JPH10502030A

JPH10502030A - モノリシック印刷ヘッド及びその製造工程

Info

Publication number: JPH10502030A
Application number: JP8531113A
Authority: JP
Inventors: シルヴァーブルック，キーア
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1998-02-24
Also published as: EP0771272A1; WO1996032284A1

Abstract

(57)【要約】同時カドロップオンデマンド印刷原理を用いて作動し、多くのノズルをシリコンであっても差し支えない１つの単一モノリシック構造に集積する印刷ヘッドについて開示する。多くの多数のノズルをモノリシックヘッドに同時作成するためには、例えば写真平板印刷技術および化学的エッチングのような半導体処理方法が用いられる。ノズルはシリコン基板を貫いてエッチングされ、色刷り用ノズルの二次元配列を可能にする。製造固定は、既存の半導体製作設備における製作を可能にする既存のＣＭＯＳ，ｎＭＯＳ、及び、二極式の半導体製造工程に基づいても差し支えない。駆動トランジスタ、シフトレジスタ、及び、欠陥許容回路はノズルと同一ウェハ上に作成することができる。例えば熱式インクジェット印刷のような他のドロップオンデマンドシステムと比較して、アクチュエータの電力消費が少なく、集積ＣＭＯＳまたはｎＭＯＳドライブ回路を使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】モノリシック印刷ヘッド及びその製造工程発明の分野本発明は、コンピュータ制御された印刷装置の分野に関し、更に詳細には、１つの単一基板上に多重ノズルを統合する熱的に活性化されたドロップオンデマンド（ＤＯＤ）印刷ヘッドの構造および製造工程の分野に関する。発明の背景様々な多くの方式のディジタル制御型印刷システムが発明され、そして多くの方式のものが現在生産されている。これらの印刷システムでは、各種の作動機構、種々のマーキング剤、及び種々の記録媒体が使われる。現に使われているディジタル印刷システムの例としては、次の種類がある：レーザ電子写真プリンタ；ＬＥＤ電子写真プリンタ；ドットマトリックス・インパクトプリンタ；感熱紙プリンタ；フィルムレコーダ；サーマルワックスプリンタ；染料拡散熱転送プリンタ（dye diffusion thermal transfer printer）；及びインクジェットプリンタ。しかし、従来の方式では据え付けに膨大な費用がかかり、しかも特定ページについて数千枚のコピーが印刷されない限りほとんど商業ベースに乗らないとはいえ、前述の電子式印刷システムは、現時点で、それらの従来方法に顕著には取って代わっていない。従って、例えば、普通紙を使って、高速且つ低コストで高品質のカラーイメージを作り出すことができる改良型のディジタル制御印刷システムの必要性が存在するのである。インクジェット印刷は、例えば、インパクト型ではなく、騒音が少なく、普通紙に印刷でき、トナーの転写や定着を行う必要がないため、ディジタル制御の電子式印刷の分野における際立った競合手段として認められるに至ったのである。多くの方式のインクジェット印刷のメカニズムが発明されている。それらは、連続式インクジェット(CIJ)か又はドロップオンデマンド(DOD)型インクジェットの何れかに分類することができる。連続式インクジェット印刷は、少なくとも19 29年に時代が遡る：Hansell，US Pat.No.1,941,001。 Sweet等のUS Pat.No.3,373,437，1967では、印刷されるべきインクドロップ（インク液滴）が選択的にそこに充填されて且つ記録媒体の方へ偏向される連続インクジェット用ノズルのアレーが開示されている。この技術は二進法偏向CIJ として知られており、ElmjetとScitexを含む、数社で用いられている。 Hertz等のUS Pat No.3,416,153，1966では、充填したドロップ流の静電分散を使って小アパチャ（開口）を通過する液滴数を調節してCIJ印刷において様々な光学密度をもつ印刷スポットを得る方法を開示している。この技術は、Iris Gra phics社製のインクジェット式プリンタに用いられている。 