KR20030024672A - Method of manufacture of an ink jet printhead having a moving nozzle with an externally arranged actuator - Google Patents

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KR20030024672A
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키아 실버브룩
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실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/22Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/23Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material using print wires
    • B41J2/235Print head assemblies

Abstract

잉크젯 프린트헤드의 제조방법은 기판을 공급하는 단계를 포함한다. 상기 기판 상에 각 노즐 어셈블리(24)의 노즐(22)의 노즐개구(24)와 소통하는 노즐 챔버(34)를 구비한 노즐 어셈블리 어레이(10)가 만들어진다. 상기 각 어셈블리(10)의 노즐(22)은 필요시 잉크 분사를 행하기 위해 기판(16)에 대하여 상대적으로 변위가능하고, 상기 노즐 어셈블리(10)는, 상기 노즐(22)의 변위를 조절하기 위해 상기 노즐(22)에 연결되고 상기 챔버(34)의 외부에 배열된 엑츄에이터(28)를 포함한다.The method of manufacturing an inkjet printhead includes supplying a substrate. A nozzle assembly array 10 is provided on the substrate having a nozzle chamber 34 in communication with the nozzle opening 24 of the nozzle 22 of each nozzle assembly 24. The nozzles 22 of each assembly 10 are relatively displaceable relative to the substrate 16 to effect ink jetting if necessary, and the nozzle assembly 10 is adapted to adjust the displacement of the nozzle 22. And an actuator 28 connected to the nozzle 22 and arranged outside of the chamber 34.

Description

외부에 배열된 엑츄에이터를 가진 이동 노즐을 구비한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURE OF AN INK JET PRINTHEAD HAVING A MOVING NOZZLE WITH AN EXTERNALLY ARRANGED ACTUATOR}Manufacturing method of an inkjet printhead having a moving nozzle having an actuator arranged on the outside

함께 출원 중인 미국 특허출원 제09/112,835호는 움직이는 노즐의 제조방법을 개괄적으로 개시하고 있다. 그러한 이동 노즐 장치는 상기 이동 노즐을 변위시켜 잉크 분사를 가져오기 위해, 자기반응장치(magnetically responsive device)에 의해 작동된다.Co-pending US patent application Ser. No. 09 / 112,835 discloses a method for manufacturing a moving nozzle. Such a moving nozzle device is operated by a magnetically responsive device to displace the moving nozzle to produce ink ejection.

이러한 장치에 있어서의 문제점은 상기 장치의 파트들은 상기 엑츄에이터 부위로 잉크가 스며드는 것을 방지하기 위해 소수성 처리(hydrophobic treatment)가 요구된다는 점이다.A problem with such a device is that parts of the device require hydrophobic treatment to prevent ink from seeping into the actuator site.

소수성 처리의 필요가 없어지는 이동 노즐 형태의 제조방법이 제안된다.A manufacturing method in the form of a moving nozzle is proposed which eliminates the need for hydrophobic treatment.

본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 외부에 배열된 엑츄에이터를 가진 이동 노즐을 구비한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inkjet printhead. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing an inkjet printhead having a moving nozzle having an actuator arranged externally.

(함께 출원 중인 출원서들)(Applications pending together)

본 발명관 연관된 다양한 방법 및 시스템과 장치는, 본 출원인 또는 승계인에 의해 본 출원과 함께 동시에 출원된 다음의 출원서에 개시되어 있다.Various methods, systems and apparatuses associated with the present invention are disclosed in the following applications filed concurrently with the present application by the applicant or successor.

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함께 출원된 상기 출원서들에 개시된 내용은 교차 참조에 의해 여기에 포함된다.The contents disclosed in the above-listed applications are hereby incorporated by reference.

첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 예를 들면서 설명한다.With reference to the accompanying drawings, the present invention will be described by way of example.

도 1은, 잉크젯 프린트헤드용 노즐 어셈블리의 삼차원 개략도이다.1 is a three-dimensional schematic diagram of a nozzle assembly for an inkjet printhead.

도 2 내지 도 4는, 도 1의 노즐 어셈블리의 작동을 설명하기 위한 삼차원 도개략도이다.2 to 4 are three-dimensional schematic diagrams for explaining the operation of the nozzle assembly of FIG.

도 5는, 잉크젯 프린트헤드를 구성하는 본 발명에 따른 노즐 어레이의 삼차원도이다.5 is a three-dimensional view of the nozzle array according to the present invention constituting the inkjet printhead.

도 6은, 도 5의 어레이 일부의 확대도이다.6 is an enlarged view of a portion of the array of FIG. 5.

도 7은, 노즐 보호수단을 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 삼차원도이다.7 is a three-dimensional view of an inkjet printhead including nozzle protection means.

도 8a 내지 도 8r은, 잉크젯 프린트헤드의 노즐 어셈블리의 제작단계를 삼차원으로 보여준다.8A to 8R show three-dimensionally the manufacturing steps of the nozzle assembly of the inkjet printhead.

도 9a 내지 도 9r은, 상기 제작단계의 측단면도이다.9A to 9R are side cross-sectional views of the fabrication step.

도 10a 내지 도 10k는, 상기 제작공정의 다양한 단계에 사용되는 마스크의 레이아웃을 나타낸다.10A to 10K show the layout of a mask used in various stages of the fabrication process.

도 11a 내지 도 11c는, 도 8 및 도 9의 방법에 따라 제작된 노즐 어셈블리의 작동의 삼차원도이다.11A-11C are three-dimensional views of the operation of a nozzle assembly fabricated in accordance with the method of FIGS. 8 and 9.

도 12a 내지 도 12c는, 도 8 및 도 9의 방법에 따라 제작된 상기 노즐 어셈블리의 작동의 측단면도이다.12A-12C are side cross-sectional views of the operation of the nozzle assembly fabricated in accordance with the method of FIGS. 8 and 9.

