JP3325602B2 - インクジェット式印字ヘッド - Google Patents
インクジェット式印字ヘッドInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はドロップオンデマンド
(drop-on-demand) 形インクジェット式印字ヘッドに関
し、特に、インク流入口の上に一体形シリコンフィルタ
を有する熱的インクジェット式印字ヘッド、及びかかる
フィルタを有する印字ヘッドを製作する方法に関する。
(drop-on-demand) 形インクジェット式印字ヘッドに関
し、特に、インク流入口の上に一体形シリコンフィルタ
を有する熱的インクジェット式印字ヘッド、及びかかる
フィルタを有する印字ヘッドを製作する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般の熱作動ドロップオンデマンド形イ
ンクジェット式印字装置は熱エネルギーパルスを用いて
インク充満チャネル内に気泡を作り、この気泡が、印字
装置の印字ヘッドのチャネルオリフィスからインク滴を
放出する。かかる印字ヘッドは１つまたは複数のインク
充填チャネルを有し、このチャネルは、一端が比較的小
形のインク供給室と連通し、反対端部にオリフィスを有
す。このオリフィスはノズルとも呼ばれる。通例は抵抗
器である熱エネルギー発生器が、前記チャネル内に、ノ
ズルの近くに、その上流の所定距離に配置されている。
この抵抗器は電流パルスで個々にアドレスされて瞬間的
にインクを気化して気泡を形成し、この気泡がインク滴
を放出する。わずかな負圧の下で各ノズルにメニスカス
が形成され、インクが漏れ出るのを防止する。
ンクジェット式印字装置は熱エネルギーパルスを用いて
インク充満チャネル内に気泡を作り、この気泡が、印字
装置の印字ヘッドのチャネルオリフィスからインク滴を
放出する。かかる印字ヘッドは１つまたは複数のインク
充填チャネルを有し、このチャネルは、一端が比較的小
形のインク供給室と連通し、反対端部にオリフィスを有
す。このオリフィスはノズルとも呼ばれる。通例は抵抗
器である熱エネルギー発生器が、前記チャネル内に、ノ
ズルの近くに、その上流の所定距離に配置されている。
この抵抗器は電流パルスで個々にアドレスされて瞬間的
にインクを気化して気泡を形成し、この気泡がインク滴
を放出する。わずかな負圧の下で各ノズルにメニスカス
が形成され、インクが漏れ出るのを防止する。
【０００３】米国特許第4,６３9,７４８号には、内部濾
過装置を有するインクジェット式印字ヘッド及びその製
作方法が開示されている。米国特許第4,８６4,３２９号
明細書には、複数の印字ヘッドを包含しておって整合且
つ結合されたウェーハにウェーハの大きさのフィルタを
積層するという方法で製作されたものであって流入口の
上に平らなフィルタを配置した熱インクジェット式印字
ヘッドが開示されている。個々の印字ヘッドは、２つま
たはそれ以上の結合されたウェーハ及びフィルタを切り
離す区分操作によって得られる。このフィルタは、所定
の大きさの細孔を有する織物メッシュスクリーン、また
は好ましくは電鋳スクリーンである。フィルタは印字ヘ
ッドの一つの面全体を覆っているから、接触面積が比較
的大きく、これにより離層が防止され、且つ漏れのない
封止が都合よく行なわれる。
過装置を有するインクジェット式印字ヘッド及びその製
作方法が開示されている。米国特許第4,８６4,３２９号
明細書には、複数の印字ヘッドを包含しておって整合且
つ結合されたウェーハにウェーハの大きさのフィルタを
積層するという方法で製作されたものであって流入口の
上に平らなフィルタを配置した熱インクジェット式印字
ヘッドが開示されている。個々の印字ヘッドは、２つま
たはそれ以上の結合されたウェーハ及びフィルタを切り
離す区分操作によって得られる。このフィルタは、所定
の大きさの細孔を有する織物メッシュスクリーン、また
は好ましくは電鋳スクリーンである。フィルタは印字ヘ
ッドの一つの面全体を覆っているから、接触面積が比較
的大きく、これにより離層が防止され、且つ漏れのない
封止が都合よく行なわれる。
【０００４】米国特許第4,１６9,００８号明細書には、
インクジェット式印字ヘッドのための一様なノズルオリ
フィスを作るための方法が開示されている。この方法に
おいては、シリコンウェーハを通して異方性エッチング
して孔を作る。この通し孔に対するウェーハの厚さ変動
の影響を克服するため、ウェーハの両面をマスクで覆
い、光パターン付けし、そしてその背面を深くエッチン
グし、次いでその表面をエッチングして一様な大きさの
ノズルを作る。
インクジェット式印字ヘッドのための一様なノズルオリ
フィスを作るための方法が開示されている。この方法に
おいては、シリコンウェーハを通して異方性エッチング
して孔を作る。この通し孔に対するウェーハの厚さ変動
の影響を克服するため、ウェーハの両面をマスクで覆
い、光パターン付けし、そしてその背面を深くエッチン
グし、次いでその表面をエッチングして一様な大きさの
