JPH05338178A - インクジェットプリントデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２部品構造（例えばインク吐出用ヒータを配
列した部品と、これに接合されて吐出口ないしはインク
チャネルを構成するための部品）のインクジェット（Ｉ
Ｊ）プリントデバイスを用いる場合に生じる２部品の位
置合せの精度出しおよびその維持を不要としたＩＪデバ
イスないしその応用機器を提供する。 【構成】 半導体製造技術を用い、半導体基板（１３
０）の対向面間を貫く通路（１１３，１１４）を形成
し、その一部をインク滴（１０８）吐出用のノズルとす
るとともに、ノズルに対応してヒータ手段（１２０）を
形成した一体のＩＪプリントデバイスを構成する。かか
るデバイスは１部品構造であるため２部品構造の場合の
問題がなく、デバイスを長尺化して記録紙の全幅対応の
機器を提供することも容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
ト技術に関し、特に、半導体インクジェットプリントヘ
ッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリントヘッドはこの分
野で知られており、一般にパーソナルコンピュータと共
に用いられ、ポータブルで比較的低価格なプリンタとし
て商業的に入手可能である。かかるデバイスの例として
ヒューレットパッカード社製のもの、およびキヤノン社
製のＢＪ１０プリンタがある。

【０００３】図１および図２はキヤノン社およびヒュー
レットパッカード社によりそれぞれ用いられた代表的な
従来のインクジェットプリントヘッドを示す概略斜視図
である。

【０００４】図１にみられるように、従来のインクジェ
ット（ＩＪ）ヘッド１は、レーザエッチングされたキャ
ップ３に当接するＩＪ半導体チップデバイス２によって
形成されている。この構造では、キャップ３が、インク
の入口４を介したヘッド１への内向き流動（図中、矢印
で示す）のため、および複数のノズル５を介してヘッド
１からの外向きの噴出のための案内として働いている。

【０００５】ノズル５はキャップ３に端部開放チャネル
として形成されている。ＩＪチップ２の上には１つ以上
（通常６４）のヒータ素子（不図示）が配置されてい
る。ヒータ素子にエネルギが与えられると、対応するチ
ャネル内に形成された蒸発インクの気泡によって各ノズ
ル５からインクが吐出される。ＩＪチップ２は、また半
導体ダイオードマトリックス（不図示）を有し、これは
チャネルに臨設されたヒータ素子にエネルギを供給する
ために働く。

【０００６】図２から明らかなように、従来のヒューレ
ットパッカード社の熱式（サーマル）インクジェットヘ
ッド１０においても２部品構造が用いられている。ただ
し、インクはキャップ１２の側面に配置された入口１３
を介してキャップ１２に入り、キャップ１２は入口１３
に対し直交して配置されたノズル列１４を具えている。
インクはキャップ１２の面を通して出る。各ノズル１４
の直下には平板ヒータ１５が配置されている。かくて、
入口チャネル１３からノズルへのインクの吐出を引き起
こす。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、その２部品構造のために、２
部品間の正確な位置合せを行うに際し問題が存在する。
正確な位置合せが初期的に達成できたとしても、熱膨張
や収縮率が異なるとかなりの範囲にわたり維持されてい
るこの正確さが妨げられかねない。このような位置合せ
の問題が従来装置の性能を一般に１インチ当りドット数
（ｄｐｉ）４００以下の画像密度に制限している。そし
て、固定式プリンタヘッドよりも走査式すなわち移動式
プリンタヘッドに制限している。

【０００８】本発明の目的は上述の問題を解消あるいは
改善するインクジェットプリントヘッド構造を提供する
ことにある。

【０００９】

【発明の概要】本発明はインクジェットプリント技術に
関し、以下の形態の一つ以上を取扱うものである。

【００１０】・一体的に形成されたインクジェットプリ
ントデバイス ・このようなインクジェットプリントデバイスのアッセ
ンブリ ・このようなインクジェットプリントデバイスを用いた
画像再生装置 ・このようなインクジェットプリントデバイスを含むイ
ンクジェットプリントヘッド ・異なる色のインクが供給されるノズルを有するインク
ジェットプリントデバイス ・インクジェットプリントデバイスのためのデータ調整
器（ｐｈａｓｅｒ） ・各ノズルや通路のためのヒータがそのノズルや通路を
囲むように配置されているインクジェットプリントデバ
イス ・各ノズルおよび通路が一対の対向面間に延びているイ
ンクジェットプリントデバイス ・記録媒体（以下、紙という）の幅（すなわち、装置を
通過する相対移動の方向を横切ってプリントされる紙の
寸法）にほぼ等しい長さのインクジェットプリントデバ
イスを含むインクジェットプリントヘッド ・このようなインクジェットプリントヘッドにおいて装
置への電力接続がデバイスの全長にほぼ沿って行われる
インクジェットプリントヘッド ・列をなして配置されたノズルを有するインクジェット
プリントデバイスで各列のノズルが隣接する列のノズル
に対し列の方向にオフセットされているインクジェット
プリントデバイス ・インクジェットプリントデバイスを製造する方法 ・構造の一部分から構造の他の部分へ熱を移送する一体
型熱伝導体を有する一体型電子回路構造 ・各ノズルに対する各ヒータ配列が、対応する電子駆動
回路をそれぞれ有する複数のヒータを備えたインクジェ
ットプリントデバイス ・各ヒータ配列が、ヒータとこれに対応する電子駆動回
路とが相互に離間された複数の電子的駆動回路を備えた
インクジェットプリントデバイス ・少なくとも一組の予備もしくは冗長（ｒｅｄｕｎｄａ
ｎｔ）ノズルおよび主ノズル組を有し、主ノズルに対応
するヒータの故障の検出時に作動する冗長ノズルに対応
するヒータを備えるインクジェットプリント装置 ・意図したプリント位置について対応するヒータ間を接
続する検知回路を設け、その対応するノズルヒータの一
つの故障を検知して対応するノズルの他のヒータを作動
させるようにした複数のインクジェットプリントデバイ
スを有するインクジェットプリンティングアッセンブ
リ。

【００１１】ここで、「Ｚ軸インクジェットチップ（Ｚ
ＩＪチップ）」という用語は、ＸＹ平面上にありインク
のチップに対する流入出がＺ方向で行われるチップを記
述するために用いられる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１３】本発明の一実施例の図３をまず第一に参照
すると、Ｚ軸配置のインクジェット（以下、ＺＩＪと略
する）チップ４０の概略形状が示されており、このチッ
プ４０はチップの平面（本図の下側の）に配列されたイ
ンク導入口と、その反対側のインク吐出口を備えた複数
のノズルとから構成される。図１，図２と図３とを直接
比較すると、従来技術の２つの部分からなる構造に対し
て、図３のものは単一のモノリシック集積で形成された
構造を備えていることが容易に分る。このチップ４０は
半導体製造技術を用いて形成することができる。さらに
またインクは、インクがチップ４０に供給されるのと同
一方向にノズル４１から吐出される。

【００１４】図４を次に参照すると、静止の（すなわち
移動しない）ＺＩＪプリントヘッド５０の第１の実施例
の断面が示されており、このプリントヘッドは１６００
ｄｐｉ（ドット／インチ）または４００画素／インチの
画像密度で連続的な濃淡画像を全長でＡ４サイズで作成
するように形成されている。ヘッド５０は４つのノズル
アレイ、すなわちシアン７１，マゼンタ７２，イエロー
７３およびブラック７４のノズルアレイを有する１つの
ＺＩＪチップ７０を備えている。このノズルアレイ７１
〜７４は画素当り４つのノズルを有するノズル路（バイ
ア）７７から形成され、全体でチップ７０当り５１，２
００個のノズルを与える。図４の拡大部分はシリコン基
板７６に形成された基本的なノズル断面を示し、そのシ
リコン基板７６上に熱ＳｉＯ₂ （二酸化シリコン）の層
７８が形成されている。ヒータ素子７９はノズル７７の
周囲に設けられており、化学気相沈積法（ＣＶＤ）によ
るガラスから成るオーバーコート層８０でこの素子７９
を覆っている。ノズル７７のそれぞれは特定の色インク
用の共通インク供給チャネル７５に連通している。ＺＩ
Ｊチップ７０はチャネル膨出部６０上に配置できるよう
になっており、このチャネル膨出部はチップ７０に連続
的にインク流を供給するように、共通インク供給路７５
と連通するインクチャネル６１を有する。１つの膜（ｍ
ｅｍｂｒａｎｅ）フィルタ５４が膨出部６０とチップ７
０の間に配設されている。

【００１５】２つの電源バスバー５１および５２がチッ
プ７０と電気的に接続されて設けられている。バスバー
５１および５２はまたチップ７０から熱を消散するため
のヒートシンクとして作用する。

【００１６】図５は図４に示したと同様な構造の第２の
実施例のＺＩＪヘッド２０を示す。

【００１７】ヘッド２００はシアン，マゼンタ，イエロ
ーおよびブラックのそれぞれのノズルアレイ１０２，１
０３，１０４および１０５を包含するＺＩＪチップ１０
０を有する。チップ１００はインクチャネル１０１を有
し、このインクチャネルはそれぞれチャネル膨出部２１
０内のそれぞれの色のインク槽２１１，２１２，２１３
および２１４と連通している。

【００１８】チャネル膨出部２１０は、同一寸法のチッ
プ１００に対して、図４に示したものより高い容量を持
つ他の形状を有するものである。また、電源バスバー２
０１と２０２をチップ１００に接続するタブ連接部２０
３および２０４が図示されている。膜フィルタ２０５も
前述と同様に設けられている。

【００１９】Ａ４サイズの頁を印刷可能にするために
は、ヘッド２００はほぼ長さ２２０ｍｍ，幅１５ｍｍ，
深さ９ｍｍの大きさが必要とされる。基本的な配列構成
としての前述のものを用いれば、多くの形態のＺＩＪヘ
ッドが可能である。チップ当りの実際の寸法およびノズ
ルの個数は単にプリンタ適用時の要求性能によって決ま
る。

【００２０】表１，表２にはＺＩＪプリントヘッドの７
つの適用例と各適用例に必要と考えられる色々な要求を
一覧表にしている。適用例の第１は低価格のフルカラー
プリンタ，ポータブルコンピュータ，低価格カラー複写
機および電子静止画写真器に好適であると考えられる。
適用例の第２はパーソナルプリンタ，パーソナルコンピ
ュータに好適であると考えられ、適用例の第３は電子静
止画写真器，ビデオプリンタおよびワークステーション
プリンタに有用である。第４の適用例はカラー複写機，
フルカラープリンタ，カラーデスクトップパブリッシン
グおよびカラーファクシミリへの適用が見い出される。
第５の適用例はデジタル白黒複写機，高解像プリンタ，
ポータブルコンピュータおよび普通紙ファクシミリでの
適用に見られるモノクロ装置用のものである。適用例の
第６および第７は、ぞれぞれ高速および中速度でＡ３サ
イズを連続的に濃淡で出力する、カラー複写機とカラー
デスクトップパブリッシングで有用な応用例を示してい
る。適用例第７の高速バージョンは低稼動商業プリント
での使用とカラーファクシミリでの中速度バージョンで
の使用が見い出される。

【００２１】前述の適用例は３ｐｌ（ピコリッタ）のド
ロップ（液滴）サイズをともなうＺＩＪヘッド用に形成
されていることが当業者ならば正しく理解できよう。他
の形態のものも可能であり、画像品位は犠牲になるが、
より大きなドロップサイズを用いることにより、高速動
作を達成することもできる。

【００２２】ＺＩＪチップ１００の物理的構造を次に詳
述する。ＺＩＪチップ１００は、例えば、図５に図示し
たように、４つのノズルアレイ１０２〜１０５を有し、
これはそれぞれ４列のノズル路（バイア）１１０（図６
（Ａ）〜（Ｄ））を具備する。ノズル路１１０はエッチ
ング加工によりチップ１００の基板１３０を貫通して形
成される。基板１３０は通例約５００μｍの深さで、ま
た要求された適用に従って、４ｍｍ幅で２２０ｍｍの長
さにすることができる。図６（Ａ）〜（Ｄ）は基板１３
０を貫通するノズル路１１０のエッチングを示す。ＺＩ
Ｊチップ１００が３ｐｌの液滴を吐出することができる
ようにするためには、各ノズル１１０の直径はほぼ２０
μｍを必要とする。可能な製造方法の１つにおいては、
図５で示す範囲で、ヒータ１２０をつつみ込む上掛けガ
ラス（ＳｉＯ₂ ）層１４２を有する５００μｍの深さの
基板３００で開始する４つの段階からなる工程が用いら
れる。まず最初に、図６（Ａ）に示す工程では、ガラス
オーバーコート層１４２を貫通して基板１３０内に少な
くとも１０μｍ入った、２００μｍの真すぐな壁で囲ま
れた丸穴のプラズマエッチングを行う。これによりノズ
ル先端部１１１を形成する。

【００２３】次の工程は、図６（Ｂ）に示すように、チ
ップ１００の裏側から大きなチャネル（ほぼ１００μｍ
の幅で３００μｍの深さ）のエッチングを行う。これに
よりノズル１１０へインク流を供給するノズルチャネル
１１４が形成される。次の工程では、図６（Ｃ）に示す
ように、図６（Ｂ）において形成されたチャネル１１４
の底にノズルバレルパターンをプリントする。ノズルバ
レル１１３はほぼ４０μｍの深さであり、チップ１００
の前方の１０μｍ以内でプラズマエッチングがなされて
いる。等方性のプラズマエッチングは比較的に非選択性
のものなので、この方法では、ヒータ１２０をエッチン
グが貫通して破損することなく、全容積をエッチングす
るのに用いることはできない。

【００２４】それ故、図６（Ｄ）に示すように、等方性
エッチングがチップ１００の前方から１０μｍの深さ
に、全露光されたシリコン上に用いられる。この工程の
作用により、ノズル１１０が広げられてヒータ１２０を
包含するＳｉＯ₂ 層１４２の下側が削除（アンダカッ
ト）される。この工程でノズルキャビティ（空洞）１１
２が形成される。この工程はまたプラズマエッチングで
ヒータ１２０を損傷する危険にさらすことなしにノズル
先端１１１をバレル１１３に確実に連結させる。上記の
寸法は単なる概算値であり、一般的な概念でのみ示され
ていることは当業者ならば正しく理解できよう。しかし
ながら、表面から裏面へのエッチングは１０μｍより良
くアライメントがとられるべきであり、エッチング深さ
の制御もまた１０μｍより良くすべきである。このよう
にして、先端１１１，キャビティ１１２，バレル１１３
およびチャネル１１４を含む完全なノズル路１１０が形
成される。

【００２５】ノズル先端１１１，熱作用室（ｔｈｅｒｍ
ａｌ ｃｈａｍｂｅｒ）として作用するノズルキャビテ
ィ１１２，ノズルバレル１１３およびノズルチャネル１
１４の構造は吐出のために基板１００を通るインク流の
通路を形造っていることが明白であろう。

【００２６】キヤノン社で製造された従来の集積型イン
クジェットヘッドはヒータ素子１２０としてホウ化ハフ
ニウム（ＨｆＢ₂ ）を用いている。現在のキヤノンＩＪ
１０（型番号）プリンタは６５ｐｌの液滴サイズを選択
したヒータパラメータを有している。本発明の好ましい
実施例で用いられる３ｐｌの液滴サイズは、実質的に小
さいので、ヒータ構造の寸法の再設定を要する。高温に
到達するのを確実となるようにするため、他方ヒータ抵
抗を維持して全体の寸法を最小化するために、図７で示
すような曲りくねった形状を用いることができる。さら
にまた、図７に示すように、ヒータ１２０は主ヒータ１
２１と冗長（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）ヒータ１２２の形態
を取った２つの加熱素子から構成されており、ノズル先
端１１１のまわりに、これを囲むように設けている。冗
長ヒータ１２２はＺＩＪチップ１００の故障許容度を増
すために設けられており、それにより製造工程での歩留
りを増加させる。このヒータ１２０の形態は、２部分の
構造のためにチャネル壁の１つのみに形成しているＩＪ
チップ上にヒータが存在する従来技術と対照的である。

【００２７】図８は図６（Ａ）から図７に示すノズル路
１１０の破断面を示す。特にヒータ１２０とノズル先端
１１１の相対寸法は評価できる。

【００２８】図９は完成した１つのノズル熱作用室全体
の図７のＡ−Ａ′−Ｂ−Ｂ′ラインに沿った切断面を示
す。下層１３０は全体的には厚さ約２００μｍのシリコ
ンウエハである（このウエハは高温処理の後バックエッ
チングにより厚さ５００μｍのウエハから薄くしてい
る）。下層１３０はインク通路および廃熱用熱伝導路を
具備することに加え、また、ヒータ１２０に接続する駆
動電子回路のための半導体基板としても動作する。

【００２９】断熱層１３２はＳｉＯ₂ を熱的に成長させ
た０．５μｍ厚の層としている。層１３２はいくつかの
機能を有し、この機能の中には上部のパッシベーション
層１４４からヒータ１２０を絶縁すること、気泡の破裂
力のヒータ１２０に対する機械的なクッションの役割を
果たすこと、およびＭＯＳ駆動回路（後述する）の集積
部分としても動作することを含んでいる。

【００３０】ヒータ１２０からインク１０６への最良の
熱伝達を行うために、信頼性を損うことなしに断熱層１
３２はできるだけ、薄く製造するのが好ましい。断熱層
１３２はＣＶＤＳｉＯ₂ ではなく熱的に成長させたＳｉ
Ｏ₂ であるので、これにはピンホールはない。したがっ
て、従来のインクジェットヘッドにおいて相当する層よ
りも断熱層１３２を薄くすることができる。

【００３１】ヒータ１２０は０．０５μｍ厚のホウ化ハ
フニウムもしくはその他ＩＩＩＡ族〜ＶＩＡ族の金属の
硼化物の化合物の層である。これは電気駆動パルスを加
熱パルスに変換するための高電気抵抗素子を提供する。
ＨｆＢ₂ の非常に高い溶融点（３１００℃）は、実際の
ヒータ温度において実質的な余裕を持つことを意味す
る。ヒータ１２０に対する電気的な接続は０．５μｍ厚
のアルミニウムから成るヒータ接続部１２３により行わ
れる。これは、第１金属層（ｌｅｖｅｌ）１３４の部分
として形成される。第１金属層１３４は０．５μｍ厚の
アルミニウム層である。第１金属層１３４はヒータ１２
０に接続する接続部１２３と同時に形成される。この層
はヒータ１２０と駆動電子回路（後述）との間を接続
し、同様にドライブ回路内をも接続する。本明細書にお
いて述べるカラーＺＩＪヘッドに対しては、高濃度，高
画質の線幅の相互連結が要求されるので、小さい領域の
中に多数のノズルが存在するということに注目すべきで
ある。このために、２μｍ程度のサイズの相互連結性が
要求される。

【００３２】中間断熱層１３６はほぼ１μｍ厚のＣＶＤ
ＳｉＯ₂ またはＰＥＣＶＤＳｉＯ₂（ＰＥはｐｈｏｔｏ
ｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ）の層として設けられる。層１３
６の厚さはＺＩＪチップ１００の動作のために重要であ
る。なぜならば、この厚さがヒータ１２０と熱分路（ｈ
ｅａｔ ｓｈｕｎｔ）１４０との間の熱的なずれを与え
るからであり、それにより熱の大半が下層１３０よりむ
しろインク１０６に確実に伝わるからである。

【００３３】中間断熱層１３６はまた、第１金属層１３
６と第２金属層１３８との間の電気的な絶縁を行う。し
かし、この役割において厚みには制限がない。

【００３４】第２金属層１３８を設け、熱分路１４０と
同様に電気的な接続を行うための第２層を形成する。上
述の高速度ＺＩＪヘッド（直線１ｍｍにつき２５０ノズ
ルを有する）の連結密度（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉ
ｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ）は高いので、２μｍの設計ルー
ルを用いるとすれば２つの金属層（ｌｅｖｅｌ）が要求
される。他のヘッド設計では１つの金属層だけでもよ
い。１つの金属層を用いる場合は、熱分路１４０につい
て他の構成が必要となる。なぜならば、この金属層は中
間酸化物の面１３６の上部に形成されるからである。