본 발명에 따르면, 잉크젯 프린트헤드의 제조방법이 제공되는 데, 상기 방법은,According to the present invention, there is provided a method of manufacturing an inkjet printhead, the method comprising:

기판을 공급하는 단계와;Supplying a substrate;

상기 기판 상에 각 노즐 어셈블리의 노즐의 노즐개구와 소통하는 노즐 챔버를 구비한 노즐 어셈블리 어레이를 만드는 단계를 포함하는 데, 상기 각 어셈블리의 노즐은 필요시 잉크 분사를 행하기 위해 기판에 대하여 상대적으로 변위가능하고, 상기 노즐 어셈블리는, 상기 노즐의 변위를 조절하기 위해 상기 노즐에 연결되고 상기 챔버의 외부에 배열된 엑츄에이터를 포함한다.Making a nozzle assembly array having a nozzle chamber on said substrate, said nozzle assembly having a nozzle chamber in communication with the nozzle opening of the nozzle of each nozzle assembly, wherein the nozzles of each assembly are relatively relative to the substrate to effect ink ejection if necessary. Displaceable, the nozzle assembly includes an actuator connected to the nozzle and arranged outside of the chamber to adjust the displacement of the nozzle.

본 명세서에서, "노즐"이란 용어는 개구(opening) 그 자체가 아니라 개구를 형성하는 구성요소로서 이해되어야 한다.In the present specification, the term "nozzle" is to be understood as the component forming the opening, not the opening itself.

바람직하게는, 상기 방법은 평평한 모놀리스식 증착(planar monolithic deposition)과, 석판인쇄(lithographic) 및 에칭 공정(etching process)을 사용하여 상기 어레이를 만드는 것을 포함한다.Preferably, the method comprises making the array using planar monolithic deposition, lithographic and etching processes.

또한, 상기 방법은 상기 기판 상에 동시에 다중 프린트헤드를 형성하는 것을 포함할 수 있다.The method may also include forming multiple printheads simultaneously on the substrate.

상기 방법은, 상기 기판 상에 집적 구동 전자부품을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 집적 구동 전자부품은 CMOS 제작과정을 사용하여 형성될 수 있다.The method may include forming an integrated drive electronic component on the substrate. The integrated driving electronic component may be formed using a CMOS fabrication process.

상기 방법은, 상기 노즐의 한 부분으로 상기 챔버를 형성하는 벽의 제1 파트와, 상기 챔버로부터 잉크의 누설을 억제하면서 상기 기판으로부터 연장되는 억제수단으로 상기 벽의 제2 파트를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 방법은 증착(deposition)과 에칭 공정에 의해 상기 기판으로부터 연장되는 억제수단을 형성하는 것을 포함할 수 있다.The method includes forming a second part of the wall with a first part of the wall forming the chamber with a portion of the nozzle and suppression means extending from the substrate while suppressing leakage of ink from the chamber. can do. More specifically, the method may include forming suppression means extending from the substrate by deposition and etching processes.

상기 방법은, 상기 노즐이 상기 엑츄에이터에 대해 캔틸레버(cantilever)되도록 아암에 의해 상기 노즐과 상기 엑츄에이터를 상호 연결하는 것을 포함할 수 있다.The method may comprise interconnecting the nozzle and the actuator by an arm such that the nozzle cantilever with respect to the actuator.

상기 엑츄에이터는 열 벤드 엑츄에이터(thermal bend actuator)이고, 상기 방법은, 하나는 능동빔(active beam)이고 다른 하나는 수동빔(passive beam)인, 적어도 두 개의 빔으로 상기 엑츄에이터를 형성하는 것을 포함할 수 있다. "능동"빔은 상기 능동빔의 열적팽창을 가져오기 위해, 전류가 상기 능동빔을 관통하여 흐르도록 야기되는 것을 의미한다. 반대로, "수동"빔은 전류가 흐르지 않아, 사용 중에, 상기 능동빔의 굽힘을 용이하게 하는 데 기여한다.The actuator is a thermal bend actuator, and the method includes forming the actuator with at least two beams, one of which is an active beam and the other of which is a passive beam. Can be. By "active" beam is meant that an electric current is caused to flow through the active beam to bring about thermal expansion of the active beam. In contrast, "passive" beams do not flow current, contributing to facilitating bending of the active beam during use.

우선, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 노즐 어셈블리는 일반적으로 참조부호 10으로 표시되어 있다. 잉크젯 프린트헤드는 실리콘 기판(16) 상의 잉크 어레이 (array)(14)(도 5 및 도 6)에 배열되어 있는 복수의 노즐 어셈블리(10)를 구비하고있다. 상기 어레이(14)는 아래에서 자세히 기술될 것이다.First, referring to FIG. 1, a nozzle assembly according to the present invention is generally indicated with reference 10. The inkjet printhead has a plurality of nozzle assemblies 10 arranged in an ink array 14 (FIGS. 5 and 6) on a silicon substrate 16. The array 14 will be described in detail below.

상기 어셈블리(10)는, 유전체층(dielectric layer)(18)이 침적된 실리콘 기판 또는 웨이퍼(wafer)(16)를 포함한다.The assembly 10 includes a silicon substrate or wafer 16 on which a dielectric layer 18 is deposited.

각 노즐 어셈블리(12)는 노즐개구(24)를 형성하는 노즐(22)과, 레버아암 (lever arm)(26) 형태의 연결부재와, 엑츄에이터(actuator)(28)를 포함한다. 상기 레버아암(26)은 상기 엑츄에이터(28)를 상기 노즐(22)에 연결한다.Each nozzle assembly 12 includes a nozzle 22 forming a nozzle opening 24, a connecting member in the form of a lever arm 26, and an actuator 28. The lever arm 26 connects the actuator 28 to the nozzle 22.

