JP4960965B2 - Method for manufacturing a suspended beam in a MEMS process - Google Patents
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Description
本発明はインクジェット印字装置の分野に関し、微小電子機械システム(MEMS)技術で製造した印字ヘッドを使用するインクジェット印字システムを開示する。 The present invention relates to the field of ink jet printing devices and discloses an ink jet printing system using a print head manufactured with micro electro mechanical system (MEMS) technology.
[関連出願の相互参照]
本発明に関連する様々な方法、システム及び装置が、本発明の出願人又は譲渡人によって出願された以下の米国特許/特許出願において開示されている。
これらの出願及び特許の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
[Cross-reference of related applications]
Various methods, systems and devices relating to the present invention are disclosed in the following US patents / patent applications filed by the assignee or assignee of the present invention.
The disclosures of these applications and patents are incorporated herein by reference.
本発明は、泡形成液中に気体又は蒸気の泡を形成することによってインク滴を排出することを含む。この原理は、特許文献1に概略されている。印刷された像の各ピクセルは、1つ又は複数のインクノズルから排出されたインク滴から得られる。近年、インクジェット印字は、主にその安価で汎用性のある性質のせいで益々普及している。インクジェット印字の多くの異なる態様及び技術が、以上の相互参照文書で詳細に説明されている。 The present invention includes discharging ink drops by forming a gas or vapor bubble in a bubble forming liquid. This principle is outlined in US Pat. Each pixel of the printed image is obtained from ink drops ejected from one or more ink nozzles. In recent years, inkjet printing has become increasingly popular, mainly due to its inexpensive and versatile nature. Many different aspects and techniques of inkjet printing are described in detail in the above cross-reference documents.
加熱器要素をインクに完全に浸漬すると、印字ヘッドの効率が劇的に改良される。下にあるウェハ基板に散逸する熱がはるかに減少し、したがってインクを排出する泡の生成に、より多くの入力エネルギが使用されるようになる。 Full immersion of the heater element in the ink dramatically improves the efficiency of the printhead. The heat dissipated to the underlying wafer substrate is much reduced, so that more input energy is used to generate bubbles that eject ink.
加熱器要素を吊り下げる便利な方法は、犠牲フォトレジストに付着させ、その後にこれを剥離エッチングで除去することである。犠牲材料(SAC)は、電極に隣接して基板にエッチングされたピット又はトレンチに付着させる。しかし、マスクをピットの側部に正確に一致させることは困難である。通常、マスキングしたフォトレジストを露出させると、ピットの側部とSACの間にギャップが形成される。加熱器材料の層を付着させると、これらのギャップを再充填して、(いわゆる)「ストリンガ」を形成する。ストリンガは、(加熱器要素を成形する)金属エッチング及び(最終的にSACを除去する)剥離エッチングの後も残る。ストリンガは、加熱器を短絡することがあり、したがって泡を発生することができない。 A convenient way to suspend the heater element is to attach it to a sacrificial photoresist, which is then removed with a strip etch. Sacrificial material (SAC) is deposited in pits or trenches etched into the substrate adjacent to the electrodes. However, it is difficult to accurately match the mask to the side of the pit. Normally, when the masked photoresist is exposed, a gap is formed between the side of the pit and the SAC. When a layer of heater material is deposited, these gaps are refilled to form a (so-called) “stringer”. The stringer remains after the metal etch (forming the heater element) and the stripping etch (which eventually removes the SAC). Stringers can short circuit the heater and therefore cannot generate bubbles.
トレンチより大きいマスクを作成することによって、ギャップが形成されないように、側壁にSACを付着させる。残念ながら、これは、トレンチの頂部の周囲に隆起したリップを生成してしまう。加熱器材料の層を付着させると、これはリップの垂直表面又は傾斜表面で薄くなる。金属エッチング及び剥離エッチングの後、このような薄いリップの構成が残り、局所的に薄くなることにより抵抗が増加するので、「ホットスポット」を引き起こす。これらのホットスポットは、加熱器の動作に影響し、通常は加熱器の寿命を短縮する。
したがって、本発明は、MEMSプロセスで吊り下げられたビームを製造する方法を提供し、前記方法は、
(a)基部及び側壁を有するピットを基板内にエッチングするステップと、
(b)前記ピットを再充填するように、前記基板の表面に犠牲材料を付着させるステップと、
(c)前記ピットの周囲領域から、及び前記ピットを囲む前記基板表面から前記犠牲材料を除去するステップと、
(d)残りの犠牲材料が前記側壁と接触するように、前記ピット内の前記残りの犠牲材料をリフローするステップと、
(e)ビーム材料を前記基板表面に、及び前記リフローした犠牲材料に付着させるステップと、
(f)前記吊り下げられたビームを形成するために、前記リフローした犠牲材料を除去するステップと、を含む。
Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a beam suspended in a MEMS process, the method comprising:
(A) etching a pit having a base and a sidewall into the substrate;
(B) attaching a sacrificial material to the surface of the substrate so as to refill the pits;
(C) removing the sacrificial material from a peripheral region of the pit and from the substrate surface surrounding the pit;
(D) reflowing the remaining sacrificial material in the pit so that the remaining sacrificial material is in contact with the sidewall;
(E) attaching a beam material to the substrate surface and to the reflowed sacrificial material;
(F) removing the reflowed sacrificial material to form the suspended beam.
前記吊り下げられたビームは、実質的に平面であることが好ましい。さらなる好ましい形態では、前記吊り下げられたビームの全部品が、実質的に同じ厚さを有する。 The suspended beam is preferably substantially planar. In a further preferred form, all parts of the suspended beam have substantially the same thickness.
任意選択で、前記吊り下げられたビームは、インクジェットノズルのアクチュエータである。 Optionally, the suspended beam is an inkjet nozzle actuator.
第1の態様では、本発明は、MEMSプロセスで吊り下げられたビームを製造する方法を提供し、前記方法は、
(a)基部及び側壁を有するピットを基板内にエッチングするステップと、
(b)前記ピットを再充填するように、前記基板の表面に犠牲材料を付着させるステップと、
(c)前記ピットの周囲領域から、及び前記ピットを囲む前記基板表面から前記犠牲材料を除去するステップと、
(d)残りの犠牲材料が前記側壁と接触するように、前記ピット内の前記残りの犠牲材料をリフローするステップと、
(e)ビーム材料を前記基板表面に、及び前記リフローした犠牲材料に付着させるステップと、
(f)前記吊り下げられたビームを形成するために、前記リフローした犠牲材料を除去するステップと、を含む。
In a first aspect, the present invention provides a method of manufacturing a beam suspended in a MEMS process, the method comprising:
(A) etching a pit having a base and a sidewall into the substrate;
(B) attaching a sacrificial material to the surface of the substrate so as to refill the pits;
(C) removing the sacrificial material from a peripheral region of the pit and from the substrate surface surrounding the pit;
(D) reflowing the remaining sacrificial material in the pit so that the remaining sacrificial material is in contact with the sidewall;
(E) attaching a beam material to the substrate surface and to the reflowed sacrificial material;
(F) removing the reflowed sacrificial material to form the suspended beam.
任意選択で、前記吊り下げられたビームは、実質的に平面である。 Optionally, the suspended beam is substantially planar.
任意選択で、前記吊り下げられたビームの全部品は、実質的に同じ厚さを有する。 Optionally, all parts of the suspended beam have substantially the same thickness.
任意選択で、前記吊り下げられたビームは、インクジェットノズルのアクチュエータである。 Optionally, the suspended beam is an inkjet nozzle actuator.
任意選択で、前記アクチュエータは加熱器要素である。 Optionally, the actuator is a heater element.
任意選択で、前記加熱器要素は、1対の電極間に吊り下げられる。 Optionally, the heater element is suspended between a pair of electrodes.
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。 Optionally, the substrate is a silicon wafer.
任意選択で、前記シリコンウェハは、少なくとも1つの酸化被膜層を備える。 Optionally, the silicon wafer comprises at least one oxide layer.
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。 Optionally, the sacrificial material is a photoresist.
任意選択で、前記フォトレジストは、マスクを通して露光し、その後に現像されることによって除去される。 Optionally, the photoresist is removed by exposure through a mask and subsequent development.
任意選択で、前記周囲領域は、前記側壁のうち少なくとも2つに隣接する区域を備える。 Optionally, the surrounding region comprises an area adjacent to at least two of the side walls.
任意選択で、前記周囲領域は、前記側壁の全部に隣接する区域を備える。 Optionally, the surrounding area comprises an area adjacent to all of the side walls.
任意選択で、前記周囲領域から前記犠牲材料を除去したことの結果、前記残りの犠牲材料と前記側壁のうち少なくとも2つとの間の空間が、1ミクロン未満になる。 Optionally, removal of the sacrificial material from the surrounding region results in a space between the remaining sacrificial material and at least two of the sidewalls of less than 1 micron.
任意選択で、前記周囲領域から前記犠牲材料を除去したことの結果、前記残りの犠牲材料と前記側壁の全部との間の空間が、1ミクロン未満になる。 Optionally, removal of the sacrificial material from the surrounding region results in a space between the remaining sacrificial material and all of the sidewalls of less than 1 micron.
任意選択で、前記リフローは、前記犠牲材料を加熱することによって実行される。 Optionally, the reflow is performed by heating the sacrificial material.
任意選択で、前記犠牲材料は、ビーム材料を付着させる前のさらなるリフローを防止するために処理される。 Optionally, the sacrificial material is treated to prevent further reflow before depositing the beam material.
任意選択で、前記処理はUV硬化を備える。 Optionally, the treatment comprises UV curing.
任意選択で、前記ビーム材料は、付着後に所定の構成にエッチングされる。
任意選択で、前記ビーム材料の付着後、前記リフローした犠牲材料の前記除去前に、さらなるMEMSプロセスのステップが実行される。
Optionally, the beam material is etched into a predetermined configuration after deposition.
