JPH071738A - サーマルインクジェット印刷ヘッドにインク充填スロットを製作する方法 - Google Patents
サーマルインクジェット印刷ヘッドにインク充填スロットを製作する方法Info
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- JPH071738A JPH071738A JP6023308A JP2330894A JPH071738A JP H071738 A JPH071738 A JP H071738A JP 6023308 A JP6023308 A JP 6023308A JP 2330894 A JP2330894 A JP 2330894A JP H071738 A JPH071738 A JP H071738A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】インク充填スロットをバッチ処理で最小限の工
程で製作する。 【構成】〈100〉あるいは〈110〉の結晶方位を有するシ
リコン基板１２の両主面１２ａ、１２ｂに、パッシベー
ション誘電体層２６を形成し、この層２６の下にある前
記主面１２ａの一部を露出し、この部分を異方性エッチ
ングして、シリコン基板１２を通して他方の面上の前記
誘電体層２６の一部を露出して前記インク充填スロット
１８を形成し、前記一方の誘電体層２６上に、薄膜抵抗
器素子１６と導電パターンを形成し、前記誘電体層２６
の前記露出された部分を除去し、誘電体層２６の主面上
に障壁層１７を形成し、該障壁層１７に開口部を設けて
前記薄膜抵抗器素子を露出してインク吐出室１５を形成
すると共に、前記薄膜抵抗器素子から終端領域Ａまでの
インク供給流路１４を形成する。終端領域Ａはインク充
填スロット１８と液通している。
程で製作する。 【構成】〈100〉あるいは〈110〉の結晶方位を有するシ
リコン基板１２の両主面１２ａ、１２ｂに、パッシベー
ション誘電体層２６を形成し、この層２６の下にある前
記主面１２ａの一部を露出し、この部分を異方性エッチ
ングして、シリコン基板１２を通して他方の面上の前記
誘電体層２６の一部を露出して前記インク充填スロット
１８を形成し、前記一方の誘電体層２６上に、薄膜抵抗
器素子１６と導電パターンを形成し、前記誘電体層２６
の前記露出された部分を除去し、誘電体層２６の主面上
に障壁層１７を形成し、該障壁層１７に開口部を設けて
前記薄膜抵抗器素子を露出してインク吐出室１５を形成
すると共に、前記薄膜抵抗器素子から終端領域Ａまでの
インク供給流路１４を形成する。終端領域Ａはインク充
填スロット１８と液通している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はサーマルインクジェット
プリンタに関し、より詳細にはインクをインク吐出室に
導入するための印刷ヘッド構造の改善に関する。
プリンタに関し、より詳細にはインクをインク吐出室に
導入するための印刷ヘッド構造の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】サーマルインクジェット印刷の分野にお
いて、共通の基板に複数の抵抗素子を設けて隣接する対
応する数のインク溜めに収容されたインクを加熱してイ
ンクの吐出と印刷を行うことは周知である。かかる構成
を用いて、これらの隣接するインク溜めは通常基板に取
り付けられたバリア層内の空洞として設けられ、機械的
エネルギーを所定の各量のインクに適切に分離するよう
になっている。この機械的エネルギーは抵抗素子に供給
される電気的エネルギーの変換によって発生し、抵抗素
子上のインクに急速に膨張する気泡を発生させる。ま
た、ノズル中のこれらの空洞上に複数のインク吐出オリ
フィスが設けられ、印刷処理中にインクの吐出路を提供
する。
いて、共通の基板に複数の抵抗素子を設けて隣接する対
応する数のインク溜めに収容されたインクを加熱してイ
ンクの吐出と印刷を行うことは周知である。かかる構成
を用いて、これらの隣接するインク溜めは通常基板に取
り付けられたバリア層内の空洞として設けられ、機械的
エネルギーを所定の各量のインクに適切に分離するよう
になっている。この機械的エネルギーは抵抗素子に供給
される電気的エネルギーの変換によって発生し、抵抗素
子上のインクに急速に膨張する気泡を発生させる。ま
た、ノズル中のこれらの空洞上に複数のインク吐出オリ
フィスが設けられ、印刷処理中にインクの吐出路を提供
する。
【０００３】サーマルインクジェット印刷ヘッドの動作
時、加熱素子あるいは抵抗素子にインクを流し、インク
の吐出を発生させなければならない。これは基板、イン
ク障壁あるいはノズル板中にインク充填流路あるいはス
ロットを製作することによって行われる。
時、加熱素子あるいは抵抗素子にインクを流し、インク
の吐出を発生させなければならない。これは基板、イン
ク障壁あるいはノズル板中にインク充填流路あるいはス
ロットを製作することによって行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】インク充填スロットを
形成するための従来の方法には多数の時間のかかる処理
を必要とし、その結果形状のばらつきが発生したり、部
品の機械的な位置合わせを精密に行わなればならなかっ
たり、また通常１つの基板上でしか処理を実行できない
といった問題があった。かかる問題のために従来の技術
はここに説明する発明に比べ好適ではない。
形成するための従来の方法には多数の時間のかかる処理
を必要とし、その結果形状のばらつきが発生したり、部
品の機械的な位置合わせを精密に行わなればならなかっ
たり、また通常１つの基板上でしか処理を実行できない
といった問題があった。かかる問題のために従来の技術
はここに説明する発明に比べ好適ではない。
【０００５】たとえば、サンドブラスティングが従来用
いられているが、比較的均一で汚れのないインクスロッ
ト機構を製作することは困難である。写真製版の品質は
面の状態と平坦さに依存ずるところが大きく、それらは
いずれもサンドブラスティングに大きく影響される。
