JP5615450B2 - 流体吐出アセンブリ及び関連方法 - Google Patents

Description

背景
インクジェットプリンタの流体吐出デバイスは、インク滴のドロップオンデマンドの吐出を行う。一般に、インクジェットプリンタは、一枚の用紙のような印刷媒体上へ複数のノズルを介してインク滴を吐出することにより、イメージを印刷する。ノズルは一般に、１つ又は複数のアレイに構成され、プリントヘッド及び印刷媒体が互いに対して移動する際に、ノズルからの適切に順序付けられたインク滴の吐出により、文字または他のイメージが印刷媒体に印刷されるようになっている。特定の例において、サーマルインクジェットプリントヘッドは、噴射チャンバ内の加熱素子に電流を通電することにより、ノズルから液滴を吐出する。加熱素子からの熱が、チャンバ内の流体のごく一部を気化させ、膨張する蒸気泡が、ノズルを介してチャンバからインク滴を押し出す。加熱素子が冷える際、蒸気泡が迅速に崩壊し、流体供給穴を介してより多くの流体をチャンバへ引き込んで、吐出された液滴により残された空間を再び満たす。

印刷中、この吐出プロセスは、毎秒数千回繰り返すことができ、従って、加熱素子は機械的に堅牢であり且つ液滴を吐出する際にエネルギー効率が良いことが重要である。しかしながら、加熱素子が印刷中に損なわれる可能性がある多数の態様が存在する。例えば、抵抗性加熱素子は、急速に腐食され、インクが加熱素子の高温で高電圧の抵抗表面に接触する場合に役に立たない状態にする。インクが加熱素子に接触する１つの態様は、加熱素子を被覆する表面材料（キャビテーション層）に対してキャビテーション損傷をもたらす蒸気泡の反復崩壊を通じてである。数百万回の崩壊イベントのそれぞれは、キャビテーション層の材料を除去し、最終的にはインクが浸透して加熱素子に直接的に接触する。また、インクは、化学的浸食を通じて又はキャビテーション層の下にあるパッシベーション層のエッチング除去を通じて、加熱素子に接触する可能性もある。従って、パッシベーション層がどこでインクにさらされても、最終的にはパッシベーション層の化学的エッチングが、インクを加熱素子に直接的に接触させる可能性がある。

さて、本実施形態は、添付図面に関連して一例として説明される。

一実施形態による、流体吐出デバイスを組み込むのに適したインクジェット印刷システムの図である。 一実施形態による、流体吐出デバイスの断面図および上面図である。 一実施形態による、流体吐出デバイスにおける単一の液滴発生器の断面図および上面図である。 一実施形態による、流体吐出デバイスの単一の液滴発生器の断面図である。 一実施形態による、薄膜シェルフの引き伸ばした断面図である。 一実施形態による、薄膜シェルフの引き伸ばした断面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの異なる設計の断面図および上面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの異なる設計の断面図および上面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの異なる設計の断面図および上面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの異なる設計の断面図および上面図である。 一実施形態による、代替のエッチング設計が採用されている薄膜シェルフの引き伸ばした断面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの断面図および上面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの断面図および上面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの断面図および上面図である。 実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイスの断面図および上面図である。

詳細な説明
問題および解決策の概要
上述したように、サーマルインクジェットプリントヘッドの抵抗加熱素子は、損傷を受け、インクが高温で高電圧の抵抗材料に接触する場合に役に立たない状態にする可能性がある。抵抗器の上の薄膜キャビテーション層に対する崩壊気泡による損傷が抵抗器を上からインクにさらす可能性がある間に、キャビテーション層の下にある抵抗器のパッシベーション層の横方向エッチングが抵抗器を側面からもインクにさらす可能性がある。幾つかのサーマルインクジェット（ＴＩＪ）のアーキテクチャにおいて、パッシベーション層は、抵抗器の各側面から、噴射チャンバにインクを供給する流体供給穴のエッジへ延びるシェルフ（棚状体）に沿って抵抗器から水平方向に離れるように伸張する。従って、パッシベーション層（例えば、ＳｉＮ（窒化ケイ素））の化学的に影響されやすい材料が、流体供給穴のエッジ（即ち、シェルフの端部）において露出され、製造中に使用される化学的エッチング液により、且つ通常の印刷動作中のインクにより、抵抗器の方へ内側にエッチバックされる可能性がある。パッシベーションの十分な量がエッチング除去される場合、抵抗器はインクにさらされ、最終的には故障する。