도 2 내지 도 4에 보다 자세히 도시된 바와 같이, 상기 노즐(22)은 스커트부 (skirt portion)(32)를 가진 크라운부(30)를 포함하는 데, 상기 스커트부(32)는 상기 크라운부(crown portion)(30)로부터 늘어져 있다. 상기 스커트부(32)는 노즐 챔버(34)(도 2 내지 도 4)의 둘레벽의 한 부분을 이룬다. 상기 노즐 개구(24)는 상기 노즐 챔버(34)와 유체가 흐르도록 연결된다. 상기 노즐 개구(24)는, 상기 노즐 챔버(34) 내의 잉크 덩어리(40)의 메니스커스(meniscus)(38)(도 2)를 "구속하는" 상승림(raised rim)(36)에 의해 둘러싸여지는 점을 주목해야 한다.As shown in more detail in FIGS. 2 to 4, the nozzle 22 includes a crown portion 30 having a skirt portion 32, wherein the skirt portion 32 is the crown portion. It hangs from the (crown portion) 30. The skirt portion 32 forms part of the circumferential wall of the nozzle chamber 34 (FIGS. 2-4). The nozzle opening 24 is connected to the nozzle chamber 34 so that the fluid flows. The nozzle opening 24 is formed by a raised rim 36 that “constrains” the meniscus 38 (FIG. 2) of the ink mass 40 in the nozzle chamber 34. Note that it is surrounded.

잉크 입구 구멍(42)(도 6에 가장 명확하게 도시되어 있음)은 상기 노즐 챔버 (34)의 바닥(46)에 형성된다. 상기 구멍(42)은 상기 기판(16)을 관통하여 형성된 잉크 입구 채널(48)과 유체가 흐르도록 연결된다.An ink inlet hole 42 (shown most clearly in FIG. 6) is formed in the bottom 46 of the nozzle chamber 34. The hole 42 is connected to the fluid and the ink inlet channel 48 formed through the substrate 16.

벽부분(50)은 상기 구멍(42)의 경계를 설정하고, 상기 바닥(46)으로부터 위쪽으로 연장된다. 상기에서 나타낸 바와 같이, 상기 노즐(22)의 스커트부(32)는 상기 노즐 챔버(34)의 둘레벽의 제1 파트를 형성하고, 상기 벽부분(50)은 상기 노즐 챔버(34)의 둘레벽의 제2 파트를 형성한다.The wall portion 50 delimits the hole 42 and extends upwardly from the bottom 46. As indicated above, the skirt portion 32 of the nozzle 22 forms the first part of the circumferential wall of the nozzle chamber 34, and the wall portion 50 is the circumferential wall of the nozzle chamber 34. To form the second part.

상기 벽(50)은, 그 자유단부(free end)에 안쪽으로 향하는 립(lip)(52)을 구비하는 데, 상기 립(52)은 상기 노즐(22)이 배치될 때, 잉크의 누설을 방지하는 유체 실(seal)로서 작용하며, 하기에서 좀 더 자세히 설명될 것이다. 상기 잉크(40)의 점성과, 상기 립(52)과 상기 스커트부(32) 사이의 좁은 공간때문에, 안쪽으로 향하는 상기 립(52)과 표면장력이, 상기 노즐챔버(34)로부터의 잉크의 누설을 방지하는 효과적인 실로서 작용한다는 점이 충분히 인식될 것이다.The wall 50 has a lip 52 facing inward at its free end, which, when the nozzle 22 is disposed, prevents leakage of ink. Acts as a fluid seal to prevent and will be described in more detail below. Due to the viscosity of the ink 40 and the narrow space between the lip 52 and the skirt portion 32, the lip 52 and the surface tension facing inwardly may cause the ink from the nozzle chamber 34 to be absorbed. It will be appreciated that it acts as an effective seal to prevent leakage.

상기 엑츄에이터(28)는 열벤드(thermal bend) 엑츄에이터이고, 상기 기판 (16) 또는, 특히 상기 CMOS 부동태층(passivation layer)(20)으로부터 상향으로 뻗어있는 앵커(anchor)(54)에 연결되어 있다. 상기 앵커(54)는 상기 엑츄에이터(28)와 전기적 연결을 형성하는 전도성 패드(conductive pad)(56)에 장착되어 있다.The actuator 28 is a thermal bend actuator and is connected to an anchor 54 extending upward from the substrate 16 or, in particular, the CMOS passivation layer 20. . The anchor 54 is mounted to a conductive pad 56 that forms an electrical connection with the actuator 28.

상기 엑츄에이터(28)는 수동 제2빔(60) 상에 배열되어 있는 능동 제1빔(58)을 포함한다. 실시예에서는, 양 빔(58, 60)은 질산 티타늄(TiN) 같은 전도성 세라믹 물질로 구성되거나, 질산 티타늄(TiN) 같은 전도성 세라믹 물질을 포함한다.The actuator 28 includes an active first beam 58 arranged on the passive second beam 60. In an embodiment, both beams 58, 60 are composed of a conductive ceramic material such as titanium nitrate (TiN) or include a conductive ceramic material such as titanium nitrate (TiN).

