JPH1170661A - モノリシックサーマルインクジェットプリントヘッドの製造方法 - Google Patents
モノリシックサーマルインクジェットプリントヘッドの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ノズルの数を増やし、且つ歩留りを高くす
る。 【解決手段】 本発明は、一つの表面に少なくとも一
つの抵抗発熱体と、少なくとも前記発熱体と入力信号源
との間に接続された抵抗回路とを有するシリコン基板、
前記抵抗器と回路の上に位置する誘電体層、前記抵抗器
の上に位置する前記誘電体層の部分上に位置するパッシ
ベーション金属層、及び前記誘電体層の上に位置するポ
リイミドインクマニホルドを有し、前記ポリイミドマニ
ホルドがその中に前記発熱抵抗器の上に位置する少なく
とも一つのノズルと関連インクチャネルとを形成し、前
記基板が第二面に形成され且つ前記インクチャネルと連
絡するインク注入オリフィスを有する、モノリシックル
ーフシューターサーマルインクジェットプリンタのモノ
リシックルーフシューターサーマルインクジェットプリ
ントヘッドを開示する。
る。 【解決手段】 本発明は、一つの表面に少なくとも一
つの抵抗発熱体と、少なくとも前記発熱体と入力信号源
との間に接続された抵抗回路とを有するシリコン基板、
前記抵抗器と回路の上に位置する誘電体層、前記抵抗器
の上に位置する前記誘電体層の部分上に位置するパッシ
ベーション金属層、及び前記誘電体層の上に位置するポ
リイミドインクマニホルドを有し、前記ポリイミドマニ
ホルドがその中に前記発熱抵抗器の上に位置する少なく
とも一つのノズルと関連インクチャネルとを形成し、前
記基板が第二面に形成され且つ前記インクチャネルと連
絡するインク注入オリフィスを有する、モノリシックル
ーフシューターサーマルインクジェットプリンタのモノ
リシックルーフシューターサーマルインクジェットプリ
ントヘッドを開示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ントヘッドに関し、より詳細には、シリコン基板の上に
位置するポリイミドマニホルドを有するモノリシックイ
ンクジェットプリントヘッドに関する。
ントヘッドに関し、より詳細には、シリコン基板の上に
位置するポリイミドマニホルドを有するモノリシックイ
ンクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】サーマルドロップオンディマンドインク
ジェットプリントヘッドには２つの一般的な構造があ
る。一つの構造では、例えば米国再発行特許第32,572号
に開示されているプリントヘッド構造のように、液滴
は、インクチャネル内のインクフローに平行でプリント
ヘッドの泡を生成する加熱素子の表面に平行な方向に、
プリントヘッドの前面に形成されたノズルから押し出さ
れる。この構造はエッジシューター又はサイドシュータ
ーと呼ばれることがある。もう一つのサーマルインクジ
ェット構造は、例えば米国特許第4,568,953 号に開示さ
れているプリントヘッドのように、泡を生成する加熱素
子の表面に垂直な方向に液滴をノズルから押し出す。こ
の構造はルーフシューターと呼ばれることがある。この
２つの構造の間を画定する相違は、サイドシューター構
造は加熱素子を有する基板の平面内で液適を吐出する
が、ルールシューターは加熱素子を有する基板の平面の
外へ基板と垂直な方向に液滴を吐出するという液滴吐出
の方向にある。
ジェットプリントヘッドには２つの一般的な構造があ
る。一つの構造では、例えば米国再発行特許第32,572号
に開示されているプリントヘッド構造のように、液滴
は、インクチャネル内のインクフローに平行でプリント
ヘッドの泡を生成する加熱素子の表面に平行な方向に、
プリントヘッドの前面に形成されたノズルから押し出さ
れる。この構造はエッジシューター又はサイドシュータ
ーと呼ばれることがある。もう一つのサーマルインクジ
ェット構造は、例えば米国特許第4,568,953 号に開示さ
れているプリントヘッドのように、泡を生成する加熱素
子の表面に垂直な方向に液滴をノズルから押し出す。こ
の構造はルーフシューターと呼ばれることがある。この
２つの構造の間を画定する相違は、サイドシューター構
造は加熱素子を有する基板の平面内で液適を吐出する
が、ルールシューターは加熱素子を有する基板の平面の
外へ基板と垂直な方向に液滴を吐出するという液滴吐出
の方向にある。