Kyser等のUS Pat.No.3,946,398，1970では、ピエゾ（圧電）結晶に高電圧を印加して、その結晶を曲げ、インク容器に圧力をかけそして要求に応じて（オンデマンド）ドロップを噴射するDODインクジェット式印刷機を開示している。その後、曲げモード、押しモード、せん断モード、及び絞りモードでピエゾ結晶を利用する多くの方式の圧電式ドロップオンデマンド型印刷機が発明された。圧電式 DOD印刷機は、ホットメルトインク（例えば、Tektronix及びDataproductsのプリンタ）を用い、且つホーム及びオフィスプリンタ（Seiko Epson）に使える720 d pi未満のイメージ分解能で、商業上の成功を収めている。圧電式DOD印刷機は、広範囲のインクが使えるという利点がある。しかし、圧電式印刷メカニズムは、通常、生産性及び性能の点で不利となる複雑な高電圧駆動回路と大きいピエゾ結晶の配列を必要とする。 Endo等のGB Pat.No.2,007,162，1979では、ノズル中のインクと熱接触している電熱変換器（ヒータ）に電力パルスをかける電熱DODインクジェット式印刷機を開示している。ヒータは、水をベースとしたインクを急速に高温に加熱し、その結果、少量のインクが急速に蒸発し、バブルを生成する。これらのバブル生成は、圧力波となり、インクドロップをヒータ基板の端に沿って設けられている小アパチャから射出させる。この技術は、Bubblejet^TM（日本のキャノン社の登録商標）として知られており、キャノン、ゼロックス、及びその他のメーカから市販されている広範囲の印刷システムに用いられている。 Vaught等のUS Pat.No.4,490,728，1982では、これもバブル生成で作動する電熱式ドロップ射出システムを開示している。このシステムでは、ドロップは、ヒータ上方のアパチャ板に作り込まれているノズルを通して、ヒータ基板の面に垂直な方向に射出される。このシステムは、Thermal Ink Jet（熱インクジェット）として知られており、ヒューレット・パッカード社で製造されている。本明細書においては、用語"Thermal Ink Jet"は、ヒューレット・パッカード社のシステム及び一般にBubblejet^TMとして知られているシステムの両方を指すものとする。 Thermal Ink Jet印刷は、通常、各ドロップを射出する約2μsの間に約20μlを要する。各ヒータについて10ワットの実質的電力消費はそれ自体不利である上、さらに特殊なインクを必要とし、駆動電気回路を複雑にし且つヒータ素子の劣化を引き起こす。他のインクジェット式印刷システムも技術文献に記載されているが、現在、商業的規模では使われていない。例えば、US Pat.No.4,275,290は、熱パルスと水圧で、所定の印刷ヘッドノズルのアドレスを一致させることにより、印刷ヘッド下方を通して、スペーサで間隔をあけた紙の方へインクを自由に流すことができるシステムを開示している。US Pat.Nos.4,737,803; 4,737,803及び4,748,458は、熱パルス及び静電的引力場と一致した印刷ヘッドノズルのインクのアドレスにより、印刷シートへのインクドロップの射出を生じさせるインクジェット記録システムを開示している。上述の各インクジェット式印刷システムは、利点と欠点をもっている。しかし、例えば、コスト、速度、品質、信頼性、電力使用、構造及び操作の簡単さ、耐久性及び消耗品に関して、諸利点をもたらす改良型インクジェット印刷方法が依然として求められていることは広く知られている。発明の概要筆者の同時提出出願、表題"Liquid Ink Printng Apparatus and System"及び" Coincident Drop-Selection,Drop-Separation Printing Method and System"では、上述の従来技術の諸問題を克服することに対して顕著な改善をもたらす新しい方法と装置が記述されている。これらの発明は、例えば、ドロップサイズと布置(placement)精度に関して、達成可能な印刷速度に関して、電力使用に関して、耐久性と遭遇する稼働中の熱ストレスに関して及びその他のプリンタの性能特性、並びに生産性及び有用なインクの諸特性に関して、重要な諸利点を提供するものである。