JP2000343708A - 液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、前記液体吐出ヘッド用基板の製造方法、及び前記液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出する液体の状態を精度よく検出すること
によって、安定した吐出を可能とする。 【解決手段】 発熱体２が設けられた素子基板１には、
流路側壁９が設けられた天板３が接合され、これにより
液流路７が構成される。素子基板１および天板３の前端
面には、液流路７と連通する吐出口５が開口したオリフ
ィスプレート４が接合されている。素子基板１には、液
流路７内の液体の温度等の状態を検出するためのセンサ
１３が、素子基板１の表面から突出した立体構造部とし
て設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって所望の
液体を吐出する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関
し、特に、熱エネルギーを発生させるための熱エネルギ
ー発生素子等が形成された基板及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着
させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわ
ゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。この
バブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国特
許第４,７２３,１２９号明細書等の公報に開示されてい
るように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出
口に連通するインク流路と、インク流路内に配されたイ
ンクを吐出するためのエネルギー発生手段としての電気
熱変換体が一般的に配されている。

【０００３】この様な記録方法によれば、品位の高い画
像を高速、低騒音で記録することができるとともに、こ
の記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐
出口を高密度に配置することができるため、小型の装置
で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得
ることができるという多くの優れた点を有している。こ
のため、このバブルジェット記録方法は、近年、プリン
タ、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利
用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムに
まで利用されるようになってきている。

【０００４】ところで、インクを吐出するためのエネル
ギーを発生させるための電気熱変換体は、半導体製造プ
ロセスを用いて作製することができる。そのため、バブ
ルジェット技術を利用した従来のヘッドは、シリコン基
板からなる素子基板上に電気熱変換体を形成し、その上
に、インク流路を形成するための溝を形成した、ポリサ
ルフォン等の樹脂やガラス等からなる天板を接合した構
成となっている。

【０００５】また、素子基板がシリコン基板からなるこ
とを利用し、電気熱変換体を素子基板上に構成するだけ
でなく、電気熱変換体を駆動するためのドライバや、電
気熱変換体をヘッドの温度に応じて制御する際に用いら
れる温度センサおよびその駆動制御部等を素子基板上に
構成したものもある（特開平７−５２３８７号公報
等）。このようにドライバや温度センサおよびその駆動
制御部等を素子基板上に構成したヘッドは実用に供され
ており、記録ヘッドの信頼性の向上及び装置の小型化に
寄与している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】素子基板に温度センサ
を設けた従来の液体吐出ヘッドでは、温度センサは主に
素子基板の温度を測定することが目的であった。しか
し、近年の高密度記録が進む中、１回で吐出されるイン
クの量はますます少なくなり、基板の温度よりもインク
自身の温度や濃度等の状態あるいは種類が記録に与える
影響が大きくなってきた。つまり、吐出量が少なくなる
につれて、従来では大きな問題とはならなかったような
インクの状態等に起因する吐出量の差が、吐出量のばら
つきとして目立つようになってきた。

【０００７】このような状況の中、従来の液体吐出ヘッ
ドの温度センサの配置では、より正確なインクの状態等
を検出することが困難であった。その理由は、従来の液
体吐出ヘッドの温度センサは、電気熱変換体、駆動制御
部とともに、半導体ウェハプロセス技術を用いて素子基
板の表面に平面的に形成されていたものであるが、素子
基板の表面近傍は、インクの流れが淀み易く、また、電
気熱変換体からの熱の影響により大きな温度勾配をもつ
ためであると考えられる。

【０００８】本発明の目的は、吐出する液体の状態を精
度よく検出することによって、安定した吐出を可能とす
る液体吐出ヘッド、及びそれに用いられる液体吐出ヘッ
ド用基板、さらには、それらの製造方法を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の液体吐出ヘッド用基板は、液体に吐出エネルギ
ーを与えることにより液体を吐出させる液体吐出ヘッド
に用いられ、電気エネルギーを前記吐出エネルギーに変
換するためのエネルギー変換素子が形成された半導体基
板を有する液体吐出ヘッド用基板において、前記液体吐
出ヘッド内での液体の状態を検出するためのセンサが、
前記半導体基板の前記エネルギー変換素子が形成された
面から突出した立体構造部として設けられていることを
特徴とする。

【００１０】上記の本発明の液体吐出ヘッド用基板によ
れば、液体の状態を検出するためのセンサが、立体構造
部として設けられているので、液体吐出ヘッドに使用さ
れたとき、基板との境界部での液体の流れの影響やエネ
ルギー発生素子が発する熱の影響が少ない状態で液体の
状態が検出される。

【００１１】本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出す
る複数の吐出口と、互いに接合されることでそれぞれ前
記吐出口と連通する複数の液流路を構成するための第１
の基板および第２の基板と、電気エネルギーを前記液流
路内の液体の吐出エネルギーに変換するために前記各液
流路内に配された複数のエネルギー変換素子とを有する
液体吐出ヘッドにおいて、前記液流路に、液体の状態を
検出するためのセンサが、前記液流路の壁面から突出し
た立体構造部として設けられていることを特徴とする。

【００１２】上記の本発明の液体吐出ヘッドによれば、
液体の状態を検出するためのセンサが、液流路に立体構
造部として設けられているので、液流路の壁面との境界
部での液体の流れの影響やエネルギー発生素子が発する
熱の影響が少ない状態で液体の状態が検出される。

【００１３】上記センサは、第１の基板に設けられてい
てもよいし、第２の基板に設けられていてもよい。ま
た、液体の吐出効率の向上のために、エネルギー変換素
子が、液体に熱エネルギーを作用させることで液体に気
泡を発生させるものであり、このエネルギー発生素子に
対面して配され、気泡によって変位する可動部材を有す
る場合には、この可動部材を立体構造として利用しても
よい。

【００１４】本発明の液体吐出装置は、上記本発明の液
体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドから液体を吐出さ
せるための駆動信号を前記液体吐出ヘッドに供給する駆
動信号供給手段、または、この液体吐出ヘッドから吐出
された液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬
送手段とを有する。

【００１５】本発明の液体吐出ヘッド用基板の製造方法
は、液体に吐出エネルギーを与えることにより液体を吐
出させる液体吐出ヘッドに用いられ、電気エネルギーを
前記吐出エネルギーに変換するためのエネルギー変換素
子とが形成された半導体基板を有する液体吐出ヘッド用
基板の製造方法において、前記半導体基板上に、半導体
材料を含む基材層を所定のパターンで形成する工程と、
前記基材層上に、検出すべき液体の状態に応じて電気的
特性が変化する検出部、及び前記検出部を前記半導体基
板に形成された電気回路と電気的に接続する配線を形成
する工程と、前記検出部及び前記配線が形成された基材
層上に、前記配線を保護するための、半導体材料を含む
保護層を形成する工程とを有する。

【００１６】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液
体を吐出する複数の吐出口と、互いに接合されることで
それぞれ前記吐出口と連通する複数の液流路を構成する
ための第１の基板および第２の基板と、電気エネルギー
を前記液流路内の液体の吐出エネルギーに変換するため
に前記各液流路内に配された複数のエネルギー変換素子
とを有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記第
１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方に、検出
すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化する検出
部、及び前記検出部に電気的に接続する配線を形成する
工程と、前記検出部及び前記配線が形成された基材層上
に、前記配線を保護するための、半導体材料を含む保護
層を形成する工程とを有する。

【００１７】上記の製造方法によれば、フォトリソグラ
フィ技術を用いて本発明の液体吐出ヘッド用基板及び液
体吐出ヘッドを、容易に製造することができる。

【００１８】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（または可動
部材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関し
て、またはこの構成上の方向に関しての表現として用い
られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明に適用可能な一実施
形態として、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接
合されることでそれぞれ吐出口と連通する複数の液流路
を構成するための第１の基板および第２の基板と、電気
エネルギーを液流路内の液体の吐出エネルギーに変換す
るために各液流路内に配された複数のエネルギー変換素
子と、エネルギー変換素子の駆動条件を制御するため
の、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有
し、上記素子あるいは電気回路がその機能に応じて第１
の基板と第２の基板とに振り分けられている液体吐出ヘ
ッドの説明を行う。

【００２０】図１は、本発明の一実施形態である液体吐
出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。

【００２１】図１に示すように、この液体吐出ヘッド
は、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与え
る複数個（図１では１つのみ示す）の発熱体２が並列に
設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合され
た天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合さ
れたオリフィスプレート４とを有する。天板３には、各
発熱体２に対応する位置にそれぞれ溝が形成されてお
り、素子基板１と天板３とが接合されることで、各発熱
体２にそれぞれ対応する液流路７が形成される。

【００２２】素子基板１は、シリコン等の基板上に絶縁
および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または窒化シリ
コン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵
抗層および配線をパターニングしたものである。この配
線から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層に電流を
流すことで発熱体２が発熱する。

【００２３】天板３は、各発熱体２に対応した複数の液
流路７および各液流路７に液体を供給するための共通液
室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２
の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天
板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共
通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコ
ン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により窒化シリコ
ン、酸化シリコンなど、流路側壁９となる材料を堆積し
た後、液流路７の部分をエッチングして形成することが
できる。

【００２４】オリフィスプレート４には、各液流路７に
対応しそれぞれ液流路７を介して共通液室８に連通する
複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレート
４もシリコン系の材料からなるものであり、例えば、吐
出口５を形成したシリコン基板を１０〜１５０μｍ程度
の厚さに削ることにより形成される。なお、オリフィス
プレート４は本発明には必ずしも必要な構成ではなく、
オリフィスプレート４を設ける代わりに、天板３に液流
路７を形成する際に天板３の先端面にオリフィスプレー
ト４の厚さ相当の壁を残し、この部分に吐出口５を形成
することで、吐出口付きの天板とすることもできる。

【００２５】上記構成に基づき、発熱体２を発熱させる
と、液流路７内の発熱体２と対面する領域である気泡発
生領域１０の液体に熱が作用し、これにより発熱体２上
に膜沸騰現象に基づく気泡が発生し、成長する。この気
泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長が吐出口
５側に導かれ、吐出口５から液体が吐出する。

【００２６】一方、気泡が消泡工程に入ると、気泡発生
領域１０での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出さ
れた液体の体積分を補うために、上流側すなわち共通液
室８側から液体が流れ込み、液流路７への液体の充填
（リフィル）が行われる。

【００２７】また、本実施形態の液体吐出ヘッドは、発
熱体２を駆動したりその駆動を制御するための回路や素
子を有する。これら回路や素子は、その機能に応じて素
子基板１または天板３に分担して配置されている。ま
た、これら回路や素子は、素子基板１および天板３がシ
リコン材料で構成されていることから、半導体ウェハプ
ロセス技術を用いて容易かつ微細に形成することができ
る。