ノズルを作る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】熱的インクジェット技
術に伴う一つの問題として、インク内の微粒子に対する
インク滴指向性の敏感性という問題がある。印字品質は
記録媒体上のインク滴の正確な配置に直接に関係し、イ
ンク滴指向性がインク滴配置の正確性を決定する。より
高い印字品質は粒子なしのインク供給源で得られるもの
であり、インクの粒子なしの程度は、インクジェット式
印字ヘッドに対するインクの最終濾過の緻密さに関係す
る、ということが立証されている。粒子汚染の一つの源
は製造環境自体である。粒子誘発誤指向性に対する少な
くとも部分的な解決法はトランスジューサ構造全体を清
浄な環境内で作ることである。しかし、完全な粒子なし
環境は実際的でない。本発明はインクジェット式印字ヘ
ッドの製作中の粒子汚染の問題を解決しようとするもの
である。
術に伴う一つの問題として、インク内の微粒子に対する
インク滴指向性の敏感性という問題がある。印字品質は
記録媒体上のインク滴の正確な配置に直接に関係し、イ
ンク滴指向性がインク滴配置の正確性を決定する。より
高い印字品質は粒子なしのインク供給源で得られるもの
であり、インクの粒子なしの程度は、インクジェット式
印字ヘッドに対するインクの最終濾過の緻密さに関係す
る、ということが立証されている。粒子汚染の一つの源
は製造環境自体である。粒子誘発誤指向性に対する少な
くとも部分的な解決法はトランスジューサ構造全体を清
浄な環境内で作ることである。しかし、完全な粒子なし
環境は実際的でない。本発明はインクジェット式印字ヘ
ッドの製作中の粒子汚染の問題を解決しようとするもの
である。
【０００６】本発明の目的は、シリコン基体に対する２
段階配向依存エッチング（ＯＤＥ）方法によって上に一
体形フィルタを設けたインクジェット式印字ヘッドを提
供することにある。
段階配向依存エッチング（ＯＤＥ）方法によって上に一
体形フィルタを設けたインクジェット式印字ヘッドを提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明においては、第１
のＯＤＥ段階を調時して複数のチャネル溝、及び比較的
薄い床を有する付属のリザーバ凹所を作る。このエッチ
ングされた溝及びリザーバ凹所を耐エッチング性のマス
ク層で保護し、反対面を、パターン付けしたマスクを通
じてエッチングして前記リザーバ凹所の床にフィルタを
作る。
のＯＤＥ段階を調時して複数のチャネル溝、及び比較的
薄い床を有する付属のリザーバ凹所を作る。このエッチ
ングされた溝及びリザーバ凹所を耐エッチング性のマス
ク層で保護し、反対面を、パターン付けしたマスクを通
じてエッチングして前記リザーバ凹所の床にフィルタを
作る。
【０００８】本発明においては、一体形フィルタを有す
る複数のインクジェット式印字ヘッドを２つの（１０
０）シリコンウェーハから作る。複数組の加熱素子及び
それらの個別アドレス指定電極を一方のウェーハの面上
に形成し、対応する複数組の並列チャネル溝（各チャネ
ル溝の組は凹状リザーバと連通している）を他方のウェ
ーハの面に形成する。前記２つのウェーハを互いに整合
及び結合し、これら組み合わされたウェーハを複数の印
字ヘッドに切断するという区分操作によって個別印字ヘ
ッドを作る。異方性エッチングが行なわれた後の第２の
エッチング段階中に前記チャネルウェーハ内に一体形フ
ィルタを形成し、このようにして複数組のチャネル溝及
びリザーバ凹所を形成する。
る複数のインクジェット式印字ヘッドを２つの（１０
０）シリコンウェーハから作る。複数組の加熱素子及び
それらの個別アドレス指定電極を一方のウェーハの面上
に形成し、対応する複数組の並列チャネル溝（各チャネ
ル溝の組は凹状リザーバと連通している）を他方のウェ
ーハの面に形成する。前記２つのウェーハを互いに整合
及び結合し、これら組み合わされたウェーハを複数の印
字ヘッドに切断するという区分操作によって個別印字ヘ
ッドを作る。異方性エッチングが行なわれた後の第２の
エッチング段階中に前記チャネルウェーハ内に一体形フ
ィルタを形成し、このようにして複数組のチャネル溝及
びリザーバ凹所を形成する。
【０００９】詳述すると、本発明のインクジェット式印
字ヘッドは一体形フィルタを有するインク流入口を有
し、後続の製作段階中に、または印字モード中にインク
中で運ばれる汚染物質により、汚染物質が印字ヘッドに
入るのを防止するようになっている。この印字ヘッドは
第１及び第２の基体を備えており、その各々は互いに反
対の第１及び第２の面を有す。前記第１の基体の第１の
面は、加熱素子の線形アレイ及びその上に形成された付
属のアドレス指定電極を有し、第２の基体の第１の面
は、所定厚さの底床を持つリザーバ凹所及びこれに隣接
している並列の１組の細長い溝を有す。前記溝は互いに
反対の端部を有し、一方の端部はダイシング後に第２の
基体の縁を通って開口し、他方の端部はリザーバ凹所に
隣接している。前記リザーバ凹所及び溝は、第２の基体
の第１の面上の耐エッチング性マスク層内にパターン付