Optionally, further MEMS process steps are performed after deposition of the beam material and before the removal of the reflowed sacrificial material.
任意選択で、前記さらなるMEMSプロセスのステップは、前記吊り下げられたビームを含むインクジェットノズルを形成することを含む。 Optionally, the step of the further MEMS process includes forming an inkjet nozzle that includes the suspended beam.
第2の態様では、本発明は、基板上に複数のインクジェットノズルを製造する方法を提供し、各ノズルは、前記基板から隔置された天井、及び前記天井から前記基板まで延在する側壁を有するノズル室を備え、前記側壁の1つが、列状のノズルに沿って延在するインク導管からインクを受け取る室エントランスを有し、前記インク導管は、前記基板内に画定された複数のインク入口からインクを受け取り、前記方法は、
(a)前記インク入口に対応する複数のトレンチを有する基板を設けるステップと、
(b)前記トレンチを再充填し、前記基板上に足場を形成するように、前記基板に犠牲材料を付着させるステップと、
(c)天井材料で再充填した場合に、前記室の側壁及び前記インク導管を形成するために配置される開口を、前記犠牲材料内に画定するステップと、
(d)前記ノズル室と前記インク導管を同時に形成するために、前記犠牲材料上に天井材料を付着させるステップと、
(e)前記天井材料を通してノズル開口をエッチングするステップであり、各ノズル室は少なくとも1つのノズル開口を有する、ステップと、
(f)前記犠牲材料を除去するステップと、を含む。
In a second aspect, the present invention provides a method of manufacturing a plurality of inkjet nozzles on a substrate, each nozzle having a ceiling spaced from the substrate and a sidewall extending from the ceiling to the substrate. A nozzle chamber having one of the sidewalls having a chamber entrance for receiving ink from an ink conduit extending along the row of nozzles, the ink conduit having a plurality of ink inlets defined in the substrate. Receiving the ink from the method,
(A) providing a substrate having a plurality of trenches corresponding to the ink inlets;
(B) depositing a sacrificial material on the substrate to refill the trench and form a scaffold on the substrate;
(C) defining an opening in the sacrificial material that, when refilled with a ceiling material, is disposed to form a sidewall of the chamber and the ink conduit;
(D) depositing a ceiling material on the sacrificial material to simultaneously form the nozzle chamber and the ink conduit;
(E) etching nozzle openings through the ceiling material, each nozzle chamber having at least one nozzle opening;
(F) removing the sacrificial material.
任意選択で、各ノズル室は、前記ノズル開口を通してインクを排出するアクチュエータを含む。 Optionally, each nozzle chamber includes an actuator that ejects ink through the nozzle opening.
任意選択で、前記アクチュエータは、前記ノズル室を製造する前に形成される。 Optionally, the actuator is formed prior to manufacturing the nozzle chamber.
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。 Optionally, the substrate is a silicon wafer.
任意選択で、前記シリコンウェハは、少なくとも1つの酸化皮膜層を備える。 Optionally, the silicon wafer comprises at least one oxide film layer.
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。 Optionally, the sacrificial material is a photoresist.
任意選択で、前記開口は、マスクを通して前記フォトレジストを露光し、その後に現像することによって画定される。 Optionally, the opening is defined by exposing the photoresist through a mask followed by development.
任意選択で、前記フォトレジストは、前記天井材料を付着させる前にUV硬化され、それによって付着中の前記フォトレジストのリフローを防止する。 Optionally, the photoresist is UV cured prior to depositing the ceiling material, thereby preventing reflow of the photoresist during deposition.
任意選択で、前記フォトレジストは、プラズマ灰化によって除去される。 Optionally, the photoresist is removed by plasma ashing.
さらなる態様では、さらに、前記基板の反対の裏側からインク供給路をエッチングするステップを含む方法が提供され、前記インク供給路は、前記インク入口と流体連絡する。 In a further aspect, a method is further provided that includes etching an ink supply path from an opposite back side of the substrate, wherein the ink supply path is in fluid communication with the ink inlet.
任意選択で、各インク入口は、個々の縁部から延在する少なくとも1つのプライミング形体を有し、前記方法はさらに、前記フォトレジスト内で前記少なくとも1つのプライミング形体に対応する少なくとも1つの開口を画定することを含む。 Optionally, each ink inlet has at least one priming feature extending from an individual edge, and the method further comprises at least one opening corresponding to the at least one priming feature in the photoresist. Including defining.
任意選択で、前記少なくとも1つのプライミング形体は、前記縁部から延在する天井材料の円柱を備える。 Optionally, the at least one priming feature comprises a column of ceiling material extending from the edge.
任意選択で、各インク入口は、個々の縁部の周囲に配置された複数のプライミング形体を有する。 Optionally, each ink inlet has a plurality of priming features disposed around individual edges.
任意選択で、前記複数のプライミング形体が一緒になって、前記縁部から延在する円柱状のケージを形成する。 Optionally, the plurality of priming features together form a cylindrical cage extending from the edge.
任意選択で、前記室エントランスが少なくとも1つのフィルタ構造を含み、前記方法がさらに、前記フォトレジスト内で前記少なくとも1つのプライミング形体に対応する少なくとも1つの開口を画定することを含む。 Optionally, the chamber entrance includes at least one filter structure, and the method further comprises defining at least one opening in the photoresist corresponding to the at least one priming feature.
任意選択で、前記少なくとも1つのフィルタ構造は、前記基板から前記天井まで延在する天井材料の円柱を備える。 Optionally, the at least one filter structure comprises a column of ceiling material extending from the substrate to the ceiling.
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成された複数のフィルタ構造を含む。 Optionally, each room entrance includes a plurality of filter structures arranged across the entrance.
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成された複数の列のフィルタ構造を含む。 Optionally, each room entrance includes a plurality of rows of filter structures arranged across the entrance.
任意選択で、前記列状のフィルタ構造は互い違いである。 Optionally, the columnar filter structures are staggered.
第3の態様では、本発明は、基板上に複数のインクジェットノズルを製造する方法を提供し、各ノズルは、前記基板から隔置された天井、及び前記天井から前記基板まで延在する側壁を有するノズル室を備え、前記室は、前記基板内に画定された少なくとも1つのインク入口からインクを受け取るエントランスを有し、前記少なくとも1つのインク入口は、個々の縁部から延在する少なくとも1つのプライミング形体を有し、前記方法は、
(a)前記インク入口に対応する複数のトレンチを有する基板を設けるステップと、
(b)前記トレンチを再充填し、前記基板上に足場を形成するように、前記基板に犠牲材料を付着させるステップと、
(c)天井材料で再充填した場合に、前記室の側壁及び前記少なくとも1つのプライミング形体を形成するために配置される開口を、前記犠牲材料内に画定するステップと、
(d)前記ノズル室と前記少なくとも1つのプライミング形体を同時に形成するために、前記犠牲材料上に天井材料を付着させるステップと、
(e)前記天井材料を通してノズル開口をエッチングするステップであり、各ノズル室は少なくとも1つのノズル開口を有する、ステップと、
(f)前記犠牲材料を除去するステップと、を含む。
In a third aspect, the present invention provides a method of manufacturing a plurality of inkjet nozzles on a substrate, each nozzle having a ceiling spaced from the substrate, and a sidewall extending from the ceiling to the substrate. A nozzle chamber having an entrance for receiving ink from at least one ink inlet defined in the substrate, wherein the at least one ink inlet extends from an individual edge. Having a priming feature, the method comprising:
(A) providing a substrate having a plurality of trenches corresponding to the ink inlets;
(B) depositing a sacrificial material on the substrate to refill the trench and form a scaffold on the substrate;
(C) defining an opening in the sacrificial material that, when refilled with a ceiling material, is disposed to form a sidewall of the chamber and the at least one priming feature;
(D) depositing a ceiling material on the sacrificial material to simultaneously form the nozzle chamber and the at least one priming feature;
(E) etching nozzle openings through the ceiling material, each nozzle chamber having at least one nozzle opening;
(F) removing the sacrificial material.
任意選択で、前記少なくとも1つのプライミング形体は、前記縁部から延在する天井材料の円柱を備える。 Optionally, the at least one priming feature comprises a column of ceiling material extending from the edge.
任意選択で、各インク入口は、個々の縁部の周囲に配置された複数のプライミング形体を有する。 Optionally, each ink inlet has a plurality of priming features disposed around individual edges.
任意選択で、前記複数のプライミング形体が一緒になって、前記縁部から延在する円柱状のケージを形成する。 Optionally, the plurality of priming features together form a cylindrical cage extending from the edge.
任意選択で、各ノズル室は、前記ノズル開口を通してインクを排出するアクチュエータを含む。 Optionally, each nozzle chamber includes an actuator that ejects ink through the nozzle opening.
任意選択で、前記アクチュエータは、前記ノズル室の製造前に形成される。 Optionally, the actuator is formed prior to manufacturing the nozzle chamber.
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。 Optionally, the substrate is a silicon wafer.
任意選択で、前記シリコンウェハは少なくとも1つの酸化皮膜層を備える。 Optionally, the silicon wafer comprises at least one oxide layer.
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。 Optionally, the sacrificial material is a photoresist.
任意選択で、前記開口は、マスクを通して前記フォトレジストを露光し、その後に現像することによって画定される。 Optionally, the opening is defined by exposing the photoresist through a mask followed by development.
任意選択で、前記フォトレジストは、前記天井材料を付着させる前にUV硬化され、それによって付着中の前記フォトレジストのリフローを防止する。 Optionally, the photoresist is UV cured prior to depositing the ceiling material, thereby preventing reflow of the photoresist during deposition.
任意選択で、前記フォトレジストは、プラズマ灰化によって除去される。 Optionally, the photoresist is removed by plasma ashing.
