JPH1086392A - 内部にキャビティを規定する微細機械装置の製造方法 - Google Patents
内部にキャビティを規定する微細機械装置の製造方法Info
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- JPH1086392A JPH1086392A JP9233426A JP23342697A JPH1086392A JP H1086392 A JPH1086392 A JP H1086392A JP 9233426 A JP9233426 A JP 9233426A JP 23342697 A JP23342697 A JP 23342697A JP H1086392 A JPH1086392 A JP H1086392A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サーマルインクジェットプリントヘッドのイ
ンク用毛細管通路作製において、断面が正方形で、長さ
方向に断面積が異なる通路を作製して、インクの射出精
度を向上する。 【解決手段】 インクジェットプリントヘッド製造技術
は、断面が正方形または矩形である液体インク用の毛細
管通路の形成を可能にする。犠牲層１２をシリコンチッ
プ１０の主表面上に配置し、この犠牲層１２を所望のイ
ンク通路によって空洞にパターニングする。永久材料を
含む永久層１６を犠牲層１２を覆うように塗布し、これ
ら両層を研磨して均一な表面とした後、犠牲層１２を除
去する。犠牲層１２として好適な材料にはポリイミドが
あり、永久層１４に好適な材料はポリアリレンエーテル
があるが、これら以外の多様な材料の組み合わせも利用
可能である。
ンク用毛細管通路作製において、断面が正方形で、長さ
方向に断面積が異なる通路を作製して、インクの射出精
度を向上する。 【解決手段】 インクジェットプリントヘッド製造技術
は、断面が正方形または矩形である液体インク用の毛細
管通路の形成を可能にする。犠牲層１２をシリコンチッ
プ１０の主表面上に配置し、この犠牲層１２を所望のイ
ンク通路によって空洞にパターニングする。永久材料を
含む永久層１６を犠牲層１２を覆うように塗布し、これ
ら両層を研磨して均一な表面とした後、犠牲層１２を除
去する。犠牲層１２として好適な材料にはポリイミドが
あり、永久層１４に好適な材料はポリアリレンエーテル
があるが、これら以外の多様な材料の組み合わせも利用
可能である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細機械装置、特
にインクジェットプリントヘッドの製造技術および製造
に用いる特別な材料、ならびにかかる技術に従って製造
されるインクジェットプリントヘッドに関する。
にインクジェットプリントヘッドの製造技術および製造
に用いる特別な材料、ならびにかかる技術に従って製造
されるインクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】サーマルインクジェット式印刷では、プ
リントヘッド中の複数のドロップレットイジェクタから
インク滴が選択的に噴射される。イジェクタ群はデジタ
ル命令に従って作動して、プリントヘッドを通過する印
刷用紙に所望の画像を形成する。タイプライタのように
用紙に対して前後に移動するプリントヘッドもあれば、
線形アレイが用紙全幅にわたるサイズをもち、一回のパ
スで用紙上に画像を形成できるものもある。
リントヘッド中の複数のドロップレットイジェクタから
インク滴が選択的に噴射される。イジェクタ群はデジタ
ル命令に従って作動して、プリントヘッドを通過する印
刷用紙に所望の画像を形成する。タイプライタのように
用紙に対して前後に移動するプリントヘッドもあれば、
線形アレイが用紙全幅にわたるサイズをもち、一回のパ
スで用紙上に画像を形成できるものもある。
【０００３】一般的なイジェクタは、毛細管通路または
これ以外のインク通路を備え、この通路は１つ以上の共
通インク供給マニホールドに接続される。インクは各通
路中に保持され、適切なデジタル信号に応答して、通路
内の表面上に配置した加熱要素（本質的には抵抗器）に
よって迅速に加熱・気化される。通路に隣接してインク
がこのように迅速に気化されるところでバブル（気泡）
が生じ、この気泡が一定量のインクを通路に関連した開
口から印刷用紙に噴射させる。
これ以外のインク通路を備え、この通路は１つ以上の共
通インク供給マニホールドに接続される。インクは各通
路中に保持され、適切なデジタル信号に応答して、通路
内の表面上に配置した加熱要素（本質的には抵抗器）に
よって迅速に加熱・気化される。通路に隣接してインク
がこのように迅速に気化されるところでバブル（気泡）
が生じ、この気泡が一定量のインクを通路に関連した開
口から印刷用紙に噴射させる。
【０００４】一般に、当該技術分野で公知の一般的な設
計等からなるサーマルインクジェットプリントヘッド
は、半導体と微細機械装置とを組み合わせたものであ
る。加熱要素は、一般にはある特定の抵抗率までドープ
させたポリシリコンからなる領域であり、また個々の加