양 빔(58, 60)은 상기 앵커(54)에 고정된 제1 단부와, 상기 아암(26)에 연결된 반대 단부를 구비한다. 전류가 상기 능동빔(58)을 관통하여 흐르도록 야기될 경우, 상기 빔(58)의 열팽창이 발생한다. 전류흐름이 없는 상기 수동빔(60)은 동일 비율로 팽창하지 않으므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 굽힘 모멘트(bending moment)가 발생하여 상기 아암(26)과 상기 노즐(22)이 상기 기판(16)을 향하여 아래로 변위된다. 이것은 도 3의 62에 도시된 바와 같이, 상기 노즐 개구(24)를 통하여 잉크의 분사를 야기한다. 전류의 흐름을 차단하여, 상기 능동빔(58)으로부터 열원(heat source)이 제거될 때, 상기 노즐(22)은 도 4에 도시된 바와 같이, 정지위치로 되돌아간다. 상기 노즐(22)이 정지위치로 되돌아갈 때, 도 4의 66에 도시된 바와 같이, 잉크 방울의 목부분(neck)이 절단되어 잉크 방울(64)이 형성된다. 상기 잉크 방울(64)은 종이와 같은 프린트 매체로 이동한다. 상기 잉크 방울(64)이 형성된 결과, 도 4의 68로 도시된 바와 같이, "마이너스" 메니스커스가 형성된다. 상기 "마이너스" 메니스커스(68)는, 상기 노즐 어셈블리(10)로부터 다음 잉크 방울의 분사를 위해 새로운 메니스커스(38)(도 2)가 즉시 형성되도록 상기 노즐 챔버(34)로 잉크(40)가 흘러 들어가도록 한다.Both beams 58, 60 have a first end fixed to the anchor 54 and an opposite end connected to the arm 26. When a current is caused to flow through the active beam 58, thermal expansion of the beam 58 occurs. Since the passive beam 60 without current flow does not expand at the same rate, as shown in FIG. 3, a bending moment occurs so that the arm 26 and the nozzle 22 are connected to the substrate. Displaced downward toward 16). This causes the ejection of ink through the nozzle opening 24, as shown at 62 in FIG. When the heat source is removed from the active beam 58 by blocking the flow of current, the nozzle 22 returns to the stop position, as shown in FIG. When the nozzle 22 returns to the stop position, as shown at 66 in FIG. 4, the neck of the ink drop is cut to form the ink drop 64. FIG. The ink droplets 64 travel to a print medium such as paper. As a result of the formation of the ink droplet 64, as shown by 68 of FIG. 4, a "minus" meniscus is formed. The “minus” meniscus 68 draws ink into the nozzle chamber 34 such that a new meniscus 38 (FIG. 2) is immediately formed for the next ejection of ink droplets from the nozzle assembly 10. 40) flows in.

도 5와 도 6를 참조하여, 상기 노즐 어레이(14)를 더욱 상세히 설명한다. 상기 어레이(14)는 4색 프린트헤드를 위한 것이다. 따라서, 상기 어레이(14)는 4그룹 (70)의 노즐 어셈블리를 포함하는 데, 각 그룹은 개개의 색을 위한 것이다. 각 그룹(70)은 2열(72, 74)로 배열된 노즐 어셈블리(10)를 구비한다. 각 그룹(70) 중의 하나가 도 6에 좀 더 자세히 도시되어 있다.5 and 6, the nozzle array 14 will be described in more detail. The array 14 is for a four color printhead. Thus, the array 14 comprises four groups of nozzle assemblies, each group for a separate color. Each group 70 has a nozzle assembly 10 arranged in two rows 72, 74. One of each group 70 is shown in more detail in FIG. 6.

상기 열 72, 74에서 상기 노즐 어셈블리(10)의 밀집패킹(close packing)을 용이하게 하기 위해, 상기 열 74의 노즐 어셈블리(10)는 상기 열 72의 노즐 어셈블리(10)에 대해 오프셋(offset)되거나 엇갈리게 배치되어 있다. 또한, 상기 열 72의 노즐 어셈블리(10)는, 상기 열 74의 노즐 어셈블리(10)의 레버 아암(26)이 상기 열 72의 어셈블리(10)의 인접하는 노즐(22) 사이로 지나도록 하기 위해 서로 충분히 떨어져 있다. 열 72의 노즐(22)이, 상기 노즐(22)과 상기 열 74의 인접하는 노즐 어셈블리(10)의 상기 엑츄에이터(28) 사이에 자리잡도록, 각 노즐 어셈블리(10)는거의 덤벨(dumbbell) 형상으로 되어 있다는 점에 주목해야 한다.In order to facilitate close packing of the nozzle assembly 10 in rows 72 and 74, the nozzle assembly 10 in row 74 is offset relative to the nozzle assembly 10 in row 72. Or staggered. In addition, the nozzle assemblies 10 in row 72 are mutually connected so that the lever arms 26 of the nozzle assemblies 10 in row 74 pass between adjacent nozzles 22 of the assembly 10 in row 72. Far enough away. Each nozzle assembly 10 is nearly dumbbell shaped such that the nozzles 22 in row 72 are positioned between the nozzles 22 and the actuators 28 of adjacent nozzle assemblies 10 in row 74. It should be noted that

또한, 열 72와 74의 상기 노즐(22)의 밀집패킹을 용이하게 하기 위해, 각 노즐(22)은 거의 육각형 형상으로 되어 있다.Further, in order to facilitate the dense packing of the nozzles 22 in rows 72 and 74, each nozzle 22 has a substantially hexagonal shape.

상기 노즐(22)이 상기 기판(16) 쪽으로 변위될 때, 상기 노즐 개구(24)는 상기 노즐 챔버(34)에 대해 약간의 각도를 이루기 때문에, 잉크는 수직으로부터 약간 벗어나서 분사된다는 점이 충분히 인식될 것이다. 상기 열 72와 74의 노즐 어셈블리의 엑츄에이터(28)가 상기 열 72와 74의 한쪽, 즉 동일 방향으로 펼쳐있다는 점은 도 5와 도 6에 도시된 배열의 장점이다. 그러므로, 상기 잉크는 상기 열 72의 노즐(22)로부터 분사되고, 상기 열 74의 노즐(22)로부터 분사된 잉크는 서로 동일 각도로 오프셋되어, 프린트 품질을 증가시킨다.It will be sufficiently appreciated that when the nozzle 22 is displaced towards the substrate 16, the ink is ejected slightly off the vertical, because the nozzle opening 24 makes a slight angle to the nozzle chamber 34. will be. It is an advantage of the arrangements shown in FIGS. 5 and 6 that the actuators 28 of the nozzle assemblies of rows 72 and 74 extend in one side, ie in the same direction, of rows 72 and 74. Therefore, the ink is ejected from the nozzle 22 in the row 72, and the ink ejected from the nozzle 22 in the row 74 are offset at the same angle with each other, thereby increasing the print quality.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(16)은 그 위에 배열된 본드 패드(bond pad)(76)를 구비하는 데, 상기 본드 패드(76)는 상기 패드(56)를 경유하여, 상기 노즐 어셈블리(10)의 엑츄에이터(28)에 전기적 연결을 제공한다. 이러한 전기적 연결은 상기 CMOS 층(미도시)에 의해 형성된다.In addition, as shown in FIG. 5, the substrate 16 has a bond pad 76 arranged thereon, the bond pad 76 via the pad 56, An electrical connection is provided to the actuator 28 of the nozzle assembly 10. This electrical connection is formed by the CMOS layer (not shown).

