特開 2022-167809 最適化された流体吐出特徴を有する吐出ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022167809

(43)【公開日】2022-11-04

(54)【発明の名称】最適化された流体吐出特徴を有する吐出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20221027BHJP

   B41J 2/16 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 501

B41J2/14 305

B41J2/16 507

B41J2/16 401

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022064426

(22)【出願日】2022-04-08

(31)【優先権主張番号】17/237,312

(32)【優先日】2021-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】000201113

【氏名又は名称】船井電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100148460

【弁理士】

【氏名又は名称】小俣 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100168125

【弁理士】

【氏名又は名称】三藤 誠司

(72)【発明者】

【氏名】マーラ サード・マイケル エー．

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF99

2C057AG01

2C057AG12

2C057AG13

2C057AG14

2C057AG44

2C057AP12

2C057AP13

2C057AP31

2C057AP35

2C057AQ03

2C057BA04

(57)【要約】

【課題】吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】該吐出ヘッドは、半導体基板上に堆積された第１流体吐出器と第２流体吐出器とを含む。第１流体供給チャネルと、第１流体チャンバと、第２流体供給チャネル及び第２流体チャンバの第１部分とを提供するため、第１フロー特徴層が半導体基板に取り付けられる。第１ノズル孔の第１部分と、第２流体供給チャネル及び第２流体チャンバの第２部分とを提供するため、第２フロー特徴層が第１フロー特徴層に取り付けられる。第１ノズル孔の第２部分と、第２ノズル孔の第１部分とを提供するため、第１ノズルプレート層が第２フロー特徴層に取り付けられる。第２ノズル孔の第２部分を提供するため、第２ノズルプレート層が第１ノズルプレート層に取り付けられる。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体吐出装置のための吐出ヘッドであって、
半導体基板上に堆積された複数の第１流体吐出器及び第２流体吐出器と、
前記半導体基板に取り付けられ、第１フロー特徴層において前記複数の第１吐出器のための複数の第１流体供給チャネル及び複数の第１流体チャンバと、前記複数の第２吐出器のための複数の第２流体供給チャネル及び複数の第２流体チャンバの第１部分とを提供する第１フロー特徴層と、
前記第１フロー特徴層に取り付けられ、前記複数の第１流体チャンバに隣接した第１ノズル孔の第１部分と、前記複数の第２吐出器のための前記複数の第２流体供給チャネル及び前記複数の第２流体チャンバの第２部分とを提供する第２フロー特徴層と、
前記第２フロー特徴層に取り付けられ、前記複数の第１流体チャンバに隣接した前記第１ノズル孔の第２部分と、前記複数の第２流体チャンバに隣接した第２ノズル孔の第１部分とを提供する第１ノズルプレート層と、
前記第１ノズルプレート層に取り付けられ、前記複数の第２流体チャンバに隣接した前記第２ノズル孔の第２部分を提供する第２ノズルプレート層と
を含む、
吐出ヘッド。

【請求項2】

前記第２ノズル孔を介して前記複数の第２流体吐出器により吐出される流体のボリュームが、前記第１ノズル孔を介して前記複数の第１流体吐出器により吐出される流体のボリュームの２～６倍である、
請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項3】

前記第１フロー特徴層が、１０～２０ミクロンの範囲の厚さを有する第１フォトレジスト材料層由来である、
請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項4】

前記第２フロー特徴層が、１～１０ミクロンの範囲の厚さを有する第２フォトレジスト材料層由来である、
請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項5】

前記第１ノズルプレート層が、５～３０ミクロンの範囲の厚さを有する第３フォトレジスト材料層由来である、
請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項6】

前記第２ノズルプレート層が、５～３０ミクロンの範囲の厚さを有する第４フォトレジスト材料層由来である、
請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項7】

前記第２フロー特徴層、前記第１ノズルプレート層、及び前記第２ノズルプレート層が積層フォトレジスト材料層を含む、
請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項8】

前記吐出ヘッドが流体吐出装置のための流体カートリッジに取り付けられ、前記流体カートリッジが少なくとも２つの異なる流体を含む、
請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項9】

複数の流体吐出器を有する半導体基板を提供することと、
前記半導体基板に第１流体フロー層を施すことと、
前記第１流体フロー層に、複数の第１流体吐出器のための第１流体チャネル及び第１流体チャンバと、複数の第２流体吐出器のための第２流体チャネル及び第２流体チャンバの第１部分とを画像形成及び現像することと、
前記半導体基板に流体供給ビアをエッチングすることと、
前記第１流体フロー層に第２流体フロー層を施すことと、
前記第２流体フロー層に、前記第１流体チャンバに隣接した第１ノズル孔の第１部分と、前記複数の第２流体吐出器のための前記第２流体チャネル及び前記第２流体チャンバの第２部分とを画像形成及び現像することと、
前記第２流体フロー層に第１ノズルプレート層を施すことと、
前記第１流体チャンバに隣接した前記第１ノズル孔の第２部分と、前記第２流体チャンバに隣接した第２ノズル孔の第１部分とを提供するため、前記第１ノズルプレート層を画像形成及び現像することと、
前記第１ノズルプレート層に第２ノズルプレート層を施すことと、
前記第２流体チャンバに隣接した前記第２ノズル孔の第２部分を提供するため、前記第２ノズルプレート層を画像形成及び現像することと
を含み、
前記第２ノズル孔を介し前記複数の第２流体吐出器から吐出される流体のボリュームが、前記第１ノズル孔を介し前記複数の第１流体吐出器から吐出される流体のボリュームの２～６倍である、
吐出ヘッドの製造方法。