本願発明の１つの重要な目的は、上述の出願に記述された構造と方法をさらに向上させ、よって、印刷技術の進展に寄与することである。従って、本発明の１つの目的は単一構造として作成された複数のノズルを備えた印刷ヘッドを供給することにある。印刷ヘッドはモノリシックである形式であることが好ましい。更に、印刷ヘッドの基板がシリコンの単結晶である形式であることが好ましい。本発明の他の重要な特徴は、写真平板、及び、化学またはプラズマエッチングを含む半導体製作工程を用いてプリントノズルが形成されることである。更に、ノズルが同時に形成される形式（フォーム）であることが好ましい。更に、ヘッドの基板料材を貫いて孔を作成することによってノズルが形成される様式（モード）であることが好ましい。更に、本発明の好ましい形式は、ドライブ回路が印刷ヘッドノズルと同一基板上に作成されることである。更に、本発明の好ましい態様は、基板が単結晶シリコンで構成されることである。更に、本発明の好ましい態様は、誘電体層が二酸化シリコンで構成されることである。更に、本発明の好ましい態様は、ノズルチップの孔の半径が５０ミクロンより小さいように作成されることである。更に、本発明の好ましい態様は、加熱エレメントが環状体の反対側に接続電極を備えた環状形に作成されることでる。更に、本発明の好ましい態様は、バレルの孔がノズルチップの孔と実質的に同軸であることである。更に、本発明の好ましい態様は、パッシベーション層が窒化シリコンの層を含むことである。更に、本発明の好ましい態様は、パッシベーション層がタンタル層を含むことである。更に、本発明の好ましい態様は、導通電極が、実質的に、或いは、完全にモリブデン又はアルミニウムのいずれかによって構成される金属から作成されることである。更に、本発明の好ましい態様は、ドライブ回路がノズルと同一基板上に作成されることである。従って、１つの態様において、本発明は、（ａ）印刷ヘッドにインクを供給するためのマニフォルド手段と、（ｂ）前記のマニフォルド手段内のインクに大気圧よりも高い圧力を供給するための手段と、（ｃ）印刷ヘッドからプリント領域に向かってインクを一様に引きつけるための手段とを有し、印刷ヘッドが、モノリシック構造に作成された複数のノズル、及び、選定されたノズル及び選定されなかったノズル内の均一加圧されたインクにメニスカス位置の差を生じさせるようにノズルをそれぞれアドレスするための前記の構造体上で形成されたドロップ選択手段を有する装置を構成する。他の態様において、本発明は、需要印刷印字ヘッド上の熱的に活性化されたドロップオンデマンド印刷ヘッドを製造するための方法を構成し、前記の方法は、（ａ）基板上に誘電体材料の層を形成する過程と、（ｂ）前記の基板上に少なくとも１つの伝導電極を形成する過程と、（ｃ）前記の誘電体層を貫いてノズルチップホール（孔）を形成する過程と、（ｄ）前記のノズルチップ孔の表面上に少なくとも１つの電気抵抗加熱エレメントを形成する過程とを有し、前記加熱体が前記伝導電極を介してドライブ回路に接続され、そして、前記ノズルチップホール（孔）と導通する通路を提供するために、前記の基板を貫くアパーチャを形成する過程を有する。図面の簡単な説明図1(a)は、本願発明による１つの代表的印刷装置の簡略化したブロック線図である。図1(b)は、発明に従うノズル先端の１変形の断面図である。図2(a)〜2(f)は、ドロップ選択の流体力学的シミュレーションを示す。図3(a)は、発明の具体例による、動作状態にあるノズルの限定要素の流体力学的シミュレーションを示す。図3(b)は、ドロップ選択及び分離中の連続的メニスカス位置を示す。図3(c)は、ドロップ選択サイクル中の種々の点における温度を示す。図3(d)は、様々なインク添加剤に関する測定表面張力対温度の曲線を示す。図3(e)は、図3(c)の温度曲線を作るため、ノズルのヒータに加えられる電力パルスを示す。図4は、発明を実施するための印刷ヘッド駆動回路のブロック線図を示す。図5は、発明の諸特性を具体化するA4ページ幅のカラー印刷ヘッドについて、フォールトトレランス（故障許容方式）がある場合と無い場合に関する、予想製造歩留りを示す。図6は、印刷ヘッドを使用する印刷システムの一般化された構成図を示す。図7は、基板にエッチングして作成した多数のノズルを備えた単一シリコン基板を示す。図8(a)は、印刷ヘッドの小さい断面の可能なレイアウトを示す。図8(b)は、図8(a)の詳細を示す。