さらなる態様では、さらに、前記基板の反対の裏側からインク供給路をエッチングするステップを含む方法が提供され、前記インク供給路は、前記インク入口と流体連絡する。 In a further aspect, a method is further provided that includes etching an ink supply path from an opposite back side of the substrate, wherein the ink supply path is in fluid communication with the ink inlet.
任意選択で、前記室エントランスは、前記ノズル室の前記側壁の1つに画定される。 Optionally, the chamber entrance is defined in one of the side walls of the nozzle chamber.
任意選択で、前記室エントランスは、列状のノズルに沿って延在するインク導管からインクを受け取り、ステップ(c)はさらに、前記犠牲材料内にさらなる開口を画定することを含み、前記さらなる開口は、天井材料で再充填された場合に、前記インク導管を形成するべく配置される。 Optionally, the chamber entrance receives ink from an ink conduit extending along a row of nozzles, and step (c) further comprises defining a further opening in the sacrificial material, the further opening. Is arranged to form the ink conduit when refilled with ceiling material.
任意選択で、前記インク導管は、前記少なくとも1つのインク入口からインクを受け取る。 Optionally, the ink conduit receives ink from the at least one ink inlet.
第4の態様では、本発明は、基板上に複数のインクジェットノズルを製造する方法を提供し、各ノズルは、前記基板から隔置された天井、及び前記天井から前記基板まで延在する側壁を有するノズル室を備え、前記側壁の1つは、前記基板内に画定された少なくとも1つのインク入口からインクを受け取る室エントランスを有し、前記室エントランスは少なくとも1つのフィルタ構造を含み、前記方法は、
(a)前記インク入口に対応する複数のトレンチを有する基板を設けるステップと、
(b)前記トレンチを再充填し、前記基板上に足場を形成するように、前記基板に犠牲材料を付着させるステップと、
(c)天井材料で再充填した場合に、前記室の側壁及び前記少なくとも1つのフィルタ構造を形成するために配置される開口を、前記犠牲材料内に画定するステップと、
(d)前記ノズル室と前記少なくとも1つのフィルタ構造を同時に形成するために、前記犠牲材料上に天井材料を付着させるステップと、
(e)前記天井材料を通してノズル開口をエッチングするステップであり、各ノズル室は少なくとも1つのノズル開口を有する、ステップと、
(f)前記犠牲材料を除去するステップと、を含む。
In a fourth aspect, the present invention provides a method of manufacturing a plurality of inkjet nozzles on a substrate, each nozzle having a ceiling spaced from the substrate and a sidewall extending from the ceiling to the substrate. And wherein one of the side walls has a chamber entrance for receiving ink from at least one ink inlet defined in the substrate, the chamber entrance including at least one filter structure, the method comprising: ,
(A) providing a substrate having a plurality of trenches corresponding to the ink inlets;
(B) depositing a sacrificial material on the substrate to refill the trench and form a scaffold on the substrate;
(C) defining an opening in the sacrificial material that, when refilled with ceiling material, is disposed to form sidewalls of the chamber and the at least one filter structure;
(D) depositing a ceiling material on the sacrificial material to simultaneously form the nozzle chamber and the at least one filter structure;
(E) etching nozzle openings through the ceiling material, each nozzle chamber having at least one nozzle opening;
(F) removing the sacrificial material.
任意選択で、前記フィルタ構造は、前記基板から前記天井まで延在する天井材料の円柱を備える。 Optionally, the filter structure comprises a column of ceiling material extending from the substrate to the ceiling.
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成される複数のフィルタ構造を含む。 Optionally, each room entrance includes a plurality of filter structures arranged across the entrance.
任意選択で、各室エントランスは、前記エントランスにまたがって配置構成される複数の列のフィルタ構造を含む。 Optionally, each room entrance includes a plurality of rows of filter structures arranged across the entrance.
任意選択で、前記列状のフィルタ構造は互い違いである。 Optionally, the columnar filter structures are staggered.
任意選択で、各ノズル室は、前記ノズル開口を通してインクを排出するアクチュエータを含む。 Optionally, each nozzle chamber includes an actuator that ejects ink through the nozzle opening.
任意選択で、前記アクチュエータは、前記ノズル室の製造前に形成される。 Optionally, the actuator is formed prior to manufacturing the nozzle chamber.
任意選択で、前記基板はシリコンウェハである。 Optionally, the substrate is a silicon wafer.
任意選択で、前記シリコンウェハは少なくとも1つの酸化皮膜層を備える。 Optionally, the silicon wafer comprises at least one oxide layer.
任意選択で、前記犠牲材料はフォトレジストである。 Optionally, the sacrificial material is a photoresist.
任意選択で、前記開口は、マスクを通して前記フォトレジストを露光し、その後に現像することによって画定される。 Optionally, the opening is defined by exposing the photoresist through a mask followed by development.
任意選択で、前記フォトレジストは、前記天井材料を付着させる前にUV硬化され、それによって付着中の前記フォトレジストのリフローを防止する。 Optionally, the photoresist is UV cured prior to depositing the ceiling material, thereby preventing reflow of the photoresist during deposition.
任意選択で、前記フォトレジストは、プラズマ灰化によって除去される。 Optionally, the photoresist is removed by plasma ashing.
さらなる態様では、さらに、前記基板の反対の裏側からインク供給路をエッチングするステップを含む方法が提供され、前記インク供給路は、前記インク入口と流体連絡する。 In a further aspect, a method is further provided that includes etching an ink supply path from an opposite back side of the substrate, wherein the ink supply path is in fluid communication with the ink inlet.
任意選択で、前記室エントランスは、列状のノズルに沿って延在するインク導管からインクを受け取り、ステップ(c)はさらに、前記犠牲材料内にさらなる開口を画定することを含み、前記さらなる開口は、天井材料で再充填された場合に、前記インク導管を形成するべく配置される。 Optionally, the chamber entrance receives ink from an ink conduit extending along a row of nozzles, and step (c) further comprises defining a further opening in the sacrificial material, the further opening. Is arranged to form the ink conduit when refilled with ceiling material.
任意選択で、前記インク導管は、前記少なくとも1つのインク入口からインクを受け取る。 Optionally, the ink conduit receives ink from the at least one ink inlet.
第5の態様では、本発明は、インクジェット印字ヘッドの静摩擦が低いノズル板を形成する方法を提供し、前記ノズル板は、自身内に画定され、各々が個々のノズル縁部を有する複数のノズル開口を有し、前記方法は、
(a)天井材料で密封された複数のインクジェットノズルアセンブリを備える部分的に製造された印字ヘッドを設けるステップと、
(b)前記ノズル縁部及び複数の静摩擦を軽減させる構成を同時に画定するために、前記天井材料を部分的にエッチングするステップと、
(c)前記ノズル開口を画定し、それによって前記ノズル板を形成するために、前記天井材料をエッチングするステップと、を含む。
In a fifth aspect, the present invention provides a method of forming a nozzle plate with low static friction of an ink jet print head, wherein the nozzle plate is defined within itself, each having a plurality of nozzles having individual nozzle edges. Having an opening, the method comprising:
(A) providing a partially manufactured printhead comprising a plurality of inkjet nozzle assemblies sealed with a ceiling material;
(B) partially etching the ceiling material to simultaneously define the nozzle edge and a plurality of static friction reducing features;
(C) etching the ceiling material to define the nozzle openings and thereby form the nozzle plate.
任意選択で、各ノズル縁部は、各ノズル開口の周囲に少なくとも1つの突起を備える。 Optionally, each nozzle edge comprises at least one protrusion around each nozzle opening.
任意選択で、各ノズル縁部は、各ノズル開口の周囲に複数の同軸の突起を備える。 Optionally, each nozzle edge comprises a plurality of coaxial protrusions around each nozzle opening.
任意選択で、前記少なくとも1つの縁部突起は、前記ノズル板から少なくとも1ミクロン突出する。 Optionally, the at least one edge projection protrudes from the nozzle plate by at least 1 micron.
任意選択で、各静摩擦軽減構成は、前記ノズル板上に円柱状突起を備える。 Optionally, each static friction mitigating arrangement comprises a cylindrical protrusion on the nozzle plate.
任意選択で、各円柱状突起は、前記ノズル板から少なくとも1ミクロン突出する。 Optionally, each cylindrical protrusion protrudes from the nozzle plate by at least 1 micron.
任意選択で、各円柱状突起は、隣接する円柱状突起から2ミクロン未満だけ隔置される。 Optionally, each cylindrical projection is spaced from adjacent cylindrical projections by less than 2 microns.
任意選択で、各静摩擦軽減構成は、前記ノズル板上に細長い壁突起を備える。 Optionally, each static friction mitigating arrangement comprises an elongated wall projection on the nozzle plate.
任意選択で、各壁突起は、前記ノズル板から少なくとも1ミクロン突出する。 Optionally, each wall projection projects at least 1 micron from the nozzle plate.
任意選択で、前記壁突起は、前記ノズル板上にインクの混色を最小限に抑えるために配置される。 Optionally, the wall protrusion is disposed on the nozzle plate to minimize ink color mixing.
任意選択で、前記壁突起は、前記ノズル板に沿って列状のノズルと平行に延在し、列の各ノズルは、同じ色のインクを排出する。 Optionally, the wall projections extend along the nozzle plate in parallel with the row of nozzles, and each nozzle in the row discharges the same color of ink.
任意選択で、前記ノズル縁部及び前記静摩擦軽減構成の位置は、フォトリソグラフィマスキングによって画定される。 Optionally, the location of the nozzle edge and the static friction mitigation feature is defined by photolithography masking.
任意選択で、前記ノズル板の表面積の少なくとも半分は、静摩擦軽減構成でタイル張りされる。 Optionally, at least half of the surface area of the nozzle plate is tiled in a static friction reducing configuration.