【００２８】以下に、半導体ウェハプロセス技術を用い
て形成された素子基板１の構造について説明する。

【００２９】図２は、図１に示す液体吐出ヘッドに用い
られる素子基板の要部の断面図である。図２に示すよう
に、本実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる素子基板
１では、シリコン基板３０１の表面に、蓄熱層としての
熱酸化膜３０２および、蓄熱層を兼ねる層間膜３０３が
この順番で積層されている。層間膜３０３としては、Ｓ
ｉＯ₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜が用いられている。層間膜３
０３の表面に部分的に抵抗層３０４が形成され、抵抗層
３０４の表面に部分的に配線３０５が形成されている。
配線３０５としては、Ａｌまたは、Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−
ＣｕなどのＡｌ合金配線が用いられている。この配線３
０５、抵抗層３０４および層間膜３０３の表面に、Ｓｉ
Ｏ₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜から成る保護膜３０６が形成さ
れている。保護膜３０６の表面の、抵抗層３０４に対応
する部分およびその周囲には、抵抗層３０４の発熱に伴
う化学的および物理的な衝撃から保護膜３０６を守るた
めの耐キャビテーション膜３０７が形成されている。抵
抗層３０４表面の、配線３０５が形成されていない領域
は、抵抗層３０４の熱が作用する部分となる熱作用部３
０８である。

【００３０】この素子基板１上の膜は半導体の製造技術
によりシリコン基板３０１の表面に順に形成され、シリ
コン基板３０１に熱作用部３０８が備えられている。

【００３１】図３は、図２に示す素子基板１の主要素子
を縦断するように素子基板１を切断した模式的断面図で
ある。

【００３２】図３に示すように、Ｐ導電体であるシリコ
ン基板３０１の表層にはＮ型ウェル領域４２２およびＰ
型ウェル領域４２３が部分的に備えられている。そし
て、一般的なＭｏｓプロセスを用いてイオンプラテーシ
ョンなどの不純物導入および拡散によって、Ｎ型ウェル
領域４２２にＰ−Ｍｏｓ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２
３にＮ−Ｍｏｓ４２１が備えられている。Ｐ−Ｍｏｓ４
２０は、Ｎ型ウェル領域４２２の表層に部分的にＮ型あ
るいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域４２５お
よびドレイン領域４２６や、Ｎ型ウェル領域４２２の、
ソース領域４２５およびドレイン領域４２６を除く部分
の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を介して堆積
されたゲート配線４３５などから構成されている。ま
た、Ｎ−Ｍｏｓ４２１は、Ｐ型ウェル領域４２３の表層
に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソ
ース領域４２５およびドレイン領域４２６や、Ｐ型ウェ
ル領域４２３の、ソース領域４２５およびドレイン領域
４２６を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４
２８を介して堆積されたゲート配線４３５などから構成
されている。ゲート配線４３５は、ＣＶＤ法により堆積
した厚さ４０００Å〜５０００Åのポリシリコンから成
るものである。これらのＰ−Ｍｏｓ４２０およびＮ−Ｍ
ｏｓ４２１からＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。

【００３３】Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ−Ｍｏｓ４２
１と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のＮ−Ｍｏ
ｓトランジスタ４３０が備えられている。Ｎ−Ｍｏｓト
ランジスタ４３０も、不純物導入および拡散などの工程
によりＰ型ウェル領域４２３の表層に部分的に備えられ
たソース領域４３２およびドレイン領域４３１や、Ｐ型
ウェル領域４２３の、ソース領域４３２およびドレイン
領域４３１を除く部分の表面にゲート絶縁膜４２８を介
して堆積されたゲート配線４３３などから構成されてい
る。

【００３４】本実施形態では、電気熱変換素子駆動用の
トランジスタとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０を用
いたが、複数の電気熱変換素子を個別に駆動できる能力
を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることが
できるトランジスタであれば、このトランジスタに限ら
れない。

【００３５】Ｐ−Ｍｏｓ４２０とＮ−Ｍｏｓ４２１との
間や、Ｎ−Ｍｏｓ４２１とＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３
０との間などの各素子間には、５０００Å〜１００００
Åの厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４２４
が形成されており、その酸化膜分離領域４２４によって
各素子が分離されている。酸化膜分離領域４２４の、熱
作用部３０８に対応する部分は、シリコン基板３０１の
表面側から見て一層目の蓄熱層４３４としての役割を果
たす。

【００３６】Ｐ−Ｍｏｓ４２０、Ｎ−Ｍｏｓ４２１およ
びＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０の各素子の表面には、
厚さ約７０００ÅのＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜などから
成る層間絶縁膜４３６がＣＶＤ法により形成されてい
る。熱処理により層間絶縁膜４３６を平坦化した後に、
層間絶縁膜４３６およびゲート絶縁膜４２８を貫通する
コンタクトホールを介して第１の配線層となるＡｌ電極
４３７により配線が行われている。層間絶縁膜４３６お
よびＡｌ電極４３７の表面には、厚さ１００００Å〜１
５０００ÅのＳｉＯ₂膜から成る層間絶縁膜４３８がプ
ラズマＣＶＤ法により形成されている。層間絶縁膜４３
８の表面の、熱作用部３０８およびＮ−Ｍｏｓトランジ
スタ４３０に対応する部分には、厚さ約１０００ÅのＴ
ａＮ_{0.8,he x}膜から成る抵抗層３０４がＤＣスパッタ法
により形成されている。抵抗層３０４は、層間絶縁膜４
３８に形成されたスルーホールを介してドレイン領域４
３１の近傍のＡｌ電極４３７と電気的に接続されてい
る。抵抗層３０４の表面には、各電気熱変換素子への配
線となる第２の配線層としての、Ａｌの配線３０５が形
成されている。

【００３７】配線３０５、抵抗層３０４および層間絶縁
膜４３８の表面の保護膜３０６は、プラズマＣＶＤ法に
より形成された厚さ１００００ÅのＳｉ₃Ｎ₄膜から成る
ものである。保護膜３０６の表面に形成された耐キャビ
テーション膜３０７は、厚さ約２５００ÅのＴａなどの
膜から成るものである。

【００３８】次に、素子基板１および天板３への回路や
素子の振り分け構成について説明する。

【００３９】図４は、図１に示した液体吐出ヘッドの回
路構成を説明するための図であり、同図（ａ）は素子基
板の平面図、同図（ｂ）は天板の平面図である。なお、
図４（ａ）および（ｂ）は、互いの対向面を表わしてい
る。

【００４０】図４（ａ）に示すように、素子基板１に
は、並列に配列された複数の発熱体２と、画像データに
応じてこれら発熱体２を駆動するドライバ１１と、入力
された画像データをドライバ１１に出力する画像データ
転送部１２と、発熱体２の駆動条件を制御するために必
要な、液体の状態または特性を検出するセンサ１３とが
設けられている。本実施形態では、センサ１３は、液流
路７ごとの液体の状態または特性を検出するために、各
発熱体２に対応して液流路７ごとに設けられている。

【００４１】画像データ転送部１２は、シリアルに入力
される画像データを各ドライバ１１にパラレルに出力す
るシフトレジスタ、およびシフトレジスタから出力され
るデータを一時記憶するラッチ回路で構成される。な
お、画像データ転送部１２は、各発熱体２に個別に対応
して画像データを出力するものでもよいし、発熱体２の
並びを複数のブロックに分け、ブロック単位に対応して
画像データを出力するものでもよい。特に、１つのヘッ
ドについて複数のシフトレジスタを備え、記録装置から
のデータの転送を複数のシフトレジスタに振り分けて入
力するようにすることで、印字速度の高速化に容易に対
応することもできる。

【００４２】センサ１３としては、詳しくは後述する
が、液体の状態または特性として、液体の温度の変化、
液体の圧力、液体中に含まれる成分、または液体の水素
イオン濃度指数（ＰＨ）等を検出するセンサが用いられ
る。

【００４３】一方、図４（ｂ）に示すように、天板３に
は、前述したように液流路および共通液室を構成する溝
３ａ，３ｂが形成される他に、素子基板１に設けられた
センサ１３を駆動するセンサ駆動部１７と、センサ駆動
部１７により駆動されたセンサからの出力結果に基づい
て発熱体２の駆動条件を制御する発熱体制御部１６とが
設けられている。なお、天板３には、外部から共通液室
に液体を供給するために、共通液室に連通した供給口３
ｃが開口している。

【００４４】さらに、素子基板１および天板３の接合面
の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基板１に形
成された回路等と天板３に形成された回路等とを電気的
に接続するための接続用コンタクトパッド１４，１８が
設けられている。また、素子基板１には、外部からの電
気信号の入力端子となる外部コンタクトパッド１５が設
けられている。素子基板１の大きさは天板３の大きさよ
りも大きく、外部コンタクトパッド１５は、素子基板１
と天板３とを接合したときに天板３から露出する位置に
設けられている。

【００４５】上記のように構成された素子基板１と天板
３とを位置合わせして接合すると、各液流路に対応して
発熱体２が配置されるとともに、それぞれの接続用パッ
ド１４，１８を介して素子基板１および天板３に形成さ
れた回路等が電気的に接続される。この電気的接続は例
えば、接続用パッド１４，１８に金バンプ等を載せて行
う方法があるが、それ以外の方法でもよい。このよう
に、素子基板１と天板３との電気的接続を接続用コンタ
クトパッド１４，１８によって行うことで、素子基板１
と天板３との接合と同時に、上述した回路同士の電気的
接続を行うことができる。素子基板１と天板３との接合
後に、液流路７の先端にオリフィスプレート４を接合
し、これにより液体吐出ヘッドが完成する。

【００４６】このようにして得られた液体吐出ヘッドを
ヘッドカートリッジや液体吐出装置に搭載する場合に
は、図５に示すように、プリント配線基板２３が搭載さ
れたベース基板２２上に固定し、液体吐出ヘッドユニッ
ト２０とされる。図５において、プリント配線基板２３
には、液体吐出装置のヘッド制御部と電気的に接続され
る複数の配線パターン２４が設けられ、これら配線パタ
ーン２４は、ボンディングワイヤー２５を介して外部コ
ンタクトパッド１５と電気的に接続される。外部コンタ
クトパッド１５は素子基板１のみに設けられているの
で、液体吐出ヘッド２１と外部との電気的接続は、従来
の液体吐出ヘッドと同様にして行うことができる。ここ
では、外部コンタクトパッド１５を素子基板１に設けた
例について説明したが、素子基板１ではなく天板３のみ
に設けてもよい。

【００４７】以上説明したように、発熱体２の駆動や制
御のための各種回路等を素子基板１と天板３とに両者の
電気的接合を考慮した上で振り分けることで、これらの
回路等が１つの基板に集中しなくなるので、液体吐出ヘ
ッドの小型化が可能になる。また、素子基板１に設けら
れた回路等と天板３に設けられた回路等との電気的接続
を接続用コンタクトパッド１４，１８によって行うこと
で、ヘッド外部への電気的接続部の数が減り、信頼性の
向上、部品点数の削減、ヘッドのより一層の小型化を実
現することができる。