【請求項10】

前記第１流体フロー層が、前記半導体基板にスピンオンされたフォトレジスト材料である、
請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第２流体フロー層が前記第１流体フロー層に積層される、
請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記第１ノズルプレート層が前記第２流体フロー層に積層される、
請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記第２ノズルプレート層が前記第１ノズルプレート層に積層される、
請求項９に記載の方法。

【請求項14】

複数の第１流体吐出器と複数の第２の流体吐出器とを含む半導体基板と、
前記半導体基板に取り付けられたフロー特徴層と、
前記フロー特徴層に取り付けられたノズルプレート層と
を含み、
前記フロー特徴層が、
前記複数の第１流体吐出器に関連付く複数の第１流体供給チャネル及び複数の第１流体チャンバと、
前記複数の第２の流体吐出器に関連付く複数の第２の流体供給チャネル及び複数の第２の流体チャンバと
を含み、
前記ノズルプレート層が、
前記複数の第１流体チャンバに関連付く複数の第１ノズル孔と、
前記複数の第２の流体チャンバに関連付く複数の第２のノズル孔と
を含み、
前記複数の第２のノズル孔により吐出される流体のボリュームが、前記複数の第１ノズル孔により吐出される流体のボリュームの２～６倍である、
多流体吐出ヘッド。

【請求項15】

前記フロー特徴層が、前記半導体基板に取り付けられたフォトレジスト材料由来の第１フロー特徴層と、前記第１フロー特徴層に取り付けられたフォトレジスト材料由来の第２フロー特徴層とを含む、
請求項１４に記載の多流体吐出ヘッド。

【請求項16】

前記第１フロー特徴層が、１０～２０ミクロンの範囲の厚さを有する、
請求項１５に記載の多流体吐出ヘッド。

【請求項17】

前記第２フロー特徴層が、１～１０ミクロンの範囲の厚さを有する、
請求項１５に記載の多流体吐出ヘッド。

【請求項18】

前記ノズルプレート層が、前記第２フロー特徴層に取り付けられた第１ノズルプレート層と、前記第１ノズルプレート層に取り付けられた第２ノズルプレート層とを含む、
請求項１５に記載の多流体吐出ヘッド。

【請求項19】

前記第１ノズルプレート層が、５～３０ミクロンの範囲の厚さを有する、
請求項１８に記載の多流体吐出ヘッド。

【請求項20】

前記第２ノズルプレート層が、５～３０ミクロンの範囲の厚さを有する、
請求項１８に記載の多流体吐出ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は改善された吐出ヘッドに関するものであり、特に、異なる流体を同一の吐出ヘッドから吐出するため最適化された流体吐出特徴を有する吐出ヘッドの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）及びナノデバイスは、典型的に、画像形成された材料から製造された３次元（３Ｄ）構造を含む。ＭＥＭＳ及びナノデバイスの例には、流体吐出ヘッド、マイクロフィルタ、マイクロセパレータ、マイクロシーブ、及び他のマイクロ及びナノスケールの流体取扱構造を含むが、これに限定されない。このような構造は、多様な流体を取り扱うことができる。例えば、流体吐出ヘッドは、インク、冷却液、薬剤、潤滑剤等を含む様々な流体を吐出するために有用なナノデバイスである。流体吐出ヘッドは、蒸気治療、電子タバコ等のための蒸気化装置にも用いられることができる。

【0003】

流体吐出ヘッドは単純なデバイスのように思えても、強力でありながら多用途な流体吐出ヘッドを提供するために、電子回路、インク経路、そして精密に組み立てられた様々な微小部品を含む、比較的複雑な構造を有するデバイスである。吐出ヘッドの部品は互いに協働し、様々な流体や流体配合物に対して有用でなければならない。従って、吐出すべき流体に吐出ヘッド部品が適合性を有することが重要である。

【0004】

流体吐出ヘッドの主要部品は、半導体基板、フロー特徴層、ノズルプレート層、及び基板に取り付けられたフレキシブル回路である。半導体基板はシリコン製であり、そのデバイス面に堆積された様々なパッシベーション層、導電性金属層、抵抗層、絶縁層、及び保護層を含むことが好ましい。基板のデバイス面に形成された流体吐出アクチュエータは、サーマルアクチュエータ、バブルジェットアクチュエータ、又は圧電アクチュエータであってよい。サーマルアクチュエータでは、個別のヒータ抵抗器が抵抗層に定義され、各ヒータ抵抗器は流体を加熱して吐出ヘッドから所望の基板又は目標へ吐出するためにノズルプレートのノズル孔に対応する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の吐出ヘッドは単一のフロー特徴層と単一のノズルプレート層とを含む。このような吐出ヘッドは、典型的に、例えばインクといった１つの種類の流体を吐出するために設計及び最適化されており、吐出ヘッドにより吐出されるブラックインクのボリュームは、吐出されるカラーインクのボリュームの２倍未満であり得る。このように、単一の吐出ヘッドがブラック及びカラーインクを含む流体カートリッジのために用いられる可能性がある。