【００３５】熱分路１４０は約０．５μｍ厚のアルミニ
ウムのディスクから形成される。この分路１４０は断熱
層１３２および中間層１３６中のバイア４１０を通って
下層１３０と熱的に接続されるが、電気的な目的につい
ては何等役割を果たさない。熱分路１４０の目的はヒー
タ１２０からの廃熱を、制御されたレートで下層１３０
に結びつけることにある。非動作時のインク１０６の温
度を低くしておくためには、ヒータ駆動パルス間の期間
に廃熱を実質的に移動させなければならない。

【００３６】熱分路１４０は第２金属層１３８と同時に
形成するようにされている。これは、熱分路１４０の厚
さが第２金属層１３８の厚さに一致する場合に可能とな
る。必要とする厚さは、熱分路１４０とヒータ１２０と
の間の熱接続の性質により決定される。実際に接続され
る熱量は幾何学的に定められた特定ノズルについての正
確なコンピュータモデルにより決定されることが一番良
い。接続熱量は図示されたもの（図２３〜図２６におい
て後述）から変化させ得、もしくは熱伝導性を減少させ
るために熱分路１４０の熱接続ディスクにホールをエッ
チングすることにより変化し得る。他には、熱接続性は
下層１４０の厚みを増大させることおよび／またはこれ
を熱伝導性の高い銀のような材料と置換することにより
増大することが可能である。

【００３７】熱分路１４０のほかの目的は厚いＣＶＤガ
ラスのオーバーコート１４２が熱せられるのを防ぐこと
にある。これによりこの厚い層１４０を介してのＣＶＤ
キャリアガスの拡散が遅くなり、また、それ故にヒータ
１２０を破壊せしめる気泡の形成を遅らせる。

【００３８】オーバーコート層１４２はＣＶＤまたはＰ
ＥＣＶＤガラスの厚い層であり、３つの機能を有する。
第１には、インク吐出のためのノズルを提供すること、
第２には蒸気泡の破裂ないしは潰れの衝撃に抵抗するた
めの機械的な強度を提供すること、第３には外的環境に
対する保護を提供することである。

【００３９】ＺＩＪチップ１１０は動作すべきプリンテ
ィングプロセスのために大気にさらされなければならな
いので、その表面は、それ故に密封的にシールされた機
器よりも保護のレベルを増大する必要がある。オーバー
コート部材１４２の厚さは約４μｍとすることができる
が、この厚さは実質的には適当なノズル長さに対応して
より厚くすることができる。

【００４０】パッシベーション層１４４はタンタルまた
は他の材料の０．５μｍ厚の層でできており、チップ１
００の全体構造に適合してこれを覆い、化学的および機
械的な保護を行うものである。

【００４１】最後に、図９におけるインク１０６はプリ
ンティングメカニズムを構成する明白な機能を持つこと
に加えて、廃熱を移送する役割も果たす。３ｐｌ（ピコ
リットル）のインク液滴は上昇した摂氏温度毎に概ね１
３ｎＪの熱を除去する。

【００４２】図１０に他のヒータ構成を示す。

【００４３】ここで、ヒータ４４０は、メインヒータ４
４１および冗長ヒータ４４３を有し、これらの各々は、
インク滴４４６を吐出するノズル４４５を囲む環状とな
っている。ヒータ４４１および４４３は堆積させたＨｆ
Ｂ₂ から作られ、それぞれアルミニウム接続部４４２お
よび４４３をオーバラップすることにより組合される。
この形状を有するヒータ４４０は、下部に存在する熱作
用キャビティ４４７を囲み、それ故に、環状のインクの
気泡（図２１（Ａ）〜（Ｄ），図２２（Ａ）〜（Ｄ）参
照）を発生することができる。従ってこの気泡はインク
液４４６の全周にわたってほぼ等しい圧力を発生する。
メインヒータ４４１および冗長ヒータ４４３は形状およ
び配設位置に関して等しく、従ってそれらは等しい滴吐
出特性を有する。また、ヒータ４４１および４４３のノ
ズル４４５に対する偏心は僅かであり、従ってメインヒ
ータ４４１が損傷し、冗長ヒータ４４３が使用される場
合でも液滴の吐出角度は大きくは変わらない。

【００４４】図９は、円筒形の穴１１２および細い先端
部１１を有し、下部側に熱作用室（ｔｈｅｒｍａｌ ｃ
ｈａｍｂｅｒ）すなわち穴部１１５を形成するノズル１
１０を示しているが、種々のノズル形状を用いることが
できる。そのいくつかを図１１から図２０までに示し
た。

【００４５】図１１において、ノズル先端部１１１を囲
む熱作用室１１５は円筒状に構成され、その円筒の壁面
にヒータ１２０を堆積させている。この配置には次のよ
うないくつかの不利な点がある。

【００４６】（１）ヒータフィルムを円筒の壁面内に垂
直に堆積しなければならない。また、このことは化学的
な蒸着により行わなければならないが、ヒータ１２０を
所望のサイズおよび形状に作製することは大変難しい。

【００４７】（２）損傷を許容するための冗長ヒータを
形成することが困難である（後述）。

【００４８】（３）吐出すべきインク１０６および蒸気
を先端部１１１から排出するためだけに、ヒータ１２０
を円筒表面内部に埋設しなければならない。

【００４９】（４）高熱伝導性を有する結晶質ＳｉＯ₂
の代りに用いたＣＶＤＳｉＯ₂ によりインクをヒータ１
２０から分離させる。

【００５０】図１２において、熱作用室１１５は円錐形
として構成される。このことによりエッチングされるヒ
ータ１２０の抵抗値を増大させることができる。この構
成は以下の困難がある。

【００５１】（１）円錐の角度が大きすぎる（円錐が平
らな）場合、ノズル１１０内は毛細管現象によりインク
１０６が満たされない。

【００５２】（２）円錐の角度が小さすぎる（円錐が尖
っている）場合、熱作用室が円筒形であるときと同様、
ヒータ１２０を作製することがさらに困難である。

【００５３】（３）ノズルバレル（ノズル円筒）１２３
は大変狭くなり、インクリフィル時間が増大する。

【００５４】図１３はほぼ半球形状を有する室を示す。
そのほぼ半球状の室に面して円錐台形状の部分が設けら
れ、その部分にヒータ１２０が形成されている。

【００５５】図１４〜図１９は、ぞれぞれ６つの好適な
ノズル構成を示す。これら構成によって、単一構造，１
６００ｄｐｉのプリントを可能とする３ｐｌの小液滴サ
イズ，フォールトトレランスのヒータ構造、および基板
の表面のいずれかにおいて一定の間隔をおき、多色プリ
ント装置に用いることのできるノズルが可能となる。さ
らに、以下に示すノズル構成の製造についてのより詳細
な説明は本明細書において後述される。

【００５６】図１４には、ほぼ半球状をなす熱作用室１
１５が示される。この熱作用室１１５は、ノズルバレル
１１３が反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって形
成される前に、等方性プラズマエッチングによりシリコ
ンの下側をくり抜くことによって形成される。この構成
の特徴は、気泡１１６の生成が、インク滴１０８の吐出
方向と反対の方向になされるという逆作用にある。熱分
路１４０は、ノズル領域から基板１３０へ熱を導き、こ
れにより、次のインク滴１０８の吐出に先だつ熱作用室
１１５の十分な冷却に要する時間が短くなる。

【００５７】この構成は、ヒータ１２０が平面構造であ
るという利点を有し、これにより、ヒータの形状および
サイズを正確に管理することが可能となる。また、ヒー
タ１２０とインク１０６との間の熱的結合は重要なもの
である。何故なら、ヒータ１２０は、ＣＶＤガラスより
も熱伝導性の高いＳｉＯ₂ 層１３２によってインク１０
６から隔てられているからである。また、この層は、Ｃ
ＶＤガラスによって同様の層を形成した場合に較べて、
ピンホールが生じる傾向を増大させずにより薄く形成す
ることができる。このノズル構成は、バレル１１３の熱
作用室１１５に入り込んでゆく部分の傾斜およびパッシ
ベーション層１４４（図９参照）とインクとの接触角と
に依存して、毛管作用によるインクの自動的な充填を可
能とする。

【００５８】本構成の種々の短所は、気泡の生成がイン
ク吐出方向とは反対方向になされ、気泡生成の吐出に対
する効率が減少するという上記逆作用に存在する。ま
た、ノズル領域を形成するためにＣＶＤガラスの厚い被
覆層を必要とする。加えて、シリコン基板１３０のほぼ
６００μｍにわたる長い経路を介して無駄な熱を放出し
なければならない。このことは、ノズル密度および／ま
たは吐出周波数にある限界を与える。本構成の他の短所
は、バレル１１３が熱作用室１１５に入り込む角度が細
かく管理されない場合には、毛管作用によってノズル１
１０にインク１０６を充填する際の潜在的困難性に関す
るものである。

【００５９】図１５は以下に示す配置構成を除いて、図
１４の構成と同様の構成を示す。すなわち、図１５にお
いて、チップ１００を通るインク１０６の流れの方向
は、図１４に示す構成と逆であって、気泡の生成がイン
ク滴吐出方向と同一の方向においてなされる逆ノズル構
成４８５を与える。

【００６０】図１５に示されるように、インク１０６
は、開口４８４を通ってノズル通路に入り込み、バレル
４８７とチャネル４８９との境界に位置するノズル先端
４８６にメニスカス１０７が形成される。気泡１１６の
生成作用によって、チャネル４８９を通ってインク滴１
０８が紙２２０のような媒体上に向けて吐出される。

【００６１】逆ノズル構成４８５は、１つの重要な点に
おいて前述の各構成とは異なっている。前述の構成（例
えば図１４に示されるもの）は、熱分路１４０を用いる
ものであり、この熱分路は、ヒータ１２０からの熱を基
板１３０へ向ける。

【００６２】しかしながら、図１５の構成では、ヒータ
１２０に近接してその下にインク１０６のインク貯留室
が存在する。従って、この構成において熱拡散路（ｄｉ
ｆｆｕｓｅｒ）４９１は、ヒータ１２０から被覆層１４
２を通ってインク１０６のインク貯留室までの熱輸送の
面積を増大させるのに用いられる。この構成において、
熱伝導路は図１４の場合よりかなり短くなるので、より
大きな熱拡散が達成される。また、インク供給ポンプ
（不図示）を用い熱交換器を通るインク１０６の再還流
を行うことによって、熱拡散をさらに高めることができ
る。

【００６３】以上示した構成は、平面構造，良好な熱的
結合および熱拡散という利点を有する。また、気泡生成
の方法がインク吐出と同一方向であるので吐出の際の運
動エネルギー損失が減少する。この構成の短所は、ノズ
ル内にインクを自己注入できないことであり、最初は加
圧してインクを注入しなければならない。一度インクが
注入されると、インク滴１０８が吐出された後、インク
は気泡の収縮によって熱作用室４８８内に引き込まれ
る。また、ヒータ１２０を支持するカンチレバー形態の
部分は、気泡１１６が消滅する際の衝撃に耐えるために
十分な厚さを有していなければならないという短所があ
る。

【００６４】次に図１６を参照すると、溝に埋め込まれ
た（ｔｒｅｎｃｈ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ）ヒータ４９３
を有するノズル構成が示される。本例では、ノズルキャ
ビティ１１２が直円筒状に形成され、これはノズルバレ
ル１１３およびその形成が任意であるエッチング形成さ
れた（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ ｅｔｃｈｅｄ）ノズルチ
ャネル１１４に連通する。環状の溝４９２がシリコン基
板にエッチング形成され、ＳｉＯ₂ 層がノズルキャビテ
ィ１１２近辺で成層される。環状のヒータ４９３が溝４
９２の内面に成膜される。ヒータ４９３は、その作用に
よってインクの気化による気泡１１６を形成し、この気
泡は吐出方向を横断する方向でキャビティ１１２を横切
って成長する。本構成の利点のうちには、良好な熱的結
合や自己注入構造がある。また、短所の１つとして熱拡
散が劣ることを挙げることができる。これは、インクの
大部分が気泡生成面から６００μｍの基板１３０を介し
て隔てられているためインクの流動によって生じるイン
ク冷却が効率的に行われないからである。また、ノズル
の長さは被覆層１４２を形成する極めて厚いＣＶＤガラ
ス層によって定まるため、適切なノズル長さを定めるこ
とは困難である。さらに、気泡が横断する方向に生成す
るため、吐出に最適な運動力学的関係を得ることができ
ない。加えて、ヒータ４９３の長さは、ノズルの円周分
に、あるいはフォールトトレランス構成を用いた場合に
は上記円周の半分に制限されるので、ヒータ４９３の抵
抗値を大きくすることは困難である。

【００６５】図１７は、上述した逆ノズル構造に図１６
の環状溝構成を用いた場合を示す。ここで、環状溝４９
２はその中に拡散形成されたヒータ４９３とともにノズ
ル先端４８６の方向に延在する。サーマルディフューザ
４９１も上述したのと同様に設けられる。本構成の利点
は、熱的結合，熱拡散の容易性，自己充填および製造の
容易性において見い出される。短所としては、気泡の生
成方向がインク滴吐出方向を横断する方向であること
や、ヒータ４９３の長さをいろいろ変えることが容易で
はないこと等を挙げることができる。また、シリコン基
板１３０へ伝導する熱の割合が高くなるため無駄に費や
される熱が多くなることがある。

【００６６】図１８は、エルボーヒータを用いた構成を
示す。本例では、円筒状のノズル通路がノズル先端１１
１とバレル１１３との間に形成される。熱的成長によっ
て得られるＳｉＯ₂ 層４９４はバレル１１３側へ入り込
んで延在する。さらに、エルボー状に延伸するヒータ４
９５は、上記層４９４およびヒータ４９５の上面に形成
される電気接点４９６に成膜される。さらにまた、ＣＶ
ＤＳｉＯ₂ よりなる被覆層１４２が、上記接点，ヒータ
およびノズルバレル１１３側へ延在する層の上に設けら
れる。本構成の利点は、自己充填およびヒータ４９５の
基板１３０に対する熱的絶縁にある。また、短所として
は、熱拡散が劣ること、被覆層１４２の厚さを変化させ
なければならないノズル長さの調整が困難であること、
気泡の生成方向が吐出方向に横断する方向であること、
ヒータ４９５がアモルファスＣＶＤガラスの層によっ
て、インク１０６から隔てられているためインクとの熱
的結合が良好でないこと、ヒータの長さを変化させるこ
とが困難であること、および製造が複雑になること（後
述される）等がある。

【００６７】図１９は、上記構成と同様にして形成され
るエルボー接触ヒータ４９５を用いた逆構造ノズルを示
す。本構成の利点は、インク貯留室を介した熱拡散，自
己充填およびヒータ４９５が基板１３０から熱的に絶縁
されていることに見い出すことができる。また、短所と
しては、気泡の生成方向が吐出方向に対して横断方向で
あること、ヒータ４９５とインク１０６との熱的結合が
アモルファスＣＶＤガラスを介しているため良好に行わ
れないこと、およびヒータの長さが制限されること等を
挙げることができる。

【００６８】図２０は、図１５に示した構成と同様のノ
ズル構成を示す。しかしながら、ノズル先端４８６に対
するノズル開口４８４の相対的なサイズは、図１５の構
成とは異なっており、これにより、ノズルにおけるイン
ク充填のための毛管作用およびメニスカス１０７の形成
を改善することができる。すなわち、図１５に示す構成
の短所の１つは、ノズル開口４８４とノズル先端４８６
とが等しい径を有していることにある。ノズル先端４８
６の直径は、要求液滴サイズのような設計基準の数に応
じて変化するものである。

【００６９】図２０に示されるように、ノズルにインク
を満たしメニスカス１０７を形成するため、インク１０
６は開口４８４を通って流れ先端４８６で停止しなけれ
ばならない。これら開口および先端が等しいサイズであ
る場合には、一般に、インクの充填圧力に応じてメニス
カスが開口４８４に形成されるか、先端４８６からのイ
ンク垂れを生じる。これらの状態は、どちらも望ましい
ものではない。特に望ましい形態は、開口４８４がノズ
ルのインク充填を可能とするに十分な径を有し、先端４
８６がそれとは異なり、メニスカス１０７の形成に供す
るより小さな径を有することである。従って、ノズルは
開口４８４における“気泡圧力”より大きく、先端４８
６における“気泡圧力”より小さな圧力を用いてインク
が充填される。図２０に示す構成は、上記開口および先
端の好適な構造を示し、ここでは開口４８４の直径が先
端４８６のそれよりも５０％程大きい。また、この構成
によれば、大きなリフィル速度を維持しながら液滴のサ
イズを正確に制御することもできる。

【００７０】ＺＩＪチップ１００の動作は、以下の図２
１（Ａ）〜（Ｄ），図２２（Ａ）〜（Ｄ）に示される新
規な液滴吐出機構を用いることにより、従来のインクジ
ェットヘッドのそれとは異なっている。図２１（Ａ）に
は、ＺＩＪプリントヘッド１００の１つのノズル１１０
が、ヒータ１２０がオフであるその静止した状態で示さ
れる。ノズル１１０内のインク１０６はメニスカス１０
７を形成する。

【００７１】図２１（Ｂ）では、ヒータ１２０が駆動さ
れてその周囲の基板１３０および熱層１３２を加熱し、
これにより、ノズル１１０内のインク１０６が加熱され
る。その結果、インク１０６が部分的に蒸発して微小気
泡１１６を形成する。

【００７２】図２１（Ｃ）に示されるように、蒸発した
インクは加熱されるので、これら微小気泡は膨張して合
体し大きな気泡１１６となる。

【００７３】図２１（Ｄ）では、膨張する気泡１１６の
圧力がインク１０６をノズル先端１１１から高速で押し
出す。

【００７４】図２２（Ａ）では、ヒータ１２０はその駆
動が停止され、これにより、気泡１１６は縮小し形成さ
れた液滴１０８からインクを引っ張る。

【００７５】図２２（Ｂ）では、液滴１０８はノズル１
１０内のインク１０６と分離され、また、縮小する気泡
１１６はメニスカス１０７をノズル１１０の後方に向か
って引っ張る。

【００７６】図２２（Ｃ）に示されるように、インクの
表面張力によってノズル１１０には、下部にある貯留室
からインクがリフィルされる。この際、リフィルのイン
ク速度によってインクは過剰充填される。

【００７７】最後に、図２２（Ｄ）では、インク１０６
のメニスカスが振動した後、最終的に最初に示した静止
状態に戻る。この振動が減衰する時間が、最大ドット周
波数を定める１つの要因である。

【００７８】図２３に示されるように、ヒータ１２０が
駆動されると、矢印で示されるようにそれによる熱の一
部はインク１０６へ伝わり、残りはノズルの周囲の部材
に伝わる。

【００７９】図２４はインクのスーパーヒートを示し、
これによれば、スーパーヒートされたインクの薄い層１
０９がノズルキャビティ１１２内のパッシベーション層
１４４に隣接して形成される。

【００８０】ヒータ１２０の駆動が停止した後、余分な
熱は速やかに除去されなければならない。ヒータ１２０
が発熱する２００μｓｅｃ以内にインク温度が１００℃
を越えると、インク１０６は実質的に水であるため、イ
ンク残りを生せず気泡１１６が形成される。仮に、この
ような状態にならないとすると、ヒータ１２０とインク
１０６との間に蒸気による断熱層が存在することにな
り、インク滴１０８が正確に吐出されないことになる。

【００８１】余分な熱は、別々の３つの経路を介して除
去される。第１に、熱はインクを介して除去される。こ
の際、インクはわずかに温度上昇する。しかしながら、
インクの熱伝導性は低いので、この経路によって除去さ
れる熱量は少ない。

【００８２】ノズル１１０の壁は、基板１３０のシリコ
ンにより形成され、このシリコンは高い熱伝導性を有す
るので、この壁を介した熱拡散は大きな速度で行われ
る。しかしながら、気泡１１６の全ての部分がノズル１
１０のこの側壁に接しているわけではない。

