む。
【選択図】図７
【選択図】図７
Description
【０００１】
（同時係属出願）
本発明に関連した様々な方法、システム、及び装置は、２０００年５月２４日に本発明の出願人又は譲受人によって出願された次の同時係属出願に開示されている。
【０００２】
ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１４、及びＰＣＴ／ＡＵ００／００５１５。
【０００３】
本発明に関連する様々な方法、システム、及び装置は、２００１年６月３０日に本発明の出願人又は譲受人によって出願された次の同時係属出願に開示されている。
【０００４】
ＰＣＴ／ＡＵ００／００７６４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００７６５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００７６６、及びＰＣＴ／ＡＵ００／００７７２。
【０００５】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷媒体の作製、及び特にインクジェットプリンタに関する。
【０００６】
【発明の背景】
インクジェットプリンタは、よく知られており、印刷媒体の作成で広く使用される形態である。通常、インクである顔料は、プリントヘッド上でマイクロプロセッサによって制御されるノズルのアレイへ送られる。プリントヘッドが媒体を通過するにつれて、顔料がノズルのアレイから噴出され、媒体の上に印刷が作製される。
【０００７】
プリンタの性能は、操作コスト、印刷品質、動作スピード、及び使用の容易性などの要因に依存する。ノズルから噴出される個々のインク液滴の質量、頻度、及び速度は、これらの性能パラメータに影響を及ぼすであろう。一般的には、液滴が小さく、噴出が高速で頻度が高くなれば、それだけコスト、スピード、及び印刷品質の利点が得られる。
【０００８】
これに照らして、インクノズルのサイズ、従って噴出される液滴のサイズを縮小することが、プリントヘッド設計の優先的目的であった。最近、ノズルのアレイは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）テクノロジを使用して形成されている。ＭＥＭＳは、サブミクロンの厚さを有するメカニカル構造体を含む。これによって、ピコリットル（×１０−１２リットル）範囲のサイズのインク液滴を迅速に噴出することのできるプリントヘッドの製造が可能になる。
【０００９】
これらプリントヘッドの顕微鏡的構造体は、比較的に低いコストで高速及び良好な印刷品質を提供することができるが、それらのサイズはノズルを極端にもろくし、指、塵埃、又は媒体に少しでも接触すると損傷を受けやすい。これは、或るレベルの頑丈さが必要な多くの用途で、プリントヘッドを非実用的なものとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、ノズルアレイ、及び印刷面へ顔料を噴出する顔料噴出手段を有するインクジェットプリンタ・プリントヘッドのノズルガードを提供する。ここで、ノズルガードは、ノズルアレイの外面との損傷を与える接触を防止するために配置されるように構成される。
【００１１】
本明細書において、「ノズル」の用語は、開口自身ではなく、開口を画成するエレメントを意味するものと理解されたい。
【００１２】
好ましくは、ノズルガードはノズルの外面をカバーするシールドを有する。ここで、シールドは、ノズルアレイと整合した通路のアレイを有し、各々のノズルから噴出された顔料の通常の軌道を妨害しないようにする。更に好ましい形式において、シールドはシリコンから形成される。
【００１３】
ノズルガードは、更に、異質な粒子がノズルアレイの上に堆積するのを防止するため、流体を通路へ導く流体入口開口を含んでもよい。
【００１４】
ノズルガードは、プリントヘッドの上でノズルシールドを支持する支持手段を含んでもよい。支持手段はシールドと一体に形成されてもよい。支持手段は、間隔を空けられた一対の支持エレメントを含み、ノズルシールドの各々の端に１つの支持エレメントが配列される。
【００１５】
この実施の形態において、流体入口開口は支持エレメントの１つの中に配列されてもよい。
【００１６】
空気が、開口を介してノズルアレイの上へ導かれ、通路を通って外へ出るとき、ノズルアレイの上の異質な粒子の堆積は防止されることが分かるであろう。
【００１７】
流体入口開口は、ノズルアレイのボンディングパッドから遠い支持エレメント中に配列されてもよい。
【００１８】
本発明は、更に、インクジェットプリンタのプリントヘッドへ拡張される。このプリントヘッドは、ノズルアレイ、及び印刷媒体へ顔料を噴出する顔料噴出手段と、前述したようなノズルガードであって、ノズルアレイの外面との損傷を与える接触を妨害するように配置されたノズルガードとを含む。
【００１９】
プリントヘッド上にノズルガードを設けることによって、ノズル構造体は、ほとんどの他の面に接触又は衝突することから防止される。提供される保護を最適にするため、ガードはノズルの外面をカバーする平らなシールドを形成する。シールドは通路のアレイを有し、この通路は、顔料液滴の噴出を可能にするほど十分に大きいが、偶然の接触又は塵埃粒子の進入を防止するほど十分に小さい。シールドをシリコンから形成することによって、その熱膨張係数は、ノズルアレイの熱膨張係数と実質的に適合する。これは、シールド内の通路のアレイが、ノズルアレイと整合しなくなるのを防止するであろう。更に、シリコンの使用は、ＭＥＭＳ手法を使用してシールドを正確にマイクロ機械加工することを可能にする。更に、シリコンは非常に丈夫で、実質的に変形不可能である。
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を単なる例として説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
最初に図１を参照すると、本発明によるノズルアセンブリは、一般に参照番号１０によって示される。インクジェットプリントヘッドは複数のノズルアセンブリ１０を有し、これらのノズルアセンブリは、シリコン基板１６上でアレイ１４（図５及び図６）として配列される。アレイ１４は、後で詳細に説明される。
【００２２】
アセンブリ１０はシリコン基板又はウェーハ１６を含む。シリコン基板又はウェーハ１６の上に、誘電体層１８が堆積される。ＣＭＯＳパッシベーション層２０は、誘電体層１８の上に堆積される。
【００２３】
各々のノズルアセンブリ１０は、ノズル開口２４を画成するノズル２２、レバーアーム２６の形式をした接続部材、及びアクチュエータ２８を含む。レバーアーム２６は、アクチュエータ２８をノズル２２へ接続する。
【００２４】
図２〜図４で詳細に示されるように、ノズル２２は頭部３０を含む。頭部３０は、そこから垂れ下がるスカート部分３２を有する。スカート部分３２は、ノズル室３４の周辺壁の一部分を形成する。ノズル開口２４は、ノズル室３４と流体連通する。注意すべきは、ノズル開口２４が、隆起したリム３６によって取り囲まれることである。リム３６は、ノズル室３４のインク本体４０のメニスカス３８（図２）を「固定」する。
【００２５】
インク入口開口４２（図６で最も詳細に示される）は、ノズル室３４の床４６の中に画成される。開口４２は、基板１６を通して画成されるインク流入路４８と流体連通する。
【００２６】
壁部５０は開口４２を囲み、床部分４６から上方へ伸びる。前述したように、ノズル２２のスカート部分３２はノズル室３４の周辺壁の第１の部分を画成し、壁部５０はノズル室３４の周辺壁の第２の部分を画成する。
【００２７】
壁部５０は、その自由端で内側へ向いたリップ５２を有する。リップ５２は、後で詳細に説明されるように、ノズル２２が変位したとき、インクの抜け出しを防止する流体シーリングとして働く。インク４０の粘性、及びリップ５２とスカート部分３２との間の空間が小さな寸法であるため、内側へ向いたリップ５２及び表面張力は、ノズル室３４からインクが抜け出すのを防止する有効なシーリングとして機能することが分かるであろう。