図9(a)から図9(r)までは、標準的な集積回路製作方法にプロセスを追加するための簡素化された製造過程を示す。図10は、印刷ヘッドの小さい断面のノズルのレイアウトを示す。図11は、２つのノズル及び２つのドライブトランジスタのレイアウトの詳細を示す。図12は、標準シリコンウェハ上に作成された多数の印刷ヘッドのレイアウトを示す。図13から24までは、製造工程期間中における種々の段階における１つのノズルの先端（チップ）の小さい領域内における印刷ヘッドの横断面を示す。図25は、１つの印刷ヘッドチップの背面の透視図を示す。図26(a)から26(e)までは、ノズルとチップ分離の同時エッチングを示す。これらの図面は縮尺図ではない。図27は、２４個のメインノズル及び２４個の冗長ノズルを備えた１つの単一インクチャネルピットのレイアウトの寸法を示す。図28は、１個の印刷ヘッドにおける８個のインクチャネルピット及びそれらの対応するノズルの配列、及び、寸法を示す。図29は、１つの４色カラー印刷ヘッドの端部における３２個のインクチャネルピットを示す。図30(a)及び図30(b)は、更に長い印刷ヘッドを形成するために端部を突き合わせた場合における２つの隣接する印刷ヘッドチップ（モジュール）の端部を示す。図31は、４インチ（１００ｍｍ）モノリシッタ印刷ヘッドモジュール上の全インクチャネルピットを示す。好ましい具体例の詳細な説明１つの一般的態様では、本発明は、ドロップオンデマンド型印刷メカニズムを構成するものであり、この場合、印刷すべきドロップを選択する手段は、選択したドロップと選択されないドロップとの間に位置の差を生成するが、それはインクドロップがインクの表面張力に打ち勝ち、そしてインク溜まりから分離するようにさせるには不十分であり、且つもう一方の手段は、選択したドロップをインク溜まりから分離させるために設けられる。ドロップ分離手段からのドロップ選択手段の分離によって、どちらのインクドロップが印刷されるべきかを選択するのに要するエネルギーが、顕著に低減される。ドロップ選択手段だけは、各ノズルへの個別信号で駆動されなければならない。ドロップ分離手段は、全てのノズルに同時に適用される場又は状態であってよい。ドロップ選択手段は、限定されるものではないが、下記リストから選択してよい： 1）加圧インクの表面張力の電熱的減少 2）ドロップ噴出を生ずるには不十分なバブル体積の、電熱的バブルの発生 3）ドロップ噴出を生ずるには不十分な容積変化を伴う、圧電的手段 4）ノズル当り１電極を用いる静電引力ドロップ分離手段は、限定されるものではないが、下記リストから選択してよい： 1）近接（記録媒体が印刷ヘッドに極めて近接） 2）振動インク圧力による近接 3）静電引力 4）磁気引力表"DOD印刷技術の目標"は、ドロップオンデマンド印刷技術についての望ましい特性を示すものである。同表はまた、ここに、又は筆者の他の関連出願において、記述したいくつかの具体例が、それによって従来技術を越える改良を実現するいくつかの方法も列挙する。熱インクジェット(TIJ)式及び圧電インクジェット式システムにおいては、選択されたインクドロップがインクの表面張力に打ち勝ち、インク溜まりから分離し、そして記録媒体に当たることを保証するのに、約10メートル／秒のドロップ速度が望まれる。これらのシステムでは、電気エネルギーのドロップ運動エネルギーへの変換効率が非常に低い。TIJシステムの効率は、ほぼ0.02%)である。これは、TIJの印刷ヘッドの駆動回路で高電流が切り換えられなければならないことを意味する。圧電式インクジェットヘッドの駆動回路は、高電圧を切り換えるか、もしくは高容量性負荷を駆動しなければならない。ページ幅TIJ印刷ヘッドの全電力消費も極めて高い。１秒で１つの４カラー黒イメージを印刷する800 dp i A4フルカラーページ幅TIJ印刷ヘッドは、約6 kWの電力を消費し、そのほとんどは不用な熱に変換されるものである。この熱量除去の困難さのため、低コスト、高速、高解像度のコンパクトなページ幅TIJシステムの製造が阻まれるのである。本発明の実施形態の１つの重要な特徴は、どのインクドロップを印刷すべきかを選択するのに要するエネルギーを顕著に低減する手段である。これは、選択されたドロップがインク溜まりから分離して記録媒体上にドットを形成することを保証する手段からインクドロップを選択する手段を分離することにより達成される。