【００８３】さらに、余分な熱はヒータ１２０を介して
除去される。液滴が吐出されるときインク蒸気がヒータ
１２０に接してはならないので、ヒータ１２０を介した
熱拡散は重要である。ヒータ１２０の周囲の部材の大部
分は低い熱伝導性のガラスであるので、熱分路１４０が
この中に設けられ、余分な熱を基板１３０に分流する。
熱分路を設けないで、余分な熱の除去がほぼ２００μｓ
ｅｃの間に終了するならば、このような熱分路１４０を
設ける必要はない。図２５は、上述した気泡１１６が冷
却する際の熱の流れを示すものである。

【００８４】図２６もまた、余分な熱の除去経路を示す
ものであり、ここでは、熱はヒータ１２０からの主な熱
導管としての基板１３０を通って流れる。この熱の一部
はインク１０６に戻り、最終的には次の液滴１０８の吐
出の際にこれとともに放出される。残りの熱は、基板１
３０を通ってアルミのヒートシンク（５１，５２。図４
参照）に伝わる。

【００８５】図２７は、５１２００本のノズルを有し４
色プリントを行うＺＩＪヘッド２００の熱拡散を巨視的
に示すものである。ヒータの発熱作用によってヘッド２
００全体の平均温度が、注入されるインク１０６より１
０℃〜２０℃以上高くならなければ、外的な冷却機構を
設ける必要はない。このように、ＺＩＪヘッド２００
は、図に示されるインク貯留器２１５，２１６，２１７
および２１８からのインク１０６の定常的な流れによっ
て冷却されることが可能である。インク１０６はヒータ
が駆動される毎に排出されるから、上記インク流の流量
は、発生する熱に直接比例する。

【００８６】一般に、２００μｓｅｃの間に１つのイン
ク色あたり１２８００個の液滴からなるスプレー１１７
を吐出するヘッド２００には、電源１２６から約５０ワ
ットの電力が供給される。このことは、１秒あたりに周
囲温度より１０〜２０℃高い温度の約１．２８ｍｌのイ
ンク滴が出力１２７として吐出されることを意味する。
また、チップ１００上の駆動回路は電力を熱として拡散
するけれども、これはヒータ１２０から拡散される熱と
較べると小さなものである。

【００８７】しかしながら、ノズル効率（入力電力に対
する熱的および実質的にはより小さな運動力学的な出力
の割合）が上述した場合より低い場合には、過度にイン
ク温度を上昇させずに液滴とともに排出され得る熱量よ
り、より多い熱が発生する。このような場合、（空気冷
却やインクを用いた液体冷却のような）他の放熱方式を
用いることもできる。

【００８８】ＺＩＪプリントヘッド２００の平均温度は
低いけれども、ＺＩＪヒータ１２０の作動温度は３００
℃以上である。この場合に重要なのは、ＺＩＪチップ１
００の駆動エレメント（駆動トランジスタおよび回路）
がこのような極端な温度の影響を受けないことである。
このため、駆動トランジスタおよび回路はヒータ１２０
からでき得る限り離して配置される。これらの駆動エレ
メントは、チップ１００の端部に配置することができ、
これにより、ヒータ１２０およびアルミ配線のみが高温
度領域にあることになる。

【００８９】インクチャネル 図２８および図２９に示されるように、フルカラーＺＩ
Ｊプリントヘッド２００は、それぞれシアン，マゼン
タ，イエロおよびブラックのインクに対応したインクチ
ャネル２１１，２１２，２１３および２１４を有する。
これらチャネル２１１〜２１４は、アルミ押出し体とし
て形成され、ＺＩＪチップ１００の背面に対してフィル
タ作用および封止を行う。

【００９０】いくつかの適用例では、図２８に示すイン
クチャネル２１１〜２１４が適切なインク流を生じさせ
るには不十分な場合がある。このような場合には、図２
９に示すような押出し体形状を用いることができ、これ
によりインク流の量を増すことができる。図２８に示さ
れるように、チャネル押出し体２１０とＺＩＪチップ１
００との間には、１０μｍのアブソリュート膜フィルタ
２０５が設けられ、これにより、インク汚濁からヘッド
を保護することができる。膜フィルタ２０５が圧縮性を
有していれば、このフィルタはガスケットとしても機能
し、４色インクがそれぞれ異なる色と混合するのを防止
できる。ヘッド組立体２００の両端部は、好ましくは、
封止され、これにより、気体の侵入を防止できる。以上
のような構成に対して、製造上維持することが要求され
る精度は±５０μｍ程度である。

【００９１】目詰まりヘッド 目詰まりヘッドの２つの潜在的な原因は、それぞれイン
ク乾燥とインク汚濁である。

【００９２】プリントヘッド２００が使用されないと
き、外気にさらされたヘッド表面は乾燥する。この乾燥
の程度が著しくなると、気泡１１６の圧力ではこの乾燥
インクを除去できなくなる。このような問題は、以下に
示す方式によって緩和される。すなわち、 １．ヘッド２００が使用されないときは、このヘッドに
自動的にキャッピングを施しヘッド表面を空気に対して
密閉する。

【００９３】２．クリーニングサイクルにおいてＺＩＪ
ヘッド２００の前面に溶剤を用いる。

【００９４】３．自己成膜性インクの使用、および／ま
たは ４．真空クリーニングシステム。

【００９５】ＺＩＪチップ１００はインク１０６の特定
の汚濁による目詰まりの影響を受け易い。すなわち、２
０μｍから６０μｍの大きさの粒子は、どのようなもの
でもインク滴１０８とともに排出されないので、ノズル
キャビティー１１２内に永久に留まることになる。膜フ
ィルタ２０５のようフィルタが、インク経路の途中に設
けられることにより、１０μｍ以上の粒子は全て除去す
ることができる。このようなフィルタの１つとしてガラ
ス繊維を束ねた１０μｍのアブソリュートフィルタを挙
げることができ、十分にインクを流すことのできるよう
な比較的大きな面積を有することが好ましい。このこと
は、図２６〜図３４に関する記載から理解されよう。

【００９６】１つの画素に対して４つのノズル１１０を
対応させ連続的な色調の表現が可能なＺＩＪチップは、
ノズル１１０の目詰まりをある程度許容する。何故な
ら、ノズル１１０に目詰まりを生ずると、１つの画素に
対してその色が完全に欠除するのではなく、その色の強
度が２５％減少するだけだからである。

【００９７】ノズルとヒータとの位置合わせ 現存し、本願の従来技術を構成するキヤノン社のインク
ジェット技術およびヒューレットッパッカード社のイン
クジェットシステムは二体構造を用いてノズルを形成し
ている。すなわち、ヒータはシリコンチップ上に形成さ
れるのに対して、ノズルは、異なる材料によって製造さ
れるキャップを用いて形成される。この技術は、普通の
数のノズルを有する走査型熱インクジェットヘッドを製
造する上で有効であることを実証した。しかしながら、
極めて微小な液滴によるＡ４全幅の（すなわち、固定ヘ
ッドを用いた）プリントを行うには、この技術はより困
難なものとなる。すなわち、６４μｍのノズルピッチで
２２０ｍｍのヘッド長さのヘッドの場合、基板とノズル
キャップとの間の熱膨張が相互に０．０２％異なると不
具合を生じる。上記キャップと基板とが異なった材料で
形成されている場合には、周囲温度のわずかな変化で
も、この程度の熱膨張の差異を生じる。この問題に対す
る１つの解決法は、キャップを基板と同じ材料、通常は
シリコンで形成することである。この方法を用いた場合
でさえ、シリコン基板とシリコンキャップとの間に生ず
る温度差（ヒータからの廃熱によって生じる）は、ヒー
タとノズルとの位置ずれを十分に引き起し得るものであ
る。

【００９８】ＺＩＪチップ１００は、ヒータ１２０，ノ
ズル１１０およびインク経路１０１が、全て単一のシリ
コン基板１３０を用いて製造されるので、上記問題の影
響を受けることはない。ノズルとヒータとの位置合わせ
は、ＺＩＪチップ１００を製造する場合のフォトリソグ
ラフィーの精度によって決まる。すなわち、本構成はそ
のサイズを比較的大きな特徴とするため、ＺＩＪチップ
１００が２μｍの半導体プロセスを用いて製造すること
ができる単一構造チップである場合にノズルを正確に配
列することを確かなものとするにはわずかな困難を伴
う。

【００９９】階調画像 インクジェットヘッドによって吐出される液滴のサイズ
を変化させるのは困難であるため、階調は液滴の数を変
化させることによって表現する。

【０１００】本件では、１画素当り１６個の液滴を用
い、１インチ当り４００画素の画素密度を実現する。こ
れにより１画素あたり１６階調の濃淡が得られる。階調
画像を実現する上で必要とされる全体の濃淡は、標準的
なディジタルドットまたはラインのスクリーニング法あ
るいは８ビットの色強度のうちの下位４ビットの誤差拡
散法によって得ることができる。これにより、１インチ
当り４００画素の空間解像度を維持しながら１色当り２
５６階調の色解像度を得ることができる。このような場
合において、２通りのノズル構成が考えられる。すなわ
ち、１画素当り１ノズル構成と１画素当り４ノズル構成
である。いずれの場合にも、液滴サイズはほぼ３ｐｌと
される。

【０１０１】図３０（Ａ）は、１画素当り４ノズル構成
における画素内のインク滴配置を示すものである。この
場合、液滴が、６４μｍ×６４μｍの大きさで４×４配
列の画素を満たしたパターンを示す。ここで、液滴パタ
ーンにおける水平方向の間隔はノズル１１０の間隔によ
って定めることができ、縦方向の間隔は記録紙の移動に
よって定めることができる。この構成によれば、液滴の
数と色強度との間の関係に十分な線形性を得ることがで
きる。１画素当り４ノズル構成は、わずかに大きなチッ
プ面積で１画素あたり１ノズル構成に較べて４倍のプリ
ント速度を実現することもできる。ノズルに目詰まりや
欠陥を生じた場合にも、その影響を色強度が２５％減少
するのに留めることができる。

【０１０２】図３０（Ｂ）は単一ノズル構成の場合の画
素内の液滴配置を示す。この場合、縦方向の液滴間隔は
記録紙の移動によって定められる。このように、６４μ
ｍの長さの画素に１６個の液滴が配置された場合、個々
の液滴の間隔は４μｍとなる。この場合、重なった液滴
から未定着インクが画素の水平方向に流れ出すことにな
る。

【０１０３】このような構成には、液滴の数と色強度と
の間の線形性が極端に損われ、また、プリント速度が小
さくなるという短所がある。また、利点は１画素当り４
ノズル構成よりも製造コストが低いことである。

【０１０４】ノズル構成 ノズル１１０の最適な構成を考慮する上でこれに影響を
及ぼすいくつかの要因がある。これらを列挙すれば、 （１）４００ｄｐｉの解像度でプリントを行うために、
６４μｍ平方の画素を必要とする。

【０１０５】（２）１画素当りのノズルの数が異なれば
ノズル構成に与える影響も異なる。

【０１０６】（３）ノズルバレル１１３の径は液滴１０
８の直径より大きいのでバレル１１３の直径はノズル配
置に影響を及ぼす。本例のチップ１００では、バレル１
１３は６０μｍの直径を有している。この場合、チップ
１００の機械的強度を保つために、それぞれのノズル１
１０は隣接するノズルと少なくとも８０μｍは離れなけ
ればならない。

【０１０７】（４）１：３２の吐出デューティーサイク
ルによれば、２００μｓｅｃ毎に６．２５μｓｅｃ幅の
ヒートパルスが印加される。この２００μｓｅｃの値に
次の液滴１０８の吐出に先だって、インクメニスカス１
０７を安定させることができる。

【０１０８】（５）ヒータ１２０を付勢する供給電流に
おける主要な変動を防止するため、１：３２のデューテ
ィーサイクルによって利用可能な３２のタイムスロット
は全て等しい数のノズル１１０に用いられる。これはす
なわち以下のことを意味する。

【０１０９】電流≦ノズル数×ノズル電流／３２ （６）隣接するノズル１１０で順に吐出される場合に
は、あるノズル１１０からの熱は隣りのノズルを干渉
し、その部分が加熱される。この問題を軽減するため、
ノズル１１０の間隔を大きくとって所定の順序で吐出を
行う。このため、図３２および図３３（後述される）に
示されるこのような吐出順序は不必要に複雑なものに見
える。

【０１１０】（７）カラーヘッドの最適な構成は、単に
モノクロームヘッドを４回繰り返すものではない。カラ
ーヘッドの余分なノズルはより良い熱分布を達成するた
めに用いられるからである。

【０１１１】図３１は３２の異なるタイムスロット、す
なわちそれぞれ６．２５μｓｅｃ間隔の“吐出順序”に
分割されたヘッドタイミングの使用を示すものである。
これによれば、同一のノズルでは２００μｓｅｃ毎に吐
出が繰り返されることになる。

【０１１２】記録媒体（例えば図１５における紙２２
０）の、ノズルの吐出間隔である６．２５μｓｅｃ間の
移動はヘッドのノズル配置に対応している。紙の移動に
よって生じるどのようなドットのずれも、これを打ち消
すようにノズル１１０を容易にずらし得るが、このずれ
は極めて小さなものである。

【０１１３】図３２は、１画素当り１ノズル構成で１画
素当り１６液滴のフルカラーＺＩＪヘッドに可能なノズ
ル配置を示す。ノズル配置における水平方向の間隔は、
１画素分（６４μｍ）である。ノズル１１０は、ジグザ
グパターンに配置され、これにより各ノズルバレル１１
３間の少なくとも８０μｍの間隔を保ち、ヘッドの機械
的強度を維持することができる。このようなヘッド構成
は３μｍのリソグラフィーによって実現できる。

【０１１４】ノズル１１０の配列のある直線からの変位
を補正するため駆動回路にライン遅延が導入される。遅
延されるラインの数は、図３２の右側に示される。吐出
順序２２５はそれぞれのノズル１１０の中央に示され、
紙の移動方向は矢印２２２によって示される。

【０１１５】図３３は、１画素当り４ノズル構成のフル
カラーＺＩＪヘッド２００のノズル配置を示す。ここで
は１画素当り４回の吐出を行い、これにより、１画素当
り１６の液滴が得られる、ノズル１１０配列における水
平方向の間隔は１６μｍ（１画素の１／４）である。ノ
ズル１１０は、ジグザグ状に８列に配列され、これによ
り、ノズル相互の間隔を８０μｍに保つことができる。
隣接する列におけるこのようなノズル１１０配列によ
り、矢印２２２で示される紙の移動によるずれを補正す
る（相互に相殺する）ことができる。このようなヘッド
構成は、ノズル相互の連絡および駆動回路のために２μ
ｍのリソグラフィーによって実現される。

【０１１６】なお、本明細書の詳細な説明は、最も困難
であるため１画素当り４ノズル構成に中心をおいたもの
であるが、１画素当り１ノズル構成についても容易に得
られる。

【０１１７】ＺＩＪヘッド組立体 ヘッド組立体２００においては、いくつかの特別な必要
条件について論じなければならない。すなわち、これら
条件として、インク供給，インクろ過，電力供給，電力
消費，信号接続および機械的支持を挙げることができ
る。

【０１１８】２００μｓｅｃ毎に３ｐｌのインク滴を吐
出可能な５１２００本のノズルを有したＺＩＪヘッド２
００は、毎秒最大１．２８ｍｌのインクを用いることが
できる。このような最大量インクの使用は、ヘッド２０
０が無地の４色混合のブラックをプリントしているとき
に生ずる。本例では４色のインクを用いるので、１色当
り毎秒０．２３ｍｌのインク流量となる。インク流の流
速が最大約２０ｍｍ／ｓｅｃであるとすると、インクチ
ャネル２１１〜２１４は、それぞれ１６ｍｍ²の断面積
を有さなければならない。

【０１１９】インクによって運ばれる直径６０μｍ以下
の粒子は、ノズルチャネル１１４に運び込まれることに
なる。このような粒子のうち直径２０μｍ以上のもの
は、いずれもノズル１１０から吐出されない。予めろ過
されたインクを用いた場合でも、インクがリフィルされ
た際に粒子混濁を生じる可能性がある。それ故、インク
は効果的にろ過され、２０〜６０μｍの粒子が除去され
なければならない。

【０１２０】電力供給に関して、全幅対応のＺＩＪヘッ
ド２００の最大電流消費量は約数アンペアである。この
電流がチップ１００の全長にわたって供給されるとき電
圧降下はわずかでなければならない。また、ＺＩＪヘッ
ドは、選択された回路構成に厳密に対応した３５以上の
信号接続を有する。従って、この場合にも電圧降下はわ
ずかでなければならない。

【０１２１】ＺＩＪチップ１００の機械的支持は、図２
８に示されるようにインクチャネル押出し体２１０によ
ってなされる。このインクチャネル押出し体２１０は３
つの機能を有する。すなわち、１つにはインク経路を形
成し、４色のインクをそれぞれ隔絶すること、２つ目に
はＺＩＪチップ１１０の機械的支持に供されること、そ
して３つ目には廃熱をインク１０６に拡散するに際して
その補助となることである。

【０１２２】以上のような機能を有しているという理由
によって、インクチャネル押出し体２１０がアルミの押
出し体であって、陽極酸化されてバスバー２０１および
２０２から電気的に絶縁されていることは好ましいこと
である。押出し体２１０はノズル１１０と接触しないの
で、押出し体２１０を製造する上で必要な精度は、ほぼ
５０μｍ以下に維持されればよい。チャネル押出し体２
１０の端部は、ＺＩＪチップ１００に対して封止され、
空気がヘッド組立体２００に入り込むのを防ぐことがで
きる。この封止は組立体の接着に用いるのと同様のエポ
キシを用いて実現される。

【０１２３】図３４は、高速フルカラーのＺＩＪ組立体
２００の好適な構造を示す分解斜視図である。フィルタ
２０５は、ガラス繊維フィルタを接合して形成されるフ
ィルタ“Ｄｕｏｆｉｎｅ”（商標）のような１０μｍ
（あるいはそれ以下）のアブリリュートフィルタであ
る。このフィルタのインクが通過する部分の面の面積は
５２８ｍｍ² である。インク流量が毎秒１．２８ｍｌの
場合、インクはこのフィルタ部分を流速２．４ｍｍ／ｓ
ｅｃで通過しなければならない。フィルタ２０５が圧縮
性を有している場合、４色のインク間で顔料が混ざって
しまうのを防止するためのガスケットをも構成すること
ができる。この場合、ＺＩＪチップ１００を押出し体２
１０に圧力下で接着することができる。これに代わり、
シリコンゴム製のシールを用いることもできる。この場
合、インクチャネル２１１〜２１４を汚さないように注
意しなければならない。

【０１２４】チップ１００に対する必要な電力の供給の
１つの方法は電力接点によるものであり、これら接点は
チップ１００の全幅にわたって設けられる。これら接点
は、テープ自動接続（ＴＡＢ）を用いて、組立体２００
の一部をなすバスバー２０１および２０２に接続するこ
とができる。ＺＩＪチップ１００に対する信号接続も、
電力供給に用いられるのと同様のＴＡＢテープを用いる
ことによって形成することができる。さらに、図３４に
示されるように、バスバー２０１，２０２を押出し体２
１０の周囲におけるヒートシンクとして構成することも
できる。

【０１２５】インク滴 ２つの別個のヒータエレメント１２１，１２２を必要と
するフォールトトレランス構成の場合、インク滴１０８
は必ずしもＺＩＪヘッドの面に垂直に吐出されるわけで
はない。メインヒータ１２１あるいは冗長ヒータ１２２
のいずれが駆動されたかによって、膨張気泡の衝撃波は
異なった角度をとり、これより、インク滴１０８の吐出
方向を偏向することができる。このような構成は、図７
および図９と合わせて見られるべき図３５（Ａ）および
（Ｂ）にそれぞれ示される。

【０１２６】偏向１５３および１５４の角度は、厳密に
ＺＩＪノズル１１０の形状およびインク１０６を通過す
る気泡１１６の衝撃波伝播のモードに依存する。インク
滴１０８の吐出角度はそれ自体それ程重要なものではな
い。しかしながら、メインヒータ１２１によって吐出さ
れる液滴の吐出角と、冗長ヒータ１２２によって吐出さ
れる液滴の吐出角との間に差があれば、これがどのよう
な差であっても、画質をわずかに低下させることにな
る。以上のような画質低下は以下のような２つの態様で
減じられる。