任意選択で、前記インクジェットノズルアセンブリはシリコン基板上に形成され、前記ノズル板は前記基板から隔置される。 Optionally, the inkjet nozzle assembly is formed on a silicon substrate and the nozzle plate is spaced from the substrate.
任意選択で、前記ノズル板は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜、窒化アルミで構成される。 Optionally, the nozzle plate comprises a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and aluminum nitride.
任意選択で、前記ノズルアセンブリは、前記天井材料のCVD又はPECVD付着によって密封される。 Optionally, the nozzle assembly is sealed by CVD or PECVD deposition of the ceiling material.
任意選択で、前記天井材料は犠牲足場に付着する。 Optionally, the ceiling material adheres to the sacrificial scaffold.
任意選択で、各インクジェットノズルアセンブリは、インクを排出するために自身に付随する少なくとも1つのノズル開口を有する。 Optionally, each inkjet nozzle assembly has at least one nozzle opening associated with it for ejecting ink.
任意選択で、前記ノズル板はその後、疎水化材料で処理される。 Optionally, the nozzle plate is then treated with a hydrophobic material.
本発明による印字ヘッドは、複数のノズル、さらに各ノズルに対応する室及び1つ又は複数の加熱器要素を備える。印字ヘッドの最小反復ユニットは、1つ又は複数の室にインクを供給するインク供給入口を有する。ノズルアレイ全体は、これらの個々のユニットを繰り返すことによって形成される。このような個々のユニットを、本明細書では「ユニットセル」と呼ぶ。 The print head according to the present invention comprises a plurality of nozzles, a chamber corresponding to each nozzle and one or more heater elements. The smallest repeating unit of the print head has an ink supply inlet for supplying ink to one or more chambers. The entire nozzle array is formed by repeating these individual units. Such individual units are referred to herein as “unit cells”.
また、「インク」という用語は、排出可能な液体を意味するように使用され、着色した染料を含む従来通りのインクに制限されない。非着色インクの例は定着剤、赤外線吸収剤インク、機能付与した化学物質、接着剤、生物学的流体、薬剤、水及び他の溶剤などを含む。インク又は排出可能な液体はまた、必ずしも厳密に液体である必要はなく、固体粒子の浮遊物を含んでよい。 Also, the term “ink” is used to mean a drainable liquid and is not limited to conventional inks including colored dyes. Examples of non-colored inks include fixing agents, infrared absorber inks, functionalized chemicals, adhesives, biological fluids, drugs, water and other solvents. The ink or drainable liquid is also not necessarily strictly liquid and may include a suspension of solid particles.
次に、添付図面を参照しながら、例示によってのみ本発明の好ましい実施形態について説明する。 Preferred embodiments of the present invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings.
以下の説明では、対応する参照番号は対応する部品に関係する。便宜上、各参照番号で示される形体が以下に列挙されている。 In the following description, corresponding reference numbers relate to corresponding parts. For convenience, the features indicated by each reference number are listed below.
MNN MPNシリアル部品リスト
1.ノズルユニットセル
2.シリコンウェハ
3.CMOS金属層内の最上アルミ金属層
4.不活性化層
5.化学蒸着酸化層
6.最上アルミ金属層3内のインク入口開口
7.最上部アルミ金属層3のピット口
8.ピット
9.電極
10.SACIフォトレジスト層
11.加熱器材料(TiAlN)
12.熱アクチュエータ
13.フォトレジスト層
14.フォトレジスト層を通してエッチングされたインク入口開口
15.インク入口通路
16.SAC2フォトレジスト層
17.室の側壁開口
18.前部流路プライミング形体
19.インク入口におけるバリア構成
20.室の天井層
21.天井
22.側壁
23.インク導管
24.ノズル室
25.楕円形ノズル縁部
25(a)内リップ
25(b)外リップ
26.ノズル開口
27.インク供給流路
28.接触部
29.加熱器要素
30.泡ケージ
32.泡保持構造
34.インク透過性構造
36.抽気孔
38.インク室
40.2列フィルタ
42.紙の埃
44.インク樋
46.SACIとトレンチ側壁の間のギャップ
48.トレンチ側壁
50.トレンチ縁部周囲のSACIの隆起リップ
52.加熱器材料の薄くなった傾斜区間
54.直列接続した加熱器要素間の低温スポット
56.ノズル板
58.円柱状突起
60.側壁のインク開口
62.インク再充填開口
MEMS製造プロセス
MEMS製造プロセスは、CMOS処理の終了後にシリコンウェハ上にノズル構造を構築する。図2は、CMOS処理の終了後、MEMS処理前のノズルユニットセル100の切り取り斜視図である。
MNN MPN serial parts list
12
MEMS manufacturing process The MEMS manufacturing process builds a nozzle structure on a silicon wafer after CMOS processing is completed. FIG. 2 is a cut-out perspective view of the nozzle unit cell 100 after the CMOS process and before the MEMS process.
ウェハのCMOS処理中に、金属層が層間誘電(ILD)層の間を満たす状態で、4つの金属層をシリコンウェハ2に付着させる。4つの金属層はM1、M2、M3及びM4層と呼ばれ、CMOS処理中にウェハ上に順番に蓄積する。これらのCMOS層は、印字ヘッドを動作させる駆動回路及び論理を全て提供する。
During the CMOS processing of the wafer, four metal layers are deposited on the
完成した印字ヘッド内で、各加熱器要素アクチュエータは、最も外側のM4層内に画定された1対の電極を介してCMOSに接続される。したがって、M4 CMOS層は、その後にウェハをMEMS処理するための基礎となる。M4層は、各印字ヘッド集積回路の縦方向の縁部に沿ったボンディングパッドも画定する。これらのボンディングパッド(図示せず)により、ボンディングパッドから延在するワイヤボンドを介してCMOSをマイクロプロセッサに接続することができる。 Within the completed printhead, each heater element actuator is connected to the CMOS via a pair of electrodes defined in the outermost M4 layer. Thus, the M4 CMOS layer is the basis for subsequent MEMS processing of the wafer. The M4 layer also defines bonding pads along the vertical edges of each printhead integrated circuit. These bonding pads (not shown) allow the CMOS to be connected to the microprocessor via wire bonds extending from the bonding pads.
図1及び図2は、自身上に付着した不活性化層4を有するアルミのM4層3を示す。(これらの図では、M4層のMEMS形体のみが図示され、M4層の主要なCMOS形体は、ノズルのユニットセルの外側に配置される。)M4層3は1ミクロンの厚さを有し、CVD酸化物5の2ミクロンの層上に付着する。図1及び図2に示すように、M4層3は、インク入口開口6及びピット開口7を有する。これらの開口は、MEMSプロセスでその後に形成されるインク入口及びピットの位置を画定する。
1 and 2 show an
ユニットセル1のMEMS処理が開始する前に、各印字ヘッド集積回路の縦方向の縁部に沿ったボンディングパッドが、不活性化層4を通したエッチングによって画定される。このエッチングは、ボンディングパッド位置でM4層3を露出させる。ノズルのユニットセル1は、このステップのためにフォトレジストで完全にマスキングされ、したがってエッチングの影響を受けない。
Before the MEMS processing of the
図3から図5を参照すると、MEMS処理の第1段階は、不活性化層4及びCVD酸化物層5を通してピット8をエッチングする。このエッチングは、図3に示した暗い色調のピットマスクによって露出したフォトレジスト(図示せず)の層を使用して画定される。ピット8は、M4層3の頂部から測定して2ミクロンの深さを有する。ピット8をエッチングするのと同時に、不活性化層4を通してM4層3を部分的に露出させることにより、ピットのいずれかの側で電極9を画定する。完成したノズル内で、加熱器要素は電極9間でピット8をまたいで吊り下げられる。
Referring to FIGS. 3-5, the first stage of the MEMS process etches the pits 8 through the
次のステップ(図6から図8)では、ピット8をフォトレジスト10の第1犠牲層(「SAC1」)で再充填する。高速フォトレジストの2ミクロンの層は、最初にウェハ上に引き延ばされ、次に図6に示した暗い色調のマスクを使用して露出される。SAC1フォトレジスト10は、ピット8のいずれかの側に電極9をまたいで加熱器材料をその後に付着させるための足場を形成する。その結果、SAC1フォトレジスト10は、電極9の上面と面一である平坦な上面を有することが重要である。それと同時に、SAC1フォトレジストは、ピットをまたいで延在し、電極9を短絡する導電性加熱器材料の「ストリンガ」を回避するために、ピット8を完全に再充填しなければならない。
In the next step (FIGS. 6-8), the pits 8 are refilled with a first sacrificial layer of photoresist 10 (“SAC1”). A 2 micron layer of high speed photoresist is first stretched over the wafer and then exposed using the dark shade mask shown in FIG. The
通常、トレンチをフォトレジストで再充填する場合は、フォトレジストがトレンチの壁に接して再充填し、したがってその後の付着ステップで「ストリンガ」を回避することが保証されるために、トレンチの周囲の外側にフォトレジストを露出させる必要がある。しかし、この技術の結果、トレンチの周囲にフォトレジストの隆起した(又はスパイク状の)縁部が生じてしまう。これは、その後の付着ステップで、材料が隆起した縁部に不均一に付着するので望ましくない。つまり、トレンチを再充填するフォトレジストの縁部の垂直又は傾斜した表面が、水平の平面より付着材料が少なくなる。この結果が、材料の付着が薄い領域の「抵抗ホットスポット」である。 Typically, when a trench is refilled with photoresist, it is guaranteed that the photoresist refills against the trench walls, thus avoiding "stringers" in subsequent deposition steps. It is necessary to expose the photoresist to the outside. However, this technique results in a raised (or spiked) edge of the photoresist around the trench. This is undesirable because in subsequent attachment steps, the material will adhere unevenly to the raised edges. That is, the vertical or inclined surface of the edge of the photoresist that refills the trench has less material deposited than the horizontal plane. The result is a “resistance hot spot” in a region where the material is thinly deposited.