ドロップ選択手段だけは、各ノズルへの個別信号で駆動されなければならない。ドロップ分離手段は、全てのノズルに同時に適用される場又は状態であってよい。表"ドロップ選択手段"は、本発明によるいくつかの可能なドロップ選択手段を示すものである。ドロップ選択手段は、ドロップ分離手段が、選択されたドロップと選択されないものとの間で区別できるよう、選択したドロップの位置に十分な変化を作り出すのに必要とされるに過ぎない。その他のドロップ選択手段も用いてよい。水素地にインクの好ましいドロップ選択手段は、方法１："加圧インクの表面張力の電熱的減少"である。このドロップ選択手段は、他のシステムより優れた、次の特徴を含む多くの利点をもたらす：低電力運転（TIJの約%1）、CMOS VLSI チップ組立てとの互換性、低電圧運転（約10V）、高いノズル密度、低温度運転、及び広範囲に適合するインク調合。インクは、温度上昇につれて表面張力の減少を示さなければならない。ホットメルト又はオイル素地のインクに対する好ましいドロップ選択手段は、方法２："振動インク圧力に関連した、インク粘性の電熱的減少"である。このドロップ選択手段は、温度上昇につれて粘性の大きい減少を示すが、表面張力の減少は少ししか示さないインクと併用するのに特に適しているものである。これは、特に、比較的高分子量を有する無極性インクキャリヤーで生ずる。これは、特に、ホットメルト及びオイル素地のインクに適用できる。表"ドロップ分離手段"は、選択したドロップをインク溜まりから分離し、且つその選択したドロップが印刷媒体上にドットを形成することを保証するための、いくつかの可能な方法を示す。ドロップ分離手段は、非選択ドロップが印刷媒体上でドットを形成しないことを保証するべく選択ドロップと非選択ドロップとを区別するものである。他のドロップ分離手段も用いてよい。好ましいドロップ分離手段は、用途によって変わる。ほとんどの用途では、方法１："静電引力"、又は方法２："AC電界"が最も適している。平滑なコーティングが行われた紙又はフィルムが使われ、且つ超高速が不可欠でない用途では、方法３："近接"が適することもある。高速、高品質システムに対しては、方法４： "転送近接"を用いてよい。方法６："磁気引力"は、印刷媒体が近接印刷には粗すぎ、且つ静電ドロップ分離に要する高電圧が望ましくない携帯印刷システムに適している。全ての情況に適用できる明確な"ベストの"ドロップ分離手段はない。本願発明による様々な方式の印刷システムについてのより詳しい詳細は、1995 年4月12日提出の下記のオーストラリア特許出願に記述されており、その開示はここに参考として引用する： "液体インクフォールトトレラント（故障許容）(LIFT)印刷メカニズム"(出願番号:PN2308); "LIFT印刷における電熱ドロップ選択"(出願番号:PN2309); "印刷媒体近接によるLIFT印刷のドロップ分離"(出願番号:PN2310); "媒体距離に合うようヘッド変更による近接LIFT印刷のドロップサイズ調節"( 出願番号:PN2311); "音響インク波に関する増大近接LIFT印刷"(出願番号:PN2312); "LIFT印刷における静電ドロップ分離"(出願番号:PN23I3); "近接LIFT印刷における多重同時的ドロップサイズ"(出願番号:PN2321); "熱的に活性化された印刷ヘッドの自己冷却動作"(出願番号:PN2322); "熱粘性減少LIFT印刷"(出願番号:PN2323); 発明による１つの好ましい印刷システムの簡略化した略図を図1(a)に示す。イメージ源52は、スキャナもしくはコンピュータからのラスタイメージデータ、又はページ記述言語(PDL)の形のアウトラインイメージデータ、又は他の形のディジタルイメージ表示であってよい。このイメージデータは、イメージ処理システム53によりピクセルーマッブ・ページイメージに変換される。これは、PDL イメージデータの場合はラスタイメージプロセッサ(RIP)、ラスタイメージデータの場合はピクセルイメージマニブレーションであってよい。イメージ処理システム53により作られる連続トーンデータは、ハーフトーン化される。ハーフトーン化は、ディジタルハーフトーン化ユニット54で実施する。ハーフトーン化したビットマップイメージデータは、イメージメモリ72に記憶する。