【００２８】
アクチュエータ２８は熱屈曲アクチュエータであり、基板１６、更に具体的にはＣＭＯＳパッシベーション層２０から、上方へ伸びるアンカー５４へ接続される。アンカー５４は、アクチュエータ２８との電気接続を形成する導電性パッド５６の上に取り付けられる。
【００２９】
アクチュエータ２８は第１の能動ビーム５８を含む。能動ビーム５８は第２の受動ビーム６０の上に配列される。好ましい実施の形態において、ビーム５８及び６０の双方は、導電性セラミック材料、例えばチッ化チタン（ＴｉＮ）から構成されるか、それを含有する。
【００３０】
ビーム５８及び６０の双方は、それらの第１の端部をアンカー５４へ固定され、反対の端部をアーム２６へ接続される。電流が能動ビーム５８を流れるようにされたとき、ビーム５８の熱膨張が起こる。電流が流れない受動ビーム６０は同じ率で膨張しないから、曲げモーメントが作り出され、アーム２６、従ってノズル２２は、図３で示されるように、基板１６へ向けて下方へ変位する。これによって、６２で示されるように、インクはノズル開口２４を通って噴出する。熱源が能動ビーム５８から除去されたとき、即ち、電流が停止されたとき、ノズル２２は図４で示されるように休止位置へ戻る。ノズル２２が休止位置へ戻るとき、図４の６６で示されるように、インク液滴の首部が破断される結果としてインク液滴６４が形成される。従って、インク液滴６４は、印刷媒体、例えばペーパーシートの上へ移動する。インク液滴６４が形成される結果、図４の６８で示されるように、「負」のメニスカスが形成される。この「負」のメニスカス６８は、インク４０をノズル室３４の中へ流入させ、新しいメニスカス３８（図２）が形成されて、ノズルアセンブリ１０から次のインク液滴が噴出する準備を整える。
【００３１】
ここで図５及び図６を参照して、ノズルアレイ１４を詳細に説明する。アレイ１４は４色プリントヘッドである。従って、アレイ１４はノズルアセンブリの４つのグループ７０を含み、１つのグループが各々の色に対応する。各々のグループ７０は、そのノズルアセンブリ１０を２つの行７２及び７４として配列される。グループ７０の１つが図６で詳細に示される。
【００３２】
行７２及び７４におけるノズルアセンブリ１０の密集したパッキングを容易にするために、行７４におけるノズルアセンブリ１０は、行７２のノズルアセンブリ１０に関してオフセット又は互い違いに配置されている。更に、行７２のノズルアセンブリ１０は、相互から十分に離され、行７４のノズルアセンブリ１０のレバーアーム２６は、行７２のアセンブリ１０の隣り合ったノズル２２の間を通ることができる。注意すべきは、各々のノズルアセンブリ１０が実質的にダンベル形で、行７２のノズル２２は、行７４の隣り合ったノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８とノズル２２との間に位置するようになっていることである。
【００３３】
更に、行７２及び７４におけるノズル２２の密集したパッキングを容易にするために、各々のノズル２２は、実質的に六角形をしている。
【００３４】
使用中に、ノズル２２が基板１６の方向へ変位したとき、ノズル開口２４がノズル室３４に対して若干の角度を有するため、インクが垂直線から少しずれて噴出することを、当業者は理解するであろう。図５及び図６に示される配列の利点は、行７２及び７４のノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８が、同じ方向、即ち、行７２及び７４の１つの側へ伸びていることである。それによって、行７２のノズル２２から噴出したインク、及び行７４のノズル２２から噴出したインクは、相互に関して同じ角度だけオフセットされ、印刷品質が改善される。
【００３５】
更に、図５に示すように、基板１６はその上に配列されたボンディングパッド７６を有する。ボンディングパッド７６は、パッド５６を介して、ノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８へ電気的接続を提供する。これらの電気的接続は、ＣＭＯＳ層（図示されていない）を介して形成される。
【００３６】
図７を参照すると、本発明によるノズルガードが示される。特に指定されない限り、これまでの図面を参照して、同様の部品には同様の参照番号が使用される。
【００３７】
ノズルガード８０は、アレイ１４のシリコン基板１６の上に取り付けられる。ノズルガード８０はシールド８２を含み、シールド８２は、それを通って画成された複数の通路８４を有する。通路８４は、アレイ１４のノズルアセンブリ１０のノズル開口２４と整合し、インクがノズル開口２４の１つから噴出されるとき、インクは、印刷媒体へ達する前に、関連した通路を通過するようになっている。
【００３８】
ガード８０はシリコンであり、それによりノズルアレイ１４が紙、塵埃、又はユーザの指と接触して損傷しないように、必要な強度及び剛性を有する。ガードをシリコンから形成することによって、その熱膨張率は、実質的にノズルアレイの熱膨張率と適合する。この目的は、プリントヘッドが通常の動作温度へ上昇するにつれて、シールド８２の中の通路８４がノズルアレイ１４と整合しなくなるのを防止することである。更に、シリコンはＭＥＭＳ手法を使用して正確なマイクロ機械加工を行うのに適している。これについては、ノズルアセンブリ１０の製造に関連して、後で詳細に説明する。
【００３９】
シールド８２は、脚又は支柱８６によって、ノズルアセンブリ１０に対して間隔を明けて取り付けられる。支柱８６の１つは、その中に画成された空気入口開口８８を有する。
【００４０】
使用中に、アレイ１４が動作しているとき、空気は入口開口８８から送り込まれ、通路８４の中を移動するインクと一緒に通路８４を通るように強制される。
【００４１】
インクは空気の中へ引っ張られない。なぜなら、空気はインク液滴６４の速度とは異なった速度で通路８４の中へ送り込まれるからである。例えば、インク液滴６４は、約３ｍ／秒の速度でノズル２２から噴出される。空気は約１ｍ／秒の速度で通路８４の中へ送り込まれる。
【００４２】
空気の目的は、異質な粒子から通路８４をクリーンに維持することである。これらの異質な粒子、例えば、塵埃の粒子は、ノズルアセンブリ１０の上に付着して、その動作に悪影響を与える恐れがある。ノズルガード８０に空気入口開口８８を設けることによって、この問題は大幅に軽減される。
【００４３】
ここで図８〜図１０を参照して、ノズルアセンブリ１０を製造するプロセスが説明される。
【００４４】
シリコン基板又はウェーハ１６から開始して、誘電体層１８がウェーハ１６の表面に堆積される。誘電体層１８は約１．５ミクロンのＣＶＤ酸化物の形式をしている。レジストが層１８へスピンオンされ、層１８がマスク１００へ露光され、続いて現像される。
【００４５】
現像された後、層１８はシリコン層１６までプラズマエッチングされる。次に、レジストが剥ぎ取られ、層１８が洗浄される。このステップはインク入口開口４２を画成する。
【００４６】
図８ｂで、約０．８ミクロンのアルミニウム１０２が層１８の上に堆積される。レジストがスピンオンされ、アルミニウム１０２がマスク１０４へ露光されて現像される。アルミニウム１０２は酸化層１８までプラズマエッチングされ、レジストが剥ぎ取られ、デバイスが洗浄される。このステップは、ボンディングパッド及びインクジェットアクチュエータ２８への接続を提供する。この接続は、ＮＭＯＳ駆動トランジスタ、及びＣＭＯＳ層（図示されていない）の中に作られる接続を有する電力平面へ達する。
【００４７】
約０．５ミクロンのＰＥＣＶＤチッ化物がＣＭＯＳパッシベーション層２０として堆積される。レジストがスピンオンされ、層２０がマスク１０６へ露光される。その後、層２０は現像される。現像の後、チッ化層は、アルミニウム層１０２及び入口開口４２の領域のシリコン層１６までプラズマエッチングされる。レジストが剥ぎ取られ、デバイスが洗浄される。
【００４８】
