JP2001058411A - 液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ、前記液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置、記録ヘッド、前記液体吐出ヘッドの駆動方法、および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流ノイズを十分に除去することができると
ともに低コスト化を図ることができる液体吐出ヘッド等
を提供する。 【解決手段】 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。この半導体基板には、少なくとも第
１のバリア層３３、強誘電材料膜３２、第２のバリア層
３３が順次積層されてなる機能素子が、電源ノイズ対策
用コンデンサとして設けられている。各バリア層３３
は、液体吐出ヘッドを構成する基板を保護するために設
けられるキャビテーション膜材料を含む膜で構成されて
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、それに用いられる液
体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッドの製造方法、液体
吐出ヘッドの駆動方法、ヘッドカートリッジ、その液体
吐出ヘッドを有する液体吐出装置、並びに記録ヘッドに
関する。特に、本発明は、強誘電体材料から構成される
機能素子を備えた液体吐出ヘッド、それに用いられる液
体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッドの製造方法、液体
吐出ヘッドの駆動方法、ヘッドカートリッジ、その液体
吐出ヘッドを有する液体吐出装置、並びに記録ヘッドに
関する。

【０００２】また、本発明は、紙、糸、繊維、布、金
属、プラスチック、ガラス、木材、セラミック等の被記
録媒体に対して記録を行う、プリンタ、複写機、通信シ
ステムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワー
ドプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的
に組み合わされた産業用の液体吐出装置に適用すること
ができるものである。

【０００３】なお、本発明における「記録」とは、文字
や図形等のように意味を持つ画像を被記録媒体に対して
付与することだけでなく、パターン等のように意味を持
たない画像を付与することをも意味するものである。

【０００４】

【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うインクジェット記録方法が従来知
られている。この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た液体吐出ヘッドが用いら
れている。この種の記録装置は、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、小型かつ
高解像度の記録装置を提供することができるという多く
の優れた点を有していることから、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。

【０００５】上述した従来の液体吐出ヘッドの一構成例
を図２８に示す。

【０００６】図２８に示される通り、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２８では１つのみ示す）の発熱体１００
２が並列に設けられた素子基板１００１と、この素子基
板１００１上に接合された天板１００３と、素子基板１
００１および天板１００３の前端面に接合されたオリフ
ィスプレート１００４とを有する。天板１００３には、
各発熱体１００２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１００１と天板１００３とが接合さ
れることで、各発熱体１００２にそれぞれ対応する液流
路１００７が形成される。

【０００７】素子基板１００１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１００２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１００２が発熱する。そ
して、この配線と電極抵抗層の上には、それらをインク
から保護する保護膜が形成されており、さらにその保護
膜の上にはインク消泡によるキャビテーションから保護
する耐キャビテーション膜が形成されている。

【０００８】天板１００３は、各発熱体１００２に対応
した複数の液流路１００７および各液流路１００７に液
体を供給するための共通液室１００８を構成するための
もので、天井部分から各発熱体１００２の間に延びる流
路側壁１００９が一体的に設けられている。天板１００
３はシリコン系の材料で構成され、液流路１００７およ
び共通液室１００８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１００９と
なる材料を堆積した後、液流路１００７の部分をエッチ
ングして形成することができる。

【０００９】オリフィスプレート１００４には、各液流
路１００７に対応しそれぞれ液流路１００７を介して共
通液室１００８に連通する複数の吐出口１００５が形成
されている。オリフィスプレート１００４もシリコン系
の材料からなるものであり、例えば、吐出口１００５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
１００４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１００４を設ける代わりに、天板１０
０３に液流路１００７を形成する際に天板１００３の先
端面にオリフィスプレート１００４の厚さ相当の壁を残
し、この部分に吐出口１００５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。

【００１０】上記構成に基づき、発熱体１００２を発熱
させると、液流路１００７内の発熱体１００２と対面す
る領域である気泡発生領域１０１０の液体に熱が作用
し、これにより発熱体１００２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１００５側に導かれ、
吐出口１００５から液体が吐出する。

【００１１】一方、気泡が消泡過程に入ると、気泡発生
領域１０１０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１００８側から液体が流れ込み、液流路１００７
への液体の充填（リフィル）が行われる。

【００１２】また、本形態の液体吐出ヘッドは、発熱体
１００２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１００１または天板１００３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１００
１および天板１００３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。

【００１３】このような液体吐出ヘッドを使用した記録
装置では、図２９に示すように、液体吐出ヘッドを搭載
するヘッドキャリッジ２００１とプリンター本体２００
２とはケーブル２００３を介して接続され、ヘッドキャ
リッジ２００１が被記録媒体の記録面上を副走査方向に
移動することで記録が行われる。このような構造の場
合、必然的に、液体吐出ヘッドの電気熱変換体（ヒータ
ー）に電流を供給するための配線が長くなる。そのた
め、上述のようにヒーターに急峻な電流を流して駆動す
るタイプのインクジェット記録を採用する液体吐出ヘッ
ドでは、配線インダクタンスの相互作用により電流ノイ
ズが発生しやすいという課題が生じる。また、液体吐出
ヘッドの全ノズルが駆動された場合、ヘッドと本体の
間、すなわちケーブル２００３には瞬間的に数アンペア
の電流が流れることとなり、ケーブル２００３にはロジ
ック信号が平行して走っていることから、該信号線に誘
導結合により電流ノイズがのってしまうという課題も生
じる。このような電流ノイズ問題に対して、従来は、キ
ャリッジや中継基板に電流ノイズ対策用コンデンサを搭
載して対応していた。

【００１４】一方、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っており、液
体吐出を安定かつ高精度に行うために種々の機構が検討
されている。

【００１５】一例として、液体吐出ヘッド基板に温度セ
ンサを設けて、該センサの検出結果に応じてヘッド温度
を所定の範囲に維持するようにしたものがある。

【００１６】また、液体吐出ヘッドに不揮発性メモリを
搭載し、該メモリに液体吐出特性やヘッド状態等のヘッ
ド情報を記憶し、その情報に応じてヘッドの駆動を制御
するようにしたものも提案されている。この場合、ヘッ
ド情報を記憶するメモリとしては、ＥＥＰＲＯＭ、フラ
ッシュメモリなどが用いられている。

【００１７】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、上述
した電気熱変換素子を使用してインクを吐出するタイプ
の記録ヘッドは、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。

【００１８】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。

【００１９】一方、上述したようなヘッドの構成とは別
の構成を有した液体吐出ヘッドを図３０に示す。図３０
は、液体吐出ヘッドの構成を液流路方向に沿った断面図
で示したものである。この液体吐出ヘッド（以下、「液
体吐出ヘッド」あるいは「記録ヘッド」と標記する。）
は、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与え
る吐出エネルギー発生素子としての、複数個（図３０で
は、１つのみ示す）の発熱体３００２が並列に設けられ
た素子基板３００１と、この素子基板３００１上に接合
された天板３００３と、素子基板３００１および天板３
００３の前端面に接合されたオリフィスプレート３００
４とを有することに加え、可動部材を備えたものであ
る。

【００２０】なお、素子基板３００１、天板３００３、
オリフィスプレート３００４等の基本構成は図２８の液
体吐出ヘッドと同様の構成であるため、ここでの説明は
省略する。

【００２１】図３０に示される液体吐出ヘッドには、上
述の通り、液流路３００７を吐出口３００５に連通した
第１の液流路３００７ａと、発熱体３００２を有する第
２の液流路３００７ｂとに分けるように、発熱体３００
２に対面して配置された片持梁状の可動部材３００６が
設けられている。可動部材３００６は、窒化シリコンや
酸化シリコンなどのシリコン系の材料で形成された薄膜
である。

【００２２】この可動部材３００６は、液体の吐出動作
によって共通液室３００８から可動部材３００６を経て
吐出口３００５側へ流れる大きな流れの上流側に支点３
００６ａを持ち、この支点３００６ａに対して下流側に
自由端３００６ｂを持つように、発熱体３００２に面し
た位置に発熱体３００２を覆うような状態で発熱体３０
０２から所定の距離を隔てて配されている。この発熱体
３００２と可動部材３００６との間が気泡発生領域３０
１０となる。

【００２３】上記の構成に基づき、発熱体３００２を発
熱させると、可動部材３００６と発熱体３００２との間
の気泡発生領域３０１０の液体に熱が作用し、これによ
り発熱体３００２上に膜沸騰現象に基づく気泡が発生し
て成長する。この気泡の成長に伴う圧力は可動部材３０
０６に優先的に作用し、可動部材６は図３０に破線で示
されるように、支点３００６ａを中心に吐出口３００５
側に大きく開くように変位する。可動部材３００６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
圧力の伝播や気泡自身の成長が吐出口３００５側に導か
れ、吐出口３００５から液体が吐出する。

【００２４】つまり、気泡発生領域３０１０上に、液流
路３００７内の液体の流れの上流側（共通液室３００８
側）に支点３００６ａを持ち下流側（吐出口３００５
側）に自由端３００６ｂを持つ可動部材３００６を設け
ることによって、気泡の圧力伝播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播方向と
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、気泡の圧力伝播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などの根本的な吐出特性を
向上させることができる。

【００２５】一方、気泡が消泡過程に入ると、可動部材
３００６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、
可動部材３００６も最終的には図３０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３０１０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３００８
側から液体が流れ込み、液流路３００７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３００６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。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】コンデンサによる電流
ノイズ除去効果は、電流エネルギーを消費する部分（ヒ
ーター）に近いほど高い。しかしながら、従来は、電流
ノイズ対策用コンデンサは大容量である必要性から大型
コンデンサを必要とした。そのため、通常では、その配
置スペースが必要なため、電流ノイズ対策用コンデンサ
はキャリッジや中継基板に設けられているのが実情であ
った。

【００２７】電流ノイズを効果的に除去するためには、
コンデンサを液体吐出ヘッド用基板上等、ヒーターによ
り近い部分に配置する必要がある。特に、最近では、液
体吐出ヘッドの高速化、高密度記録に伴って、ヘッド基
板に瞬間的に流れる電流（ヒータ駆動電流）の量がます
ます増加しており、このような状況から、電流ノイズ対
策のためには、コンデンサはより容量の大きなものと
し、よりヒーターに近い部分に配置する必要があった
が、具体的な解決方法はなかった。

【００２８】他方、近年の液体吐出装置の低価格化に伴
って液体吐出ヘッドにおいてもコスト削減が図られてい
るが、前述したようなＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ
などの不揮発性メモリはヘッド基板上に別部品として構
成するようになっているため、低コスト化を図ることが
困難であった。

【００２９】また、最近では、各種センサをヘッド内に
配置してその検出結果をリアルタイムにフィードバック
しながら液体吐出用ヒーターの駆動条件を制御するよう
な試みもなされており、この場合、メモリに対する情報
の書き込みおよび読み出しを頻繁に行う必要があること
から、上記のような不揮発性メモリでは、近年のヘッド
の高速化に対応することが困難であった。

【００３０】さらにまた、前述した素子基板に設けられ
た温度センサは主に素子基板の温度を測定することが目
的であったが、近年の液体吐出ヘッドの高密度化に伴っ
て、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。
そのためのセンサ機能が高精度である必要性も生じてい
る。

【００３１】また、図３０を参照して説明した構成の液
体吐出ヘッドでは、可動部材は気泡の成長および消泡に
伴って変位するものの、可動部材を能動的に変位させる
ことはできなかった。したがって、可動部材の変位速度
は気泡の成長速度および消泡速度に依存し、可動部材を
それらの速度以上の速度で変位させることができなかっ
た。そのため、可動部材の応答性の向上を図ることがで
きず、ひいては液体吐出ヘッドによる記録速度の高速化
を図ることができなかった。

【００３２】本発明は以上に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、電流ノイズを十分に除去することがで
きるとともに低コスト化を図ることができる液体吐出ヘ
ッド、それに用いられる液体吐出ヘッド用基板、液体吐
出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッドの駆動方法、ヘッ
ドカートリッジ、その液体吐出ヘッドを有する液体吐出
装置、並びに記録ヘッドを提供することにある。

【００３３】本発明のさらなる目的は、ヘッドの高速化
および低コスト化に対応することのできるメモリ構造を
持つ液体吐出ヘッド、それに用いられる液体吐出ヘッド
用基板、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッドの
駆動方法、ヘッドカートリッジ、その液体吐出ヘッドを
有する液体吐出装置、並びに記録ヘッドを提供すること
にある。

【００３４】本発明のさらなる目的は、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、それに用いられる液体吐出
ヘッド用基板、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘ
ッドの駆動方法、ヘッドカートリッジ、その液体吐出ヘ
ッドを有する液体吐出装置、並びに記録ヘッドを提供す
ることにある。

【００３５】本発明のさらに別の目的は、記録ヘッド内
に配された可動部材の応答性の向上を図ることができ、
さらに記録速度の高速化を図ることができる液体吐出ヘ
ッド、ヘッドカートリッジ、その液体吐出ヘッドを有す
る液体吐出装置、および前記液体吐出ヘッドの駆動方法
を提供することにある。

【００３６】

【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、上記半
導体基板に強誘電体材料よりなる機能素子が形成されて
いることを特徴とする。

【００３７】また、本発明の液体吐出ヘッドは、互いに
接合されることで、液体を吐出するための複数の吐出口
とそれぞれ連通する複数の液流路を構成する第１および
第２の基板を有し、該第１および第２の基板の一方また
は両方に強誘電体材料よりなる機能素子が形成されてい
ることを特徴とする。

【００３８】上記の液体吐出ヘッド用基板および液体吐
出ヘッドにおいて、上記機能素子は、上記半導体基板上
に少なくとも第１のバリア層、強誘電体材料膜、第２の
バリア層が積層されたものであることは好ましい構成で
ある。

【００３９】すなわち、強誘電体材料膜は還元環境に置
かれた場合、還元されやすく寿命などの観点で耐性が十
分でなくなり、長期にわたって信頼性高くその機能を得
ることができなくなってしまう可能性がある。例えば、
液体吐出ヘッドを製造する場合に用いられる成膜法のＣ
ＶＤにおいて、液体吐出ヘッドの保護膜（例えばＳｉＮ
等）を形成する際に発生する水素イオン等の雰囲気によ
る還元環境や、反応性のある膜、例えば通常使用される
Ｐｔ電極によって強誘電体材料膜を挟んだ場合、電極と
強誘電体材料膜との接触界面が還元環境となり、強誘電
体材料膜が還元されやすい。このような還元環境を回避
する目的で上述のようにバリア層によって挟持する構成
とすることはこのましい。

【００４０】この場合、第１および第２のバリア層が、
上記液体吐出ヘッドを構成する発熱抵抗層やキャビテー
ション膜を含む酸化膜、窒化膜で構成されていることは
好ましい。

【００４１】特に液体吐出に寄与する駆動素子としてヒ
ーターを利用するヘッド構成においては、発熱抵抗層を
ＴａＳｉＮ、ＴａＮなどのヒーター材料をスパッタリン
グ成膜によって形成する工程を備えている。スパッタリ
ング成膜工程は、ＣＶＤ成膜工程などで発生した水素イ
オンなどの発生がなく還元環境にならず強誘電体材料膜
を還元雰囲気に曝すことなく、発熱抵抗層や耐キャビテ
ーション膜形成時に強誘電体材料膜のバリア層を形成す
ることができる。また、発熱抵抗層や耐キャビテーショ
ン膜は記録ヘッドの特性として十分な耐久性を備えたも
のであり、このような膜を強誘電体材料膜のバリア層に
利用することは組成が安定しており耐久性の観点で好ま
しい。