【0006】

蒸気療法、薬剤送達、又はアッセイ分析といったいくつかの応用では、様々な水性及び／又は非水性流体、及び／又は様々な流体ボリュームが、多流体含有カートリッジに取り付けられた単一の吐出ヘッドにより吐出されることを要する可能性がある。このため、単一の吐出ヘッドから２つ以上の異なる種類の流体を吐出することが望ましい場合、１種類の流体を吐出するために最適化された吐出ヘッドでは異なる種類及び／又はボリュームの流体を吐出するには最適でない可能性がある。例えば、水性流体を吐出するために設計された吐出ヘッドは、水性の流体と非水性の流体の両方を吐出するよう最適に設計されていない。同様に、約３～約６ナノグラムの流体を吐出するよう設計された吐出ヘッドは、約２：１～約６：１の範囲の流体ボリューム比を有する２つ以上の異なる流体を吐出するには有用でない可能性がある。

【0007】

従って、２つ以上の異なる種類の流体のための最適化された流体吐出特徴を提供するよう製造プロセスの間に構成されることのできる吐出ヘッドが必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記を鑑み、本発明の１つの実施形態は、流体吐出装置のための吐出ヘッドを提供する。該吐出ヘッドは、半導体基板上に堆積された複数の第１流体吐出器と、複数の第２流体吐出器とを含む。第１フロー特徴層において複数の第１流体吐出器のための複数の第１流体供給チャネル及び複数の第１流体チャンバと、複数の第２流体吐出器のための複数の第２流体供給チャネル及び複数の第２流体チャンバの第１部分とを提供するため、第１フロー特徴層が半導体基板に取り付けられる。複数の第１流体チャンバに隣接した第１ノズル孔の第１部分と、複数の第２流体吐出器のための複数の第２流体供給チャネル及び複数の第２流体チャンバの第２部分とを提供するため、第２フロー特徴層が第１フロー特徴層へ取り付けられる。複数の第１流体チャンバに隣接した第１ノズル孔の第２部分と、複数の第２流体チャンバに隣接した第２ノズル孔の第１部分とを提供するため、第１ノズルプレート層が第２フロー特徴層へ取り付けられる。複数の第２流体チャンバに隣接した第２ノズル孔の第２部分を提供するため、第２ノズルプレート層が第１ノズルプレート層へ取り付けられる。第２ノズル孔を介して複数の第２流体吐出器により吐出される流体のボリュームは、第１ノズル孔を介して複数の第１流体吐出器により吐出される流体のボリュームの約２～約６倍である。

【0009】

もう１つの実施形態において、吐出ヘッドの製造方法を提供する。該方法は、複数の流体吐出器を有する半導体基板を提供することを含む。第１流体フロー層が半導体基板に施される。複数の第１流体吐出器のための第１流体チャネル及び第１流体チャンバと、複数の第２流体吐出器のための第２流体チャネル及び第２流体チャンバの第１部分とが、第１流体フロー層において画像形成されて現像される。流体供給ビアが半導体基板にエッチングされる。第２流体フロー層が第１流体フロー層へ施される。第１流体チャンバに隣接した第１ノズル孔の第１部分と、複数の第２流体吐出器のための第２流体チャネル及び第２流体チャンバの第２部分とが、第２流体フロー層において画像形成されて現像される。第１ノズルプレート層が第２流体フロー層に施される。第１流体チャンバに隣接した第１ノズル孔の第２部分と、第２流体チャンバに隣接した第２ノズル孔の第１部分とを提供するため、第１ノズルプレート層が画像形成されて現像される。第２ノズルプレート層が第１ノズルプレート層に施される。第２流体チャンバに隣接した第２ノズル孔の第２部分を提供するため、第２ノズルプレート層が画像形成されて現像される。複数の第２ノズル孔を介して複数の第２流体吐出器により吐出される流体のボリュームは、複数の第１ノズル孔を介して複数の第１流体吐出器により吐出される流体のボリュームの約２～約６倍である。

【0010】

もう１つの実施形態は、複数の第１流体吐出器と複数の第２流体吐出器とを含む半導体基板と、半導体基板に取り付けられたフロー特徴層と、フロー特徴層に取り付けられたノズルプレート層とを含む多流体吐出ヘッドを提供する。フロー特徴層は、複数の第１流体吐出器に関連付く複数の第１流体供給チャネル及び複数の第１流体チャンバと、複数の第２流体吐出器に関連付く複数の第２流体供給チャネル及び複数の第２流体チャンバとを含む。ノズルプレート層は、複数の第１流体チャンバに関連付く複数の第１ノズル孔と、複数の第２流体チャンバに関連付く複数の第２ノズル孔とを含む。複数の第２ノズル孔により吐出される流体のボリュームは、複数の第１ノズル孔により吐出される流体のボリュームの約２～約６倍である。