印刷機及びシステムの構成に依存して、イメージメモリ72は、フルページメモリ、又はバンドメモリであってよい。ヒータ制御回路71は、イメージメモリ72からのデータを読み込み、印刷ヘッド50の一部であるノズルヒータ（図1(b)の103）に時間変更(time -varying)電気パルスを印加する。これらのパルスは、適当な時間に、適当なノズルへ印加され、その結果、選択されたドロップは、記録媒体51上のイメージメモリ72のデータで指定された適当な位置にスポットを形成する。記録媒体51は、紙移送制御システム66によって電気的に制御されるところの、紙移送システム65によってヘッド50に相対的に移動させられるもので、この搬送制御システムは、今度は、マイクロコントローラ315によって制御されることになる。図1(a)に示した紙移送システムは概要に過ぎず、従って、様々な多くの機械的構成も可能である。ページ幅印刷ヘッドの場合、停止ヘッド50を通過させて記録媒体51を移動させるのが最も便利である。しかし、走査型印刷システムの場合、１つの軸に沿って（副走査方向）ヘッド50をそしてその直交軸に沿って（主走査方向）記録媒体51を、相対的ラスタ運動で移動させるのが、通常、最も便利である。マイクロコントローラ315はまた、インク圧レギュレータ63とヒータ制御回路71も制御してよい。表面張力減少を用いる印刷では、インクは、インクタンク64に圧力下で容れる。（インクドロップが噴射されない）静止状態では、インク圧力は、表面張力に打ち勝ってドロップを噴射するには不十分である。一定のインク圧力は、インク圧レギュレータ63の制御下でインクタンク64に圧力をかけることにより得ることができる。あるいは、大き目の印刷システムに関しては、インク圧力は、インクタンク64におけるインクの最上面をヘッド50の上方の適当な距離に位置させることによって極めて精密に発生させ且つ制御することができる。このインクレベルは、簡単なフロートバルブ（非表示）で調整可能である。粘性減少を用いる印刷では、インクは、インクタンク64に圧力下で容れ、そのインク圧力が振動するようにする。この振動を生ずる装置は、インクチャンネル（非表示）に取り付けた圧電式アクチュエータであってよい。ドロップ分離手段を使って適切に処理されると、選択されたドロップは、記録媒体51上にスポットを形成し始め、一方、非選択ドロップは、インク溜まりの部分に留まる。インクは、インクチャンネル装置75によってヘッド50の裏面に分布される。インクは、好ましくは、ヘッド50のシリコン基板を貫通して、ノズルとアクチュエータがそこに配置されているところの、前面までエッチングしたスロット及び／又は穴を通して流れる。熱選択の場合、ノズルアクチュエータは、電熱ヒータである。本発明によるある種の印刷機では、選択したドロップがインク溜まりから分離して記録媒体51の方へ移動することを保証するために外部場74を必要とする。在来の外部場74では、インクは容易に電導性になるよう作られるので、一定の電場である。この場合、用紙ガイド即ちプラテン67は、電導性材料から作って、電場を発生させる１つの電極として用いてよい。他の電極は、ヘッド50そのものであってよい。別の具体例は、選択されたドロップと非選択ドロップを区別する手段として印刷媒体の近接を使う。小さいドロップサイズでは、インクドロップにかかる重力は極めて小さく；表面張力のほぼ10^-4、それ故、重力は、ほとんどの場合、無視してよい。このため、印刷ヘッド50と記録媒体51は、局部重力場に対して任意の方向に配置できる。これは、携帯型プリンターにとって重要な要件である。図1(b)は、改良CMOSプロセスを使って組み立てられた、発明の単一の微視的ノズルチップ実施例の断面の詳細拡大図である。ノズルは、シリコン、ガラス、金属、又は他の任意の適当な材料であってよい基板101にエッチングする。半導体材料でない基板が使われる場合、（アモルファスシリコンのような）半電導性材料をその基板上に堆積させてよく、且つ、集積化駆動トランジスタ及びデータ分布回路を表面半電導性層に形成してよい。単結晶シリコン(SCS)基板は、下記を含むいくつかの利点を持っている： 1）高性能駆動トランジスタ及びその他の回路をSCSに組み込むことが可能； 2）印刷ヘッドは、標準のVLSI製造装置を用いて現存の設備（工場）で組み立てることが可能； 3）SCSは、高い機械的強度と剛性をもっており；そして 4）SCSは、高い熱伝導性をもっている。