【００４８】また、上述した回路等を素子基板１と天板
３とに分散させることで、素子基板１の歩留まりを向上
させることができ、その結果、液体吐出ヘッドの製造コ
ストを下げることができる。さらに、素子基板１および
天板３を、シリコンという同一材料をベースとした材料
で構成しているため、素子基板１と天板３との熱膨張係
数が等しくなる。その結果、発熱体２の駆動により素子
基板１および天板３が熱膨張しても両者にずれは生じな
くなり、発熱体２と液流路７との位置精度が良好に維持
される。

【００４９】ここで、本発明の大きな特徴の一つであ
る、センサ１３に関する事項及び本発明の適用例につい
て詳細に説明する。

【００５０】（１）センサの形態 図１にも簡単に示しているが、センサ１３は、素子基板
１の表面から突出した位置に設けられている。本発明で
用いられるセンサの形態には、その代表的な例として、
単体検出部型と、基準電極ペア型とが挙げられる。単体
検出部型とは、検出すべき液体の状態等に応じて電気抵
抗あるいは電圧が変化する検出部を有するものである。
単体検出部型のセンサとしては、温度センサ、圧力セン
サ等がある。基準電極ペア型とは、上記の検出部に加
え、検出すべき液体の状態等に対して変化しない、基準
となる電極を設けたものである。基準電極ペア型のセン
サとしては、インク中のＰＨを検出するセンサ、インク
中の成分を検出するセンサ等がある。

【００５１】（１ａ）単体検出部型のセンサ 図６に、本発明に適用可能な単体検出部型のセンサの一
例の模式的拡大図を示す。

【００５２】図６に示すように、センサ１３は、素子基
板１から液流路７中に突出した立体構造部１３１と、立
体構造部１３１に設けられた検出部１３２と、検出部１
３２と素子基板１の配線（不図示）とを接続する配線１
３３とを有する。これら立体構造部１３１、検出部１３
２、及び配線１３３は、前述のようにして素子基板１に
回路等を形成した後、半導体素子製造プロセスのリソグ
ラフィ技術を用いて素子基板１上に形成される。

【００５３】立体構造部１３１は、素子基板１から突出
した支柱１３１ａと、この支柱の上端部に素子基板１の
上面に沿ってカンチレバー状に支持された梁１３１ｂと
で構成される。検出部１３２は、液体の検出する対象と
なる状態等に応じて電気的な特性や状態が変化する材料
からなり、立体構造部１３１の梁１３１ｂの部分に配置
されている。このような構成をとることより、検出部１
３２の位置は素子基板１の表面から離れた位置となる。
また、検出部１３２が設けられた部分は周囲の大半が液
体で囲まれており、一面すなわち一方向だけでなく複数
の方向で液体と接触し、素子基板１の表面に直接設けら
れた場合と比較して大きな面積で液体と接触している。

【００５４】次に、素子基板１へのセンサ１３の形成方
法の一例について、温度により電気抵抗値が変化する測
温抵抗体を用いた温度センサを形成する場合を例に挙げ
て、図７を参照して説明する。

【００５５】まず、図７（ａ）に示すように、機能素子
や回路等が形成された素子基板１上に、Ａｌを約１μｍ
の厚さでスパッタリング法で成膜した後、フォトリソグ
ラフィ法及びドライエッチングによって所定の形状にパ
ターニングし、電極１３５を形成する。さらに、電極１
３５が形成された素子基板１上に電極保護層１３６とし
て、ＳｉＮ膜をＣＶＤ法を用いて約１μｍの厚さに形成
する。なお、図面上は電極１３５は１本しか描かれてい
ないが、１つのセンサに対して電極１３５は図面の奥行
き方向に２本並んで形成される。また、図面には示して
いないが、この電極保護層１３６の表面にさらに、耐キ
ャビテーション膜としてＴａ膜を形成するのが望まし
い。

【００５６】次いで、素子基板１と図６に示した梁１３
１ｂとの間の間隙を形成するために、図７（ｂ）に示す
ように、スパッタリング法によりＡｌを数〜十数μｍの
厚さに形成した後、フォトリソグラフィ法及びドライエ
ッチングによって所定の形状にパターニングし、犠牲層
としての間隙形成部材１３７を形成する。

【００５７】この間隙形成部材１３７は、後述するよう
にドライエッチングにより立体構造部１３１を形成する
際のエッチングストップ層として機能する。これは、素
子基板１における耐キャビテーション膜としてのＴａ膜
や電極保護層１３６が、液流路７を形成するために使用
するエッチングガスによりエッチングされてしまうから
であり、それらの層や膜のエッチングを防止するため
に、このような間隙形成部材１３７を素子基板１上に形
成する。これにより、後述のドライエッチングによる素
子基板１内の機能素子の損傷が防止される。

【００５８】そして、図７（ｃ）に示すように、電極保
護層１３６及び間隙形成部材１３７を覆って、立体構造
１３１（図６参照）の基材層としてＳｉＮ膜１３８を形
成し、これを、間隙形成部材１３７が形成された部位と
されていない部位とを跨る位置で立体構造部１３１の平
面形状にパターニングする。さらに、ＳｉＮ膜１３８
の、立体構造部１３１の支柱１３１ａ（図６参照）とな
る部分に、電極１３５に対応するスルーホール１３８ａ
を形成し、電極１３５を露出させる。

【００５９】次いで、図７（ｄ）に示すように、ＳｉＮ
膜１３８上に、スパッタリング法、フォトリソグラフィ
法及びドライエッチングにより、Ａｌからなる配線１３
３をパターニング形成する。この配線１３３は素子基板
１上に設けられた電極１３５に対応して図面の奥行き方
向に２本並んで形成され、それぞれスルーホール１３８
ａを介して電極１３５と接続される。そして、この２本
の配線１３９を跨ぐように、測温抵抗体１４０をパター
ニング形成する。この測温抵抗体１４０が、図６に示し
た検出部１３２として作用する。

【００６０】次いで、図７（ｅ）に示すように、上記の
全ての構成を覆って、配線１３９を保護する保護層とし
てＳｉＮ膜１４１を形成し、これを立体構造部１３１の
平面形状にパターニングする。最後に、間隙形成部材１
３７をウェットエッチングによって除去する。

【００６１】これによって、ＳｉＮ膜１３８，１４１か
らなる立体構造部１３１に、配線１３３、及び測温抵抗
体１４０からなる検出部１３２が設けられたセンサ１３
を、素子基板１上に容易に形成することができる。

【００６２】素子基板１の表面から検出部１３２までの
高さは、素子基板１から梁１３１ｂまでの位置、すなわ
ち間隙形成部材１３７の厚さによって決定される。例え
ば、液体吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして
用いた場合、梁１３１ｂの位置が素子基板１の表面から
数〜十数μｍの範囲であれば、後述するようなフレッシ
ュな状態の液体を検出の対象とすることができる。な
お、この梁１３１ｂの位置は、間隙形成部材１３７の厚
さを変更して任意に設定することができる。

【００６３】前述したように、本実施形態の液体吐出ヘ
ッドは、発熱体２を駆動したりその駆動を制御するため
の回路や機能素子が、その機能に応じて素子基板１と天
板３とに振り分けられている。センサ１３により液流路
７内での液体の状態を調べたい場合、液体の状態は、素
子基板１や天板３に設けられた回路等から発生する熱の
影響を受ける。特に素子基板１には発熱体２が設けられ
ているので、センサ１３が素子基板１に設けられている
場合には、インクの状態に与える影響は大きい。また、
素子基板１の表面や天板３の表面の近傍では、液体の粘
性により、他の領域に比べて液体の流れが小さくなって
いる。

【００６４】そこで、センサ１３を立体構造部１３１に
設け、素子基板１の表面から離れた部位で、また、周囲
の大部分を液体に囲まれた状態で液体の状態を検出する
ことで、素子基板１や天板３の熱の影響を受け難く、滞
留していないフレッシュな状態の液体を検出の対象とす
ることができる。これにより、素子基板１の表面で液体
の状態を検出する場合に比べて、より高精度に液体の状
態を検出することができる。また特に本実施形態では、
立体構造部１３１は、支柱１３１ａと梁１３１ｂとで構
成されており、素子基板１と接している面積が小さくな
っているので、素子基板１上で発生したノイズの影響を
低減することもできる。

【００６５】（１ｂ）基準電極ペア型のセンサ 液体中のイオン、分子等と応答して液体との界面の電圧
が変化することを利用して、液体のＰＨ等を検出する構
成の場合、検出の対象となる液体のイオン、分子等に電
圧が変化しない電極が必要となる。そのような場合に、
基準電極ペア型のセンサが用いられる。

【００６６】図８に、本発明に適用可能な基準電極ペア
型のセンサの一例の模式的拡大図を示す。なお、図８に
おいて図６と同一の構成部分については図６と同一の符
号を付している。

【００６７】図８に示すように、このセンサ１３’は、
接触している液体の検出対象となる成分に応じた電圧を
発生しそれを検出する部材からなる検出部１３２ａと、
接触している液体の検出対象となる成分に対して電圧が
変化しない、あるいは検出部１３２ａと異なる電圧を発
生する部材からなる基準部１３２ｂとを有する。検出部
１３２ａ及び基準部１３３ａは、素子基板１の表面から
突出した立体構造部１３１の梁１３１ｂに配置されてお
り、それぞれ配線１３３ａ，１３３ｂを介して素子基板
１の配線（不図示）と接続されている。また、梁１３１
ｂには検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂに対応する位
置にそれぞれ開口１３１ｃ，１３１ｄが設けられてお
り、検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂの上面の一部が
露出している。

【００６８】このようなセンサ１３’の構造は、単体検
出部型のセンサと同様に、半導体素子製造プロセスを用
いて製造することができる。この場合、検出部１３２ａ
及び基準部１３２ｂの上面の開口１３１ｃ，１３１ｄ
は、例えば、図７に示したような手順でセンサ１３’を
形成するとすれば、図７（ｅ）に示した工程の後に、Ｓ
ｉＮ膜１４１をフォトリソグラフィ法及びエッチングに
より所定の形状に除去することで形成することができ
る。

【００６９】詳しくは後述するが、このように検出部１
３２ａ及び基準部１３２ｂを設けることで、液体を介し
ての、検出部１３２ａと基準部１３２ｂとの間の電位差
を検出することにより、液体のＰＨなどを検出すること
ができる。

【００７０】図８に示した基準電極ペア型のセンサ１
３’においても、前述した単体検出部型のセンサと同様
に、検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂが立体構造部１
３１に設けられているので、液体の成分等を、素子基板
１の表面で検出する場合に比べて、より高精度に検出す
ることができるとともに、素子基板１上で発生したノイ
ズの影響を低減することができる。

【００７１】以上、本発明に適用可能なセンサの形態に
ついて２つの代表的な形態を例に挙げて説明したが、立
体構造部１３１の形状は、検出部が素子基板１の表面か
ら離れた位置にあり、一面だけでなく複数の面がインク
に囲まれるような形状であれば、図６や図８に示したも
のに限られるものではなく、例えば立方体形状であって
もよい。