【0011】

いくつかの実施形態において、第１フロー特徴層は、約１０～約２０ミクロンの範囲の厚さを有する第１フォトレジスト材料層由来である。

【0012】

いくつかの実施形態において、第２フロー特徴層は、約１～約１０ミクロンの範囲の厚さを有する第２フォトレジスト材料層由来である。

【0013】

いくつかの実施形態において、第１ノズルプレート層は、約５～約３０ミクロンの範囲の厚さを有する第３フォトレジスト材料層由来である。

【0014】

いくつかの実施形態において、第２ノズルプレート層は、約５～約３０ミクロンの範囲の厚さを有する第４フォトレジスト材料層由来である。

【0015】

いくつかの実施形態において、第２フロー特徴層、第１ノズルプレート層、及び第２ノズルプレート層は積層フォトレジスト材料層を含む。

【0016】

いくつかの実施形態において、第１流体フロー層は、半導体基板にスピンオンされたフォトレジスト材料である。

【0017】

いくつかの実施形態において、第２流体フロー層は、第１流体フロー層に積層される。

【0018】

いくつかの実施形態において、第１ノズルプレート層は、第２流体フロー層に積層される。

【0019】

いくつかの実施形態において、第２ノズルプレート層は、第１ノズルプレート層に積層される。

【0020】

いくつかの実施形態において、フロー特徴層は、半導体基板に取り付けられたフォトレジスト材料由来の第１フロー特徴層と、第１フロー特徴層に取り付けられたフォトレジスト材料由来の第２フロー特徴層とを含む。

【0021】

いくつかの実施形態において、ノズルプレート層は、第２フロー特徴層に取り付けられた第１ノズルプレート層と、第１ノズルプレート層に取り付けられた第２ノズルプレート層とを含む。

【0022】

いくつかの実施形態において、吐出ヘッドは流体吐出装置のための流体カートリッジに取り付けられ、流体カートリッジは少なくとも２つの異なる流体を含む。

【0023】

開示される実施形態の利点は、多様な流体及び／又は多様な流体ボリュームを取り扱うための単一の吐出ヘッドの改善された能力である。開示される実施形態は、吐出ヘッドのフロー特徴層とノズルプレート層の両方における複数の厚さを含む、複数の最適化された流体吐出構造を有する吐出ヘッドの製造を可能とする。従って、吐出ヘッドの領域を特定の流体のために個別に最適化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、単一の吐出ヘッドから２つまでの異なる流体を吐出するための流体カートリッジの、縮尺通りでない、斜視図である。

【図2】図２は、単一の吐出ヘッドから４つまでの異なる流体を吐出するための流体カートリッジの、縮尺通りでない、斜視図である。

【図3】図３は、図１又は図２の流体カートリッジを用いる流体分注装置の、縮尺通りでない、斜視図である。

【図4】図４は、図３の流体吐出装置で用いるためのマイクロウェルプレート及びそのトレイの、縮尺通りでない、斜視図である。

【図5】図５は、単一の流体を吐出するための先行技術の吐出ヘッドの一部の、縮尺通りでない、平面図である。

【図6】図６は、図５の先行技術の吐出ヘッドの、縮尺通りでない、断面図である。

【図7】図７は、本発明の第１の実施形態による吐出ヘッドの、縮尺通りでない、断面図である。

【図8】図８は、本発明の第２の実施形態による吐出ヘッドの、縮尺通りでない、断面図である。

【図9】図９は、本発明による吐出ヘッドを製造するための、基板及び互いへのフォトイメージアブル層適用の、縮尺通りでない、概略断面図である。

【図10】図１０は、図７の吐出ヘッドのための各フォトイメージアブル層のための画像形成及び現像パターンを示す、半導体基板及びフォトイメージアブル層の一部の、縮尺通りでない、平面図である。

【図11】図１１は、図８の吐出ヘッドのための各フォトイメージアブル層のための画像形成及び現像パターンを示す、半導体基板及びフォトイメージアブル層の一部の、縮尺通りでない、平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１を参照し、２つまでの異なる流体を分注するための流体供給チャンバ１４ａ及び１４ｂと、流体供給チャンバ１４ａと１４ｂとの間の分離壁１６とを含むカートリッジ本体１２を有する流体カートリッジ１０を表している。流体チャンバ１４ａと１４ｂとに対応する２つの流体供給ビア２０ａと２０ｂとを含む吐出ヘッド１８が、フレキシブル回路２２により流体カートリッジ１０に取り付けられる。フレキシブル回路は、吐出ヘッド１８上の流体吐出器を作動させるため、流体吐出装置への電気接続を提供する。

【0026】

図２は、４つまでの異なる流体を分注するための流体供給チャンバ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、流体供給チャンバ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの間の分離壁３６ａ及び３６ｂとを含むカートリッジ本体３２を有する流体カートリッジ３０を表す。流体チャンバ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに対応する４つの流体供給ビアを含む吐出ヘッドが、上述したように流体カートリッジ３０に取り付けられる。

【0027】

上述した流体カートリッジ１０と３０は、インク、潤滑剤、医療アッセイ流体、薬剤、蒸気治療薬、化学反応性流体等を含むがこれらに限定されない、多様な流体を分注するために用いられることができる。このような流体カートリッジ１０と３０は、例えば、マイクロウェルプレート４４のウェル４２（図４）内、又はガラススライド（図示せず）上に１以上の流体及び／又は流体の１以上のボリュームを分注するための流体分注装置４０（図３）において用いられることができる。マイクロウェルプレート４４は、典型的に、装置の起動ボタン５２が押されたときにマイクロウェルプレート４４のウェル４２に流体を堆積させるためマイクロウェルプレート４４を流体分注装置４０の本体５０中を移動させるためのキャリッジ機構４８内に配置される、トレイ４６に保持される。医療アッセイ分析では、マイクロウェルプレート４４の異なるウェル４２は、分析を完了するために、単一の流体カートリッジから異なる流体及び流体の異なる量が分注されることを要する可能性がある。装置４０で用いられる流体カートリッジは、マイクロウェルプレート４４が装置４０中をｙ方向に移動するにつれ、ｘ方向にマイクロウェルプレート４４を横切る。従って、マイクロウェルプレート４４のウェル４２内に複数の流体を分注するため、複数の流体供給チャンバを含む単一の流体カートリッジが用いることができる。