いられているが、比較的均一で汚れのないインクスロッ
ト機構を製作することは困難である。写真製版の品質は
面の状態と平坦さに依存ずるところが大きく、それらは
いずれもサンドブラスティングに大きく影響される。
【０００６】さらに、高い動作周波数においては、従来
のインクスロット形成法では単純に要求されるインク量
に対応する容量を持たない流路しか提供できない。
のインクスロット形成法では単純に要求されるインク量
に対応する容量を持たない流路しか提供できない。
【０００７】インクジェット印刷のためのシリコン構造
の製作は周知である。米国特許4,863,560号、4,899,181
号、4,875,968号、4,612,554号、4,601,777号（および
その再発行RE32,-572）、4,899,178号、4,851371号、4,
638,337号および4,829,324号を参照されたい。これらの
特許はすべていわゆる“サイドシューター”インクジェ
ット印刷ヘッド構成に関するものである。しかし、流体
力学的な考え方では本発明がそれにあてはまることろの
“トップシューター”（あるいは“ルーフシュータ
ー”）構成の場合とはまったく異なっており、したがっ
てこれらの特許は本発明には関係がない。
の製作は周知である。米国特許4,863,560号、4,899,181
号、4,875,968号、4,612,554号、4,601,777号（および
その再発行RE32,-572）、4,899,178号、4,851371号、4,
638,337号および4,829,324号を参照されたい。これらの
特許はすべていわゆる“サイドシューター”インクジェ
ット印刷ヘッド構成に関するものである。しかし、流体
力学的な考え方では本発明がそれにあてはまることろの
“トップシューター”（あるいは“ルーフシュータ
ー”）構成の場合とはまったく異なっており、したがっ
てこれらの特許は本発明には関係がない。
【０００８】米国特許4,789,425号は“ルーフシュータ
ー”構成に関するものである。しかし、この特許は基板
に異方性エッチングを行ってインク供給スロットを形成
するものであるが、高い動作周波数に対して必要なイン
ク量の供給方法の問題については触れていない。さら
に、形状の管理、ペンの速度あるいは油圧減衰制御につ
いては言及していない。また、この特許では２段階の処
理が必要であり、その処理においては位置合わせ開口部
は凹部だけが形成されるように短時間だけエッチングさ
れる。
ー”構成に関するものである。しかし、この特許は基板
に異方性エッチングを行ってインク供給スロットを形成
するものであるが、高い動作周波数に対して必要なイン
ク量の供給方法の問題については触れていない。さら
に、形状の管理、ペンの速度あるいは油圧減衰制御につ
いては言及していない。また、この特許では２段階の処
理が必要であり、その処理においては位置合わせ開口部
は凹部だけが形成されるように短時間だけエッチングさ
れる。
【０００９】バッチ処理でサーマルインクジェット印刷
ヘッド中にインク充填スロットを製作する方法が必要と
されている。
ヘッド中にインク充填スロットを製作する方法が必要と
されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の利点はインク充
填スロットをバッチ処理で最小限の工程で提供すること
である。
填スロットをバッチ処理で最小限の工程で提供すること
である。
【００１１】本発明の他の利点はインク充填スロットの
形状と位置合わせの精密な制御を提供することである。
形状と位置合わせの精密な制御を提供することである。
【００１２】本発明の他の利点は最大14kHzまでの高い
動作周波数において必要なインク量を提供するように適
当に構成されたインク充填スロットを提供することであ
る。
動作周波数において必要なインク量を提供するように適
当に構成されたインク充填スロットを提供することであ
る。
【００１３】また、本発明の他の利点はウエハの主表面
をその表面上で精密な写真製版を行うためにほぼ平坦に
保ちながらインク充填スロットの形成を行うことであ
る。
をその表面上で精密な写真製版を行うためにほぼ平坦に
保ちながらインク充填スロットの形成を行うことであ
る。
【００１４】本発明によれば、化学エッチングをともな
う写真製版技術を用いて基板にインク充填スロットが精
密に製作される。
う写真製版技術を用いて基板にインク充填スロットが精
密に製作される。
【００１５】本発明の改良されたインクジェット印刷ヘ
ッドは複数のインク吐出加熱素子を有し、それぞれのイ
ンク吐出素子は３つの障壁と少なくともかかる素子のい
くつかに共有されるインク溜めへの第４の横開口部によ
って生成される別々のインク吐出室内に配設されてい
る。また、かかる素子に近接したカバープレート内に配
設されたオリフィスからなる複数のノズルを有し、それ
ぞれのオリフィスはある量のインクを各素子によって形
成される面に対して直角に、オリフィスを介して印刷媒
体に向かって所定の順序で吐出して印刷媒体上に英数字
や図形を形成するための素子と連動している。インクは
インク充填スロットからインク供給流路を用いて加熱素
子に供給される。それぞれのインク吐出室には、インク
供給流路中の壁に形成され、壁(plenum)と流路の間でし
ぼりを生じさせる幅だけ離れた一対の対向する突起が設
けられている。それぞれのインク吐出室はさらに突起の
間に配設され１つのインク供給流路を隣のインク供給流
路から分けるための引き込み突出部が設けられている。
改良点は１つの基板上にインク充填スロットとインク吐
出室およびインク供給流路が形成され、インク充填スロ
ットは主としてあるいは完全に化学エッチングを用いた
基板の異方性エッチングによって形成されることであ
る。
ッドは複数のインク吐出加熱素子を有し、それぞれのイ
ンク吐出素子は３つの障壁と少なくともかかる素子のい
くつかに共有されるインク溜めへの第４の横開口部によ
って生成される別々のインク吐出室内に配設されてい
る。また、かかる素子に近接したカバープレート内に配
設されたオリフィスからなる複数のノズルを有し、それ
ぞれのオリフィスはある量のインクを各素子によって形