熱要素を様々なタイミングで駆動する関連のデジタル回
路群も、当然、半導体技術分野に含まれるものである。
同時に、液体インクを保持し、プリントヘッドからイン
クを噴射させる毛細管通路などの構造は機械的構造であ
り、加熱要素またはヒータチップ等の半導体と物理的に
直接接触するものである。様々な理由から、通路用プレ
ートなどの機械的構造は、ヒータ用プレートの半導体構
造と合致する化学的エッチングを施したシリコンから構
成するのが望ましい。
計等からなるサーマルインクジェットプリントヘッド
は、半導体と微細機械装置とを組み合わせたものであ
る。加熱要素は、一般にはある特定の抵抗率までドープ
させたポリシリコンからなる領域であり、また個々の加
熱要素を様々なタイミングで駆動する関連のデジタル回
路群も、当然、半導体技術分野に含まれるものである。
同時に、液体インクを保持し、プリントヘッドからイン
クを噴射させる毛細管通路などの構造は機械的構造であ
り、加熱要素またはヒータチップ等の半導体と物理的に
直接接触するものである。様々な理由から、通路用プレ
ートなどの機械的構造は、ヒータ用プレートの半導体構
造と合致する化学的エッチングを施したシリコンから構
成するのが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、微細機械構造
の作製に標準的なシリコンエッチング技術を用いると、
設計上の重大な制約が生じる。一般に、インクを流すた
めの毛細管通路形成に使用する通路用プレート中の溝
は、通常はＫＯＨなどの化学的エッチャントをシリコン
に加える等のＶ字溝エッチングによって構成するのがも
っとも容易である。シリコン結晶の異なる方向に沿った
相対的エッチング速度（つまりアスペクト比）のため、
特定の表面角度を規定するエッチングされたキャビティ
ができ、独特のＶ字溝を形成する。エッチングされたＶ
字溝を規定する通路用プレートが半導体ヒータチップに
当接すると、断面が三角形の毛細管通路が形成される。
三角形の断面にも利点はあるが、かかる通路から射出さ
れるインク滴の方向性に問題を生じることが知られてい
る。つまり、インク滴が通路から外へまっすぐに噴射さ
れるとは限らず、予想外の角度で射出される場合があ
る、ということである。通路の断面が三角形以外の場
合、例えばもっと正方形に近づけて形成できれば、チッ
プの性能の改善が可能である。だが、一般的なエッチン
グ方法におけるシリコンエッチングのアスペクト比で
は、通路用プレートに正方形の溝を形成するのはほぼ不
可能である。
の作製に標準的なシリコンエッチング技術を用いると、
設計上の重大な制約が生じる。一般に、インクを流すた
めの毛細管通路形成に使用する通路用プレート中の溝
は、通常はＫＯＨなどの化学的エッチャントをシリコン
に加える等のＶ字溝エッチングによって構成するのがも
っとも容易である。シリコン結晶の異なる方向に沿った
相対的エッチング速度（つまりアスペクト比）のため、
特定の表面角度を規定するエッチングされたキャビティ
ができ、独特のＶ字溝を形成する。エッチングされたＶ
字溝を規定する通路用プレートが半導体ヒータチップに
当接すると、断面が三角形の毛細管通路が形成される。
三角形の断面にも利点はあるが、かかる通路から射出さ
れるインク滴の方向性に問題を生じることが知られてい
る。つまり、インク滴が通路から外へまっすぐに噴射さ
れるとは限らず、予想外の角度で射出される場合があ
る、ということである。通路の断面が三角形以外の場
合、例えばもっと正方形に近づけて形成できれば、チッ
プの性能の改善が可能である。だが、一般的なエッチン
グ方法におけるシリコンエッチングのアスペクト比で
は、通路用プレートに正方形の溝を形成するのはほぼ不
可能である。
【０００６】毛細管通路形成にＶ字溝を利用することの
他の欠点は、Ｖ字溝エッチングでは、長さ方向に断面形
状が異なる通路の形成が困難なことである。例えばＶ字
溝エッチングでは、長さ方向にサイズが拡大または縮小
する通路を形成することは困難である。このように、Ｖ
字溝エッチング技術は重要な実施上の利点を有するが、
同時にＶ字溝であることに関連した設計上の重大な制約
がある。
他の欠点は、Ｖ字溝エッチングでは、長さ方向に断面形
状が異なる通路の形成が困難なことである。例えばＶ字
溝エッチングでは、長さ方向にサイズが拡大または縮小
する通路を形成することは困難である。このように、Ｖ
字溝エッチング技術は重要な実施上の利点を有するが、
同時にＶ字溝であることに関連した設計上の重大な制約
がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来のＶ字溝
エッチング技術より柔軟に、インクジェットプリントヘ
ッド等で有用な構造を作製可能な方法、および該方法を
好適に実施する関連した材料の組を提供する。
エッチング技術より柔軟に、インクジェットプリントヘ
ッド等で有用な構造を作製可能な方法、および該方法を
好適に実施する関連した材料の組を提供する。
【０００８】本発明では、インクジェットプリントヘッ
ド等の、内部に通路を規定する微細機械装置の製造方法
を提供する。また、主表面を規定する基板も提供する。