도 7를 참조하여, 본 발명의 전개된 모습이 도시된다. 이전의 도면들과 관련하여, 별도로 명시하지 않는 한, 동일 참조부호는 동일 부품을 나타낸다.Referring to Fig. 7, an expanded view of the present invention is shown. With reference to the previous drawings, unless otherwise indicated, like reference numerals refer to like parts.

상기 전개된 모습에 있어, 노즐 보호수단(80)이 상기 어레이(14)의 기판(16) 위에 장착된다. 상기 노즐 보호수단(80)은 복수의 통로(84)가 관통하는 몸체부(82)를 포함한다. 상기 통로(84)는, 잉크가 상기 노즐 개구(24)의 하나로부터 분사될 때, 상기 잉크가 프린트 매체에 부딪히기 전에 관련 통로를 통과하도록, 상기 어레이(14)의 노즐 어셈블리(10)의 노즐 개구(24)와 정합한다(in register).In this expanded view, nozzle protection means 80 is mounted on the substrate 16 of the array 14. The nozzle protection means 80 includes a body portion 82 through which the plurality of passages 84 pass. The passageway 84 is the nozzle opening of the nozzle assembly 10 of the array 14 such that when ink is ejected from one of the nozzle openings 24, the ink passes through the associated passageway before it hits the print medium. Match with (24) (in register).

상기 몸체부(82)는 림(limb) 혹은 스트럿(strut)(86)에 의해 상기 노즐 어셈블리(10)에 대해 거리를 두고 장착된다. 상기 스트럿(86)의 하나는 그 내부에 공기 입구 개구(88)를 구비한다.The body portion 82 is mounted at a distance from the nozzle assembly 10 by a limb or strut 86. One of the struts 86 has an air inlet opening 88 therein.

사용 중에, 상기 어레이(14)가 작동 중일 때, 공기가 상기 통로(84)를 통과하는 잉크와 함께 상기 통로(84)를 통하여 강제되기 위해, 상기 입구 개구(88)를 통하여 충진된다.In use, when the array 14 is in operation, air is filled through the inlet opening 88 to be forced through the passageway 84 with ink passing through the passageway 84.

상기 공기가 상기 잉크 방울(64)의 속도와 다른 속도로 상기 통로(84)를 통하여 충진될 때, 상기 잉크는 상기 공기에 혼입되지 않는다. 예를 들면, 상기 잉크 방울(64)은 대략 3 m/s의 속도로 상기 노즐(22)로부터 분사된다. 상기 공기는 대략 1 m/s의 속도로 상기 통로(84)를 통하여 충진된다.When the air is filled through the passageway 84 at a speed different from the speed of the ink drop 64, the ink does not enter the air. For example, the ink droplet 64 is ejected from the nozzle 22 at a speed of approximately 3 m / s. The air is filled through the passageway 84 at a rate of approximately 1 m / s.

상기 공기의 목적은 상기 통로(84)에 이물질이 없도록 하는 것이다. 먼지 입자와 같은 이물질이 상기 노즐 어셈블리(10)에 떨어져서, 그 기능에 악영향을 줄 위험이 있다. 상기 노즐 보호수단(80)에 상기 공기 입구 개구(88)를 구비함으로써 이 문제는 상당히 해소된다.The purpose of the air is to keep the passageway 84 free of debris. There is a risk that foreign matter such as dust particles may fall on the nozzle assembly 10 and adversely affect its function. By providing the air inlet opening 88 in the nozzle protector 80 this problem is considerably solved.

도 8 내지 도 10를 참조하여, 상기 노즐 어셈블리(10)를 제조하는 과정을 설명한다.8 to 10, a process of manufacturing the nozzle assembly 10 will be described.

우선, 상기 실리콘 기판 또는 웨이퍼(16)를 가지고, 상기 웨이퍼(16) 표면에 상기 유전체층(18)을 침적시킨다. 상기 유전체층(18)은 대략 1.5 마이크론의 CVD 산화물의 형태로 되어 있다. 레지스트(resist)가 상기 층(18)에 스핀(spin)처리된다. 그리고, 상기 층(18)을 마스크(100)에 접촉시키고나서, 현상한다.First, with the silicon substrate or wafer 16, the dielectric layer 18 is deposited on the surface of the wafer 16. The dielectric layer 18 is in the form of approximately 1.5 micron CVD oxide. A resist is spun in the layer 18. The layer 18 is brought into contact with the mask 100 and then developed.

현상 후에, 상기 층(18)은 아래로 상기 실리콘층(16)까지 플라스마 에칭(plasma etching)된다. 그 다음, 레지스트가 제거되고 상기 층(18)은 세척된다. 이 단계는 상기 잉크 입구 구멍(42)을 형성한다.After development, the layer 18 is plasma etched down to the silicon layer 16. The resist is then removed and the layer 18 is washed. This step forms the ink inlet hole 42.

도 8b에서, 대략 0.8 마이크론의 알루미늄(102)이 상기 층(18)에 침적된다. 레지스트가 스핀(spin)되고, 알루미늄(102)을 마스크(104)에 접촉시키고 현상한다. 상기 알루미늄(102)은 아래로 상기 산화층(18)까지 플라스마 에칭되고, 상기 레지스트가 제거되고, 디바이스(device)는 세척된다. 이 과정 중 본드 패드가 제공되며 상기 잉크젯 엑츄에이터(28)를 서로 연결한다. 이러한 연결에 의해 CMOS층(미도시) 상에서 NMOS 구동 트랜지스터 (drive transistor)와 동력판(power plane)이 서로 연결되게 된다.In FIG. 8B, approximately 0.8 micron of aluminum 102 is deposited in the layer 18. The resist is spun and aluminum 102 is brought into contact with the mask 104 and developed. The aluminum 102 is plasma etched down to the oxide layer 18, the resist is removed, and the device is cleaned. In this process, a bond pad is provided and the inkjet actuators 28 are connected to each other. By such a connection, an NMOS drive transistor and a power plane are connected to each other on a CMOS layer (not shown).