【０００３】米国再発行特許第32,572号で開示されてい
る型のサイドシュータープリントヘッドは、２つのシリ
コン基板、シリコン発熱体ウエハ、及びシリコンの方位
依存エッチング（ＯＤＥ）されたチャネルウエハを接着
し、埋められたマイクロチャネルを形成して製造する。
次にダイシング工程により個々のプリントヘッドチップ
は分離され、ノズルも露出される。このアプローチの主
な欠点は、組立て工程が長いこと、エポキシ接着とダイ
シング工程の歩留り管理が困難なこと、及びシリコンに
異方性ＯＤＥによって形成された三角形の又は台形のノ
ズルによるインク吐出の効率と均一性に関連する問題が
生じることである。
る型のサイドシュータープリントヘッドは、２つのシリ
コン基板、シリコン発熱体ウエハ、及びシリコンの方位
依存エッチング（ＯＤＥ）されたチャネルウエハを接着
し、埋められたマイクロチャネルを形成して製造する。
次にダイシング工程により個々のプリントヘッドチップ
は分離され、ノズルも露出される。このアプローチの主
な欠点は、組立て工程が長いこと、エポキシ接着とダイ
シング工程の歩留り管理が困難なこと、及びシリコンに
異方性ＯＤＥによって形成された三角形の又は台形のノ
ズルによるインク吐出の効率と均一性に関連する問題が
生じることである。
【０００４】米国特許第4,568,953 号で開示されている
型のルーフシュータープリントヘッドは、電気メッキ手
法を用いてシリコン基板の表面にインクチャネル、抵抗
器、及び電気接続部を含むニッケルノズルアレイを形成
するハイブリッド (混成）設計である。このノズルプレ
ートの設計は、レーザー同様のプリント品質に達するの
に必要なノズルの高密度を達成するのを制限してしま
う。基板製造手法もまた低い歩留りとなりやすい。
型のルーフシュータープリントヘッドは、電気メッキ手
法を用いてシリコン基板の表面にインクチャネル、抵抗
器、及び電気接続部を含むニッケルノズルアレイを形成
するハイブリッド (混成）設計である。このノズルプレ
ートの設計は、レーザー同様のプリント品質に達するの
に必要なノズルの高密度を達成するのを制限してしま
う。基板製造手法もまた低い歩留りとなりやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によるプリン
トヘッド製造の上記の欠点を克服するために、歩留りを
高くし、プリントヘッドを形成するのに用いられるノズ
ルの数を増やすことが望まれる。
トヘッド製造の上記の欠点を克服するために、歩留りを
高くし、プリントヘッドを形成するのに用いられるノズ
ルの数を増やすことが望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によると、これら
の及びその他の有益な機能は、高度に小型化され集積さ
れたシリコンマイクロマシン手法を用い、モノリシック
ルーフシューター型プリントヘッドを製造することによ
り実現される。基板を接着する必要がないので、歩留り
が高くなる。電気相互接続ワイヤの数を最小化する一
方、プリントヘッドのノズルの数を増やすために、アド
レス回路がプリントヘッドに直接組み込まれる。チップ
上にアドレス回路を組み込むことが実現可能になること
で、何百ものノズルをプリントヘッド上に提供できる
が、これはプリント速度を高めるのに重要である。
の及びその他の有益な機能は、高度に小型化され集積さ
れたシリコンマイクロマシン手法を用い、モノリシック
ルーフシューター型プリントヘッドを製造することによ
り実現される。基板を接着する必要がないので、歩留り
が高くなる。電気相互接続ワイヤの数を最小化する一
方、プリントヘッドのノズルの数を増やすために、アド
レス回路がプリントヘッドに直接組み込まれる。チップ
上にアドレス回路を組み込むことが実現可能になること
で、何百ものノズルをプリントヘッド上に提供できる
が、これはプリント速度を高めるのに重要である。
【０００７】このプリントヘッドの基板は（１００）シ
リコンウエハであり、このシリコンウエハはノズル制御
回路、インク作動用発熱体、電気相互接続用ボンディン
グパッドを支持し、インク供給用にバイアホールを提供
する。シリコン基板の上部には、ノズル、インクキャビ
ティ、及び前端インクリザーバの一部を含むポリイミド
マニホルドが、標準ホトリソグラフィ工程及び犠牲エッ
チングを用いて組み込まれる。このプリントヘッド構造
の利点は、製造方法が簡単で完全にモノリシックである
ということであり、高い歩留り及び低コストという結果