けされた道を通ってエッチングされ、その間、その第２
の面は耐エッチング性マスク層によってエッチングから
保護される。このエッチング処理を所定時間内に停止す
ることによってリザーバ凹所の床が形成され、クリーニ
ング後、この耐エッチング性マスク層を除去し、第２の
基体の両面を第２の耐エッチング性マスク層で覆う。前
記第２の基体の第２の面上の第２のマスク層をエッチン
グし、一体的フィルタを有する流入口として用いるため
の所定大きさの開口部のパターンを形成する。一体的フ
ィルタを作るために前記第２の基体の第２の面上に第２
の耐エッチング性マスク層にパターン付けされた道を通
ってエッチングすることによって開口部のパターンを作
っている間、リザーバ凹所、及び溝の組は、第２の基体
の第１の面を覆う第２の耐エッチング性マスク層によっ
てエッチングを防止される。両面の前記第２の耐エッチ
ング性マスク層を除去した後、加熱素子及びアドレス指
定電極を有する第１の基体の第１の面を、リザーバ凹
所、及び溝の組を有する第２の基体の第１の面に整合及
び結合する。これにより、各溝は、毛管充填チャネルと
して働き、且つ、インク滴放出ノズルとして働く溝開放
端部内にこれから所定距離を隔てて一つの加熱素子を持
ち、そしてリザーバ凹所はインクのリザーバとして働
き、これから前記チャネルがインクで満たされるように
なる。
字ヘッドは一体形フィルタを有するインク流入口を有
し、後続の製作段階中に、または印字モード中にインク
中で運ばれる汚染物質により、汚染物質が印字ヘッドに
入るのを防止するようになっている。この印字ヘッドは
第１及び第２の基体を備えており、その各々は互いに反
対の第１及び第２の面を有す。前記第１の基体の第１の
面は、加熱素子の線形アレイ及びその上に形成された付
属のアドレス指定電極を有し、第２の基体の第１の面
は、所定厚さの底床を持つリザーバ凹所及びこれに隣接
している並列の１組の細長い溝を有す。前記溝は互いに
反対の端部を有し、一方の端部はダイシング後に第２の
基体の縁を通って開口し、他方の端部はリザーバ凹所に
隣接している。前記リザーバ凹所及び溝は、第２の基体
の第１の面上の耐エッチング性マスク層内にパターン付
けされた道を通ってエッチングされ、その間、その第２
の面は耐エッチング性マスク層によってエッチングから
保護される。このエッチング処理を所定時間内に停止す
ることによってリザーバ凹所の床が形成され、クリーニ
ング後、この耐エッチング性マスク層を除去し、第２の
基体の両面を第２の耐エッチング性マスク層で覆う。前
記第２の基体の第２の面上の第２のマスク層をエッチン
グし、一体的フィルタを有する流入口として用いるため
の所定大きさの開口部のパターンを形成する。一体的フ
ィルタを作るために前記第２の基体の第２の面上に第２
の耐エッチング性マスク層にパターン付けされた道を通
ってエッチングすることによって開口部のパターンを作
っている間、リザーバ凹所、及び溝の組は、第２の基体
の第１の面を覆う第２の耐エッチング性マスク層によっ
てエッチングを防止される。両面の前記第２の耐エッチ
ング性マスク層を除去した後、加熱素子及びアドレス指
定電極を有する第１の基体の第１の面を、リザーバ凹
所、及び溝の組を有する第２の基体の第１の面に整合及
び結合する。これにより、各溝は、毛管充填チャネルと
して働き、且つ、インク滴放出ノズルとして働く溝開放
端部内にこれから所定距離を隔てて一つの加熱素子を持
ち、そしてリザーバ凹所はインクのリザーバとして働
き、これから前記チャネルがインクで満たされるように
なる。
【００１０】印字中にインク及びインク供給装置から汚
れを濾過するほかに、前記一体形フィルタは、印字ヘッ
ド組み立て中に汚れ及び他の汚染物質が、通例は大きい
インク流入口に入るのを妨げる。
れを濾過するほかに、前記一体形フィルタは、印字ヘッ
ド組み立て中に汚れ及び他の汚染物質が、通例は大きい
インク流入口に入るのを妨げる。
【００１１】
【実施例】図１及び図２において、本発明の熱的インク
ジェット式印字ヘッド１０は、一体形フィルタ１４付き
のチャネル板１２、及び破線で示すヒータ板１６を備え
ている。破線で示すパターン厚膜層１８は、例えばリス
トン (Riston) （登録商標）、ヴァクレル (Vacrel)
（登録商標）、またはポリイミドのような素材を有し、
チャネル板とヒータ板との間に挟着されている。米国特
許第4,７７4,５３０号明細書に教示されているように、
厚膜層はエッチングされて各加熱素子３４上の素材を除
去し、このようにして加熱素子をピット２６内に配置
し、且つ、インクチャネル２０の閉塞端部２１とリザー
バ２４との間の素材を除去して堀３８を形成し、これに
より前記チャネルをリザーバと流体連通させる。図に
は、印字ヘッドの前面２９にあるノズル２７から放出の
後の飛翔軌跡１６に続くインク滴１３を例示してある。
ジェット式印字ヘッド１０は、一体形フィルタ１４付き
のチャネル板１２、及び破線で示すヒータ板１６を備え
ている。破線で示すパターン厚膜層１８は、例えばリス