成される面に対して直角に、オリフィスを介して印刷媒
体に向かって所定の順序で吐出して印刷媒体上に英数字
や図形を形成するための素子と連動している。インクは
インク充填スロットからインク供給流路を用いて加熱素
子に供給される。それぞれのインク吐出室には、インク
供給流路中の壁に形成され、壁(plenum)と流路の間でし
ぼりを生じさせる幅だけ離れた一対の対向する突起が設
けられている。それぞれのインク吐出室はさらに突起の
間に配設され１つのインク供給流路を隣のインク供給流
路から分けるための引き込み突出部が設けられている。
改良点は１つの基板上にインク充填スロットとインク吐
出室およびインク供給流路が形成され、インク充填スロ
ットは主としてあるいは完全に化学エッチングを用いた
基板の異方性エッチングによって形成されることであ
る。
【００１６】本発明の方法は、インク供給流路の長さを
抵抗器を取り囲む装置形状がすべてほとんど同じになる
ように制御することを可能にする。インク充填スロット
を引き込み突出部対まで延長することによって、インク
をインク吐出室により近く提供することができる。
抵抗器を取り囲む装置形状がすべてほとんど同じになる
ように制御することを可能にする。インク充填スロット
を引き込み突出部対まで延長することによって、インク
をインク吐出室により近く提供することができる。
【００１７】サーマルインクジェットペンの動作周波数
は特にインクがインク充填スロットからインク吐出室に
流れる距離あるいはシェルフによって決まる。高い周波
数では、この距離あるいはシェルフはかなり厳密に制御
しなければならない。本発明の方法によって、この距離
をより厳密に制御し、インク吐出室により近くすること
ができ、それによってペンをより高い周波数で動作させ
ることができる。
は特にインクがインク充填スロットからインク吐出室に
流れる距離あるいはシェルフによって決まる。高い周波
数では、この距離あるいはシェルフはかなり厳密に制御
しなければならない。本発明の方法によって、この距離
をより厳密に制御し、インク吐出室により近くすること
ができ、それによってペンをより高い周波数で動作させ
ることができる。
【００１８】
【実施例】添付図面中同一参照符号は同一要素を表わ
し、図１は基板12上に形成された印刷あるいはインク吐
出素子10を示す。図２は３つの隣接する印刷素子10を示
し、図３は複数のかかる吐出素子からなる印刷ヘッドの
一部を示し、またそれにインクを供給する共通のインク
充填スロット18を示す。図３は複数の吐出素子の１つの
一般的な構成、すなわち共通のインク充填スロット18の
周囲に吐出素子10の２つの平行な列を配した構成を示す
が、かかる素子がほぼ円形に１列になったもののような
サーマルインクジェット印刷に用いられる他の構成を本
発明の実施において形成することができる。
し、図１は基板12上に形成された印刷あるいはインク吐
出素子10を示す。図２は３つの隣接する印刷素子10を示
し、図３は複数のかかる吐出素子からなる印刷ヘッドの
一部を示し、またそれにインクを供給する共通のインク
充填スロット18を示す。図３は複数の吐出素子の１つの
一般的な構成、すなわち共通のインク充填スロット18の
周囲に吐出素子10の２つの平行な列を配した構成を示す
が、かかる素子がほぼ円形に１列になったもののような
サーマルインクジェット印刷に用いられる他の構成を本
発明の実施において形成することができる。
【００１９】各吐出素子10はインク供給流路14を有し、
その一端14Aに抵抗器16が配置されている。３つの側面
で抵抗器を取り囲むインク供給流路14とインク吐出室15
は光重合可能な材料からなる層17中に形成され、この層
が適当にマスクされ、さらにエッチング／現像されて所
望のパターンの開口部が形成される。
その一端14Aに抵抗器16が配置されている。３つの側面
で抵抗器を取り囲むインク供給流路14とインク吐出室15
は光重合可能な材料からなる層17中に形成され、この層
が適当にマスクされ、さらにエッチング／現像されて所
望のパターンの開口部が形成される。
【００２０】インク（図示せず）が18に示すインク充填
スロットから矢印“A”で示すようにインク供給流路14
の反対側の端部14bに導入される。抵抗器16にはノズル
板22中に抵抗器16に近く配置されたノズルすなわち先細
穴20が連設されている。インクはある量のインクがこの
抵抗器によって加熱されるとこのノズルから（たとえば
抵抗器16の面に直角に）吐出される。
スロットから矢印“A”で示すようにインク供給流路14
の反対側の端部14bに導入される。抵抗器16にはノズル
板22中に抵抗器16に近く配置されたノズルすなわち先細
穴20が連設されている。インクはある量のインクがこの
抵抗器によって加熱されるとこのノズルから（たとえば
抵抗器16の面に直角に）吐出される。
【００２１】インク供給流路14への入口の一対の対向す
る突起24は矢印“B”に示すような局所的なしぼりを提
供する。インクの流体運動の減衰に関係するこの局所的
しぼりの目的は米国特許4,882,595号により詳細に説明
されているが、本発明の一部をなすものではない。
る突起24は矢印“B”に示すような局所的なしぼりを提
供する。インクの流体運動の減衰に関係するこの局所的
しぼりの目的は米国特許4,882,595号により詳細に説明
されているが、本発明の一部をなすものではない。
【００２２】かかる印刷素子10はそれぞれ上述した各種
の機構を有する。各抵抗器16は３つの障壁と少なくとも
素子10のいくつかに共通のインク充填スロット18に開い
た第４の横開口部によって形成されるインク吐出室15中
に設けられている。複数のノズル20は抵抗器16の近傍の
カバープレート22中に配設されたオリフィスからなる。
各オリフィス20は抵抗器16と連動し、ある量のインクを
その抵抗器によって形成される面に直角にオリフィスを
介して印刷媒体（図示せず）に向かって所定のパターン
で吐出し、印刷媒体上に英数字と図形を形成する。
の機構を有する。各抵抗器16は３つの障壁と少なくとも
素子10のいくつかに共通のインク充填スロット18に開い