が得られる。また、ルーフシューティング配置を有する
この設計における円形ノズルは吐出効率を高め、付随す
る落下効果を最小にする。このプリントヘッドの製造方
法は大きく２つの段階に分けられる：第一段階はＣＭＯ
Ｓ回路と発熱体のシリコン基板への組み込みであり、第
二段階はポリイミドマニホルドの成形及びインク供給用
の穴を開けるためのバルクエッチングである。
リコンウエハであり、このシリコンウエハはノズル制御
回路、インク作動用発熱体、電気相互接続用ボンディン
グパッドを支持し、インク供給用にバイアホールを提供
する。シリコン基板の上部には、ノズル、インクキャビ
ティ、及び前端インクリザーバの一部を含むポリイミド
マニホルドが、標準ホトリソグラフィ工程及び犠牲エッ
チングを用いて組み込まれる。このプリントヘッド構造
の利点は、製造方法が簡単で完全にモノリシックである
ということであり、高い歩留り及び低コストという結果
が得られる。また、ルーフシューティング配置を有する
この設計における円形ノズルは吐出効率を高め、付随す
る落下効果を最小にする。このプリントヘッドの製造方
法は大きく２つの段階に分けられる：第一段階はＣＭＯ
Ｓ回路と発熱体のシリコン基板への組み込みであり、第
二段階はポリイミドマニホルドの成形及びインク供給用
の穴を開けるためのバルクエッチングである。
【０００８】モノリシックルーフシュータープリントヘ
ッド設計に対する従来技術のアプローチが、米国特許第
5,211,806 号に開示されている。この方法によると、金
属心棒がインクチャネル及びインクマニホルドを基板表
面に作り、ノズルキャップがこの心棒に取り付けられ
る。この設計には例えばノズル密度の限界など、上記米
国特許第4,568,953 号の設計と同じ限界がある。
ッド設計に対する従来技術のアプローチが、米国特許第
5,211,806 号に開示されている。この方法によると、金
属心棒がインクチャネル及びインクマニホルドを基板表
面に作り、ノズルキャップがこの心棒に取り付けられ
る。この設計には例えばノズル密度の限界など、上記米
国特許第4,568,953 号の設計と同じ限界がある。
【０００９】ＩＥＥＥ第１０回年次マイクロ電気機械シ
ステム国際研究会の議事録 (TheProceedings of IEEE
10th Annual International Workshop on Micro
Elecro Mechanical Systems)の３１１乃至３１６頁に
おいて、１９９７年１月２６日にUSA 、48109-2212、ミ
シガン州アンアーバのミシガン大学、電気工学・コンピ
ューターサイエンス学部（Department of Electrical E
ngineering and Computer Science ）の集積センサ・回
路センター（Center for Integrated Sensors and Circ
uits）に所属するP.F. Man、 D.K. Jones 、及びC.H. M
astrangeloによってに発表された「シリコン基板上のマ
イクロ流体塑性キャピラリ： バイオ分析チップの新し
い安価な技術（Microfluidic Plastic Capillaries on
Silicon Substrates: A New Inexpensive Technology
for Bioanalysis Chips)」という論文で開示されている
もう一つの従来技術は、平面基板に可塑性のキャピラリ
を形成する製造技術を開示している。この装置は小型化
化学分析システムを構成し、インクジェットプリントヘ
ッドに必要とされる近接配置された小型のメサノズル設
計の製造を開示していない。
ステム国際研究会の議事録 (TheProceedings of IEEE
10th Annual International Workshop on Micro
Elecro Mechanical Systems)の３１１乃至３１６頁に
おいて、１９９７年１月２６日にUSA 、48109-2212、ミ
シガン州アンアーバのミシガン大学、電気工学・コンピ
ューターサイエンス学部（Department of Electrical E
ngineering and Computer Science ）の集積センサ・回
路センター（Center for Integrated Sensors and Circ
uits）に所属するP.F. Man、 D.K. Jones 、及びC.H. M