トン (Riston) （登録商標）、ヴァクレル (Vacrel)
（登録商標）、またはポリイミドのような素材を有し、
チャネル板とヒータ板との間に挟着されている。米国特
許第4,７７4,５３０号明細書に教示されているように、
厚膜層はエッチングされて各加熱素子３４上の素材を除
去し、このようにして加熱素子をピット２６内に配置
し、且つ、インクチャネル２０の閉塞端部２１とリザー
バ２４との間の素材を除去して堀３８を形成し、これに
より前記チャネルをリザーバと流体連通させる。図に
は、印字ヘッドの前面２９にあるノズル２７から放出の
後の飛翔軌跡１６に続くインク滴１３を例示してある。
【００１２】図１について説明すると、印字ヘッドはチ
ャネル板１２を備えており、該チャネル板は、ヒータ板
１６に、または該ヒータ板の上面１９上の加熱素子及び
アドレス指定電極の上に随意選択的に堆積されて前掲の
米国特許第4,７７4,５３０号明細書に教示されているよ
うにパターン付けされているパターン厚膜層１８に永久
的に結合されている。米国再発行特許第３2,５７２号に
開示されているように、前記チャネル板はシリコンであ
り、ヒータ板は電気絶縁素材または半導体素材である。
本発明をエッジシュータ (edgeshooter)形印字ヘッドに
ついて説明するが、本発明は米国特許第4,８６4,３２９
号明細書に開示されているルーフシュータ (roofshoote
r)印字ヘッド（図示せず）に対しても適用可能である。
即ち、ルーフシュータ形印字ヘッドにおいては、インク
流入口はヒータ板内にあり、従って本発明の一体形フィ
ルタをチャネル板におけると同じ仕方でヒータ板流入口
内に作ることができる。この点については、米国特許第
4,８６4,３２９号明細書の図８及び図９を参照された
い。
ャネル板１２を備えており、該チャネル板は、ヒータ板
１６に、または該ヒータ板の上面１９上の加熱素子及び
アドレス指定電極の上に随意選択的に堆積されて前掲の
米国特許第4,７７4,５３０号明細書に教示されているよ
うにパターン付けされているパターン厚膜層１８に永久
的に結合されている。米国再発行特許第３2,５７２号に
開示されているように、前記チャネル板はシリコンであ
り、ヒータ板は電気絶縁素材または半導体素材である。
本発明をエッジシュータ (edgeshooter)形印字ヘッドに
ついて説明するが、本発明は米国特許第4,８６4,３２９
号明細書に開示されているルーフシュータ (roofshoote
r)印字ヘッド（図示せず）に対しても適用可能である。
即ち、ルーフシュータ形印字ヘッドにおいては、インク
流入口はヒータ板内にあり、従って本発明の一体形フィ
ルタをチャネル板におけると同じ仕方でヒータ板流入口
内に作ることができる。この点については、米国特許第
4,８６4,３２９号明細書の図８及び図９を参照された
い。
【００１３】図１のチャネル板１２は一方の面にエッチ
ングされた凹所２４（破線で示す）を有し、この面がヒ
ータ板１６と組み合わされるとインクリザーバを形成す
る。横断面三角形の複数の同構造の並列溝（破線で示
す）がチャネル板の同じ面にエッチングされ、その一方
の端部は、ダイシング後、板の前面を貫通する。前記溝
の他方の閉塞端部２１（図２）は凹所２４に隣接する。
チャネル板とヒータ板とを組み合わせると、縁、即ち前
面２９を通る前記溝の貫通部はオリフィスまたはノズル
２７となり、溝２０は前記リザーバをノズルと接続する
インクチャネルとなる。図２に示すチャネル板内のリザ
ーバの底２５は、厚さ約５〜１００μｍ、好ましくは約
２５μｍであり、底を貫通して異方性エッチングされた
孔２８のパターンを有し、インクがインク供給源（図示
せず）からリザーバに入るときにインクを濾過するため
の手段を提供する。前記異方性エッチングされた孔は、
チャネル板１２の上面１７における大きさが約５０×５
０μｍであり、ピラミッドの頂点へ向かって｛１１１｝
結晶面に沿って内方へテーパ状になり、床、即ち底２５
を貫通して大きさ２０×２０μｍの開口部となってい
る。孔２８は、厚さ約２５μｍ（１ミル）の床内の異方
性エッチングされた開口部に対して中心間距離ほぼ５０
〜１００μｍである。この孔はノズルの２分の１ないし
４分の３の面積を占めているから、この孔のパターンは
一体形フィルタ１４とともに流入口として働く。本発明
のフィルタ１４は、後述するように、チャネル板１２の
上面１７内のピラミッド状凹所２８のパターンを光描写
することによって作られたものであり、この凹所はリザ
ーバ床を貫通してアパーチャまたは孔３１を作り、この
アパーチャは、１０〜３０μｍ四方の所定大きさを有
し、リザーバ２４の底２５と等しい面積内にこれと整合
して配置される。他の実施例としては、チャネル板１２
の上面１７は、全面にわたって等間隔配置されたピラミ
ッド形凹所（図示せず）を有し、従ってリザーバ凹所２
４との整合が不要である。
ングされた凹所２４（破線で示す）を有し、この面がヒ
ータ板１６と組み合わされるとインクリザーバを形成す
る。横断面三角形の複数の同構造の並列溝（破線で示