た第４の横開口部によって形成されるインク吐出室15中
に設けられている。複数のノズル20は抵抗器16の近傍の
カバープレート22中に配設されたオリフィスからなる。
各オリフィス20は抵抗器16と連動し、ある量のインクを
その抵抗器によって形成される面に直角にオリフィスを
介して印刷媒体（図示せず）に向かって所定のパターン
で吐出し、印刷媒体上に英数字と図形を形成する。
【００２３】インクはインク供給流路14によってインク
充填スロット18から各素子10に供給される。各インク吐
出室15にはインク供給流路14中の壁によって形成され、
インク充填スロット18とこの流路の間にしぼりを生じさ
せる幅“B”だけ離れた一対の対向する突起24が設けら
れている。各吐出素子10には突起24の間に配設されイン
ク供給流路14を隣接するインク供給流路14'から離す引
き込み突出部24Aを設けることができる。
充填スロット18から各素子10に供給される。各インク吐
出室15にはインク供給流路14中の壁によって形成され、
インク充填スロット18とこの流路の間にしぼりを生じさ
せる幅“B”だけ離れた一対の対向する突起24が設けら
れている。各吐出素子10には突起24の間に配設されイン
ク供給流路14を隣接するインク供給流路14'から離す引
き込み突出部24Aを設けることができる。
【００２４】改良点は基板12上にインク充填スロット18
とそれに関係するインク供給流路14を形成するための精
密な手段が提供されることである。
とそれに関係するインク供給流路14を形成するための精
密な手段が提供されることである。
【００２５】本発明によれば、インク充填スロット18は
化学エッチングをともなう写真製版技術を用いて基板12
上に精密に製作される。
化学エッチングをともなう写真製版技術を用いて基板12
上に精密に製作される。
【００２６】本発明のインク充填スロット18の製作が行
われる代表的な基板はマイクロエレクトロニクス分野で
広く用いられている単結晶シリコンウエハである。〈10
0〉あるいは〈110〉の結晶方位を有するシリコンウエハ
が好適である。本発明に用いることのできるインク充填
スロット製作法を図4A−図4Fを参照して次に説明する。
われる代表的な基板はマイクロエレクトロニクス分野で
広く用いられている単結晶シリコンウエハである。〈10
0〉あるいは〈110〉の結晶方位を有するシリコンウエハ
が好適である。本発明に用いることのできるインク充填
スロット製作法を図4A−図4Fを参照して次に説明する。
【００２７】図4Aに示すように、好適には〈100〉の結
晶方位を有するシリコンウエハ12の両面12a、12bはエッ
チストップ層としてはたらく誘電体コーティング26が施
されている。コーティング26の１つの層だけをここでは
図示しているが、１つはシリカ、もう１つは窒化シリコ
ンからなる２つの層（図示せず）を用いることもでき
る。シリカおよび窒化ケイ素のようなケイ素を基材とす
る誘電体層はその形成が当該技術分野において周知であ
る点で好適である。
晶方位を有するシリコンウエハ12の両面12a、12bはエッ
チストップ層としてはたらく誘電体コーティング26が施
されている。コーティング26の１つの層だけをここでは
図示しているが、１つはシリカ、もう１つは窒化シリコ
ンからなる２つの層（図示せず）を用いることもでき
る。シリカおよび窒化ケイ素のようなケイ素を基材とす
る誘電体層はその形成が当該技術分野において周知であ
る点で好適である。
【００２８】SiO2層の厚さは約17,000Åであり、Si3N4
層の厚さは約2,000Åである。これら２つの誘電体層は
従来の方法で形成される。
層の厚さは約2,000Åである。これら２つの誘電体層は
従来の方法で形成される。
【００２９】誘電体層を１つにするか２つにするかは用
いられる異方性エッチャントに関係する。異方性エッチ
ング液の使用を次により詳細に説明する。すなわち、シ
リコンのエッチングに水酸化カリウムとエチレンジアミ
ンパラカテコールが用いられる。水酸化カリウムは二酸
化ケイ素をかなり急速にエッチングするがシリコンをエ
ッチングする場合より遅い。また窒化ケイ素はエッチン
グしない。エチレンジアミンパラカテコールは二酸化ケ
イ素をエチングしない。また窒化ケイ素は応力層を形成
する傾向があり、窒化ケイ素の厚い層は応力除去層とし
て二酸化ケイ素層を必要とする。これについてはIEEE T
ransactions on Electorn Devices、Vol. ED-25、No. 1
0、1185-1192ページのK.E. Beanの“Anisotropic Etchi
ng of Silicon”により詳細に説明されている。最後
に、異方性シリコンエッチング後に残った誘電体層はそ
の後のウエハの取扱や処理に耐えられるようにかなり強
固であることが望ましい。このため、誘電体層の厚さは
少なくとも約0.5μmであり、好適には少なくとも約１μ
mである。
いられる異方性エッチャントに関係する。異方性エッチ
ング液の使用を次により詳細に説明する。すなわち、シ
リコンのエッチングに水酸化カリウムとエチレンジアミ
ンパラカテコールが用いられる。水酸化カリウムは二酸
化ケイ素をかなり急速にエッチングするがシリコンをエ
ッチングする場合より遅い。また窒化ケイ素はエッチン
グしない。エチレンジアミンパラカテコールは二酸化ケ
イ素をエチングしない。また窒化ケイ素は応力層を形成
する傾向があり、窒化ケイ素の厚い層は応力除去層とし
て二酸化ケイ素層を必要とする。これについてはIEEE T
ransactions on Electorn Devices、Vol. ED-25、No. 1
0、1185-1192ページのK.E. Beanの“Anisotropic Etchi
ng of Silicon”により詳細に説明されている。最後
に、異方性シリコンエッチング後に残った誘電体層はそ
の後のウエハの取扱や処理に耐えられるようにかなり強
固であることが望ましい。このため、誘電体層の厚さは
少なくとも約0.5μmであり、好適には少なくとも約１μ
mである。
【００３０】本発明の処理には、フォトレジスト、マス