astrangeloによってに発表された「シリコン基板上のマ
イクロ流体塑性キャピラリ： バイオ分析チップの新し
い安価な技術（Microfluidic Plastic Capillaries on
Silicon Substrates: A New Inexpensive Technology
for Bioanalysis Chips)」という論文で開示されている
もう一つの従来技術は、平面基板に可塑性のキャピラリ
を形成する製造技術を開示している。この装置は小型化
化学分析システムを構成し、インクジェットプリントヘ
ッドに必要とされる近接配置された小型のメサノズル設
計の製造を開示していない。
【００１０】より詳細には、本発明は、一つの表面に少
なくとも一つの抵抗発熱体と、少なくとも前記発熱体と
入力信号源との間に接続された抵抗回路とを有するシリ
コン基板、前記抵抗器と回路の上に位置する誘電体層、
前記発熱抵抗器の上に位置する前記誘電体層の部分上に
位置する金属パッシベーション層、及び前記誘電体層の
上に位置するポリイミドインクマニホルドを有し、前記
ポリイミドマニホルドがその中に前記発熱抵抗器の上に
位置する少なくとも一つのノズルと関連インクチャネル
とを形成し、前記基板が第二面上に形成され且つ前記イ
ンクチャネルと連絡するインク注入オリフィスを有す
る、モノリシックルーフシューターサーマルインクジェ
ットプリンタに関する。
なくとも一つの抵抗発熱体と、少なくとも前記発熱体と
入力信号源との間に接続された抵抗回路とを有するシリ
コン基板、前記抵抗器と回路の上に位置する誘電体層、
前記発熱抵抗器の上に位置する前記誘電体層の部分上に
位置する金属パッシベーション層、及び前記誘電体層の
上に位置するポリイミドインクマニホルドを有し、前記
ポリイミドマニホルドがその中に前記発熱抵抗器の上に
位置する少なくとも一つのノズルと関連インクチャネル
とを形成し、前記基板が第二面上に形成され且つ前記イ
ンクチャネルと連絡するインク注入オリフィスを有す
る、モノリシックルーフシューターサーマルインクジェ
ットプリンタに関する。
【００１１】本発明はまたモノリシックサーマルインク
ジェットプリントヘッド製造方法に関し、該プリントヘ
ッドが第一面又は上部表面及び第二面又は底面を有する
シリコン基板と、前記上部表面に形成されたポリイミド
層とを有し、該ポリイミド層がインクノズルとインクマ
ニホルドを画定し、該方法が： (a) （１００）シリコン基板を提供し、(b) 前記基板を
洗浄し、(c) 加熱素子のアレイとして次に用いるため
に、基板の上部表面に抵抗物質が均等間隔で置かれた線
形アレイを複数形成し、(d) 回路が各加熱素子に電気パ
ルスで個々にアドレスすることを可能にするために、前
記上部表面に電極のパターンを付着させ、(e) 少なくと
も前記上部表面にパッシベーション誘電体層を形成し、
(f) 発熱抵抗器の上に位置する誘電体層の部分上に金属
パッシベーション層を形成し、(g) 上部表面に形成され
た誘電体層の一面にフォトレジストを塗布し、(h) 前記
フォトレジストを露光し、コーナーがあるルーフ構造を
有する複数のメサを画定し、(i) 誘電体層とメサの露出
された部分の一面に金属膜を蒸着させ、該薄膜が前記ル
ーフのコーナーの下に位置する「死」角を除いてプリン
トヘッドの主要面の主要部の全ての上に位置し、(j) ア
ルミニウム膜と前記ルーフ構造「死」角部分の上部にパ
リレン(parylene)層を被覆し、(k) 前記「死」角部分を
埋める前記パリレンを除いて前記パリレン層を除去し、
(l) アルミニウム膜及びメサを含むプリントヘッド上部
表面の一面に感光ポリイミド層を形成し、(m) ポリイミ
ド層をパターニングして、前記メサの上に位置する複数
のノズルを形成し、(n) エッチング法を用いてノズルの
下のアルミニウム膜を除去し、(o) アセトンエッチング
を用いてメサを溶解し、ノズルの下にチャネルを形成
し、(p) 基板の底面をエッチングし、前記チャネルに接
続するインク注入オリフィスを形成する、工程を有する
モノリシックサーマルインクジェットプリントヘッド製
造方法。
ジェットプリントヘッド製造方法に関し、該プリントヘ
ッドが第一面又は上部表面及び第二面又は底面を有する
シリコン基板と、前記上部表面に形成されたポリイミド
層とを有し、該ポリイミド層がインクノズルとインクマ
ニホルドを画定し、該方法が： (a) （１００）シリコン基板を提供し、(b) 前記基板を
洗浄し、(c) 加熱素子のアレイとして次に用いるため