図7に示すように、このプロセスは、図6に示すマスクを使用してピット8の周囲壁の内側(例えば0.5ミクロン以内)にSAC1フォトレジスト10を意図的に露出させる。これは、SAC1フォトレジスト10の平面の上面を確保し、ピット8の周縁の周囲でフォトレジストにスパイク状領域が生じるのを回避する。
As shown in FIG. 7, this process intentionally exposes the
SAC1フォトレジスト10の露出後に、フォトレジストを加熱によってリフローさせる。フォトレジストのリフローによって、これはピット8の壁まで流れ、それを正確に再充填する。図9及び図10は、リフロー後のSAC1フォトレジスト10を示す。フォトレジストは平面の上面を有し、電極9を形成するM4層3の上面と面一で合う。リフロー後に、SAC1フォトレジスト10を紫外線硬化及び/又はハードベークし、加熱器材料のその後の付着ステップ中のリフローを回避する。
After the
図11及び図12は、0.5ミクロンの加熱器材料11をSAC1フォトレジスト10上に付着させた後のユニットセルを示す。上述したリフロープロセスのせいで、加熱器材料11は、電極9及びSAC1フォトレジスト10上に均一かつ平面の層になって付着する。加熱器材料は、TiAl、TiN、TiAlN、TiAlSiNなどの任意の適切な導電性材料で構成することができる。典型的な加熱器材料の付着プロセスは、TiAlの100Åのシード層、TiAlNの2500Åの層、TiAlの100Åのさらなるシード層、最後にTiAlNの2500Åのさらなる層を順番に付着させることを含んでよい。
11 and 12 show the unit cell after the 0.5
図13から図15を参照すると、次のステップで、加熱器材料11の層がエッチングされ、熱アクチュエータ12を画定する。各アクチュエータ12は、SAC1フォトレジスト10のいずれかの側にある個々の電極9への電気接続を確立する接触部28を有する。加熱器要素29は、対応する接触部28の間に引き延ばされる。
Referring to FIGS. 13-15, in the next step, the layer of
このエッチングは、図13に示した暗い色調のマスクを使用して露出したフォトレジスト(図示せず)の層によって画定される。図15に示すように、加熱器要素12は電極9の対の間にある線系ビームスパニングである。しかし、加熱器要素12は、参照によって内容が本明細書に組み込まれる出願人の米国特許第6,755,509号に記載されているような他の構成を代替的に採用することができる。例えば、中心空隙を有する加熱器要素29の構成は、インク排出中に気泡が崩壊した場合に、加熱器材料にかかるキャビテーションの力の有害な効果を最小限に抑えるために有利であり得る。「泡の通気」及び自動不活性化材料の使用など、他の形態のキャビテーション保護を採用してもよい。これらのキャビテーション管理技術は、米国特許出願(出願人の文書MTC001US)で詳細に検討されている。
This etch is defined by a layer of photoresist (not shown) exposed using the dark shade mask shown in FIG. As shown in FIG. 15, the
ステップの次のシーケンスでは、不活性化層4、酸化物層5及びシリコンウェハ2を通して、ノズルのインク入口がエッチングされる。CMOS処理中に、各金属層は、このインク入口のエッチングの準備でインク入口開口(例えば図1のM4層3の開口6参照)がエッチングされている。これらの金属層は、挿入したILD層とともに、インク入口の密封リングを形成し、インクがCMOS層に染みこむのを防止する。
In the next sequence of steps, the nozzle ink inlet is etched through the
図16から図18を参照すると、フォトレジスト13の比較的厚い層がウェハ上に引き延ばされ、図16に示す暗い色調のマスクを使用して露光される。必要なフォトレジスト13の厚さは、インク入口のエッチングに使用される深反応性イオンエッチング(DRIE)の選択性に依存する。インク入口開口14がフォトレジスト13内に画定された状態で、ウェハはその後のエッチングステップの準備が整う。
Referring to FIGS. 16-18, a relatively thick layer of
第1エッチングステップ(図19及び図20)では、下のシリコンウェハを通して誘電層(不活性化層4及び酸化物層5)がエッチングされる。任意の標準的な酸化物エッチング(例えばO2/C4F8プラズマ)を使用してよい。
In the first etching step (FIGS. 19 and 20), the dielectric layers (
第2エッチングステップ(図21及び図22)では、同じフォトレジストマスク13を使用して、シリコンウェハ2を通して25ミクロンの深さまでインク入口15をエッチングする。このエッチングには、ボッシュエッチング(米国特許第6,501,893号及び第6,284,148号参照)などの任意の標準的異方性DRIEを使用してよい。インク入口15のエッチング後、プラズマ灰化でフォトレジスト層13を除去する。
In the second etching step (FIGS. 21 and 22), the
次のステップでは、インク入口15にフォトレジストで栓をし、SAC1フォトレジスト10及び不活性化層4の頂部にフォトレジストの第2犠牲層(「SAC2」)16を構築する。SAC2フォトレジスト16は、各ノズル室の天井及び側壁を形成する天井材料をその後に蓄積するための足場として働く。図23から図25を参照すると、約6ミクロンの高速フォトレジスト層をウェハ上に引き延ばし、図23に示した暗い色調のマスクを使用して露光する。
In the next step, the
図23及び図25に示すように、マスクは、室の側壁及びインク導管の側壁の位置に対応して、SAC2フォトレジスト16に側壁開口17を露出させる。また、開口18及び19は、それぞれ栓をした入口15及びノズル室の入口に隣接して露光される。これらの開口18及び19は、その後の天井付着ステップにて天井材料で再充填され、本発明のノズル設計で独特の利点を提供する。特に、天井材料で再充填された開口18は、インクを入口15から各ノズル室に引き込むことを補助するプライミング形体として作用する。これについては、以下でさらに詳細に説明する。天井材料で再充填された開口19は、フィルタ構造及び流体クロストークのバリアとして作用する。これらは、気泡がノズル室に入るのを防止するのに役立ち、熱アクチュエータ12によって発生した圧力パルスを拡散する。
As shown in FIGS. 23 and 25, the mask exposes the
図26及び図27を参照すると、次の段階は、PECVDによって3ミクロンの天井材料20をSAC2フォトレジスト16に付着させる。天井材料20は、SAC2フォトレジスト16の開口17、18及び19を再充填し、天井21及び側壁22を有するノズル室24を形成する。インクを各ノズル室に供給するインク導管23も、天井材料20の付着中に形成される。また、プライミング形体及びフィルタ構造(図26及び図27では図示せず)があれば、それも同時に形成される。それぞれが個々のノズル室24に対応する天井21は、隣接するノズル室にまたがって列状に引き延ばされ、連続的なノズル板を形成する。天井材料20は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜、窒化アルミなどの任意の適切な材料で構成してよい。
Referring to FIGS. 26 and 27, the next step is to deposit a 3
図28から図30を参照すると、次の段階は、2ミクロンの天井材料20をエッチングで除去することによって、天井21の楕円形ノズル縁部25を画定する。このエッチングは、図28に示した暗い色調の縁部マスクによって露光したフォトレジスト(図示せず)の層を使用して画定される。楕円形縁部25は、個々の熱アクチュエータ12上に配置された2つの同軸縁部リップ25a及び25bを備える。
Referring to FIGS. 28-30, the next step is to define the
図31から図33を参照すると、次の段階は、縁部25によって制限された残りの天井材料20を通して全てエッチングすることによって、天井21内に楕円形ノズル開口26を画定する。このエッチングは、図31に示した暗い色調の天井マスクによって露光したフォトレジスト(図示せず)の層を使用して画定される。楕円形ノズル開口26は、図33に示すように熱アクチュエータ12上に配置される。
Referring to FIGS. 31-33, the next step is to define an
ここでMEMSノズル形体が十分に形成された状態で、次の段階は、O2プラズマ灰化(図34から図35)によってSAC1及びSAC2フォトレジスト層10及び16を除去する。灰化の後、熱アクチュエータ12はピット8上で1つの平面になって吊り下げられる。接触部28と加熱器要素29を同一面に付着させることにより、電極9と効率的に電気接続される。
With the MEMS nozzle feature now fully formed, the next step is to remove the SAC1 and SAC2 photoresist layers 10 and 16 by O 2 plasma ashing (FIGS. 34-35). After ashing, the
図36及び図37は、SAC1及びSAC2フォトレジスト層10及び16の灰化後のシリコンウェハ2の全厚さ(150ミクロン)を示す。
36 and 37 show the total thickness (150 microns) of the
図38から図40を参照すると、ウェハの前側MEMS処理が終了したら、標準的な異方性DRIEを使用して、ウェハの裏側からインク供給流路27をエッチングし、インク入口15と合わせる。この裏側エッチングは、図38で示した暗い色調のマスクによって露光されたフォトレジスト層(図示せず)を使用して画定される。インク供給流路27は、ウェハの裏側とインク入口15の間を流体接続する。
Referring to FIGS. 38 to 40, after the front side MEMS processing of the wafer is completed, the
最後に、図41及び図42を参照すると、裏側エッチングによってウェハを135ミクロンに薄くする。図43は、完成した印字ヘッド集積回路の切り取り斜視図で、隣接する3列のノズルを示す。ノズルの各列は、その長さに沿って延在し、各列の複数のインク入口15にインクを供給する個々のインク供給流路27を有する。インク入口は、各列のインク導管23にインクを供給し、各ノズル室は、その列の共通のインク導管からインクを受け取る。
Finally, referring to FIGS. 41 and 42, the wafer is thinned to 135 microns by backside etching. FIG. 43 is a cut-away perspective view of the completed printhead integrated circuit, showing three adjacent rows of nozzles. Each row of nozzles has an individual
[特定の実施形態の特徴及び利点]
以下では、適切な小見出しで本発明の実施形態の特定の独特の特徴、及びこれらの特徴の利点について検討する。特徴は、内容が特に特定の図面を排除し、特に言及された図面に関連しない限り、本発明に関連する全ての図面に関連して考察される。
[Features and Advantages of Specific Embodiment]
The following discusses certain unique features of embodiments of the present invention, and the advantages of these features, with appropriate subheadings. The features are discussed in connection with all drawings relating to the present invention, unless the content specifically excludes the particular drawing and is not particularly related to the drawing referred to.