犠牲物質の層１０８が層２０へスピンオンされる。層１０８は６ミクロンの感光性ポリイミド又は約４μｍの高温レジストである。層１０８はソフトベークされ、次にマスク１１０へ露光され、その後現像される。次に、層１０８は、層１０８がポリイミドで構成されていれば、４００℃で１時間ハードベークされ、層１０８が高温レジストであれば、３００℃より高温でハードベークされる。図面で注意すべきは、ポリイミド層１０８のパターンに依存した歪みが縮小によって生じることを、マスク１１０の設計に考慮していることである。
【００４９】
図８ｅで示される次のステップで、第２の犠牲層１１２が適用される。層１１２はスピンオンされる２μｍの感光性ポリイミドであるか、約１．３μｍの高温レジストである。層１１２はソフトベークされ、マスク１１４へ露光される。マスク１１４への露光の後、層１１２は現像される。層１１２がポリイミドである場合、層１１２は４００℃で約１時間ハードベークされる。層１１２がレジストである場合、それは３００℃より高い温度で約１時間ハードベークされる。
【００５０】
次に、０．２ミクロンの多層金属層１１６が堆積される。この層１１６の一部分は、アクチュエータ２８の受動ビーム６０を形成する。
【００５１】
層１１６は、約３００℃で１，０００Åのチッ化チタン（ＴｉＮ）をスパッタリングし、続いて５０Åのチッ化タンタル（ＴａＮ）をスパッタリングすることによって形成される。更に、１，０００ÅのＴｉＮがスパッタリングされ、続いて５０ÅのＴａＮ及び１，０００ÅのＴｉＮがスパッタリングされる。
【００５２】
ＴｉＮの代わりに使用できる他の物質は、ＴｉＢ２、ＭｏＳｉ２、又は（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎである。
【００５３】
次に、層１１６は、マスク１１８へ露光され、現像され、層１１２までプラズマエッチングされる。その後で、層１１６のために適用されたレジストが、硬化された層１０８又は１１２を除去しないように注意しながらウェットストリップされる。
【００５４】
４μｍの感光性ポリイミド又は約２．６μｍの高温レジストをスピンオンすることによって、第３の犠牲層１２０が適用される。層１２０はソフトベークされ、その後マスク１２２へ露光される。次に、露光された層は現像され、続いてハードベークされる。層１２０は、ポリイミドであれば４００℃で約１時間ハードベークされ、層１２０がレジストを含む場合、３００℃を超える温度でハードベークされる。
【００５５】
第２の多層金属層１２４が層１２０へ適用される。層１２４の構成は層１１６と同じであり、同じようにして適用される。層１１６及び１２４の双方は導電性の層であることが分かるであろう。
【００５６】
層１２４はマスク１２６へ露光され、次に現像される。層１２４はポリイミド又はレジスト層１２０までプラズマエッチングされ、その後で、層１２４のために適用されたレジストが、硬化された層１０８、１１２、又は１２０を除去しないように注意しながらウェットストリップされる。注意すべきは、層１２４の残りの部分はアクチュエータ２８の能動ビーム５８を画成することである。
【００５７】
４μｍの感光性ポリイミド又は約２．６μｍの高温レジストをスピンオンすることによって第４の犠牲層１２８が適用される。層１２８はソフトベークされ、マスク１３０へ露光され、次に現像されて、図９ｋで示されるような島部分が残される。層１２８の残りの部分は、ポリイミドの場合は４００℃で約１時間ハードベークされ、レジストの場合は３００℃より高い温度でハードベークされる。
【００５８】
図８ｌで示されるように、高ヤング率の誘電体層１３２が堆積される。層１３２は約１μｍのチッ化シリコン又は酸化アルミニウムで構成される。層１３２は犠牲層１０８、１１２、１２０、１２８のハードベーク温度より下の温度で堆積される。この誘電体層１３２に要求される主な特性は、高弾性率、化学的不活性、及びＴｉＮへの良好な接着性である。
【００５９】
２μｍの感光性ポリイミド又は約１．３μｍの高温レジストをスピンオンすることによって、第５の犠牲層１３４が適用される。層１３４はソフトベークされ、マスク１３６へ露光されて現像される。次に、層１３４の残りの部分は、ポリイミドの場合は４００℃で１時間ハードベークされ、レジストの場合は３００℃より高い温度でハードベークされる。
【００６０】
誘電体層１３２は、犠牲層１３４を除去しないように注意しながら犠牲層１２８までプラズマエッチングされる。
【００６１】
このステップは、ノズルアセンブリ１０のノズル開口２４、レバーアーム２６、及びアンカー５４を画成する。
【００６２】
高ヤング率の誘電体層１３８が堆積される。この層１３８は、犠牲層１０８、１１２、１２０及び１２８のハードベーク温度より下の温度で、０．２μｍのチッ化シリコン又はチッ化アルミニウムを堆積することによって形成される。
【００６３】
次に、図８ｐで示されるように、層１３８が０．３５ミクロンの深さまで異方性プラズマエッチングされる。このエッチングは、誘電体層１３２及び犠牲層１３４の側壁を除く全表面から誘電体を除くことを意図する。このステップは、ノズル開口２４の周りにノズルリム３６を作り出す。ノズルリム３６は、前述したように、インクのメニスカスを「固定」する。
【００６４】
紫外線（ＵＶ）リリーステープ１４０が適用される。４μｍのレジストがシリコンウェーハ１６の背面にスピンオンされる。ウェーハ１６はマスク１４２へ露光され、ウェーハ１６をバックエッチングして、インク流入路４８を画成する。次に、レジストはウェーハ１６から剥ぎ取られる。
【００６５】
更なるＵＶリリーステープ（図示されない）がウェーハ１６の背面へ適用され、テープ１４０が除去される。犠牲層１０８、１１２、１２０、１２８、１３４がＯ２プラズマの中で剥ぎ取られ、図８ｒ及び図９ｒで示されるような最終的なノズルアセンブリ１０が提供される。参照を容易にするため、これらの２つの図面に示された参照番号は図１の参照番号と同じであり、ノズルアセンブリ１０の関連部分を示している。図１１及び図１２は、図８及び図９を参照して説明されたプロセスに従って製造されたノズルアセンブリ１０の動作を示す。図８及び図９は図２〜図４に対応する。
【００６６】
広く説明された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、具体的な実施の形態で示された本発明に対して多くの変形及び／又は修正がなされてもよいことを、当業者は理解するであろう。従って、これまでの実施の形態は、全ての点で例示的な実施の形態として考えるべきであり、制限的な実施の形態と考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを３次元で示した概略図である。
【図２】
図１のノズルアセンブリの動作を３次元で示した概略図である。
【図３】
図１のノズルアセンブリの動作を３次元で示した概略図である。
【図４】
図１のノズルアセンブリの動作を３次元で示した概略図である。
【図５】
インクジェットプリントヘッドを構成するノズルアレイを３次元で示した図である。
【図６】
図５のアレイの一部分を拡大して示した図である。
【図７】
本発明に従ったノズルガードを含むインクジェットプリントヘッドを３次元で示した図である。