【0028】

上述したように、従来の先行技術の吐出ヘッドは典型的に特定の種類の流体に最適化されている。図５は先行技術の吐出ヘッド６０の平面図であり、図６は吐出ヘッド６０の図５に示された断面線４-４に沿った断面図である。吐出ヘッド６０は、その上に堆積された複数の流体吐出器６４とそれらの電子回路とを含む半導体基板６２を含む。半導体基板６２は、その上に形成された圧電デバイス又はヒータ抵抗器といった、複数の流体吐出器６４を含むシリコン半導体基板であることが好ましい。

【0029】

半導体基板６２の流体供給ビア７２から流体供給チャネル６８を介し流体チャンバ７０へ流体を提供するため、流体供給チャネル６８と流体チャンバ７０とを含む流体フロー層６６が半導体基板６２に取り付けられる。ノズル孔７６を含むノズルプレート７４が流体フロー層６６に取り付けられる。流体吐出器６４が作動されると、流体はノズルプレート７４のノズル孔７６を介し所定の基板又はターゲット材へ吐出される。

【0030】

上記の先行技術の吐出ヘッド６０は、流体のボリューム及び特性が比較的一定のままである単一の流体を容易に収容することができる。比較的一定とは、流体が特定の比重といった類似の特性を有し、流体が水性又は非水性のいずれかであり、吐出される流体のボリューム範囲がボリューム比２：１未満であることを意味する。

【0031】

しかし、特性及び吐出される量が大きく異なる可能性のある流体の単一吐出ヘッドからの吐出を提供する必要があるとき、図７と８に表すような吐出ヘッドを提供することができる。吐出ヘッド８０は、半導体基板８４にエッチングされた流体供給ビア８２の対向する側に２つの異なる流体フロー構造を含む。例えば、流体吐出器９０のための流体フローチャネル８６と流体チャンバ８８が基板８４上の第１フロー特徴層９２に提供され、ノズル孔９４が第２フロー特徴層９６と第１ノズルプレート層９８により提供される。第１フロー特徴層９２は、約１０～約２０ミクロンの範囲の厚さを有してよい。第２フロー特徴層９６は、約１～１０ミクロンの範囲の厚さを有してよい。第１ノズルプレート層９８は、約５～３０ミクロンの範囲の厚さを有してよい。

【0032】

流体供給ビア８２の対向する側には、第１フロー特徴層９２と第２フロー特徴層９６とにより提供される、拡大された流体フローチャネル１００と流体チャンバ１０２とを含む。ノズル孔９４とは異なり、ノズル孔１０４は第１ノズルプレート層９８と第２ノズルプレート層１０６とにより提供される。第２ノズルプレート層１０６は、約５～３０ミクロンの範囲の厚さを有してよい。層９２、９６、９８、１０６の厚さによって、様々な流体ボリュームが流体供給ビア８２の各側から吐出されることができる。吐出ヘッド８０は、水性流体と、例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）である溶剤系流体といった、２つの異なる種類の流体の使用、そして、ノズル孔９４を介して吐出される流体のボリュームの約２～約６倍であるノズル孔１０４を介して吐出される流体のボリュームを可能とする。例えば、吐出器９０は吐出すべき流体の所望のボリュームが小さいときに作動されてよく、吐出器１０８は吐出すべき流体の所望のボリュームが大きいときに作動されてよい。同様に、吐出器９０は１つの種類の吐出すべき流体のために用いられてよく、吐出器１０８は異なる種類の吐出すべき流体のために用いられてもよい。このため、特定の流体を吐出するのに最適なフロー特徴及びノズルを用いることで、幅広い種類及びボリュームの流体を吐出するために単一の吐出ヘッドを用いることができる。

【0033】

図８は、図１と２を参照して上記で説明したような、異なる流体のための複数の流体供給チャンバを有するカートリッジのためのマルチビア吐出ヘッド２００を表す。単純化するため、半導体基板２０６にエッチングされた２つの流体供給ビア２０２と２０４のみを表している。吐出ヘッド８０のように、吐出ヘッド２００は第１フロー特徴層９２において提供された流体供給チャネル２０８と流体チャンバ２１０とを有する。ノズル孔２１４は第２フロー特徴層９６と第１ノズルプレート層９８とにより提供される。従って、吐出器２２０の作動はノズル孔２１４を介した流体の吐出を提供する。上述したように、第１フロー特徴層９２は約１０～約２０ミクロンの範囲の厚さを有してよい。第２フロー特徴層９６は、約１～約１０ミクロンの範囲の厚さを有してもよい。第１ノズルプレート層９８は、約５～約３０ミクロンの範囲の厚さを有してもよい。

【0034】

吐出ヘッド２００は、吐出器２２０を作動させることにより吐出される流体よりも大きなボリュームを吐出するために最適化された流体供給ビア２０４に関連付くフロー特徴も含む。従って、吐出ヘッド２００は、第１フロー特徴層９２と第２フロー特徴層９６とにより提供される流体供給チャネル２２２と流体チャンバ２２４、そして第１ノズルプレート層９８と第２ノズルプレート層１０６とにより提供されるノズル孔２２６も含む。第２ノズルプレート層１０６は、約５～約３０ミクロンの範囲の厚さを有する。吐出器２３０が作動されると、ノズル孔２１４により吐出される流体のボリュームと比較して、より大きな流体のボリュームがノズル孔２２６を介し吐出される。