【０１２７】第１に、記録紙２２０上の上記吐出角の差
によって生じる２つのドット間の距離を減じるために、
ヘッド２００を記録紙２２０に近接させること、第２
に、冗長ノズルの吐出タイミングを遅らせて記録紙の移
動が偏向角１５３あるいは１５４を打ち消すようにする
ことである。後者の場合には、メインヒータと冗長ヒー
タが記録紙の移動方向に配列されている必要がある。

【０１２８】電力供給 Ａ４の全幅対応の連続階調のＺＩＪヘッド２００は、そ
の動作時には数アンペアの高い電流消費を示す。チップ
１００に対するまたチップ１００におけるこのような電
流分配は、標準的な集積回路構造では不可能である。し
かしながら、ＺＩＪチップ１００の形状によってこの問
題は容易に解決できる。すなわち、チップ１００の両長
端部に沿った幅広いアルミニウム線に接点を設けること
により、チップ１００の端部全体を電力供給に用いるこ
とができる。電力は、チップ１００の両側部に沿うバス
バー２０１および２０２によって供給される。これらバ
スバー２０１および２０２は、テープ自動接合方法（Ｔ
ＡＢ），圧縮性はんだ接合，金めっきに対する板ばね接
合，多数のワイヤボンディング、あるいは他の接合技術
によってチップに接合される。

【０１２９】図３６は、拡大図にその詳細が示されるよ
うなＺＩＪチップ１００の縦方向に沿ったＴＡＢ接合の
１方法を示す。図３７は多数接点用のきざみつき端を用
いた、他の接合構成を示す拡大図である。

【０１３０】図３６において、ヒートシンク／バスバー
（５１，５２）（２０１，２０２）は、ＺＩＪヘッド２
００の概念に影響を与えずに、より大きくすること、異
なる形状とすること、異なる材料で形成することは容易
である。また、強制空冷，ヒートパイプあるいは液冷を
適用することも可能である。さらに、ノズル１１０のデ
ューティーサイクルを小さくすることにより電流消費量
を少なくすることも可能である。デューティーサイクル
の減少は、プリント時間を増大させるが、平均電力消費
量を減少させる。従って１ページを記録するのに要する
総エネルギーは変わらない。

【０１３１】電力消費 全幅フルカラーヘッドは、全ての吐出がプリントに用い
られるときはノズル効率に依存して、その電力消費は５
００ワットに及ぶ。ＺＩＪヘッドの設計が最終段階に至
る前に、以下に示すことが考慮されなければならない。
以下に示す要因は熱の発生および拡散に影響を及ぼすも
のである。

【０１３２】（１）ノズルの数：ノズル１１０の数は、
電力消費に直接影響を及ぼすものであるが、これはま
た、プリント速度，画質および階調表現にも関与するも
のである。

【０１３３】（２）ヒータエネルギー：１液滴当りのヒ
ータエネルギーは通常２００ｎＪである。ヒータエネル
ギーの減少により、プリント速度に影響を及ぼさずに電
力消費を減少させることができる。

【０１３４】（３）供給電力：供給電圧は低いことが望
ましい。しかしながら、この電圧が小さくなると、電流
消費およびチップ上に形成される駆動トランジスタのサ
イズを増大させる。ノズルでのエネルギーが一定に保た
れるならば、電力消費は供給電圧の影響をそれ程大きく
受けるわけではない。好適な実施例では、供給電圧のう
ち＋２４Ｖはヒータドライバに供給され、＋５Ｖは論理
回路に供給される。

【０１３５】（４）ノズルデューティーサイクル：ノズ
ルデューティーサイクルが増加すると、電力消費は増大
するがプリント速度も増大する。

【０１３６】（５）プリント速度：プリント速度は、ノ
ズル１１０の数，１画素当りの液滴の数，画素サイズお
よびノズルデューティーサイクルに関係する。記録速度
の減少は、必要とする電力を減少させるが、通常、１ペ
ージ当りの総エネルギーには影響を及ぼさない。

【０１３７】（６）許容チップ温度：チップ温度は、イ
ンク１０６の沸点（一般に約１００℃）以下に保たれな
ければならない。

【０１３８】（７）インクチャネル形状：この形状は、
インク１０６を介して拡散する熱量に影響を及ぼす。

【０１３９】（８）冷却方法：対流冷却は走査型ヘッド
には適したものである。しかし、全幅対応のヘッドに
は、ヒートシンク，強制空冷あるいはヒートパイプのよ
うな付加的な方法を必要とする。ヘッド片における高い
電力密度の問題に対して、液冷は可能な解決法である。
インクとヘッドとは接触しているので、熱拡散の問題が
簡易な方法で解決できない場合には、熱交換器を備えポ
ンプによってインクを還流するシステムを用いることが
できる。

【０１４０】（９）インクの熱伝導性：インク１０６の
熱伝導性として適切なことは、インクが十分なパワー拡
散管を構成することである。

【０１４１】（１０）インクチャネルの熱伝導性：イン
クチャネル押出し体の熱伝導性も適切なものとすること
ができる。

【０１４２】（１１）ヒートシンク構成：ヒートシンク
のサイズおよび構成は容易に変化させることができ、こ
れにより、最適な熱拡散が可能となる。ヒートシンク
は、少ないコストでシステムに及ぼす影響を少なく、比
較的大きなものとすることができる。このことは、ＺＩ
Ｊヘッド２００が固定されたフルページ仕様（すなわ
ち、記録紙がヘッド２００に相対して移動する）に特に
妥当することである。

【０１４３】（１２）高温：ＺＩＪヒータエレメント１
２１，１２２の動作温度は３００℃を越える。この際、
重要なことは、ＺＩＪチップ１００の駆動エレメント
（駆動トランジスタおよび論理回路）が、このような極
端な高温の影響を受けないことである。これは、駆動ト
ランジスタをヒータエレメント１２１，１２２からでき
る限り遠く離すよう配置することによって可能となる。
上記駆動要素をチップ１００の端部に配置することがで
き、これにより、ヒータ１２０およびアルミ接続線のみ
を高温領域に置くことが可能となる。また、適切な熱伝
達を得ることは、重大で潜在的な問題である。ヒータ１
２０は３００℃を越えるけれども、チップ全体の温度は
インク１０６の沸点（１００℃）以下に維持されなけれ
ばならない。ヒートシンク（５１，５２）からその周囲
への熱伝達は問題ではなく、チップ１００からヒートシ
ンク（５１，５２）への熱伝達が効率良く行われること
が重要である。

【０１４４】ヒータ駆動回路 キヤノン社製ＢＪ１０プリンタに用いられている走査型
インクジェットヘッドは、図３８に示されるように、ヒ
ータ６の配列によってエネルギーが与えられる６４個の
ノズルを有している。これらのノズルは、チップ上に集
積化されたダイオード８を用いて、８×８の配列に分け
られている。外部に設けられている駆動用トランジスタ
（図示せず）は、１グループ当り８個のヒータ６から成
る８グループ分のヒータ６を制御するために用いられ
る。

【０１４５】従来技術の手法は、大きなノズルの配列を
するに対して、いくつかの不都合を有している。第１
に、全てのヒータ電力は制御信号を介して供給されなけ
ればならず、これが為に、多数の比較的大電流接続が必
要とされる。同様に、外部接続の数は、非常に増大す
る。

【０１４６】好適な実施例であるＺＩＪチップ１００
は、そのチップ１００自体の上に複数の駆動トランジス
タおよびシフトレジスタを含んでいる。このことによ
り、下記の利点を持つ。

【０１４７】（１）外部回路を必要とすることなく、故
障許容性（フォールトトレランス）が廉価にて実行され
る。

【０１４８】（２）全てのヒータ電力は、信号レベルの
みを有する制御ラインと共に、２つの大きな接続である
Ｖ₊ および接地によって供給される。

【０１４９】（３）外部接続の数は、ノズル１１０の数
に関係なく、小さなものとなる。

【０１５０】（４）外部回路を簡略化することができ
る。

【０１５１】（５）外部の駆動トランジスタは必要な
い。

【０１５２】（６）従来技術においては２つのトランジ
スタと１つのダイオード８が用いられていたのと異な
り、各ヒータ１２１，１２２と直列に１つのトランジス
タのみが用いられる。このことにより、動作電圧のかな
りの縮減が可能となる。

【０１５３】しかしながら、この手法の不都合な点とし
て、ＺＩＪチップ１００の回路がより複雑となり、さら
に、より多くの半導体製造工程が必要とされるので生産
量が減少することが挙げられる。

【０１５４】図３９は、３２本の並列駆動ラインを有す
るＺＩＪチップ１００の論理および駆動回路を示す。こ
の３２本の並列駆動ラインは、３２：１のノズルデュー
ティーサイクルに対応する。イネーブル信号はタイミン
グシーケンスを供給するものであって、ノズル１１０に
含まれている３２個の各バンクを順番に吐出（ｆｉｒ
ｅ）させる。このイネーブル信号は、クロックおよびリ
セット信号によってチップ上で作られる。

【０１５５】図３９において、Ｖｄｄは＋５ボルトに、
Ｖｓｓは純粋な接地点に接続される。Ｖ₊ および接地は
様々な電流を含んだノイズを持っており、従って、これ
らが非常に低インピーダンスにてチップ１００に供給さ
れたとしても、論理回路には適さない。

【０１５６】図３９には、２つのノズル１１０のための
ヒータドライバ１２４が示されている。このドライバ１
２４は、２つのノズル（故障許容性はなし）のための２
つの個別ドライバ１６０および１６５から成り、シフト
レジスタによるデータ接続を示している。

【０１５７】各々のヒータドライバ１６０，１６５は以
下の４項目から成り立っている。

【０１５８】（１）データを適切なヒータドライバへシ
フトするためのシフトレジスタ１６１，１６６。このシ
フトレジスタ１６１，１６６はトランジスタの総数を減
少させるためダイナミック型とすることができる。

【０１５９】（２）低電力型のデュアルゲート・イネー
ブル・トランジスタ１６２，１６７。

【０１６０】（３）中電力型の反転トランジスタ１６
３，１６８。このトランジスタは、イネーブル・トラン
ジスタ１６２，１６７からの信号を反転してバッファす
ると共に、イネーブル・トランジスタ１６２，１６７と
結合してＡＮＤゲートを提供する。

【０１６１】（４）１．５ミリアンペアのドライブトラ
ンジスタ１６４，１６９。イネーブルライン上の静電容
量が非常に大であるので、上記ＡＮＤ機能はドライブト
ランジスタ１６４，１６９に組み入れられない。

【０１６２】１０２４（３２×３２）のノズルを有する
ＺＩＪヘッドにおいて、そのクロック周期はパルス幅と
同じである。なぜなら、３２ビットのデータはノズル吐
出の間に各シフトレジスタの中をシフトされなければな
らないからであって、これにより３２：１のデューティ
ーサイクルが生じる。図３９に示した回路は、ノズル数
が１０２４より少ないＺＩＪヘッドについてのみ適す
る。しかしながら、少ない数のノズルのみを有する場
合、能動回路はわずかな利点しか持たない。そこで、ダ
イオードマトリクスが用いられる。

【０１６３】ノズル数が１０２４より大であるより大き
なヘッドにとって、全てのデータを適切なノズルにシフ
トするために必要とされるクロックは、ヒータパルスよ
り短い周期を持たなければならない。図５に示した全幅
高速フルカラーＺＩＪヘッド２００において、５１２０
０ビットの情報は２００マイクロ秒内にそのヘッドにシ
フトされなければならない。このことは、約８ＭＨｚの
クロックレートを必要とする。それゆえに、シフトレジ
スタ１６１，１６６におけるデータは１２５ナノ秒の間
有効でありさえすればよい。しかし、そのデータは、
６．２５マイクロ秒ヒータパルスの全持続期間中にわた
って必要である。この問題に対する２つの解決策を述べ
る。そのひとつの解決策は伝達（トランスファ）レジス
タにあり、他の解決策はクロック休止（ポーズ）にあ
る。

【０１６４】図４０にはメインヒータドライブ回路１７
０に伝達レジスタ１７２を加えた配列が示されている。
この伝達レジスタ１７２を除くその他の要素は、図５０
に示した各要素に対応している。この配列は上記問題を
解決するうえで簡略な解法を提供することになるが、チ
ップ１００上の回路の量が増大するという不都合があ
る。１６００ビットのデータが各シフトレジスタ１７１
に８ＭＨｚにてシフトされる。イネーブルパルスが生じ
ると、そのデータは伝達レジスタ１７２へ並列的にロー
ドされ、そしてヒータパルスの持続期間中はそこで安定
となる。

【０１６５】伝達レジスタ１７２の余分なトランジスタ
を避けるためには、ヒータパルスの持続期間中、クロッ
クの流れに休止部を挿入する。このため、そのパルスの
持続期間中、データが変化することはない。このことは
図４１に示した通りである。この場合、１６００ビット
のデータは８．２５８ＭＨｚという僅かに速いレートに
てそのレジスタにシフトされる。その後、ヒータパルス
の周期である６．２５マイクロ秒の間、クロックに休止
が生じる。ヒータを構成する３２列の各々は、それぞれ
異なった時刻に駆動（ｆｉｒｅ）される。これら各列の
ためのクロックは、ヒータイネーブルパルスと共に一定
８．２５８ＭＨｚクロックをゲートすることにより、単
純に発生することができる。

【０１６６】図４２は、クロック休止部を組入れるＺＩ
Ｊドライブ回路１７７の１段を示してある。ＡＮＤゲー
ト１７８はクロック線とイネーブル信号線とに接続さ
れ、シフトレジスタ１６１（および１６６：図示されて
はいないが、１７９に接続されている）のクロック入力
端を駆動する。

【０１６７】この手法は、比較的複雑なデータタイミン
グをチップ１００に要求するという不都合がある。しか
し、このようなことは、図４５に示すようなＺＩＪデー
タ調整（フェージング）チップ３１０（後に説明する）
を注文設計することによって、廉価に供給され得る。

【０１６８】長いクロックライン：全冗長性（ｆｕｌｌ
ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）をもつ５１，２００のノズル
を備えた全幅カラーＺＩＪヘッド２００においては、２
２０ｍｍの長さにわたって分布している１０２，４００
のシフトレジスタ段（ステージ）がある。これらは、１
６００段のそれぞれにつき６４のシフトレジスタを持つ
よう構成されている。伝送線路効果および数多くのファ
ンアウトを必要とすることは、クロックが単一の線路に
よって駆動されるのを妨げる。幸運にも、クロックは短
期間に再生成される。もしクロックが３２回再生成され
たならば、各々のクロック区分はファンアウト数が５０
となり、また、６．８ｍｍの長さとなる。

【０１６９】図４３は、簡略なクロック再生成配列１８
０を示す。この配列には、対応するヒータドライバ１２
４にそれぞれ供給するためのシフトレジスタの鎖状配列
が含まれる。シュミットトリガ回路１８２は、許容ファ
ンアウト数によって決まる等間隔毎に、クロックライン
中に挿入されている。上記鎖状配列の中でシュミットト
リガ回路１８２が存在する所では図４３に示されるよう
に、次の対応するシフトレジスタ１８１は、鎖状配列さ
れた直前のシフトレジスタ１８１からではなく、一つ前
のシフトレジスタ１８１から、入力を行っている。この
ことにより、シュミットトリガ回路１８２によって課さ
れた遅延を補償する。

【０１７０】クロックの再生成は、各々の再生成段階に
おける伝播遅延（Ｔ_PD）の導入によって、質が落ちてい
く。もし、各々の再生成器の伝播遅延が実質的にクロッ
ク周期より短いならば、ＺＩＪ回路は依然として機能を
果たすであろう。その理由は、各段（ステージ）のシフ
トレジスタ１８１におけるデータは、再生成されたクロ
ックと遭遇するたびに、Ｔ_PDによって同様に遅延される
からである。従って、有効データ窓（ウインドウ）は変
化しない。クロックの周波数が８ＭＨｚのとき、Ｔ_PDは
１２５ナノ秒より小さくなければならず、かつ、シフト
レジスタの伝播遅延より大きくなければならない。これ
は容易に達成することができる。

【０１７１】どのようなディジタル回路であっても、立
上り時間と立下り時間の差（Ｔ_PLH−Ｔ_PHL ）は存在す
る。２μｍのＮＭＯＳ製ＺＩＪ回路において、これらの
時間はかなり大となる。その原因は、クロック再生成器
出力における高容量性負荷および受動的プルアップによ
るものである。Ｔ_PLH −Ｔ_PHL の値を５ナノ秒とするこ
とは適正な想定である。これらの条件のもとで、クロッ
クパルスはたった１３の再生成段の後に消失する。その
解決策は図４４に示すように、単安定マルチバイブレー
タを用いて各段毎にパルス幅を再生成することである。
図４４は本質的に図４３に対応するものであるが、クロ
ックラインにおける各シュミットトリガ回路１８２の後
に単安定マルチバイブレータ１８３を挿入してある点が
異なっている。

【０１７２】単安定マルチバイブレータ１８３によって
生成された実際のパルス幅は臨界的ではない。それは、
シフトレジスタ１８１により必要とされる最小パルス幅
（約１０ナノ秒）より長く、かつ、クロック周期（１２
５ナノ秒）より短くなければならない。この許容範囲
は、モノリシック回路における各要素値の不正確さを考
慮するうえで、重要である。

【０１７３】外部駆動回路 フルカラーＺＩＪヘッド２００は毎秒３２Ｍｂｙｔｅ
（８ＭＨｚ平均クロックレート×３２ビット）のデータ
レートを必要とする。このデータを７６００マイクロ秒
まで遅延しなければならないので、約１Ｍビットの遅延
記憶装置を必要とする。既に述べたクロックポーズシス
テム（図４２）がＺＩＪチップ１００のロジックを少な
くするために使用された場合、データは複雑なタイミン
グでＺＩＪチップ１００に供給する必要がある。

【０１７４】図４５はフルカラーＺＩＪヘッド２００の
全データ駆動法を示すブロック図であり、コンピュー
タ、複写機、または他の画像処理システムのような画像
データ発生器３００により、３２ビットバス３０１上に
カラーピクセル画像データが出力される。カラーピクセ
ル画像データは、通常、ラスターフォーマット（シア
ン，マゼンタ、イエローおよびブラック（ＣＭＹＫ））
で、各カラーの成分が同時にバス３０１に供給される。
各カラーのノズルをノズルとノズルを密接させ一つのカ
ラー上に他のカラーを同時にプリントするということは
不可能だから、異なったカラーデータはヘッド２００に
供給する前に適当に遅延させる必要がある。コンピュー
タ３００により生成された、バス３０１上に供給される
カラーデータは、１６００ｄｐｉのディジタルデータで
あるが、予め計算したスクリーンまたはディザを用いて
４００ｄｐｉの連続階調カラー画像をシミュレートす
る。

【０１７５】バス３０１は成分カラー（シアン、マゼン
タ、イエローおよびブラック）のブロックに分割され、
それぞれＺＩＪヘッドへ入力されている。マゼンタ、イ
エローおよびブラックのデータは、ライン遅延器３０
３、３０４および３０５によりそれぞれ遅延されてい
る。これらのカラーはヘッド２００の各画素に対しシア
ンの後、順番にプリントされるからである。アドレス発
生器３０２はライン遅延器３０３〜３０５にカラーデー
タを順次供給するのに使用されている。８．２５８ＭＨ
ｚのクロック３０６は全画素データを順次供給するため
に使用され、また、図４５に示すように電源群３０７が
ヘッド２００に接続されている。

【０１７６】１０、２０および３０ライン遅延器は１２
０ｎｓ未満のリード／モディファイ／ライトのサイクル
時間を有する３つの標準６４Ｋ×８ＳＲＡＭを用いて構
成される。遅延は、モジュロ１６０００、３２０００お
よび４８０００でアドレスをインクリメントする一方、
ＳＲＡＭをリードし、ＳＲＡＭへデータをライトするこ
とにより行っている。アドレス発生器３０２は簡単なモ
ジュロ１６０００のカウンタであり、各ＳＲＡＭのアド
レスの上位２ビットは別々に発生される。