【００７２】特に、図６や図８に示したような形状は、
梁１３１ｂの上面及び下面が液体と接触し、液体との接
触面積を大きくするという点では好ましいものである
が、このように梁１３１ｂを有する形状とした場合であ
っても、液流路７中における梁１３１ｂの向きは図１に
示したものに限定されない。例えば、図１に示した配置
においては、梁１３１ｂの先端部を液体の流れ方向に関
して下流側に向けているが、図９に示すような配置であ
ってもよい。

【００７３】図９に示す例では、立体構造部１３１’の
形状は図６等に示したものと同じであるが、支柱１３１
ａ’は液流路７の幅方向の中心に対してオフセットして
設けられ、梁１３１ｂ’は、支柱１３１ａ’での支持部
から液流路７の幅方向と平行に延びて形成されている。
なお、図９では示していないが、図６に示した検出部１
３２、あるいは図８に示した検出部１３２ａ，基準部１
３２ｂは、梁１３１ｂ’の部分に形成されている。この
ように立体構造部１３１’を配置することで、センサを
立体構造としても、センサによって液流路７内での液体
の流れが阻害されることを抑えることができる。図９に
示す立体構造部１３１’も、その形成に際して間隙形成
部材やＳｉＮ膜等のパターニング形状を変えることによ
って、図７に示したのと同じ方法で形成することができ
る。

【００７４】また、センサが設けられる部材について
も、上述した例では素子基板１に設けた例を示したが、
天板３に設けても構わない。天板３が半導体基板からな
るものであれば、センサを天板３に設ける場合でも、半
導体ウェハプロセスを用いてセンサを形成することがで
きる。

【００７５】（２）センサの種類 本発明では液体の状態等を検出するセンサが用いられる
が、本発明で用いられるセンサの代表的な種類につい
て、図１等を参照しつつ説明する。

【００７６】（２ａ）液体の温度の変化を検出する場合 吐出特性に影響を及ぼす液体の状態の一つに液体の粘性
がある。液体の粘性は、吐出する液体の種類によって異
なり、また、水分の蒸発等によっても経時的に変化す
る。従って、微小量の液体の吐出においては液体の粘性
も大きく影響し、安定した吐出のためには、液体吐出ヘ
ッドの駆動条件を液体の種類や経時的な変化に応じて制
御する必要がある。

【００７７】液体の粘性を推測する目安の一つが液体の
温度である。液体の温度を活用して吐出制御を行う場合
は、発熱部分の影響を最小限にするのが望ましい。前述
したように、素子基板１や天板３は様々な機能素子を有
し、発熱体２を駆動しているときはもちろんであるが、
駆動していないときでもこれらの機能素子は少なからず
電力を消費しており、熱を発生している。そのため、素
子基板１や天板３の表面との境界部での液体の温度は、
吐出される液体の大部分の温度よりも高くなっている。
従って、吐出される液体の粘性を知るためには、素子基
板１や天板３の表面から離れた位置で温度を検出するの
が望ましい。

【００７８】そこで、図６に示したような、立体構造部
１３１に検出部１３２を有する温度センサを用いること
で、吐出される液体の温度をより正確に検出することが
できる。温度センサとしては、検出部１３２を立体構造
部１３１に設けることができるものであれば特に限定さ
れず、前述したような測温抵抗体を用いたセンサや、多
結晶シリコンを用いたセンサ（多結晶シリコンの不純物
量をコントロールすることで温度によって抵抗値が変わ
る）、サーミスタ等を用いることができ、その中でも特
に、半導体素子製造プロセス技術を用いて配線１３３と
ともに素子基板１上に形成できるものが望ましい。ま
た、検出部１３２と接続される配線１３３には、電気抵
抗が小さく、検出部１３２の温度特性に対して影響を与
えない材料、例えばＡｌ、を用いればよい。

【００７９】ところで、液体の基板との境界部に大きな
温度勾配がある場合は、液体の流れによって、基板との
境界部の熱を持っていくことができる。そこで、温度セ
ンサに近接してヒータを配置し、このヒータの駆動によ
り液体を局所的に加熱することで液体に温度差を形成
し、液体の流れにより持っていく熱が異なることを利用
して液体の流量を検出する手法もある。

【００８０】このようにして流量センサを構成した場合
においても、基板の表面に温度センサ及びヒータを配置
した構成では、液体を局所的に加熱しても熱が基板に逃
げるとともに、液体の粘性により基板表面近傍では液体
の流れが小さくなり、微小な流路においては精度よく流
量を検出できない。

【００８１】そこで、図６に示すような、素子基板１の
表面から突出した立体構造部１３１に温度センサ及びヒ
ータを設け、これらの周囲の大部分を液体で囲まれるよ
うにすることで、ヒータの熱は基板へ逃げにくくなると
ともに、液体の流れ自身も素子基板１の表面に比べて大
きくなることから、液体の流れの差の検出精度を大きく
向上させることができる。

【００８２】（２ｂ）液体の圧力を検出する場合 発熱体２を駆動して液体を急激に加熱し、液体に膜沸騰
に伴う気泡を発生させて液体を吐出させる液体吐出ヘッ
ドにおいては、気泡の発生に基づく圧力が液体に作用す
る。従って、液体の状態のひとつとして、液体に作用す
る圧力を検出し、この検出結果に基づいて液体吐出ヘッ
ドの駆動条件を制御することも、吐出特性を安定させる
一つの手段である。

【００８３】そこで、図６に示した検出部１３２の部分
に、液体の圧力により抵抗値が変化したり電圧が発生す
る素子を導入すれば、液体に作用する圧力を検出する圧
力センサを構成することができる。しかも、上記の素子
は立体構造部１３１に配置され、周囲の大部分が液体に
囲まれているので、素子基板１の表面に配置した場合に
比べて液体の圧力が良好に作用し、より正確な検出が可
能となる。

【００８４】（２ｃ）液体中に含まれる成分を検出する
場合 液体吐出ヘッドにおいては、吐出する液体に含まれる成
分によっても吐出特性が変化する。そこで、液体中に含
まれるイオン、分子等と反応し、その平衡状態で電位差
が発生する膜を、例えば図６に示したような立体構造部
１３１の検出部１３２として配置することで、液体中に
含まれる成分の変化や状態を検出することができる。こ
の場合には、図６に示した検出部１３２を覆っている立
体構造部１３１の一部を除去して検出部１３２を露出さ
せ、検出部１３２が液体に接触する構造とする。

【００８５】このようにして液体中に含まれる成分を検
出する場合も、液体の基板との境界部においては液体の
流れが悪く安定した液体の平衡状態を得にくいので、図
６に示したような立体構造１３１を構成することで、周
囲の大部分が液体に覆われることとなり、また、検出部
１３２が液体の流れのある部分に配置されるので、液体
中の成分を安定して検出することができる。

【００８６】（２ｄ）液体中のＰＨを検出する場合 液体中の水素イオン濃度に反応する膜の一つに酸化シリ
コン膜がある。酸化シリコン膜を、図８に示した検出部
１３２ａとして設けると、酸化シリコン膜の液体との境
界面には液体の水素イオン濃度に応じて電位差が発生す
る。この電位差を検出することで、液体中のＰＨを検出
することができる。ただし、酸化シリコン膜自身は絶縁
膜であることから、電位差を検出するためには電極を設
け、この電極とは別の電極である基準電極を、図８に示
した基準部１３２ｂとして設ける。そして、液体を介し
ての、酸化シリコン膜（検出部１３２ａ）と基準電極
（基準部１３２ｂ）との間の電位差を、ＦＥＴ（電圧効
果トランジスタ）等を用いて低インピーダンス化して検
出することができる。

【００８７】検出部１３２ａとして形成する膜を、酸化
シリコン膜に代えて、水素イオン濃度とは異なる成分に
反応する膜とすれば、所望の液体成分の状態を検出する
ことができる。

【００８８】このように、素子基板１の表面から吐出し
た立体構造部１３１に検出部１３２ａ及び基準部１３２
ｂを設けることで、滞留していないフレッシュな状態で
液体の成分を検出することができるので、素子基板１の
表面に設けた場合に比べて検出精度を大きく向上させる
ことができる。

【００８９】上記の基準電極すなわち基準部１３２ｂに
ついては、検出したい液体の成分に対して電気的特性が
変化しない、あるいは検出部１３２ａとは異なる変化を
示すものであれば、特に検出部１３２ａと同一の立体構
造部１３１に設ける必要はない。すなわち、検出部１３
２ａを有する立体構造部と基準部１３２ｂを有する立体
構造部とを別々に設けてもよい。ただし、図８に示した
ように、同一の立体構造部１３１に検出部１３２ａ及び
基準部１３２ｂを設けることは、局所的な部分のインク
の状態を精度よく検出できるので、より望ましい構成で
ある。

【００９０】（３）センサ及び回路の振り分け 上述の各回路等をその機能に応じて振り分けているが、
この振り分けの基準となる考え方について以下に述べ
る。

【００９１】各発熱体２に個別またはブロック単位に電
気配線接続で対応する回路は、素子基板１に形成する。
図４に示した例では、ドライバ１１および画像データ転
送部１２がこれに相当する。各発熱体２には駆動信号が
パラレルに与えられるので、その信号分だけ配線の引き
回しが必要となる。従って、このような回路を天板３に
形成すると、素子基板１と天板３との接続数が多くなり
接続不良が発生する可能性が高くなるが、素子基板１に
形成することで、発熱体２と上記回路との接続不良が防
止される。

【００９２】制御回路などアナログ的な部分は、熱の影
響を受け易いことから、発熱体２が設けられていない基
板すなわち天板３に設ける。図４に示した例では、発熱
体制御部１６がこれに相当する。

【００９３】センサ１３は、液体と接触する位置であれ
ば、素子基板１に設けてもよいし、天板３に設けてもよ
い。ただし、液体の温度に基づいて液体の状態を検出す
るものである場合には、できるだけ発熱体２の熱の影響
が少ない位置に設けることが好ましい。

【００９４】その他、各発熱体２に個別にもブロック単
位にも電気配線接続で対応していない回路、必ずしも素
子基板１に設けなくてもよい回路、天板３に設けても測
定精度には影響しないセンサ等は、素子基板１および天
板３のいずれか一方に集中しないように必要に応じて素
子基板１または天板３に形成する。図４に示した例で
は、センサ駆動部１７がこれに相当する。

【００９５】上記の考え方に基づいて各回路やセンサ等
を素子基板１と天板３とに設けることで、素子基板１と
天板３との電気的接続数をできるだけ少なくしつつも、
各回路やセンサ等をバランスよく振り分けることができ
る。

【００９６】（４）液体吐出ヘッドの制御例 センサで検出されたインクの状態は、より安定した液体
吐出のために発熱体の駆動制御に利用される。発熱体の
駆動制御の一例として、液体の温度を検出する温度セン
サを用いた場合の発熱体の駆動制御の例について説明す
る。