【図８ａ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｂ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｃ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｄ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｅ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｆ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｇ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｈ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｉ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｊ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｋ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｌ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｍ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｎ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｏ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｐ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｑ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｒ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図９ａ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｂ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｃ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｄ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｅ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｆ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｇ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｈ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｉ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｊ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｋ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｌ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｍ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｎ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｏ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｐ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｑ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｒ】
製造ステップの側面断面図である。
【図１０ａ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｂ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｃ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｄ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｅ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｆ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｇ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｈ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｉ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｊ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｋ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１１ａ】
図８及び図９の方法に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す３次元の図である。
【図１１ｂ】
図８及び図９の方法に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す３次元の図である。
【図１１ｃ】
図８及び図９の方法に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す３次元の図である。
【図１２ａ】
図８及び図９に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す側面断面図である。
【図１２ｂ】
図８及び図９に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す側面断面図である。
【図１２ｃ】
図８及び図９に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１０ ノズルアセンブリ
１４ アレイ
１６ シリコン基板
４８ インク流入路
７２、７４ 行
７６ ボンディングパッド
８０ ノズルガード
８２ シールド
８４ 通路
８６ 支柱
８８ 空気入口開口
（同時係属出願）
本発明に関連した様々な方法、システム、及び装置は、２０００年５月２４日に本発明の出願人又は譲受人によって出願された次の同時係属出願に開示されている。
【０００２】
ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５２９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５３９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５４６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５５９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５６９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５７９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５８６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５９８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０６、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０７、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０８、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５０９、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１０、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１２、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１３、ＰＣＴ／ＡＵ００／００５１４、及びＰＣＴ／ＡＵ００／００５１５。