【０１７７】図３３に示すように、各アレーのノズルが
千鳥状配列になっているので、各データラインに対する
遅延は異なってくる。一般的に、このような遅延を与え
るには標準チップを数多く必要とする。このため、ＺＩ
Ｊデータ調整器（フェーザ）ＡＳＩＣ３１０が各ノズル
アレー入力のバッファとして使用され、システムが複雑
にならないようにしている。ＡＳＩＣ１つで４色のどの
色の８ビットも遅延させるように構成することができ
る。

【０１７８】図４６は既に説明した１カラーに対して４
ノズルの例でノズル配列に好適なデータフェーザ３１０
のブロック図を示す。他のノズル配列を用いる場合は、
遅延時間は変更して適正な時間にしなければならない。
５０クロック遅延回路３１４、３１５および３１６は、
カラー選択入力３１３によって選択可能であり、また４
色のどれにも同一チップ３１０が使用できるような目的
で設けられている。カラー選択入力３１３はクロック遅
延回路３１４〜３１６のいずれかのデータ出力か、直接
データ入力３１２からのデータ出力かを選択できるマル
チプレクサを駆動する。

【０１７９】図４６に示すＡＳＩＣ３１０は極めて簡単
な構造であり、約５６Ｋビットのデータ記憶装置を必要
とする。これは従って標準セルかまたはデータパスコン
パイレーション法にもっとも好適である。

【０１８０】ＺＩＪヘッドへのデータコネクション３２
７は、必要な遅延の長さを決定する駆動順序に関係す
る。ここで、駆動順序はカラーを示す“ｃ”に指定され
た数（ブラック＝０、イエロー＝１、マゼンタ＝２およ
びシアン＝３）を加算することによって決定される。

【０１８１】イネーブルパルス発生器３２６はヒータ駆
動回路１２４（既に説明）へイネーブルパルスを供給す
るものである。

【０１８２】ＺＩＪヘッドのコスト 約５０００米ドル未満で売られるカラー複写機およびプ
リンタの巨大市場に、フルカラー全幅ＺＩＪヘッドを適
合させるには、そのヘッドの製造コストをできる限り安
くしなければならない。一般的に、各ヘッドに対する目
標価格は、成熟したプロセスを用いた場合、ボリューム
が約１００米ドル以下である。

【０１８３】ＺＩＪヘッド２００は本質的にシングルピ
ース構造であり、そのヘッドのコストのほとんど全部が
ＺＩＪチップ１００そのもののコストである。ＺＩＪチ
ップ１００のコストは、ウェハ当りの加工コスト、ウェ
ハ当りのヘッドの数、および歩留により決まる。

【０１８４】ウェハ当りの加工コストが約８００米ドル
とすると、ウェハ当りのヘッドの数は２５個であり、ヘ
ッド当りの前工程歩留（ｐｒｅ−ｙｉｅｌｄ）コストは
３２米ドルになる。

【０１８５】ヘッドのコストを１００米ドルであげるに
は、成熟した工程の歩留は約３０％でなければならな
い。しかし、フルカラー全幅ＺＩＪヘッド２００のチッ
プ領域は、８．８ｃｍ² のオーダーである。この大きさ
からすればチップの歩留はゼロに近くなるのではないか
と当業者であっても当初は信じるだろうが、いくつかの
要因があって、それほど予想歩留は低くならない。これ
らの要因をあげると、 （１）チップ１００の大部分はヒータ、ノズルチップ、
および接続線によりなり、このことはシリコンウェハの
点転位（ｐｏｉｎｔ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）に影響
を与えない。

【０１８６】（２）チップ１００の大部分の典型的な大
きさは３μｍ以上であり、非常に小さい粒子に対しても
比較的影響を受けない。

【０１８７】（３）ウェハエッチによる丸み、レジスト
エッジの盛り上がり、またはプロセスシャドーイングに
より影響を受けるおそれのある領域において、チップ１
００は、半導体加工ステップに左右されない（すなわ
ち、ノズルの近くにはアクティブな回路素子がない）。

【０１８８】ＺＩＪヘッドの故障許容度（フォールトト
レランス）に冗長性を与えることは歩留を改善するのに
望ましい。フォールトトレランスに冗長性を与えること
により非常に多くの欠陥の存在を許容することができ、
ノズルの動作に影響しない。冗長性を１００％にする必
要はないが、常に充分な歩留をあげる大きさまで、ヘッ
ドの非冗長領域を小さくする必要がある。フォールトト
レランスが歩留に及ぼす効果は後述する。フォールトト
レランスに関し、歩留を妥当なレベル以下にする要因が
幾つかある。要因の幾つかを挙げると、 （１）加工上のばらつき。加工上のばらつきによりエッ
チングの深さおよびシート抵抗といった加工パラメータ
が広い範囲で許容限度を越えてばらつき、その影響を受
けたウェハの歩留がゼロになる。一般に、これらのパラ
メータの許容値は生産設計段階でＺＩＪヘッド要求品質
に合致させられる。

【０１８９】（２）機械的損傷：ＺＩＪヘッドの機械強
度がどの設計でも加工応力に耐えるほど適正であれば、
ＺＩＪの設計を充分な強度をもつように修正可能であ
る。しかし、設計を変更すると、普通、チップ面積が犠
牲にされ、歩留が犠牲にされる。

【０１９０】（３）ウェハテーパ：ＺＩＪチップ１００
は、通常ノズル１１０のバックエッチングによるウェハ
テーパに極端に影響される。ウェハは加工前にテーパが
５μｍ未満になるように研磨する必要がある。

【０１９１】（４）すべり：チップ１００はウェハが全
体的に延びると、大きいすべり欠陥により歩留がゼロに
なる。特別な炉設計と加工技術を使用して、長い長方形
のウェハを収容することができる。

【０１９２】（５）エッチング深度：バレルのプラズマ
エッチングがヒータをエッチングしないように、ウェハ
全体に亘りエッチング深度は５％以内にしなければなら
ない。この許容値におさまらない場合は、特定のＺＩＪ
設計をエッチングのばらつきの影響が少なくなるように
修正する必要が生じる。

【０１９３】フォートトレランス（故障許容度） 既に述べたように、歩留はもちろん、ヘッドの寿命も長
くさせるために、フォールトトレランスの概念がＺＩＪ
チップ１００に含まれている。フォールトトレランスの
対策はＺＩＪチップ１００の製造コストの引き下げをは
かるために必要不可欠と考えられている。さらに、ここ
にいうフォールトトレランスの概念はＺＩＪチップ１０
０に特に好適であるが、ノズル当り２つのヒータを有す
る構造であると、同様な概念が他のタイプのＩＪヘッド
にも使用可能である。

【０１９４】フォールトトレランスの短所はチップが２
倍複雑になってしまうことである。しかし、ノズル１１
０の微細構造によりチップ面積が僅かに（約１０％）広
くなるに過ぎない。このことに起因する歩留の減少はフ
ォールトトレランスの導入による歩留の増加よりはるか
に小幅である。

【０１９５】ここで述べているＺＩＪシステムでは、フ
ォールトトレランスは、各ノズル１１０に対して二つの
ヒータ素子１２１および１２２を設けることによって導
入されている。ノズル１１０は環状でチップ１００の表
面にあるので、各ヒータ１２０は、その二つのヒータ素
子１２１および１２２がノズル１１０の互いに対向する
側に位置するように装着されていて、これらのヒータ素
子は同じ幾何学的形状を有することが好ましい。ヒータ
素子は、図４７（Ａ）および図４７（Ｂ）に示されるよ
うに、主ヒータ１２１と冗長（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）ヒ
ータ１２２とからなり、図１０に示される構造を使用し
ても良い。したがって、インク滴は、本質的に同じであ
るヒータ１２１または１２２によってノズル先端１１１
から吐出される。

【０１９６】フォールトトレランスのための冗長ヒータ
１２２の制御は主ヒータ１２１の駆動回路の駆動トラン
ジスタの電圧を検出することによってなされる。このノ
ードではノズル１１０が駆動される度に、ＨＩＧＨより
ＬＯＷへの変化が起こる。このノードの動作により、三
つの故障が検出される。

【０１９７】１．ヒータ断線：ヒータ１２１が断線する
と、ノードはＬＯＷを保つ。

【０１９８】２．駆動トランジスタの断線：これが発生
すると、ノードはＨＩＧＨを保つ。

【０１９９】３．駆動トランジスタの短絡：もし、トラ
ンジスタが短絡すると、ヒータが過熱し、断線して、ノ
ードはＬＯＷにとどまる。

【０２００】図４８は、ＺＩＪチップ１００の１つのノ
ズル用の駆動回路１８５および１８６を示し、このチッ
プ１００は、主ヒータ１２１の駆動トランジスタ１６４
のドレインからサンプリングするディジタル回路として
実現されたフォールトトレランスを有する。

【０２０１】ラッチ１８９は、ヒータ１２１の駆動が停
止したとき、ノードがＬＯＷになることによって検出さ
れた故障状態を記憶する。ラッチ１８９は、主ヒータ１
２１の駆動トランジスタ１６４の駆動信号が同様に入力
されるＡＮＤゲートに対しての出力を行い、ヒータ１２
１が作動中であるべきことを示す。他のＡＮＤゲート１
９０は駆動トランジスタの断線状態を検出する。二つの
ＡＮＤゲート１９０および１９１は冗長ヒータ１２２を
制御するために、ＯＲゲート１９２の入力に接続され
る。

【０２０２】演算回路のパルス幅および電圧は狭い領域
で安定しているので、図４８のディジタル回路は図４９
で示されるような、より単純なアナログ回路に置き換え
ることが可能である。この構成で、コンデンサ１９４お
よびダイオード１９６は、演算回路がＨＩＧＨからＬＯ
Ｗへ変化する度にパルスを発生する。このパルスは、主
ヒータ１２１の回路が作動中は、冗長ヒータ１２２の駆
動を禁止する。もし、主ヒータ１２１が故障すると、冗
長ヒータ１２２が、主ヒータ１２１が駆動されるべきタ
イミングで駆動される。

【０２０３】構成部品の値はパルスがヒータ作動時間
（６マイクロ秒）より長く、パルス繰り返し時間（２０
０マイクロ秒）より短くなるように決定される。このこ
とは、部品の許容値が大きいことを意味する。

【０２０４】ヒータ１２１および１２２、駆動トランジ
スタ１６４および１９３ならびに関連する接続はＺＩＪ
チップ１１０の面積の９０％以上を占めているので、こ
の領域にのみ冗長性をもたすことによって、かなりの程
度のフォールトトレランスが得られる。しかし、保護は
小領域欠陥に対してのみなされる。約１０μｍより大き
い直径の欠陥は故障を引き起こす。

【０２０５】フォールトトレランスは、ＺＩＪチップ１
００の回路の１００％冗長性を含むように、容易に拡張
できる。同時に、直径６００μｍまでの欠陥によるある
程度の故障のトレランスも得られる。これは、既に述べ
たシフトレジスタ１８１および駆動回路を二重に設ける
ことによって達成可能である。シフトレジスタ１８１は
チップ面積を大きくは占めないので、この二重化による
コストアップを歩留り向上によるコストダウンが上回
る。

【０２０６】図５０は完全冗長性をもたせたＺＩＪ駆動
回路の一段を示す。ここでは、主駆動回路１８７は二重
化され、同時に主回路１８７が作動中には冗長回路１８
８の駆動を禁止する回路（抵抗２５０およびコンデンサ
１９９）が付加されている。

【０２０７】図５１（Ａ）および（Ｂ）は広領域フォー
ルトトレランスを実現するＺＩＪチップ１００の小区間
の単純なチップの配置を示す。駆動回路の大領域故障は
修正されるが、小領域故障のみがノズル領域で修正され
る。これは主ヒータ１２１および冗長ヒータ１２２が同
一ノズル１１０に存在するためである。しかし、ノズル
領域は能動素子を含まず、たいていのマスク層で故障に
影響されない。

【０２０８】主回路かまたは冗長回路のシフトレジスタ
を破壊する欠陥は、次の駆動段はフォールトトレランス
がないということを意味する。また、主または冗長シフ
トレジスタのデータシーケンスでの故障の積み重ね（ｓ
ｔｕｃｋ−ｈｉｇｈ ｆａｕｌｔ）は、ＶｓｓとＶｄｄ
間が短絡するような、チップの故障を引き起こす。しか
し、このタイプの故障は考えられる故障の小さいパーセ
ンテイジを占めるにすぎない。

【０２０９】図５１（Ａ）および（Ｂ）に示されるよう
に、主回路１５６および１５８ならびに冗長回路１５７
および１５９のチップ１００上での対向配置は図５０の
回路に使用されると問題を起こす。その問題は予備駆動
トランジスタ１９３への電力接続が、図５２に示される
と同じように、チップ１００を横切ってループを形成す
ることである。このループはかなりのチップ面積を占
め、チップを横切る高電流トラックの総数を二倍にす
る。これは冗長ヒータ１２２と冗長駆動トランジスタ１
９３の直列接続を逆にすれば解決できる。これは、冗長
駆動トランジスタ１９３を制御するためのレベルトラン
スレータ２５７の導入を要求する。これは図５３に示さ
れ、ここでは、大領域フォールトトレランスのために設
計されたＺＩＪ駆動回路の一段が示されている。

【０２１０】チップの表面の約５０％が駆動トランジス
タ１６４および１９３とヒータ１２１および１２２の間
のアルミニウム接続で占められている。これらの接続は
微小幅の線を用いているので、欠陥の発生する可能性も
高い。表３は影響を受けるヘッド回路がただ一つ欠陥を
有すると考えた場合の起こり得る故障状態とその結果を
示す。

【０２１１】表３に列挙されている各状態は、二つの主
駆動トラックが短絡する場合を除いては、フォールトト
レランスがある。これは各主駆動トランジスタ１６４と
そのヒータ１２１の間にヒューズを挿入することによっ
てフォールトトレランスが得られる。しかし、このヒュ
ーズは精度が非常に高い必要があり、ヒータ電流が二倍
で溶解するが、一倍では溶解してはならない。もっとエ
レガントな解決策は主駆動トラックを冗長駆動トラック
で挟み込むことである。この構成は二つの主駆動トラッ
クを短絡するのに必要な欠陥サイズを三倍だけ増やす。
このような構成はこの発生源による欠陥密度を九倍だけ
低下させる。

【０２１２】前記のような、フォールトトラレンスを実
行するための構成は、ノズルレベルでは、ヒータ１２０
を二重化することによってなされる。しかしこれは、も
しノズル１１０が閉塞すると、正確な動作は保証されな
い。もしこれが起こるとチップレベルで、図５４に示さ
れるようにノズルアレーの二重化によってフォールトト
レランスを得ることが必要となる。

【０２１３】ここでは、冗長ノズルのＺＩＪチップ４５
０が示され、これは主シアンノズルアレー４５１、冗長
シアンノズルアレー４５２、および同様に、マゼンタ
（４５３、４５８）、イエロー（４５５、４５６）およ
びブラック（４５７、４５８）の同様な構成のアレー有
する。この構成で、主アレーのノズルの一つが故障する
と、冗長アレーの対応するノズルを駆動する。これは、
図５４で説明され、ここでは、主シアンノズル４５１Ａ
がスイッチ４６０を介して給電されたヒータ４６１によ
り駆動され、冗長シアンノズル４５２Ａも同様なヒータ
４６３とスイッチ４６２により駆動される。スイッチ４
６０と４６２を接続しているのは主シアンノズル４５１
Ａの故障を検出する故障検出器４６４であり、これがス
イッチ４６２へ駆動パルスを入力する。アレー４５１に
対するアレー４５２の物理的変位のため、チップ４５０
を横切る紙の相対的な移動に関する時間と動きの両者ま
たはそのいずれかを補償する必要がある。これは並列負
荷のシフトレジスタ４６５により可能であり、このシフ
トレジスタは一列のノズルに発生する故障のすべてを検
出し、そのデータ出力を直列データの流れとしてシフト
する。この直列データは適当な数のラインディレイによ
り遅延された後、直列−並列変換シフトレジスタに入力
され、そこでこのデータは冗長スイッチ４６２により冗
長ヒータ４６３を起動するのに使われる。

【０２１４】システムレベルのフォールトトレランスは
図５６に示すようなやり方で得られ、そこでは二つのサ
ーマルインクジェットチップ４７０および４７５が隣あ
って配列されている。チップ４７０は主デバイスとして
動作し、チップ４７５は冗長デバイスとして動作する。
従って、アレー４７１ないし４７４は既に述べたような
方法でアレー４７６ないし４７９により補償される。し
かし、この構成では各ノズル４８０は、故障検出器４８
２および補償器４８３を以前のように用いて、対応する
ノズル４８１へ接続しなければならない。これは故障デ
ータを主チップ４７０よりシフトし、それを遅延し、さ
らに冗長チップ４７５のノズルを駆動するために使用す
ることによって達成される。

【０２１５】ダイシングおよび取り扱い ＺＩＪチップ１００は非常に長く薄いうえに、エッチン
グにより貫設された多数の穴を有するので、チップ１０
０の機械的強度は、従来法で歩留りの高いダイシングを
可能にするには不十分である。

【０２１６】ダイストバックエッチ（ｄｉｃｅｄ ｂａ
ｃｋ ｅｔｃｈ）を使用する簡単な解決法が図５７に図
示されている。図５７では、チャネル１４７はウェハ１
４９の背面にエッチングにより、そのほとんどがウェハ
を貫通して形成されている。次いで、ウェハ１４９は前
面に刻み目１４５を形成される。チャネル１４７はイン
クチャネル１０１とノズル路（バイア）１１０とをエッ
チングするのに使用されるのと同じ工程を使用してエッ
チングすることができる。ダイスライン１４５に沿うバ
イア１４６の間隔を調整して取り扱いのための強度とダ
イシングの容易性とのバランスを最適にすることができ
る。ＺＩＪチップ１００が分離される前にダイシングに
より切り落とされなければならない。タッグ１４８が、
例えば５ｍｍ幅であるならば、２２０ｍｍのヘッドに対
するウェハの長さは２３０ｍｍにしなければならない。
ウェハ１４９は種々の化学処理工程中、これらのタッグ
１４８によって支持して処理の「影」（シャドウ）によ
りＺＩＪチップ１００の領域が影響を受けるのを防止し
ている。

【０２１７】リソグラフィー 全幅カラーＺＩＪチップ１００の大きさは約２２０ｍｍ
×４ｍｍであり、ピクセル当り１ノズルに対しては３μ
ｍ、ピクセル当り４ノズルに対しては２μｍのように、
依然として非常に細い線幅を要求している。レジストパ
ターンを作像する際に焦点と解像力を維持することは困
難ではあるが、現在の技術の限界内である。

【０２１８】全ウェハ投影印刷（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ
ｐｒｉｎｔｉｎｇ）または光学ステッパのいずれも使
用することができる。両方とも、長軸に２２０ｍｍの移
動ができるようにするにはステージに変更を加える必要
がある。

【０２１９】１：１投影印刷では、走査投影印刷機は非
常に長いマスクを許容するようにマスク輸送機構を整合
させるように変更される。マスク上の粒子により惹き起
される欠陥は１：１の比率で投影され、焦点があわされ
ているので、同じ欠陥レベルを達成するのにより清浄な
条件が要求される。１：１印刷機は、また、２２０ｍｍ
×１０４ｍｍの像面積のマスクを要求する。このため、
マスク作製方法に変更を加える必要がある。このサイズ
の解像度２μｍのマスクの作製は大容量製造について可
能であるが、小容量でも非常に高価である。これらの理
由から、ステッパ形状を検討する必要がある。

【０２２０】５：１縮小ステッパを使用すると、走査投
影印刷機にまつわる問題、特に非常に大きなマスクの製
造にまつわる問題、のいくつかおよびマスクの粒子汚染
が減少する。しかしながら、新しい問題がいくつか起き
ている。まず、１０ｍｍ×８ｍｍの異なる作像面積が使
用される。そして、全幅ウェハは２２×１３工程で像形
成することができる。これにより、印刷に全体として約
２５０秒かかる全２８６工程が提供される。