【００４２】また、発熱抵抗層や耐キャビテーション膜
の成膜と同時に強誘電体材料膜のバリア層を形成すれ
ば、個々の膜を別に成膜するより製造工程の工程数の削
減を図ることもでき、また製造装置も同じものを用いる
ことができるため装置の共有化による製造装置コストの
低減効果も得られる。すなわち、発熱抵抗層や耐キャビ
テーション膜の形成と同一の手法によって強誘電体材料
膜のバリア層を形成することができ、発熱抵抗層や耐キ
ャビテーション膜材料をそのままバリア層として活用で
きる。

【００４３】なお、製造装置の共有化の観点に着目して
みると、例えば、発熱抵抗体としてＴａＳｉＮをスパッ
タリング成膜で形成する場合は、スパッタリング装置に
おけるヒーター層形成時にはＴａＳｉターゲットをＮ雰
囲気中でスパッタリングするが、同じ装置を利用してタ
ーゲットをＳｉとしＮ雰囲気中でスパッタリングするこ
とで非常に安定なＳｉＮ膜（ＣＶＤでは成形することが
できない成膜工程に起因する水素を含まない膜）を強誘
電体材料膜のバリア層とすることができる。また、ヒー
ター層形成スパッタリング装置を用い、ターゲットをＴ
ｉなどの金属としＮ雰囲気中でスパッタリングしＴｉＮ
膜を強誘電体材料膜のバリア層とすることもできる。各
種の金属と窒素、酸素とを反応させ安定した膜を形成す
ることが可能である。このようにインクジェットヘッド
の成膜装置を流用し、ターゲットのみ交換することでも
有効なバリア層を形成することが可能であり、水素イオ
ンなどの還元環境に曝すことなく、安定な膜を形成でき
る。

【００４４】ヒーター層の形成だけでなく、例えば耐キ
ャビテーション膜として用いられているＴａなどの材料
をそのまま利用して耐キャビテーション膜の成膜装置を
利用してＮ雰囲気中でスパッタリングを行うことでバリ
ア層を形成することも可能である。成膜方法はスパッタ
リングでありＣＶＤのように水素イオンの発生がなく強
誘電体材料膜が還元される環境に曝されることがなく、
安定した耐キャビテーション膜と同一の材料と窒素、酸
素を反応させてバリア層を構成するので安定したバリア
層を構成でき、スパッタリング装置のターゲットは耐キ
ャビテーション層と同一であり、同一装置を用いて同一
工程でバリア層を構成できるため量産性に優れ、製造工
程の簡略化を図れる効果を有する。

【００４５】さらに、ヒーター層下部に配置される配線
層の上部層などに用いられるＴｉＷ、ＴａＮなどアルミ
等の配線層に生じる熱によるヒロック防止膜をスパッタ
リングする、あるいは窒素、酸素雰囲気中でスパッタリ
ングすることで強誘電体材料膜のバリア層とすることも
可能である。成膜方法はスパッタリングでありＣＶＤの
ように水素イオンの発生がなく強誘電体材料膜が還元さ
れる環境に曝されることがなく、安定したヒロック防止
膜と同一の材料、あるいは窒素、酸素を反応させてバリ
ア層を構成するので安定したバリア層を構成でき、スパ
ッタリング装置のターゲットはヒロック防止層と同一で
あり、同一装置を用いて同一工程でバリア層を構成でき
るため量産性に優れ、製造工程の簡略化を図れる。

【００４６】なお、記録ヘッドのヒーター層がＨｆＢ₂
など、ヒーター層とその保護層であるＳｉＮ、ＳｉＯな
どの層との密着性が比較的良くない場合に設けられるＴ
ｉなどの金属膜を密着層として介した構成の記録ヘッド
では、密着層を構成する金属を窒素、酸素雰囲気中で強
誘電体材料膜に対してスパッタリングして成膜すること
でバリア層とすることも可能である。成膜方法はスパッ
タリングでありＣＶＤのように水素イオンの発生がなく
強誘電体材料膜が還元される環境に曝されることがな
く、安定した密着層と同一の材料と窒素、酸素を反応さ
せてバリア層を構成するので安定したバリア層を構成で
き、スパッタリング装置のターゲットは密着層と同一で
あり、同一装置を用いて同一工程でバリア層を構成でき
るため量産性に優れ、製造工程の簡略化を図れる。

【００４７】なお、第１および第２のバリア層は、発熱
抵抗層や耐キャビテーション膜を含む酸化膜、窒化膜の
膜厚方向で強誘電体材料膜に近い部分の酸素、窒素の割
合を高くすることは好ましい。また、これらの酸素、窒
素の割合は、バリア層の膜厚方向で連続的に変化させて
も良いし、断続的に変化させても良い。

【００４８】また、上記機能素子は、コンデンサ、不揮
発性メモリ、圧電素子、可動部材のいずれかの形態をと
るように構成してもよい。

【００４９】特に、前記可動部材が、強誘電体材料から
なる薄膜と、該薄膜の両面に設けられた電極とを有し、
該両電極間に電圧が印加されると自由端が前記素子基板
側あるいは前記素子基板に対して反対の方向へ変位する
ように構成されていることは好ましい。

【００５０】可動部材を強誘電体材料によって構成され
た本発明の液体吐出ヘッドによれば、可動部材を気泡の
圧力による変位とは独立して能動的に変位させることが
可能となる。そのため、気泡が発生する前や消泡する前
に可動部材を予め所定の方向に変位させることにより、
可動部材の応答性が向上するため、液体吐出ヘッドによ
る記録速度の高速化を図ることが可能となる。

【００５１】また、前記薄膜は、Ｐｂ-Ｚｒｘ-Ｔｉ1-ｘ
Ｏ₃、（Ｐｂ，Ｌａ）-（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、Ｓｒ-Ｂｉ₂-
Ｔa ₂Ｏ₅、ＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、あるいは（Ｂａ
-Ｓｒ）ＴｉＯ₃からなる構成とすることが好ましい。

【００５２】さらに、前記両電極のいずれか一方の表面
に、電界中に置かれても歪みを生じない材料で形成され
た変位補助層が設けられている構成とすることにより、
可動部材の変位量をより増加させることが可能となる。

【００５３】上記機能素子を構成する強誘電体材料は比
誘電率が大きいことから、容量の大きなコンデンサを形
成することができ、基板に造り込む場合の配置スペース
も少なくて済む。本発明によれば、その機能素子が電流
ノイズ対策用のコンデンサとしてヘッドを構成する基板
に直接形成されるので、ヒーターにより近い部分で電流
ノイズ対策を行うことが可能となり、しかも、その配置
スペースも少なくて済む。加えて、容量も大きいことか
ら、前述の課題で述べたような電流増加に伴う電流ノイ
ズの問題にも対応することが可能である。

【００５４】また、強誘電体材料を用いて構成される不
揮発性メモリは、従来用いられていたＥＥＰＲＯＭ、フ
ラッシュメモリに代表される不揮発性メモリと比較し、
高速性、低消費電力、高集積性などに優れていることが
知られている。本発明によれば、その特徴を有する強誘
電体材料を用いて構成される不揮発性メモリが用いられ
ているので、ヘッドの駆動制御、例えば各種センサをヘ
ッド内に配置してその検出結果をリアルタイムにフィー
ドバックしながら液体吐出用ヒーターの駆動条件を制御
する際の処理が高速になり、前述の課題で述べたような
近年のヘッドの高速化に対応することが可能となる。

【００５５】また、強誘電体材料は圧電性を有すること
から圧電素子として利用することができる。本発明によ
れば、その強誘電体材料よりなる機能素子を圧電素子と
して用いて、液体中を伝わる圧力の変化を検出するよう
に構成されているので、その検出結果を用いることによ
り、より細かいヘッドの駆動制御が可能になる。

【００５６】一方、強誘電体材料に電圧を印加すること
で、変位を起こすことを利用することもできる。具体的
にはその変位を利用して、インクを吐出させたり、オリ
フィスのメニスカスの制御等に利用できる。変位しやす
くするために、可動部材を設けてその部分に強誘電体材
料を設けることもできる。これはインクの圧力を検知し
て印字制御を行う構成とほとんど同じでできるため、組
み合わせて構成してもよい。また、変位を大きくするた
めに積層構造としてもよい。

【００５７】上述した機能素子は、ヘッドを構成する基
板（素子基板、天板）を製造する過程において同時に造
り込むことができるので、機能素子を形成するために特
別な成膜装置を用いる必要はない。

【００５８】上述の発明のうち、機能素子を構成する第
１および第２のバリア層が耐キャビテーション膜や発熱
抵抗層を含む酸化物、窒化物で構成されるものにおいて
は、ヘッドを構成する基板（素子基板、天板）を製造す
る過程において膜の兼用が可能であるので、製造工程数
およびコストを低く抑えることが可能である。

【００５９】本発明のヘッドカートリッジは、上記本発
明の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される
液体を保持する液体容器とを有する。

【００６０】本発明の液体吐出記録装置は、上記本発明
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供給する駆動信号供給手段とを
有し、記録媒体に液体を吐出して記録を行うことを特徴
とする。

【００６１】また、本発明の記録ヘッドは、記録素子及
び該記録素子とは異なる機能素子を備えた記録ヘッドに
おいて、前記機能素子は強誘電体材料を有して構成され
ていることを特徴とする。

【００６２】また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法
は、液滴を吐出するための吐出口と、該吐出口に液体を
供給するために前記吐出口に連通された液流路と、該液
流路に充填された前記液体に気泡を発生させるための気
泡発生素子が備えられた基板と、前記基板の前記気泡発
生素子に対面する位置に、前記基板との間に間隙を有
し、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定さ
れた可動部材とを有し、前記可動部材が、強誘電体材料
からなる薄膜と、該薄膜の両面に設けられた電極とを有
し、該両電極間に電圧が印加されると自由端が前記素子
基板側あるいは前記素子基板に対して反対の方向へ変位
するように構成されており、前記気泡を発生させること
により生じる圧力によって、前記可動部材の自由端を前
記基板とは反対の方向に変位させて、前記圧力を前記吐
出口側に導くことにより前記吐出口から前記液体の液滴
を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記
発熱体の駆動と前記可動部材の駆動とを互いに独立して
行うことを特徴とする。

【００６３】上記のように前記発熱体の駆動と前記可動
部材の駆動とを互いに独立して行うことにより、気泡が
発生する前や消泡する前に、可動部材を独立して能動的
に駆動して所定の方向に変位させることにより、可動部
材の応答性が向上し、液体吐出ヘッドによる記録速度の
高速化を図ることが可能となる。

【００６４】さらに、前記発熱体を駆動させる前に、前
記可動部材を駆動させて前記可動部材の自由端を前記素
子基板に対して反対の方向に変位させる工程を有する構
成とすることが好ましい。これにより、吐出口から突出
していた液体の液面が液流路内に一定距離後退した状態
になるため、各液体吐出動作毎の液体吐出量を安定させ
ることが可能となる。加えて、上流側への液体の流れが
遮断されて、液体が下流側の吐出口へ効率的に送られる
ため、吐出口からの液体吐出効率が向上する。

【００６５】さらには、前記発熱体を駆動させることに
よって前記液体に発生した気泡が消泡する前に、前記可
動部材を駆動させて前記可動部材の自由端を前記素子基
板側に変位させる工程を有する構成とすることにより、
吐出口側から液流路内に各吐出動作毎に同一の量の液体
が引き戻されるため、吐出口付近の液体が飛翔液体（液
滴）に追随するようにして尾引き形状となる現象や、主
液滴の後にサテライト液滴である小液滴が飛翔する現象
を無くすことが可能となる。さらに、上流側からの液体
のリフィルがより高速に行われる。

【００６６】また、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法
は、液体吐出エネルギー発生素子を備えるとともに強誘
電体材料によって構成される機能素子を備えた液体吐出
ヘッドの製造方法であって、前記液体吐出エネルギー発
生素子の形成工程と同一工程で前記強誘電体材料に対し
て積層されるバリア層を形成することを特徴とする。

【００６７】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。

【００６８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００６９】図１は、本発明の液体吐出ヘッド用基板に
形成される、強誘電体材料よりなる機能素子の概略断面
構造図である。この機能素子は、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ
₃[ＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛]等からなる強誘電体
材料膜３２の上下面に保護膜としてのバリア層３３が形
成され、さらにその上下面に電極（不図示）が配されて
コンデンサ、ＦｅＲＡＭ、圧電素子、可動部材などを構
成するものである。

【００７０】上記機能素子をノイズ対策用コンデンサと
して用いた場合、強誘電材料は比誘電率が大きいため、
ヒータ駆動電流ノイズ対策に特に有効である。この場
合、容量が数μＦのコンデンサを形成することができ
る。また、上記機能素子をＦｅＲＡＭとして用いた場合
は、その記録速度は従来用いられていたＥＥＰＲＯＭ、
フラッシュメモリに代表される不揮発性メモリと比較し
て非常に速いことから、前述の課題で述べたような液体
吐出ヘッドの高速化に対応するメモリを構成することが
できる。さらにまた、上記機能素子を圧電素子として用
いた場合は、液体中を伝わる圧力の変化を検出すること
ができ、より安定した吐出制御が可能になる。加えて、
機能素子を可動部材として用いた場合は、インクの吐出
動作に対する可動部材の応答性を向上でき、記録速度の
高速化を図ることが可能になる。

【００７１】以下、上述の液体吐出ヘッド用基板を備え
る液体吐出ヘッドの具体的な構成について説明する。

【００７２】はじめに、本発明に適用可能な液体吐出ヘ
ッドの構造として、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。

【００７３】本発明に適用可能な液体吐出ヘッドの一形
態の基本構成は、図２８に示した通りであり、図２８に
関する説明は前述した通りであるので、ここでの説明は
省略する。

【００７４】以下に、液体吐出ヘッドの素子基板が半導
体ウェハプロセス技術を用いて形成される点について説
明する。

【００７５】図２は、本形態の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、ＳｉＯ
₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜が用いられている。層間膜３０３
の表面に部分的に抵抗層３０４が形成され、抵抗層３０
４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３０５、
抵抗層３０４および層間膜３０３の表面に、ＳｉＯ₂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３
０４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３０８で
ある。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】図３に示すように、Ｐ型導電体であるシリ
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-ＭＯＳ４２
０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４２
６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。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-ＭＯＳ４
２１からＣ-ＭＯＳロジックが構成されている。

【００７９】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。

【００８０】本形態では、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。

【００８１】Ｐ-ＭＯＳ４２０とＮ-ＭＯＳ４２１との間
や、Ｎ-ＭＯＳ４２１とＮ-ＭＯＳトランジスタ４３０と
の間などの各素子間には、５０００Å〜１００００Å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。

【００８２】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４３
７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〜１５０
００Å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４３８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ＴａＮ
_0.8[hex]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４３８
に形成されたスルーホールを介してドレイン領域４３１
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。

【００８３】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、Ｔａをターゲットとするスパッ
タリング法で形成される厚さ約２５００ÅのＴａなどの
膜から成るものである。