低損失電極
図41及び図42に示すように、加熱器要素29は室内に吊り下げられる。これは、室のプライミング時に加熱器要素がインクに浸漬されることを保証する。加熱器要素をインクに完全に浸漬すると、印字ヘッドの効率が劇的に改善する。下にあるウェハ基板に散逸する熱が非常に少なくなり、したがってインクを排出する泡を発生させるために使用される入力エネルギが増加する。
Low Loss Electrode As shown in FIGS. 41 and 42, the
加熱器要素を吊り下げるために、接触部を使用して、要素を上昇した位置で支持する。基本的に、加熱器要素のいずれかの端部にある接触部は、CMOSドライブ上の個々の電極を上昇した位置で要素に接続するために、垂直又は傾斜した区間を有することができる。しかし、垂直又は傾斜表面に付着した加熱器材料は、水平表面上にある材料より薄い。薄くなった区間による望ましくない抵抗損を回避するために、熱アクチュエータの接触部分は比較的大きくする必要がある。大型化した接触部がウェハ表面の有意の区域を占有し、ノズルパッキング密度を制限する。 To suspend the heater element, a contact is used to support the element in the raised position. Basically, the contacts at either end of the heater element can have vertical or inclined sections to connect the individual electrodes on the CMOS drive to the element in the raised position. However, heater material deposited on vertical or inclined surfaces is thinner than material on horizontal surfaces. In order to avoid undesirable resistance losses due to the thinned section, the contact portion of the thermal actuator needs to be relatively large. Larger contacts occupy a significant area on the wafer surface and limit nozzle packing density.
加熱器を浸漬するために、本発明は、電極9間にピット又はトレンチ8をエッチングし、室の床のレベルを低下させる。以上で検討したように、犠牲フォトレジスト(SAC)層10(図9参照)は、トレンチ内に付着して、加熱器要素の足場を提供する。しかし、SAC10をトレンチ8に付着させ、単純にそれを加熱器材料の層で覆うと、(図7に関連して前述したように)SAC10とトレンチ8の側壁48の間のギャップ46にストリンガを形成することができる。ギャップが形成されるのは、マスクをトレンチ8の側部に正確に一致させることが困難だからである。通常、マスキングしたフォトレジストを露光すると、ピットの側部とSACの間にギャップ46が形成される。加熱器材料層を付着させる場合は、これらのギャップに再充填して、(知られているような)「ストリンガ」を形成する。ストリンガは、(加熱器要素を形成する)金属エッチング及び(最終的にSACを除去する)解放エッチングの後にトレンチ8内に残る。ストリンガは加熱器を短絡することがあり、したがって泡を生成することができない。
In order to immerse the heater, the present invention etches the pits or trenches 8 between the
次に図52及び図53を参照すると、ストリンガを防止する「伝統的な」技術が図示されている。SACを露光するUVマスクをトレンチ8よりわずかに大きくすることにより、SAC10が側壁48上に付着し、したがってギャップが形成されない。残念ながら、これはトレンチの頂部の周囲に隆起したリップ50を生成する。加熱器材料層11を付着させる場合(図53参照)、これはリップ50の垂直又は傾斜表面52上の方が薄くなる。金属エッチング及び解放エッチングの後、これらの薄いリップ構成52が残り、「ホットスポット」を引き起こす。というのは、局所的に薄くなると、抵抗が増加するからである。これらのホットスポットは、加熱器の動作に影響し、通常は加熱器の寿命を短縮する。
52 and 53, a “traditional” technique for preventing stringers is illustrated. By making the UV mask exposing the SAC slightly larger than the trench 8, the
以上で検討したように、本出願人は、SAC10のリフローがギャップ46を閉じ、したがって電極9間の足場が完全に平坦であることを発見した。これによって、熱アクチュエータ12の全体を平面にすることができる。熱アクチュエータの平面構造は、接触部がCMOS電極9及び吊り下げられた加熱器要素29に直接付着した状態で、垂直又は傾斜表面によって引き起こされるホットスポットを防止し、したがって接触部は、抵抗損をそれほど大きくせずに、はるかに小さい構造にすることができる。低い抵抗損は、吊り下げられた加熱器要素の効率的な動作を維持し、小さい接触部のサイズは、ノズルを印字ヘッド上に接近させてパッキングするために都合がよい。
As discussed above, Applicants have discovered that the reflow of
各室の複数のノズル
図49を参照すると、図示のユニットセルは2つの別個のインク室38を有し、各室は、接触部28の個々の対の間に延在する加熱器要素29を有する。インク透過性構造34がインク再充填開口内に配置され、したがってインクが室に入ることができるが、起動すると、構造34は、逆流又は流体クロストークが許容可能なレベルまで減少することに対する十分な水力学的抵抗を提供する。
Multiple nozzles in each chamber Referring to FIG. 49, the unit cell shown has two
インクは、ウェハの裏側からインク入口15を通して供給される。プライミング形体18が入口開口内に延在し、したがってインクのメニスカスは開口の周縁にピン留めされず、インクの流れを停止しない。入口15からのインクは、ユニットセルの両方の室38に供給する横方向のインク導管23を再充填する。
Ink is supplied through the
室毎に1つのノズルではなく、各室38が2つのノズル25を有する。加熱器要素29が起動する(泡を形成する)と、2滴のインクが、各ノズル25から1滴ずつ排出される。インクの個々の各滴は、室が1つのノズルしか有していない場合に排出される1つの滴より体積が小さい。1つの室から複数の滴を同時に排出すると、印字品質が改善される。
Each
ノズル毎に、排出される滴がある程度、誤配向される。誤配向の程度に応じて、これは印字品質にとって有害なことがある。室に複数のノズルを与えることにより、各ノズルが比較的小さい体積で、異なる誤配向を有する滴を排出する。異なる方向に誤配向された幾つかの小さい滴は、誤配向された1つの比較的大きい滴ほど印字品質にとって有害ではない。本出願人は、目が小さい各滴の誤配向を平均し、全体的誤配向が非常に低下した状態で、1つの滴からのドットを効果的に「見る」ことを発見した。 For each nozzle, the ejected drops are misoriented to some extent. Depending on the degree of misorientation, this can be detrimental to print quality. By providing a plurality of nozzles in the chamber, each nozzle ejects drops having a different misorientation in a relatively small volume. Some small drops that are misoriented in different directions are not as detrimental to print quality as a single relatively large drop that is misoriented. Applicants have found that they effectively “see” the dots from one drop with the average misalignment of each small eye drop and the overall misorientation greatly reduced.