す）がチャネル板の同じ面にエッチングされ、その一方
の端部は、ダイシング後、板の前面を貫通する。前記溝
の他方の閉塞端部２１（図２）は凹所２４に隣接する。
チャネル板とヒータ板とを組み合わせると、縁、即ち前
面２９を通る前記溝の貫通部はオリフィスまたはノズル
２７となり、溝２０は前記リザーバをノズルと接続する
インクチャネルとなる。図２に示すチャネル板内のリザ
ーバの底２５は、厚さ約５〜１００μｍ、好ましくは約
２５μｍであり、底を貫通して異方性エッチングされた
孔２８のパターンを有し、インクがインク供給源（図示
せず）からリザーバに入るときにインクを濾過するため
の手段を提供する。前記異方性エッチングされた孔は、
チャネル板１２の上面１７における大きさが約５０×５
０μｍであり、ピラミッドの頂点へ向かって｛１１１｝
結晶面に沿って内方へテーパ状になり、床、即ち底２５
を貫通して大きさ２０×２０μｍの開口部となってい
る。孔２８は、厚さ約２５μｍ（１ミル）の床内の異方
性エッチングされた開口部に対して中心間距離ほぼ５０
〜１００μｍである。この孔はノズルの２分の１ないし
４分の３の面積を占めているから、この孔のパターンは
一体形フィルタ１４とともに流入口として働く。本発明
のフィルタ１４は、後述するように、チャネル板１２の
上面１７内のピラミッド状凹所２８のパターンを光描写
することによって作られたものであり、この凹所はリザ
ーバ床を貫通してアパーチャまたは孔３１を作り、この
アパーチャは、１０〜３０μｍ四方の所定大きさを有
し、リザーバ２４の底２５と等しい面積内にこれと整合
して配置される。他の実施例としては、チャネル板１２
の上面１７は、全面にわたって等間隔配置されたピラミ
ッド形凹所（図示せず）を有し、従ってリザーバ凹所２
４との整合が不要である。
【００１４】印字中にインク及びインク供給装置からの
汚れを濾過して除去するほかに、前記フィルタはまた印
字ヘッド組み立て中に汚れ及び他の破片が比較的大きい
流入口に入るのを妨げる。このようであるので、エッチ
ング済みチャネル板をヒータ板に整合及び結合した後
は、清浄さを若干ゆるめ、従って印字ヘッド組み立ての
ための組立室の費用を安くすることができる。結合され
るチャネルウェーハ及びヒータウェーハの組み立て中の
作業は除塵室内または除塵フードの下で行なうことが必
要であるが、それ以後の作業に対しては清浄さを若干ゆ
るめることができる。
汚れを濾過して除去するほかに、前記フィルタはまた印
字ヘッド組み立て中に汚れ及び他の破片が比較的大きい
流入口に入るのを妨げる。このようであるので、エッチ
ング済みチャネル板をヒータ板に整合及び結合した後
は、清浄さを若干ゆるめ、従って印字ヘッド組み立ての
ための組立室の費用を安くすることができる。結合され
るチャネルウェーハ及びヒータウェーハの組み立て中の
作業は除塵室内または除塵フードの下で行なうことが必
要であるが、それ以後の作業に対しては清浄さを若干ゆ
るめることができる。
【００１５】一体形フィルタ付きのインク流入口を有す
るシリコンチャネル板１２に対する製作工程を図３ない
し図７に示す。各図は、（１００）シリコンウェーハ１
２Ａの部分断面図であり、以後にこれからダイシングさ
れる複数のチャネル板１２のうちの一つを示すものであ
る、ウェーハを化学的にクリーニングした後、熱分解Ｃ
ＶＤ窒化シリコン層２２のような耐エッチング性マスク
層を上面１７及び下面１１にそれぞれ約１,0００オング
ストロームの厚さに堆積させる。図３において、ウェー
ハ（及びチャネル板）の下面１１上の窒化シリコン層２
２をフォトグラフィ的にパターン付けして比較的大きい
矩形の道３０及び一組の細長い並列道３２を形成する。
前掲の米国再発行特許第３2,５７２号について前述し及
び図４に示すように、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または
他の異方性エッチング剤を用いてウェーハ１２Ａの下面
１１をエッチングし、チャネル溝２０及びリザーバ凹所
２４を形成する。厚さ0.５０８mm（２０ミル）のウェー
ハ１２Ａ内に深さ約４００〜４９５μｍの凹所を形成す
るように前記リザーバ凹所をウェーハ内に深くエッチン
グする。即ち、凹所２４は、ウェーハの凹所底と上面と
の間に約５〜１００μｍの厚さを持つ底床２５を有す。
るシリコンチャネル板１２に対する製作工程を図３ない
し図７に示す。各図は、（１００）シリコンウェーハ１
２Ａの部分断面図であり、以後にこれからダイシングさ
れる複数のチャネル板１２のうちの一つを示すものであ
る、ウェーハを化学的にクリーニングした後、熱分解Ｃ
ＶＤ窒化シリコン層２２のような耐エッチング性マスク
層を上面１７及び下面１１にそれぞれ約１,0００オング
ストロームの厚さに堆積させる。図３において、ウェー
ハ（及びチャネル板）の下面１１上の窒化シリコン層２
２をフォトグラフィ的にパターン付けして比較的大きい
矩形の道３０及び一組の細長い並列道３２を形成する。
前掲の米国再発行特許第３2,５７２号について前述し及