【００９７】図１０は、液体の温度に応じて発熱体の駆
動条件を制御する例の素子基板および天板の回路構成を
示す図であり、図１０に示す例では、発熱体３２に発泡
エネルギーを与える前に発熱体３２をプレヒート（液体
を発泡させない程度の予備的な加熱）するもので、液体
の温度を検出するセンサ（図１０では不図示）での検出
結果に応じて、発熱体３２のプレヒートパルス幅を制御
する。

【００９８】図１０（ａ）に示すように、素子基板３１
には、一列に配列された発熱体３２と、ドライバとして
機能するパワートランジスタ４１と、パワートランジス
タ４１の駆動を制御するためのＡＮＤ回路３９と、パワ
ートランジスタ４１の駆動タイミングを制御するための
駆動タイミング制御ロジック回路３８と、シフトレジス
タおよびラッチ回路で構成される画像データ転送回路４
２と、液体の温度を検出するセンサとが、半導体プロセ
スを用いて形成されている。センサは、各液流路ごと、
すなわち発熱体３２ごとに、立体構造として設けられて
いる。

【００９９】駆動タイミング制御ロジック回路３８は、
装置の電源容量を少なくする目的で、全ての発熱体３２
を同時に通電するのではなく発熱体３２を分割駆動して
時間をずらして通電するためのものであり、この駆動タ
イミング制御ロジック回路３８を駆動するイネーブル信
号は、外部コンタクトパッドであるイネーブル信号入力
端子４５ｋ〜４５ｎから入力される。

【０１００】また、素子基板３１に設けられる外部コン
タクトパッドとしては、イネーブル信号入力端子４５ｋ
〜４５ｎの他に、発熱体３２の駆動電源の入力端子４５
ａ、パワートランジスタ４１の接地端子４５ｂ、発熱体
３２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号
用の入力端子４５ｃ〜４５ｅ、ロジック回路の駆動電源
端子４５ｆ、接地端子４５ｇ、画像データ転送回路４２
のシフトレジスタに入力されるシリアルデータの入力端
子４５ｉおよびこれに同期するシリアルクロック信号の
入力端子４５ｈ、ラッチ回路に入力されるラッチクロッ
ク信号の入力端子４５ｊがある。

【０１０１】一方、図６（ｂ）に示すように、天板３３
には、発熱体３２の駆動タイミングを決定するとともに
センサ４３からの出力をモニタしその結果に応じて画発
熱体３２のプレヒート幅を決定する駆動信号制御回路４
６と、各発熱体に対応するプレヒート幅を選択するため
の選択データをヘッド情報として記憶し駆動信号制御回
路４６に出力するメモリ４９とが形成されている。

【０１０２】また、接続用コンタクトパッドとして、素
子基板３１および天板３２には、外部から上記発熱体３
２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号用
の入力端子４５ｃ〜４５ｅと駆動信号制御回路４６とを
接続する端子４４ｂ〜４４ｄ，４８ｂ〜４８ｄ、駆動信
号制御回路４６の出力をＡＮＤ回路３９の一方の入力端
子に入力させるための端子４８ａ等が設けられている。

【０１０３】以上の構成において、まず、液体の温度が
センサにより各液流路ごとに検出され、その結果がメモ
リ４９に記憶される。駆動信号制御回路４６では、メモ
リ４３に記憶された温度データおよび選択データに応じ
て、各発熱体３２のプレヒートパルス幅を決定し、端子
４８ａ，４４ａを介してＡＮＤ回路３９に出力する。一
方、シリアルで入力された画像データ信号は、画像デー
タ転送回路４２のシフトレジスタに記憶され、ラッチ信
号によりラッチ回路にラッチされて、駆動タイミング制
御回路３８を介してＡＮＤ回路３９に出力される。

【０１０４】画像データ信号がＡＮＤ回路３９に出力さ
れることで、駆動信号制御回路４６で決定されたプレヒ
ートパルス、及び予め決められたヒートパルスが発熱体
３２に与えられる。これにより発熱体３２は、プレヒー
トされた後、液体を発泡させるためのエネルギーが与え
られる。このようにして、センサでの検出結果に応じて
プレヒート幅を制御することで、温度状態にかかわらず
液体の吐出量を各吐出口で一定にすることができる。

【０１０５】さらに、メモリ４９に記憶されるヘッド情
報としては、上述した温度データの他に、吐出する液体
の種類（液体がインクの場合には、インクの色等）も含
めることもできる。液体の種類によってはその物性が異
なり、吐出特性が異なるからである。これらのヘッド情
報のメモリ４９への記憶は、この液体吐出ヘッドの組立
後に不揮発的に行ってもよいし、この液体吐出ヘッドを
搭載した液体吐出装置の立ち上げ後に装置側から転送さ
れることで行ってもよい。

【０１０６】なお、図１０で説明した液体吐出ヘッドで
は、さらに、抵抗値センサとして発熱体３２と同様にし
て素子基板３１に形成されたランクヒータ４３と、天板
３３に形成された、ランクヒータ４３を駆動するための
センサ駆動回路４７とを有する。そして、センサ駆動回
路４７とランクヒータ４３とを接続する端子４４ｇ，４
４ｈ，４８ｇ，４８ｈが、素子基板３１及び天板３３に
形成されている。これは、ランクヒータ４３で検出され
た抵抗値に基づいて発熱体３２に印加するパルスのパル
ス幅を決定するためのものであり、駆動信号制御回路４
６は、ランクヒータ４３からの出力をモニタし、その結
果に応じて発熱体３２への印加エネルギーを制御する。
また、メモリ４９は、ランクヒータ４３で検出された抵
抗値データあるいは抵抗値からランク分けされたコード
値、および予め測定されている各発熱体３２による液体
吐出量特性（一定温度で、所定のパルスを印加したとき
の液体吐出量）をヘッド情報として記憶し、駆動信号制
御回路４６に出力する。

【０１０７】ランクヒータ４３を利用した発熱体３２へ
の印加エネルギーの制御について説明する。まず、ラン
クヒータ４３の抵抗値が検出され、その結果がメモリ４
３に記憶される。ランクヒータ４３は発熱体３２と同様
にして形成されたものであるので、その抵抗値は実質的
には発熱体３２と同じであり、ランクヒータ４３の抵抗
値を発熱体３２の抵抗値とみなす。駆動信号制御回路で
４６では、メモリ４３に記憶された抵抗値データ及び液
体吐出量特性に応じて発熱体３２の駆動パルスの立ち上
がりデータ及び立ち下がりデータを決定し、端子４８
ａ，４４ａを介してＡＮＤ回路３９に出力する。これに
よりヒートパルスのパルス幅が決定され、画像データ
が、画像データ転送回路４２から駆動タイミング制御回
路３８を介してＡＮＤ回路３９に出力されることで、駆
動信号制御回路４６で決定したパルス幅で発熱体３２へ
の通電が行われる。その結果、発熱体３２には、ほぼ一
定のエネルギーが印加される。

【０１０８】（５）液体吐出ヘッドの他の例 図１に示した例では、液流路７を構成するための溝は天
板３に形成し、吐出口５が形成された部材（オリフィス
プレート４）も素子基板１及び天板３とは別の部材で構
成した例を示したが、本発明が適用される液体吐出ヘッ
ドの構造は、これに限られるものではない。

【０１０９】例えば、天板の端面にオリフィスプレート
の厚さ相当の壁を残しておき、この壁に、イオンビーム
加工や電子ビーム加工等により吐出口を形成すれば、オ
リフィスプレートを用いずに液体吐出ヘッドを構成する
ことができる。また、天板に溝を形成することによって
ではなく素子基板に流路側壁を形成すれば、発熱体に対
する液流路の位置精度が向上し、かつ、天板の形状を簡
易なものとすることができる。可動部材はフォトリソグ
ラフィプロセスを利用して天板に形成することができる
が、このように素子基板に流路側壁を設けた構成とした
場合には、素子基板への可能部材の形成と同時に素子基
板を形成することもできる。これについては後述する。

【０１１０】さらに、本出願人は、液流路内に、気泡の
圧力伝搬方向を下流側へ導く可動部材を設けた液体吐出
ヘッドを提案している。次に、可動部材を有する液体吐
出ヘッドに本発明を適用した例を説明する。

【０１１１】図１１は、本発明の他の実施形態である液
体吐出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。図１
１において、図１と同一の構成部分については図１と同
一の符号を付している。

【０１１２】図１１に示す液体吐出ヘッドは、基本的に
は図１に示した液体吐出ヘッドと同じであるが、素子基
板１に可動部材６が設けられており、この可動部材６の
一部にセンサ６３を構成している点が異なる。

【０１１３】可動部材６は、液流路７を吐出口５に連通
した第１の液流路７ａと、発熱体２を有する第２の液流
路７ｂとに分けるように、発熱体２に対面して、半導体
ウェハプロセスを利用して形成された片持ち梁状の薄膜
である。この可動部材６は、液体の吐出動作によって共
通液室８から可動部材６を経て吐出口５へ流れる大きな
流れの上流側に支点６ａを持ち、この支点６ａに対して
下流側に自由端６ｂを持つように、発熱体２に面した位
置に発熱体２を覆うような状態で発熱体２から所定の距
離を隔てて配されている。図１１に示した例では、この
発熱体２と可動部材６との間が気泡発生領域１０とな
る。

【０１１４】上記構成に基づき、発熱体２を発熱させる
と、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の
液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象
に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴
う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６は図
１１に破線で示されるように、支点６ａを中心に吐出口
５側に大きく開くように変位する。可動部材６の変位も
しくは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力
の伝搬や気泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口
５から液体が吐出する。

【０１１５】つまり、気泡発生領域１０上に、液流路７
内の液体の流れの上流側（共通液室８側）に支点６ａを
持ち下流側（吐出口５側）に自由端６ｂを持つ可動部材
６を設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側
へ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与す
ることになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬
方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく
成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材
によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御すること
で、吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出
特性を向上させることができる。

【０１１６】一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材
６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部
材６も最終的には図１１に実線で示した初期位置に復帰
する。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積
を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うため
に、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、
液流路７への液体の充填（リフィル）が行われるが、こ
の液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効
率よく合理的かつ安定して行われる。

【０１１７】以上が、可動部材６を有する液体吐出ヘッ
ドの動作原理であるが、図１１に示した例では、可動部
材６が素子基板１の表面に形成された部材であることを
利用して、可動部材６の一部の特に素子基板１から離れ
ている部位にセンサ６３を構成している。つまり、可動
部材６そのものを立体構造部として用い、可動部材６内
に、図６に示したような検出部１３２及び配線１３３、
または図７に示したような検出部１３２ａ、基準部１３
２ｂ及び配線１３３ａ，１３３ｂが形成されている。

【０１１８】このように可動部材６の一部にセンサ６３
を構成することで、前述したのと同様に、液流路７の壁
面での液体の流れの淀みや、素子基板１の発熱の影響が
少ない状態で、液体の状態等を検出することができる。
しかも、可動部材６を有するので、液体の根本的な吐出
特性及びリフィル効率を向上させることができる。