幾つかのＴＩＪアーキテクチャにおいて、薄膜パッシベーション層のこのタイプの横方向エッチングは、活性エッチング液の化学的性質の欠乏（即ち、パッシベーション層の化学的に影響されやすい材料とインクとの間）に起因して自己終結する。係るアーキテクチャは、抵抗器の側部から流体供給穴のエッジまで延在する比較的長いシェルフ長（例えば、約５μｍ（ミクロン）以上）を有し、それは、抵抗器に到達する前にインクがエッチング除去するより多くのパッシベーション層が存在することを意味する。パッシベーション層の化学的に影響されやすい材料への若干のエッチングの後、到着したばかりのインクは、後退したパッシベーション層の接合部分にもはや到達することができず、パッシベーション層のエッチングはそれ自体で停止する。しかしながら、説明されるような、より短いシェルフ長を有するＴＩＪアーキテクチャにおいて、より短いシェルフ長に沿ってパッシベーション層の横方向の延長部分がより小さいことにより、インクが、パッシベーション層の化学的に影響されやすい材料を完全にエッチング除去することを可能にし、抵抗器をインクにさらす可能性がある。

抵抗器の損傷をもたらすパッシベーション層の横方向エッチングの問題に対する１つの明らかな解決策は、ＴＩＪアーキテクチャにおいて、より長いシェルフ長を維持することである。しかしながら、より短いシェルフ長は、より良好な流体性能、噴射性能を改善するプリントヘッド噴射チャンバへのより速いインク再充填、及び各チャンバ及び対応するノズルを設けるのに必要とされる空間の低減のような利点を提供する。この問題に対する別の従来の解決策は、化学的に影響されやすい薄膜材料をパッシベーション層から単に除去していた。この手法に関する欠点は、特定の薄膜が、断熱または電気絶縁のような、たとえ有益な物理的特性を提供しても、取り除かれる点である。別の考えられる解決策は、化学エッチングを防止するためにインクの化学的性質を変更することである。しかしながら、インクは、耐久性、耐変色性、迅速な乾燥時間、高い印刷品質、低コストなどを提供するように非常に慎重に設計されており、インクの化学的性質を調整することは、重大でコストのかかる問題である。

本開示の実施形態は、一般にパッシベーション層の端部の上にキャップを設けることを通じて、ＴＩＪプリントヘッドの抵抗加熱素子の薄膜パッシベーション層における化学的に影響されやすい材料の横方向エッチングを防止することに役立つ。製造中、パッシベーション層は、流体供給穴のエッジから後退するようにエッチングされて、流体供給穴のエッジにおけるインクにより化学的にエッチングされにくい化学的に堅牢な薄膜層（例えば、タンタル）でキャッピングされる。パッシベーション層を後方にエッチングして、化学的に堅牢な薄膜材料でそれをキャッピングすることは、流体供給穴のエッジにおけるインクがパッシベーション層の化学的に影響されやすい材料に接触することを防止する。これは、インクがパッシベーション層を横方向へエッチングすることを防止し、それにより抵抗器がインクに接触することを防止する。

一実施形態において、流体吐出デバイスは、流体スロットを有する基板と、基板に接着され、流体スロットにまたがる薄膜とを含む。抵抗器が流体スロット上の薄膜の上面に配置され、抵抗器に隣接した流体供給穴が、薄膜を貫通して流体スロットまで延びる。シェルフが抵抗器のエッジから流体供給穴のエッジまで延び、パッシベーション層が抵抗器とシェルフの一部を覆う。エッチング耐性層が、シェルフ上に且つ流体供給穴と抵抗器との中間に部分的に形成される。

別の実施形態において、流体吐出デバイスを作製する方法は、基板に薄膜を接着し、薄膜の表面の一部に抵抗器を堆積することを含む。パッシベーション層が、抵抗器および薄膜の残りの表面の上に堆積され、抵抗器に隣接するパッシベーション層の一部がエッチング除去される。化学的耐性層が、パッシベーション層の上に及び当該エッチングされた部分の上に堆積される。流体供給穴が化学的耐性層および薄膜を貫通して形成されて、エッチングされた部分の化学的耐性層が流体供給穴と抵抗器との間に位置するようになっている。

別の実施形態において、インクジェット印刷システムは流体吐出デバイスを有し、その流体吐出デバイスは、下にある基板の流体スロットにまたがる薄膜上の抵抗器を含む。流体供給穴がスロットまで薄膜を貫通して形成され、抵抗器と流体供給穴との間に延在する薄膜シェルフを形成する。パッシベーション層が抵抗器の上に形成され、シェルフ上に部分的に延在し、キャッピング層がパッシベーション層の上に形成され、シェルフの残りの部分の上に流体供給穴まで延在する。