대략 0.5 마이크론의 PECVD 질화물이 상기 CMOS 부동태층(20)으로 침적된다. 레지스트가 스핀되고, 상기 층(20)은 마스크(106)에 접촉된 후, 현상된다. 현상 후에, 상기 질화물은 아래로 상기 알루미늄 층(102)까지, 그리고 상기 입구 구멍(42) 부위에서는 아래로 상기 실리콘 층(16)까지 플라스마 에칭된다. 상기 레지스트가 제거되고, 장치는 세척된다.Approximately 0.5 micron PECVD nitride is deposited into the CMOS passivation layer 20. The resist is spun and the layer 20 is contacted with the mask 106 and then developed. After development, the nitride is plasma etched down to the aluminum layer 102 and down to the silicon layer 16 at the inlet hole 42 site. The resist is removed and the device is cleaned.

희생물질(sacrificial material)로 이루어진 층 108이 상기 층 20에 스핀처리된다. 상기 층 108은 6 마이크론의 감광성 폴리이미드(photo-sensitive polyimide)이거나 대략 4 마이크론의 고온 레지스트이다. 상기 층 108은 소프트베이크(softbake)되고 나서, 마스크(110)에 접촉된 후, 현상된다. 상기 층 108은, 폴리이미드로 이루어져 있는 경우는 한 시간동안 400℃에서 하드베이크(hardbake)되거나, 상기 층(108)이 고온 방식제인 경우는 300℃ 이상에서 하드베이크된다. 수축에 의해 야기되는 상기 폴리이미드 층(108)의 패턴에 따른 뒤틀림이 상기 마스크(110)의 디자인에 고려된다는 점이 도면에서 주목되어야 한다.Layer 108 made of sacrificial material is spin treated to layer 20. The layer 108 is a 6 micron photo-sensitive polyimide or a high temperature resist of approximately 4 microns. The layer 108 is softbaked and then contacted with the mask 110 and then developed. The layer 108 is hardbake at 400 ° C. for one hour when made of polyimide, or hard baked at 300 ° C. or higher when the layer 108 is a high temperature anticorrosive. It should be noted in the drawings that distortion along the pattern of the polyimide layer 108 caused by shrinkage is taken into account in the design of the mask 110.

다음 단계에서, 도 8e에 도시된 바와 같이, 제2 희생층(112)이 가해진다. 상기 층 112은, 스핀되는 2 ㎛의 감광 폴리이미드이거나, 대략 1.3 ㎛의 고온 레지스트이다. 상기 층 112은 소프트베이크되고, 마스크(114)에 접촉된다. 상기 마스크 (114)에 접촉된 후, 상기 층 112은 현상된다. 상기 층 112이 폴리이미드인 경우, 상기 층 112은 대략 한 시간동안 400℃에서 하드베이크된다. 상기 층 112이 레지스트인 경우, 대략 한 시간동안 300℃ 이상에서 하드베이크된다.In the next step, as shown in FIG. 8E, a second sacrificial layer 112 is applied. The layer 112 is a 2 μm photosensitive polyimide that is spun or a high temperature resist of approximately 1.3 μm. The layer 112 is softbaked and in contact with the mask 114. After contacting the mask 114, the layer 112 is developed. If the layer 112 is polyimide, the layer 112 is hardbaked at 400 ° C. for approximately one hour. If layer 112 is a resist, it is hardbaked at 300 ° C. or higher for approximately one hour.

그 다음, 0.2 마이크론의 다층 금속층이 침적된다. 이 층 116의 일부는 상기 엑츄에이터(28)의 상기 수동빔(60)을 형성한다.Next, a 0.2 micron multilayer metal layer is deposited. Part of this layer 116 forms the passive beam 60 of the actuator 28.

상기 층 116은 300℃ 주변에서 1,000Å의 질화티타늄(TiN)을 뿌린 후, 50Å의 질화탄탈늄(TaN)을 뿌려서 형성된다. 1,000Å의 TiN를 추가적으로 뿌린 후, 50Å의 TaN과 1,000Å의 TiN를 추가적으로 뿌린다.The layer 116 is formed by sprinkling 1,000 ns of titanium nitride (TiN) at about 300 ° C. and then splicing 50 ns of tantalum nitride (TaN). After sprinkling 1,000 ns of TiN, sprinkle 50 ns of TaN and 1,000 ns of TiN.

TiN 대신에 사용될 수 있는 다른 물질들은 TiB2, MoSi2또는 (Ti, Al)N이다.Other materials that can be used instead of TiN are TiB 2 , MoSi 2 or (Ti, Al) N.

그 다음, 상기 층 116은 마스크(118)에 접촉되고, 현상되며, 그리고 상기 층 112에 플라스마 에칭된 후, 상기 층 116에 가해진 레지스트는 상기 경화층(cured layer)(108 또는 112)을 제거하지 않도록 조심하여 습식제거(wet strip)된다.Then, the layer 116 is in contact with the mask 118, developed, and plasma etched into the layer 112, and the resist applied to the layer 116 does not remove the cured layer 108 or 112. Be careful not to wet strip.

제3 희생층(120)이 4 ㎛의 감광 폴리이미드 혹은 대략 2.6 ㎛의 고온 레지스트를 스핀하여 가해진다. 상기 층 120은 소프트베이크되고 나서, 마스크(122)에 접촉된다. 그 다음, 상기 노출된 층은 현상되고 나서, 하드베이크된다. 폴리이미드의 경우, 상기 층 120은, 대략 한 시간동안 400℃에서, 또는 상기 층 120이 레지스트를 포함하면 300℃ 이상에서 하드베이크된다.The third sacrificial layer 120 is applied by spinning 4 μm photosensitive polyimide or high temperature resist of approximately 2.6 μm. The layer 120 is softbaked and then contacted with the mask 122. The exposed layer is then developed and then hardbaked. In the case of polyimide, the layer 120 is hardbaked at 400 ° C. for approximately one hour, or at least 300 ° C. if the layer 120 comprises resist.