【００８４】次に、素子基板および天板への回路や素子
の振り分け構成について説明する。

【００８５】図４は、本形態の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。

【００８６】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。本形態のヘッドでは、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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】次に、本発明の特徴である、電流ノイズ対
策用コンデンサ、不揮発性メモリ、圧電素子、可動部材
を上述のＰＺＴ等の強誘電体材料により構成した実施形
態をそれぞれ説明する。

【００９２】＜強誘電体材料を用いてコンデンサを構成
した例＞図５は、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド
の素子基板に形成される回路素子の構成を示す図で、
（ａ）は素子基板を上面から見た場合の各回路素子のレ
イアウトを示す図、（ｂ）は電源層とグランド層がオー
バーラップした部分の断面構造を示す図である。

【００９３】図５（ａ）に示すように、素子基板１に
は、発熱体２（不図示）が複数配列されたヒーター列
２’およびこれらを駆動するためのドライバ１１が形成
されるとともに、これら回路素子と接続される電源層３
０およびグランド（ＧＮＤ）層３１が積層されている。

【００９４】電源層３０とＧＮＤ層３１とがオーバーラ
ップした部分（オーバーラップ部３４）では、図５
（ｂ）に示すように、電源層３０とＧＮＤ層３１との間
に強誘電体材料膜３２が形成されており、これによりコ
ンデンサを構成している。強誘電体材料膜３２の電源層
３０およびＧＮＤ層３１との界面には、それぞれバリア
層３３が形成されている。このバリア層３３を設ける理
由は以下のとおりである。

【００９５】強誘電体材料は、水素との反応により還元
されて、強誘電性が著しく劣化してしまう。この還元性
雰囲気は、強誘電体材料膜を形成後に層間絶縁膜や、保
護膜を成膜する際に発生し易い。液体吐出ヘッド用基板
の形成においては、量産性やインクに対する保護性能の
観点で、層間絶縁膜や、保護膜としてプラズマＣＶＤを
用いたＳｉＮ膜が使用されており、これはＳｉＨ₄（シ
ラン），ＮＨ₃（アンモニア）などの還元性雰囲気中で
行われる。その際には、水素プラズマが発生すると同時
に、膜中に水素を含有し易くなり、それらが強誘電体特
性の劣化に影響を与える。そこで、これを防止するた
め、バリア層３３が形成されている。

【００９６】上述のように構成される素子基板１の等価
回路の略図を図６に示す。この図６から分かるように、
上述のオーバーラップ部３４に形成されたコンデンサ３
４’はヒータ電源ラインとＧＮＤラインの間に挿入され
た構成となっている。このコンデンサ３４’は、強誘電
材料膜を用いたことにより、限られたスペースに容量の
大きなコンデンサを構成することができる。この構成に
よれば、コンデンサ３４’をヒーターにより近い部分に
形成することができ、ヒーター駆動電流ノイズはコンデ
ンサ３４’で十分に除去されることになる。

【００９７】先に述べた通り、基板素子１は図２および
図３に示した構造を有し、半導体プロセスを利用して各
回路素子が形成される。この製造過程において、コンデ
ンサ３４’を素子基板１上に同時に造り込むことがで
き、これによりコストが大幅に削減される。また、この
場合、コンデンサ３４’を構成する強誘電体材料膜３２
の保護膜であるバリア層３３を、図３に示した抵抗層３
０４の発熱に伴う化学的および物理的な衝撃から保護膜
３０６を守るために設けられた耐キャビテーション膜３
０７や抵抗層３０４を含む酸化膜、窒化膜で形成するこ
とで、さらにコスト削減を図ることができる。つまり、
強誘電体特性の劣化を防止するために、液体吐出ヘッド
用基板の製造プロセスを活用することにより、工程の増
加を防止し、コスト削減を図ることができる。

【００９８】以上の点について、図７を参照してさらに
説明する。図７は熱作用部及びコンデンサ部の層構成を
示すものである。

【００９９】図７に示される通り、熱作用部は基板上に
下から順に下部配線層６０１、配線層のヒロックを防止
するヒロック防止層６０２、層間膜６０３、発熱抵抗層
６０４、上部配線層６０５と積層されて構成されてい
る。一方、コンデンサ部は基板上に下から順に下部配線
層６０１が形成され、その上に熱作用部において配線層
のヒロックを防止するヒロック防止層６０２として形成
された層を上層に形成される強誘電体層の配線層に対す
る保護を目的としたバリア層６０２ａとして配置され、
そしてその上層に強誘電体層６０６が配置され、その上
部に熱作用部において発熱抵抗層６０４として形成され
た層を下部の強誘電体層６０６の保護を目的としたバリ
ア層６０４ａとして配置され、その上に上部配線層６０
５が積層されて構成されている。実際には、この上に更
に保護膜や耐キャビテーション膜等が形成されるが、図
７では熱作用部とコンデンサ部を同一の工程で同時に形
成することを説明するものであり、それらの層は省略さ
れている。

【０１００】熱作用部とコンデンサ部における各対応す
る層は、同一の工程で同時に形成されるものである。す
なわち、基板上に熱作用部を構成する目的で下部配線層
６０１を形成する。そして、配線層におけるヒロックを
防止する目的のヒロック防止層６０２をその上に積層す
る。そして、層間膜６０３を形成し、コンデンサ部を形
成する部分に対しては強誘電体材料層６０６を形成す
る。その後発熱抵抗層６０４を形成し、上部配線層６０
５を形成する。このとき、強誘電体材料層６０６に対し
ては熱作用部を構成するヒロック防止層６０２が強誘電
体材料層６０６の下部のバリア層、発熱抵抗層６０４が
強誘電体材料層６０６の上部のバリア層として機能する
ことになり、記録ヘッドの熱作用部を構成する層、特に
ヒロック防止層６０２、発熱抵抗層６０４がそのままコ
ンデンサ部の強誘電体層の配線層に対するバリア層とし
て利用することができる。このように熱作用部の製造工
程をそのまま利用してコンデンサ部のバリア層を形成す
ることができる。

【０１０１】なお、強誘電体層６０６の形成は高温で行
われ処理される必要があるため、配線層に用いられる材
料としてはＣｕ、Ｃｕ−Ｓｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ａｕ
などの金属やＩｒＯ₂、ＲｕＯ₂などの酸化物からなる高
融点材料が使用されることが好ましい。特に、半導体素
子を形成した後の工程で熱作用部を構成する膜と同時に
成膜する場合には高温による配線層の損傷を防止する目
的から高融点材料が使用されることが好ましい。加え
て、強誘電体層６０６が配線層と直接接触することで還
元されて劣化されてしまうことを防止する目的で構成さ
れるバリア層の存在が一層有効となり、熱作用部の製造
と同時に形成されるような本発明の構成とすることはよ
り好ましい。

【０１０２】なお、液体吐出に寄与する駆動素子として
ヒーターを利用するヘッド構成においては、発熱抵抗層
６０４を、ＴａＳｉＮ、ＴａＮなどのヒーター材料をス
パッタリング成膜によって形成する工程を備えている。
スパッタリング成膜工程は、ＣＶＤ成膜工程などで発生
した水素イオンなどの発生がなく還元環境にならず強誘
電体材料膜を還元雰囲気に曝すことなく、発熱抵抗層６
０４や耐キャビテーション膜形成時に強誘電体材料膜６
０６のバリア層を形成することができる。また、発熱抵
抗層６０４や耐キャビテーション膜は液体吐出ヘッドの
特性として十分な耐久性を備えたものであり、このよう
な膜を強誘電体材料層６０６のバリア層に利用すること
は組成が安定しており耐久性の観点で好ましい。

【０１０３】また、発熱抵抗層６０４や耐キャビテーシ
ョン膜の成膜と同時に強誘電体材料膜６０６のバリア層
を形成すれば、個々の膜を別に成膜するより製造工程の
工程数の削減を図ることもでき、また製造装置も同じも
のを用いることができるため装置の共有化による製造装
置コストの低減効果も得られる。すなわち、発熱抵抗層
６０４や耐キャビテーション膜の形成と同一の手法によ
って強誘電体材料膜６０６のバリア層を形成することが
でき、発熱抵抗層６０４や耐キャビテーション膜材料を
そのままバリア層として活用できる。

【０１０４】なお、製造装置の共有化の観点に着目して
みると、例えば、発熱抵抗体としてＴａＳｉＮをスパッ
タリング成膜で形成する場合は、スパッタリング装置に
おけるヒーター層形成時にはＴａＳｉターゲットをＮ雰
囲気中でスパッタリングするが、同じ装置を利用してタ
ーゲットをＳｉとしＮ雰囲気中でスパッタリングするこ
とで非常に安定なＳｉＮ膜（ＣＶＤでは成形することが
できない成膜工程に起因する水素を含まない膜）を強誘
電体材料膜６０６のバリア層とすることができる。ま
た、ヒーター層形成スパッタリング装置を用い、ターゲ
ットをＴｉなどの金属としＮ雰囲気中でスパッタリング
しＴｉＮ膜を強誘電体材料膜６０６のバリア層とするこ
ともできる。各種の金属と窒素、酸素とを反応させ安定
した膜を形成することが可能である。このようにインク
ジェット記録ヘッドの成膜装置を流用し、ターゲットの
み交換することでも有効なバリア層を形成することが可
能であり、水素イオンなどの還元環境に曝すことなく、
安定な膜を形成できる。

【０１０５】ヒーター層の形成だけでなく、例えば耐キ
ャビテーション膜として用いられているＴａなどの材料
をそのまま利用して耐キャビテーション膜の成膜装置を
利用してＮ雰囲気中でスパッタリングを行うことでバリ
ア層を形成することも可能である。成膜方法はスパッタ
リングでありＣＶＤのように水素イオンの発生がなく強
誘電体材料膜６０６が還元される環境に曝されることが
なく、安定した耐キャビテーション膜と同一の材料と窒
素、酸素を反応させてバリア層を構成するので安定した
バリア層を構成でき、スパッタリング装置のターゲット
は耐キャビテーション層と同一であり、同一装置を用い
て同一工程でバリア層を構成できるため量産性に優れ、
製造工程の簡略化を図れる効果を有する。

【０１０６】さらに、ヒーター層下部に配置される配線
層の上部層などに用いられるＴｉＷ、ＴａＮなどアルミ
等の配線層に生じる熱によるヒロック防止膜６０２をス
パッタリングする、あるいは窒素、酸素雰囲気中でスパ
ッタリングすることで強誘電体材料膜６０６のバリア層
とすることも可能である。成膜方法はスパッタリングで
ありＣＶＤのように水素イオンの発生がなく強誘電体材
料膜６０６が還元される環境に曝されることがなく、安
定したヒロック防止膜６０２と同一の材料、あるいは窒
素、酸素を反応させてバリア層を構成するので安定した
バリア層を構成でき、スパッタリング装置のターゲット
はヒロック防止層６０２と同一であり、同一装置を用い
て同一工程でバリア層を構成できるため量産性に優れ、
製造工程の簡略化を図れる。

【０１０７】なお、液体吐出ヘッドのヒーター層がＨｆ
Ｂ₂など、ヒーター層とその保護層であるＳｉＮ、Ｓｉ
Ｏなどの層との密着性が十分で良くない場合に設けられ
るＴｉなどの金属膜を密着層として介した構成の液体吐
出ヘッドでは、密着層を構成する金属を窒素、酸素雰囲
気中で強誘電体材料膜に対してスパッタリングして成膜
することでバリア層とすることも可能である。成膜方法
はスパッタリングであり、ＣＶＤのように水素イオンの
発生がなく強誘電体材料膜が還元される環境に曝される
ことがなく、安定した密着層と同一の材料と窒素、酸素
を反応させてバリア層を構成するので安定したバリア層
を構成でき、スパッタリング装置のターゲットは密着層
と同一であり、同一装置を用いて同一工程でバリア層を
構成できるため量産性に優れ、製造工程の簡略化を図れ
る。

【０１０８】なお、第１および第２のバリア層は、発熱
抵抗層６０４や耐キャビテーション膜を含む酸化膜、窒
化膜の膜厚方向で強誘電体材料膜６０６に近い部分の酸
素、窒素の割合を高くすることは好ましい。また、これ
らの酸素、窒素の割合は、バリア層の膜厚方向で連続的
に変化させても良いし、断続的に変化させても良い。

【０１０９】なお、ヒータが接続される電源層とロジッ
ク回路が接続される電源層が別々に形成される場合は、
コンデンサ３４’と同様の構成のコンデンサを、ロジッ
ク回路の電源ラインとＧＮＤラインとの間にも設けるこ
とが望ましい。

【０１１０】本形態では、コンデンサ３４’は素子基板
１に直接形成されているが、コンデンサ３４’を配置ス
ペースに余裕のある天板３側に形成するようにすれば、
設計上の自由度が向上する。この場合は、コンタクトパ
ッドを介した接続構造により、天板３に形成されたコン
デンサが素子基板１側に形成されたヒータまたはロジッ
ク回路の電源ラインとＧＮＤラインとの間に接続される
ようにする必要がある。

【０１１１】＜強誘電材料を用いて不揮発性メモリを構
成した例＞図８は、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッ
ドの素子基板に形成される回路素子の構成を示す図であ
る。

【０１１２】素子基板１には、発熱体２が配列されたヒ
ーター列２’と、発熱体２を駆動するドライバ１１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、センサ１３の出
力をそれぞれモニタしその検出結果に応じて発熱体２へ
の印加エネルギーを制御する駆動制御回路３６と、セン
サ１３の検出結果に応じてランク分けされたコード値、
予め測定されている各発熱体２による液体吐出量特性
（一定温度で、所定のパルス印加における液体吐出量）
をヘッド情報として記憶し駆動制御回路３６に出力する
ＦｅＲＡＭ３５と、センサ１３を駆動するとともにその
出力である検出結果をＦｅＲＡＭ３５へ記憶させるセン
サ処理部３７とが設けられている。

【０１１３】駆動制御回路３６は、パルスジェネレー
タ、バッファ等から構成される。センサ１３としては、
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。

【０１１４】ＦｅＲＡＭ３５は、前述の図１に示した構
成の機能素子より構成される強誘電体メモリである。強
誘電体メモリの一例として、『「Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
₃膜による強誘電体メモリの開発」、中村孝、応用物
理、第６７巻、第１１号（１９９８）』に開示されてい
る強誘電体メモリのセル構造を図９に示す。

【０１１５】この強誘電体メモリのセル構造は、図９
（ａ）に示すように、プレートライン（下部電極）３５
２、強誘電体３５０、上部電極３５１を順次積層してな
る強誘電体キャパシタがビットライン３５３およびワー
ドライン３５４とともに半導体基板上に形成された構成
となっている。このセル構造を用いて、図９（ｂ）に示
すような１Ｔ１Ｃ型セル、図９（ｃ）に示すような２Ｔ
２Ｃ型セルを構成することができる。

【０１１６】上記のように構成された素子基板１と天板
は、その接合面において、互いの基板に形成された回路
等が接続用コンタクトパッドを介して接続される。この
ようにして素子基板１と天板とを位置合わせして接合す
ることで、液体吐出ヘッドが構成される。