主表面上には、所望の通路のネガ型モールドとして構成
される除去可能な犠牲層を堆積する。主表面および犠牲
層上には、永久材料からなる永久層を堆積する。永久層
を研磨し犠牲層を露出させた後、犠牲層を除去する。
ド等の、内部に通路を規定する微細機械装置の製造方法
を提供する。また、主表面を規定する基板も提供する。
主表面上には、所望の通路のネガ型モールドとして構成
される除去可能な犠牲層を堆積する。主表面および犠牲
層上には、永久材料からなる永久層を堆積する。永久層
を研磨し犠牲層を露出させた後、犠牲層を除去する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１から図５は、サーマルインク
ジェットプリントヘッドの一部を作製する場合などに使
用する、構造を載置した半導体基板の一部の一連の平面
図である。それぞれの図は、本発明に従う方法の異なる
ステップを示す。図中、同じ参照番号は工程中のそれぞ
れの段階における同一要素を表す。
ジェットプリントヘッドの一部を作製する場合などに使
用する、構造を載置した半導体基板の一部の一連の平面
図である。それぞれの図は、本発明に従う方法の異なる
ステップを示す。図中、同じ参照番号は工程中のそれぞ
れの段階における同一要素を表す。
【００１０】図１は、その主表面上に一連の犠牲部分１
２を配置した半導体基板１０を示す。
２を配置した半導体基板１０を示す。
【００１１】一連の犠牲部分１２は全体で１つの犠牲層
とみなすことができる。図１に示すように、犠牲部分１
２は、サーマルインクジェットプリントヘッド等におい
て液体インクがその中を流れる一組の毛細管通路を表す
ことになっている。以下に説明するように、犠牲部分１
２は、プリントヘッド完成品では（毛細管通路用など
の）空洞構造となる。つまり、犠牲部分１２はネガ型モ
ールドを形成すると考えることができる。プリントヘッ
ド完成品では、これら毛細管通路は、チップ１０の主表
面が各毛細管通路の一方の壁面となるように、チップ１
０の主表面上に配置することになっている。図１では、
４本の平行な別個の通路が「エンドオン（端部が接続さ
れた状態）」で示される。
とみなすことができる。図１に示すように、犠牲部分１
２は、サーマルインクジェットプリントヘッド等におい
て液体インクがその中を流れる一組の毛細管通路を表す
ことになっている。以下に説明するように、犠牲部分１
２は、プリントヘッド完成品では（毛細管通路用など
の）空洞構造となる。つまり、犠牲部分１２はネガ型モ
ールドを形成すると考えることができる。プリントヘッ
ド完成品では、これら毛細管通路は、チップ１０の主表
面が各毛細管通路の一方の壁面となるように、チップ１
０の主表面上に配置することになっている。図１では、
４本の平行な別個の通路が「エンドオン（端部が接続さ
れた状態）」で示される。
【００１２】犠牲層１２を構成する各種材料については
以下に詳述するが、選択する材料によって、犠牲層１２
は、レーザエッチング、化学エッチング、またホトレジ
ストエッチング等の公知の技術を任意の数だけ使用し
て、チップ１０の主表面上に所望のパターンで堆積でき
る。
以下に詳述するが、選択する材料によって、犠牲層１２
は、レーザエッチング、化学エッチング、またホトレジ
ストエッチング等の公知の技術を任意の数だけ使用し
て、チップ１０の主表面上に所望のパターンで堆積でき
る。
【００１３】図２では、犠牲層部分１２を永久層１４が
覆う状態を示す。永久層１４は、最終的には、図２で犠
牲層１２が占有している箇所に空洞を規定するために使
用される。本実施形態では、犠牲層１２の平行通路パタ
ーンにより、永久層１４は起伏のある表面となる。永久
層１４は、スピンキャスティング、スプレーコーティン
グ、スクリーン印刷、ＣＶＤ（化学蒸着）、またはプラ
ズマ堆積等の利用可能な技術を任意の数だけ使用して堆
積できる。永久層１４にもっとも適した材料について
は、後ほど詳述する。
覆う状態を示す。永久層１４は、最終的には、図２で犠
牲層１２が占有している箇所に空洞を規定するために使
用される。本実施形態では、犠牲層１２の平行通路パタ
ーンにより、永久層１４は起伏のある表面となる。永久
層１４は、スピンキャスティング、スプレーコーティン
グ、スクリーン印刷、ＣＶＤ（化学蒸着）、またはプラ
ズマ堆積等の利用可能な技術を任意の数だけ使用して堆
積できる。永久層１４にもっとも適した材料について
は、後ほど詳述する。
【００１４】図３は、固体に硬化させた永久層１４を機
械的に研磨して、１枚の平坦な表面が得られるようにし
た状態を示す。この表面の各領域は、永久層１４の一
部、または犠牲層１２の露出部分のいずれかから形成さ
れる。層１２および１４の構成にどの材料を選択するか
によって異なるが、この研磨工程は、機械的研磨または
レーザ磨耗等の公知の様々な技術のうちどの技術を用い
ても行うことができる。
械的に研磨して、１枚の平坦な表面が得られるようにし
た状態を示す。この表面の各領域は、永久層１４の一
部、または犠牲層１２の露出部分のいずれかから形成さ
れる。層１２および１４の構成にどの材料を選択するか