クの位置合わせ、乾式エッチプラズマ処理、および異方
性湿式エッチングが用いられる。シリコンウエハ上の二
酸化ケイ素層と窒化ケイ素層は保護障壁層として用いら
れる。
クの位置合わせ、乾式エッチプラズマ処理、および異方
性湿式エッチングが用いられる。シリコンウエハ上の二
酸化ケイ素層と窒化ケイ素層は保護障壁層として用いら
れる。
【００３１】図4bに示すように、ウエハ12の非仕上げ面
あるいは背面と呼ばれる１つの面12aはフォトレジスト
層28でコーティングされている。このフォトレジスト層
28がパターン化され、次に現像されて下にある誘電体層
26が露出される。この露出された部分が従来のプラズマ
エッチング処理あるいは湿式エッチング処理等を用いて
エッチングされ、所望の窓30が形成される。乾式エッチ
ングにはCF4を用いることができるが、シリコン面をオ
ーバーエッチングから保護しながらパッシベーション層
のエッチングを速くするには他の形態の気体を用いるこ
ともできる。
あるいは背面と呼ばれる１つの面12aはフォトレジスト
層28でコーティングされている。このフォトレジスト層
28がパターン化され、次に現像されて下にある誘電体層
26が露出される。この露出された部分が従来のプラズマ
エッチング処理あるいは湿式エッチング処理等を用いて
エッチングされ、所望の窓30が形成される。乾式エッチ
ングにはCF4を用いることができるが、シリコン面をオ
ーバーエッチングから保護しながらパッシベーション層
のエッチングを速くするには他の形態の気体を用いるこ
ともできる。
【００３２】乾式エッチングステップを完了した後、ス
テッププロファイラ等を用いて測定を行ってこれらの層
が完全に除去される。このとき、フォトレジスト28が基
板から除去され、異方性エッチングのサンプルが準備さ
れる。ここまでの処理はすべてウエハ12の非仕上げ面あ
るいは背面12a上に行われたことに注意しなければなら
ない。
テッププロファイラ等を用いて測定を行ってこれらの層
が完全に除去される。このとき、フォトレジスト28が基
板から除去され、異方性エッチングのサンプルが準備さ
れる。ここまでの処理はすべてウエハ12の非仕上げ面あ
るいは背面12a上に行われたことに注意しなければなら
ない。
【００３３】次に、図4Cに示すように、異方性エッチン
グを用いてシリコンウエハ12にこのウエハの前面12b上
の誘電体層26に達するがそれを貫通しない傾斜のついた
ピラミッド状の形状18が形成される。これらのピラミッ
ド状の形状が上述したインク充填スロット18である。
グを用いてシリコンウエハ12にこのウエハの前面12b上
の誘電体層26に達するがそれを貫通しない傾斜のついた
ピラミッド状の形状18が形成される。これらのピラミッ
ド状の形状が上述したインク充填スロット18である。
【００３４】シリコンの形状をエッチングするこの方法
は、現在半導体業界で広く用いられている。KOHはこの
目的によく適したものであることがわかっている。この
溶液は2:1の攪拌したKOH：H2O槽である。この溶液は85
℃まで加熱され、一定温度状態に保たれる。
は、現在半導体業界で広く用いられている。KOHはこの
目的によく適したものであることがわかっている。この
溶液は2:1の攪拌したKOH：H2O槽である。この溶液は85
℃まで加熱され、一定温度状態に保たれる。
【００３５】〈100〉シリコンはこの溶液中で約1.6μm
／分の速度でエッチングされ、その深さはパターン幅に
よって制御される。周知のとおり、エッチングは〈11
1〉面と交わる点でかなり遅くなり、〈100〉底面は存在
しない。
／分の速度でエッチングされ、その深さはパターン幅に
よって制御される。周知のとおり、エッチングは〈11
1〉面と交わる点でかなり遅くなり、〈100〉底面は存在
しない。
【００３６】シリコンウエハはこの溶液に浸漬され、エ
ッチングサイクルの完了までその状態にとどまる。エッ
チング時間はウエハの厚さ、エッチング温度等のさまざ
まな要因によって決まり、上の例ではエッチング時間は
約5.5から６時間である。この動作の最も重要な部分は
エッチング時間の最後の30分である。シリコンの観察は
SiO2窓が現われたときにエッチングを停止するために必
ず行わなければならない。次に、ここでウエハがエッチ
ング溶液から取り出され、ウエハリンスに入れられ、続
いて洗浄／乾燥剤が加えられる。このときエアガンある
いは窒素ガンの使用は避けねばならない。これは誘電体
26の薄膜31がインク充填スロット18を覆っており、次の
ステップのために連続していなければならない。
ッチングサイクルの完了までその状態にとどまる。エッ
チング時間はウエハの厚さ、エッチング温度等のさまざ
まな要因によって決まり、上の例ではエッチング時間は
約5.5から６時間である。この動作の最も重要な部分は
エッチング時間の最後の30分である。シリコンの観察は
SiO2窓が現われたときにエッチングを停止するために必
ず行わなければならない。次に、ここでウエハがエッチ
ング溶液から取り出され、ウエハリンスに入れられ、続
いて洗浄／乾燥剤が加えられる。このときエアガンある
いは窒素ガンの使用は避けねばならない。これは誘電体
26の薄膜31がインク充填スロット18を覆っており、次の
ステップのために連続していなければならない。
【００３７】ここから残りのヘッド加工を行うことがで
きる。薄膜および写真製版マスキングが通常の集積回路
製造法で行われるが、前述の処理とは異なりウエハの仕
上げ面あるいは前面に行われる。
きる。薄膜および写真製版マスキングが通常の集積回路
製造法で行われるが、前述の処理とは異なりウエハの仕
上げ面あるいは前面に行われる。
【００３８】すなわち、薄膜16が図4Dに示すように前面
12bの誘電体層26上に蒸着される。続いてこの薄膜16が
従来の技術を用いてパターン化され、図4Eに示すような
抵抗器16が形成される。（関係する導体パターンは図示
しない。）抵抗器16と導体パターンの上にパッシベーシ
ョン層（図示せず）を設けることができる。
12bの誘電体層26上に蒸着される。続いてこの薄膜16が
従来の技術を用いてパターン化され、図4Eに示すような