に、基板の上部表面に抵抗物質が均等間隔で置かれた線
形アレイを複数形成し、(d) 回路が各加熱素子に電気パ
ルスで個々にアドレスすることを可能にするために、前
記上部表面に電極のパターンを付着させ、(e) 少なくと
も前記上部表面にパッシベーション誘電体層を形成し、
(f) 発熱抵抗器の上に位置する誘電体層の部分上に金属
パッシベーション層を形成し、(g) 上部表面に形成され
た誘電体層の一面にフォトレジストを塗布し、(h) 前記
フォトレジストを露光し、コーナーがあるルーフ構造を
有する複数のメサを画定し、(i) 誘電体層とメサの露出
された部分の一面に金属膜を蒸着させ、該薄膜が前記ル
ーフのコーナーの下に位置する「死」角を除いてプリン
トヘッドの主要面の主要部の全ての上に位置し、(j) ア
ルミニウム膜と前記ルーフ構造「死」角部分の上部にパ
リレン(parylene)層を被覆し、(k) 前記「死」角部分を
埋める前記パリレンを除いて前記パリレン層を除去し、
(l) アルミニウム膜及びメサを含むプリントヘッド上部
表面の一面に感光ポリイミド層を形成し、(m) ポリイミ
ド層をパターニングして、前記メサの上に位置する複数
のノズルを形成し、(n) エッチング法を用いてノズルの
下のアルミニウム膜を除去し、(o) アセトンエッチング
を用いてメサを溶解し、ノズルの下にチャネルを形成
し、(p) 基板の底面をエッチングし、前記チャネルに接
続するインク注入オリフィスを形成する、工程を有する
モノリシックサーマルインクジェットプリントヘッド製
造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１及び２を参照すると、本発明
のモノリシックルーフシュータープリントヘッド１０の
斜視図と断面図がそれぞれ示される。プリントヘッド１
０は、同時に基板として形成され、その後方法ステップ
が完了した後分離されうる複数のプリントヘッドの一つ
である。プリントヘッド１０は、その上に抵抗発熱体１
６、駆動論理回路１８、及びアドレス電極２０が形成さ
れる上面すなわち第一面１４を有する（１００）シリコ
ン基板１２を含む。 基板１２の底面すなわち第二面２４
の一部はプリント回路板２６に接着される。ポリイミド
マニホルド３０は下記に示される工程によって形成さ
れ、基板表面１４の上に位置する。マニホルド３０は複
数のノズル３２と関連インクチャネル３４を含む。イン
ク注入オリフィス３６はインクリザーバ（図示せず）と
連結し、インクフローをチャネル３４及びノズル３２に
供給する。発熱体１６はフレキシブルシリコンリボンケ
ーブル４０を介し、電極３８を通じて図示しない電源に
より選択的に電流パルスを供給される。ケーブル４０の
もう一端は、その上に導線４２が形成される回路板２６
の表面上で支持される。導線４２はホストコンピュータ
ーのような入力信号源に接続される。入力信号は次にリ
ボンケーブル４０を介して駆動回路１８に送信され、発
熱体１６のパルス（加熱）を提供する。
のモノリシックルーフシュータープリントヘッド１０の
斜視図と断面図がそれぞれ示される。プリントヘッド１
０は、同時に基板として形成され、その後方法ステップ
が完了した後分離されうる複数のプリントヘッドの一つ
である。プリントヘッド１０は、その上に抵抗発熱体１
６、駆動論理回路１８、及びアドレス電極２０が形成さ
れる上面すなわち第一面１４を有する（１００）シリコ
ン基板１２を含む。 基板１２の底面すなわち第二面２４
の一部はプリント回路板２６に接着される。ポリイミド
マニホルド３０は下記に示される工程によって形成さ
れ、基板表面１４の上に位置する。マニホルド３０は複
数のノズル３２と関連インクチャネル３４を含む。イン
ク注入オリフィス３６はインクリザーバ（図示せず）と
連結し、インクフローをチャネル３４及びノズル３２に
供給する。発熱体１６はフレキシブルシリコンリボンケ
ーブル４０を介し、電極３８を通じて図示しない電源に
より選択的に電流パルスを供給される。ケーブル４０の
もう一端は、その上に導線４２が形成される回路板２６
の表面上で支持される。導線４２はホストコンピュータ
ーのような入力信号源に接続される。入力信号は次にリ
ボンケーブル４０を介して駆動回路１８に送信され、発
熱体１６のパルス（加熱）を提供する。
【００１３】ここで図３及至８を参照すると、図１及び
２のプリントヘッドの断面図が示される。本発明の方法
により複数の接近配置されているノズルが製造されうる