【０１１７】以上の構成の液体吐出ヘッドでは、まず、
液体の状態がセンサ１３により各液流路ごとに検出さ
れ、その結果がＦｅＲＡＭ３５に記憶される。駆動制御
回路３６は、そのＦｅＲＡＭ３５に記憶されたデータに
応じて各発熱体２のプレヒートパルス幅を決定するとと
もに、入力画像データ信号に応じて各発熱体２の駆動パ
ルスを決定する。この駆動制御回路３６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２に与えられると、発熱体３２では、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、液体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。

【０１１８】ＦｅＲＡＭ３５に記憶されるヘッド情報と
しては、上述した液体状態の他に、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。また、センサ１３が複数
設けられる場合（例えば各ノズル単位に設けられる場
合）には、各センサの特性の固体差を補正するために、
各センサの特性をヘッド情報としてＦｅＲＡＭ３５に予
め記憶しておき、駆動時にその情報を利用して駆動条件
を制御するようにしてもよい。これらのヘッド情報のＦ
ｅＲＡＭ３５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。

【０１１９】本形態では、ＦｅＲＡＭ３５は素子基板１
に形成されているが、スペースに余裕のある天板側に形
成するようにしてもよい。一例として、ＦｅＲＡＭが天
板側に形成された液体吐出ヘッドの構成を図１０に示
す。

【０１２０】図１０に示す例では、発熱体１３２に発泡
エネルギーを与える前に発熱体１３２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１３２のプレヒートパルス幅を
制御する。

【０１２１】図１０（ａ）に示すように、素子基板１３
１には、一列に配列された発熱体１３２と、ドライバと
して機能するパワートランジスタ１４１と、パワートラ
ンジスタ１４１の駆動を制御するためのＡＮＤ回路１３
９と、パワートランジスタ１４１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１３８
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１４２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１３２ごとに設けら
れている。

【０１２２】駆動タイミング制御ロジック回路１３８
は、装置の電源容量を少なくする目的で、全ての発熱体
１３２を同時に通電するのではなく発熱体１３２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１３８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１４５ｋ〜１４５ｎから入力される。

【０１２３】また、素子基板１３１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１４
５ｋ〜１４５ｎの他に、発熱体１３２の駆動電源の入力
端子１４５ａ、パワートランジスタ１４１の接地端子１
４５ｂ、発熱体１３２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１４５ｃ〜１４５ｅ、ロ
ジック回路の駆動電源端子１４５ｆ、接地端子１４５
ｇ、画像データ転送回路１４２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１４５ｉ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１４５ｈ、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１
４５ｊがある。

【０１２４】一方、図１０（ｂ）に示すように、天板１
３３には、発熱体１３２の駆動タイミングを決定すると
ともにセンサ１４３からの出力をモニタしその結果に応
じて画発熱体１３２のプレヒート幅を決定する駆動信号
制御回路１４６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１４６に出力するＦｅＲＡＭ１４９とが
形成されている。このＦｅＲＡＭ１４９は上述の図８の
ＦｅＲＡＭと同様の構造のものである。

【０１２５】また、接続用コンタクトパッドとして、素
子基板１３１および天板１３２には、外部から上記発熱
体１３２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１４５ｃ〜１４５ｅと駆動信号制御回
路１４６とを接続する端子１４４ｂ〜１４４ｄ，１４８
ｂ〜１４８ｄ、駆動信号制御回路１４６の出力をＡＮＤ
回路１３９の一方の入力端子に入力させるための端子１
４８ａ等が設けられている。

【０１２６】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Ｆｅ
ＲＡＭ１４９に記憶される。駆動信号制御回路１４６で
は、ＦｅＲＡＭ１４９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１３２のプレヒートパルス
幅を決定し、端子１４８ａ，１４４ａを介してＡＮＤ回
路１３９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１４２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１３８を介してＡＮＤ
回路１３９に出力される。

【０１２７】画像データ信号がＡＮＤ回路１３９に出力
されることで、駆動信号制御回路１４６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１３２に与えられる。これにより発熱体１３２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。

【０１２８】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１３２と同様に
して素子基板１３１に形成されたランクヒータ１４３
と、天板１３３に形成された、ランクヒータ１４３を駆
動するためのセンサ駆動回路１４７とを有する。そし
て、センサ駆動回路１４７とランクヒータ１４３とを接
続する端子１４４ｇ，１４４ｈ，１４８ｇ，１４８ｈ
が、素子基板１３１及び天板１３３に形成されている。
これは、ランクヒータ１４３で検出された抵抗値に基づ
いて発熱体１３２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１４６は、ラン
クヒータ１４３からの出力をモニタし、その結果に応じ
て発熱体１３２への印加エネルギーを制御する。また、
ＦｅＲＡＭ１４９は、ランクヒータ１４３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１３２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１４６に出力する。

【０１２９】ランクヒータ１４３を利用した発熱体１３
２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１４３の抵抗値が検出され、その結果がＦ
ｅＲＡＭ１４９に記憶される。ランクヒータ１４３は発
熱体１３２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１３２と同じであり、ラン
クヒータ１４３の抵抗値を発熱体１３２の抵抗値とみな
す。駆動信号制御回路で１４６では、ＦｅＲＡＭ１４９
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１３２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１４８ａ，１４４ａを介し
てＡＮＤ回路１３９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１４２から駆動タイミング制御回路１３８を介し
てＡＮＤ回路１３９に出力されることで、駆動信号制御
回路１４６で決定したパルス幅で発熱体１３２への通電
が行われる。その結果、発熱体１３２には、ほぼ一定の
エネルギーが印加される。

【０１３０】＜強誘電材料を用いて圧力センサを構成し
た例＞本出願人は、図３０で示したように、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。ここでは、可動部材
に強誘電材料より構成された圧力センサを設けた液体吐
出ヘッドの例を説明する。

【０１３１】図１１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。

【０１３２】本形態の液体吐出ヘッドは、前述の図２８
に示した構成の液体吐出ヘッドに、発熱体２によって生
成される気泡の圧力伝搬方向を下流側へ導く可動部材６
を設けた構成となっている。図３０におけるものと同等
な基本構成を有する可動部材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に対面して配
置された片持梁状の薄膜であり、窒化シリコンや酸化シ
リコンなどのシリコン系の材料で形成される。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側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。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。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】上記可動部材６には、可動部材６の変位に
より液体を発泡させた際の気泡の圧力を検出する圧力セ
ンサ素子２００が設けられている。圧力センサ素子２０
０は、前述の図１に示した構成と同様の、強誘電材料よ
りなる圧力センサである。この圧力センサ素子２００で
は、可動部材６のひずみに応じて分極電荷が変化し、該
変化量が液体に作用する圧力の変化として検出される。
この圧力センサ素子２００の検出結果を、前述の図４に
示した発熱体制御部および図１０に示した駆動制御回路
にフィードバックして発熱体を制御することにより、吐
出制御を安定して行うことができる。

【０１３７】次に、気泡発生領域１０に面して設けられ
た、圧力センサを有する可動部材６について、図１２お
よび図１３を参照して説明する。

【０１３８】図１２（ａ）は圧力センサを有する可動部
材６を備えたノズルを素子基板１に垂直に流路方向に沿
って切断した断面図であり、図１２（ｂ）は図１２
（ａ）において発熱体２で液体に発生した気泡に伴って
変位する可動部材６の様子を示している。また、図１３
は各液流路に配設された可動部材６の圧力センサに対す
る電気配線を示すために素子基板１に平行な方向に沿っ
て切断した断面図である。

【０１３９】図１２に示すように可動部材６内に、各電
極２０１にリード配線２０２と繋がった電極２０１が両
端に形成された圧力センサ素子２００が作り込まれてい
る。本例では、センサ素子が効率的に屈曲するように、
圧力センサ素子２００の上部の可動部材を図１２のよう
に一部除去してある。また図１３に示すように、各液流
路における可動部材６の圧力センサ素子２００の両端の
電極２０１のうち、一方の電極はこれと同じ他の圧力セ
ンサ素子の一方の電極と共に共通配線２０２ａに繋がっ
ており、もう一方の電極は各可動部材に個別に設けられ
たセグメント配線２０２ｂに繋がっている。

【０１４０】次に、フォトリソグラフィプロセスを利用
した、圧力センサを有する可動部材６の製造方法につい
て説明する。

【０１４１】図１４及び図１５は、図１２及び図１３に
示した可動部材の液体吐出ヘッドへの製造方法の一例を
説明するための図であり、図１４及び図１５では、図１
１及び図１２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１４及び図１５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、その天板に
は流路側壁が作り込まれる。

【０１４２】まず、図１４（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。

【０１４３】次に、図１４（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１５（ｃ）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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。これは、ＴｉＷ膜
７６や、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、および抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜
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７１ａを素子基板１上に形成する。これにより、
可動部材６を形成するためにＳｉＮ膜のドライエッチン
グを行う際にＴｉＷ膜７６の表面が露出することがな
く、そのドライエッチングによるＴｉＷ膜７６および、
素子基板１内の機能素子の損傷が間隙形成部材７１ａに
よって防止される。

【０１４６】次に、図１４（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を形成す
るための材料膜である厚さ約２．５μｍのＳｉＮ膜７２
ａを、間隙形成部材７１ａを被覆するように形成する。

【０１４７】次に、ＳｉＮ膜７２ａ上の圧力センサ素子
２００が形成される部分に、周知の半導体プロセスを用
いて、Ｔａ、Ｔｉ等からなる第１および第２のバリア層
をスパッタリング法によって形成し、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ₃からなる誘電体材料膜をスパッタリング法ある
いはＣＶＤ法によって形成し、前述の図１に示したよう
に積層された圧電素子膜２００ａを形成する。

【０１４８】次に、図１５（ａ）に示すように、圧電素
子膜２００ａの両端部に対してそれぞれ、Ａｌもしくは
Ｃｕ/Ｗでリード配線２０２ａ、２０２ｂをパターニン
グする。続いて、図１５（ｂ）では、ＳｉＮ膜７２ａの
表面全体に、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厚さ約２．０μｍのＳｉＮ
膜７２ｂを、ポリシリコン膜２００ａ及びリード配線２
０２ａ，２０２ｂを被覆するように形成する。

【０１４９】次に、ＳｉＮ膜７２ｂ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７２ｂ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。但し、後述のドライエッチングの際
に圧電素子膜２００ａの一部が露出されるように、圧電
素子膜２００ａ上のＳｉＮ膜７２ｂの表面の一部には前
記第２の保護層としてのＡｌ膜（不図示）は残さない。
この第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及び７２ｂにドライエッチン
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。

【０１５０】そして、図１５（ｃ）では、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ＳｉＮ膜７２ａ及び７２ｂをパターニン
グすることで、そのＳｉＮ膜７２ａ及び７２ｂ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ＣＦ₄とＯ₂との混合ガスを用いており、Ｓｉ
Ｎ膜７２ａ及び７２ｂ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。

【０１５１】次に、図１５（ｄ）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。

【０１５２】以上のようにして、圧力センサ素子を有す
る可動部材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１４（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。

【０１５３】その後、他方の素子基板３である天板側に
おいては、電気的な接続用パッドが形成された表面上
に、金バンプ等を形成し、凸電極部を形成する。そし
て、図示しないが、天板側の凸電極と、素子基板１側の
凹電極間で、金属の共晶を利用した接合を行った。この
際、両側の金属種は、同種金属を採用した方が接合時の
温度・圧力を低減でき、かつ、接合強度を高めることが
できる。

【０１５４】最後に、エキシマレーザを用いて、フェイ
ス全面に設置したコンタクトマスクを介して、オリフィ
ス５を形成することで液体吐出ヘッドが完成する。

【０１５５】上述した製法例では、流路側壁９を天板３
側に形成しておく場合を説明したが、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側に形成してもよ
い。

【０１５６】上記圧力センサ素子からの出力をモニター
するための回路の一例を図１６に示す。図１６に示す回
路では、記録液発泡時の圧力による圧電素子膜２００ａ
の変位に伴う起電力を電圧計２０６によって測定するこ
とにより、可動部材６の変位量及び発泡の圧力が計測可
能となる。この回路において、Ｖ_out端子の電圧は圧電
素子膜２００ａの起電力である。よって、このＶ_out出
力を前述の素子基板１に形成されたＦｅＲＡＭにフィー
ドバックする。この場合も、駆動信号制御回路で、この
フィードバックされた信号をもとに駆動パルスの切り替
えや選択を行うことで常に安定した発泡圧力を得ること
ができる。

【０１５７】上述のように、良好な画像品位を得るため
に発熱体２の駆動を制御しても、共通液室内に気泡が発
生し、これが液体のリフィルとともに液流路内に移動し
てくると、共通液室内には液体が存在するにもかかわら
ず、液体が吐出されないという不具合が発生する場合が
ある。

【０１５８】そこで、これに対処するために、各液流路
内の可動部材６に設けた圧力センサで発泡状態の異常が
検出されたらその結果を後述の吸引回復操作を制御する
回路に出力させる処理回路を素子基板１又は天板３に設
けてもよい。そして、この処理回路からの出力に基づ
き、後述の液体吐出記録装置側のインク吸引手段で、液
体吐出ヘッド内の液体を吐出口から強制的に吸引するよ
うにすれば、液流路内の気泡を除去することができる。

【０１５９】なお、本形態では、圧力センサ素子２００
は可動部材に造り込まれているが、発熱体２の膜沸騰に
伴って発生する気泡によって液体に作用する圧力の変
化、インクの流れの淀み等、検出対象に応じて天板また
は素子基板の最適な場所に設けることが望ましい。例え
ば、図１７に示すように、液流路７内に、強誘電材料よ
り構成される圧力センサ素子２００’を設けてもよい。
この場合、圧力センサ素子２００’は、液体の流れを妨
げないような構造とすることが望ましい。

【０１６０】上述した本形態の液体吐出ヘッドによれ
ば、近年の液体吐出ヘッドの高密度化に伴って生じてい
た以下のような従来の問題も解決される。

【０１６１】液体吐出ヘッドの高密度化により液体の吐
出量が少なくなっており、これに伴って、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
なってきていた。このため、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。本形態によれば、そのようなインク
の流れの淀み、電気熱変換体からの熱の影響等を受ける
となく、より細かな液体吐出制御を行うことができる。

【０１６２】圧力センサーについて説明したが、圧電素
子である強誘電材料に電圧を印加することで、変位を起
こすことを利用することもできる。具体的にはその変位
を利用して、インクを吐出させたり、オリフィスのメニ
スカスの制御等に利用できる。変位しやすくするため
に、弁構造を設けてその部分に強誘電材料を設けること
もできる。これはインクの圧力を検知して印字制御を行
う構成とほとんど同じでできるため、組み合わせて構成
してもよい。また、変位を大きくするために積層構造と
してもよい。＜強誘電材料を用いて可動部材を構成した
例＞次に、強誘電材料を用いて可動壁を構成した実施形
態について図面を参照して説明する。