【０００３】
本発明に関連する様々な方法、システム、及び装置は、２００１年６月３０日に本発明の出願人又は譲受人によって出願された次の同時係属出願に開示されている。
【０００４】
ＰＣＴ／ＡＵ００／００７６４、ＰＣＴ／ＡＵ００／００７６５、ＰＣＴ／ＡＵ００／００７６６、及びＰＣＴ／ＡＵ００／００７７２。
【０００５】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷媒体の作製、及び特にインクジェットプリンタに関する。
【０００６】
【発明の背景】
インクジェットプリンタは、よく知られており、印刷媒体の作成で広く使用される形態である。通常、インクである顔料は、プリントヘッド上でマイクロプロセッサによって制御されるノズルのアレイへ送られる。プリントヘッドが媒体を通過するにつれて、顔料がノズルのアレイから噴出され、媒体の上に印刷が作製される。
【０００７】
プリンタの性能は、操作コスト、印刷品質、動作スピード、及び使用の容易性などの要因に依存する。ノズルから噴出される個々のインク液滴の質量、頻度、及び速度は、これらの性能パラメータに影響を及ぼすであろう。一般的には、液滴が小さく、噴出が高速で頻度が高くなれば、それだけコスト、スピード、及び印刷品質の利点が得られる。
【０００８】
これに照らして、インクノズルのサイズ、従って噴出される液滴のサイズを縮小することが、プリントヘッド設計の優先的目的であった。最近、ノズルのアレイは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）テクノロジを使用して形成されている。ＭＥＭＳは、サブミクロンの厚さを有するメカニカル構造体を含む。これによって、ピコリットル（×１０−１２リットル）範囲のサイズのインク液滴を迅速に噴出することのできるプリントヘッドの製造が可能になる。
【０００９】
これらプリントヘッドの顕微鏡的構造体は、比較的に低いコストで高速及び良好な印刷品質を提供することができるが、それらのサイズはノズルを極端にもろくし、指、塵埃、又は媒体に少しでも接触すると損傷を受けやすい。これは、或るレベルの頑丈さが必要な多くの用途で、プリントヘッドを非実用的なものとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、ノズルアレイ、及び印刷面へ顔料を噴出する顔料噴出手段を有するインクジェットプリンタ・プリントヘッドのノズルガードを提供する。ここで、ノズルガードは、ノズルアレイの外面との損傷を与える接触を防止するために配置されるように構成される。
【００１１】
本明細書において、「ノズル」の用語は、開口自身ではなく、開口を画成するエレメントを意味するものと理解されたい。
【００１２】
好ましくは、ノズルガードはノズルの外面をカバーするシールドを有する。ここで、シールドは、ノズルアレイと整合した通路のアレイを有し、各々のノズルから噴出された顔料の通常の軌道を妨害しないようにする。更に好ましい形式において、シールドはシリコンから形成される。
【００１３】
ノズルガードは、更に、異質な粒子がノズルアレイの上に堆積するのを防止するため、流体を通路へ導く流体入口開口を含んでもよい。
【００１４】
ノズルガードは、プリントヘッドの上でノズルシールドを支持する支持手段を含んでもよい。支持手段はシールドと一体に形成されてもよい。支持手段は、間隔を空けられた一対の支持エレメントを含み、ノズルシールドの各々の端に１つの支持エレメントが配列される。
【００１５】
この実施の形態において、流体入口開口は支持エレメントの１つの中に配列されてもよい。
【００１６】
空気が、開口を介してノズルアレイの上へ導かれ、通路を通って外へ出るとき、ノズルアレイの上の異質な粒子の堆積は防止されることが分かるであろう。
【００１７】
流体入口開口は、ノズルアレイのボンディングパッドから遠い支持エレメント中に配列されてもよい。
【００１８】
本発明は、更に、インクジェットプリンタのプリントヘッドへ拡張される。このプリントヘッドは、ノズルアレイ、及び印刷媒体へ顔料を噴出する顔料噴出手段と、前述したようなノズルガードであって、ノズルアレイの外面との損傷を与える接触を妨害するように配置されたノズルガードとを含む。
【００１９】
プリントヘッド上にノズルガードを設けることによって、ノズル構造体は、ほとんどの他の面に接触又は衝突することから防止される。提供される保護を最適にするため、ガードはノズルの外面をカバーする平らなシールドを形成する。シールドは通路のアレイを有し、この通路は、顔料液滴の噴出を可能にするほど十分に大きいが、偶然の接触又は塵埃粒子の進入を防止するほど十分に小さい。シールドをシリコンから形成することによって、その熱膨張係数は、ノズルアレイの熱膨張係数と実質的に適合する。これは、シールド内の通路のアレイが、ノズルアレイと整合しなくなるのを防止するであろう。更に、シリコンの使用は、ＭＥＭＳ手法を使用してシールドを正確にマイクロ機械加工することを可能にする。更に、シリコンは非常に丈夫で、実質的に変形不可能である。
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を単なる例として説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
最初に図１を参照すると、本発明によるノズルアセンブリは、一般に参照番号１０によって示される。インクジェットプリントヘッドは複数のノズルアセンブリ１０を有し、これらのノズルアセンブリは、シリコン基板１６上でアレイ１４（図５及び図６）として配列される。アレイ１４は、後で詳細に説明される。
【００２２】
アセンブリ１０はシリコン基板又はウェーハ１６を含む。シリコン基板又はウェーハ１６の上に、誘電体層１８が堆積される。ＣＭＯＳパッシベーション層２０は、誘電体層１８の上に堆積される。
【００２３】
各々のノズルアセンブリ１０は、ノズル開口２４を画成するノズル２２、レバーアーム２６の形式をした接続部材、及びアクチュエータ２８を含む。レバーアーム２６は、アクチュエータ２８をノズル２２へ接続する。
【００２４】
図２〜図４で詳細に示されるように、ノズル２２は頭部３０を含む。頭部３０は、そこから垂れ下がるスカート部分３２を有する。スカート部分３２は、ノズル室３４の周辺壁の一部分を形成する。ノズル開口２４は、ノズル室３４と流体連通する。注意すべきは、ノズル開口２４が、隆起したリム３６によって取り囲まれることである。リム３６は、ノズル室３４のインク本体４０のメニスカス３８（図２）を「固定」する。
【００２５】
インク入口開口４２（図６で最も詳細に示される）は、ノズル室３４の床４６の中に画成される。開口４２は、基板１６を通して画成されるインク流入路４８と流体連通する。
【００２６】
壁部５０は開口４２を囲み、床部分４６から上方へ伸びる。前述したように、ノズル２２のスカート部分３２はノズル室３４の周辺壁の第１の部分を画成し、壁部５０はノズル室３４の周辺壁の第２の部分を画成する。
【００２７】
壁部５０は、その自由端で内側へ向いたリップ５２を有する。リップ５２は、後で詳細に説明されるように、ノズル２２が変位したとき、インクの抜け出しを防止する流体シーリングとして働く。インク４０の粘性、及びリップ５２とスカート部分３２との間の空間が小さな寸法であるため、内側へ向いたリップ５２及び表面張力は、ノズル室３４からインクが抜け出すのを防止する有効なシーリングとして機能することが分かるであろう。
【００２８】
アクチュエータ２８は熱屈曲アクチュエータであり、基板１６、更に具体的にはＣＭＯＳパッシベーション層２０から、上方へ伸びるアンカー５４へ接続される。アンカー５４は、アクチュエータ２８との電気接続を形成する導電性パッド５６の上に取り付けられる。
【００２９】
アクチュエータ２８は第１の能動ビーム５８を含む。能動ビーム５８は第２の受動ビーム６０の上に配列される。好ましい実施の形態において、ビーム５８及び６０の双方は、導電性セラミック材料、例えばチッ化チタン（ＴｉＮ）から構成されるか、それを含有する。