び図４に示すように、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または
他の異方性エッチング剤を用いてウェーハ１２Ａの下面
１１をエッチングし、チャネル溝２０及びリザーバ凹所
２４を形成する。厚さ0.５０８mm（２０ミル）のウェー
ハ１２Ａ内に深さ約４００〜４９５μｍの凹所を形成す
るように前記リザーバ凹所をウェーハ内に深くエッチン
グする。即ち、凹所２４は、ウェーハの凹所底と上面と
の間に約５〜１００μｍの厚さを持つ底床２５を有す。
【００１６】リザーバ凹所が所望の深さを越えないよう
にエッチングを調時しながら並列の細長いチャネル溝の
組及び関連のリザーバ凹所を異方性エッチングした後、
エッチング済みウェーハをエッチング浴から取り出し、
クリーニングし、そして耐エッチング性マスク層２２を
除去する。所望のリザーバ凹所の深さは、温度９５℃の
ほぼ３０重量％ＫＯＨの異方性エッチング剤中において
約２時間４５分ないし約３時間３０分で得られる。
にエッチングを調時しながら並列の細長いチャネル溝の
組及び関連のリザーバ凹所を異方性エッチングした後、
エッチング済みウェーハをエッチング浴から取り出し、
クリーニングし、そして耐エッチング性マスク層２２を
除去する。所望のリザーバ凹所の深さは、温度９５℃の
ほぼ３０重量％ＫＯＨの異方性エッチング剤中において
約２時間４５分ないし約３時間３０分で得られる。
【００１７】このエッチング済みウェーハから耐エッチ
ング性マスク層を除去したら、第２の耐エッチング性マ
スク層２２Ａを両面に堆積する。ウェーハ１２Ａの上面
１７上にある上部マスク層２２Ａ上にフォトレジスト層
（図示せず）を披着させる。このフォトレジスト層にパ
ターン付けし、５０〜１００μｍの中心間距離で配置さ
れた約５０×５０μｍ四方の開口部を有する道の組を形
成する。一実施例においては、道の各組はリザーバ凹所
床２５と同等であって且つこれと隣接する場所にある。
第２の実施例（図示せず）においては、ウェーハの上面
１７を覆う上部マスク層全体の上のフォトレジストに道
をパターン付けする。このパターン付けされたフォトレ
ジストを通じて耐エッチングマスクをエッチングして同
様組の道２８Ａをこれに形成し、道２８Ａを通じてシリ
コンウェーハ１２Ａの面１７を露出させる。次に、図５
に示すように前記フォトレジスト層を除去する。
ング性マスク層を除去したら、第２の耐エッチング性マ
スク層２２Ａを両面に堆積する。ウェーハ１２Ａの上面
１７上にある上部マスク層２２Ａ上にフォトレジスト層
（図示せず）を披着させる。このフォトレジスト層にパ
ターン付けし、５０〜１００μｍの中心間距離で配置さ
れた約５０×５０μｍ四方の開口部を有する道の組を形
成する。一実施例においては、道の各組はリザーバ凹所
床２５と同等であって且つこれと隣接する場所にある。
第２の実施例（図示せず）においては、ウェーハの上面
１７を覆う上部マスク層全体の上のフォトレジストに道
をパターン付けする。このパターン付けされたフォトレ
ジストを通じて耐エッチングマスクをエッチングして同
様組の道２８Ａをこれに形成し、道２８Ａを通じてシリ
コンウェーハ１２Ａの面１７を露出させる。次に、図５
に示すように前記フォトレジスト層を除去する。
【００１８】前記ウェーハを異方性エッチングしてピラ
ミッド形凹所２８の組を作る。このピラミッド形凹所は
リザーバの床を貫通し、リザーバ凹所２４の床２５を通
るアパーチャまたは孔３１を形成する。このリザーバ凹
所は、図６に示すように、第２の耐エッチング性マスク
層２２Ａによってそれ以上のエッチングから依然として
保護されている。ピラミッド形孔２８はフィルタの細口
となり、このようにして一体形フィルタ１４が形成され
る。図７においては、耐エッチング性マスク層２２Ａは
除去されている。
ミッド形凹所２８の組を作る。このピラミッド形凹所は
リザーバの床を貫通し、リザーバ凹所２４の床２５を通
るアパーチャまたは孔３１を形成する。このリザーバ凹
所は、図６に示すように、第２の耐エッチング性マスク
層２２Ａによってそれ以上のエッチングから依然として
保護されている。ピラミッド形孔２８はフィルタの細口
となり、このようにして一体形フィルタ１４が形成され
る。図７においては、耐エッチング性マスク層２２Ａは
除去されている。
【００１９】等方性エッチングは全ての結晶面において
同等にエッチングを行なうから、２５μｍ未満の厚さの
リザーバ床に対しては、結晶面の整合寛容度を増しても
よいフィルタ細口に対して等方性エッチングを用いるこ
とができる。また、厚さ２５μｍ未満のリザーバ床に対
しては反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行なうこと
ができるが、ＲＩＥによって侵食されることのないエッ
チングマスクの使用が必要である。ＲＩＥによって作っ
たフィルタ細口（図示せず）の利点は、その壁が、異方
性エッチングされた孔に対してピラミッド形よりも垂直
であり、または異方性エッチングされた孔に対して半球
状である、ということである。即ち、ＲＩＥで形成され