によって異なるが、この研磨工程は、機械的研磨または
レーザ磨耗等の公知の様々な技術のうちどの技術を用い
ても行うことができる。
【００１５】図４では、ここまでの図で部分１２で示し
た犠牲層が除去されている。本発明の好適な実施形態で
は、この犠牲層１２の除去は化学エッチングによって行
われるが、他の技術を用いてもよい。犠牲層１２が設け
られていた場所には、正確に型どりされた通路が形成さ
れている。これら通路は、サーマルインクジェットプリ
ントヘッド等、液体インクの流通および保持に使用でき
る。各通路内の永久層１４の壁面と、チップ１０の主表
面によって形成されるいわゆる床面との角度は、ほぼ９
０゜である。これに対して、Ｖ字溝エッチングを用いる
従来のインクジェットプリントヘッドの一般的な設計で
は、実現可能な通路は断面が三角形のものだけである。
た犠牲層が除去されている。本発明の好適な実施形態で
は、この犠牲層１２の除去は化学エッチングによって行
われるが、他の技術を用いてもよい。犠牲層１２が設け
られていた場所には、正確に型どりされた通路が形成さ
れている。これら通路は、サーマルインクジェットプリ
ントヘッド等、液体インクの流通および保持に使用でき
る。各通路内の永久層１４の壁面と、チップ１０の主表
面によって形成されるいわゆる床面との角度は、ほぼ９
０゜である。これに対して、Ｖ字溝エッチングを用いる
従来のインクジェットプリントヘッドの一般的な設計で
は、実現可能な通路は断面が三角形のものだけである。
【００１６】図５は、本発明の方法で可能な後続ステッ
プを示す。永久層１４の残存部分上には別の構造が設け
られる。図示するように、第２の犠牲層１６は永久層１
４の上に様々な形状で配置される。例えば、犠牲層１６
が永久層１４の一部を完全に覆うようにしたり、または
図５の右手に示すように犠牲層１６の一部が永久層１４
またはチップ１０の露出した主表面の残った部分を覆う
ようにしてもよい。こうして図１から図４に示すステッ
プが、残った永久層１４の上で何度も繰り返され、高度
に洗練された３次元構造を形成する。または、同じ基本
設計プランをもつ複数の永久層を互いに積層し、これに
より高さ対幅のアスペクト比が大きい溝を形成すること
もできる。ただし、積層構造を形成する際の唯一の重大
な制約は、いわゆる埋もれた形状の犠牲層へのアクセス
経路を設けなければならないことである。これにより、
除去用化学物質を下層の犠牲層に供給したり、犠牲層の
溶解した基板を排出することができる。
プを示す。永久層１４の残存部分上には別の構造が設け
られる。図示するように、第２の犠牲層１６は永久層１
４の上に様々な形状で配置される。例えば、犠牲層１６
が永久層１４の一部を完全に覆うようにしたり、または
図５の右手に示すように犠牲層１６の一部が永久層１４
またはチップ１０の露出した主表面の残った部分を覆う
ようにしてもよい。こうして図１から図４に示すステッ
プが、残った永久層１４の上で何度も繰り返され、高度
に洗練された３次元構造を形成する。または、同じ基本
設計プランをもつ複数の永久層を互いに積層し、これに
より高さ対幅のアスペクト比が大きい溝を形成すること
もできる。ただし、積層構造を形成する際の唯一の重大
な制約は、いわゆる埋もれた形状の犠牲層へのアクセス
経路を設けなければならないことである。これにより、
除去用化学物質を下層の犠牲層に供給したり、犠牲層の
溶解した基板を排出することができる。
【００１７】図６は、図４に示す構造等を利用する、ほ
ぼ完成したインクジェットプリントヘッドの立面図であ
る。半導体基板１０は（当該技術分野で公知の半導体製
造手段等によって）、一連の加熱要素２４をその中に規
定する。加熱要素群２４上には永久層１４によって形成
された通路が整列する。サーマルインクジェット印刷分
野では公知のように、参照番号２４で示すような加熱要
素に電圧をかけると、通路中に保持されている液体イン
クが凝集し、液体インクが通路から印刷用紙上に噴射さ
せられる。一般には、加熱要素２４を圧電構造などの他
種類の構造のものに代えて、液体インクを付勢して通路
から射出させるようにしてもよい。加熱構造またはその
他の構造は一般化して「付勢表面」と称する。永久層１
４によって設けられた上面を覆うように、単純な平面層
２０が配置される。実際には、平面層２０によって半導
体基板１０と永久層１４の壁面とによって形成された通
路が完成し、封入（ただし端部は開いている）毛細管通
路群が形成される。一般に、平面層２０には特別な洗練
された構造を関連させる必要はなく、安価なセラミッ
ク、樹脂または金属からつくることができる。
ぼ完成したインクジェットプリントヘッドの立面図であ
る。半導体基板１０は（当該技術分野で公知の半導体製
造手段等によって）、一連の加熱要素２４をその中に規
定する。加熱要素群２４上には永久層１４によって形成
された通路が整列する。サーマルインクジェット印刷分
野では公知のように、参照番号２４で示すような加熱要
素に電圧をかけると、通路中に保持されている液体イン
クが凝集し、液体インクが通路から印刷用紙上に噴射さ
せられる。一般には、加熱要素２４を圧電構造などの他