抵抗器16が形成される。（関係する導体パターンは図示
しない。）抵抗器16と導体パターンの上にパッシベーシ
ョン層（図示せず）を設けることができる。
【００３９】最後に、誘電体層26のインク充填スロット
18を覆っている前面12b上の部分31が除去され、インク
充填スロットが開く。膜31の除去にはエッチング（湿式
あるいは乾式）、超音波、レーザードリリング、空気圧
等を用いることができる。好適には誘電体膜31の化学エ
ッチングが用いられ、フォトレジスト（図示せず）で面
12bを保護し、背面12aからのエッチングあるいはフォト
レジストのパターンニングを行ってエッチングすべき部
分31を露出させる。エッチングに続いて、フォトレジス
ト層が剥離される。図4Fはインク充填スロット18が開い
た後のウエハを示す。あるいは、空気を噴射するエアガ
ン（図示せず）を用いてインク充填スロット18を開ける
ことができる。
18を覆っている前面12b上の部分31が除去され、インク
充填スロットが開く。膜31の除去にはエッチング（湿式
あるいは乾式）、超音波、レーザードリリング、空気圧
等を用いることができる。好適には誘電体膜31の化学エ
ッチングが用いられ、フォトレジスト（図示せず）で面
12bを保護し、背面12aからのエッチングあるいはフォト
レジストのパターンニングを行ってエッチングすべき部
分31を露出させる。エッチングに続いて、フォトレジス
ト層が剥離される。図4Fはインク充填スロット18が開い
た後のウエハを示す。あるいは、空気を噴射するエアガ
ン（図示せず）を用いてインク充填スロット18を開ける
ことができる。
【００４０】続いて、層17が誘電体材料26の主面に形成
され、また抵抗素子16を露出するための開口部が形成さ
れて、これによってインク吐出室15を形成し、抵抗素子
16から終端領域までのインク供給流路14が設けられる。
この終端領域は、インクをインク溜めからインク吐出室
15に導入するためのインク充填スロット18と液通してい
る。これらのステップは図４には示さない。その結果得
られる構造については図１を参照されたい。
され、また抵抗素子16を露出するための開口部が形成さ
れて、これによってインク吐出室15を形成し、抵抗素子
16から終端領域までのインク供給流路14が設けられる。
この終端領域は、インクをインク溜めからインク吐出室
15に導入するためのインク充填スロット18と液通してい
る。これらのステップは図４には示さない。その結果得
られる構造については図１を参照されたい。
【００４１】ここに述べた異方性エッチングを用いる
と、エッチングの入口側に対応する面の開口部の寸法は
対応する出口側の開口部の寸法とウエハ厚に２の平方根
の積によって与えられる。
と、エッチングの入口側に対応する面の開口部の寸法は
対応する出口側の開口部の寸法とウエハ厚に２の平方根
の積によって与えられる。
【００４２】サーマルインクジェットペンの周波数はノ
ズルへのインクの流れに対する抵抗によって制限され
る。メニスカス発振を減衰するためにインクの流れには
多少の抵抗が必要である。しかし、抵抗が大きすぎると
ペンの動作周波数の上限が制限されることになる。イン
クの流れに対する抵抗（インピーダンス）は適切な長さ
と幅を有する抵抗器16に隣接するギャップによって意図
的に制御される。このギャップはインク供給流路であ
り、その形状はたとえばK.E. Truebaその他に発給さ
れ、本出願の譲受人に譲渡された米国特許4,882,595号
に説明されている。インク充填スロット18からの抵抗器
16の距離は印刷ヘッドの吐出パターンによって異なる。
ズルへのインクの流れに対する抵抗によって制限され
る。メニスカス発振を減衰するためにインクの流れには
多少の抵抗が必要である。しかし、抵抗が大きすぎると
ペンの動作周波数の上限が制限されることになる。イン
クの流れに対する抵抗（インピーダンス）は適切な長さ
と幅を有する抵抗器16に隣接するギャップによって意図
的に制御される。このギャップはインク供給流路であ
り、その形状はたとえばK.E. Truebaその他に発給さ
れ、本出願の譲受人に譲渡された米国特許4,882,595号
に説明されている。インク充填スロット18からの抵抗器
16の距離は印刷ヘッドの吐出パターンによって異なる。
【００４３】このインピーダンスの他の要素は図中Aで
示すインク供給流路14への入口である。この入口はオリ
フィス板22と基板12の間の細い領域であり、その高さは
基本的には障壁材料17の厚みの関数である。この領域は
高いインピーダンスを有する。これはその高さが小さ
く、抵抗器16に隣接するギャップ14の制御された意図的
なインピーダンスに加わるためである。
示すインク供給流路14への入口である。この入口はオリ
フィス板22と基板12の間の細い領域であり、その高さは
基本的には障壁材料17の厚みの関数である。この領域は
高いインピーダンスを有する。これはその高さが小さ
く、抵抗器16に隣接するギャップ14の制御された意図的
なインピーダンスに加わるためである。
【００４４】インク充填スロット18からインク供給流路
14の入口までの距離をシェルフとする。ペンの周波数に
対するこのシェルフの長さの効果を図５に見ることがで
きる。シェルフが長くなるにつれてノズル周波数が低下
する。基板12がこのシェルフ領域でエッチングされ、イ
ンク充填スロット18の延長部18aが形成され、この延長
部はシェルフ長を小さくし、インク供給流路14への入口
の断面積を大きくする。その結果、インピーダンスが小
さくなる。このようにしてすべてのノズルの周波数応答
の均一性が高くなる。本発明の処理の利点は、ペン全体
が均一な高い周波数で動作することができることであ
る。従来は、各ノズル20はそのシェルフ長の関数として
異なるインピーダンスを有していた。この変数がなくな
り、すべてのノズルのインピーダンスがほぼ等しくな
り、したがって調整が容易になり、１つのノズルが最適
化されればすべてのノズルが最適化されたことになる。
従来はペンは最悪のノズルに合わせて調整しなければな
らなかった。すなわち、インピーダンスの最も低い（シ