【0035】

いくつかの実施形態において、第１フロー特徴層９２は厚さが約１２～約１６ミクロンの範囲であってよく、第２フロー特徴層９６は厚さが約２～約９ミクロンの範囲であってもよい。第１ノズルプレート層９８は厚さが約５～約１２ミクロンの範囲であってもよく、第２ノズルプレート層１０６は厚さが約５～約２０ミクロンの範囲であってもよい。吐出すべき流体により要求される特定のフロー特徴によって、フロー特徴層及びノズルプレート層に対して他の厚さが用いられてもよい。

【0036】

吐出ヘッド８０は、基板８４にフォトイメージアブル材料をスピンコート又は積層することにより、半導体基板８４にフォトイメージアブル材料を施すことで製造されてもよい。フォトイメージアブル材料は、半導体基板に流体供給ビアが形成される前に半導体基板８４にスピンコート又は積層されるネガ型フォトレジスト材料であってよい。図７と併せて図９と１０を参照し、吐出ヘッド８０を提供するために用いられる各層のための画像形成及び現像パターンを表す。層９２、９６、９８、１０６のそれぞれは、吐出ヘッド構造に一度に１つずつ施される。次いで、これら層は各層のため図１０に示したパターンを用いて一度に１つずつ画像形成及び現像される。

【0037】

図示されるように、半導体基板８４は、従来のマイクロ電子処理技術により形成される流体吐出器９０と１０８を含む。次に、第１フロー特徴層９２が半導体基板８４にスピンオン又は積層される。次いで、流体フローチャネル８６と、流体フローチャネル１００の第１部分１００ａ、並びに、流体チャンバ８８と、流体チャンバ１０２の第１部分１０２ａとを提供するため、第１フロー特徴層９２がマスクを介して画像形成されて現像される。第１フロー特徴層９２を画像形成及び現像した後、流体供給ビア８２が深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）処理を用いて半導体基板にエッチングされる。

【0038】

次に、画像形成及び現像された第１フロー特徴層９２に第２フロー特徴層９６が積層される。ノズル孔９４の第１部分９４ａと、流体フローチャネル１００の第２部分１００ｂと、流体チャンバ１０２の第２部分１０２ｂとを提供するため、第２フロー特徴層９６がマスクを介して画像形成されて現像される。

【0039】

次に、第１ノズルプレート層が第２フロー特徴層９６に積層される。ノズル孔９４の第２部分９４ｂと、ノズル孔１０４の第１部分１０４ａとを提供するため、第１ノズルプレート層９８がマスクを介して画像形成されて現像される。第１ノズルプレート層９８を画像形成及び現像した後、第２ノズルプレート層１０６が第１ノズルプレート層９８に積層される。部分２４０を完全に除去し、ノズル孔１０４の第２部分１０４ｂを形成するため、第２ノズルプレート層１０６がマスクを介して画像形成されて現像される。吐出ヘッドを形成するためにネガ型フォトレジスト材料が用いられるとき、活性光線に露光された領域のみが残り、マスクの非透明領域により遮られた未露光領域は除去され、図７に示すような各層における吐出ヘッドのフロー特徴が形成される。

【0040】

図８と併せて図９と１１を参照し、吐出ヘッド２００を提供するために用いられる各層のための画像形成及び現像パターンを表す。層９２、９６、９８、１０６のそれぞれは、吐出ヘッド構造に一度に１つずつ施される。次いで、これら層は各層のため図１１に示したパターンを用いて一度に１つずつ画像形成及び現像される。

【0041】

図示されるように、半導体基板２０６は、従来のマイクロ電子処理技術により形成される流体吐出器２２０と２３０を含む。次に、第１フロー特徴層９２が半導体基板２０６にスピンオン又は積層される。次いで、流体供給チャネル２０８と、流体フローチャネル２２２の第１部分２２２ａ、並びに、流体チャンバ２１０と、流体チャンバ２２４の第１部分２２４ａとを提供するため、第１フロー特徴層９２がマスクを介して画像形成されて現像される。第１フロー特徴層９２を画像形成及び現像した後、流体供給ビア２０２と２０４が深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）処理を用いて半導体基板にエッチングされる。

【0042】

次に、画像形成及び現像された第１フロー特徴層９２に第２フロー特徴層９６が積層される。ノズル孔２１４の第１部分２１４ａと、流体フローチャネル２２２の第２部分２２２ｂと、流体チャンバ２２４の第２部分２２４ｂとを提供するため、第２フロー特徴層９６がマスクを介して画像形成されて現像される。

【0043】

次に、第１ノズルプレート層が第２フロー特徴層９６に積層される。ノズル孔２１４の第２部分２１４ｂと、ノズル孔２２６の第１部分２２６ａとを提供するため、第１ノズルプレート層９８がマスクを介して画像形成されて現像される。第１ノズルプレート層９８を画像形成及び現像した後、第２ノズルプレート層１０６が第１ノズルプレート層９８に積層される。部分２４２を完全に除去し、ノズル孔２２６の第２部分２２６ｂを形成するため、第２ノズルプレート層１０６がマスクを介して画像形成されて現像される。