例示的な実施形態
図１は、一実施形態による、本明細書で説明されるプリントヘッド又は流体吐出デバイスを組み込むのに適したインクジェット印刷システム１００を示す。この実施形態において、流体吐出デバイス／プリントヘッドは、液滴噴射プリントヘッド１１４として開示される。インクジェット印刷システム１００は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２、インク供給アセンブリ１０４、取り付けアセンブリ１０６、媒体搬送アセンブリ１０８、電子コントローラ１１０、及びインクジェット印刷システム１００の様々な電気コンポーネントへ電力を供給する少なくとも１つの電源１１２を含む。インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、印刷媒体１１８上へ印刷するように印刷媒体１１８の方へ複数のオリフィス又はノズル１１６を介してインク滴を吐出する少なくとも１つの流体吐出デバイス１１４又はプリントヘッド１１４を含む。印刷媒体１１８は、用紙、カードのストック、透明媒体、マイラー（登録商標）などのような適切なシート材料の任意のタイプである。一般に、ノズル１１６は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２及び印刷媒体１１８が互いに対して移動する際に、ノズル１１６からの適切に順序付けられたインク吐出により、文字、記号、及び／又は他のグラフィックス又はイメージが印刷媒体１１８上へ印刷されるように、１つ又は複数の列またはアレイに配列される。

インク供給アセンブリ１０４は、流体インクをプリントヘッドアセンブリ１０２に供給し、インクを貯蔵するためのリザーバ１２０を含む。インクはリザーバ１２０からインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２へ流れる。インク供給アセンブリ１０４及びインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、一方向インク供給システム又は再循環インク供給システムの何れかを形成することができる。一方向インク供給システムにおいて、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に供給されるインクの実質的に全ては、印刷中に消費される。しかしながら、再循環インク供給システムにおいて、プリントヘッドアセンブリ１０２に供給されたインクのほんの一部が印刷中に消費される。印刷中に消費されないインクは、インク供給アセンブリ１０４に戻される。

一実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２及びインク供給アセンブリ１０４は、インクジェットカートリッジ又はペンに一緒に収容される。別の実施形態において、インク供給アセンブリ１０４は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２から分離しており、供給チューブのようなインターフェース接続を介してインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２にインクを供給する。いずれにしても、インク供給アセンブリ１０４のリザーバ１２０は、取り外され、交換され、及び／又は再充填され得る。一実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２及びインク供給アセンブリ１０４がインクジェットカートリッジに一緒に収容される場合、リザーバ１２０は、カートリッジ内に位置する局所リザーバ、並びにカートリッジから分離して配置されたより大きなリザーバを含む。分離したより大きなリザーバは、局所リザーバを再充填する働きをする。従って、分離したより大きなリザーバ及び／又は局所リザーバは、取り外され、交換され、及び／又は再充填され得る。

取り付けアセンブリ１０６は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を媒体搬送アセンブリ１０８に対して位置決めし、媒体搬送アセンブリ１０８は、印刷媒体１１８をインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に対して位置決めする。かくして、印刷区域１２２は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２と印刷媒体１１８との間の領域においてノズル１１６に隣接して画定される。一実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、走査型プリントヘッドアセンブリである。走査型プリントヘッドアセンブリにおいて、取り付けアセンブリ１０６は、印刷媒体１１８を走査するために媒体搬送アセンブリ１０８に対してインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を移動させるためのキャリッジを含む。別の実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は非走査型プリントヘッドアセンブリである。非走査型プリントヘッドアセンブリにおいて、取り付けアセンブリ１０６は、媒体搬送アセンブリ１０８に対して予め規定された位置にインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を固定する。かくして、媒体搬送アセンブリ１０８は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に対して印刷媒体１１８を位置決めする。

電子コントローラ又はプリンタコントローラ１１０は一般に、プロセッサ、ファームウェア、及びインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２、取り付けアセンブリ１０６及び媒体搬送アセンブリ１０８と通信する及びそれらを制御するための他のプリンタ電子機器回路を含む。電子コントローラ１１０は、コンピュータのようなホストシステムからデータ１２４を受け取り、データ１２４を一時的に格納するためのメモリを含む。一般に、データ１２４は、電子、赤外線、光、又は他の情報伝達経路に沿ってインクジェット印刷システム１００に送られる。データ１２４は、例えば印刷されるべき文章および／またはファイルを意味する。そういうものだから、データ１２４は、インクジェット印刷システム１００の印刷ジョブを形成し、１つ又は複数の印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。