多ノズル室は、ノズル1つの室よりも効果的に滴を排出することもできる。加熱器要素29は、吊り下げられた細長いTiAlNのビームであり、これが形成する泡は同様に細長くなる。細長い泡によって生成された圧力パルスは、中心に配置したノズルを通してインクを排出させる。しかし、圧力パルスからのエネルギの一部は、泡の幾何学的形状とノズルのそれとの間の不一致に伴う水力学的損失で散逸する。
A multi-nozzle chamber can also eject droplets more effectively than a single nozzle chamber. The
加熱器要素29の長さに沿って幾つかのノズル25を隔置すると、泡の形状と、排出されるインクが通るノズル構成との間の幾何学的不一致が減少する。これは、インク排出に対する水力学的抵抗を減少させ、それによって印字ヘッドの効率を改善する。
Separating
隣接するインク室を介して再充填されるインク室
図46を参照すると、2つの対向するユニットセルが図示されている。この実施形態では、ユニットセルは4つのインク室38を有する。室は、側壁22及びインク透過性構造34によって画定される。各室は自身の加熱器要素29を有する。加熱器要素29は、直列に接続された対の状態で配置構成される。各対の間には、抵抗が低下及び/又はヒートシンク作用が増大した「低温スポット」54がある。これは、泡が低温スポット54で凝集しないことを保証し、したがって低温スポットが加熱器要素の各対の外側接触部28間の共通接触部になる。
Ink chamber refilled through adjacent ink chambers Referring to FIG. 46, two opposing unit cells are shown. In this embodiment, the unit cell has four
インク透過性構造34によって滴の排出後にインクで室38を再充填することができるが、各加熱器要素29からの圧力パルスを邪魔して、隣接する室間の流体クロストークを減少させることができる。この実施形態は、以上で検討した図49に示したものと平行な多くを有することが認識される。しかし、この実施形態は、図49の比較的長い室を2つの別個の室に効果的に分割する。これは加熱器要素29によって形成された泡の幾何学的形状を、ノズル25の形状と位置合わせし、滴の排出中の水力学的損失を減少させる。これは、ノズルの密度を低下させないで達成されるが、製造プロセスに多少の複雑さを加える。
Although the ink
インクをアレイの各インク室に分配する導管(インク入口15及び供給導管23)は、ウェハ区域の有意の割合を占有することがある。これは、印字ヘッド上のノズル密度の制限要因になり得る。各室を流体クロストークから十分に解放しながら、幾つかのインク室を他のインク室へのインク流路の一部にすることによって、インク供給導管への失われるウェハ区域の量が減少する。
The conduits that distribute ink to each ink chamber of the array (
複数のアクチュエータ及び個々のノズルがあるインク室
図54を参照すると、図示のユニットセルは2つの室38を有し、各室は2つの加熱器要素29及び2つのノズル25を有する。室毎に複数のノズルを使用することによって、滴の誤配向を効果的に減少させることについては、図49に示した実施形態に関して以上で検討した。1つの細長い室を、それぞれ自身のアクチュエータがある別個の室に分割することの追加の利点について、図46に示した実施形態に関して説明する。この実施形態は、各室の複数のノズル及び複数のアクチュエータを使用して、驚くほど複雑でない設計で、図46の実施形態の利点の多くを達成する。単純化した設計で、ユニットセルの全体的寸法が縮小し、それによってノズル密度を上げることができる。図示の実施形態では、ユニットセルの占有面積は長さ64μm、幅16μmである。
Ink chamber with multiple actuators and individual nozzles Referring to FIG. 54, the unit cell shown has two
インク透過性構造34は、図46の実施形態のような3つの隔置された円柱ではなく、各室38のインク再充填開口にある1つの円柱である。1つの円柱は、再充填流に対する抵抗は低下するが、起動圧力パルスによる突然の逆流に対しては抵抗が上がる断面輪郭を有する。各室の加熱器要素は両方とも、接触部28及び低温スポット形体54とともに同時に付着させることができる。両方の室38に、共通のインク入口15及び供給導管23からインクを供給する。これらの形体によって、占有面積を縮小することもでき、これについては以下でさらに詳細に検討する。プライミング形体18は、室の側壁22及び壁のインク導管23のうち一方と一体に作成されている。これらの形体は2つの目的を有する性質で、製造を単純化し、設計をコンパクトにするのに役立つ。
The ink
駆動回路毎の複数の室及び複数のノズル
図54では、アクチュエータが直列に接続され、したがって同じ駆動信号で一緒に始動し、CMOS駆動回路を単純化する。図46のユニットセルでは、隣接するノズルのアクチュエータが同じ駆動回路内で直列に接続される。言うまでもなく、隣接する室内のアクチュエータも並列で接続することができる。対照的に、各室のアクチュエータが別個の回路になる場合、CMOS駆動回路はさらに複雑になり、ユニットセルの占有面積の寸法が増大する。複数の比較的小さい滴で置き換えることによって滴の誤配向に対応する印字ヘッドの設計では、幾つかのアクチュエータ及びその個々のノズルを組み合わせて共通の駆動回路内に入れると、印字ヘッドのIC製造とノズルの密度の両方に関して、効率的に実現される。
Multiple chambers and multiple nozzles per drive circuit In FIG. 54, the actuators are connected in series, thus starting together with the same drive signal, simplifying the CMOS drive circuit. In the unit cell of FIG. 46, the actuators of adjacent nozzles are connected in series in the same drive circuit. Needless to say, adjacent indoor actuators can also be connected in parallel. In contrast, if each chamber actuator becomes a separate circuit, the CMOS drive circuit becomes more complex and the size of the unit cell footprint increases. In a printhead design that addresses drop misorientation by replacing multiple relatively small drops, combining several actuators and their individual nozzles into a common drive circuit would reduce the printhead IC manufacturing. Efficiently realized in terms of both nozzle density.
高密度熱インクジェット印字ヘッド
ユニットセルの幅を減少させると、印字ヘッドは、以前はノズル密度を低下させる必要があったノズルパターンを有することができる。言うまでもなく、ノズル密度の低下は、印字ヘッドのサイズ及び/又は印字品質に対応する影響を及ぼす。
By reducing the width of the high density thermal inkjet printhead unit cell, the printhead can have a nozzle pattern that previously had to reduce the nozzle density. Needless to say, the reduction in nozzle density has a corresponding effect on the size and / or print quality of the print head.
伝統的に、ノズルの列は対に配置構成され、各列のアクチュエータが反対方向に延在している。列は、相互に対して互い違いになり、したがって印字解像度(1インチ当たりのドット数)は各列に沿ったノズルピッチ(1インチ毎のノズル数)の2倍である。ユニットの全幅が減少するように、ユニットセルの構成要素を構成することによって、印字解像度(d.p.i.)を犠牲にせずに、同じ数のノズルを対向する互い違いの2列ではなく1列に配置構成することができる。添付図面で図示した実施形態は、各直線列で1インチ(2.54cm)当たり1000を超えるノズルのノズルピッチを達成する。このノズルピッチで、印字ヘッドの印字解像度は、2つの対向する互い違いの列を考察した場合の写真(1600dpi)より良好であり、印字ヘッドの動作寿命が満足的なものであることを保証するノズルの冗長性、死んだノズルの補償などのために十分な容量がある。以上で検討したように、図54に示す実施形態は、16μmの幅である占有面積を有し、したがって1列に沿ったノズルピッチは1インチ(2.54cm)当たり約1600個のノズルである。したがって、2つの片寄った互い違いの列は、約3200d.p.i.の解像度を生成する。 Traditionally, the rows of nozzles are arranged in pairs, with each row of actuators extending in opposite directions. The rows are staggered with respect to each other, so the print resolution (dots per inch) is twice the nozzle pitch (nozzles per inch) along each row. By configuring the components of the unit cell so that the overall width of the unit is reduced, the same number of nozzles can be used instead of two alternating rows facing each other without sacrificing the print resolution (dpi). Can be arranged in rows. The embodiment illustrated in the accompanying drawings achieves a nozzle pitch of more than 1000 nozzles per inch (2.54 cm) in each linear row. With this nozzle pitch, the print resolution of the print head is better than the photo (1600 dpi) when two opposite staggered rows are considered, and a nozzle that ensures that the print head operating life is satisfactory There is enough capacity for redundancy, dead nozzle compensation, etc. As discussed above, the embodiment shown in FIG. 54 has an footprint that is 16 μm wide, so the nozzle pitch along a row is about 1600 nozzles per inch (2.54 cm). . Thus, the two staggered staggered rows are approximately 3200 d. p. i. Generate a resolution of.
ユニットセルを狭くしたことに伴う特定の利点を認識して、本出願人は、印字ヘッド内の構造の関連する寸法を減少させる幾つかの形体の識別及び組合せに焦点を絞っている。例えば、楕円形ノズル、室からのインク入口のシフト、幾何学的論理の小型化、及び駆動FET(電界効果トランジスタ)の短縮は、図示の実施形態の幾つかを導き出すために本出願人が開発した特徴である。これに寄与する各特徴は、トランジスタの長さを短縮するために広く使用されている従来通りの5Vから2.5VにFET駆動電圧を低下させるなど、本技術分野の従来の知恵から逸脱することを必要とした。 Recognizing certain advantages associated with narrowing unit cells, Applicants have focused on identifying and combining several features that reduce the associated dimensions of the structures in the printhead. For example, the elliptical nozzle, the ink inlet shift from the chamber, the geometric logic miniaturization, and the shortening of the drive FET (field effect transistor) were developed by the Applicant to derive some of the illustrated embodiments. It is a feature. Each feature that contributes to this deviates from the conventional wisdom of this technical field, such as reducing the FET drive voltage from the conventional 5V to 2.5V, which is widely used to shorten the length of the transistor. Needed.
スティクションが減少した印字ヘッド表面
知られるようになった通りの静止摩擦、つまり「スティクション」は、埃の粒子をノズル板に「付着」させ、それによってノズルを詰まらせることができる。図50は、ノズル板56の一部を示す。明快さを期して、ノズル開口26及びノズル縁部25も図示されている。ノズル板の外面には、板の表面から短い距離だけ延在する円柱状突起58でパターンを形成する。ノズル板には、短い間隔の隆起、波形又はバンプなど、他の表面構成でパターンを形成することもできる。しかし、図示のパターンの円柱状突起にとって適切な紫外線マスクを生成することは容易であり、円柱を外面にエッチングすることは単純なことである。
Printhead surface with reduced stiction Static friction, or “stiction”, as it has become known, can “stick” dust particles to the nozzle plate, thereby clogging the nozzles. FIG. 50 shows a part of the
静止摩擦の共同作用を減少させることにより、紙の埃又は他の汚染物質がノズル板のノズルに詰まる可能性が低下する。ノズル板の外側に隆起した構成でパターンを形成すると、埃の粒子が接触する表面積が制限される。粒子が各構成の外端部にしか接触できない場合、粒子とノズル板との摩擦は最小になり、したがって付着する可能性は非常に低くなる。粒子が実際に付着すると、印字ヘッドの保守サイクルで除去される可能性が高くなる。 By reducing the co-action of static friction, the possibility of paper dust or other contaminants clogging the nozzles of the nozzle plate is reduced. When the pattern is formed in a configuration that protrudes outside the nozzle plate, the surface area with which the dust particles contact is limited. If the particles can only contact the outer edge of each component, the friction between the particles and the nozzle plate is minimal and therefore very unlikely to adhere. If the particles actually adhere, there is a high probability that they will be removed during the printhead maintenance cycle.
入口のプライミング形体
図47を参照すると、相互に対して反対方向に延在する2つのユニットセルが図示されている。インク入口通路15が、横方向のインク導管23を介して4つの室38にインクを供給する。インク入口15などのミクロン規模の導管を通ってインクジェット印刷ヘッドの個々のMEMSノズルにインクを分配することは、マクロ規模の流れでは生じない要因によって複雑化する。メニスカスが形成され、開口の幾何学的形状に応じて、これが自身を開口のリップに非常に強力に「ピン留め」することがある。これは、捕捉した気泡は通気するがインクは保持する抽気孔などの印字ヘッドには有用であるが、一部の室へのインク流を停止する場合は、問題になることもある。これは、最初にインクで印字ヘッドにプライミングする場合に生じる可能性が最も高い。インクのメニスカスがインク入口開口にピン留めされた場合、その入口によって供給される室がプライミングされないままになる。
Inlet Priming Feature Referring to FIG. 47, two unit cells are shown extending in opposite directions relative to each other. The
これに対して保護するために、入口開口15の面を通って延在するように2つのプライミング形体18を形成する。プライミング形体18は、ノズル板(図示せず)の内部から入口15の周囲に延在する円柱である。各円柱18の一部は周の内側にあり、したがってインクを入口から引き出すように、インク入口におけるインクメニスカスの表面張力が、プライミング形体18に形成される。これは、メニスカスを周のその区間から「ピンを引き抜き」、インク室に向かう流れができるようにする。
To protect against this, two priming features 18 are formed to extend through the face of the
プライミング形体18は、開口の面を横切って延在する表面を呈する限り、多くの形態をとることができる。さらに、プライミング形体は、図54に示すような他のノズル形体の一体部品でよい。 The priming feature 18 can take many forms, as long as it exhibits a surface that extends across the face of the opening. Further, the priming feature may be an integral part of other nozzle features as shown in FIG.