제2 다중 금속층(124)이 상기 층 120에 가해진다 상기 층 124의 성분들은 상기 층 116과 동일하고, 동일한 방법으로 가해진다. 층 116 및 124는 둘 다 전기적으로 전도층이라는 점에 주목된다.A second multiple metal layer 124 is applied to the layer 120. The components of the layer 124 are the same as the layer 116 and are applied in the same way. It is noted that layers 116 and 124 are both electrically conductive layers.

상기 층 124은 마스크(126)에 접촉된 다음, 현상된다. 상기 층 124은 아래로 폴리이미드 혹은 레지스트 층 120까지 플라스마 에칭된 후, 상기 층 124에 가해진 레지스트는 상기 경화층(108, 112, 혹은 120)을 제거하지 않도록 주의하여 습식제거된다. 상기 층 124의 잔여부분은 상기 엑츄에이터(28)의 상기 능동능동58)을 형성한다는 점이 주목된다.The layer 124 is in contact with the mask 126 and then developed. After the layer 124 is plasma etched down to the polyimide or resist layer 120, the resist applied to the layer 124 is wet removed carefully to avoid removing the cured layer 108, 112, or 120. It is noted that the remainder of the layer 124 forms the active active 58 of the actuator 28.

제4 희생층(128)은 4 ㎛의 감광 폴리이미드 또는, 대략 2.6 ㎛의 고온 레지스트를 스핀하여 가해진다. 상기 층 128은 소프트베이크되고, 상기 마스크(130)에 접촉된 다음, 도 9k에 도시된 바와 같이, 아일랜드부(island portion)를 남기도록 현상된다. 상기 층 128의 잔여부분은, 폴리이미드 경우에는 대략 한 시간동안 400℃에서, 방식제인 경우 300℃ 이상에서 하드베이크된다.The fourth sacrificial layer 128 is applied by spinning 4 μm photosensitive polyimide or high temperature resist of approximately 2.6 μm. The layer 128 is softbaked, contacted with the mask 130, and then developed to leave an island portion, as shown in FIG. 9K. The remainder of layer 128 is hardbaked at 400 ° C. for approximately one hour for polyimide and at 300 ° C. or higher for anticorrosive.

도 8l에 도시된 바와 같이, 높은 영의 계수(Young's modulus)를 가진 유전체층(132)이 침전된다. 상기 층 132는 대략 1 ㎛의 질화실리콘이나 산화알루미늄으로구성된다. 상기 층 132은 상기 희생층 108, 112, 120, 128의 하드베이크 온도 아래의 온도에서 침전된다. 이 유전체층 132에 요구되는 주요 특성들은 높은 탄성계수, 화학적 불활성(chemical inertness)과 TiN에 대한 양호한 접착성이다.As shown in FIG. 8L, a dielectric layer 132 having a high Young's modulus is deposited. The layer 132 consists of approximately 1 μm silicon nitride or aluminum oxide. The layer 132 is deposited at temperatures below the hard bake temperatures of the sacrificial layers 108, 112, 120, and 128. The main properties required for this dielectric layer 132 are high modulus of elasticity, chemical inertness and good adhesion to TiN.

제5 희생층(134)은 2 ㎛의 감광 폴리이미드 또는 대략 1.3 ㎛의 고온 레지스트에 스핀하여 가해진다. 상기 층 134은 소프트베이크되고, 마스크(136)에 접촉되고, 현상된다. 그 다음, 상기 층 134의 잔여부분은 폴리이미드 경우는 한 시간 동안 400℃에서, 방식제인 경우는 300℃ 이상에서 하드베이크된다.The fifth sacrificial layer 134 is applied by spin to 2 μm photosensitive polyimide or approximately 1.3 μm high temperature resist. The layer 134 is softbaked, contacted to the mask 136 and developed. The remainder of layer 134 is then hardbaked at 400 ° C. for one hour for polyimide and at 300 ° C. or higher for anticorrosive.

상기 유전체층 132은 상기 희생층 134이 제거되지 않도록 주의하면서, 아래로 상기 희생층 128까지 플라스마 에칭된다.The dielectric layer 132 is plasma etched down to the sacrificial layer 128, taking care not to remove the sacrificial layer 134.

이 단계는 상기 노즐개구(24), 상기 레버 아암(26)과 상기 노즐 어셈블리 (10)의 앵커(54)를 형성한다.This step forms the nozzle opening 24, the lever arm 26 and the anchor 54 of the nozzle assembly 10.

높은 영의 계수를 가진 유전체층(138)이 침적된다. 상기 층 138은 상기 희생층(108, 112, 120 및 128)의 하드베이크 온도 아래의 온도에서 0.2 ㎛의 질화실리콘 이나 산화알루미늄을 침적하여 형성된다.Dielectric layer 138 with high Young's modulus is deposited. The layer 138 is formed by depositing 0.2 μm of silicon nitride or aluminum oxide at a temperature below the hard bake temperature of the sacrificial layers 108, 112, 120, and 128.

그 다음, 도 8p에 도시된 바와 같이, 상기 층 138은 0.35 마이크론의 깊이로 이방성(anisotropical)으로 플라스마 에칭된다. 이러한 에칭은 상기 유전체층(132)과 상기 희생층(134)의 측벽을 제외한 모든 표면으로부터 유전물질을 제거하기 위해 사용된다. 이 단계는, 상기에서 설명한 바와 같이, 잉크의 메니스커스를 "구속하는", 상기 노즐 개구(24) 주위에 상기 노즐 림(36)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 8P, the layer 138 is plasma etched anisotropically to a depth of 0.35 microns. This etching is used to remove the dielectric material from all surfaces except the sidewalls of the dielectric layer 132 and the sacrificial layer 134. This step forms the nozzle rim 36 around the nozzle opening 24, which "binds" the meniscus of the ink, as described above.