一実施形態において、電子コントローラ１１０は、ノズル１１６からのインク滴の吐出のためにインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を制御する。かくして、電子コントローラ１１０は、印刷媒体１１８上に文字、記号、及び／又は他のグラフィックス又はイメージを形成する、吐出されるインク滴のパターンを画定する。吐出されるインク滴のパターンは、データ１２４からの印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータにより決定される。

一実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、１つの流体吐出デバイス／プリントヘッド１１４を含む。別の実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、ワイドアレイ又はマルチヘッドのプリントヘッドアセンブリである。ワイドアレイの一実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、複数の流体吐出デバイス１１４を保持するキャリヤを含み、吐出デバイス１１４と電子コントローラ１１０との間で電気通信を行い、吐出デバイス１１４とインク供給アセンブリ１０４との間で流体連絡を行う。

一実施形態において、インクジェット印刷システム１００は、ドロップオンデマンドのサーマル式バブルインクジェット印刷システムであり、この場合、流体吐出デバイス１１４は、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）流体吐出デバイス／プリントヘッド１１４である。ＴＩＪ流体吐出デバイス１１４は、インクを気化させて、インク又は他の液滴をノズル１１６から押し出す気泡を形成するためにインクチャンバ内の吐出要素として熱抵抗加熱素子を実装する。

図２は、本開示の一実施形態による、流体吐出デバイス１１４（プリントヘッド１１４）の断面図「Ａ」及び上面図「Ｂ」を示す。流体吐出デバイス１１４は、流体スロット２０２又はトレンチ２０２が内部に形成された第１の基板２００を含む。細長い流体スロット２０２は、図２の「Ａ」の平面内へ伸び、流体リザーバ１２０（図１）のような流体供給部と流体連絡する。流体スロット２０２は、第１の基板２００に形成されたトレンチであり、そのためスロット２０２の側壁２０４が基板２００により形成される。シリコン薄膜２０６又は第２の基板２０６は、第１の基板２００に接着され、流体スロット２０２にまたがる。第１の基板２００と薄膜２０６との間の接着層２０８は、埋め込まれた酸化物である。第１の基板２００及び薄膜２０６は、標準的な微細加工プロセスでＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）ウェハーから形成され、当該微細加工プロセスは当業者によく知られている（例えば、電鋳、レーザアブレーション、異方性エッチング、スパッタリング、ドライエッチング、フォトリソグラフィー、鋳造、成形、スタンピング、及び機械加工）。基板２００と薄膜２０６との間の酸化物接着層２０８は、流体スロット２０２のような機構要素を形成する間の製造中に、正確なエッチング深さを達成するためのメカニズムを提供する。

チャンバ層２１０が、薄膜２０６の上面に配置され、流体／インクチャンバ２１２を含み、当該チャンバのそれぞれは、熱抵抗加熱素子２１４を有する。各抵抗器２１４は、インク又は他の流体を気化させるためのチャンバ２１２内の吐出要素として働き、液滴を対応するノズル１１６から押し出す気泡を形成する。抵抗器２１４は、薄膜２０６の上面に付着された薄膜スタック内に形成されることができ、当該スタックは一般に、抵抗器２１４を形成する金属層（例えば、タンタル−アルミニウム（ＴａＡｌ）、タングステン窒化ケイ素（ＷＳｉＮ））、パッシベーション層（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び窒化ケイ素（ＳｉＮ））、及びキャビテーション層（例えば、タンタル（Ｔａ））を含む。ノズル層２１６がチャンバ層２１０の上面に配置され、ノズル層２１６は、内部に形成されたノズル１１６を有し、各ノズル１１６は個々のチャンバ２１２及び抵抗器２１４にそれぞれ対応する。かくして、対応するチャンバ２１２、抵抗器２１４及びノズル１１６は、個々の液滴発生器２１８を形成する。流体／インク供給穴２２０が、薄膜２０６（流体スロット２０２の上面を形成する）を通り抜けて延在し、流体スロット２０２と流体チャンバ２１２との間の流体連絡を提供する。