【００３０】
ビーム５８及び６０の双方は、それらの第１の端部をアンカー５４へ固定され、反対の端部をアーム２６へ接続される。電流が能動ビーム５８を流れるようにされたとき、ビーム５８の熱膨張が起こる。電流が流れない受動ビーム６０は同じ率で膨張しないから、曲げモーメントが作り出され、アーム２６、従ってノズル２２は、図３で示されるように、基板１６へ向けて下方へ変位する。これによって、６２で示されるように、インクはノズル開口２４を通って噴出する。熱源が能動ビーム５８から除去されたとき、即ち、電流が停止されたとき、ノズル２２は図４で示されるように休止位置へ戻る。ノズル２２が休止位置へ戻るとき、図４の６６で示されるように、インク液滴の首部が破断される結果としてインク液滴６４が形成される。従って、インク液滴６４は、印刷媒体、例えばペーパーシートの上へ移動する。インク液滴６４が形成される結果、図４の６８で示されるように、「負」のメニスカスが形成される。この「負」のメニスカス６８は、インク４０をノズル室３４の中へ流入させ、新しいメニスカス３８（図２）が形成されて、ノズルアセンブリ１０から次のインク液滴が噴出する準備を整える。
【００３１】
ここで図５及び図６を参照して、ノズルアレイ１４を詳細に説明する。アレイ１４は４色プリントヘッドである。従って、アレイ１４はノズルアセンブリの４つのグループ７０を含み、１つのグループが各々の色に対応する。各々のグループ７０は、そのノズルアセンブリ１０を２つの行７２及び７４として配列される。グループ７０の１つが図６で詳細に示される。
【００３２】
行７２及び７４におけるノズルアセンブリ１０の密集したパッキングを容易にするために、行７４におけるノズルアセンブリ１０は、行７２のノズルアセンブリ１０に関してオフセット又は互い違いに配置されている。更に、行７２のノズルアセンブリ１０は、相互から十分に離され、行７４のノズルアセンブリ１０のレバーアーム２６は、行７２のアセンブリ１０の隣り合ったノズル２２の間を通ることができる。注意すべきは、各々のノズルアセンブリ１０が実質的にダンベル形で、行７２のノズル２２は、行７４の隣り合ったノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８とノズル２２との間に位置するようになっていることである。
【００３３】
更に、行７２及び７４におけるノズル２２の密集したパッキングを容易にするために、各々のノズル２２は、実質的に六角形をしている。
【００３４】
使用中に、ノズル２２が基板１６の方向へ変位したとき、ノズル開口２４がノズル室３４に対して若干の角度を有するため、インクが垂直線から少しずれて噴出することを、当業者は理解するであろう。図５及び図６に示される配列の利点は、行７２及び７４のノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８が、同じ方向、即ち、行７２及び７４の１つの側へ伸びていることである。それによって、行７２のノズル２２から噴出したインク、及び行７４のノズル２２から噴出したインクは、相互に関して同じ角度だけオフセットされ、印刷品質が改善される。
【００３５】
更に、図５に示すように、基板１６はその上に配列されたボンディングパッド７６を有する。ボンディングパッド７６は、パッド５６を介して、ノズルアセンブリ１０のアクチュエータ２８へ電気的接続を提供する。これらの電気的接続は、ＣＭＯＳ層（図示されていない）を介して形成される。
【００３６】
図７を参照すると、本発明によるノズルガードが示される。特に指定されない限り、これまでの図面を参照して、同様の部品には同様の参照番号が使用される。
【００３７】
ノズルガード８０は、アレイ１４のシリコン基板１６の上に取り付けられる。ノズルガード８０はシールド８２を含み、シールド８２は、それを通って画成された複数の通路８４を有する。通路８４は、アレイ１４のノズルアセンブリ１０のノズル開口２４と整合し、インクがノズル開口２４の１つから噴出されるとき、インクは、印刷媒体へ達する前に、関連した通路を通過するようになっている。
【００３８】
ガード８０はシリコンであり、それによりノズルアレイ１４が紙、塵埃、又はユーザの指と接触して損傷しないように、必要な強度及び剛性を有する。ガードをシリコンから形成することによって、その熱膨張率は、実質的にノズルアレイの熱膨張率と適合する。この目的は、プリントヘッドが通常の動作温度へ上昇するにつれて、シールド８２の中の通路８４がノズルアレイ１４と整合しなくなるのを防止することである。更に、シリコンはＭＥＭＳ手法を使用して正確なマイクロ機械加工を行うのに適している。これについては、ノズルアセンブリ１０の製造に関連して、後で詳細に説明する。
【００３９】
シールド８２は、脚又は支柱８６によって、ノズルアセンブリ１０に対して間隔を明けて取り付けられる。支柱８６の１つは、その中に画成された空気入口開口８８を有する。
【００４０】
使用中に、アレイ１４が動作しているとき、空気は入口開口８８から送り込まれ、通路８４の中を移動するインクと一緒に通路８４を通るように強制される。
【００４１】
インクは空気の中へ引っ張られない。なぜなら、空気はインク液滴６４の速度とは異なった速度で通路８４の中へ送り込まれるからである。例えば、インク液滴６４は、約３ｍ／秒の速度でノズル２２から噴出される。空気は約１ｍ／秒の速度で通路８４の中へ送り込まれる。
【００４２】
空気の目的は、異質な粒子から通路８４をクリーンに維持することである。これらの異質な粒子、例えば、塵埃の粒子は、ノズルアセンブリ１０の上に付着して、その動作に悪影響を与える恐れがある。ノズルガード８０に空気入口開口８８を設けることによって、この問題は大幅に軽減される。
【００４３】
ここで図８〜図１０を参照して、ノズルアセンブリ１０を製造するプロセスが説明される。
【００４４】
シリコン基板又はウェーハ１６から開始して、誘電体層１８がウェーハ１６の表面に堆積される。誘電体層１８は約１．５ミクロンのＣＶＤ酸化物の形式をしている。レジストが層１８へスピンオンされ、層１８がマスク１００へ露光され、続いて現像される。
【００４５】
現像された後、層１８はシリコン層１６までプラズマエッチングされる。次に、レジストが剥ぎ取られ、層１８が洗浄される。このステップはインク入口開口４２を画成する。
【００４６】
図８ｂで、約０．８ミクロンのアルミニウム１０２が層１８の上に堆積される。レジストがスピンオンされ、アルミニウム１０２がマスク１０４へ露光されて現像される。アルミニウム１０２は酸化層１８までプラズマエッチングされ、レジストが剥ぎ取られ、デバイスが洗浄される。このステップは、ボンディングパッド及びインクジェットアクチュエータ２８への接続を提供する。この接続は、ＮＭＯＳ駆動トランジスタ、及びＣＭＯＳ層（図示されていない）の中に作られる接続を有する電力平面へ達する。
【００４７】
約０．５ミクロンのＰＥＣＶＤチッ化物がＣＭＯＳパッシベーション層２０として堆積される。レジストがスピンオンされ、層２０がマスク１０６へ露光される。その後、層２０は現像される。現像の後、チッ化層は、アルミニウム層１０２及び入口開口４２の領域のシリコン層１６までプラズマエッチングされる。レジストが剥ぎ取られ、デバイスが洗浄される。
【００４８】
犠牲物質の層１０８が層２０へスピンオンされる。層１０８は６ミクロンの感光性ポリイミド又は約４μｍの高温レジストである。層１０８はソフトベークされ、次にマスク１１０へ露光され、その後現像される。次に、層１０８は、層１０８がポリイミドで構成されていれば、４００℃で１時間ハードベークされ、層１０８が高温レジストであれば、３００℃より高温でハードベークされる。図面で注意すべきは、ポリイミド層１０８のパターンに依存した歪みが縮小によって生じることを、マスク１１０の設計に考慮していることである。
【００４９】