【0044】

第１フロー特徴層９２と第２フロー特徴層９６及び第１ノズルプレート層９８と第２ノズルプレート層１０６を製造するために用いられ得るフォトレジスト材料は、典型的に光酸発生剤を含み、多官能エポキシ化合物、二官能エポキシ化合物、比較的高分子量のポリヒドロキシエーテル、接着増強剤、脂肪族ケトン溶媒、及び任意的に疎水性剤、のうちの１以上を含むよう配合されてよい。本発明の目的のため、「二官能エポキシ」は、分子内にエポキシ官能基が２つのみであるエポキシ化合物及び材料を意味する。「多官能エポキシ」は、分子内にエポキシ官能基が２つよりも多いエポキシ化合物及び材料を意味する。

【0045】

本発明によるフォトレジスト製剤を製造するためのエポキシ成分は、ポリフェノールのグリシジルエーテルといった芳香族エポキシドから選択されてよい。例示的な多官能エポキシ樹脂としては、約１９０～約２５０の範囲のエポキシドグラム当量を有し、１３０℃での粘度が約１０～約６０ポアズの範囲のノボラックエポキシ樹脂といった、フェノールホルムアルデヒドノボラック樹脂のポリグリシジルエーテルである。

【0046】

多官能エポキシ成分は、ゲル浸透クロマトグラフィーで測定して約３，０００～約５，０００の重量平均分子量、及び３を超え、好ましくは約６～約１０である平均エポキシド基官能を有する。フォトレジスト製剤中の多機能エポキシ樹脂の量は、乾燥したフォトレジスト層の重量に基づき約３０～約５０重量％の範囲であってもよい。

【0047】

二官能エポキシ化合物は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、３，４－エポキシシクロヘキシルメチル－３，４－エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、３，４－エポキシ－６－メチルシクロヘキシルメチル―３，４－エポキシ－６－メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス（３，４－エポキシ－６－メチルシクロヘキシルメチル）アジペート、及びビス（２，３－エポキシシクロペンチル）エーテルを含む、二官能エポキシ化合物から選択されてもよい。

【0048】

例示的な二官能エポキシ化合物としては、約１０００より大きいエポキシ当量を有するビスフェノール－Ａ／エピクロロヒドリンエポキシ樹脂である。「エポキシド当量」は、１グラム相当のエポキシドを含む樹脂のグラム数である。二官能性エポキシ成分の重量平均分子量は、典型的に、例えば約２８００～約３５００重量平均分子量といった、２５００ダルトンよりも上である。フォトレジスト製剤中の二官能エポキシ成分の量は、硬化した樹脂の重量に基づき約３０～約９５重量％の範囲であってもよい。

【0049】

例示的な光酸発生剤には、ＶＡ族元素のオニウム塩、ＶＩＡ族元素のオニウム塩、及び芳香族ハロニウム塩から選択されることのできる芳香族錯体塩といった、カチオンを生成することのできる化合物又は化合物の混合物から選択されてよい。芳香族錯塩は、紫外線又は電子ビーム照射にさらされると、エポキシドとの反応を開始する酸部分を生成することができる。光酸発生剤は、ここで説明されるフォトレジスト製剤中において、硬化した樹脂の重量に基づき約５～約１５重量％の範囲の量で存在してもよい。

【0050】

活性光線で照射されたときプロトン酸を生成する化合物が光酸発生剤として用いられよく、芳香族ヨードニウム錯塩と芳香族スルホニウム錯塩を含むが、これに限定されない。例としては、ジ－（ｔ－ブチルフェニル）ヨードニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボラート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロフォスファート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジ（４－ノニルフェニル）ヨードニウムヘキサフルオロフォスファート、［４－（オクチルオキシ）フェニル］フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムトリフラート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、４，４’－ビス［ジフェニルスルホニウム］ジフェニルスルフィドビスヘキサフルオロホスフェート、４，４’－ビス［ジ（β－ヒドロキシエトキシ）フェニルスルホニウム］ジフェニルスルフィドビス－ヘキサフルオロアンチモネート、４，４’－ビス［ジ（β－ヒドロキシエトキシ）フェニルスルホニウム］ジフェニルスルフィド－ビスヘキサフルオロホスフェート、７－［ジ（ｐ－トリル）スルホニウム］－２－イソプロピルチオキサントンヘキサフルオロホスフェート、７－［ジ（ｐ－トリル）スルホニオ－２－イソプロピルチオキサントンヘキサフルオロアンチモネート、７－［ジ（ｐ－トリル）スルホニウム］－２－イソプロピルテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、フェニルカルボニル－４’－ジフェニルスルホニウムジフェニルスルフィドヘキサフルオロホスフェート、フェニルカルボニル－４’－ジフェニルスルホニウムジフェニルスルフィドヘキサフルオロアンチモネート、４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニルカルボニル－４’－ジフェニルスルホニウムジフェニルスルフィドヘキサフルオロホスフェート、４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニルカルボニル－４’－ジフェニルスルホニウムジフェニルスルフィドヘキサフルオロアンチモネート、４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニルカルボニル－４’－ジフェニルスルホニウムジフェニルスルフィドテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボラート、ジフェニル［４－（フェニルチオ）フェニル］スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等を含む。