【０２２１】ＺＩＪチップ１００の製造には約１０の作
像工程が必要とされるので、ウェハ当りの全露光時間は
約２５００秒にもなり得るため、実質的にそのような装
置の生産速度が低下する。また、ステッパを使用すると
以下の２つの問題が生じ、ＺＩＪチップのデザインに影
響を与える。

【０２２２】１．ＺＩＪチップ１００は一つの軸線にお
いてステップサイズよりも長い。

【０２２３】２．マスクはウェハの露光中、容易に変え
ることができないので、全てのヘッドに一つのマスクを
使用しなければならない。

【０２２４】これらの問題のうち、第１のものは、繰り
返しパターンを使用し、その繰り返しブロックの周辺に
おける整合が臨界的に重要ではないことを保証すること
によって克服することができる。ウェハ１４９は一方向
のみにダイシングされるので、繰り返しブロックは矩形
である必要はないが、ノズルのような極端な形状を避け
ることができる。マスクパターンの左右両端は、それら
が相互に整合する限り、全く不規則でもよい。

【０２２５】また、各信号線はボンディングパッド２０
７，２２３において終結していなければならず、これら
のボンディングパッド２０７，２２３は、典型的には、
チップ１００の側端に配置されている。これにより、Ｚ
ＩＪチップ１００の側端は、通常、ＺＩＪチップ１００
の中央パターンとは異なるパターンで像形成されること
が要求される。これは、マスクをブレーディングしてボ
ンディングパッドと付随する回路をチップの最初の露光
以外の全てに対して曇らせることにより達成される。

【０２２６】図５９は全幅連続階調カラーＺＩＪチップ
１００用のステッパマスクの基本的なフロア設計または
チップのレイアウトを示し、全面フォールトトレランス
の完全な冗長性を含んでいる。図５９の拡大部分は不規
則なマスク境界２５８を示す。

【０２２７】ＺＩＪ製造方法 ＺＩＪチップ１００は標準的半導体処理方法とよく似た
方法で加工することができるが、いくつかの余分の加工
工程が必要である。これらは、正確なウェハ厚制御，Ｈ
ｆＢ₂ ヒータ素子の蒸着，ノズルチップのエッチング，
インクチャネルのバックエッチングおよびノズルバレル
のバックエッチングである。

【０２２８】２層（ｌｅｖｅｌ）金属を用いた２μｍＮ
ＭＯＳ法が採用されているのは、画素当り４ノズルの基
礎であるからである。ＣＭＯＳ法またはバイポーラ法も
使用することができる。

【０２２９】ＩＪヘッドを走査するためのウェハの製造
は、背面も正確に研磨する必要があることとウェハ厚を
５μｍ以上に維持する必要があること以外は、標準的半
導体装置用のものと同様である。これは、ウェハの両側
がフォトリソグラフィにより処理され、反対側からのエ
ッチング深度が重要であるためである。

【０２３０】全幅固定ＺＩＪチップは、ヘッドを走査す
るのに使用されるチップとは異なるウェハの製造が必要
である。これは、Ａ４頁をプリントすることができるた
めには、ＺＩＪチップは長さ２１０ｍｍ以上、Ａ３頁に
対しては長さ２９７ｍｍ以上でなければならないからで
ある。これは、典型的シリコン結晶のシリンダよりもず
っと幅広である。ウェハはこのシリンダを軸方向にスラ
イスして必要とされる長いチップを提供することができ
る。

【０２３１】ウェハを研磨すると、得られたウェハは、
一般に、約６００μｍ厚である。得られたウェハは約２
３０ｍｍ×１０４ｍｍ×６００μｍ厚の矩形である。こ
のウェハの上に約２５の全色ヘッドを加工することがで
きる。そのようなウェハは図５８のウェハと外観が類似
している。長さ２３０ｍｍ，径６インチのシリンダを使
用して歩留りが失われる前に最大２６００個の全幅全色
ヘッドを製造することができる。

【０２３２】ＺＩＪプリントチップ１００は１ピース構
造であるためと、露光にステッパを使用しているため
に、ウェハの平坦性の要求はトランジスタ製造法よりも
厳しくはない。ウェハは背面のりん拡散を使用してゲッ
タリングすることができるが、背面のダメージが生じる
ことがあるので、推奨されない。これは、背面が引き続
きエッチングされるからである。

【０２３３】ＺＩＪチップ１００のウェハ加工は、ヒー
タ蒸着とノズル形成に必要とされる特殊な方法の組み合
わせおよび駆動電子回路製造に使用される標準方法を使
用する。ＺＩＪチップ１００のサイズは駆動トランジス
タ１６４，１９３ではなく、主にノズル１１０によって
決まるので、非常に精密な方法を使用するサイズ上の利
点はない。本明細書において開示された方法は２μｍ自
己整合ポリシリコンゲートＮＭＯＳ法に基づいている
が、ＣＭＯＳやバイポーラのような他の方法も使用する
ことができる。ここに開示されたプロセスサイズは高密
度４色ＺＩＪヘッドのノズル１１０に必要とされるイン
タコネクト密度に適合する最大サイズである。これも金
属の２つの層（レベル）を必要とする。金属の２つのレ
ベルはより単純なヘッドに必要とされることがあるが、
これは、大電流トラックがチップを横断して形成され、
非常に長いクロックトラックがチップに沿って形成され
ているからである。

【０２３４】ＺＩＪノズル１１０の形成に必要とされる
ウェハ加工工程は駆動トランジスタに必要とされる工程
といり混じっている。駆動トランジスタに使用されてい
る方法は当業者に公知のように標準的なものであっても
よいので、本明細書においてそのような工程を特定する
必要はない。

【０２３５】ＺＩＪチップ１００のウェハ加工は図６０
〜図６９に図示される。図６０〜図６９は、図９に図示
された断面線に対応する単一ノズルの断面を示す。図６
０〜図６９はノズルアレイの外側（ｏｕｔｂｏａｒｄ）
に配置された対応する同時構造も示している。

【０２３６】まず、図６０を参照すると、サーマルＳｉ
Ｏ₂ の０．５μｍ層１３２がｐ型ドープ基板１３０上に
成長させられる。これに駆動回路に必要なものと熱分路
バイア（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｕｎｔ ｖｉａｓ）４０
０とがパターン形成される。

【０２３７】次に、図６１を参照すると、基板１３０上
に薄いゲート酸化物が熱的に成長させられる。こうする
と、熱分路１４０の基板１３０への電気的接合に影響を
与えるが、熱伝導にはほとんど影響しない。ポリシリコ
ンを堆積してトランジスタのゲート４０３とインタコネ
クトとが形成される。トランジスタのドレインとソース
はポリシリコンゲート４０３をマスクとして使用してｎ
型ドープされている。これは、また、熱分路接続部４０
３を基板１３０にドープする。ＨｆＢ₂ の０．５μｍ層
を堆積してヒータ１０２が形成される。アルミニウムの
０．５μｍ層を基板１３０に堆積して金属１３４の第１
層が形成される。ヒータと第１層金属１３４を合わせた
パターンがレジストに形成され、燐酸硝酸塩エッチング
剤でウェットエッチングされる。ＨｆＢ₂ 層はアルミニ
ウムをマスクとして使用して反応性イオンエッチング処
理される。このエッチングは、米国特許第４８８９５８
７号公報に記載されているように、ＣＣｌ₄ （四塩化炭
素）のようなハロゲン性ガスを用いて行われる。これに
より、ウェハは、図６１に図示された段階になる。マス
クは接地共通トラック４０５とＶ₊ 共通トラック４０５
を示す。

【０２３８】次いで、レジストにヒータ素子１２０を露
光するパターンが形成され、燐酸硝酸エッチング剤でウ
ェットエッチング処理される。そうすると、ウェハは図
６２に図示されるものとなる。図６２はまたアルミニウ
ムの下のヒータ接続電極４０７とＨｆＢ₂ ４００とを示
している。

【０２３９】前記の工程に従うと、ＨｆＢ₂ の５００Å
厚層が金属１３４の全ての第１層の下に生じる。これは
制御回路における全てのＦＥＴのソースとドレインへの
接続ならびにショットキーダイオードを含む。必要なら
ば、他のマスキング，ＲＩＥエッチングをアルミニウム
の堆積前に使用して、望まない領域からＨｆＢ₂ を除去
することができる。

【０２４０】図６３は層間（インターレベル）酸化物１
３６の形成を説明している。これは約１μｍ厚のＣＶＤ
ＳｉＯ₂ 層である。この層の厚さはヒータ１２０と熱分
路１４０との間に必要とされる伝熱遅れ（ｔｈｅｒｍａ
ｌ ｌａｇ）によって決めることができる。図６３はこ
の工程の後のウェハ断面を示す。図６３において、符号
４１０は熱分路バイアであり、４１１はノズルキャビテ
ィ、４１２はトランジスタに接続するためのバイア、４
１３はヒータ接続バイアである。

【０２４１】図６４を参照すると、第２層（レベル）金
属１３８は０．５μｍアルミニウム層として形成され
る。この層はヒータ１２０，ヒータ接続部４１６および
駆動回路用接続部４１５に対する第２層の相互接続部１
４４と熱分路１４０との両方が形成されている。２つの
レベルの金属は画素当り１つのノズルを持つＺＩＪヘッ
ドには必要であるとは思えないが、画素当り４つのノズ
ルを持つ高速カラーヘッドには必要であることはあり得
る。この層の厚さおよび材料は特定の用途に応じてヒー
タチャンバの熱的要求に合うように変えることができ
る。

【０２４２】図６５を参照すると、ＣＶＤガラスオーバ
ーコート１４２が約４μｍの厚さに適用される。ＰＥＣ
ＶＤのような低温ＣＶＤ法を使用することができる。こ
の層は非常に厚く、ノズルチップ４１７に対して機械的
強度ならびに環境からの保護を与えている。ＳｉＯ₂ エ
ッチング種で４μｍガラスオーバーコートを貫通して直
径１７μｍの穴がＲＩＥエッチング処理により形成され
る。これにより、ノズル先端４１７の頂部が形成され、
図６５に図示された構造が完成される。

【０２４３】ＳｉＯ₂ のＲＩＥによって形成された穴
（４１７）は、シリコンエッチングガスを使用してさら
にＲＩＥを行うことにより、少なくとも３０μｍ延長さ
れる。この場合、ＳｉＯ₂ オーバーコートはＲＩＥマス
クとして使用される。ＲＩＥは比較的に非選択的である
ので、ＳｉＯ₂ オーバーコートのかなりの量が犠牲にな
る。例えば、エッチング速度が５：１（Ｓｉ：ＳｉＯ
₂ ）であるならば、ＣＶＤガラスオーバーコートは１０
μｍの深さまで堆積されるため、シリコンのエッチング
後４μｍが残留する。この穴（４１７）はできるだけ深
くエッチングして、ノズルバレル（１１３）のバックエ
ッチングの深さの正確さの要件を最低限に下げることが
できる。垂直に近い側壁を得るのに反応性イオンエッチ
ングが使用される。

【０２４４】ウェハは約２００μｍの厚さまでバックエ
ッチング処理される。しかし、実際の厚さは重要ではな
く、厚さの変動が重要である。ウェハは厚さの変動がウ
ェハ全体で±２μｍ未満となるようにエッチング処理す
る必要がある。

【０２４５】もしもこれが達成されないと、その後、ノ
ズルをバックエッチング処理する方法がヒータをオーバ
エッチングして破壊することがないよう保証するのは困
難である。

【０２４６】４色ヘッドに対する次のステップは、図６
（Ａ）〜（Ｄ）に示した方法でチップ１００の表面の裏
側にあるインクチャネル１０１のＲＩＥエッチングであ
る。これらのインクチャネル１０１は幅がおよそ６００
μｍ、深さがおよそ１００μｍである。これらのインク
チャネル１０１はＺＩＪチップ１００の動作にとって必
須のものではないが、２つの利点がある。すなわち、チ
ャネル１０１はフィルタ中のインクの流量を約８ｍｍ／
秒から約２ｍｍ／秒へ減少させる。この流量の減少は、
フィルタを別にＺＩＪヘッド２００に置くことによって
も達成できる。またチャネル１０１により、ノズル１１
０をエッチングすべき深さは１９０μｍから９０μｍに
減少する。ノズルバレル１１３は直径が４０μｍあるの
で、エッチングすべき深さは、ノズルバレル１１３の長
さ対直径比に、大きな影響を与える。

【０２４７】しかし、インクチャネルバックエッチング
４２０は、ウェハの強度を実質的に弱める欠点がある。
希望するならば、このステップは省略できる。

【０２４８】インクチャネルバックエッチング工程は、
前に図５７に示した方法を使い、ダイスライン（ｄｉｃ
ｅ ｌｉｎｅｓ）に沿ってウェハの厚さを薄くするのに
も使用できる。

【０２４９】次のステップのエッチングの深さ、つまり
ノズルバレルのバックエッチング４１９の深さは、ノズ
ルバレル１１３がノズルの先端４１７（１１１）と適宜
に結合して熱作用室（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｈａｍｂｅ
ｒ）を構成するのに非常に重要である。この問題の解決
策は、光学的分光分析によるエッチング終点検出法を採
用することである。基板の正面からあらかじめエッチン
グされたノズルの先端４１７を化学的に検出可能なしる
し（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）で満たし、排出ガスを発光分
光分析器でモニタすることにより、化学的エッチング停
止信号を発生させることができる。ノズルバレル１１３
は、シリコンを異方性反応イオンエッチングして形成す
る。直径４０μｍの穴（後で等方性プラズマエッチング
で６０μｍに拡大される）が、ウェハの裏面からシリコ
ン内へ７０μｍの深さにエッチングされる。これらの穴
はあらかじめエッチングされた深さ１００μｍのインク
チャネルの底にある。ウェハの厚さは２００μｍに薄く
されるので、これらの穴はシリコンの表面から３０μｍ
以内にエッチングされる。

【０２５０】分光分析器から終点４２１の検出信号が出
ると、たとえ、いくつかのノズルが先端と結合していな
くても、エッチングは停止する。この理由は、次のステ
ップ（露光したシリコン全体の１０μｍ等方性エッチン
グ）で、約１２μｍ以内のすべてのノズルが先端と結合
するからである。図６６はこのステップの終了時点での
ＺＩＪチップを示している。

【０２５１】ウェハ全表面でエッチングの深さが均一で
あることは重要である。許容限度は、主に、チップの表
面からエッチングされる１８μｍの穴について達成でき
る各穴の深さに依存する。表面からエッチングされる穴
が３０±２μｍの深さにエッチングされる場合、ウェハ
の厚さは２００±２μｍ、インクチャネルバックエッチ
ングの深さは１００±４μｍ、全体のシリコンの等方性
エッチングは１０±１μｍ、最大結合距離（ｍａｘｉｍ
ｕｍ ｊｏｉｎｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）は１２μｍ
および、ノズルバレルとヒータとの最大距離は１０μ
ｍ、累積許容限界は、ノズルバレルのエッチングが７０
±４μｍでなければならないことを意味する。もし表面
エッチングが３０μｍよりも深くできるならば、これら
すべての許容限界の制限を緩和できる。バックエッチン
グ工程の表面工程に対する位置合わせ精度はノズルバレ
ルと先端の位置合わせがそれ程重要ではないので、±１
０μｍ以内であればよい。

【０２５２】これらの許容限界の累積効果は図６７に図
示される。図６７に示したクロスハッチを施した領域４
２４は最終的なノズルの形状での不確定領域であり、シ
ングルハッチングを施した領域４２３は、これらの許容
限界を使って求めたノズルバレルのノズル先端に対して
の結合の安全限界を示している。安全限界が必要なの
は、反応性イオンエッチングでは、底が完全に平坦な穴
が残らないためである。チャネルがこの図で示すには、
あまり大きいので、ウェハの不確定領域の厚さ（２００
±２μｍ）とチャネルのエッチング（の深さ）（１００
±４μｍ）とを合わせてひとつの１００±６μｍの厚さ
の数字とした。

【０２５３】このステップでは、別の小さな問題が存在
する。これらの問題には、レジストが、７０μｍのＲＩ
Ｅでも維持されるように、非常に厚くなければならない
こと、エッチングは深くて狭いので使用済のエッチング
剤の除去に問題あること、インクチャネルの壁で投影パ
ターンに影ができるのを防止すべきこと、段状の表面を
レジストで適切におおわなければならないこと等の問題
が含まれる。インクチャネルの壁のエッチングは許容さ
れるのでこれは重要でない。

【０２５４】しかし、ノズル１１０の後端の実際の形や
寸法は重要でない。このため広範な別の解決方法を採用
できる。必要なことは、最小限の機械的な強さが保持さ
れ、インクの毛管現象を生じる形を形成することであ
る。いくつかの可能な代替策は以下のようである。

【０２５５】・次第に狭くなるバレル１１３に関し、多
ステージＲＩＥが使用可能である。多ステージＲＩＥは
使用済エッチング剤の堆積することとレジスト層が厚い
という問題は回避できるが、さらに多くの処理ステップ
が含まれる。

【０２５６】・穴と穴との間の空間を最大限にするよう
にグループ化されたノズルに関し、ノズル１１０のいく
つかを包含する広い穴のエッチング。これにより機械的
強度が維持される。これは、図７０に図示されている。

【０２５７】ＺＩＪウェハ全体では、露光したシリコン
全体に１０±１μｍの等方性プラズマエッチングが行わ
れる。これには、２つの目的がある。第１の目的は、ヒ
ータ１２０の領域にある熱二酸化シリコン１３２をアン
ダーカット４２５を施して熱作用室１１５を形成する。
また、これによりノズルバレル１１３とノズルの先端１
１１との結合を確実にする。これは、バレル１１３の広
がり４２６から生じる。ウェハがその両面をエッチング
されるので、１８μｍ（（１０−１）μｍの２倍）以内
のまだ結合していないバレル１１３と先端１１１がすべ
て結合しなくてはならない。約１２μｍ以内の未結合の
バレルおよび先端は結合されたバレルおよび先端と同様
に作動する。これにより、バレルの裏面エッチング４１
９の精度条件を緩和する。

【０２５８】エッチングはシリコンに対しては高度に選
択的でなければならないし、熱二酸化シリコンに対する
エッチング速度は無視できる程でなければならない。そ
うでない場合、ヒータ絶縁層は破壊されるであろう。こ
の結果図６８に図示した構成になる。

【０２５９】次に、ボンディングパッドを露出するた
め、４μｍのガラスのオーバーコート１４２をエッチン
グしなければならない。これはノズル先端シリコンエッ
チングの前におこなってはならない。選択性が劣るので
アルミニウム層１３９を通した３０μｍのＲＩＥシリコ
ンエッチングが行われることになるからである。

【０２６０】その後、ＺＩＪチップ１００に、０．５μ
ｍのタンタルあるいは別の適切な材料の層１４４でパッ
シベーション層をつくることができる。適合性の高いコ
ーティングを実現するのは難しいが、パッシベーション
層の厚さの不規則性は、ＺＩＪチップ１００の性能には
実質的な影響を及ぼさない。

【０２６１】ＺＩＪチップは電気的出力がないので、実
際の機能テストは、デバイスにインクを満たし各ノズル
１１０を駆動させるパターンプリンティングを行うこと
によって実施できる。これはマルチプローブ時間では行
えない。マルチプローブ時間でチップ１００の機能テス
トを行う効果的方法は、各ヒータ１２０を順に駆動して
Ｖ₊ を接地して消費電力を測定することである。各ヒー
タ１２０を駆動するたびに電流パルスが必ず発生する。
これは無視できる程の零入力電流が流れる別離回路であ
るのでこれらのパルスは容易に検出される。したがって
動作中のヒータと冗長回路の全体のパターンは約１秒で
安価な設備を使って決定できる。したがって、ウェハ全
体を１分間以内でマルチプローブできる。動作ヒータと
動作しないヒータのパターンは、コンピュータに読み込
まれ、プロセス統計をコンパイルし、局所品質管理問題
を検出するのに用いられる。