図３ａは、本開示の一実施形態による、流体吐出デバイス１１４における単一の液滴発生器２１８の断面図「Ａ」及び上面図「Ｂ」を示す。図３ａは、液滴発生器２１８の抵抗器２１４の上に形成された薄膜パッシベーション層３００を示す。液滴発生器２１８のアーキテクチャは、抵抗器２１４のエッジ（端部）と流体供給穴２２０との間に延在する短い薄膜シェルフ（棚状体）３０２を含む。パッシベーション層３００は、シェルフ３０２のエッジまでずっと延びて示され、この場合シェルフ３０２は流体供給穴２２０で終端する。短い薄膜シェルフ及びパッシベーション層上に化学的耐性のキャッピング層を形成するような本明細書で開示される原理が特定の流体吐出デバイスのアーキテクチャ（例えば、図２及び図３ａに示されたアーキテクチャ）に関して説明されるけれども、係る原理は他のアーキテクチャにも容易に適用可能である。例えば、図３ｂは、本開示の別の実施形態による、流体吐出デバイス１１４における単一の液滴発生器２１８の断面図を示す。この実施形態において、液滴発生器２１８は、流体スロット２０２の長さの両側に沿って形成され得る。流体供給穴２２０が、スロット２０２と流体チャンバ２１２との間に形成されることができ、結果として、例えば図３ａに示されたアーキテクチャに関して説明されたものと類似した態様で短いシェルフ３０２が得られる。

図４及び図５は、本開示の一実施形態による、薄膜シェルフ３０２の引き伸ばした断面図を示す。図４及び図５において、キャビテーション薄膜層４００（例えば、Ｔａ）がパッシベーション層３００の上面の上に堆積されて示される。キャビテーション層４００は、崩壊する蒸気泡の衝撃を吸収する及び衝撃波のエネルギーを消散するために、流体チャンバ２１２における機械的パッシベーション又は保護キャビテーション障壁構造体の役割を果たす。図４及び図５のパッシベーション層３００は、薄膜ＳｉＮ（窒化ケイ素）層４０４の上に薄膜ＳｉＣ（炭化ケイ素）層４０２を含むように示される。ＳｉＣ薄膜が抵抗器２１４の化学的分離保護を提供する一方で、ＳｉＮ薄膜は抵抗器２１４の電気的絶縁保護を提供する誘電体層として働く。薄膜パッシベーション層３００及びキャビテーション層４００は一般に、ＳｉＣ、ＳｉＮ及びＴａのような特定の材料から形成されているように本明細書で説明されるが、これら材料は、単なる一般的な例示のために特定されており、制限としてではない。従って、パッシベーション層３００及び／又はキャビテーション層４００として使用するのに恐らく適しているものとして、広範囲にわたる他の材料が企図される。例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、白金−ルテニウム（ＰｔＲｕ）合金、白金−ロジウム（ＰｔＲｈ）合金、白金−イリジウム（ＰｔＩｒ）合金、イリジウム（Ｉｒ）、タンタル（Ｔａ）、タンタル−ジルコニウム（ＴａＺｒ）合金、クロム、タンタル−クロム（ＴａＣｒ）合金、ニッケル−クロム（ＮｉＣｒ）合金、Stellite（登録商標）６Ｂ、コバルト−クロム（ＣｏＣｒ）合金、チタン−アルミニウム（ＴｉＡｌ）合金、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、及び他の材料も、パッシベーション層および／またはキャビテーション層として使用するのに適することができる。

上述したように、キャビテーション層４００の下にあるパッシベーション層３００の横方向エッチングは、最終的に抵抗器２１４を側面からインクにさらす可能性がある。より長いシェルフ長（例えば、約５〜３０μｍ（ミクロン））を有するＴＩＪアーキテクチャにおいて、薄膜パッシベーション層の横方向エッチングは一般に、活性エッチング液の化学的性質の欠乏（即ち、インクとＳｉＮ層４０４との間）に起因して自己終結する。即ち、パッシベーション層３００の化学的に影響されやすいＳｉＮ材料への若干のエッチングの後、到着したばかりのインクは、後退したパッシベーション層の接合部分にもはや到達せず、パッシベーション層のエッチングはそれ自体で停止する。

しかしながら、より短いシェルフ長（例えば、約２〜４μｍ（ミクロン）程度に短い）を有するＴＩＪアーキテクチャにおいて、より短いシェルフ長に沿ってパッシベーション層の横方向の延長部分がより小さいことにより、インクが、パッシベーション層３００の化学的に影響されやすいＳｉＮ材料を完全にエッチング除去することを可能にし、抵抗器をインクにさらす可能性がある。図４は、流体供給穴２２０からのインクによりエッチングされているパッシベーション層３００の化学的に影響されやすいＳｉＮ層４０４の露出したエッジを示す。シェルフ３０２の長さに応じて、図示された横方向エッチングは、終了したりしなかったりする。従って、パッシベーション層３００の横方向エッチングを防止するために、図５は、異なる製造技術が薄膜層に適用されている短いシェルフ３０２のアーキテクチャを示し、結果として、後方にエッチングされたパッシベーション層３００の端部の化学的保護キャップ５００として働くＴａ（タンタル）キャビテーション層４００が得られる。