【0051】

フォトレジスト製剤の調製に用いるための溶媒は、非光反応性である溶媒である。非光反応性溶媒には、γ－ブチロラクトン、炭素数１～６のアセテート、テトラヒドロフラン、低分子量ケトン、これらの混合物等を含むが、これに限定されない。非光反応性溶媒は、フォトレジスト製剤の総重量に基づき、約４０～約６０重量％といった、約２０～約９０重量％の範囲の量でノズルプレート層９８と１０６を提供するために用いられる製剤混合物に存在する。非光反応性溶媒は、典型的に、硬化した樹脂中に残留せず、このため樹脂の硬化ステップの前又は硬化ステップ間に取り除かれる。

【0052】

フォトレジスト製剤は、シラン化合物といった接着増強剤の有効量を任意的に含んでもよい。フォトレジスト製剤の成分と適合性のあるシラン化合物は、典型的に、多官能エポキシ化合物、二官能エポキシ化合物、及び光開始剤からなる群から選択された少なくとも１つと反応が可能である官能基を有する。そのような接着増強剤は、例えばγ－グリシドキシプロピルトリメトキシシランといった、３－（グアニジニル）プロピルトリメトキシシラン及びグリシドキシアルキルトリアルコキシシランといった、エポキシド官能基を有するシランであってよい。使用されるとき、接着増強剤は、硬化した樹脂の総重量に基づき、約１．０～約１．５重量％といった、約０．５～約２重量％の範囲の量で存在してよく、そこに含まれる全ての範囲を含む。ここで使用される接着増強剤は、フォトレジスト材料のフィルム形成及び接着特性を補助するフォトレジスト組成物に可溶な有機材料を意味すると定義される。

【0053】

ノズルプレート層のためのフォトレジスト製剤に用いることができるもう１つの任意的な成分には、疎水性剤を含む。用いられ得る疎水性剤には、シランやシロキサンといった材料を含むシリコンを含む。従って、疎水性剤は、ヘプタデカフルオロデカニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチルクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ｔ－ブチルメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ナトリウムメチルシリコネート、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ－（３－（トリメトキシルシリル）プロピル）エチレンジアミンポリメチルメトキシシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチル水素シロキサン、及びジメチルシロキサンから選択されてよい。フォトレジスト層９８と１０６における疎水性剤の量は、乾燥した樹脂の総重量に基づき、約１．０～約１．５重量％といった、約０．５～約２重量％の範囲であってよく、そこに含まれる全ての範囲を含む。

【0054】

上記説明はフォトレジスト材料製のノズルプレート層９８と１０６を提供しているが、第１及び第２のノズルプレート層はフォトレジスト材料層に限定されない。第１ノズルプレート層９８と第２ノズルプレート層１０６を提供するため、ポリイミド材料といった他の材料が用いられてもよい。

【0055】

本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的のため、特に明記しない限り、明細書及び特許請求の範囲で使用される量、百分率又は比率を表す全ての数値及び他の数値は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されると理解されるべきである。従って、そうでないと示されない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明により得ることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。少なくとも、そして特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも言及された有効数字の数を考慮し、そして通常の丸め手法を適用することにより、解釈されるべきである。

【0056】

特定の実施形態について説明したが、出願人又は他の当業者には、現在予測してない、又は予測できない、代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物が生じうる。従って、提出された添付の特許請求の範囲及び補正された特許請求の範囲は、そのようなすべての代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物を包含することを意図している。

【符号の説明】

【0057】

１０：流体カートリッジ
１２：カートリッジ本体
１４ａ、１４ｂ：流体供給チャンバ
１６：分離壁
１８：吐出ヘッド
２０ａ、２０ｂ：流体供給ビア
２２：フレキシブル回路
３０：流体カートリッジ
３２：カートリッジ本体
３４ａ～３４ｄ：流体供給チャンバ
３６ａ、３６ｂ：分離壁
４０：流体分注装置
４２：ウェル
４４：マイクロウェルプレート
４６：トレイ
４８：キャリッジ機構
５０：本体
５２：起動ボタン
６０：吐出ヘッド
６２：半導体基板
６４：流体吐出器
６６：流体フロー層
６８：流体供給チャネル
７０：流体チャンバ
７２：流体供給ビア
７４：ノズルプレート
７６：ノズル孔
８０：吐出ヘッド
８２：流体供給ビア
８４：半導体基板
８６：流体フローチャネル
８８：流体チャンバ
９０：吐出器
９２：第１フロー特徴層
９４、１０４、２１４、２２６：ノズル孔
９４ａ、１０４ａ、２１４ａ、２２６ａ：ノズル孔の第１部分
９４ｂ、１０４ｂ、２１４ｂ、２２６ｂ：ノズル孔の第２部分
９６：第２フロー特徴層
９８：第１ノズルプレート層
１００：流体フローチャネル
１００ａ：流体フローチャネルの第１部分
１００ｂ：流体フローチャネルの第２部分
１０２、２２４：流体チャンバ
１０２ａ、２２４ａ：流体チャンバの第１部分
１０２ｂ、２２４ｂ：流体チャンバの第２部分
１０６：第２ノズルプレート層
１０８：吐出器
２００：吐出ヘッド
２０２、２０４：流体供給ビア
２０６：半導体基板
２０８：流体供給チャネル
２１０：流体チャンバ
２２０：吐出器
２２２：流体供給チャネル
２２２ａ：流体供給チャネルの第１部分
２２２ｂ：流体供給チャネルの第２部分
２３０：吐出器
２４０、２４２：部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】