種類の構造のものに代えて、液体インクを付勢して通路
から射出させるようにしてもよい。加熱構造またはその
他の構造は一般化して「付勢表面」と称する。永久層１
４によって設けられた上面を覆うように、単純な平面層
２０が配置される。実際には、平面層２０によって半導
体基板１０と永久層１４の壁面とによって形成された通
路が完成し、封入（ただし端部は開いている）毛細管通
路群が形成される。一般に、平面層２０には特別な洗練
された構造を関連させる必要はなく、安価なセラミッ
ク、樹脂または金属からつくることができる。
【００１８】図７は、永久層１４の利用によって本発明
の技術が通路形状をどのように促進できるかを示す平面
図である。通路の断面は通路の長さに沿って異なる。直
接エッチングによる溝に形成される通路では、ここまで
の変化は不可能である。通路の形成は、プリントヘッド
完成品に設けようとする通路形状をもつ犠牲層１２を基
板上に配置して行う。図７はこのような変形通路の実施
可能な例を３つだけ示す。実際のプリントヘッドでは、
すべての通路が同じ基本設計をもつものであってももち
ろんかまわない。ただし、図からわかるように、永久層
１４によって形成可能な様々な通路形状は、例えば半導
体チップ１０中での加熱要素２４の位置等に対して最適
化できる形状を促進する。
の技術が通路形状をどのように促進できるかを示す平面
図である。通路の断面は通路の長さに沿って異なる。直
接エッチングによる溝に形成される通路では、ここまで
の変化は不可能である。通路の形成は、プリントヘッド
完成品に設けようとする通路形状をもつ犠牲層１２を基
板上に配置して行う。図７はこのような変形通路の実施
可能な例を３つだけ示す。実際のプリントヘッドでは、
すべての通路が同じ基本設計をもつものであってももち
ろんかまわない。ただし、図からわかるように、永久層
１４によって形成可能な様々な通路形状は、例えば半導
体チップ１０中での加熱要素２４の位置等に対して最適
化できる形状を促進する。
【００１９】図８は、本発明の技術に従って作製される
イジェクタの斜視図であり、本発明の技術によって容易
に実現可能な重要なプリントヘッド設計を示す。ヒータ
チップ１０内部に、図７に示すような加熱要素２４が規
定されるプリントヘッドでは、永久層１４はイジェクタ
通路を規定するだけではなく、加熱要素２４の表面周辺
から間隔を開けて、または該周辺近くに設けられる、参
照番号２５で示すピットの形成にも使用可能である。当
該技術分野では、このピット２５は、インク凝縮用に特
定のゾーンを提供して、サーマルインクジェットプリン
タ性能を向上するものとして公知である。従来技術のプ
リントヘッドでは、かかるピット２５はポリイミド等の
ピット専用の別層に形成され、この層は別の製造ステッ
プでプリントヘッドチップに設置しなければならない。
しかし、本発明の技術を用いれば、各加熱要素２４の回
りにピット２５を規定する構造は、永久層１４によって
残りのイジェクタ側面とともに１ピースに形成可能であ
る。つまり本発明は、ピット２５を規定する構造を、イ
ジェクタ自体の壁面を規定する材料と本質的に同一の材
料層から構成できる。このピット２５を永久層１４中に
形成するには、図５に示した犠牲層技術を複数回、反復
すればよい。
イジェクタの斜視図であり、本発明の技術によって容易
に実現可能な重要なプリントヘッド設計を示す。ヒータ
チップ１０内部に、図７に示すような加熱要素２４が規
定されるプリントヘッドでは、永久層１４はイジェクタ
通路を規定するだけではなく、加熱要素２４の表面周辺
から間隔を開けて、または該周辺近くに設けられる、参
照番号２５で示すピットの形成にも使用可能である。当
該技術分野では、このピット２５は、インク凝縮用に特
定のゾーンを提供して、サーマルインクジェットプリン
タ性能を向上するものとして公知である。従来技術のプ
リントヘッドでは、かかるピット２５はポリイミド等の
ピット専用の別層に形成され、この層は別の製造ステッ
プでプリントヘッドチップに設置しなければならない。
しかし、本発明の技術を用いれば、各加熱要素２４の回
りにピット２５を規定する構造は、永久層１４によって
残りのイジェクタ側面とともに１ピースに形成可能であ
る。つまり本発明は、ピット２５を規定する構造を、イ
ジェクタ自体の壁面を規定する材料と本質的に同一の材
料層から構成できる。このピット２５を永久層１４中に
形成するには、図５に示した犠牲層技術を複数回、反復
すればよい。
【００２０】本実施形態では、サーマルインクジェット
プリントヘッド中の毛細管通路形成に、ネガ型モールド
技術を用いるが、インク供給マニホールドを形成してイ
ンクがマニホールドを通ってプリントヘッド中の通路に
供給されるようにする等、他のタイプのキャビティをプ
リントヘッドに形成する技術も利用可能である。概し
て、本発明の技術は、微細機械装置中の特殊形状の空洞
形成に適用でき、また約３マイクロメートルから約１セ
ンチメートルという重要な寸法をもつ（つまり基板の主
表面に平行な寸法に従う）空洞の形成に容易に適用可能
である。
プリントヘッド中の毛細管通路形成に、ネガ型モールド
技術を用いるが、インク供給マニホールドを形成してイ