インク室の側部入口
図48を参照すると、幾つかの隣接するユニットセルが図示されている。この実施形態では、細長い加熱器要素29がインク分配導管23に平行に延在する。したがって、細長いインク室38は同様に、インク導管23と位置合わせされる。側壁開口60が室38をインク導管23に接続する。側部入口を有するようにインク室を構成すると、インク再充填時間が短縮される。入口が広くなり、したがって再充填流量が多くなる。側壁開口60は、流体クロストークを許容可能なレベルに維持するためにインク透過性構造34を有する。
Ink Chamber Side Entrance Referring to FIG. 48, several adjacent unit cells are illustrated. In this embodiment, an
インク室の入口フィルタ
再び図47を参照すると、各室38へのインク再充填開口は、気泡又は他の汚染物質を捕捉するフィルタ構造40を有する。インク中の気泡及び固体汚染物質は、MEMSノズル構造にとって有害である。固体汚染物質は、明らかにノズル開口を詰まらせ、気泡は圧縮性が高いので、インク室内に捕捉されると、アクチュエータからの圧力パルスを吸収することがある。これは、影響を受けたノズルからのインクの排出を効果的に無能にする。開口を通る流れの方向を横切って延在する列状の障害の形態でフィルタ構造40を設け、流れの方向に対して隣接する列の障害と見当合わせされないように各列を隔置することによって、インクの再充填流量を過度に遅らせずに、汚染物質が室38に入る可能性が低下する。列は相互に対して片寄り、導入された乱流がノズル再充填率に及ぼす影響は最小限であるが、気泡又は他の汚染物質は比較的蛇行性の流路を辿り、障害40によって保持される可能性が高くなる。
Ink Chamber Inlet Filter Referring again to FIG. 47, the ink refill opening to each
図示の実施形態は、ウェハ基板とノズル板の間に延在する円柱の形態の2列の障害40を使用する。
The illustrated embodiment uses two rows of
多色インクジェット印字ヘッドの中間色表面バリア
次に図51を参照すると、上述した図46で示したようなユニットセルのノズル56の外面が図示されている。ノズル開口26は加熱器要素(図示せず)の真上に配置され、一連の縁部が直角のインク樋44がインク導管23の上のノズル板56内に形成される(図46参照)。
Intermediate Color Surface Barrier of Multi-Color Inkjet Printhead Referring now to FIG. 51, the outer surface of the
インクジェットプリンタは、使用していない場合に印字ヘッドにキャップをする保守ステーションを有することが多い。ノズル板から余分なインクを除去するために、ノズル板の外面から剥ぎ取るように、キャッパを係合解除することができる。これは、キャッパ表面とノズル板の外面との間でメニスカスの形成を促進する。メニスカスの表面張力が表面と接触する角度に関する接触角の履歴(さらなる詳細については、参照により本明細書に組み込まれた本出願人の共願USSN(文書FND007US)参照)を使用して、ノズル板の外側を濡らすインクの大半を収集し、キャッパとノズル板の間のメニスカスによって引っ張ることができる。キャッパがノズル板から十分に係合解除するポイントに、インクを大きいビードとして都合よく付着させる。残念ながら、ノズル板に多少のインクが残る。印字ヘッドが多色印字ヘッドの場合、所与のノズル開口内又は開口の周囲に残った残留インクは、ノズルによって排出されるインクとは色が異なることがある。というのは、メニスカスがノズル板の表面全体にわたってインクを引っ張るからである。1つのノズルのインクを別のノズルからのインクで汚染すると、プリントに目に見えるアーチファクトを生じることがある。 Inkjet printers often have a maintenance station that caps the print head when not in use. To remove excess ink from the nozzle plate, the capper can be disengaged so as to be stripped from the outer surface of the nozzle plate. This promotes meniscus formation between the capper surface and the outer surface of the nozzle plate. Using the contact angle history for the angle at which the meniscus surface tension contacts the surface (for further details, see Applicant's co-pending USSN (document FND007US) incorporated herein by reference), the nozzle plate Most of the ink that wets the outside of the ink can be collected and pulled by a meniscus between the capper and the nozzle plate. The ink is conveniently deposited as a large bead at the point where the capper fully disengages from the nozzle plate. Unfortunately, some ink remains on the nozzle plate. If the print head is a multicolor print head, the residual ink remaining in or around a given nozzle opening may be different in color from the ink ejected by the nozzle. This is because the meniscus pulls ink across the entire surface of the nozzle plate. Contaminating ink from one nozzle with ink from another can cause visible artifacts in the print.
キャッパがノズル板から剥ぎ取られる方向を横切って延びる樋構成44は、メニスカス中のインクの一部を除去し、保持する。樋はメニスカスのインクを全部は収集しないが、異なる色のインクによるノズルの汚染レベルを大幅に低下させる。
A
泡トラップ
インクに同伴する気泡は、印字ヘッドの動作にとって非常に有害である。空気又は一般的に気体は、圧縮性が高く、アクチュエータからの圧力パルスを吸収することができる。捕捉された泡が、アクチュエータに応答して単純に圧縮すると、ノズルからインクが排出されない。捕捉された泡は、インクの強制流で印字ヘッドからパージすることができるが、パージされたインクは吸い取る必要があり、強制流は新鮮な泡も導入することができる。
Bubbles entrained with bubble trap ink are very detrimental to the operation of the printhead. Air or generally gas is highly compressible and can absorb pressure pulses from the actuator. If the trapped bubble simply compresses in response to the actuator, no ink is ejected from the nozzle. The trapped bubbles can be purged from the print head with a forced flow of ink, but the purged ink must be blotted and the forced flow can also introduce fresh bubbles.
図46に示す実施形態は、インク入口15に泡トラップを有する。トラップは、泡保持構造32、及び天井層に形成された通気口36によって形成される。泡保持構造は、入口15の周囲に隔置された一連の円柱32である。以上で検討したように、インクプライミング形体18は2つの目的を有し、泡保持構造の一部を都合よく形成する。使用時には、インク透過性トラップが気泡を通気口へと配向し、ここで大気へと通気する。泡をインク入口で捕捉し、小さい通気口へと配向することにより、インクを漏らさずにインク流から効果的に除去される。
The embodiment shown in FIG. 46 has a bubble trap at the
インク入口の複数の流路
ウェハの一方側から他方へと延在する導管を介してノズルにインクを供給すると、複雑なインク分配システムの代わりに、より多くの(インク排出側の)ウェハ区域がノズルを有することができる。しかし、ウェハを通って深くエッチングされたミクロン規模の穴は、汚染物質又は気泡で詰まりやすい。このせいで、影響を受けた入口から供給されるノズルが涸渇する。
Supplying ink to the nozzles through conduits that extend from one side of the flow path wafers to the other at the ink inlet results in more wafer areas (on the ink discharge side) instead of a complex ink distribution system. It can have a nozzle. However, micron-scale holes etched deep through the wafer are prone to clogging with contaminants or bubbles. This depletes the nozzles fed from the affected inlet.
図48で最もよく図示されているように、本発明による印字ヘッドは、ノズル板とその下にあるウェハの間のインク導管23を介して各室38に供給する少なくとも2つのインク入口15を有する。
As best illustrated in FIG. 48, a printhead according to the present invention has at least two
幾つかの室38に供給し、それ自体が幾つかのインク入口15から供給されるインク導管23を導入すると、入口の詰まりによってノズルのインクが涸渇する可能性が低下する。1つの入口15が詰まると、インク導管はウェハの他の導管から引っ張るインクを多くする。
Introducing an
以上では本発明を特定の実施形態に関して説明しているが、本発明は多くの他の形態で実現できることが当業者には理解される。 Although the invention has been described with reference to particular embodiments, those skilled in the art will recognize that the invention can be implemented in many other forms.
Claims (20)
(a)基部及び側壁を有するピットを基板内にエッチングするステップと、
(b)前記ピットを再充填するように、前記基板の表面に犠牲材料を付着させるステップと、
(c)前記ピットの周囲領域から、及び、前記ピットを囲む前記基板の表面から、前記犠牲材料を除去するステップと、
(d)残りの犠牲材料が前記側壁と接触するように、前記ピット内の前記残りの犠牲材料をリフローするステップと、
(e)前記基板表面及び前記リフローした犠牲材料に、ビーム材料を付着させるステップと、
(f)前記吊り下げられたビームを形成するために、前記リフローした犠牲材料を除去するステップと、を含む方法。A method of manufacturing a beam suspended in a MEMS process, comprising:
(A) etching a pit having a base and a sidewall into the substrate;
(B) attaching a sacrificial material to the surface of the substrate so as to refill the pits;
(C) removing the sacrificial material from the surrounding area of the pit and from the surface of the substrate surrounding the pit;
(D) reflowing the remaining sacrificial material in the pit so that the remaining sacrificial material is in contact with the sidewall;
(E) attaching a beam material to the substrate surface and the reflowed sacrificial material;
(F) removing the reflowed sacrificial material to form the suspended beam.
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