【０１１９】可動部材６への検出部等の形成位置は、素
子基板１の表面から離れた位置であり液体の所望の状態
等を検出できる位置であれば特に限定されるものではな
い。ただし、可動部材６は発熱体２と対面して設けら
れ、発熱体２の熱の影響を受け易いので、センサ６３が
温度センサの場合には、発熱体２の熱の影響が少ない位
置、例えば、発熱体２からできるだけ離れた位置、より
好ましくは液体の流れ方向に関して上流側に設けたほう
がよい。また、センサ６３が圧力センサである場合は、
気泡の発生に伴う圧力を直接的に受ける可動部材６は、
圧力センサを設ける位置として最も好ましい。

【０１２０】ここで、素子基板１への可動部材６の形成
方法の例を説明する。

【０１２１】図１２は、図１１に示した液体吐出ヘッド
への可動部材６の形成方法の一例を説明するための図で
あり、図１２では、図１１に示した液流路７の流路方向
に沿った断面が示されている。図１２に基づいて説明す
る製造方法では、素子基板１上に可動部材６を形成して
なるものと、天板に流路側壁を形成してなるものとを接
合することで、図１１に示した構成の液体吐出ヘッドを
製造する。従って、この製造方法では、可動部材６が作
り込まれた素子基板１に天板を接合する前に、天板に流
路側壁が作り込まれる。

【０１２２】まず、図１２（ａ）では、素子基板１の発
熱体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続を行う
ための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層
としてのＴｉＷ膜７６をスパッタリング法によって厚さ
約５０００Å形成する。なお、図示していないが、Ｔｉ
Ｗ膜７６の形成前に、センサ６３（図１１参照）の配線
と接続する配線、及びその保護層であるＳｉＮ膜が、素
子基板１上に形成されている。

【０１２３】次に、図１２（ｂ）では、ＴｉＷ膜７６の
表面に、間隙形成部材７１ａを形成するためのＡｌ膜を
スパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。間隙
形成部材７１ａは、後述する図１２（ｄ）の工程におい
て、ＳｉＮ膜７２ａがエッチングされる領域までに延在
されている。

【０１２４】形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグ
ラフィプロセスを用いてパターニングすることで、その
Ａｌ膜の、可動部材６の支持固定部に対応する部分のみ
を除去し、ＴｉＷ膜７６の表面に間隙形成部材７１ａを
形成する。従って、ＴｉＷ膜７６表面の、可動部材６の
支持固定部に対応する部分が露出することになる。この
間隙形成部材７１ａは、素子基板１と可動部材６との間
の間隙を形成するための、Ａｌ膜からなるものである。
間隙形成部材７１ａは、図１１に示した発熱体２と可動
部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置を含
む、ＴｉＷ膜７６の表面の、可動部材６の支持固定部に
対応する部分を除く部分全てに形成されている。従っ
て、この製造方法では、ＴｉＷ膜７６の表面の、流路側
壁に対応する部分にまで間隙形成部材７１ａが形成され
ている。この間隙形成部材７１ａは、後述するようにド
ライエッチングにより可動部材６を形成する際のエッチ
ングストップ層として機能する。

【０１２５】次に、図１２（ｃ）では、間隙形成部材７
１ａの表面全体および、ＴｉＷ膜７６の、露出した面全
体に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を構成す
るＳｉＮ膜７２ａを形成する。プラズマＣＶＤ装置を用
いてＳｉＮ膜７２ａを形成する際には、図１３を参照し
て次に説明するように、素子基板１を構成するシリコン
基板などを介して、素子基板１に備えられたＴａからな
る耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラ
ズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解
されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基板
１内の発熱体２やラッチ回路などの機能素子を保護する
ことができる。

【０１２６】図１３に示すように、ＳｉＮ膜７２ａを形
成するためのプラズマＣＶＤ装置の反応室８３ａ内に
は、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極８２ａ
およびステージ８５ａが備えられている。ＲＦ電極８２
ａには、反応室８３ａの外部のＲＦ電源８１ａによって
電圧が印加される。一方、ステージ８５ａのＲＦ電極８
２ａ側の面上には素子基板１が取り付けられており、素
子基板１の発熱体２側の面がＲＦ電極８２ａと対向して
いる。ここで、素子基板１が有する、発熱体２の面上に
形成されたＴａからなる耐キャビテーション膜は、素子
基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、間隙
形成部材７１ａは、素子基板１のシリコン基板、および
ステージ８５ａを介して接地されている。

【０１２７】このように構成されたプラズマＣＶＤ装置
においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状
態で供給管８４ａを通して反応室８３ａ内にガスを供給
し、素子基板１とＲＦ電極８２ａとの間にプラズマ４６
を発生させる。反応室８３ａ内でのプラズマ放電により
分解されたイオン種やラジカルが素子基板１上に堆積す
ることで、ＳｉＮ膜７２ａが素子基板１上に形成され
る。その際、イオン種やラジカルにより素子基板１上に
電荷が発生するが、上述したように耐キャビテーション
膜が接地されていることにより、素子基板１内の発熱体
２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの
電荷によって損傷することが防止される。次に、図１２
（ｄ）では、ＳｉＮ膜７２ａの表面に、スパッタリング
法によりＡｌ膜を厚さ約６１００Å形成した後、形成さ
れたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用
いてパターニングし、ＳｉＮ膜７２ａ表面の、可動部材
６に対応する部分に第２の保護層としてのＡｌ膜（不図
示）を残す。その第２の保護層としてのＡｌ膜は、可動
部材６を形成するためにＳｉＮ膜７２ａのドライエッチ
ングを行う際の保護層（エッチングストップ層）すなわ
ちマスクとなる。

【０１２８】そして、誘電結合プラズマを使ったエッチ
ング装置を用い、前記第２の保護層をマスクにしてＳｉ
Ｎ膜７２ａをパターニングすることで、そのＳｉＮ膜７
２ａの残った部分で構成される可動部材６を形成する。
そのエッチング装置ではＣＦ ₄とＯ₂の混合ガスを用いて
おり、ＳｉＮ膜７２ａをパターニングする工程では、図
１１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板
１に直接固定されるようにＳｉＮ膜７２ａの不要な部分
を除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１との
密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料である
ＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構
成材料であるＴａが含まれる。

【０１２９】ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７
２ａをエッチングする際には、図１４を参照して次に説
明するように素子基板１などを介して間隙形成部材７１
ａを接地する。これにより、ドライエッチングの際にＣ
Ｆ₄ガスの分解により生じるイオン種およびラジカルの
電荷が間隙形成部材７１ａに留まることを防止して、素
子基板１の発熱体２やラッチ回路などの機能素子を保護
することができる。また、このエッチングの工程におい
て、 ＳｉＮ膜７２ａの不要な部分を除去することで露
出する部分、すなわちエッチングされる領域には、上述
したように間隙形成部材７１ａが形成されているため、
ＴｉＷ膜７６の表面が露出することがなく、間隙形成部
材７１ａによって素子基板１が確実に保護される。

【０１３０】図１４に示すように、ＳｉＮ膜７２ａをエ
ッチングするためのドライエッチング装置の反応室８３
ｂ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極
８２ｂおよびステージ８５ｂが備えられている。ＲＦ電
極８２ｂには、反応室８３ｂの外部のＲＦ電源８１ｂに
よって電圧が印加される。一方、ステージ８５ｂのＲＦ
電極８２ｂ側の面上には素子基板１が取り付けられてお
り、素子基板１の発熱体２側の面がＲＦ電極８２ｂと対
向している。ここで、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１
ａは、素子基板１に備えれたＴａからなる耐キャビテー
ション膜と電気的に接続されており、かつ、その耐キャ
ビテーション膜は、前述したように素子基板１のシリコ
ン基板と電気的に接続されており、間隙形成部材７１ａ
は、素子基板１の耐キャビテーション膜やシリコン基
板、およびステージ８５ｂを介して接地されている。

【０１３１】このように構成されたドライエッチング装
置において、間隙形成部材７１ａが接地された状態で供
給管８４ａを通して反応室８３ａ内にＣＦ₄とＯ₂の混合
ガスを供給し、ＳｉＮ膜７２ａのエッチングを行う。そ
の際、ＣＦ₄ガスの分解により生じるイオン種やラジカ
ルによって素子基板１上に電荷が発生するが、上述した
ように間隙形成部材７１ａが接地されていることによ
り、素子基板１内の発熱体２やラッチ回路などの機能素
子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが
防止される。

【０１３２】本実施形態では、反応室８３ａの内部に供
給するガスとして、ＣＦ₄とＯ₂の混合ガスを用いたが、
Ｏ₂が混合されていないＣＦ₄ガスまたはＣ₂Ｆ₆ガス、あ
るいはＣ₂Ｆ₆とＯ₂の混合ガスなどを用いてもよい。

【０１３３】以上のようにしてＳｉＮからなる可動部材
６が形成されるが、この際のＳｉＮ膜７２ａの形成工程
に始まる可動部材６の形成過程で、例えば図７（ｃ）〜
図７（ｅ）に示すようにして、可動部材６に検出部や配
線等を形成する。

【０１３４】次に、図１２（ｅ）では、酢酸、りん酸お
よび硝酸の混酸を用いて、可動部材６に形成したＡｌ膜
からなる前記第２の保護層や、Ａｌ膜からなる間隙形成
部材７１ａを溶出して除去し、素子基板１上に可動部材
６を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板
１に形成したＴｉＷ膜７６の、気泡発生領域１０および
パッドに対応する部分を除去する。

【０１３５】以上のようにして、可動部材６が設けられ
た素子基板１が製造される。ここでは、図１に示したよ
うに可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定さ
れているものを製造する場合で説明したが、この製造方
法を適用して、可動部材が台座部を介して素子基板に固
定された液体吐出ヘッドを製造することもできる。この
場合、図１２（ｂ）に示した間隙形成部材７１ａを形成
する工程の前に、可動部材の、自由端と反対側の端部を
素子基板に固定するための台座部を素子基板の発熱体側
の面上に形成する。この場合でも、台座部と素子基板と
の密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であ
るＴｉＷ、および素子基板の耐キャビテーション膜の構
成材料であるＴａが含まれる。

【０１３６】上述した例では、流路側壁９を天板３に形
成した場合について説明したが、フォトリソグラフィプ
ロセスを用いて、素子基板１への可動部材６の形成と同
時に、流路側壁９を素子基板１に形成することもでき
る。

【０１３７】以下に、素子基板１に可動部材６及び流路
側壁９を設けた場合の、可動部材６及び流路側壁の形成
工程の一例について、図１５及び図１６を参照して説明
する。なお、図１５及び図１６は、可動部材及び流路側
壁が形成される素子基板の液流路方向と直交する方向に
沿った断面を示している。また、図１５及び図１６に示
す例においても、図１２を参照して説明した例と同様に
可動部材６に検出部や配線等が形成されるものである
が、それらの形成方法については図７を用いて説明した
例と同様であるので、以下の説明では、可動部材６及び
流路側壁９の形成を中心に説明し、可動部材６への検出
部や配線等についての説明は省略する。