この実施形態では、ノズルは、環状ヒータ103を有する、円筒形である。ノズルチップ104は、CMOSドライブ回路の組立中に堆積させた二酸化シリコンの層102 から形成する。ノズルチップは、窒化シリコンで不動態化する。突き出たノズルチップで加圧インク100の印刷ヘッド表面上への接触点が制御される。印刷ヘッド表面はまた、疎水性にされ、印刷ヘッドの前面にわたるインクの不慮の広がりを防止する。ノズルに関するその他の多くの構成は可能であり、発明のノズルの具体例は、形状、ディメンション、及び使用材料が変更されてよい。ヒータと駆動用回路がその上に形成される基板からエッチングされた一体構造のノズルは、オリフィス板を必要としない利点がある。オリフィス板を排除すれば、製造上及び組立において顕著なコスト節約となる。オリフィス板を排除する最近の方法は、Domoto等のUS Pat No.4,580,158，1986（Xeroxに譲渡）、及びMiller等のUS Pat.No.5,37 1,527，1994（Hewlett-Packardに譲渡）に記載されているような"vortex"アクチュエータの使用が含まれる。しかし、これらは作動させるのが複雑であり、組立が困難である。発明の印刷ヘッドのオリフィス板を排除する好ましい方法は、アクチュエータの基板中にオリフィスを組込むことである。この方式のノズルは、ドロップ分離に種々の技術を用いる印刷ヘッドに使ってよい。静電的ドロップ分離を使う操作最初の例として、表面張力の熱的減少並びに静電的ドロップ分離を利用する操作を図2に示す。図2は、FIDAP、米国イリノイ州のFluid Dynamics社から市販されている業務用流体力学的シミュレーションソフトウェアパッケージ、を使って実行されたエネルギー搬送及び流体力学的シミュレーションの結果を示す。このシミュレーションは、周囲温度30℃で直径8μmの熱ドロップ選択ノズルの態様についてのものである。ヒータに加える全エネルギーは276 nJであり、これは4 nJ毎の69のパルスとして加えられたものである。インク圧力は、周囲の空気圧力を越える10 kPaであり、30℃でのインクの粘性は、1.84 cPsである。インクは、水ベースであり、 0.1%のパルミチン酸のゾルを含み、温度上昇につれて表面張力の大幅の減少を実現するものである。ノズルの中心軸から半径方向で40μmの距離までのノズルチップの断面を示す。シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、非晶質の二酸化シリコン、結晶性二酸化シリコンを含む様々な材料のノズルにおける熱の流れ、及び水ベースのインクが、材料の各密度、熱容量、及び熱伝導率を使ってシミュレートされている。シミュレーションの時間ステッブは、0.1μsである。図2(a)は、ヒータが作動される直前の静止状態を示す。インク圧力と外部の静電場をプラスしたものが、周囲温度のインクの表面張力に打ち勝つには不十分であることを保証することにより、インクが静止状態にあるノズルから漏れない平衡状態が作られる。静止状態では、インクのメニスカスは、印刷ヘッドの表面から顕著に突き出ず、従って、静電場は、メニスカスに顕著に集中されない。図2(b)は、ヒータ加熱パルスの供給開始後の間隔5μsの5℃間隔の等温線を示す。ヒータが加熱すると、ノズルチップと接触しているインクが急速に加熱する。表面張力の減少によって、メニスカスの加熱部分が冷たいインクのメニスカスに較ベ急速に拡大される。これが対流を起こし、ノズルチップにあるインクの自由表面の部分にわたってこの熱を急速に搬送する。熱は、インクがヒータと接触しているところだけではなく、インク表面全域に分布されることが必要である。これは、固形ヒータに対する粘性抵抗がヒータと直接接触しているインクを移動させないからである。図2(c)は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、10μs後の5℃間隔の等温線を示す。温度の上昇によって、表面張力の減少が生じ、力の平衡が乱される。メニスカス全体が加熱されてしまうと、インクが流れ始める。図2(d)は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、20μs後の5℃間隔の等温線を示す。