た細口は、中心間距離をより小さくして配置し、インク
リザーバのインク補充を速くするために流れ面積を増加
することができる。
同等にエッチングを行なうから、２５μｍ未満の厚さの
リザーバ床に対しては、結晶面の整合寛容度を増しても
よいフィルタ細口に対して等方性エッチングを用いるこ
とができる。また、厚さ２５μｍ未満のリザーバ床に対
しては反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行なうこと
ができるが、ＲＩＥによって侵食されることのないエッ
チングマスクの使用が必要である。ＲＩＥによって作っ
たフィルタ細口（図示せず）の利点は、その壁が、異方
性エッチングされた孔に対してピラミッド形よりも垂直
であり、または異方性エッチングされた孔に対して半球
状である、ということである。即ち、ＲＩＥで形成され
た細口は、中心間距離をより小さくして配置し、インク
リザーバのインク補充を速くするために流れ面積を増加
することができる。
【００２０】あとでチャネル板面１７からフィルタへイ
ンク供給ホース（図示せず）を封止的に取り付けること
により、フィルタは、組合せフィルタ付きの流入口とし
て、即ち、一体形フィルタ付きの流入口として働く。米
国特許第4,７７4,５３０号明細書に記載されているよう
に、図７のウェーハ１２Ａをヒータウェーハに整合させ
て結合し、そして複数の個別加熱素子にダイシングす
る。図７に示すダイシング線２９Ａに沿って切断するこ
とにより、リザーバ２４に隣接する端部から反対のチャ
ネル端部は開口され、図１及び図２に示すように、ノズ
ル面２９及びノズル２７を形成する。
ンク供給ホース（図示せず）を封止的に取り付けること
により、フィルタは、組合せフィルタ付きの流入口とし
て、即ち、一体形フィルタ付きの流入口として働く。米
国特許第4,７７4,５３０号明細書に記載されているよう
に、図７のウェーハ１２Ａをヒータウェーハに整合させ
て結合し、そして複数の個別加熱素子にダイシングす
る。図７に示すダイシング線２９Ａに沿って切断するこ
とにより、リザーバ２４に隣接する端部から反対のチャ
ネル端部は開口され、図１及び図２に示すように、ノズ
ル面２９及びノズル２７を形成する。
【００２１】図８について説明すると、異方性エッチン
グされたピラミッド形凹所２８の大きさは、リザーバを
補充するために必要なインク流量に適応するように変化
させることが可能である。異方性エッチングされた凹所
の壁は、シリコンウェーハの｛１１１｝結晶面に従い、
従って（１００）結晶面のウェーハ面１７と５4.７°Ｆ
の角度Θをなす。即ち、エッチングされた凹所がリザー
バ床を貫通するときに該凹所によって作られた開口部、
即ち孔３１を、耐エッチング性層２２Ａ内の道２８Ａの
矩形の大きさｃ、及びリザーバ床２５の厚さｔに従って
調整することができる。即ち、正方形開口部３１に対
し、開口部の一辺ａは、マスク内の道２８Ａの一辺ｃか
ら、リザーバ床厚さｔをｔａｎΘまたは1.１４で除した
ものを２倍した値を減じたもの、に等しい。図のｘは
｛１１１｝結構面の傾斜による寸法損失である。即ち、
次式のようになる。
グされたピラミッド形凹所２８の大きさは、リザーバを
補充するために必要なインク流量に適応するように変化
させることが可能である。異方性エッチングされた凹所
の壁は、シリコンウェーハの｛１１１｝結晶面に従い、
従って（１００）結晶面のウェーハ面１７と５4.７°Ｆ
の角度Θをなす。即ち、エッチングされた凹所がリザー
バ床を貫通するときに該凹所によって作られた開口部、
即ち孔３１を、耐エッチング性層２２Ａ内の道２８Ａの
矩形の大きさｃ、及びリザーバ床２５の厚さｔに従って
調整することができる。即ち、正方形開口部３１に対
し、開口部の一辺ａは、マスク内の道２８Ａの一辺ｃか
ら、リザーバ床厚さｔをｔａｎΘまたは1.１４で除した
ものを２倍した値を減じたもの、に等しい。図のｘは
｛１１１｝結構面の傾斜による寸法損失である。即ち、
次式のようになる。
【００２２】 ａ＝ｃ−２ｘ 及び ｔａｎΘ＝ｔ／ｘ 従って ａ＝ｃ−２（ｔ／ｔａｎΘ） 本発明についての以上の説明から明らかなように、本発
明の範囲内で種々の変形及び変更を行なうことが可能で
ある。
明の範囲内で種々の変形及び変更を行なうことが可能で
ある。
【図１】インク滴放出ノズルを示す本発明の一体形フィ
ルタを有する単一印字ヘッドの拡大斜視図である。
ルタを有する単一印字ヘッドの拡大斜視図である。
【図２】図１の本発明印字ヘッドの２−２線に沿う断面
図である。
図である。
【図３】一体形フィルタを含むチャネル板の製作段階を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図４】一体形フィルタを含むチャネル板の製作段階を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図５】一体形フィルタを含むチャネル板の製作段階を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図６】一体形フィルタを含むチャネル板の製作段階を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図７】一体形フィルタを含むチャネル板の製作段階を