ンクがマニホールドを通ってプリントヘッド中の通路に
供給されるようにする等、他のタイプのキャビティをプ
リントヘッドに形成する技術も利用可能である。概し
て、本発明の技術は、微細機械装置中の特殊形状の空洞
形成に適用でき、また約３マイクロメートルから約１セ
ンチメートルという重要な寸法をもつ（つまり基板の主
表面に平行な寸法に従う）空洞の形成に容易に適用可能
である。
【００２１】以上のように本発明の技術の基本ステップ
を説明した。次に、犠牲層１２および永久層１４に使用
可能な材料の組み合わせについて説明する。かかる材料
の特定の組み合わせを選択するには、特定形状の永久層
１４を形成する費用や使用の簡便さだけでなく、プリン
トヘッド全体に必要な特定の要件、特にプリントヘッド
とともに使用することが多い液体インクの組成を必ず考
慮しなければならない。インクの乾燥や詰まりといった
様々な競合する問題のため、インクジェット印刷に使用
される液体インクは、酸性または塩基性等の特性をもつ
場合が非常に一般的である。かかる性質はプリントヘッ
ドに使用される共通材料を劣化させることが知られてい
る。また、求核性のインクもあり、これはプリントヘッ
ド用の材料をさらに限定するものである。
を説明した。次に、犠牲層１２および永久層１４に使用
可能な材料の組み合わせについて説明する。かかる材料
の特定の組み合わせを選択するには、特定形状の永久層
１４を形成する費用や使用の簡便さだけでなく、プリン
トヘッド全体に必要な特定の要件、特にプリントヘッド
とともに使用することが多い液体インクの組成を必ず考
慮しなければならない。インクの乾燥や詰まりといった
様々な競合する問題のため、インクジェット印刷に使用
される液体インクは、酸性または塩基性等の特性をもつ
場合が非常に一般的である。かかる性質はプリントヘッ
ドに使用される共通材料を劣化させることが知られてい
る。また、求核性のインクもあり、これはプリントヘッ
ド用の材料をさらに限定するものである。
【００２２】図９は、本願の出願時点で発明者らが認識
している本発明の様々な実施形態を表す、犠牲層材料、
永久層材料、犠牲層パターニング方法、および溶解用化
学物質の好適な各種組み合わせを一般的名称で示す表で
ある。簡単には、犠牲材料に必要な属性は、（材料自体
が光感応性であるか、またはホトレジストの塗布によっ
てパターニング可能となるかのいずれかによって）パタ
ーニング可能なこと、かつ（ウェットもしくはプラズマ
ケミカルエッチング、イオン衝突（イオンボンバードメ
ント）、または磨耗等によって）除去可能なこと、であ
る。インクジェット印刷における永久材料に必要な属性
は、一般的なインクの腐食性（酸性／塩基性、求核性、
または反応性等）に対する耐性があること、温度に対す
る安定性があること、比較的剛性で、製造工程で必要な
らば作製した構造をダイス状に切断できる（つまり、１
枚のウェハに多数のプリントヘッドチップを作製した場
合、ウェハを各チップに切断しなければならない）こ
と、である。材料および方法の実施可能な様々な組み合
わせが示されているが、どの組み合わせがベストモード
かという選択は、プリントヘッドに使用されるインクの
選択、および経費等の外的要因によって異なる。全体と
しては、インクジェット印刷における永久層用の材料と
してもっとも用途が広いのは、ポリアリレンエーテルま
たはポリイミドである。
している本発明の様々な実施形態を表す、犠牲層材料、
永久層材料、犠牲層パターニング方法、および溶解用化
学物質の好適な各種組み合わせを一般的名称で示す表で
ある。簡単には、犠牲材料に必要な属性は、（材料自体
が光感応性であるか、またはホトレジストの塗布によっ
てパターニング可能となるかのいずれかによって）パタ
ーニング可能なこと、かつ（ウェットもしくはプラズマ
ケミカルエッチング、イオン衝突（イオンボンバードメ
ント）、または磨耗等によって）除去可能なこと、であ
る。インクジェット印刷における永久材料に必要な属性
は、一般的なインクの腐食性（酸性／塩基性、求核性、
または反応性等）に対する耐性があること、温度に対す
る安定性があること、比較的剛性で、製造工程で必要な
らば作製した構造をダイス状に切断できる（つまり、１
枚のウェハに多数のプリントヘッドチップを作製した場
合、ウェハを各チップに切断しなければならない）こ
と、である。材料および方法の実施可能な様々な組み合
わせが示されているが、どの組み合わせがベストモード
かという選択は、プリントヘッドに使用されるインクの
選択、および経費等の外的要因によって異なる。全体と
しては、インクジェット印刷における永久層用の材料と
してもっとも用途が広いのは、ポリアリレンエーテルま
たはポリイミドである。
【００２３】本発明の一形態では、犠牲層および永久層
のそれぞれに、異なる種類のポリイミドを用いてもよ
い。２種類のポリイミドを用いる場合、犠牲層には部分
的に硬化したポリイミド、かつ永久層には完全に硬化し
たポリイミドを使用する。または、犠牲層には塩基に反
応するポリイミド、かつ永久層には犠牲層のものよりも
塩基反応が弱いポリイミドを使用してもよい。