【０１３８】まず、図１５（ａ）では、素子基板１の発
熱体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続を行う
ための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層
として、不図示のＴｉＷ膜をスパッタリング法によって
厚さ約５０００Å形成する。この素子基板１の発熱体２
側の面に、間隙形成部材７１を形成するためのＡｌ膜を
スパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。形成
されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを
用いてパターニングし、図１１に示した発熱体２と可動
部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置に、素
子基板１と可動部材６との間の間隙を形成するための、
Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１を複数形成する。それ
ぞれの間隙形成部材７１は、後述する図１６（ｂ）の工
程において、可動部材６を形成するための材料膜である
ＳｉＮ膜７２がエッチングされる領域まで延在されてい
る。間隙形成部材７１は、後述するドライエッチングに
より液流路７および可動部材６を形成する際のエッチン
グストップ層として機能する。そのため、ドライエッチ
ングにより液流路７を形成する際に素子基板１の発熱体
２側の面や、素子基板１上のＴｉＷ層が露出しないよう
に、それぞれの間隙形成部材７１における液流路７の流
路方向と直行する方向の幅は、後述する図１６（ｂ）の
工程で形成される液流路７の幅よりも広くなっている。

【０１３９】さらに、ドライエッチング時には、ＣＦ₄
ガスの分解によりイオン種およびラジカルが発生し、素
子基板１の発熱体２や機能素子にダメージを与えること
があるが、Ａｌからなる間隙形成部材７１は、これらイ
オン種やラジカルを受け止めて素子基板１の発熱体２や
機能素子を保護するものとなっている。

【０１４０】次に、図１５（ｂ）では、間隙形成部材７
１の表面、および素子基板１の間隙形成部材７１側の面
上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成す
るための材料膜であるＳｉＮ膜７２を、間隙形成部材７
１を被覆するように形成する。ここで、プラズマＣＶＤ
装置を用いてＳｉＮ膜７２を形成する際には、図１３を
参照して説明したように、素子基板１を構成するシリコ
ン基板などを介して、素子基板１に備えられたＴａから
なる耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プ
ラズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分
解されたイオン種およびラジカルの電荷に対して素子基
板１内の発熱体２やラッチ回路などの機能素子を保護す
ることができる。

【０１４１】次に、図１５（ｃ）では、ＳｉＮ膜７２の
表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１０
０Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリ
ソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜
７２表面の、可動部材６に対応する部分、すなわちＳｉ
Ｎ膜７２表面の可動部材形成領域に第２の保護層として
のＡｌ膜７３を残す。Ａｌ膜７３は、ドライエッチング
により液流路７を形成する際の保護層（エッチングスト
ップ層）となる。

【０１４２】次に、図１６（ａ）では、ＳｉＮ膜７２お
よびＡｌ膜７３の表面に、流路側壁９を形成するための
ＳｉＮ膜７４を、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて厚さ約５
０μｍ形成する。ここで、マイクロ波ＣＶＤ法によるＳ
ｉＮ膜７４の成膜に使用するガスとしては、モノシラン
（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）およびアルゴン（Ａｒ）を用
いた。そのガスの組み合わせとしては、上記以外にも、
ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）やアンモニア（ＮＨ₃）などとの
組み合わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周波数
が２．４５［GHz］のマイクロ波のパワーを１．５［ｋ
Ｗ］とし、ガス流量としてはモノシランを１００［scc
m］、窒素を１００［sccm］、アルゴンを４０［sccm］
でそれぞれのガスを供給して、圧力が５［mTorr］の高
真空下でＳｉＮ膜７４を形成した。また、ガスのそれ以
外の成分比でのマイクロ波プラズマＣＶＤ法や、ＲＦ電
源を使用したＣＶＤ法などでＳｉＮ膜７４を形成しても
よい。

【０１４３】ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜７４を形成する際
には、図１３に基づいて前述したようなＳｉＮ膜７２を
形成する方法と同様に、発熱体２の面上に形成されてい
るＴａからなる耐キャビテーション膜を素子基板１のシ
リコン基板を介して接地する。これにより、ＣＶＤ装置
の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種
およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の発熱体２
やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。

【０１４４】そして、ＳｉＮ膜７４の表面全体にＡｌ膜
を形成した後に、形成されたＡｌ膜を、フォトリソグラ
フィなどの周知の方法を用いてパターニングして、Ｓｉ
Ｎ膜７４の表面の、液流路７に対応する部分を除く部分
にＡｌ膜７５を形成する。前述したように、それぞれの
間隙形成部材７１における液流路７の流路方向と直行す
る方向の幅は、次の図１６（ｂ）の工程で形成される液
流路７の幅よりも広くなっているので、Ａｌ膜７５の側
部が間隙形成部材７１の側部の上方に配置されている。

【０１４５】次に、図１６（ｂ）では、誘電結合プラズ
マを使ったエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７４および
ＳｉＮ膜７２をパターニングして流路側壁９および可動
部材６を同時に形成する。そのエッチング装置では、Ｃ
Ｆ₄とＯ₂の混合ガスを用いて、Ａｌ膜７３，２５および
間隙形成部材７１をエッチングストップ層すなわちマス
クとして、ＳｉＮ膜７４がトレンチ構造となるようにＳ
ｉＮ膜７４およびＳｉＮ膜７２のエッチングを行う。こ
のＳｉＮ膜７２をパターニングする工程では、図１に示
したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接
固定されるようにＳｉＮ膜７２の不要な部分を除去す
る。可動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の
構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、
および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料で
あるＴａが含まれる。

【０１４６】ここで、ドライエッチング装置を用いてＳ
ｉＮ膜７２および２４をエッチングする際には、図１４
を参照して説明したように素子基板１などを介して間隙
形成部材７１を接地する。これにより、ドライエッチン
グの際にＣＦ₄ガスの分解により生じるイオン種および
ラジカルの電荷が間隙形成部材７１に留まることを防止
して、素子基板１の発熱体２やラッチ回路などの機能素
子を保護することができる。また、このエッチングの工
程で形成される液流路７の幅よりも間隙形成部材７１の
幅の方が広くなっているため、ＳｉＮ膜７４の不要な部
分を除去した際に素子基板１の発熱体２側の面が露出す
ることがなく、間隙形成部材７１によって素子基板１が
確実に保護される。

【０１４７】次に、図１６（ｃ）では、酢酸、りん酸お
よび硝酸の混酸を用いてＡｌ膜７３および２５を加温エ
ッチングすることで、Ａｌ膜７３および７５や、Ａｌ膜
からなる間隙形成部材７１を溶出して除去し、素子基板
１上に可動部材６および流路側壁９を作り込む。その
後、過酸化水素を用いて、素子基板１に形成したパッド
保護層としてのＴｉＷ膜の、気泡発生領域１０およびパ
ッドに対応する部分を除去する。素子基板１と流路側壁
９との密着部にも、パッド保護層の構成材料であるＴｉ
Ｗ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材
料であるＴａが含まれている。

【０１４８】（６）液体吐出ヘッドの適用例 次に、上述した液体吐出ヘッドを搭載する液体吐出装置
の概略について説明する。

【０１４９】図１７は、本発明の液体吐出ヘッドを装着
して適用することのできる液体吐出装置の一例であるイ
ンクジェット記録装置６００の概略斜視図である。

【０１５０】図１７において、インクジェットヘッドカ
ートリッジ６０１は、上述した液体吐出ヘッドとこの液
体吐出ヘッドに供給するインクを保持するインクタンク
とが一体となったものである。このインクジェットヘッ
ドカートリッジ６０１は、駆動モータ６０２の正逆回転
に連動して駆動力伝達ギア６０３，６０４を介して回転
するリードスクリュ６０５の螺旋溝６０６に対して係合
するキャリッジ６０７上に搭載されており、駆動モータ
６０２の動力によってキャリッジ６０７とともにガイド
６０８に沿って矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。被記
録材Ｐは、図示しない被記録材搬送手段によってプラテ
ンローラ６０９上を搬送され、紙押え板６１０によりキ
ャリッジ６０７の移動方向にわたってプラテンローラ６
０９に対して押圧される。

【０１５１】リードスクリュ６０５の一端の近傍には、
フォトカプラ６１１，６１２が配設されている。これら
はキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの域での存在
を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り換え等を行
うためのホームポジション検知手段である。

【０１５２】支持部材６１３は、上述のインクジェット
ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面（吐出口
面）を覆うキャップ部材６１４を支持するものである。
また、インク吸引手段６１５は、キャップ部材６１４の
内部にインクジェットヘッドカートリッジ６０１から空
吐出等されて溜まったインクを吸引するものである。こ
のインク吸引手段６１５によりキャップ内開口部６１６
を介してインクジェットヘッドカートリッジ６０１の吸
引回復が行われる。インクジェットヘッドカートリッジ
６０１の吐出口面を払拭するためのクリーニングブレー
ド６１７は、移動部材６１８により前後方向（上記キャ
リッジ６０７の移動方向に直交する方向）に移動可能に
設けられている。これらクリーニングブレード６１７及
び移動部材６１８は、本体支持体６１９に支持されてい
る。クリーニングブレード６１７は、この形態に限ら
ず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。

【０１５３】液体吐出ヘッドの吸引回復操作にあたっ
て、吸引を開始させるためのレバー６２０は、キャリッ
ジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、
駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換え等の
公知の伝達手段で移動制御される。インクジェットヘッ
ドカートリッジ６０１の液体吐出ヘッドに設けられた発
熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を
司ったりするインクジェット記録制御部は装置本体側に
設けられており、ここには図示しない。

【０１５４】上述の構成を有するインクジェット記録装
置６００は、図示しない被記録材搬送手段によりプラテ
ンローラ６０９上を搬送される被記録材Ｐに対し、イン
クジェットヘッドカートリッジ６０１は被記録材Ｐの全
幅にわたって往復移動しながら記録を行う。

【０１５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体吐出
ヘッド用基板及び液体吐出ヘッドによれば、基板との境
界部での液体の流れの影響やエネルギー発生素子が発す
る熱の影響が少ない状態で液体の状態を検出することが
できる。その結果、センサでの検出結果に応じて、イン
クの状態に合せた吐出制御が可能となり、液体を安定し
て吐出させることができる。また、エネルギー発生素子
が、液体に熱エネルギーを作用させることで液体に気泡
を発生させるものであり、立体構造部を、このエネルギ
ー発生素子に対面して配され、気泡によって変位する可
動部材とすることで、液体の吐出特性を向上させること
ができる。

【０１５６】また、本発明の液体吐出ヘッド用基板の製
造方法、及び液体吐出ヘッドの製造方法によれば、フォ
トリソグラフィ技術を用いて、上記の立体構造部として
設けられたセンサを、基板上に容易に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である液体吐出ヘッドの液
流路方向に沿った断面図である。