上述したように、極めて多数の材料がパッシベーション層および／またはキャビテーション層として使用するのに適しているものとして企図される。しかしながら、使用される材料に関係なく、図５に示されたように、本開示の少なくとも１つの態様は、インク及び他のエッチング液に接触した際に堅牢でない化学的に影響されやすい材料（例えば、ＳｉＮ）から少なくとも部分的に形成された薄膜パッシベーション層３００を覆う及び保護するためのキャップとして使用されている、化学的に堅牢であり且つインク及び他のエッチング液によるエッチングに対して耐性である薄膜層（例えば、キャビテーション層４００）を含む。

図６〜図９は、本開示の実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイス１１４の異なる設計の断面図および上面図を示す。流体吐出デバイス１１４の製造は、当業者によく知られている電鋳、レーザアブレーション、異方性エッチング、スパッタリング、ドライエッチング、フォトリソグラフィー、鋳造、成形、スタンピング、及び機械加工のような様々な精密微細加工技術を用いて実行され得る。図６〜図９のそれぞれにおける上面図は、流体供給穴が形成されるべき領域に、如何にして製造工程が影響するかを主として示す。

図６のａ及びｂにおいて、既に完了した製造工程は、薄膜２０６上に抵抗器２１４の堆積物を含む。例えば、薄膜ＳｉＮ層の上に薄膜ＳｉＣ層を含むパッシベーション層３００が、抵抗器２１４、及び薄膜２０６の残りの表面の上にも堆積されている。図６のａにおいて、パッシベーション層３００は、保護薄膜により充填される窓（ウィンドウ）化された「パッシベーションのエッチング」領域において既にエッチング除去されており、そこにおいて流体供給穴が最終的に形成される。この製造工程におけるパッシベーションのエッチングは、以下で明らかになるように、パッシベーション層３００を最終的に何が流体供給穴のエッジになるかということから引き戻す。図６のｂ（上面図のみを示す）において、「パッシベーションのエッチング」の変形物が、流体供給穴が最終的に形成される領域の周りでエッチングされた「堀」の領域として示される。この設計において、大きな窓の代わりに流体供給穴の周りにエッチングされた細いリングが、保護薄膜により充填される分離トレンチを形成する。

図７のａ及びｂは、薄膜２０６の表面上に保護Ｔａキャビテーション層４００を堆積する次の製造工程を示す。このＴａ堆積工程は、パッシベーション層を覆う、及び図６のａ及びｂに関連した「パッシベーションのエッチング」領域を覆うことを含む。図７のａにおいて、「パッシベーションのエッチング」窓領域へのＴａ堆積は、「Ｂ」の上面図に示されるように、パッシベーション層３００がエッチングされている、後方にエッチングされたパッシベーション層の端部の上にキャップ５００を提供する。図７のｂ（上面図のみを示す）において、「パッシベーションのエッチング」の堀領域へのＴａ堆積は、「Ｂ」の上面図に示されるように、パッシベーション層３００がエッチングされている、分離トレンチを形成する。図７のｂにおいて、Ｔａが全薄膜表面領域の上に堆積されているが、例示のために「パッシベーションのエッチング」の堀領域にのみ示されている。

図８に示された次の製造工程において、流体供給穴は、Ｔａキャビテーション層４００を貫通して及び薄膜２０６を貫通するが、酸化物層２０８を貫通せずに形成される。酸化物層２０８は、流体供給穴のエッチングプロセス工程に対する固有のエッチング停止部の役割を果たす。図８のａにおいて留意する重大なことは、流体供給穴の周辺部のエッチングが、図６のａに関する上記に関連して先の「パッシベーションのエッチング」の周辺部よりも細い点である。かくして、流体供給穴は、より細い周辺部を有し、「パッシベーションのエッチング」のより大きな窓化された領域内でエッチングされる。流体供給穴のより細い周辺部エッチングの重要性は、このより細いエッチングがパッシベーション層３００の端部の上にＴａキャップ５００を維持または保持して、パッシベーション層３００（化学的に影響されやすい薄膜ＳｉＣ層４０４を含む）が流体供給穴のエッジにおいてインク又は他のエッチング液にさらされないことである。図８のｂ（上面図のみを示す）において、パッシベーション層３００のリングは、流体供給穴２２０に隣接して及びそれを取り囲んで存続する。また、Ｔａ材料の保護リング又は堀が流体供給穴２２０を取り囲み、流体供給穴２２０からのインクが抵抗器２１４までエッチングすることを防止する。