のそれぞれに、異なる種類のポリイミドを用いてもよ
い。２種類のポリイミドを用いる場合、犠牲層には部分
的に硬化したポリイミド、かつ永久層には完全に硬化し
たポリイミドを使用する。または、犠牲層には塩基に反
応するポリイミド、かつ永久層には犠牲層のものよりも
塩基反応が弱いポリイミドを使用してもよい。
【００２４】図９の表では、登録商標ＲＩＳＴＯＮおよ
びＶＡＣＲＥＬ（ともにＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ
Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙ発売）等の商標
名をもつ物質を記載している。これら商標名をもつ材料
は「ドライフィルムソルダマスク」と称する。
びＶＡＣＲＥＬ（ともにＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ
Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙ発売）等の商標
名をもつ物質を記載している。これら商標名をもつ材料
は「ドライフィルムソルダマスク」と称する。
【００２５】インクジェットプリントヘッドの製造にお
いては、一層からなる永久層１４を厚さ６０マイクロメ
ートルまで簡単に作製できる。この厚さでも、永久層１
４の壁面とシリコン基板１０との間に望ましい垂直関係
をもつことができる。しかし、図５に示すような本発明
の方法を複数回反復する場合、かかる永久層を複数層含
む永久層１４の厚さはすぐに何十ミリメートルにもなっ
てしまう。一層以上の永久層１４で構成される構造の厚
さは、基本的にはかかる壁面の機械的安定性のみによっ
て制約される。つまり永久層１４によって形成される壁
面は、特定の状況下で壁面自体を十分支持できるだけの
厚さであればよい。
いては、一層からなる永久層１４を厚さ６０マイクロメ
ートルまで簡単に作製できる。この厚さでも、永久層１
４の壁面とシリコン基板１０との間に望ましい垂直関係
をもつことができる。しかし、図５に示すような本発明
の方法を複数回反復する場合、かかる永久層を複数層含
む永久層１４の厚さはすぐに何十ミリメートルにもなっ
てしまう。一層以上の永久層１４で構成される構造の厚
さは、基本的にはかかる壁面の機械的安定性のみによっ
て制約される。つまり永久層１４によって形成される壁
面は、特定の状況下で壁面自体を十分支持できるだけの
厚さであればよい。
【００２６】ポリアリレンエーテル等の調製に関するさ
らなる情報は、以下の文献に記載がある。以下の文献の
開示はすべて本出願に引用し援用する。
らなる情報は、以下の文献に記載がある。以下の文献の
開示はすべて本出願に引用し援用する。
【００２７】（参考文献）P.M.Hergenrother, J.Macrom
ol. Sci. Rev. Macromol. Chem., C19(1),1-34 (1980);
P.M.Hergenrother, B.J.Jensen,and S.J.Havens, Poly
mer, 29, 358 (1988);B.J.Jensen and P.M.Hergenrothe
r,"High Performance Polymers," Vol.1, No.1) page 3
1(1989), "Effect of Molecular Weight on Poly(aryle
ne ether ketone) Properties";V.Percec and B.C.Auma
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ar Weight Polymers by Nickel Coupling of Aryl Poly
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ie, 176, 267 (1975)。
【００２８】構造の実施形態を参照して本発明を説明し
たが、本発明は実施形態の詳細に限定されるものではな
く、前掲の特許請求の範囲内のあらゆる変形および修正
を含む。
たが、本発明は実施形態の詳細に限定されるものではな
く、前掲の特許請求の範囲内のあらゆる変形および修正
を含む。
【図１】 シリコン基板上にインクジェットプリントヘ
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、基板上に犠
牲層を設置する工程を示す立面図である。
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、基板上に犠
牲層を設置する工程を示す立面図である。
【図２】 シリコン基板上にインクジェットプリントヘ
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、犠牲層に永
久材料を堆積する工程を示す立面図である。
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、犠牲層に永
久材料を堆積する工程を示す立面図である。
【図３】 シリコン基板上にインクジェットプリントヘ