【図２】図１に示す液体吐出ヘッドに用いられる素子基
板の要部の断面図である。

【図３】図２に示す素子基板１の主要素子を縦断するよ
うに素子基板１を切断した模式的断面図である。

【図４】図１に示した液体吐出ヘッドの回路構成を説明
するための、素子基板の平面図（ａ）、及び天板の平面
図（ｂ）である。

【図５】図１に示す液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
ヘッドユニットの平面図である。

【図６】本発明に適用可能な単体検出部型のセンサの一
例の模式的拡大図を示す。

【図７】図６に示すセンサの製造工程の一例を説明する
ための図である。

【図８】本発明に適用可能な基準電極ペア型のセンサの
一例の模式的拡大図を示す。

【図９】液流路内における立体構造部の配置の他の例を
説明する斜視図である。

【図１０】液体の温度に応じて発熱体の駆動条件を制御
する例の素子基板（ａ）および天板（ｂ）の回路構成を
示す図である。

【図１１】本発明の他の実施形態である液体吐出ヘッド
の液流路方向に沿った断面図である。

【図１２】図１１に示した液体吐出ヘッドへの可動部材
６の形成方法の一例を説明するための図である。

【図１３】プラズマＣＶＤ装置を用いて素子基板上にＳ
ｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。

【図１４】ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜を形
成する方法を説明するための図である。

【図１５】素子基板上に可動部材及び流路側壁を形成す
る方法を説明するための図である。

【図１６】素子基板上に可動部材及び流路側壁を形成す
る方法を説明するための図である。

【図１７】本発明の液体吐出ヘッドを装着して適用する
ことのできる液体吐出装置の一例であるインクジェット
記録装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 素子基板 ２ 発熱体 ３ 天板 ４ オリフィスプレート ５ 吐出口 ６ 可動部材 ７ 液流路 ８ 共通液室 ９ 流路側壁 １３、１３’、６３ センサ ２０ 液体吐出ヘッドユニット ２１ 液体吐出ヘッド ７１、７１ａ、１３７ 間隙形成部材 ７２、７２ａ、１３８、１４１ ＳｉＮ膜 １３１，１３１’ 立体構造部 １３１ａ，１３１ａ’ 支柱 １３１ｂ，１３１ｂ’ 梁 １３１ｃ 開口 １３２、１３２ａ 検出部 １３２ｂ 基準部 １３３、１３３ａ、１３３ｂ 配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 雅彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 種谷 陽一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 渡辺 伸二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 尾▲崎▼ 照夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF23 AF34 AG30 AG46 AG83 AK07 AL11 AL15 AL16 AL25 AM16 AP02 AP11 AP32 AP52 AQ02 BA05 BA13

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体に吐出エネルギーを与えることによ
   り液体を吐出させる液体吐出ヘッドに用いられ、電気エ
   ネルギーを前記吐出エネルギーに変換するためのエネル
   ギー変換素子が形成された半導体基板を有する液体吐出
   ヘッド用基板において、 前記液体吐出ヘッド内での液体の状態を検出するための
   センサが、前記半導体基板の前記エネルギー変換素子が
   形成された面から突出した立体構造部として設けられて
   いることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 【請求項２】 前記立体構造部はフォトリソグラフィ技
   術により形成されたものである、請求項１に記載の液体
   吐出ヘッド用基板。
3. 【請求項３】 前記センサは、検出すべき液体の状態に
   応じて電気的特性が変化する検出部と、前記検出部を前
   記半導体基板に形成された電気回路と電気的に接続する
   配線とを、前記立体構造部に有する、請求項１または２
   に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 【請求項４】 前記検出部は、前記半導体基板の前記エ
   ネルギー変換素子が形成された面から離れた位置に配置
   されている、請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 【請求項５】 前記センサは、液体と接触して配置され
   検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化する検
   出部と、液体と接触して配置され、液体と接触しても電
   気的特性が変化しないか又は前記検出部と異なる電気的
   特性を示す基準部と、前記検出部及び前記基準部を前記
   半導体基板に形成された回路と電気的に接続する配線と
   を、前記立体構造部に有する、請求項１または２に記載
   の液体吐出ヘッド用基板。
6. 【請求項６】 前記検出部及び前記基準部は、前記半導
   体基板の前記エネルギー変換素子が形成された面から離
   れた位置に配置されている、請求項５に記載の液体吐出
   ヘッド用基板。
7. 【請求項７】 前記エネルギー変換素子は、液体に熱エ
   ネルギーを作用させることで液体に気泡を発生させるも
   のであり、 前記立体構造部は、前記エネルギー変換素子に対面して
   配され、気泡によって変位する可動部材である、請求項
   １ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基
   板。
8. 【請求項８】 前記可動部材は、液体の流れの方向の上
   流側が固定され下流側端が自由端となって可動する部材
   である、請求項７に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 【請求項９】 液体を吐出する複数の吐出口と、互いに
   接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数の
   液流路を構成するための第１の基板および第２の基板
   と、電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネル
   ギーに変換するために前記各液流路内に配された複数の
   エネルギー変換素子とを有する液体吐出ヘッドにおい
   て、 前記液流路に、液体の状態を検出するためのセンサが、
   前記液流路の壁面から突出した立体構造部として設けら
   れていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記エネルギー変換素子の駆動条件を
    制御するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気
    回路を有し、 前記素子あるいは電気回路は、その機能に応じて前記第
    １の基板と前記第２の基板とに振り分けられている、請
    求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記立体構造部はフォトリソグラフィ
    技術により形成されたものである、請求項９または１０
    に記載の液体吐出ヘッド。
12. 【請求項１２】 前記センサは、検出すべき液体の状態
    に応じて電気的特性が変化する検出部と、前記検出部に
    電気的に接続された配線とを、前記立体構造部に有す
    る、請求項９、１０または１１に記載の液体吐出ヘッ
    ド。
13. 【請求項１３】 前記検出部は、前記液流路の壁面から
    離れた位置に配置されている、請求項１２に記載の液体
    吐出ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記センサは、液体と接触して配置さ
    れ検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化する
    検出部と、液体と接触して配置され液体と接触しても電
    気的特性が変化しないか又は前記検出部と異なる電気的
    特性を示す基準部と、前記検出部及び前記基準部にそれ
    ぞれ電気的に接続された配線とを、前記立体構造部に有
    する、請求項９、１０または１１に記載の液体吐出ヘッ
    ド。
15. 【請求項１５】 前記検出部及び前記基準部は、前記液
    流路の壁面から離れた位置に配置されている、請求項１
    ４に記載の液体吐出ヘッド。
16. 【請求項１６】 前記エネルギー変換素子及び前記セン
    サは前記第１の基板に設けられている、請求項９ないし
    １５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
17. 【請求項１７】 前記エネルギー発生素子は前記第１の
    基板に設けられ、前記センサは前記第２の基板に設けら
    れている、請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の
    液体吐出ヘッド。
18. 【請求項１８】 前記前記エネルギー変換素子は、液体
    に熱エネルギーを作用させることで液体に気泡を発生さ
    せるものであり、 前記立体構造部は、前記エネルギー変換素子に対面して
    配され、気泡によって変位する可動部材である、請求項
    ９ないし１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
19. 【請求項１９】 前記可動部材は、液体の流れの方向の
    上流側が固定され下流側端が自由端となって可動する部
    材である、請求項１８に記載の液体吐出ヘッド。
20. 【請求項２０】 請求項９ないし１９のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を
    吐出させるための駆動信号を前記液体吐出ヘッドに供給
    する駆動信号供給手段とを有する液体吐出装置。
21. 【請求項２１】 請求項９ないし１９のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出さ
    れた液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送
    手段とを有する液体吐出装置。
22. 【請求項２２】前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
    し、被記録媒体に前記インクを付着させることで記録を
    行う請求項２０または２１に記載の液体吐出装置。
23. 【請求項２３】 液体に吐出エネルギーを与えることに
    より液体を吐出させる液体吐出ヘッドに用いられ、電気
    エネルギーを前記吐出エネルギーに変換するためのエネ
    ルギー変換素子とが形成された半導体基板を有する液体
    吐出ヘッド用基板の製造方法において、 前記半導体基板上に、半導体材料を含む基材層を所定の
    パターンで形成する工程と、 前記基材層上に、検出すべき液体の状態に応じて電気的
    特性が変化する検出部、及び前記検出部を前記半導体基
    板に形成された電気回路と電気的に接続する配線を形成
    する工程と、 前記検出部及び前記配線が形成された基材層上に、前記
    配線を保護するための、半導体材料を含む保護層を形成
    する工程とを有する、液体吐出ヘッド用基板の製造方
    法。
24. 【請求項２４】 前記保護層の形成工程の前に、前記基
    材層上に、液体と接触しても電気的特性が変化しないか
    又は前記検出部とは異なる電気特性を示す基準部と、前
    記基準部を前記半導体基板に形成された回路と電気的に
    接続する配線とを形成する工程を有し、 前記保護層の形成工程の後に、前記保護層で覆われてい
    る前記検出部及び前記基準部の一部を露出させる工程を
    有する、請求項２３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製
    造方法。
25. 【請求項２５】 前記基材層の形成工程の前に、前記半
    導体基板上に前記基材層の一部と前記半導体基板との間
    に間隙を形成するための間隙形成部材を形成する工程を
    有し、 前記基材層を形成する工程は、前記間隙形成部材が形成
    された部位と前記間隙形成部材が形成されていない部位
    とを跨る領域に形成することを含み、 前記保護層の形成工程の後に、前記間隙形成部材を除去
    する工程を有する、請求項２３または２４に記載の液体
    吐出ヘッド用基板の製造方法。
26. 【請求項２６】 液体を吐出する複数の吐出口と、互い
    に接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数
    の液流路を構成するための第１の基板および第２の基板
    と、電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネル
    ギーに変換するために前記各液流路内に配された複数の
    エネルギー変換素子とを有する液体吐出ヘッドの製造方
    法において、 前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方
    に、検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化す
    る検出部、及び前記検出部に電気的に接続する配線を形
    成する工程と、 前記検出部及び前記配線が形成された基材層上に、前記
    配線を保護するための、半導体材料を含む保護層を形成
    する工程とを有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
27. 【請求項２７】 前記保護層の形成工程の前に、前記基
    材層上に、液体と接触しても電気的特性が変化しないか
    又は前記検出部とは異なる電気特性を示す基準部と、前
    記基準部と電気的に接続する配線とを形成する工程を有
    し、 前記保護層の形成工程の後に、前記保護層で覆われてい
    る前記検出部及び前記基準部の一部を露出させる工程を
    有する、請求項２６に記載の液体吐出ヘッドの製造方
    法。
28. 【請求項２８】 前記基材層の形成工程の前に、前記基
    材層が形成される基板上に、前記基材層の一部と前記基
    材層が形成される基板との間に間隙を形成するための間
    隙形成部材を形成する工程を有し、 前記基材層を形成する工程は、前記間隙形成部材が形成
    された部位と前記間隙形成部材が形成されていない部位
    とを跨る領域に形成することを含み、 前記保護層の形成工程の後に、前記間隙形成部材を除去
    する工程を有する、請求項２６または２７に記載の液体
    吐出ヘッドの製造方法。