ことが理解されるが、一つのノズル（のみ）が各図に示
されている。基板１２をまずアセトンとＩＰＡ（イソプ
ロピルアルコール）で洗浄する。ＣＭＯＳ回路と発熱体
１６を次に一般のＭＯＳ回路で形成する。ＣＶＤ（化学
蒸着）酸化物層５０を基板１２の上面１４上に形成し、
ＣＭＯＳ回路１８と発熱体１６を不動態化する。発熱体
をインクの泡の衝動から守るために酸化物層５０の一部
の上に、好適な実施の形態ではタンタル膜５１である薄
い金属パッシベーション層をスパッタリングし、パター
ニングする。ＡＺ 4620 のようなフォトレジストを次に
シリコンウエハの上にスピン（回転して広げる）し、２
０μの厚さの層を形成する。ソフトベークの後、フォト
レジストを位置合わせし、露光し、現像し、そしてリン
ス（すすぐ）してインクのキャビティやリザーバを画定
する役割をするおよそ２０μの高さのメサ５２を形成す
る。これらのメサはおよそ４μだけ隔てられており、ウ
エットエッチングを用いて最終段階で犠牲的に除去され
る。
２のプリントヘッドの断面図が示される。本発明の方法
により複数の接近配置されているノズルが製造されうる
ことが理解されるが、一つのノズル（のみ）が各図に示
されている。基板１２をまずアセトンとＩＰＡ（イソプ
ロピルアルコール）で洗浄する。ＣＭＯＳ回路と発熱体
１６を次に一般のＭＯＳ回路で形成する。ＣＶＤ（化学
蒸着）酸化物層５０を基板１２の上面１４上に形成し、
ＣＭＯＳ回路１８と発熱体１６を不動態化する。発熱体
をインクの泡の衝動から守るために酸化物層５０の一部
の上に、好適な実施の形態ではタンタル膜５１である薄
い金属パッシベーション層をスパッタリングし、パター
ニングする。ＡＺ 4620 のようなフォトレジストを次に
シリコンウエハの上にスピン（回転して広げる）し、２
０μの厚さの層を形成する。ソフトベークの後、フォト
レジストを位置合わせし、露光し、現像し、そしてリン
ス（すすぐ）してインクのキャビティやリザーバを画定
する役割をするおよそ２０μの高さのメサ５２を形成す
る。これらのメサはおよそ４μだけ隔てられており、ウ
エットエッチングを用いて最終段階で犠牲的に除去され
る。
【００１４】ここで図４を参照すると、ポリイミド層３
０とその下にあるフォトレジストが混合するのを防ぐた
めに、1000オングストロングの厚さのアルミウム膜５６
を界面層としてスパッタリングする。図３に示されるよ
うに、メサ５２の上部にはコーナー５８がある。ルーフ
のコーナーの下の空間は「死」 角であり、アルミニウム
をスパッタリングすることが難しい。その結果、アルミ
ニウム膜はルーフのコーナーで遮断され、切れ目５８Ａ
を形成する。切れ目５８Ａを埋めるために、図５に示さ
れるようにパリレン層６０を薄膜５６の上にコンフォー
マルに被覆し、それによりコーナー５８及び切れ目５８
Ａを埋める。パリレンは次に塗布されるポリイミド層と
シリコン基板との間に強い密着性を提供しないので、次
に層６０をルーフのコーナー５８内に位置している小区
分６０Ａを除いて除去する (図６参照）。パリレン除去
は、好適には酸素プラズマ非マスキングドライエッチン
グ工程で達成される。ルーフのコーナーの下のパリレン
区分６０Ａはルーフの構造によって遮蔽されているの
で、その区分は腐食されないが、層６０の残部は酸素プ
ラズマで直接ボンバード（衝撃）され、完全に除去され
る。
０とその下にあるフォトレジストが混合するのを防ぐた
めに、1000オングストロングの厚さのアルミウム膜５６
を界面層としてスパッタリングする。図３に示されるよ
うに、メサ５２の上部にはコーナー５８がある。ルーフ
のコーナーの下の空間は「死」 角であり、アルミニウム
をスパッタリングすることが難しい。その結果、アルミ
ニウム膜はルーフのコーナーで遮断され、切れ目５８Ａ
を形成する。切れ目５８Ａを埋めるために、図５に示さ
れるようにパリレン層６０を薄膜５６の上にコンフォー
マルに被覆し、それによりコーナー５８及び切れ目５８
Ａを埋める。パリレンは次に塗布されるポリイミド層と
シリコン基板との間に強い密着性を提供しないので、次
に層６０をルーフのコーナー５８内に位置している小区
分６０Ａを除いて除去する (図６参照）。パリレン除去
は、好適には酸素プラズマ非マスキングドライエッチン
グ工程で達成される。ルーフのコーナーの下のパリレン
区分６０Ａはルーフの構造によって遮蔽されているの
で、その区分は腐食されないが、層６０の残部は酸素プ
ラズマで直接ボンバード（衝撃）され、完全に除去され
る。