【０１６３】図２は、本発明の液体吐出ヘッドにおける
素子基板のインク路に相当する部分の断面図を示すもの
である。図２において、符号３０１はシリコン基板、符
号３０２は蓄熱層であるところの熱酸化膜を示す。符号
３０３は蓄熱層を兼ねる層間膜であるところのＳｉＯ₂
膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜、符号３０４は抵抗層、符号３０５
はＡｌまたはＡｌ-Ｓｉ、Ａｌ-Ｃｕ等のＡｌ合金配線、
符号３０６は保護膜であるところのＳｉＯ₂膜またはＳ
ｉ₃Ｎ₄膜を示す。符号３０７は抵抗層３０４の発熱に伴
う化学的・物理的衝撃から保護膜３０６を守るための耐
キャビテーション膜を示す。また、符号３０８は、電極
配線３０５が形成されていない領域の抵抗層３０４の熱
作用部を示す。

【０１６４】これらの駆動素子は、半導体技術によりＳ
ｉ基板に形成され、熱作用部が同一基板に更に形成され
る。

【０１６５】図３に、液体吐出ヘッドにおける素子基板
の主要素子を縦断するように切断したときの模式的断面
図を示す。

【０１６６】Ｐ導電体のＳｉ基板３０１に、一般的なＭ
ＯＳプロセスを用いイオンプラテーション等の不純物導
入および拡散によりＮ型ウェル領域４２２にＰ-ＭＯＳ
４２０、ｐ型ウェル領域４２３にＮ-ＭＯＳ４２１が構
成される。Ｐ-ＭＯＳ４２０およびＮ-ＭＯＳ４２１は、
それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を介して４０
００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積した
ｐｏｌｙ-Ｓｉによるゲート配線４３５およびＮ型ある
いはＰ型の不純物導入をしたソース領域４２５、ドレイ
ン領域４２６等で構成され、それらＰ-ＭＯＳとＮ-ＭＯ
ＳによりＣ-ＭＯＳロジックが構成される。

【０１６７】また、素子駆動用Ｎ-ＭＯＳトランジスタ
は、やはり不純物導入および拡散等の工程によりＰ-ウ
ェル基板中にドレイン領域４３１、ソース領域４３２お
よびゲート配線４３３等で構成される。

【０１６８】なお、本形態では、Ｎ-ＭＯＳトランジス
タを使った構成で説明しているが、複数の発熱体を個別
に駆動できる能力を持ち、かつ、上述したような微細構
造を達成できる機能を持つトランジスタであれば、これ
に限らない。

【０１６９】また、各素子間は、５００Å以上１０００
０Å以下の厚さのフィールド酸化により、酸化膜分離領
域４２３を形成し、素子分離されている。このフィール
ド酸化膜は、熱作用部３０８下においては一層目の蓄熱
層４３４として作用する。

【０１７０】各素子が形成された後、層間絶縁膜４３６
が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ(Phospho
Silicate Glass)、ＢＰＳＧ(Boron-doped Phospho Sil
icate Glass)膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理
等をされてからコンタクトホールを介し、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。その
後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ₂膜等の層間絶縁膜
４３８を１００００Å以上１５０００以下の厚さに堆積
し、更にスルーホールを介して、抵抗層３０４として約
１０００Åの厚さのＴａＮ_0.8,hex膜をＤＣスパッタ法
により形成した。その後、各発熱体への配線となる第２
の配線層Ａｌ電極を形成した。

【０１７１】次に、保護膜３０６は、プラズマＣＶＤに
よるＳｉ₃Ｎ₄膜が、約１００００Åの厚さに成膜され
る。最上層には、耐キャビテーション膜１０７がアモル
ファスタンタルによって約２５００Åの厚さに堆積され
る。耐キャビテーション膜３０７の材料としては、金属
膜よりも導電性の弱いアモルファス金属を選択した。ま
た、耐キャビテーション膜３０７の材料として、更に導
電性が弱く、比誘電率が比較的高い絶稼材料である窒化
物（ＢＮ，ＴｉＮ）や炭化物（ＷＣ，ＴｉＣ，ＢＣ）等
を用いてもよい。

【０１７２】図１８は本発明の液体吐出ヘッドの一実施
形態の基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿
った断面図、図１９は図１８に示した液体吐出ヘッドの
一部を破断して示す斜視図である。

【０１７３】本実施形態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気泡発生素
子である複数個（図１８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を有する。

【０１７４】素子基板１は、シリコン等の基体上に絶縁
および蓄熱を目的とした酸化シリコン膜または窒化シリ
コン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵
抗層および配線電極をパターニングしたものである。こ
の配線電極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。

【０１７５】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８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、酸化シリコン等の流路側壁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。

【０１７６】天板３の先端面には壁部が設けられてお
り、この壁部には、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。

【０１７７】さらに、この記録ヘッドには、液流路７を
第１の液流路７ａと第２の液流路７ｂとに分けるように
配置された片持梁状の可動部材６が設けられている。可
動部材６は、強誘電体薄膜６ａと、その両面に設けられ
た電極６ｂと、上側の電極６ｂの表面に設けられた変位
補助層としての上部膜６ｃとを有している。上部膜６ｃ
は、電界中に置かれても歪みを生じない材料であるＳｉ
ＮやＳｉＯ₂等によって形成されている。なお、この変
位補助層は下側の電極６ｂの表面に設けられていてもよ
い。

【０１７８】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の上方を経て吐出口５側へ流れ
る大きな流れの上流側であって、可動部材６の素子基板
１との支持固定部の付近に支点６ｄを有し、さらに、こ
の支点６ｄに対して下流側に自由端６ｅを持つように、
素子基板１上に配置されている。なお、発熱体２の上方
が気泡発生領域１０となる。

【０１７９】なお、ここで、「上流」および「下流」と
は、液体の供給源から気泡発生領域１０（あるいは可動
部材６）の上方を経て、吐出口５へ向かう液体の流れ方
向に関して、又はこの構成上の方向に関しての表現とし
て表されている。

【０１８０】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。

【０１８１】図４は、図１８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。

【０１８２】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
要なパラメータを測定するセンサ１３とが設けられてい
る。

【０１８３】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。

【０１８４】センサ１３としては、発熱体２の近傍の温
度を測定する温度センサや、発熱体２の抵抗値をモニタ
するための抵抗センサ等が用いられる。

【０１８５】噴射される液滴の吐出量を考えた場合、そ
の吐出量は主に液体の発泡体積に関係する。液体の発泡
体積は、発熱体２およびその周辺の温度によって変化す
る。そこで、温度センサによって発熱体２および周辺の
温度を測定し、その結果に応じて液体吐出のためのヒー
トパルスを印加する前に、液体を吐出しない程度の小さ
いエネルギーのパルス（プレヒートパルス）を加え、そ
のプレヒートパルスのパルス幅や、その出力タイミング
を変更することにより発熱体２および周辺の温度を調整
して、一定の液滴を吐出するようにして画像品位を維持
することが行われる。

【０１８６】また、発熱体２における、液体を発泡させ
るのに必要なエネルギーを考えた場合、放熱条件が一定
であれば、そのエネルギーは発熱体２の必要な単位面積
当たりの投入エネルギーと発熱体２の面積の積で表わさ
れる。これにより、発熱体２の両端にかかる電圧、発熱
体２を流れる電流およびパルス幅を、その必要なエネル
ギーが得られる値に設定すればよい。ここで発熱体２に
印加される電圧については、液体吐出装置本体の電源に
より電圧を供給することにより、ほぼ一定に保持するこ
とができる。一方、発熱体２を流れる電流については、
発熱体２の抵抗値が、素子基板１の製造過程における発
熱体２の膜厚のばらつき等により、ロットにより、ある
いは素子基板１によって抵抗値が異なってくる。従っ
て、印加されるパルス幅が一定で、発熱体２の抵抗値が
設定よりも大きい場合はその流れる電流値が小さくな
り、発熱体２に投入されるエネルギー量が不足してしま
い、液体を適正に発泡させることができなくなる。逆
に、発熱体２の抵抗値が小さくなると、同じ電圧を印加
しても電流値が設定値よりも大きくなる。この場合に
は、発熱体２により過剰なエネルギーが発生され、発熱
体２の損傷や短寿命につながるおそれがある。そこで、
抵抗センサによって発熱体２の抵抗値を常にモニタし、
その値により電源電圧やヒートパルス幅を変化させ、発
熱体２にほぼ一定のエネルギーが印加されるようにする
方法もある。

【０１８７】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。

【０１８８】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。

【０１８９】ここで、素子基板１および天板３への回路
等の形成手順の一例について説明する。

【０１９０】素子基板１については、まず、シリコン基
板上に、上記ドライバ１１、画像データ転送部１２およ
びセンサ１３を構成する回路を半導体ウェハプロセス技
術を用いて形成する。次いで、前述したようにして発熱
体２を形成し、最後に、接続用コンタクトパッド１４お
よび外部コンタクトパッド１５を形成する。

【０１９１】天板３については、まず、シリコン基板上
に、上記発熱体制御部１６およびセンサ駆動部１７を構
成する回路を半導体ウェハプロセス技術を用いて形成す
る。次いで、上述したように、成膜技術およびエッチン
グによって、液流路や共通液室を構成する溝３ａ，３ｂ
および供給口３ｃを形成し、最後に、接続用コンタクト
パッド１８を形成する。

【０１９２】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。

【０１９３】なお、図１８に示したように本実施形態の
液体吐出ヘッドは可動部材６を有しているが、この可動
部材６についても、上述のようにして素子基板に回路等
を形成した後、フォトリソグラフィプロセスを用いて素
子基板１上に形成される。可動部材６の形成工程につい
ては以下に説明する。

【０１９４】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２０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２０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。

【０１９５】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。

【０１９６】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。

【０１９７】本実施形態では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。

【０１９８】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。

【０１９９】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。

【０２００】センサ１３は、必要に応じて素子基板１に
設けてもよいし、天板３に設けてもよい。例えば抵抗セ
ンサである場合には、抵抗センサは素子基板１上に設け
ないと意味がなかったり測定精度が低下したりするため
素子基板１に設ける。また、温度センサの場合には、ヒ
ータ駆動回路の異常による温度上昇などを検知する場合
には素子基板１上に設けることが好ましいが、後述する
インクを介しての温度上昇によりインクの状態を判断し
たい場合には、天板３、或いは素子基板１と天板３との
双方に設けることが好ましい。

【０２０１】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。

【０２０２】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。

【０２０３】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの可動
部材の製造方法について、図２１を参照して説明する。
図２１は、図１８に示した液体吐出ヘッドにおける可動
部材の製造工程を示す、液流路方向に沿った断面図であ
る。

【０２０４】まず、図２１（ａ）に示すように、素子基
板１の耐キャビテーション層５０１の上に、可動部材６
を変位させる駆動信号を与えるための一方の電極配線と
なる、Ｃｕ-Ｓｉからなる膜厚が３０００Åの配線層５
０２を形成する。そして、所望の電極配線が形成するた
めに、配線層５０２パターニングおよびエッチングを行
う。次に、この配線層５０２の上に、ＳｉＮ膜からなる
膜厚が５０００Åの中間層５０３を形成する。

【０２０５】次に、同図（ｂ）に示すように、素子基板
１の上面全体に、ＣＶＤ法によって温度３５０℃の条件
でＰＳＧ膜５０４を形成する。ＰＳＧ膜５０４の膜厚は
１〜２０μｍであり、この膜厚は図１８に示した素子基
板１と可動部材６とのギャップに相当する。ＰＳＧ膜５
０４の膜厚をこのような範囲とすることにより、記録ヘ
ッドにおける液流路全体のバランス上、可動部材６によ
る液体吐出効率向上の効果が顕著に現れる。

【０２０６】次に、ＰＳＧ膜５０４をパターニングする
ために、ＰＳＧ膜５０４の表面にスピンコート等により
レジストを塗布した後、露光および現像を行い、そのレ
ジストのうちの可動部材６が固定される部分に相当する
部分を除去する。続いて、ＰＳＧ膜５０４のうちのレジ
ストで覆われていない部分を、バッファードフッ酸によ
るウェットエッチングによって除去する。その後、ＰＳ
Ｇ膜５０４の表面に残っているレジストを、酸素プラズ
マによるアッシングによって、あるいは素子基板１をレ
ジスト除去剤に浸すことによって除去する。これによ
り、ＰＳＧ膜５０４の一部が素子基板１の表面に残さ
れ、後の工程で可動部材６と素子基板１との空間に相当
する型部材が作り込まれる。

【０２０７】次に、同図（ｃ）に示すように、ＳｉＮか
らなる膜厚が５０００Åの保護層５０５を形成し、上述
した中間層５０３および保護層５０５のパターニングお
よびエッチングを行う。

【０２０８】次いで、同図（ｄ）に示すように、可動部
材６の駆動信号を与えるためのＣｕ-Ｓｉからなる膜厚
が３０００Åの電極層５０６をスパッタリング法により
形成し、同様にパターニングおよびエッチングを行う。
これにより、電極層５０６が配線層５０２に接続され、
下側の電極６ｂ（図１８参照）が形成される。

【０２０９】次に、次に形成する強誘電体層５０７を電
極層５０６から保護するためのバリア層５１０をスパッ
タリングによって形成した後、同図（ｅ）に示すよう
に、ＲＦスパッタリング法により、Ｐｂ（Ｚｒ_0.5Ｔｉ
_0.5）Ｏ₃からなる膜厚が１μｍの強誘電体層５０７を形
成する。次いで、成膜された強誘電体層５０７のパター
ニングおよびエッチングを行うことにより、強誘電体層
５０７を可動部材６に相当する形状に形成する。

【０２１０】続いて、強誘電体層５０７上に電極層５０
８に対する保護層としてのバリア層５１１をスパッタリ
ングによって形成した後、同図（ｆ）に示すように、可
動部材６の駆動信号を与えるもう一方の上側の電極６ｂ
を成す電極層５０８を、Ｃｕ-Ｓｉによって膜厚が３０
００Åとなるように形成する。次に、電極層５０８を保
護するために、ＳｉＮからなる膜厚が３０００Åの保護
層５０９を形成する。次に、可動部材６の変位をより大
きくするために、ＳｉＮからなる膜厚が６０００Åの上
部膜５１０を形成する。

【０２１１】最後に、素子基板１と可動部材６との間の
気泡発生領域１０（図１８参照）に相当する部分を形成
するために、型部材として残っているＰＳＧ膜５０４を
バッファードフッ酸によるウェットエッチングによって
除去する。これにより、同図（ｇ）に示すように、素子
基板１と可動部材６との間にギャップが形成される。

【０２１２】以上の工程により、本実施形態の可動部材
６が作成される。

【０２１３】ここで、本実施形態の液体吐出ヘッドの可
動部材の他の製造方法について、図２２を参照して説明
する。図２２は、本製造方法に用いられるＥＣＲプラズ
マＣＶＤ装置を示す概略図である。

【０２１４】本製造方法では、可動部材６の強誘電体薄
膜６ａを（Ｂａ-Ｓｒ）ＴｉＯ₃で構成し、ＥＣＲプラズ
マＣＶＤ法を用いて形成する。これ以外は、図２１を参
照して説明した製造方法と同様に行う。