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、永久材料を
研磨して犠牲層を露出させる工程を示す立面図である。
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、永久材料を
研磨して犠牲層を露出させる工程を示す立面図である。
【図４】 シリコン基板上にインクジェットプリントヘ
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、犠牲層を除
去する工程を示す立面図である。
ッド用の毛細管通路を形成する工程、特に、犠牲層を除
去する工程を示す立面図である。
【図５】 シリコン基板上にインクジェットプリントヘ
ッド用の毛細管通路を形成する様子を示す立面図であ
る。
ッド用の毛細管通路を形成する様子を示す立面図であ
る。
【図６】 本発明の技術に従って作製されるサーマルイ
ンクジェットプリントヘッドの、より完成に近い状態を
示す立面図である。
ンクジェットプリントヘッドの、より完成に近い状態を
示す立面図である。
【図７】 本発明の技術を用いて形成しうる様々な通路
形状を示す、図６の７−７線に沿って切り取った断面図
である。
形状を示す、図６の７−７線に沿って切り取った断面図
である。
【図８】 本発明の技術を用いてサーマルインクジェッ
トプリントヘッド中のイジェクタの加熱要素群の回りに
ピットを形成する様子を示す斜視図である。
トプリントヘッド中のイジェクタの加熱要素群の回りに
ピットを形成する様子を示す斜視図である。
【図９】 サーマルインクジェットプリントヘッドの作
製において本発明の技術を実施する際に使用可能な公知
の材料組を示す表である。
製において本発明の技術を実施する際に使用可能な公知
の材料組を示す表である。
１０ 半導体基板、１２ 犠牲層、１４ 永久層、１６
第二犠牲層、２４加熱要素、２５ ピット。
第二犠牲層、２４加熱要素、２５ ピット。
フロントページの続き (72)発明者 ミルドレッド カリストリ−エー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ウェブ スター ペレット ロード 495 (72)発明者 ダイアン アトキンソン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ウェブ スター モホーク ストリート 35
Claims (3)
- 【請求項１】 内部にキャビティを規定する微細機械装
置の製造方法であって、 主表面を規定する基板を設けるステップと、 前記主表面上に、前記キャビティのネガ型モールドとし
て構成される除去可能な犠牲層を堆積するステップと、 前記犠牲層上に、永久材料からなる永久層を堆積するス
テップと、 前記永久層を研磨して前記犠牲層を露出させるステップ
と、 前記犠牲層を除去するステップと、を備える方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記主
表面上に除去可能な犠牲層を堆積する前記ステップは、
前記犠牲層を堆積して、前記犠牲層の端縁が前記基板の
前記主表面とほぼ直角となるようにするステップを含む
方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、前記永
久層はポリアリレンエーテルを含む方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/712,761 US5738799A (en) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | Method and materials for fabricating an ink-jet printhead |
| US08/712,761 | 1996-09-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1086392A true JPH1086392A (ja) | 1998-04-07 |
| JPH1086392A5 JPH1086392A5 (ja) | 2005-06-09 |
Family
ID=24863452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9233426A Pending JPH1086392A (ja) | 1996-09-12 | 1997-08-29 | 内部にキャビティを規定する微細機械装置の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5738799A (ja) |
| EP (1) | EP0829360B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1086392A (ja) |
| DE (1) | DE69728336T2 (ja) |
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