【００１５】図７は構造体全体の上でスピンされる３０
μの厚さの感光ポリイミド層３０の形成を示している。
ポリイミドを次にホトリソグラフィ工程を用いてパター
ニングし、ノズル３２を形成する。ノズルの下のアルミ
ニウム薄膜５６をウエット又はドライエッチング用いて
除去し、メサ５２を露出する。次にメサをアセトンエッ
チングを用いて溶解し、図８に示すようにノズル３２の
下にインクキャビティ３４を形成する。
μの厚さの感光ポリイミド層３０の形成を示している。
ポリイミドを次にホトリソグラフィ工程を用いてパター
ニングし、ノズル３２を形成する。ノズルの下のアルミ
ニウム薄膜５６をウエット又はドライエッチング用いて
除去し、メサ５２を露出する。次にメサをアセトンエッ
チングを用いて溶解し、図８に示すようにノズル３２の
下にインクキャビティ３４を形成する。
【００１６】インク注入オリフィス３６を図２に示され
るように、基板１２の底面からＫＯＨ又はＥＤＰ（エチ
レンジアミンピロカテコール）を用いてエッチングし、
完全なプリントヘッドを形成する。
るように、基板１２の底面からＫＯＨ又はＥＤＰ（エチ
レンジアミンピロカテコール）を用いてエッチングし、
完全なプリントヘッドを形成する。
【００１７】図９は上記の工程で製造される実際のポリ
イミドノズルアレイのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真
を再現している。ノズル３２の各々の直径は３０μであ
り、各ノズルの離隔距離は１０μで、このプリントヘッ
ドにより記録媒体上に形成される像の解像力が６３０ｄ
ｐｉという結果となる。この方法では、ノズル間の離隔
距離をわずか５μとすることが可能である。
イミドノズルアレイのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真
を再現している。ノズル３２の各々の直径は３０μであ
り、各ノズルの離隔距離は１０μで、このプリントヘッ
ドにより記録媒体上に形成される像の解像力が６３０ｄ
ｐｉという結果となる。この方法では、ノズル間の離隔
距離をわずか５μとすることが可能である。
【００１８】本明細書で開示された実施例は好適なもの
だが、この開示内容から、種々の別の形態、変更、変
形、改良が当業者によってなされることがあっても、そ
れらは請求項に含まれるものであることが理解されるだ
ろう。
だが、この開示内容から、種々の別の形態、変更、変
形、改良が当業者によってなされることがあっても、そ
れらは請求項に含まれるものであることが理解されるだ
ろう。
【図１】本発明のモノリシックプリントヘッドの平面斜
視図である。
視図である。
【図２】図１の線２−２についての断面図である。
【図３】製造方法中のプリントヘッドの断面図である。
【図４】製造方法中のプリントヘッドの断面図である。
【図５】製造方法中のプリントヘッドの断面図である。
【図６】製造方法中のプリントヘッドの断面図である。
【図７】製造方法中のプリントヘッドの断面図である。
【図８】製造方法中のプリントヘッドの断面図である。
【図９】図３乃至８に関連して説明される方法ステップ
により作成される、ノズルアレイのＳＥＭ写真の線画図
面を示したものである。
により作成される、ノズルアレイのＳＥＭ写真の線画図
面を示したものである。
１２ シリコン基板 １６ 発熱体 ３０ ポリイミドマニホルド ３２ ノズル ３４ インクチャネル ３６ インク注入オリフィス ５２ メサ ６０ パリレン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビアイーチェン ツェイ アメリカ合衆国 14534 ニューヨーク州 ピッツフォード サドルブルック ロー ド 11
Claims (3)
- 【請求項１】 モノリシックサーマルインクジェットプ
リントヘッドを製造する方法であって、該プリントヘッ
ドが第一面又は上部表面及び第二面又は底面を有するシ
リコン基板と、前記上部表面に形成されたポリイミド層
とを有し、該ポリイミド層がインクノズルとインクマニ
ホルドを画定し、該方法が： (a) （１００）シリコン基板を提供し、 (b) 前記基板を洗浄し、 (c) 加熱素子のアレイとして次に用いるために、基板の
上部表面に抵抗物質が均等間隔で置かれた線形アレイを
複数形成し、 (d) 回路が各加熱素子に電気パルスで個々にアドレスす
ることを可能にするために、前記上部表面に電極のパタ
ーンを付着させ、 (e) 少なくとも前記上部表面にパッシベーション誘電体