図８ｅで示される次のステップで、第２の犠牲層１１２が適用される。層１１２はスピンオンされる２μｍの感光性ポリイミドであるか、約１．３μｍの高温レジストである。層１１２はソフトベークされ、マスク１１４へ露光される。マスク１１４への露光の後、層１１２は現像される。層１１２がポリイミドである場合、層１１２は４００℃で約１時間ハードベークされる。層１１２がレジストである場合、それは３００℃より高い温度で約１時間ハードベークされる。
【００５０】
次に、０．２ミクロンの多層金属層１１６が堆積される。この層１１６の一部分は、アクチュエータ２８の受動ビーム６０を形成する。
【００５１】
層１１６は、約３００℃で１，０００Åのチッ化チタン（ＴｉＮ）をスパッタリングし、続いて５０Åのチッ化タンタル（ＴａＮ）をスパッタリングすることによって形成される。更に、１，０００ÅのＴｉＮがスパッタリングされ、続いて５０ÅのＴａＮ及び１，０００ÅのＴｉＮがスパッタリングされる。
【００５２】
ＴｉＮの代わりに使用できる他の物質は、ＴｉＢ２、ＭｏＳｉ２、又は（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎである。
【００５３】
次に、層１１６は、マスク１１８へ露光され、現像され、層１１２までプラズマエッチングされる。その後で、層１１６のために適用されたレジストが、硬化された層１０８又は１１２を除去しないように注意しながらウェットストリップされる。
【００５４】
４μｍの感光性ポリイミド又は約２．６μｍの高温レジストをスピンオンすることによって、第３の犠牲層１２０が適用される。層１２０はソフトベークされ、その後マスク１２２へ露光される。次に、露光された層は現像され、続いてハードベークされる。層１２０は、ポリイミドであれば４００℃で約１時間ハードベークされ、層１２０がレジストを含む場合、３００℃を超える温度でハードベークされる。
【００５５】
第２の多層金属層１２４が層１２０へ適用される。層１２４の構成は層１１６と同じであり、同じようにして適用される。層１１６及び１２４の双方は導電性の層であることが分かるであろう。
【００５６】
層１２４はマスク１２６へ露光され、次に現像される。層１２４はポリイミド又はレジスト層１２０までプラズマエッチングされ、その後で、層１２４のために適用されたレジストが、硬化された層１０８、１１２、又は１２０を除去しないように注意しながらウェットストリップされる。注意すべきは、層１２４の残りの部分はアクチュエータ２８の能動ビーム５８を画成することである。
【００５７】
４μｍの感光性ポリイミド又は約２．６μｍの高温レジストをスピンオンすることによって第４の犠牲層１２８が適用される。層１２８はソフトベークされ、マスク１３０へ露光され、次に現像されて、図９ｋで示されるような島部分が残される。層１２８の残りの部分は、ポリイミドの場合は４００℃で約１時間ハードベークされ、レジストの場合は３００℃より高い温度でハードベークされる。
【００５８】
図８ｌで示されるように、高ヤング率の誘電体層１３２が堆積される。層１３２は約１μｍのチッ化シリコン又は酸化アルミニウムで構成される。層１３２は犠牲層１０８、１１２、１２０、１２８のハードベーク温度より下の温度で堆積される。この誘電体層１３２に要求される主な特性は、高弾性率、化学的不活性、及びＴｉＮへの良好な接着性である。
【００５９】
２μｍの感光性ポリイミド又は約１．３μｍの高温レジストをスピンオンすることによって、第５の犠牲層１３４が適用される。層１３４はソフトベークされ、マスク１３６へ露光されて現像される。次に、層１３４の残りの部分は、ポリイミドの場合は４００℃で１時間ハードベークされ、レジストの場合は３００℃より高い温度でハードベークされる。
【００６０】
誘電体層１３２は、犠牲層１３４を除去しないように注意しながら犠牲層１２８までプラズマエッチングされる。
【００６１】
このステップは、ノズルアセンブリ１０のノズル開口２４、レバーアーム２６、及びアンカー５４を画成する。
【００６２】
高ヤング率の誘電体層１３８が堆積される。この層１３８は、犠牲層１０８、１１２、１２０及び１２８のハードベーク温度より下の温度で、０．２μｍのチッ化シリコン又はチッ化アルミニウムを堆積することによって形成される。
【００６３】
次に、図８ｐで示されるように、層１３８が０．３５ミクロンの深さまで異方性プラズマエッチングされる。このエッチングは、誘電体層１３２及び犠牲層１３４の側壁を除く全表面から誘電体を除くことを意図する。このステップは、ノズル開口２４の周りにノズルリム３６を作り出す。ノズルリム３６は、前述したように、インクのメニスカスを「固定」する。
【００６４】
紫外線（ＵＶ）リリーステープ１４０が適用される。４μｍのレジストがシリコンウェーハ１６の背面にスピンオンされる。ウェーハ１６はマスク１４２へ露光され、ウェーハ１６をバックエッチングして、インク流入路４８を画成する。次に、レジストはウェーハ１６から剥ぎ取られる。
【００６５】
更なるＵＶリリーステープ（図示されない）がウェーハ１６の背面へ適用され、テープ１４０が除去される。犠牲層１０８、１１２、１２０、１２８、１３４がＯ２プラズマの中で剥ぎ取られ、図８ｒ及び図９ｒで示されるような最終的なノズルアセンブリ１０が提供される。参照を容易にするため、これらの２つの図面に示された参照番号は図１の参照番号と同じであり、ノズルアセンブリ１０の関連部分を示している。図１１及び図１２は、図８及び図９を参照して説明されたプロセスに従って製造されたノズルアセンブリ１０の動作を示す。図８及び図９は図２〜図４に対応する。
【００６６】
広く説明された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、具体的な実施の形態で示された本発明に対して多くの変形及び／又は修正がなされてもよいことを、当業者は理解するであろう。従って、これまでの実施の形態は、全ての点で例示的な実施の形態として考えるべきであり、制限的な実施の形態と考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを３次元で示した概略図である。
【図２】
図１のノズルアセンブリの動作を３次元で示した概略図である。
【図３】
図１のノズルアセンブリの動作を３次元で示した概略図である。
【図４】
図１のノズルアセンブリの動作を３次元で示した概略図である。
【図５】
インクジェットプリントヘッドを構成するノズルアレイを３次元で示した図である。
【図６】
図５のアレイの一部分を拡大して示した図である。
【図７】
本発明に従ったノズルガードを含むインクジェットプリントヘッドを３次元で示した図である。
【図８ａ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｂ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｃ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｄ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｅ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｆ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｇ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｈ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｉ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｊ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｋ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｌ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｍ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｎ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｏ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｐ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｑ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図８ｒ】