【０２１５】ＥＣＲプラズマＣＶＤによって形成される
強誘電体薄膜６ａの材料には、Ｂａ（ＤＰＭ）₂[bis-di
pivaloylmethanate barium]、Ｓｒ（ＤＰＭ）₂、Ｔｉ
（Ｏ-ｉ-Ｃ₃Ｈ₇）₄およびＯ₂が用いられる。Ｂａ（ＤＰ
Ｍ）₂およびＳｒ（ＤＰＭ）₂は、それぞれ融点に近い高
温で、図２２に示すようにＡｒガスをキャリアとして装
置のチャンバー内に供給される。また、Ｔｉ（Ｏ-ｉ-Ｃ
₃Ｈ₇）₄は、キャリアガスであるＡｒガスによってハブ
リングすることにより、装置のチャンバー内に供給され
る。一方、Ｏ₂ガスも装置のチャンバー内に供給され
る。

【０２１６】次に、チャンバー内に２．５４ＧＨｚのマ
イクロ波を導入して、これらの材料をプラズマ化させ
る。これにより、これらの材料はチャンバー内に配置さ
れた基板の表面に到達し、強誘電体材料から成る強誘電
体薄膜６ａが形成される。

【０２１７】なお、上記では、可動部材６の強誘電体薄
膜６ａをスパッタリング法あるいはＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて形成する方法について説明した。しかし、
強誘電体薄膜６ａの形成はこれらの製法に限られず、こ
れらの他にもプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶ
Ｄ(Molecular Organic CVD)法等を用いて形成すること
が可能である。

【０２１８】また、強誘電体薄膜６ａの材料には、上記
に示したものの他に、ＰＺＴ：Ｐｂ-Ｚｒｘ-Ｔｉ１-ｘ
Ｏ₃、ＳＢＴ：Ｓｒ-Ｂｉ₂-Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｒＴｉＯ₃、Ｂ
ａＴｉＯ₃、ＰＬＺＴ：（Ｐｂ，Ｌａ）-（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ₃等を用いることができる。強誘電体薄膜６ａの組成
は、膜厚方向に関して、連続的に変化させてもよいし、
断続的に変化させてもよい。

【０２１９】［本形態の液体吐出ヘッドの液体吐出の基
本原理］次に、本発明のような液体吐出ヘッドによる液
体吐出の基本槻念について、図２３を参照して具体的に
説明する。

【０２２０】図２３は、本発明の液体吐出ヘッドによる
吐出方法を説明するための、流路方向の断面図である。

【０２２１】図２３に示すように、吐出口５は液流路７
の端部域に配置され、可動部材６は吐出口５の上流側に
配置されている。吐出口５に直接連通している液流路７
内には、共通液室８から供給される液体が満たされてい
る。可動部材６は、可動部材６に設けられた上下の電極
６ｂ間に電圧を印加することにより、強誘電体薄膜６ａ
に発生する歪み力によって変位可能である。特に本実施
形態では、液体の流れ方向に関して、上下の電極６ｂ間
に電圧を印加すると強誘電体薄膜６ａの長さが伸縮する
のに対し、上部膜６ｃの長さは電極６ｂ間への電圧の印
加にかかわらず一定であるため、薄膜６ａと上部膜６ｃ
との間に生じる長さの差によって可動部材６に歪み力が
発生し、これによって可動部材６を大きく変位させるこ
とができるようになっている。

【０２２２】可動部材６は、電極６ｂ間に電圧を印加す
ると薄膜６ａが収縮して素子基板１側へ変位し、また、
両電極６ｂ間に上記の場合とは正負が逆の電圧を印加す
ると薄膜６ａが伸長して天板３側へ変位する。また、可
動部材６は、気泡発生領域１０に発生した気泡の成長お
よび収縮に伴っても、天板３側あるいは素子基板１側へ
変位可能である。

【０２２３】まず最初に、図２３（ａ）に示す初期状態
では、液体自身が有している表面張力により、液体が吐
出口５から少し突出した状態になっている。

【０２２４】次に、両電極間６ｂに電圧を印加すること
により強誘電体薄膜６ａが収縮し、同図（ｂ）に示すよ
うに、可動部材６が素子基板１側へ変位する。それに伴
って、吐出口５から突出していた液体の液面が液流路７
内に一定距離後退した状態になる。これにより、各液体
吐出動作毎の液体吐出量を安定させることが可能とな
る。

【０２２５】同図（ｃ）では、発熱体２に熱発生エネル
ギーが与えられ、気泡発生領域１０に気泡５０が生じる
直前に、可動部材６の両電極６ｂ間に同図（ｂ）の場合
とは逆の電位をかけることにより、強誘電体薄膜６ａを
逆方向に歪ませることで、可動部材６を天板３側に変位
させておく。その後、成長した気泡５０は、直前に変位
し後方（上流側）の障壁となっている可動部材６の所で
止まっており、発生した圧力波によって流れを持った液
体は、可動部材６よりも後方へは流れないようになって
いる。

【０２２６】つまり、液体の加熱発泡に先立って、両電
極６ｂ間に上記とは正負が逆の電圧を印加し、可動部材
６を予め天板３側に変位させておくことが好ましい。こ
れにより、上流側への液体の流れが遮断され、液体を下
流側の吐出口５へ効率的に送ることができ、吐出口５か
らの液体吐出効率を向上させることができる。

【０２２７】発熱体２の表面全体に発生した気泡が急速
に成長していくと膜状となり、その後、発生初期のきわ
めて高い圧力による気泡の膨張を続けていくと、同図
（ｃ）に示す気泡５０のように最大発泡径まで成長す
る。

【０２２８】次に、飛翔液体（液滴）が吐出口５におけ
る液体表面から離別する瞬間に、両電極６ｂ間に当初と
正負が同じ電圧を印加することにより、同図（ｄ）に示
すように可動部材６を素子基板１側に変位させる。この
作用により、吐出口５側から液流路７内に各吐出動作毎
に同一の量の液体が引き戻される。これにより、吐出口
５付近の液体が飛翔液体（液滴）に追随するようにして
尾引き形状となる現象や、主液滴の後にサテライト液滴
である小液滴が飛翔する現象を無くすことができる。さ
らに、上流側からの液体のリフィルがより高速に行われ
る。

【０２２９】また、同図（ｃ）と（ｄ）とに示す状態の
間において、両電極６ｂ間に当初と正負が同じ電圧を印
加することにより、同図（ｃ）に示す状態から同図
（ｄ）に示す状態へ至る時間、すなわち可動部材６が天
板３側へ最大に変位した状態から可動部材６が素子基板
１側に変位するまでの時間を短くすることができ、液体
吐出周波数を向上させることが可能となる。

【０２３０】最後に、可動部材６が自身の弾性力で元の
位置に戻ると、液体吐出ヘッドは再び初期状態となる。

【０２３１】図２４は、図２３で示した本発明の吐出原
理を実施するために、発熱体２や可動部材６内に設けら
れた電極６ｂ等に入力する信号のタイミングチャートを
示している。

【０２３２】本実施形態では、まず最初に、ＶＡＬＶＥ
信号をハイレベル（以下、「Ｈレベル」という。）にし
て、弁である可動部材６をＧＮＤレベルにする。そし
て、プレヒート信号を印加すると、弁がヒータである発
熱体２側に変位し、吐出口におけるメニスカスを後退さ
せる。その後、プレヒート信号の印加を終了させた後
に、ＶＡＬＶＥ信号をローレベル（以下、「Ｌレベル」
という。）にして弁の誘電体膜６ａの電荷をディスチャ
ージさせ、弁をＧＮＤレベルに設定することにより、弁
を元の位置に戻す。

【０２３３】次に、メインヒート信号を印加させること
で吐出口５から液滴を吐出させる。このとき、弁は気泡
の後方成長を止める働きをする。

【０２３４】次に、ＶＡＬＶＥ信号をＨレベルにして、
弁をＧＮＤレベルにする。そして、プレヒート信号を印
加すると、弁がヒータ側に変位し、液流路への液体のリ
フィル速度を促進させる。その後、ＶＡＬＶＥ信号をＬ
レベルにして、弁を元の位置に戻す。

【０２３５】以上、本発明の基本的な構成についての実
施形態を説明したが、以下に、上述した回路等の具体的
な例について説明する。

【０２３６】〈発熱体への印加エネルギーを制御する
例〉図２５は、センサ出力に応じて発熱体への印加エネ
ルギーを制御する例の素子基板および天板の回路構成を
示す図である。

【０２３７】図２５（ａ）に示すように、素子基板１３
１には、一列に配列された発熱体１３２と、ドライバと
して機能するパワートランジスタ１４１と、パワートラ
ンジスタ１４１の駆動を制御するためのＡＮＤ回路１３
９と、パワートランジスタ１４１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１３８
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１４２と、発熱体１３２の抵抗値を検出
するセンサとしての吐出ヒータ用ランクヒータ１４３と
が形成されている。

【０２３８】駆動タイミング制御ロジック回路１３８
は、装置の電源容量を少なくする目的で、全ての発熱体
１３２を同時に通電するのではなく発熱体１３２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１３８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１４５ｋ〜１４５ｎから入力される。

【０２３９】また、素子基板１３１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１４
５ｋ〜１４５ｎの他に、発熱体１３２の駆動電源の入力
端子１４５ａ、パワートランジスタ１４１の接地端子１
４５ｂ、発熱体１３２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１４５ｃ〜１４５ｅ、ロ
ジック回路の駆動電源端子１４５ｆ、接地端子１４５
ｇ、画像データ転送回路１４２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１４５ｉ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１４５ｈ、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１
４５ｊがある。

【０２４０】一方、図２５（ｂ）に示すように、天板１
３３には、吐出ヒータ用ランクヒータ１４３を駆動する
ためのセンサ駆動回路１４７と、吐出ヒータ用ランクヒ
ータ１４３からの出力をモニタしその結果に応じて発熱
体１３２への印加エネルギーを制御するための駆動信号
制御回路１４６と、吐出ヒータ用ランクヒータ１４３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１
３２による液体吐出量特性（一定温度で、所定のパルス
印加における液体吐出量）をヘッド情報として記憶し駆
動信号制御回路１４６に出力するメモリ１４９とが形成
されている。

【０２４１】また、接続用コンタクトパッドとして、素
子基板１３１および天板１３２には、吐出ヒータ用ラン
クヒータ１４３とセンサ駆動回路１４７とを接続する端
子１４４ｇ，１４４ｈ，１４８ｇ，１４８ｈ、外部から
上記発熱体１３２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１４５ｃ〜１４５ｅと駆動信
号制御回路１４６とを接続する端子1４４ｂ〜１４４
ｄ，１４８ｂ〜１４８ｄ、駆動信号制御回路１４６の出
力をＡＮＤ回路１３９の一方の入力端子に入力させるた
めの端子１４８ａ等が設けられている。

【０２４２】以上の構成において、まず、発熱体１３２
の抵抗値が吐出ヒータ用ランクヒータ１４３で検出さ
れ、その結果がメモリ１４９に記憶される。駆動信号制
御回路１４６では、メモリ１４９に記憶された抵抗値デ
ータおよび液体吐出量特性に応じて発熱体１３２の駆動
パルスの立ち上がりデータおよび立ち下がりデータを決
定し、端子１４８ａ，１４４ａを介してＡＮＤ回路１３
９に出力する。一方、シリアルで入力された画像データ
は、画像データ転送回路１４２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１３８を介してＡＮＤ回路１３９
に出力される。これにより、立ち上がりデータおよび立
ち下がりデータに応じてヒートパルスのパルス幅が決定
され、このパルス幅で発熱体１３２への通電が行われ
る。その結果、発熱体１３２にはほぼ一定のエネルギー
が印加される。

【０２４３】上述の説明では、吐出ヒータ用ランクヒー
タ１４３を抵抗センサとして説明したが、例えば、素子
基板１３１の温度あるいは発熱体１３２の蓄熱の程度を
検知するための温度センサとし、この温度センサでの検
出結果に応じてプレヒートパルス幅を制御することもで
きる。

【０２４４】この場合には、液体吐出装置の電源が投入
された後、予め測定されている液体吐出量特性と、吐出
ヒータ用ランクヒータ１４３で検出された温度データに
応じて、駆動信号制御回路１４６は各発熱体１３２のプ
レヒート幅を決定する。メモリ１４９には、各発熱体１
３２に対応するプレヒート幅を選択するための選択デー
タが記憶されており、実際にプレヒートを行う際に、メ
モリ１４９に記憶されている選択データに従ってプレヒ
ート信号が選択され、これに応じて発熱体１３２がプレ
ヒートされる。このようにして、温度状態にかかわらず
液体の吐出量が各吐出口で一定になるようにプレヒート
パルスを設定して印加することができる。なお、プレヒ
ート幅を決定する選択データの保存は、例えば液体吐出
装置の起動時等に一度だけ行えばよい。

【０２４５】図２５に示した例では、１つの吐出ヒータ
用ランクヒータ１４３を設けた例を説明したが、センサ
として、抵抗センサおよび温度センサの２つのセンサを
設け、それぞれの出力に応じてヒートパルスおよびプレ
ヒートパルスの双方を制御することで、画像品位をより
向上させることもできる。

【０２４６】さらに、メモリ１４９に記憶されるヘッド
情報としては、上述した発熱体の抵抗値データ等の他
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１４９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。

【０２４７】また、図２５に示した例では、吐出ヒータ
用ランクヒータ１４３を素子基板１３１に設けている
が、吐出ヒータ用ランクヒータ１４３が温度センサであ
る場合には、天板１３３に設けてもよい。メモリ１４９
についても、素子基板１３１側のスペースが許せは、天
板１３３ではなく素子基板１３１に設けてもよい。

【０２４８】上述のように、良好な画像品位を得るため
に発熱体１３２の駆動を制御しても、共通液室内に気泡
が発生し、これが液体のリフィルとともに液流路内に移
動してくると、共通液室内には液体が存在するにもかか
わらず、液体が吐出されないという不具合が発生する場
合がある。

【０２４９】そこで、これに対処するために、詳細は後
述するが、各液流路内（特に発熱体３２の近傍）での液
体の有無を検出するセンサを設け、さらに、このセンサ
で液体がないことが検出されたらその結果を外部に出力
させる処理回路を天板１３３に設けてもよい。そして、
この処理回路からの出力に基づき、液体吐出装置側で、
液体吐出ヘッド内の液体を吐出口から強制的に吸引する
ようにすれば、液流路内の気泡を除去することができ
る。上記の液体の有無を検出するセンサとしては、液体
を介しての抵抗値の変化により検出するものや、液体が
存在しない場合の発熱体の異常昇温を検出するものを用
いることができる。

【０２５０】次に、上記に説明した液体吐出ヘッドが搭
載された液体吐出ヘッドカートリッジを、図２６を参照
して概略説明する。図２６は、前述した液体吐出ヘッド
が搭載された液体吐出ヘッドカートリッジを示す斜視図
である。

【０２５１】本実施形態の液体吐出ヘッドカートリッジ
５７１は、前述した液体吐出ヘッド５７２と、液体吐出
ヘッド５７２に供給されるインク等の液体を収容する液
体容器５７３とを有している。液体容器５７３に収容さ
れた液体は、不図示の液体供給路を通って液体吐出ヘッ
ド５７２の共通液室（図１１等参照）に供給される。

【０２５２】なお、この液体容器５７３は、液体の消費
後に液体を再充填して使用してもよい。このためには、
液体容器５７３に液体注入口を設けておくことが望まし
い。また、液体吐出ヘッド５７２と液体容器５７３とは
一体であってもよく、あるいは分離可能としてもよい。