層を形成し、 (f) 発熱抵抗器の上に位置する誘電体層の部分上に金属
パッシベーション層を形成し、 (g) 上部表面に形成された誘電体層の一面にフォトレジ
ストを塗布し、 (h) 前記フォトレジストを露光し、コーナーがあるルー
フ構造を有する複数のメサを画定し、 (i) 誘電体層とメサの露出された部分の一面に金属膜を
蒸着させ、該薄膜が前記ルーフのコーナーの下に位置す
る「死」角を除いてプリントヘッドの主要面の主要部の
全ての上に位置し、 (j) アルミニウム膜と前記ルーフ構造「死」角部分の上
部にパリレン層を被覆し、 (k) 前記「死」角部分を埋める前記パリレンを除いて前
記パリレン層を除去し、 (l) アルミニウム膜及びメサを含むプリントヘッド上部
表面の一面に感光ポリイミド層を形成し、 (m) ポリイミド層をパターニングして、前記メサの上に
位置する複数のノズルを形成し、 (n) エッチング法を用いてノズルの下のアルミニウム膜
を除去し、 (o) アセトンエッチングを用いてメサを溶解し、ノズル
の下にチャネルを形成し、 (p) 基板の底面をエッチングし、前記チャネルに接続す
るインク注入オリフィスを形成する、 工程を有するモノリシックサーマルインクジェットプリ
ントヘッドの製造方法。 - 【請求項２】 上部第一面に形成された複数の抵抗器及
びアドレス論理回路を有する（１００）シリコン基板、 上部表面に形成された誘電体パッシベーション層、 発熱抵抗器の上に位置する誘電体層の部分上に形成され
た金属パッシベーション層、 上部表面に形成され、前記複数の抵抗器とアドレス論理
回路の上に位置するポリイミド層、 前記誘電体層に接着されるポリイミド層であって、イン
ク供給チャネルに接続する複数のノズルを画定するよう
パターニングされた前記ポリイミド層、及び基板の底又
は第二面に形成されたインク注入オリフィスを有し、該
オリフィスが前記インク供給チャネルと連絡し、前記ノ
ズルがおよそ３０μの直径及びおよそ１０μの離隔距離
で形成された、 インクジェットプリンタにおける、ルーフシューターモ
ノリシックサ−マルインクジェットプリントヘッド。 - 【請求項３】 一つの表面に少なくとも一つの抵抗発熱
体と、少なくとも前記発熱体と入力信号源との間に接続
された抵抗回路とを有するシリコン基板、 前記抵抗器と回路の上に位置する誘電体層、 前記抵抗器の上に位置する前記誘電体層の部分上に位置
するパッシベーション金属層、及び前記誘電体層の上に
位置するポリイミドインクマニホルドを有し、前記ポリ
イミドマニホルドがその中に前記発熱抵抗器の上に位置
する少なくとも一つのノズルと関連インクチャネルとを
形成し、前記基板が第二面に形成され且つ前記インクチ
ャネルと連絡するインク注入オリフィスを有する、 モノリシックルーフシューターサーマルインクジェット
プリンタ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/905,759 US6022482A (en) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | Monolithic ink jet printhead |
| US905759 | 1997-08-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1170661A true JPH1170661A (ja) | 1999-03-16 |
| JP4226691B2 JP4226691B2 (ja) | 2009-02-18 |
Family
ID=25421419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19876198A Expired - Fee Related JP4226691B2 (ja) | 1997-08-04 | 1998-07-14 | モノリシックサーマルインクジェットプリントヘッドの製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6022482A (ja) |
| EP (1) | EP0895865A3 (ja) |
| JP (1) | JP4226691B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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