ェルフが最も短い）ノズルの減衰が不足しないようにこ
のギャップを小さくしなければならなかった。したがっ
て、よりシェルフの大きいノズルはインピーダンスが高
くなり、周波数応答が低くなっていた。
14の入口までの距離をシェルフとする。ペンの周波数に
対するこのシェルフの長さの効果を図５に見ることがで
きる。シェルフが長くなるにつれてノズル周波数が低下
する。基板12がこのシェルフ領域でエッチングされ、イ
ンク充填スロット18の延長部18aが形成され、この延長
部はシェルフ長を小さくし、インク供給流路14への入口
の断面積を大きくする。その結果、インピーダンスが小
さくなる。このようにしてすべてのノズルの周波数応答
の均一性が高くなる。本発明の処理の利点は、ペン全体
が均一な高い周波数で動作することができることであ
る。従来は、各ノズル20はそのシェルフ長の関数として
異なるインピーダンスを有していた。この変数がなくな
り、すべてのノズルのインピーダンスがほぼ等しくな
り、したがって調整が容易になり、１つのノズルが最適
化されればすべてのノズルが最適化されたことになる。
従来はペンは最悪のノズルに合わせて調整しなければな
らなかった。すなわち、インピーダンスの最も低い（シ
ェルフが最も短い）ノズルの減衰が不足しないようにこ
のギャップを小さくしなければならなかった。したがっ
て、よりシェルフの大きいノズルはインピーダンスが高
くなり、周波数応答が低くなっていた。
【００４５】図５に示す曲線は約130plのインクを吐出
するペンからとったものである。このペンの場合、シェ
ルフ長は高い動作周波数に対しては約10から50μmが好
適である。インク量がこれより小さい場合、この曲線は
より平たくまた速くなる。
するペンからとったものである。このペンの場合、シェ
ルフ長は高い動作周波数に対しては約10から50μmが好
適である。インク量がこれより小さい場合、この曲線は
より平たくまた速くなる。
【００４６】図２はシェルフ長（SL）を示す。シェルフ
はダイの一定の位置にあり、したがってインク供給流路
14への入口から測定したSL寸法は抵抗器の食い違いによ
っていくぶんか変動する。
はダイの一定の位置にあり、したがってインク供給流路
14への入口から測定したSL寸法は抵抗器の食い違いによ
っていくぶんか変動する。
【００４７】インクの流れの特性を改良したこの異方性
エッチングされたシリコン基板はサーマルインクジェッ
ト印刷ヘッドの製造に用いることができる。
エッチングされたシリコン基板はサーマルインクジェッ
ト印刷ヘッドの製造に用いることができる。
【００４８】以上、光化学微細加工を用いたサーマルイ
ンクジェット印刷ヘッドのインク充填スロットの製作を
開示した。当業者には本発明の精神から離れることなく
さまざまな変更および修正を加えうることは明らかであ
ろう。またかかる変更や修正はすべて特許請求の範囲に
定める本発明の範囲に含まれるものである。
ンクジェット印刷ヘッドのインク充填スロットの製作を
開示した。当業者には本発明の精神から離れることなく
さまざまな変更および修正を加えうることは明らかであ
ろう。またかかる変更や修正はすべて特許請求の範囲に
定める本発明の範囲に含まれるものである。
【００４９】
【発明の効果】本発明の利点はインク充填スロットをバ
ッチ処理で最小限の工程で提供することである。
ッチ処理で最小限の工程で提供することである。
【００５０】本発明の他の利点はインク充填スロットの
形状と位置合わせの精密な制御を提供することである。
形状と位置合わせの精密な制御を提供することである。
【００５１】本発明の他の利点は最大14kHzまでの高い
動作周波数において必要なインク量を提供するように適
当に構成されたインク充填スロットを提供することであ
る。
動作周波数において必要なインク量を提供するように適
当に構成されたインク充填スロットを提供することであ
る。
【００５２】また、本発明の他の利点はウエハの主表面
をその表面上で精密な写真製版を行うためにほぼ平坦に
保ちながらインク充填スロットの形成を行うことであ
る。
をその表面上で精密な写真製版を行うためにほぼ平坦に
保ちながらインク充填スロットの形成を行うことであ
る。
【００５３】本発明によれば、化学エッチングをともな
う写真製版技術を用いて基板にインク充填スロットが精
密に製作される。
う写真製版技術を用いて基板にインク充填スロットが精
密に製作される。
【００５４】本発明の方法は、インク供給流路の長さを
抵抗器を取り囲む装置形状がすべてほとんど同じになる
ように制御することを可能にする。インク充填スロット
を引き込み突出部対まで延長することによって、インク
をインク吐出室により近く提供することができる。
抵抗器を取り囲む装置形状がすべてほとんど同じになる
ように制御することを可能にする。インク充填スロット
を引き込み突出部対まで延長することによって、インク
をインク吐出室により近く提供することができる。
【００５５】サーマルインクジェットペンの動作周波数
は特にインクがインク充填スロットからインク吐出室に
流れるシェルフあるいは距離によって決まる。高い周波
数では、この距離あるいはシェルフはかなり厳密に制御
しなければならない。本発明の方法によって、この距離
をより厳密に制御し、インク吐出室により近くすること
ができ、それによってペンをより高い周波数で動作させ
ることができる。
は特にインクがインク充填スロットからインク吐出室に
流れるシェルフあるいは距離によって決まる。高い周波
数では、この距離あるいはシェルフはかなり厳密に制御
しなければならない。本発明の方法によって、この距離
をより厳密に制御し、インク吐出室により近くすること
ができ、それによってペンをより高い周波数で動作させ
ることができる。
【００５６】
【図１】本発明のインク充填スロットすなわちプリナム
と関係する抵抗器とインク供給流路の斜視図である。
と関係する抵抗器とインク供給流路の斜視図である。
【図２】隣接する抵抗器とインク供給流路を含む図１に
示す構成の平面図であり、シェルフ長は一定である。
示す構成の平面図であり、シェルフ長は一定である。