【０２５３】以上、説明した各実施形態の構成が適用さ
れる液体吐出ヘッドの構造は、図示された構造に限られ
るものではなく、熱エネルギーを利用する種々の液体吐
出ヘッドに適用可能である。例えば、記録素子として、
液体を吐出するための熱エネルギーを発する発熱素子、
又は記録紙を発色或いはインク保持体からインクを転写
或いは昇華させるための熱エネルギーを発生する発熱素
子を備える記録ヘッドにも適用することができる。

【０２５４】また、上述の説明では、強誘電体材料より
なる機能素子を用いたコンデンサ、ＦｅＲＡＭ、圧電素
子、可動部材をそれぞれ別々に設けた実施形態を説明し
たが、これら実施形態の構成を組み合わせて液体吐出ヘ
ッドを構成するようにしてもよい。

【０２５５】強誘電体材料よりなる機能素子は天板、素
子基板のいずれに設けてもよいが、強誘電体材料は温度
によりその誘電率に影響がでることを考慮すると、比較
的温度の影響が小さい天板側に配置することが望まし
い。

【０２５６】次に、上記説明した液体吐出ヘッドが搭載
された液体吐出装置を、図２７を参照して説明する。図
２７は、前述の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出装
置の概略構成を示す斜視図である。

【０２５７】本実施形態の液体吐出装置５８１は、図２
６を参照して説明した液体吐出ヘッドカートリッジ５７
１が、駆動モータ５８２の正逆回転に連動して駆動力伝
達ギア５８３，５８４を介して回転するリードスクリュ
ー５８５の螺旋溝５８６に対して係合されたキャリッジ
５８７上に搭載されている。液体吐出ヘッドカートリッ
ジ５７１は、駆動モータ５８２の動力によってキャリッ
ジ５８７とともにガイド５８８に沿って矢印ａおよびｂ
方向に往復移動される。図示しない記録媒体供給装置に
よってプラテン５８９上を搬送される被記録媒体Ｐを押
さえる紙押さえ板５９０は、キャリッジ５８７の全移動
領域に渡って被記録媒体Ｐをプラテン５８９に対して押
圧する。

【０２５８】リードスクリュー５８５の一端の近傍に
は、フォトカプラ５９１，５９２が配設されている。こ
れらはキャリッジ５８７のレバー５８７ａのこの域での
存在を確認して駆動モータ５８２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。図２７
において、符号５９３は、液体吐出ヘッドカートリッジ
５７１の液体吐出ヘッドのうち、吐出口が設けられてい
る前面を覆うキャップ部材５９４を支持する支持部材で
ある。また、符号５９５は、液体吐出ヘッドから空吐出
等されてキャップ部材５９４の内部に溜まったインクを
吸引するインク吸引手段である。このインク吸引手段５
９５により、キャップ内の開口部（不図示）を介して液
体吐出ヘッドの吸引回復が行われる。

【０２５９】符号５９６はクリーニングブレードであ
り、符号５９７はクリーニングブレード５９６を前後方
向（上記キャリッジ５８７の移動方向に直交する方向）
に移動可能にする移動部材であり、クリーニングブレー
ド５９６および移動部材５９７は本体支持体５９８に支
持されている。上記のクリーニングブレード５９６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。符号５９９は吸引回復操作にあたって吸引
を開始するためのレバーであり、キャリッジ５８７と係
合するカム６００の移動に伴って移動し、駆動モータ５
８２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。液体吐出装置５８１には、液体吐
出ヘッドに設けられた発熱体（図１１等参照）に液体を
吐出させるための駆動信号を付与したり、前述した各機
構の駆動制御を司ったりする記録信号供給手段としての
記録制御部（不図示）が、装置本体内に設けられてい
る。

【０２６０】液体吐出装置５８１では、図示しない被記
録媒体搬送装置によりプラテン５８９上を搬送される被
記録媒体Ｐに対し、液体吐出ヘッドは被記録媒体Ｐの全
幅にわたって往復移動しながら液体を吐出し、被記録媒
体Ｐにその吐出された液体を付着させることで被記録媒
体Ｐに記録を行う。

【０２６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒーター（エネルギー変換素子）により近い部分で電流
ノイズ対策を行うことができるので、電流ノイズを十分
に除去することができる。よって、ヘッド基板上に形成
された回路または素子への電流ノイズの影響をより効果
的に防止することができ、液体吐出制御をより安定、か
つ、高精度に行うことができる。さらに加えて、大容量
のコンデンサを限られたスペースに形成することができ
るので、大電流ノイズに対応することができるととも
に、ヘッドの小型化を図ることができる。

【０２６２】また、本発明によれば、強誘電体材料を用
いたことにより、大容量で、高速性に優れた不揮発性メ
モリを形成することができるので、従来のヘッドに比べ
て、より高速に記録を行うことができる。また、各種セ
ンサをヘッド内に配置してその検出結果をリアルタイム
にフィードバックしながら液体吐出用ヒーターの駆動条
件を制御する処理についても高速に行うことができるの
で、上記高速記録に加えて、より安定した液体吐出制御
を行うことができる。

【０２６３】また、本発明によれば、強誘電体材料より
なる圧電素子によって、液流路での液体の状態が、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
少ない状態で検出される。このように液体の状態を精度
よく検出することができるので、液体を安定して吐出さ
せることができ、ヘッドの駆動制御をより細かくを行う
ことができる。

【０２６４】また、本発明は、可動部材が、強誘電体体
材料からなる薄膜と、薄膜の両面に設けられた電極とを
有し、両電極間に電圧が印加されると自由端が素子基板
側あるいは素子基板に対して反対側へ変位するように構
成されているので、可動部材を気泡の圧力による変位と
は独立して能動的に変位させることができるため、可動
部材の応答性が向上し、記録速度の高速化を図ることが
できる。

【０２６５】また、本発明によれば、上記機能素子を構
成する強誘電体材料膜の保護膜であるバリア層を、抵抗
層の発熱に伴う化学的および物理的な衝撃から保護膜を
守るために設けられた耐キャビテーション膜や抵抗層を
含む酸化膜、窒化膜で形成することで、さらにコスト削
減を図ることができる。つまり、強誘電体特性の劣化を
防止するために、液体吐出ヘッド用基板の製造プロセス
を活用することにより、工程の増加を防止し、コスト削
減を図ることができる。

【０２６６】さらに、配線層に生じる熱によるヒロック
を防止するためのヒロック防止膜をスパッタリングす
る、あるいは窒素、酸素雰囲気中でスパッタリングした
り、密着層を構成する金属を窒素、酸素雰囲気中スパッ
タリングすることにより、ヒロック防止膜や密着層を形
成するために用いた同一のターゲット、同一装置を用い
て同一工程でバリア層を構成できるため量産性に優れ、
製造工程の簡略化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッド用基板に形成される、
強誘電体材料よりなる機能素子の概略断面構造図であ
る。

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

【図４】液体吐出ヘッドの回路構成を説明するための図
であり、（ａ）は素子基板の平面図、（ｂ）は天板の平
面図である。

【図５】本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの素子基
板に形成される回路素子の構成を示す図で、同図（ａ）
は素子基板を上面から見た場合の各回路素子のレイアウ
ト図、同図（ｂ）は電源層とグランド層がオーバーラッ
プした部分の断面構造図である。

【図６】図５に示す素子基板の等価回路の概略を示す図
である。

【図７】本発明の液体吐出ヘッドの熱作用部とコンデン
サ部の層構成を示す概略断面図である。

【図８】本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドの素子
基板に形成される回路素子の構成を示す図である。

【図９】強誘電体メモリのセル構造を示す図である。

【図１０】ＦｅＲＡＭが天板側に形成された液体吐出ヘ
ッドの一構成例を示す図である。

【図１１】本発明のさらに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】本発明の実施の形態に係る、圧力センサを有
する可動部材を備えたノズルを最もよく表した断面図
で、同図（ａ）は可動部材の変位前の状態を示す図、同
図（ｂ）は可動部材が気泡に伴って変位する状態を示す
図である。

【図１３】各液流路に配設された可動部材の圧力センサ
に対する電気配線を示すために素子基板に平行な方向に
沿って切断した断面図である。

【図１４】同図（ａ）〜（ｄ）は素子基板上に、圧力セ
ンサ素子を有する可動部材を形成する方法を説明するた
めの工程図である。

【図１５】同図（ａ）〜（ｄ）は素子基板上に、圧力セ
ンサ素子を有する可動部材を形成する方法を説明するた
めの工程図である。

【図１６】圧力センサ素子からの出力をモニターするた
めの回路の一例を示す図である。

【図１７】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１８】本発明の液体吐出ヘッドのさらに別の実施形
態の基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿っ
た断面図である。

【図１９】図１８に示した液体吐出ヘッドの一部を破断
して示す斜視図である。

【図２０】図１８に示した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２１】図１８に示した液体吐出ヘッドにおける可動
部材の製造工程を示す、液流路方向に沿った断面図であ
る。

【図２２】本発明の液体吐出ヘッドの可動部材の他の製
造方法に用いられるＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を示す概
略図である。

【図２３】本発明の液体吐出ヘッドによる吐出方法を説
明するための、流路方向の断面図である。

【図２４】図２３に示した本発明の吐出原理を実施する
ために、発熱体や可動部材内に設けられた電極部等に入
力する信号のタイミングチャートである。

【図２５】センサ出力に応じて発熱体への印加エネルギ
ーを制御する例の素子基板及び天板の回路構成を示す図
である。

【図２６】本発明の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐
出ヘッドカートリッジを示す斜視図である。

【図２７】本発明の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐
出装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２８】従来の液体吐出ヘッドの一形態を示す断面図
である。

【図２９】従来のバブルジェット記録装置の概略構成図
である。

【図３０】従来の液体吐出ヘッドの他の形態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 素子基板 ２ 発熱体 ２’ 発熱体列 ３ 天板 ３ａ，３ｂ 溝 ３ｃ 供給口 ４ オリフィスプレート ５ 吐出口 ６ 可動部材 ６ａ 支点 ６ｂ 自由端 ６ｃ 強誘電体薄膜 ６ｄ 電極 ６ｅ 上部膜 ７ 液流路 ７ａ 第１の液流路 ７ｂ 第２の液流路 ８ 共通液室 ９ 流路側壁 １０ 気泡発生領域 １１ ドライバ １２ 画像データ転送部 １３ センサ １４，１８ 接続用コンタクトパッド １５ 外部コンタクトパッド １６ 発熱体制御部 １７ センサ駆動部 ２０ 液体吐出ヘッドユニット ２１ 液体吐出ヘッド ２２ ベース基板 ２３ プリント配線基板 ２４ 配線パターン ２５ ボンディングワイヤー ３０ 電源層 ３１ ＧＮＤ層 ３２ 強誘電材料膜 ３３ バリア層 ３４ オーバーラップ部（コンデンサ部） ３４’ コンデンサ（オーバーラップ部） ３５ ＦｅＲＡＭ ３６ 駆動制御回路 ３７ センサ処理回路 ５０ 気泡 ７１ａ 間隙形成部材 ７２ａ，７２ｂ ＳｉＮ膜 ７６ ＴｉＷ膜 １３１ 素子基板 １３２ 発熱体 １３３ 天板 １３８ 駆動タイミング制御ロジック回路 １３９ ＡＮＤ回路 １４１ パワートランジスタ １４２ 画像データ転送回路 １４６ 駆動信号制御回路 １４７ センサ駆動回路 １４９ ＦｅＲＡＭ（メモリ） ２００，２００’ 圧力センサ素子 ２００ａ 圧電素子膜 ２０１ 電極 ２０２ リード配線 ２０２ａ 共通配線 ２０２ｂ セグメント配線 ２０６ 電圧計 ３０１ シリコン基板 ３０２ 熱酸化膜 ３０３ 層間膜 ３０４ 抵抗層 ３０５ 配線 ３０６ 保護膜 ３０７ 耐キャビテーション膜 ３０８ 熱作用部 ３５０ 強誘電体 ３５１ 上部電極 ３５２ プレートライン（下部電極） ３５３ ピットライン ３５４ ワードライン（ゲート電極） ４２０ Ｐ-Ｍｏｓ ４２１ Ｎ-Ｍｏｓ ４２２ Ｎ型ウェル領域 ４２３ Ｐ型ウェル領域 ４２４ 酸化膜分離領域 ４２５，４３２ ソース領域 ４２６，４３１ ドレイン領域 ４２８ ゲート絶縁膜 ４３０ Ｎ-Ｍｏｓトランジスタ ４３３，４３５ ゲート配線 ４３７ Ａｌ電極 ４３６，４３８ 層間絶縁膜 ５０１ 耐キャビテーション膜 ５０２ 配線層 ５０３ 中間層 ５０４ ＰＳＧ膜 ５０５，５０９ 保護層 ５０６，５０８ 電極層 ５０７ 強誘電体層 ５１０ 上部膜 ５７１ 液体吐出ヘッドカートリッジ ５７２ 液体吐出ヘッド ５７３ 液体容器 ５８１ 液体吐出装置 ５８２ 駆動モータ ５８３，５８４ 駆動伝達ギア ５８５ リードスクリュー ５８６ 螺旋溝 ５８７ キャリッジ ５８７ａ，５９９ レバー ５８８ ガイド ５８９ プラテン ５９０ 紙押さえ板 ５９１，５９２ フォトカプラ ５９３ 支持部材 ５９４ キャップ部材 ５９５ インク吸引手段 ５９６ クリーニングブレード ５９７ 移動部材 ５９８ 本体支持体 ６００ カム ６０１ 下部配線層 ６０２ ヒロック防止層 ６０３ 層間膜 ６０４ 発熱抵抗層 ６０５ 上部配線層 ６０６ 強誘電体層 Ｐ 被記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/108 21/8242 (72)発明者 石永 博之 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 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 山中 昭弘 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 須釜 定之 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

Claims (69)