図９は、流体吐出デバイスの製造を完成するのに役立つ幾つかの追加の製造工程の結果を示す。図９において、チャンバ層２１０が堆積され、チャンバ２１２が形成されている。これは、例えば、薄膜２０６の上にＳＵ８層をスピンコーティングし、フォトマスクを用いてチャンバ２１２をエッチングすることにより行われ得る。また、ノズル１１６を備えるノズル層２１６が図９に示されるように形成される。流体スロット２０２が下側からエッチングされ、酸化物のエッチングは、酸化物層を除去して、流体供給穴２２０を流体スロット２０２と結合する。図９のａは、窓化された「パッシベーションのエッチング」の設計を示すが、図９のｂ（上面図のみを示す）は図６のａ及びｂに関連して上述されたような堀の「パッシベーションのエッチング」の設計を示す。

図１０は、本開示の一実施形態による、代替のエッチング設計が採用されている薄膜シェルフ３０２の引き伸ばした断面図を示す。図１０において、保護キャビテーション薄膜層４００（例えば、Ｔａ）が、パッシベーション層３００の上面の上へ及びパッシベーション層３００のエッチング除去されたストリップ１０００へ堆積されて示される。エッチング除去されたパッシベーションのストリップ１０００は、抵抗器２１４と最終的に流体供給穴２２０となるものとの間にあり、流体供給穴２２０からのインクの抵抗器２１４にたどり着くエッチングを防止するための防火線のように働く。

図１１〜図１４は、本開示の実施形態による、製造の様々な段階における部分的な流体吐出デバイス１１４の断面図「Ａ」及び上面図「Ｂ」を示す。図１１〜図１４の製造工程は、図６〜図９に関連して既に上述された工程と類似した方法に対応する。図１１〜図１４のそれぞれの上面図は主として、流体供給穴が形成されるべき領域に、如何にして製造工程が影響するかを示す。

図１１において、既に完了した製造工程は、薄膜２０６上に抵抗器２１４の堆積物を含む。例えば、薄膜ＳｉＮ層上の薄膜ＳｉＣ層を含むパッシベーション層３００が、抵抗器２１４及び薄膜２０６の残りの表面上にも堆積されている。パッシベーション層３００は、「パッシベーションのエッチング」ストリップ領域において既にエッチング除去されており、当該ストリップ領域は、保護薄膜により充填され、流体供給穴２２０からのインクの抵抗器２１４にたどり着くエッチングを防止するための防火線のように働く。

図１２は、薄膜２０６の表面上に保護Ｔａキャビテーション層４００を堆積する次の製造工程を示す。このＴａ堆積工程は、パッシベーション層３００を覆う及び「パッシベーションのエッチング」のストリップ領域１０００を覆うことを含む。図１２において、「パッシベーションのエッチング」ストリップへのＴａ堆積は、インクがそれを越えてエッチングできない「防火線」を提供する。かくして、保護Ｔａ薄膜で充填された「パッシベーションのエッチング」ストリップの長さは、化学的エッチング液（例えば、インク）が抵抗器２１４に到達するために辿らなければならない経路長を決定する。即ち、インクが抵抗器２１４の方へ進むことができる前に、ストリップの端部の周りをエッチングする必要がある。

図１３に示された次の製造工程において、流体供給穴２２０が、Ｔａキャビテーション層４００、パッシベーション層３００を貫通して及び薄膜２０６を貫通するが、酸化物層２０８を貫通せずに形成される。酸化物層２０８は、流体供給穴のエッチングプロセス工程に対する固有のエッチング停止部の役割を果たす。図１４は、流体吐出デバイスの製造を完成するのに役立つ幾つかの追加の製造工程の結果を示す。これらの工程は、図９に関連して上述されており、それらは、チャンバ層２１０にチャンバ２１２を形成すること、及びノズル層２１６にノズル１１６を形成することを含む。更に、流体スロット２０２が下側からエッチングされて、酸化物のエッチングが、流体供給穴２２０を流体スロット２０２と結合するために酸化物層を除去するために使用される。

Claims (15)