【図３】図２に示す複数の構成の一実施例を示す印刷ヘ
ッドの一部を示す平面図である。
ッドの一部を示す平面図である。
【図4A】図１の抵抗器素子を形成する前に行われるイン
ク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
ク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
【図４Ｂ】図１の抵抗器素子を形成する前に行われるイ
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
【図４Ｃ】図１の抵抗器素子を形成する前に行われるイ
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
【図４Ｄ】図１の抵抗器素子を形成する前に行われるイ
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
【図４Ｅ】図１の抵抗器素子を形成する前に行われるイ
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
【図４Ｆ】図１の抵抗器素子を形成する前に行われるイ
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
ンク充填スロットの作成手順を示す断面図である。
【図５】ペン周波数（Hz）とセルフ長（マイクロメート
ル）を座標としてあるインク量に関するシェルフ長の関
数としてのペン周波数の依存性を示すグラフである。
ル）を座標としてあるインク量に関するシェルフ長の関
数としてのペン周波数の依存性を示すグラフである。
10：インク吐出素子 12：基板 12a,12b：シリコンウエハ面 14,14'：インク供給流路 14a,14b：インク供給流路の端部 15：インク吐出室 16：抵抗器 17：層 18：インク充填スロット 18a：延長部 20：ノズル 22：ノズル板 24：突起 24a：突出部 26：誘電体コーティング 28：フォトレジスト層 30：窓 31：誘電体
Claims (10)
- 【請求項１】サーマルインクジェット印刷ヘッドにイン
ク充填スロット18を製作する方法であって、（a）ほぼ
平行に対向した２つの主面を備えた〈100〉あるいは〈1
10〉の結晶方位を有するシリコン基板を備え、（b）前
記シリコン基板の両主面に、パッシベーション誘電体層
を形成し、（c）前記パッシベーション誘電体層の下に
ある前記シリコン基板の一方の主面の一部を露出し、
（d）前記露出した部分を異方性エッチングして、前記
シリコン基板を通して前記他方の面上の前記誘電体層の
一部を露出して前記インク充填スロットを形成し、
（e）前記一方の面上に形成された前記パッシベーショ
ン誘電体層上に、薄膜抵抗器素子と導電パターンを形成
し、（f）前記インク充填スロット上に横たわる前記他
方の主面上の前記パッシベーション誘電体層の前記露出
された部分を除去し、（g）前記パッシベーション誘電
体層の主面上に障壁層を形成し、該障壁層に開口部を設
けて前記薄膜抵抗器素子を露出してインク吐出室を形成
すると共に、前記薄膜抵抗器素子から終端領域までのイ
ンク供給流路であって、該終端領域がインクをインク溜
めから前記インク吐出室に導入するために前記インク充
填スロットと液通しているものを形成してなることを特
徴とするサーマルインクジェット印刷ヘッドにインク充
填スロットを製作する方法。 - 【請求項２】インク吐出素子を形成するよう前記各薄膜
抵抗器素子に対応して設けられたノズル開口を備えたノ
ズルプレートを備えたことを特徴とする請求項１記載の
サーマルインクジェット印刷ヘッドにインク充填スロッ
トを製作する方法。 - 【請求項３】前記終端領域は、前記インク供給流路を形
成する前記障壁層の壁に、対向して前記インク供給流路
にしぼりを生じさせる一対の突起を備えたことを特徴と
する請求項１又は２記載のサーマルインクジェット印刷
ヘッドにインク充填スロットを製作する方法。 - 【請求項４】隣り合う前記インク吐出素子の前記突起間
に引き込み突部を設けて、該隣り合うインク供給流路同
士を分離することを特徴とする請求項３記載のサーマル
インクジェット印刷ヘッドにインク充填スロットを製作
する方法。 - 【請求項５】前記インク充填スロットを前記引き込み突
部まで延長させたことを特徴とする請求項４記載のサー
マルインクジェット印刷ヘッドにインク充填スロットを
製作する方法。 - 【請求項６】前記インク充填スロットの延長部分を、前
記各インク供給流路ヘの入り口からほぼ一定の距離に至
らしめることを特徴とする請求項５記載のサーマルイン
クジェット印刷ヘッドにインク充填スロットを製作する
方法。 - 【請求項７】前記インク充填スロット上に横たわる前記
他方の主面上の前記パッシベーション誘電体層の前記露
出された部分を化学エッチングにより除去することを特
徴とする請求項１記載のサーマルインクジェット印刷ヘ
ッドにインク充填スロットを製作する方法。 - 【請求項８】前記薄膜抵抗器素子と前記導電パターン上
にフォトレジスト層を設け、前記パッシベーション誘電
体層の前記露出された部分を前記シリコン基板の前記開
口を通して化学的エッチングすることを特徴とする請求
項７記載のサーマルインクジェット印刷ヘッドにインク
充填スロットを製作する方法。 - 【請求項９】前記薄膜抵抗器素子と前記導電パターン上
に、前記パッシベーション誘電体層の前記露出された部
分を覆わないように開口を形成した前記フォトレジスト
層を設け、前記露出された部分を該フォトレジスト層の
開口を通して化学的エッチングすることを特徴とする請
求項７記載のサーマルインクジェット印刷ヘッドにイン
ク充填スロットを製作する方法。 - 【請求項１０】前記薄膜抵抗器素子と前記導電パターン
を形成した後に、該薄膜抵抗器素子と前記導電パターン
上にパッシベーション誘電体層を形成したことを特徴と
する請求項１記載のサーマルインクジェット印刷ヘッド
にインク充填スロットを製作する方法。
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