示す部分断面図である。
示す部分断面図である。
【図８】一つのエッチング済みフィルタ孔の断面図であ
る。
る。
１２ チャネル板 １６ ヒータ板 ２０ インク滴 ２４ リザーバ凹所 ２５ リザーバの床 ３１ リザーバの床の開口部 ３４ 加熱素子 ３８ 溝とリザーバとを連通させる堀
フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ エフ オニール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド パイン ブル ック サークル 60 (56)参考文献 実開 平４−52050（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/16
Claims (1)
- 【請求項１】 印字ヘッドで使用されるべきインク中で
運ばれる汚染物質により後続の製作段階中または印字モ
ード中に汚染物質が印字ヘッドに入ることを妨げるため
に一体形フィルタ付きのインク流入口を有するインクジ
ェット式印字ヘッドにおいて、 各々が対向する第１の面及び第２の対向する面を有する
第１の基体及び第２の基体を備え、それぞれ該第１の基
体及び該第２の基体における該第２の面は該第１の面の
反対側に位置し、該第２の基体がシリコンであり、 前記第１の基体の第１の面は加熱素子の線形アレイ及び
その上に形成された関連の電極を有しており、 前記第２の基体の第１の面は厚さ５〜１００μｍの底床
を持つインクリザーバ凹所を有し、且つ並列する一組の
細長い溝を有し、前記溝は両端部を有し、その一方の端
部は開口し且つ他方の端部は前記リザーバ凹所に隣接
し、前記リザーバ凹所及び溝は前記第２の基体の第１の
面上の第１の耐エッチング性素材のパターン付け層を通
じてエッチングされ、一方、前記第２の基体の第２の面
は第１の耐エッチング性素材の層によってエッチングが
妨げられ、前記リザーバ凹所床は一体形フィルタ付き流
入口として用いるための複数の開口部を有しており、前
記リザーバ凹所床内の複数の開口部は、各々寸法が溝の
開口部端よりも小さく、かつ前記第２の基体の第２の面
上にその後に披着及びパターン付けされた第２の耐エッ
チング性素材の層を通じてエッチングすることによって
作られ、一方、前記リザーバ凹所及び前記一組の細長い
溝は第２の耐エッチング性素材の層によってエッチング
を妨げられるようになっており、 前記第１の基体の第１の面は前記リザーバ凹所及び前記
組の溝を有する前記第２の基体の第１の面に整合及び結
合される加熱素子及びアドレス指定電極を有し、もっ
て、各前記溝は、インクチャネルとして働き、且つ前記
溝の開口端部から所定距離の間隔をおいて配置された１
つの加熱素子を有し、もって、前記溝はインクチャネル
として働き、及び前記溝開口端部はインク滴放出ノズル
として働き、及び前記リザーバ凹所はインクのためのリ
ザーバとして働いてこれから前記チャネルが充填される
ようになっており、更に、 前記溝を前記リザーバ凹所と連通させるための手段と、 前記一体形フィルタ付きリザーバ流入口に所定圧力でイ
ンクを供給するための手段とを備え、もって、インクは
前記リザーバに及び次いで前記チャネルに流入するとき
に前記一体形フィルタを通って流れてこれによって濾過
され、メニスカスが前記ノズルに形成され、前記メニス
カスは、前記所定のインク圧と組み合わさって、インク
がこれから漏れ出ることを妨げるようになっており、更
に、 前記加熱素子と接触しているインク内にあって前記ノズ
ルからインク滴を放出させる瞬間的気泡を生じさせるた
め、前記アドレス指定電極を介して前記加熱素子に電気
パルスを選択的に印加するための手段を備えてなるイン
クジェット式印字ヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/724,297 US5204690A (en) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Ink jet printhead having intergral silicon filter |
| US07/724297 | 1991-07-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05193134A JPH05193134A (ja) | 1993-08-03 |
| JP3325602B2 true JP3325602B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=24909864
Family Applications (1)
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