1. 流体吐出デバイスであって、
   内部に形成された流体スロットを有する基板と、
   前記基板に接着され、前記流体スロットにまたがる薄膜と、
   前記流体スロット上の薄膜の上面に配置された抵抗器と、
   前記抵抗器に隣接し、前記薄膜を貫通して前記流体スロットまで下方に延びる流体供給穴と、
   前記抵抗器のエッジから前記流体供給穴まで延びるシェルフと、
   前記抵抗器と前記シェルフの一部の上に形成されたパッシベーション層と、
   前記パッシベーション層の上に形成されると共に、前記シェルフ上に且つ前記流体供給穴と前記抵抗器との間に部分的に形成された化学的耐性層とを含む、流体吐出デバイス。
2. 前記パッシベーション層が、前記シェルフの一部を覆い、且つ前記流体供給穴に到達する前に終端し、前記化学的耐性層が、前記パッシベーション層の端部をキャッピングし、前記シェルフに沿って前記流体供給穴まで延在する、請求項１に記載の流体吐出デバイス。
3. 前記化学的耐性層が、前記シェルフ上の前記パッシベーション層のエッチング除去されたストリップに充填される、請求項１に記載の流体吐出デバイス。
4. 前記パッシベーション層がエッチング除去された、前記流体供給穴を取り囲むリングに、前記化学的耐性層が充填される、請求項１に記載の流体吐出デバイス。
5. 前記パッシベーション層が、前記流体吐出デバイスに使用される流体によるエッチングに化学的に影響されやすい材料から少なくとも部分的に形成されている、請求項１〜４の何れかに記載の流体吐出デバイス。
6. 前記パッシベーション層が、窒化ケイ素の薄膜上の炭化ケイ素の薄膜を含む、請求項１〜５の何れかに記載の流体吐出デバイス。
7. 流体吐出デバイスを作製する方法であって、
   基板に薄膜を接着し、
   前記薄膜の表面の一部に抵抗器を堆積し、
   前記抵抗器および前記薄膜の残りの表面の上にパッシベーション層を堆積し、
   前記抵抗器に隣接する前記パッシベーション層の一部をエッチング除去し、
   前記パッシベーション層および前記エッチングされた部分の上に化学的耐性層を堆積し、
   前記エッチングされた部分の前記化学的耐性層が前記流体供給穴と前記抵抗器との間に位置するように、前記化学的耐性層および前記薄膜を貫通して流体供給穴を形成することを含む、方法。
8. 前記一部をエッチング除去することが、第１の領域をエッチングすることを含み、前記流体供給穴を形成することが、前記第１の領域内にある第２の領域において前記化学的耐性層および前記薄膜を貫通してエッチングすることを含み、前記第２の領域が、前記第１の領域の周辺部よりも小さい周辺部を有し、前記第１の領域のより大きな周辺部内に入る、請求項７に記載の方法。
9. 前記一部をエッチング除去することが、前記パッシベーション層のストリップをエッチングすることを含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記一部をエッチング除去することが、前記流体供給穴を取り囲む前記パッシベーション層のリングをエッチングすることを含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記流体供給穴を形成することが、前記薄膜と前記基板との間に配置された埋め込み酸化物層まで下方に前記薄膜を貫通してエッチングすることを含む、請求項７〜１０の何れかに記載の方法。
12. 前記基板に流体スロットを形成することを更に含み、前記流体供給穴および前記流体スロットが互いに対して開いており、前記薄膜が前記流体スロットにまたがるようになっている、請求項７〜１１の何れかに記載の方法。
13. 流体吐出デバイスであって、
    下にある基板の流体スロットにまたがる薄膜上の抵抗器と、
    前記流体スロットまで前記薄膜を貫通して形成された流体供給穴であって、前記抵抗器と前記流体供給穴との間に延在する薄膜シェルフを形成する、流体供給穴と、
    前記抵抗器の上に形成され、前記シェルフ上に部分的に延在するパッシベーション層と、
    前記パッシベーション層の上に形成され、前記シェルフの残りの部分の上に前記流体供給穴まで延在し、前記流体吐出デバイスに使用される流体によるエッチングに化学的に耐性であるキャッピング層とを含む、流体吐出デバイス。
14. 前記抵抗器の上に且つ前記抵抗器を取り囲んで形成され、前記流体供給穴と流体連絡する流体チャンバと、
    前記抵抗器と前記チャンバに対応する、前記チャンバ上のノズルとを更に含む、請求項１３に記載の流体吐出デバイス。
15. 前記パッシベーション層が、前記流体によるエッチングに化学的に影響されやすい材料から少なくとも部分的に形成されている、請求項１３又は１４の何れかに記載の流体吐出デバイス。