インクジェットプリントヘッドのノズルアセンブリを製造するステップを３次元で示した図である。
【図９ａ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｂ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｃ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｄ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｅ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｆ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｇ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｈ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｉ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｊ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｋ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｌ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｍ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｎ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｏ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｐ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｑ】
製造ステップの側面断面図である。
【図９ｒ】
製造ステップの側面断面図である。
【図１０ａ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｂ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｃ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｄ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｅ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｆ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｇ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｈ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｉ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｊ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１０ｋ】
製造プロセスの様々なステップで使用されるマスクのレイアウトを示す図である。
【図１１ａ】
図８及び図９の方法に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す３次元の図である。
【図１１ｂ】
図８及び図９の方法に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す３次元の図である。
【図１１ｃ】
図８及び図９の方法に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す３次元の図である。
【図１２ａ】
図８及び図９に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す側面断面図である。
【図１２ｂ】
図８及び図９に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す側面断面図である。
【図１２ｃ】
図８及び図９に従って製造されたノズルアセンブリの動作を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１０ ノズルアセンブリ
１４ アレイ
１６ シリコン基板
４８ インク流入路
７２、７４ 行
７６ ボンディングパッド
８０ ノズルガード
８２ シールド
８４ 通路
８６ 支柱
８８ 空気入口開口
Claims (16)
- ノズルアレイ、及び印刷面へ顔料を噴出する顔料噴出手段を有するインクジェットプリンタ・プリントヘッドのノズルガードであって、
前記ノズルガードは、ノズルアレイ外面の損傷を与える接触を防止するために、プリントヘッド上に配置される、ノズルガード。 - ノズル外面を覆うシールドを含み、各々のノズルから噴出された顔料の通常の軌道を妨害しないように、シールドがノズルアレイと整合した通路のアレイを有する、請求項１に記載のノズルガード。
- シールドがシリコンから形成される、請求項２に記載のノズルガード。
- 更に、流体を通路へ導くための流体入口開口を含み、ノズルアレイ上に異質な粒子が堆積しないようにする、請求項２に記載のノズルガード。
- 更に、プリントヘッド上にノズルシールドを支持する支持手段を含む、請求項２に記載のノズルガード。
- 支持手段がシールドと一体に形成され、前記支持手段は、間隔を空けられた一対の支持エレメントを含み、ノズルシールドの各々の端に１つの支持エレメントが配列される、請求項５に記載のノズルガード。
- 流体入口開口が支持エレメントの１つに配列される、請求項６に記載のノズルガード。
- 流体入口開口が、ノズルアレイのボンディングパッドから遠い支持エレメント中に配列される、請求項２に記載のノズルガード。
- インクジェットプリンタのプリントヘッドであって、
ノズルアレイ、及び顔料を印刷媒体上に噴出する顔料噴出手段と、
ノズルアレイ外面の損傷を与える接触を防止するように配置されたノズルガードと
を含むプリントヘッド。 - ノズルガードが、ノズル外面をカバーするシールドを有し、各々のノズルから噴出された顔料の通常の軌道を妨害しないように、シールドが、ノズルアレイと整合した通路のアレイを有する、請求項９に記載のプリントヘッド。
- シールドがシリコンから形成される、請求項１０に記載のプリントヘッド。
- ノズルアレイ上に異質な粒子が堆積しないように、ノズルガードが、流体を通路へ導くための流体入口開口を含む、請求項１１に記載のプリントヘッド。
- ノズルガードが、プリントヘッド上でノズルシールドを支持する支持手段を有する、請求項１０に記載のプリントヘッド。
- 支持手段がシールドと一体に形成され、支持手段が、間隔を空けられた一対の支持エレメントを含み、ノズルシールドの各々の端に１つの支持エレメントが配列される、請求項１３に記載のプリントヘッド。
- 流体入口開口が支持エレメントの１つの中に配列される、請求項１４に記載のプリントヘッド。
- 流体入口開口が、ノズルアレイのボンディングパッドから遠い支持エレメント中に配列される、請求項１０に記載のプリントヘッド。
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