자외선(UV) 방출 테이프(140)가 가해진다. 4 ㎛의 레지스트가 상기 실리콘웨이퍼(16)의 후방에 스핀된다. 상기 웨이퍼(16)는 상기 잉크 입구 채널(48)을 형성하도록 상기 웨이퍼(16)를 다시 에칭하기 위해 마스크(142)에 접촉된다. 그 다음, 레지스트가 상기 웨이퍼(16)로부터 제거된다.An ultraviolet (UV) emitting tape 140 is applied. A 4 μm resist is spun behind the silicon wafer 16. The wafer 16 contacts the mask 142 to etch the wafer 16 again to form the ink inlet channel 48. Resist is then removed from the wafer 16.

UV 방출 테이프(미도시)가 상기 웨이퍼(16)의 후방에 추가적으로 가해지고, 상기 테이프(140)가 제거된다. 도 8r 및 도 9r에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(108, 112, 120, 128 및 134)은 최종적인 노즐 어셈블리(10)를 제공하도록 산소 플라스마 내에서 제거된다. 참조하는 데 편의를 위해서, 이들 두 도면에서 사용된 참조부호들은 상기 노즐 어셈블리(10)의 관련 부품들을 나타내기 위해 도 1에 사용된 참조부호들과 동일하다. 도 11 및 도 12는, 도 8 및 도 9를 참조하여 상기에서 설명된 과정에 따라 제조된 상기 노즐 어셈블리(10)의 작동을 보여준다. 이들 도면들은 도 2 내지 도 4에 상응한다.A UV emitting tape (not shown) is additionally applied to the back of the wafer 16 and the tape 140 is removed. As shown in FIGS. 8R and 9R, the sacrificial layers 108, 112, 120, 128 and 134 are removed in the oxygen plasma to provide the final nozzle assembly 10. For convenience of reference, the reference numerals used in these two figures are the same as the reference numerals used in FIG. 1 to indicate the relevant parts of the nozzle assembly 10. 11 and 12 show the operation of the nozzle assembly 10 manufactured according to the procedure described above with reference to FIGS. 8 and 9. These figures correspond to FIGS. 2 to 4.

광범위하게 설명된 본 발명의 기술사상이나 범위를 벗어나지 않고, 상기 특수한 실시예에서 나타난 바와 같은 본 발명에 다양한 변경 및/또는 수정이 가해질 수 있다는 점은 이 기술분야의 숙련자들에게 충분히 인식될 것이다. 그러므로, 본 실시예는 여러가지 점에서, 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.It will be appreciated by those skilled in the art that various changes and / or modifications can be made to the present invention as set forth in the specific embodiments above without departing from the spirit or scope of the invention as broadly described. Therefore, this embodiment is to be considered in various respects as illustrative and not restrictive.

Claims (8)

잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서, 상기 방법은, 기판을 공급하는 단계와;A method of manufacturing an inkjet printhead, the method comprising: supplying a substrate; 상기 기판 상에 각 노즐 어셈블리의 노즐의 노즐개구와 소통하는 노즐 챔버를 구비한 노즐 어셈블리 어레이를 만드는 단계를 포함하는 데, 상기 각 어셈블리의 노즐은 필요시 잉크 분사를 행하기 위해 기판에 대하여 상대적으로 변위가능하고, 상기 노즐 어셈블리는, 상기 노즐의 변위를 조절하기 위해 상기 노즐에 연결되고 상기 챔버의 외부에 배열된 엑츄에이터 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.Making a nozzle assembly array having a nozzle chamber on said substrate, said nozzle assembly having a nozzle chamber in communication with the nozzle opening of the nozzle of each nozzle assembly, wherein the nozzles of each assembly are relatively relative to the substrate to effect ink ejection if necessary. Wherein the nozzle assembly comprises an actuator unit connected to the nozzle and arranged outside of the chamber to adjust displacement of the nozzle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 평평한 모놀리스식 증착(planar monolithic deposition), 석판인쇄 (lithographic) 및 에칭 공정(etching precess)을 사용하여 상기 어레이를 만드는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.A method of manufacturing an inkjet printhead, comprising producing the array using planar monolithic deposition, lithographic, and etching precess. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판 상에 복수의 프린트헤드를 동시에 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.And forming a plurality of printheads simultaneously on the substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동일 기판 상에 집적 구동 일렉트로닉스(integrated drive electronics)를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.Forming an integrated drive electronics on the same substrate. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein CMOS 제작과정을 사용하여 상기 집적 구동 일렉트로닉스를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.A method of manufacturing an inkjet printhead comprising forming the integrated drive electronics using a CMOS fabrication process. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐의 한 부분으로부터 상기 챔버를 형성하는 벽의 제1 부분을 형성하고, 상기 기판으로부터 연장되어 상기 챔버로부터의 잉크 누설을 억제하는 억제수단으로부터 상기 벽의 제2 부분을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.Forming a first portion of the wall that forms the chamber from one portion of the nozzle, and forming a second portion of the wall from restraining means extending from the substrate to suppress ink leakage from the chamber. A method of manufacturing an inkjet printhead, characterized in that 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐이 상기 엑츄에이터 유닛에 대해 캔틸레버(cantilever)되도록 아암에 의해 상기 노즐과 상기 엑츄에이터 유닛을 상호 연결하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.And interconnecting the nozzle and the actuator unit by an arm such that the nozzle is cantilevered relative to the actuator unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 엑츄에이터는 열 벤드 엑츄에이터이고, 상기 방법은, 하나는 능동빔이고 다른 하나는 수동빔인, 적어도 두 개의 빔으로 상기 엑츄에이터를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.Wherein said actuator is a thermal bend actuator, said method comprising forming said actuator with at least two beams, one of which is an active beam and the other of which is a passive beam.
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