【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、 前記半導体基板に強誘電体材料よりなる機能素子が形成
   さ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】 前記機能素子は、前記半導体基板上に少
   なくとも第１のバリア層、強誘電体材料膜、第２のバリ
   ア層が積層されてなる請求項１に記載の液体吐出ヘッド
   用基板。
3. 【請求項３】 前記第１あるいは第２のバリア層が、前
   記液体吐出ヘッドを構成する基板を保護するために設け
   られる耐キャビテーション膜材料を含む膜で構成されて
   いる請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 【請求項４】 前記耐キャビテーション膜の材料がＴａ
   である請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 【請求項５】 前記耐キャビテーション膜の材料を含む
   膜が、少なくとも酸素、窒素を含有している請求項３ま
   たは４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 【請求項６】 前記耐キャビテーション膜の材料を含む
   酸化物が、Ｔａ₂Ｏ₅である請求項５に記載の液体吐出ヘ
   ッド用基板。
7. 【請求項７】 前記第１あるいは第２のバリア層が、前
   記液体吐出ヘッドを構成する基板を保護するために設け
   られる発熱抵抗材料を含む膜で構成されている請求項２
   から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】 前記発熱抵抗層の材料がＴａＮ、ＴａＳ
   ｉＮ、ＨｆＢ₂、ＴａＳｉＯ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】 前記発熱抵抗材料を含む膜が、少なくと
   も酸素、窒素を含有している請求項７に記載の液体吐出
   ヘッド用基板。
10. 【請求項１０】 前記第１あるいは第２のバリア層が、
    前記液体吐出ヘッドを構成する吐出エネルギー発生素子
    を駆動するための信号を伝達する配線層を保護するヒロ
    ック防止層材料を含む膜で構成されている請求項２から
    ９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
11. 【請求項１１】 前記第１あるいは第２のバリア層が、
    熱による作用によって液体に気泡を形成して液体と吐出
    させる形式の記録ヘッドにおける熱作用部保護のための
    保護膜の密着性を向上させる密着層材料を含む膜で構成
    されている請求項２から１０のいずれか１項に記載の液
    体吐出ヘッド用基板。
12. 【請求項１２】 前記機能素子が、コンデンサである請
    求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド
    用基板。
13. 【請求項１３】 前記コンデンサは、前記半導体基板上
    に形成される電源ラインとグランドラインとの間を接続
    するように形成されている請求項１２に記載の液体吐出
    ヘッド用基板。
14. 【請求項１４】 前記電源ラインが、前記エネルギー変
    換素子の電源ラインである請求項１３に記載の液体吐出
    ヘッド用基板。
15. 【請求項１５】 前記電源ラインが、前記半導体基板上
    に形成されたエネルギー変換素子を駆動制御するロジッ
    ク回路の電源ラインである請求項１３に記載の液体吐出
    ヘッド用基板。
16. 【請求項１６】 前記電源ラインを形成する電源層と前
    記グランドラインを形成するグランド層とが積層されて
    おり、これらの層が重なる部分において前記コンデンサ
    が形成されている請求項１３から１５のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッド用基板。
17. 【請求項１７】 前記機能素子が、不揮発性メモリであ
    る請求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘ
    ッド用基板。
18. 【請求項１８】 前記不揮発性メモリがＦｅＲＡＭであ
    る請求項１７に記載の液体吐出ヘッド用基板。
19. 【請求項１９】 前記不揮発性メモリに、前記エネルギ
    ー変換素子の駆動条件を制御するためのヘッド情報が記
    憶される請求項１７または１８に記載の液体吐出ヘッド
    用基板。
20. 【請求項２０】 前記機能素子が、圧電素子である請求
    項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用
    基板。
21. 【請求項２１】 前記圧電素子が、前記液体吐出ヘッド
    内の液体に作用する圧力を検出するように構成されてい
    る請求項２０に記載の液体吐出ヘッド用基板。
22. 【請求項２２】 前記液体吐出ヘッド用基板には、前記
    エネルギー発生素子に対面する位置に、前記基板との間
    に間隙をおいて、前記吐出口側を自由端として前記基板
    に支持固定された可動部材が配されており、 前記可動部材が、強誘電体材料からなる薄膜と、該薄膜
    の両面に設けられた電極とを有し、該両電極間に電圧が
    印加されると自由端が前記素子基板側あるいは前記素子
    基板に対して反対の方向へ変位するように構成されてい
    る請求項１から２１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘ
    ッド用基板。
23. 【請求項２３】 前記薄膜は、Ｐｂ-Ｚｒｘ-Ｔｉ1-ｘＯ
    ₃、（Ｐｂ，Ｌａ）-（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、Ｓｒ-Ｂｉ₂-Ｔ
    ａ₂Ｏ₅、ＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、あるいは（Ｂａ-
    Ｓｒ）ＴｉＯ₃からなる請求項２２に記載の液体吐出ヘ
    ッド用基板。
24. 【請求項２４】 前記両電極のいずれか一方の表面に、
    電界中に置かれても歪みを生じない材料で形成された変
    位補助層が設けられている請求項２２または２３に記載
    の液体吐出ヘッド用基板。
25. 【請求項２５】 互いに接合されることで、液体を吐出
    するための複数の吐出口とそれぞれ連通する複数の液流
    路を構成する第１および第２の基板を有し、該第１およ
    び第２の基板の一方または両方に強誘電体材料よりなる
    機能素子が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘ
    ッド。
26. 【請求項２６】 前記機能素子は、前記半導体基板上に
    少なくとも第１のバリア層、強誘電体材料膜、第２のバ
    リア層が積層されてなる請求項２５に記載の液体吐出ヘ
    ッド。
27. 【請求項２７】 前記第１あるいは第２のバリア層が、
    前記液体吐出ヘッドを構成する基板を保護するために設
    けられる耐キャビテーション膜材料を含む膜で構成され
    ている請求項２６に記載の液体吐出ヘッド。
28. 【請求項２８】 前記耐キャビテーション膜の材料がＴ
    ａである請求項２７に記載の液体吐出ヘッド。
29. 【請求項２９】 前記耐キャビテーション膜の材料を含
    む膜が、少なくとも酸素、窒素を含有している請求項２
    ７または２８に記載の液体吐出ヘッド。
30. 【請求項３０】 前記耐キャビテーション膜の材料を含
    む酸化物が、Ｔａ₂Ｏ₅である請求項２９に記載の液体吐
    出ヘッド。
31. 【請求項３１】 前記第１あるいは第２のバリア層が、
    前記液体吐出ヘッドを構成する基板を保護するために設
    けられる発熱抵抗材料を含む膜で構成されている請求項
    ２６から３０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
32. 【請求項３２】 前記発熱抵抗層の材料がＴａＮ、Ｔａ
    ＳｉＮ、ＨｆＢ₂、ＴａＳｉＯである請求項３１に記載
    の液体吐出ヘッド。
33. 【請求項３３】 前記発熱抵抗材料を含む膜が、少なく
    とも酸素、窒素を含有している請求項３１または３２に
    記載の液体吐出ヘッド。
34. 【請求項３４】 前記第１あるいは第２のバリア層が、
    前記液体吐出ヘッドを構成する吐出エネルギー発生素子
    を駆動するための信号を伝達する配線層を保護するヒロ
    ック防止層材料を含む膜で構成されている請求項２６か
    ら３３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
35. 【請求項３５】 前記第１あるいは第２のバリア層が、
    熱による作用によって液体に気泡を形成して液体と吐出
    させる形式の記録ヘッドにおける熱作用部保護のための
    保護膜の密着性を向上させる密着層材料を含む膜で構成
    されている請求項２６から３４のいずれか１項に記載の
    液体吐出ヘッド。
36. 【請求項３６】 前記機能素子が、コンデンサである請
    求項２５から３５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッ
    ド。
37. 【請求項３７】 前記コンデンサが、前記第１の基板に
    形成される電源ラインとグランドラインとの間を接続す
    るように形成されている請求項３６に記載の液体吐出ヘ
    ッド。
38. 【請求項３８】 前記第１の基板に、電気エネルギーを
    前記液体を吐出するためのエネルギーに変換するエネル
    ギー変換素子が形成されており、前記電源ラインが、前
    記エネルギー変換素子の電源ラインである請求項３７に
    記載の液体吐出ヘッド。
39. 【請求項３９】 前記第１の基板に、電気エネルギーを
    前記液体を吐出するためのエネルギーに変換するエネル
    ギー変換素子および該エネルギー変換素子を駆動制御す
    るロジック回路がそれぞれ形成されており、 前記電源ラインが、前記ロジック回路の電源ラインであ
    る請求項３７に記載の液体吐出ヘッド。
40. 【請求項４０】 前記電源ラインを形成する電源層と前
    記グランドラインを形成するグランド層とが積層されて
    おり、これらの層が重なる部分において前記コンデンサ
    が形成されている請求項３７から３９のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッド。
41. 【請求項４１】 前記機能素子が、不揮発性メモリであ
    る請求項２５から３５のいずれか１項に記載の液体吐出
    ヘッド。
42. 【請求項４２】 前記不揮発性メモリがＦｅＲＡＭであ
    る請求項４１に記載の液体吐出ヘッド。
43. 【請求項４３】 前記第１の基板に、電気エネルギーを
    前記液体を吐出するためのエネルギーに変換するエネル
    ギー変換素子が形成されており、前記不揮発性メモリ
    に、前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するため
    のヘッド情報が記憶される請求項４１または４２に記載
    の液体吐出ヘッド。
44. 【請求項４４】 前記機能素子が、圧電素子である請求
    項２５から３５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッ
    ド。
45. 【請求項４５】 前記圧電素子が、前記液流路内の液体
    に作用する圧力を検出するように構成されている請求項
    ４４に記載の液体吐出ヘッド。
46. 【請求項４６】 前記第１の基板に、電気エネルギーを
    熱エネルギーに変換して液体に気泡を発生させるエネル
    ギー変換素子が形成されており、 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をさらに有し、 前記圧電素子が前記可動部材に設けられている請求項４
    ５に記載の液体吐出ヘッド。
47. 【請求項４７】 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４６に記載の液体吐出ヘッド。
48. 【請求項４８】 前記可動部材が、強誘電体材料からな
    る薄膜と、該薄膜の両面に設けられた電極とを有し、該
    両電極間に電圧が印加されると自由端が前記素子基板側
    あるいは前記素子基板に対して反対の方向へ変位するよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項４７に記載
    の液体吐出ヘッド。
49. 【請求項４９】 前記薄膜は、Ｐｂ-Ｚｒｘ-Ｔｉ1-ｘＯ
    ₃、（Ｐｂ，Ｌａ）-（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、Ｓｒ-Ｂｉ₂-Ｔ
    ａ₂Ｏ₅、ＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、あるいは（Ｂａ-
    Ｓｒ）ＴｉＯ₃からなる請求項４８に記載の液体吐出ヘ
    ッド。
50. 【請求項５０】 前記両電極のいずれか一方の表面に、
    電界中に置かれても歪みを生じない材料で形成された変
    位補助層が設けられている請求項４８または４９に記載
    の液体吐出ヘッド。
51. 【請求項５１】 前記第１の基板に、電気エネルギーを
    前記液体を吐出するためのエネルギーに変換するエネル
    ギー変換素子が形成され、 前記第２の基板に、前記機能素子が形成されている請求
    項２５から３５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッ
    ド。
52. 【請求項５２】 請求項２５から５１のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給され
    る液体を保持する液体容器とを有するヘッドカートリッ
    ジ。
53. 【請求項５３】 請求項２５から５１のいずれかに記載
    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供給する駆動信号供給手段とを
    有し、記録媒体に液体を吐出して記録を行うことを特徴
    とする液体吐出記録装置。
54. 【請求項５４】 記録素子及び該記録素子とは異なる機
    能素子を備えた記録ヘッドにおいて、 前記機能素子は強誘電体材料を有して構成されているこ
    とを特徴とする記録ヘッド。
55. 【請求項５５】 前記機能素子は、前記記録素子を駆動
    するための駆動回路の要素として半導体基板上に形成さ
    れていることを特徴とする請求項５４に記載の記録ヘッ
    ド。
56. 【請求項５６】 前記記録素子は、液体を吐出するため
    の熱エネルギーを発する発熱素子、又は記録紙を発色或
    いはインク保持体からインクを転写或いは昇華させるた
    めの熱エネルギーを発生する発熱素子である請求項５４
    または５５に記載の記録ヘッド。
57. 【請求項５７】 液滴を吐出するための吐出口と、 該吐出口に液体を供給するために前記吐出口に連通され
    た液流路と、 該液流路に充填された前記液体に気泡を発生させるため
    の気泡発生素子が備えられた基板と、 前記基板の前記気泡発生素子に対面する位置に、前記基
    板との間に間隙を有し、前記吐出口側を自由端として前
    記基板に支持固定された可動部材とを有し、 前記可動部材が、強誘電体材料からなる薄膜と、該薄膜
    の両面に設けられた電極とを有し、該両電極間に電圧が
    印加されると自由端が前記素子基板側あるいは前記素子
    基板に対して反対の方向へ変位するように構成されてお
    り、 前記気泡を発生させることにより生じる圧力によって、
    前記可動部材の自由端を前記基板とは反対の方向に変位
    させて、前記圧力を前記吐出口側に導くことにより前記
    吐出口から前記液体の液滴を吐出させる液体吐出ヘッド
    の駆動方法であって、 前記発熱体の駆動と前記可動部材の駆動とを互いに独立
    して行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
58. 【請求項５８】 前記発熱体を駆動させる前に、前記可
    動部材を駆動させて前記可動部材の自由端を前記素子基
    板に対して反対の方向に変位させる工程を有する請求項
    ５７に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
59. 【請求項５９】 前記発熱体を駆動させることによって
    前記液体に発生した気泡が消泡する前に、前記可動部材
    を駆動させて前記可動部材の自由端を前記素子基板側に
    変位させる工程を有する請求項５７または５８に記載の
    液体吐出ヘッドの駆動方法。
60. 【請求項６０】 液体吐出エネルギー発生素子を備える
    とともに強誘電体材料によって構成される機能素子を備
    えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、 前記液体吐出エネルギー発生素子の形成工程と同一工程
    で前記強誘電体材料に対して積層されるバリア層を形成
    することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
61. 【請求項６１】 前記液体吐出エネルギー発生素子の形
    成工程は、発熱抵抗層の形成工程であり、前記バリア層
    は発熱抵抗層と同一装置によって、同一材料、同一工程
    で構成されることを特徴とする請求項６０に記載の液体
    吐出ヘッドの製造方法。
62. 【請求項６２】 前記発熱抵抗層と前記バリア層の成膜
    工程は、スパッタリングで行われることを特徴とする請
    求項６１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
63. 【請求項６３】 前記液体吐出エネルギー発生素子の形
    成工程は、発熱抵抗層の形成工程であり、前記バリア層
    は発熱抵抗層と同一装置によって、異なる材料、異なる
    工程で構成されることを特徴とする請求項６０に記載の
    液体吐出ヘッドの製造方法。
64. 【請求項６４】 前記液体吐出エネルギー発生素子の形
    成工程は、熱による作用によって液体に気泡を形成して
    液体と吐出させる形式の記録ヘッドにおける熱作用部保
    護のための耐キャビテーション膜の形成工程であり、前
    記バリア層は耐キャビテーション膜と同一装置によっ
    て、同一材料、同一工程で構成されることを特徴とする
    請求項６０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
65. 【請求項６５】 前記耐キャビテーション膜と前記バリ
    ア層の成膜工程は、スパッタリングで行われることを特
    徴とする請求項６４に記載の液体吐出ヘッドの製造方
    法。
66. 【請求項６６】 前記液体吐出エネルギー発生素子の形
    成工程は、吐出エネルギー発生素子を駆動するための信
    号を伝達する配線層を保護するヒロック防止層の形成工
    程であり、前記バリア層はヒロック防止層と同一装置に
    よって、同一材料、同一工程で構成されることを特徴と
    する請求項６０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
67. 【請求項６７】 前記ヒロック防止層と前記バリア層の
    成膜工程は、スパッタリングで行われることを特徴とす
    る請求項６６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
68. 【請求項６８】 前記液体吐出エネルギー発生素子の形
    成工程は、熱による作用によって液体に気泡を形成して
    液体と吐出させる形式の液体吐出ヘッドにおける熱作用
    部保護のための保護膜の密着性を向上させる密着層形成
    工程であり、前記バリア層は密着層と同一装置によっ
    て、同一材料、同一工程で構成されることを特徴とする
    請求項６０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
69. 【請求項６９】 前記密着層と前記バリア層の成膜工程
    は、スパッタリングで行われることを特徴とする請求項
    ６８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。