【０２６２】スクライブは、エッチングされたダイスチ
ャネル（ｄｉｃｅ ｃｈａｎｎｅｌ）１４７の上面に沿
って行われる（図５７参照）。ＺＩＪチップ１００を分
離する前にハンドリングのためのエンドタブ（ｅｎｄ
ｔａｂｓ）１４８を切り離さなければならない。チップ
１００は、ヘッドアセンブリ２００の適宜の場所に接着
されテープ自動ボンディングにより、チップの両端に沿
って１本のテープで接続される。あるいは、チップ１０
０の高電流要求使用（ｈｉｇｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅ
ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）を満足するに十分な長さのワイ
ヤがボンディングされるなら、標準ワイヤボンディング
が使用できる。図６９は完成したデバイスの断面を図示
している。

【０２６３】図７１は、図１５に示した構造のＺＩＪチ
ップに用いられる典型的なコンポーネントの平面図であ
る。図７２ないし図１０２は、異なる製造工程にある図
８２の中心線を通る縦断面図である。

【０２６４】図７２：製造工程は、約２５オームｃｍの
抵抗にドープされたｐ_- 型の標準のシリコンウェハを用
いて開始する。

【０２６５】図７３：約０．１５μｍ厚の窒化珪素５０
１の層は、ウェハ５００上に成長される。これは、標準
ＮＭＯＳプロセスである。

【０２６６】図７４：第１のマスク５０１は、硼素注入
するための窒化珪素５０１のパターニングに用いられ
る。

【０２６７】図７５：ウェハ５００は、類似トランジス
タの形成を防ぐために硼素がフィールド５０３に注入さ
れる。

【０２６８】図７６：約０．８μｍ厚の熱酸化物層５０
４は、硼素注入フィールド５０３上に成長される。

【０２６９】図７７：残留窒化珪素５０１が除去され
る。

【０２７０】図７８：これは、デプリーションモードト
ランジスタ用の領域５０５を形成するために砒素を注入
する標準ＮＭＯＳプロセスである。この工程は、レジス
トのスピン堆積，第２のマスクを介したレジストの露
光，レジストの現像，砒素の注入、およびレジストの除
去を含む。

【０２７１】図７９：０．１μｍのゲート酸化物５０６
は、熱的に成長する。これは、標準ＮＭＯＳプロセスの
一部であり、フィールド酸化物の厚みを０．９μｍにま
で増加させる。

【０２７２】図８０：１μｍのポリシリコン層は、化学
的気相堆積を用いてウェハ５００全体の上に堆積され
る。

【０２７３】図８１：ポリシリコン５０７は、第３のマ
スク５０８を用いてパターン化される。ウェハ５００
は、レジストを用いてスピンコートされる。このレジス
トは、第３のマスクを用いて露光され、現像される。次
に、ポリシリコン５０７は、アンダーカットを低減する
ために、異方性イオンで促進されるエッチングを用い
て、エッチングされる。

【０２７４】図８２：ゲート酸化物５０６は、第３のマ
スクのポリシコンエッチによって露出された部分をエッ
チングされる。これにより、エッチ拡散窓５０９が形成
され、厚み０．８μｍが除去されてフィールド酸化物５
０４が薄くなる、結果となる。

【０２７５】図８３：約１μｍ深さのＮ⁺ 拡散領域５１
０は、拡散窓５０９中に形成される。

【０２７６】図８４：１μｍ厚のガラス層５１１は、化
学的気相堆積を用いて、堆積される。

【０２７７】図８５：ＣＶＤガラス５１１は、ポリシリ
コン５０７，拡散領域５１０に、およびヒータ領域内に
接続することを必要とされる部分を、エッチングされ
る。接続領域５１２が形成される。このプロセスは、標
準のＮＭＯＳプロセスと異なっており、この標準ＮＭＯ
Ｓプロセスでは、そのエッチングの深さは、ヒータの下
に残存する熱ＳｉＯ₂ ５０４の好適量が存在するよう
に、コントロールされる。

【０２７８】図８６：０．０５μｍのＨｆＢ₂ 層５１３
は、ウェハ５００の上に堆積される。これは、標準ＮＭ
ＯＳプロセスではない。

【０２７９】図８７：ＨｆＢ₂ 層５１３は、エチャント
としてＣＣｌ₄ を用いてイオンで促進されるエッチング
によりエッチングされる。ここでは、ヒータ５１４を露
光する。この工程では、レジストのスピンコーティン
グ，第５のレベルのマスクへの露光，レジストの現像，
イオンで促進されるエッチング、およびレジスト剥離、
を必要とする。

【０２８０】図８８：アルミニウムからなる１μｍの第
１金属レベル５１５は、ウェハ５００の上に蒸着され
る。

【０２８１】図８９：第１金属層（レベル）５１５は、
第６レベルのマスクを用いてエッチングされる。この工
程では、レジストのスピンコーティング，第６のマスク
への露光，レジストの現像，プラズマエッチング、およ
びレジスト剥離、を必要とする。ＨｆＢ₂ 層は、たった
０．０５μｍであり、金属５１５がエッチングされる時
に露光されるので、このエッチングは、ＨｆＢ₂ の上に
充分に選択的でなければならない。

【０２８２】図９０：１μｍのガラス層５１６は、ＣＶ
Ｄを用いて堆積される。

【０２８３】図９１：第７レベルのマスク用のパターン
コンタクトは、二重レベルの金属を有する２μｍのＮＭ
ＯＳ用の標準コンタクトエッチングを用いて、行われ
る。この工程では、レジストのスピンコーティング，第
７のマスクへの露光，レジストの現像，イオンで促進さ
れるエッチング、およびレジストの剥離、を必要とす
る。

【０２８４】図９２：アルミニウムからなる１μｍの第
２レベルの金属層５１７は、ウェハ５００の上に蒸着さ
れる。この金属層５１７により、コンタクトの第２レベ
ルが与えられる。これが必要とされるのは、高配線密度
がヒータ５１４に必要であるからであり、この配線は低
抵抗金属でなければならないからである。また、この層
は、初めのいくつかの実施例で述べたように、熱拡散ま
たは熱分路を与える。

【０２８５】図９３：第２レベルの金属５１７は、第８
のマスクを用いてエッチングされる。この工程では、レ
ジストのスピンコーティング，第８のマスクへの露光，
レジストの現像，プラズマエッチング、およびレジスト
の剥離、を必要とする。これは、通常のＮＭＯＳ工程で
ある。ヒータ５１４上のこの絶縁された金属ディスク
は、廃熱を分配して熱スポットを避けるために用いられ
る熱拡散体である。

【０２８６】図９４：厚膜ガラス層５１８は、ウェハ５
００の上に堆積される。この層５１８は、バブルの破裂
の衝撃に抗するに適切な機械的強度を与えるに充分な厚
さが必要である。また、インクがガラスに接触する時に
インクが沸騰することがないように、充分に広い領域に
亙って熱を拡散するために、充分なガラスが堆積される
必要がある。４μｍの厚みが適切である、と考えられる
が、必要に応じて容易に変えることができる。

【０２８７】図９５：この工程では、オーバーコート５
１８中の円筒状のバレル５１９の第９のレベルのマスク
を用いて、熱酸化物層５０４から下って注入フィールド
５０３に至るまで行う、エッチングが必要である。ＣＶ
Ｄガラスおよび熱石英は、双方とも、エッチングされ
る。この工程では、レジストのスピンコーティング，第
９レベルのマスクへの露光，レジストの現像、および異
方性イオンで促進されるエッチング、およびレジスト剥
離、が必要である。

【０２８８】図９６：熱作用室５２０は、シリコンの異
方性プラズマエッチングを用いて、ＳｉＯ₂ の上に高度
に選択的に、形成される。これは、他に被膜保護からヒ
ータ５１４を離すＳｉＯ₂ 保護層がエッチングされる場
合には、本質的なことである。前もってエッチングされ
たバレル５１９は、この工程のマスクとしての役目を果
たす。この場合、１７μｍの異方性エッチングが用いら
れる。熱ＳｉＯ₂ 層５０４をエッチングしすぎないよう
に、注意しなければならない。

【０２８９】図９７：ノズルチャネル５１２は、異方性
イオン促進エッチングにより、ウェハ５００の反対側か
らエッチングされる。チャネル５２１は、直径約６０μ
ｍであり、深さ約５００μｍである。チャネル５２１の
深さは、チャネルの頂部と熱作用室５２０の底部との間
の距離が必要とされるノズル長さである、ように設定さ
れる。エッチングは、レジスト５２２を介して行う。

【０２９０】図９８：ノズルの通路は、ウェハ５００の
前面から、高異方性イオン促進エッチングを用いて、エ
ッチングされる。このエッチングは、熱作用室５２０の
底部からバックエッチングされたノズルチャネル５２１
の頂部までであり、長さ約２０μｍ，直径２０μｍであ
る。ノズルバレル５２３は、これらから形成される。

【０２９１】図９９：タンタルからなる０．５μｍパッ
シベーション層５２４は、ウェハ５００全体の上面に均
一にコートされる。

【０２９２】図１００：この工程で、窓が、結合パッド
５２５のために、開けられる。ここでは、レジストコー
ティング，第１２レベルのマスクへの露光，レジストの
現像，タンタルパッシベーション層５２４のエッチン
グ，オーバーコート５１８のイオンで促進されるエッチ
ング、およびレジスト剥離、が必要である。２μｍのア
ルミニウムがパッド領域に用いることができる場合は、
第２レベルの金属５１７によって形成された該パッドを
介してエッチングを避けることは容易である。

【０２９３】図１０１：ウェハ５００のプローブ後、Ｚ
ＩＪチップは、前述したようにフレームまたは押出成形
支持体に組み込まれ、そこに接着される。ワイヤ５２６
は、第２レベルの金属５２５により形成されたパッド
に、該チップの両端において、結合される。電源レール
は、該チップの二つの長いエッジに沿って結合される。
その後、結合部分がエポキシ樹脂中に封じられる。

【０２９４】図１０２：ここでは、インク５２７で満た
された前方噴射タイプのＺＩＪノズルが示される。この
場合、液滴は、ノズルが発射すると、下方に噴出され
る。このタイプのヘッドは、毛細管作用によるインクの
充填ができないので、正圧を用いてインクを導入する必
要がある。類似のヘッド構造は、ヘッド加熱チップを他
の側から満たすことにより、反対方向に発射するノズル
に使用することができる。

【０２９５】前に一般の好適なノズル構造を説明した
が、同様の工程が、いくらかの違いはあるが、図１４な
いし図１９に図示した特有なノズル構造に用いることが
できる。以下のプロセスの各々は、二つのレベルの金属
を有する２μｍＮＭＯＳプロセスである。というのは、
このプロセスが、高分解能で、性能の高いカラーＺＩＪ
デバイスの製造に使用できる最も簡易なプロセスである
からである。以下のプロセス間には一貫性があるので、
各プロセスの間のより迅速な比較が可能である。

【０２９６】図１４に示された構造を得るに必要なプロ
セスの工程の概略は、以下のようである。

【０２９７】１）出発ウェハ：Ｐタイプ，厚み６００μ
ｍ； ２）０．１５μｍの窒化珪素を成長させる。

【０２９８】３）マスク１を用いて窒化物をパターニン
グする。

【０２９９】４）フィールドを注入する。

【０３００】５）０．８μｍのフィールド酸化物を成長
させる。

【０３０１】６）マスク２を用いて砒素を注入する。

【０３０２】７）０．１μｍのゲート酸化物を成長させ
る。

【０３０３】８）ポリシリコン（１μｍ）を堆積する。

【０３０４】９）マスク３を用いてポリシリコンをパタ
ーニングする。

【０３０５】１０）拡散窓をエッチングする。

【０３０６】１１）ｎ⁺ 領域を拡散する。

【０３０７】１２）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０３０８】１３）マスク４を用いて接続部をパターニ
ングする。

【０３０９】１４）０．０５μｍの硼化ハフニウムヒー
タを堆積する。

【０３１０】１５）マスク５を用いてヒータをエッチン
グする。

【０３１１】１６）第１の金属（１μｍ）を堆積する。

【０３１２】１７）マスク６を用いて金属をパターニン
グする。

【０３１３】１８）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０３１４】１９）マスク７を用いてコンタクト部をパ
ターニングする。

【０３１５】２０）第２の金属（熱分路を含む）、１μ
ｍのアルミニウム、を堆積する。

【０３１６】２１）マスク８を用いて金属をパターニン
グする。

【０３１７】２２）１０μｍのＣＶＤガラスを堆積す
る。

【０３１８】２３）ＣＶＤガラスを介し、マスク９を用
いて、ノズルをエッチングする。

【０３１９】２４）等方性エッチングを用いて熱作用室
をエッチングする。

【０３２０】２５）ウェハを介し、マスク１０を用い
て、バレルをバックエッチングする。

【０３２１】２６）異方性のマスクなしのエッチングを
用いて、熱作用室をバレルに連結する。

【０３２２】２７）０．５μｍのタンタルパッシベーシ
ョンを堆積する。

【０３２３】２８）マスク１１を用いてパッドを開け
る。

【０３２４】２９）ウェハプローブを行う。

【０３２５】３０）ヘッドアッセンブリに組み込む。

【０３２６】３１）ワイヤを接続する。

【０３２７】３２）エポキシ樹脂にポッティングする。

【０３２８】３３）インクを充填する。ヘッドは毛細管
現象により満たされる。

【０３２９】図１５に示された構造を得るに必要なプロ
セスの工程概略は、以下のようである。

【０３３０】１）出発ウェハ：Ｐタイプ，厚み６００μ
ｍ。

【０３３１】２）０．１５μｍの窒化珪素を成長させ
る。

【０３３２】３）マスク１を用いて窒化物をパターニン
グする。

【０３３３】４）フィールドを注入する。

【０３３４】５）０．８μｍのフィールド酸化物を成長
させる。

【０３３５】６）マスク２を用いて砒素を植え込む。

【０３３６】７）０．１μｍのゲート酸化物を成長させ
る。

【０３３７】８）ポリシリコン（１μｍ）を堆積する。

【０３３８】９）マスク３を用いてポリシリコンをパタ
ーニングする。

【０３３９】１０）拡散窓をエッチングする。

【０３４０】１１）ｎ⁺ 領域を拡散する。

【０３４１】１２）１μｍのＣＶＤガラスを堆積する。

【０３４２】１３）マスク４を用いてコンタクト部をパ
ターニングする。

【０３４３】１４）０．０５μｍのＨｆＢ₂ ヒータを堆
積する。

【０３４４】１５）マスク５を用いてヒータをエッチン
グする。

【０３４５】１６）第１の金属（１μｍ）を堆積する。

【０３４６】１７）マスク６を用いて金属をパターニン
グする。

【０３４７】１８）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０３４８】１９）マスク７を用いてコンタクトをパタ
ーニングする。

【０３４９】２０）第２の金属（熱分路を含む），１μ
ｍのアルミニウム、を堆積する。

【０３５０】２１）マスク８を用いて金属をパターニン
グする。

【０３５１】２２）３μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０３５２】２３）マスク９を用いＣＶＤガラスを介し
て熱作用室への入口をエッチングする。

【０３５３】２４）等方性プラズマエッチによって熱作
用室をエッチングする。

【０３５４】２５）マスク１０を用い、ウェハの裏面か
ら孔を５２０μｍ深さ，８０μｍ幅にエッチングする。

【０３５５】２６）熱作用室入口をマスクとして用い異
方性ＲＩＥによって熱作用室をバレルに連結する。

【０３５６】２７）０．５μｍタンタルパッシベーショ
ンを堆積する。

【０３５７】２８）マスク１１を用いパッドを開ける。

【０３５８】２９）ウェハプローブを行う。

【０３５９】３０）ワイヤをボンディングする。

【０３６０】３１）エポキシ樹脂にポッティングする。

【０３６１】３２）ヘッドアセンブリに組み込む。

【０３６２】３３）ヘッドアセンブリにインクを充填す
る。

【０３６３】３４）ノズルのバブル圧以上の正インク圧
をヘッドに加える。

【０３６４】図１６に示された構造を得るに必要なプロ
セスの工程の概要は以下のようである。

【０３６５】１）出発ウェハ：Ｐタイプ，厚み６００μ
ｍ ２）０．１５μｍの窒化シリコンを成長させる。

【０３６６】３）マスク１を用いて窒化物をパターニン
グする。

【０３６７】４）フィールドを注入する。

【０３６８】５）ノズル位置の周りに、マスク２を用い
て直径２２μｍ，深さ２μｍ，幅１μｍの環状の溝をエ
ッチングする。

【０３６９】６）０．４μｍのフィールド酸化物を成長
させる（これは溝の壁の上にも成長する）。

【０３７０】７）０．０５μｍＨｆＢ₂ ヒータを堆積す
る。

【０３７１】８）マスク３を用いてヒータをエッチング
する。

【０３７２】９）マスク４を用いて砒素を注入する。

【０３７３】１０）０．１μｍのゲート酸化膜を成長さ
せる。

【０３７４】１１）ポリシリコンを成長させる（１μ
ｍ）。

【０３７５】１２）マスク５を用いてポリシリコンをパ
ターニングする。

【０３７６】１３）拡散窓をエッチングする。

【０３７７】１４）ｎ⁺ 領域を拡散する。

【０３７８】１５）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０３７９】１６）マスク６を用いてコンタクトをパタ
ーニングする。

【０３８０】１７）第１の金属（１μｍ）を堆積する。

【０３８１】１８）マスク７を用いて金属をパターニン
グする。

【０３８２】１９）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０３８３】２０）マスク８を用いてコンタクトをパタ
ーニングする。

【０３８４】２１）第２の金属，１μｍアルミニウム、
を堆積する。

【０３８５】２２）マスク９を用いて金属をパターニン
グする。

【０３８６】２３）２０μｍＣＶＤガラスを堆積しノズ
ル層を形成する。

【０３８７】２４）マスク１０を用い熱作用室とノズル
を異方性エッチングする（１８μｍ以下の小直径）。

【０３８８】２５）マスク１１を用いウェハの裏面から
孔を５２０μｍ深さ，８０μｍ幅にエッチングし、ノズ
ルに結合する。

【０３８９】２６）シリコンの特殊な等方性“ウォッシ
ュ”エッチングを用い熱作用室をヒータ溝の端部へ拡張
する。

【０３９０】２７）０．５μｍタンタルパッシベーショ
ンを堆積する。

【０３９１】２８）マスク１２を用いパッドを開ける。

【０３９２】２９）ウェハプローブを行う。

【０３９３】３０）ワイヤをボンディングする。

【０３９４】３１）エポキシ樹脂にポッティングする。

【０３９５】３２）ヘッドアセンブリに組み込む。

【０３９６】３３）ヘッドアセンブリにインクを充填す
る。

【０３９７】図１７に示された構造を得るに必要なプロ
セスの工程の概要は以下のようである。

【０３９８】１）出発ウェハ：Ｐタイプ，厚み６００μ
ｍ。

【０３９９】２）０．１５μｍ窒化シリコン堆積。

【０４００】３）マスク１を用いて窒化物をパターニン
グ。

【０４０１】４）フィールドを注入。

【０４０２】５）マスク２を用いノズル位置の周りに直
径２２μｍ，深さ２μｍ，幅１μｍの環状溝をエッチン
グする。

【０４０３】６）０．４μｍフィールド酸化膜を成長さ
せる（これは溝の壁の上にも成長する）。

【０４０４】７）０．０５μｍＨｆＢ₂ ヒータを堆積す
る。

【０４０５】８）マスク３を用いてヒータをエッチング
する。

【０４０６】９）マスク４を用いて砒素を注入する。

【０４０７】１０）０．１μｍゲート酸化膜を成長させ
る。

【０４０８】１１）ポリシリコン（１μｍ）を堆積す
る。

【０４０９】１２）マスク５を用いてポリシリコンをパ
ターニングする。

【０４１０】１３）拡散窓をエッチングする。

【０４１１】１４）ｎ⁺ 領域を拡散する。

【０４１２】１５）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０４１３】１６）マスク６を用いてコンタクトをパタ
ーニングする。

【０４１４】１７）第１の金属（１μｍ）を堆積する。

【０４１５】１８）マスク７を用いて金属をパターニン
グする。

【０４１６】１９）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０４１７】２０）マスク８を用いてコンタクトをパタ
ーニングする。

【０４１８】２１）第２の金属（熱拡散路を含む），１
μｍアルミニウム、を堆積する。

【０４１９】２２）マスク９を用いて金属をパターニン
グする。

【０４２０】２３）３μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０４２１】２４）マスク１０を用い熱作用室とノズル
を異方性エッチングする（ヒータのエッチングを防ぐた
め直径は１８μｍ以下と小さくする）。

【０４２２】２５）マスク１１を用い孔をウェハの裏面
から深さ５２０μｍ，幅８０μｍにエッチングする。

【０４２３】２６）シリコンの特殊な等方性“ウォッシ
ュ”エッチングを用いて熱作用室をヒータ溝の端部へ拡
張する。

【０４２４】２７）０．５μｍタンタルパッシベーショ
ンを堆積する。

【０４２５】２８）マスク１２を用いパッドを開ける。

【０４２６】２９）ウェハプローブを行う。

【０４２７】３０）ワイヤをボンディングする。

【０４２８】３１）エポキシ樹脂にポッティングする。

【０４２９】３２）ヘッドアセンブリに搭載する。

【０４３０】３３）ヘッドアセンブリにインクを充填す
る。

【０４３１】図１８に示された構造を得るに必要なプロ
セスの工程の概要は以下のようである。

【０４３２】１）出発ウェハ：Ｐタイプ，厚み６００μ
ｍ。

【０４３３】２）０．１５μｍ窒化シリコンを成長させ
る。

【０４３４】３）マスク１を用いて窒化物をパターニン
グする。

【０４３５】４）フィールドを注入する。

【０４３６】５）０．７μｍフィールド酸化膜を成長さ
せる。

【０４３７】６）マスク２を用いて砒素を注入する。

【０４３８】７）０．１μｍゲート酸化膜を成長させ
る。

【０４３９】８）ポリシリコン（１μｍ）を堆積する。

【０４４０】９）マスク３を用いてポリシリコンをパタ
ーニングする。

【０４４１】１０）拡散窓をエッチングする。

【０４４２】１１）ｎ⁺ 領域を拡散する。

【０４４３】１２）マスク４を用いノズルの直径より僅
かに幅の広い２μｍ深さの環状の凹部をエッチングす
る。

【０４４４】１３）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０４４５】１４）マスク５を用いコンタクトをパター
ニングする。

【０４４６】１５）０．０５μｍＨｆＢ₂ ヒータを堆積
する。

【０４４７】１６）マスク６を用いヒータを異方的（垂
直方向のみ）エッチングする。

【０４４８】１７）第１の金属（１μｍ）を堆積する。

【０４４９】１８）マスク７を用い金属をパターニング
する。

【０４５０】１９）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。こ
れはヒータを覆うと共にレベル間誘電体を形成する。

【０４５１】２０）マスク８を用いコンタクトをパター
ニングする。

【０４５２】２１）第２の金属（熱拡散路を含む），１
μｍのアルミニウム、を堆積する。

【０４５３】２２）マスク９を用いて金属をパターニン
グする。

【０４５４】２３）２０μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０４５５】２４）マスク１０を用いＣＶＤガラス中に
ノズルを異方的にエッチングする。

【０４５６】２５）ＣＶＤガラスノズルをマスクとして
用い、シリコンに独特なイオンアシステッドプラズマエ
ッチングにより、シリコンの熱作用室をエッチングす
る。

【０４５７】２６）ウェハの裏面から孔を５２０μｍ深
さ，８０μｍ幅にエッチングし、熱作用室に連結する。

【０４５８】２７）０．５μｍタンタルパッシベーショ
ンを堆積する。

【０４５９】２８）マスク１２を用いパッドを開ける。

【０４６０】２９）ウェハプローブを行う。

【０４６１】３０）ワイヤをボンディングする。

【０４６２】３１）エポキシ樹脂にポッティングする。

【０４６３】３２）ヘッドアセンブリに搭載する。

【０４６４】３３）ヘッドアセンブリにインクを充填す
る。

【０４６５】図１９に示される構造を得るためのプロセ
スの工程の概要は以下のようである。

【０４６６】１）出発ウェハ：Ｐタイプ，厚み６００μ
ｍ。

【０４６７】２）０．１５μｍ窒化シリコンを成長させ
る。

【０４６８】３）マスク１を用いて窒化物をパターニン
グする。

【０４６９】４）フィールドを注入する。

【０４７０】５）０．７μｍフィールド酸化膜を成長さ
せる。

【０４７１】６）マスク２を用いて砒素を注入する。

【０４７２】７）０．１μｍゲート酸化膜を成長させ
る。

【０４７３】８）ポリシリコン（１μｍ）を堆積する。

【０４７４】９）マスク３を用いてポリシリコンをパタ
ーニングする。

【０４７５】１０）拡散窓をエッチングする。

【０４７６】１１）ｎ⁺ 領域を拡散する。

【０４７７】１２）マスク４を用いてノズル直径より僅
かに幅の広い２μｍ深さの環状の凹部をエッチングす
る。

【０４７８】１３）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０４７９】１４）マスク５を用いてコンタクトをパタ
ーニングする。

【０４８０】１５）０．０５μｍＨｆＢ₂ ヒータを堆積
する。

【０４８１】１６）マスク６を用いてヒータを異方的に
（垂直方向にのみ）エッチングする。

【０４８２】１７）第１の金属（１μｍ）を堆積する。

【０４８３】１８）マスク７を用いて金属をパターニン
グする。

【０４８４】１９）１μｍＣＶＤガラスを堆積する。こ
れはヒータを覆うと共にレベル間誘電体を形成する。

【０４８５】２０）マスク８を用いてコンタクトをパタ
ーニングする。

【０４８６】２１）第２の金属（熱拡散路を含む），１
μｍのアルミニウムを堆積する。

【０４８７】２２）マスク９を用いて金属をパターニン
グする。

【０４８８】２３）３μｍＣＶＤガラスを堆積する。

【０４８９】２４）マスク１０を用いてＣＶＤガラス中
に熱作用室を異方的にエッチングする。

【０４９０】２５）ＣＶＤガラス孔をマスクとして、シ
リコンに固有のイオンアシステッドエッチングを用いて
シリコンノズルを異方的にエッチングする。

【０４９１】２６）マスク１１を用い、ウェハの裏面か
ら孔を５２０μｍ深さ，８０μｍ幅にエッチングし、ノ
ズルに連結する。

【０４９２】２７）０．５μｍタンタルパッシベーショ
ンを堆積する。

【０４９３】２８）マスク１２を用いてパッドを開け
る。

【０４９４】２９）ウェハプローブを行う。

【０４９５】３０）ワイヤをボンディングする。

【０４９６】３１）エポキシ樹脂にポッティングする。

【０４９７】３２）ヘッドアセンブリに搭載する。

【０４９８】３３）ヘッドアセンブリにインクを充填す
る。

【０４９９】ＺＩＪ記録ヘッド２００は、ＺＩＪチップ
１００と共に、さまざまな記録方法を適用できる。例え
ば、従来良く用いられる走査型のヘッドでページを横切
ってプリントする方法若しくは全幅・固定型のプリント
ヘッドで記録する方法に適用できる。図１０３ないし図
１０７は種々のＺＩＪヘッドを用いた多様な実施例を示
している。

【０５００】図１０３はカラー複写機５３１を示し、コ
ピーすべき原稿を読み取るスキャナ５４１を有してい
る。スキャナ５４１はレッド，グリーンおよびブルー
（ＲＧＢ）のデータをシグナルプロセッサ５４３に出力
する。そこでＲＧＢデータはデバイス１００でプリント
するのに適するドットごとのシアン，マゼンタ，イエロ
ーおよびブラック（ＣＭＹＫ）のデータに変換される。
ＣＭＹＫデータはデータフォーマッタ５４５に入力され
る。このデータフォーマッタ５４５は図４５，図４６に
記載の回路によって動作する。データフォーマッタ５４
５は、フルカラーのＺＩＪヘッド５５０にデータを出力
する。フルカラーのＺＩＪヘッド５５０は、紙搬送機構
５４７によって搬送されるＡ３のページに対し１インチ
当り４００画素の記録が可能である。制御用マイクロコ
ンピュータ５４９は、スキャナ５４１，シグナルプロセ
ッサ５４３，紙搬送機構５４７のシーケンスを制御する
ことにより、複写機５３１全体の動作を統括する。

【０５０１】図１０４は、カラーファクシミリ５３３を
示す。ここで、図１０３と同様の構成要素には同一符号
を付してある。スキャナ５４１は原稿を走査して読み取
る。読み取られた画像データは、データ圧縮機（ｃｏｍ
ｐｒｅｓｓｏｒ）５６０によって圧縮され、その後、送
信される。データ圧縮器５６０はＪＰＥＧ標準など、全
ての標準的なデータ圧縮方式（ｓｙｓｔｅｍ）を用いる
ことができる。このデータ圧縮器５６０は送信するデー
タをＰＳＴＮまたはＩＳＤＮ網５６４に接続されたモデ
ム５６２に出力する。また、モデム（ＭＯＤＥＭ）５６
２はデータを受信し、画像データ複号化伸長器（ｉｍａ
ｇｅ ｅｘｐａｎｄｅｒ）５６６に出力する。複号化伸
長器５６６は、データ圧縮器５６０の機能を補う。複号
化伸長器５６６は、上述のようにして受信データをデー
タフォーマッタ５４５に出力する。この図の実施例で
は、記録に使われる用紙の幅よりも長い幅を有する、カ
ラーＺＩＪヘッド５５１が用いられている。

【０５０２】図１０５は、コンピュータ用プリンタ５３
５を示す。このプリンタは、使用するＺＩＪヘッドのタ
イプにより、カラーまたはモノクロームのプリントを行
うことができる。データは、入力部５６９を介してデー
タ受信部５６８に入力される。マイクロコントローラ５
４９は、受信したデータを画像メモリ５７１にたくわえ
る。画像メモリ５７１は、上述のようにしてフルカラー
のデータフォーマッタ５４５に、または白黒のデータフ
ォーマッタに、データを出力する。この実施例ではデー
タフォーマッタ５４５は、全幅ＺＩＪヘッドにデータを
出力し、紙搬送機構５４７により搬送される用紙に対し
てのプリントが行われる。

【０５０３】図１０６はビデオプリンタ５３７における
実施例を示す。このビデオプリンタ５３７は入力部５７
４を介してビデオデータを受信する。この入力部５７４
は、テレビ画像デコーダ、およびＡＤＣを有するユニッ
ト５７３に接続されている。このユニット５７３は画像
の画素データをフレーム記憶部５７５に出力する。シグ
ナルプロセッサ５４３は前記と同様にＲＧＢデータをプ
リント用のＣＭＹＫデータに変換する。この実施例では
小型のカラーＺＩＪヘッド５５３が紙搬送機構５４７に
よって搬送される写真サイズの用紙にプリントを行う。

【０５０４】最後に、図１０７はページのフォーマッテ
ィングがホストコンピュータ５７７によって行われる簡
易プリンタ５３９を示す。ホストコンピュータ５７７は
画像データと制御情報とをバッファ５７９へ出力する。
このバッファの情報は、前記と同様にデータフォーマッ
タ５４５に出力される。制御ロジックユニット５８１も
また、ホストコンピュータ５７７からの命令を受信し、
この命令により紙搬送機構５４７を制御する。

【０５０５】さらに当業者は、ＺＩＪヘッドのいかなる
組み合わせも上記実施例に応用できることが理解できよ
う。

【０５０６】たとえば、前述のマルチヘッド冗長構成
は、ページプリンタ型ヘッドにも走査型ヘッドにも用い
ることができる。超高密度（例えば１６００ｄｐｉ）の
プリントのためには、単色記録の方法を、前記全ての実
施例において適用できる。

【０５０７】以上の例は、この発明の実施例にすぎず、
本発明の範囲を逸脱することなく変更を加えることは、
当業者にとって自明である。

【０５０８】

【表１】

【０５０９】

【表２】

【０５１０】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットプリントヘッドの従来技術を示
す斜視図である。

【図２】インクジェットプリントヘッドの従来技術を示
す斜視図である。

【図３】本発明のＺＩＪチップを示す斜視図である。

【図４】ＺＩＪプリントヘッドの第１の実施例を示す破
断斜視図である。

【図５】ＺＩＪプリントヘッドの第２の実施例を示す破
断斜視図である。

【図６】図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）はＺ
ＩＪノズルを創成するのに使用され得るエッチング工程
を示す説明図である。

【図７】ＺＩＪ基板内におけるヒータ要素の可能配列例
を示す図である。

【図８】ＺＩＪ基板内におけるヒータ要素の可能配列例
を示す図である。

【図９】ＺＩＪ基板内におけるヒータ要素の可能配列例
を示す図である。

【図１０】ヒータ構造の他の例を示す図である。

【図１１】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１２】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１３】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１４】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１５】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１６】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１７】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１８】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図１９】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図２０】ノズル形状の一例を示す断面図である。

【図２１】図２１（Ａ）〜（Ｄ）はＺＩＪチップのノズ
ルからインクが放出される様子を示す断面図である。

【図２２】図２２（Ａ）〜（Ｄ）はＺＩＪチップのノズ
ルからインクが放出される様子を示す平面図である。

【図２３】ＺＩＪチップにつき熱の伝わりを示す説明図
である。

【図２４】ＺＩＪチップにつき熱の伝わりを示す説明図
である。

【図２５】ＺＩＪチップにつき熱の伝わりを示す説明図
である。

【図２６】ＺＩＪチップにつき熱の伝わりを示す説明図
である。

【図２７】ＺＩＪチップにつき熱の伝わりを示す説明図
である。

【図２８】チップ，膜フィルタおよびインクチャネル押
出し体（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）を含むＺＩＪプリントヘ
ッドの配置を示す分解斜視図である。

【図２９】インクチャネル押出し体を示す断面図であ
る。

【図３０】単一画素におけるインク滴位置を示す説明図
であり、（Ａ）は一画素プリントヘッド当り４つのノズ
ルを用いたもの、（Ｂ）は一画素プリントヘッド当り１
つのノズルを用いたものである。

【図３１】ノズルの吐出順序を説明するタイミングチャ
ートである。

【図３２】一画素カラープリントヘッド当り１つのノズ
ルを用いた場合のノズル吐出パターンを示す説明図であ
る。

【図３３】一画素カラープリントヘッド当り４つのノズ
ルを用いた場合のノズル吐出パターンを示す説明図であ
る。

【図３４】図５に示すフルカラーＺＩＪプリントヘッド
アッセンブリの薄部を分解斜視図である。

【図３５】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ主および冗
長ヒータによりインク滴に付与される偏向角を示す断面
図である。

【図３６】ＺＩＪチップに電力を接続する一方向の説明
図である。

【図３７】ＺＩＪチップに電力を接続する他の方法の説
明図である。

【図３８】従来のＩＪヘッドにおけるヒータの配列を示
す回路図である。

【図３９】好ましい実施例におけるヒータ駆動部の配列
を示す回路図である。

【図４０】移送素子（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｌｅｍｅｎ
ｔ）を含むヒータ駆動部を示す回路図である。

【図４１】ヒータを駆動するのに用いられるパルスのタ
イミングダイアグラムである。

【図４２】１つのクロックパルスを用いるヒータ駆動部
の配列を示す回路図である。

【図４３】クロック再生機構の配列を示す回路図であ
る。

【図４４】クロックラインにおいてパルス幅を再生する
ための配列を示す回路図である。

【図４５】ＺＩＪヘッドに用いられるデータ駆動回路配
置の概略ブロックダイアグラムである。

【図４６】図４５のデータ調整器ＡＳＩＣを表示するブ
ロックダイアグラムである。

【図４７】（Ａ），（Ｂ）は主および冗長ヒータの代替
的二例を示す図である。

【図４８】デジタルの故障許容（フォールトトレラン
ス）制御を行うＺＩＪ駆動部を示す回路図である。

【図４９】アナログの故障許容制御を用いた類似な回路
を概略示す回路図である。

【図５０】完全な冗長回路を用いたＺＩＪ駆動部を示す
回路図である。

【図５１】ＺＩＪチップの駆動部における（Ａ）電気的
および（Ｂ）物理的なレイアウトを示す説明図である。

【図５２】図４７の配置に必要な電力配線ループを示す
図である。

【図５３】広域故障許容制御のためにデザインされたＺ
ＩＪ回路の一例を示す回路図である。

【図５４】他の故障許容制御配列を示す説明図である。

【図５５】他の故障許容制御配列を示す説明図である。

【図５６】他の故障許容制御配列を示す説明図である。

【図５７】一つのシリコンウェハに多数のＺＩＪヘッド
を製作するのにより好ましい配列を示す斜視図である。

【図５８】一つのシリコンウェハに多数のＺＩＪヘッド
を製作するのにより好ましい配列を示す平面図である。

【図５９】一つのシリコンウェハに多数のＺＩＪヘッド
を製作するのにより好ましい配列を示す平面図である。

【図６０】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６１】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６２】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６３】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６４】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６５】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６６】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６７】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６８】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図６９】ＺＩＪチップのウェハ処理に用いられる一段
階を示す説明図である。

【図７０】いくつかのノズルを含めた広幅孔を通る概略
断面図である。

【図７１】より好ましい実施例の製造の一段階を示す平
面図である。

【図７２】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図７３】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図７４】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図７５】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図７６】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図７７】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図７８】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図７９】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８０】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８１】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８２】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８３】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８４】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８５】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８６】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８７】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８８】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図８９】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９０】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９１】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９２】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９３】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９４】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９５】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９６】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９７】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９８】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図９９】より好ましい実施例の製造の一段階を示す断
面図である。

【図１００】より好ましい実施例の製造の一段階を示す
断面図である。

【図１０１】より好ましい実施例の製造の一段階を示す
断面図である。

【図１０２】より好ましい実施例の製造の一段階を示す
断面図である。

【図１０３】カラーＺＩＪヘッドを組み込んだカラー複
写機を示す概略ブロックダイアグラムである。

【図１０４】同様にカラーファクシミリ機を示す概略ブ
ロックダイアグラムである。

【図１０５】同様にコンピュータのプリンタを示す概略
ブロックダイアグラムである。

【図１０６】同様にビデオプリンタを示す概略ブロック
ダイアグラムである。

【図１０７】同様に簡易プリンタを示す概略ブロックダ
イアグラムである。

【符号の説明】

１００ ＺＩＪチップ（インクジェットプリントデバイ
ス） １０６ インク １０８ インク滴 １１０ ノズル路（ノズル） １１３，４８７ バレル １１４，４８９ ノズルチャネル（通路） １１５，４８８ 熱作用室（熱チャンバ） １２０，４４０ ヒータ（ヒータ手段） １２１，４４１ 主ヒータ １２２，４４３ 冗長ヒータ １３０ 基板 １３２ 断熱層（高動作温度部分） １４０ 熱分路（熱伝導体） １６０ ヒータドライバ １６４ 駆動トランジスタ １７０ 主ヒータ駆動回路 １７７ ＺＩＪ駆動回路 １８０ クロック再生成配列 １８３ 単安定マルチバイブレータ １８５，１８６ ノズル用駆動回路 １８７ 主回路 １８８ 冗長駆動回路 ２０１，２０２ 電源バスバー ２０５ フィルタ（膜） ２１０ チャネル押出し体（インク供給手段） ２２０ 記録媒体（紙） ３０３〜３０５ ライン遅延器（第１遅延手段） ３１０ データフェーザ（データ調整手段） ３１４〜３１６ クロック遅延回路（第３遅延手段） ３１８〜３２５ クロック遅延回路（第２遅延手段） ４６４ 故障検出器 ４６５ シフトレジスタ ４７０，４７５ サーマルインクジェットチップ ４８２ 故障検出器 ４８３ 補償器 ４８４ 開口 ４９１ 熱拡散路（熱伝導体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000001007 キヤノン株式会社 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 (72)発明者 キア シルバブルック オーストラリア国 2025 ニュー サウス ウェールズ州，ウォラーラ，バサースト ストリート 40

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズルと、該複数のノズルの各々
   に対応して設けられ、当該対応するノズルに連通してイ
   ンクを供給するための通路と、各々の前記通路または前
   記ノズルに組合されたヒータ手段とを具えたインクジェ
   ットプリントデバイスにおいて、前記ノズル、前記通路
   および前記ヒータ手段が一体に形成されてなることを特
   徴とするインクジェットプリントデバイス。