インク圧力でインクが新しいメニスカス位置へ流されてしまい印刷ヘッドから突き出る。静電場は突き出る伝導性インクドロップによって高密になる。図2(e)は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、30μs後の5℃間隔の等温線を示し、これは、ヒータパルスの持続時間が24μs故、ヒータパルス終了後6μ sでもある。ノズルチップは、酸化物の層を通しての伝導、並びに流動するインク中への伝導により急速に冷却している。ノズルチップは、効果的に、インクで "水冷"される。静電引力によって、インクドロップは記録媒体の方へ加速され始める。ヒータパルスが著しく短ければ（この場合、16μs未満）、インクは記録媒体の方へ加速されず、その代わりにノズルへ戻ることになる。図2(f)は、ヒータ加熱パルスの供給が終了してから、26μs後の5℃間隔の等温線を示す。ノズルチップの温度は、今度は、周囲温度を超えて5℃未満である。これがノズルチップの周りで表面張力の増加を生ずる。インクがノズルから引き出される速度が、ノズルを通るインク流の粘性によって限定された速度を超える時、ノズルチップの領域にあるインクは"細くなり"、選択されたドロップがインク溜まりから分離する。その後、選択されたドロップは、外部静電場の影響下で記録媒体へ進む。次いで、ノズルチップにおけるインクのメニスカスは、その静止位置に戻り、次のインクドロップを選択すべく次のヒートパルスを待機する。１つのインクドロップが選択され、分離され、そして各ヒートパルスに対して記録媒体上にスポットを形成する。ヒートパルスは電気的に制御されるので、ドロップオンデマンド型のインクジェット動作が達成され得るのである。図3(a)は、ヒータ加熱パルスの供給が開始されてから、5μs間隔のドロップ選択サイクル中の継続的なメニスカス位置を示す。図3(b)はメニスカス位置対時間のグラフであり、メニスカスの中心の点の移動を示す。ヒータパルスはシミュレーションが開始してから10μs後にスタートする。図3(c)は、ノズルの様々な点での時間に関する温度の合成曲線を示す。グラフの縦軸は、100℃単位の温度である。グラフの横軸は、10μs単位の時間である。図3(b)に示す温度曲線は、0.1μsの時間ステップを使い、FIDAPによって計算した。その場所の周囲温度は30℃である。３点での温度履歴を示す： A - ノズルチップ：これは、不動態層、インク、及び空気の間の接触範囲の温度履歴を示す。 B - メニスカス中間点：これは、ノズルチップとメニスカスの中心の間の中程のインクメニスカス上の範囲にある。 C - チップ表面：これは、ノズル中心から20μmの印刷ヘッド表面上の点にある。温度は数度上昇するに過ぎない。このことは、活回路が、高温度による性能又は寿命の低下を被らないで、ノズルに最近接して配置できることを示すものである。図3(e)は、ヒータに印加された電力を示す。最適の動作では、ヒータパルスのスタート時は温度の急上昇を必要とし、パルスが持続している間はインクの沸点より多少低い温度が維持され、パルス終了時は温度の急速な降下が必要である。これを達成するには、ヒータに加える平均エネルギーをパルスの持続時間にわたり変化させる。この場合、その変化は、それぞれ4 nJのエネルギーを有する、0. 1μsサブパルスのパルス周波数変調により達成されるものである。ヒータに加えるピーク電力は40 mWであり、ヒータパルスの持続時間にわたる平均電力は11.5 mWである。この場合の副パルス周波数は5 Mhzである。これは、印刷ヘッドの動作に顕著な影響を与えずに容易に変更することができる。比較的高い副パルス周波数を用いれば、ヒータに加えられる電力にわたりより微細な制御が可能となる。 13.5 Mhzという副パルス周波数は、この周波数が無線周波数の干渉(RFI)の影響を最小にするのにも適している故、適切である。インク図3(d)は、下記の添加物を含有する種々の水性配合液の表面張力に及ぼす計算された温度効果を示す： 1）ステアリン酸の0.1%ゾル 2）パルミチン酸の0.1%ゾル 3）Pluronic 10R5（商標：BASF）の0.1%溶液 4）Pluronic L35（商標：BASF）の0.1%溶液 5）Pluronic L44（商標：BASF）の0.1%溶液本願発明の印刷システムに適するインクは、その開示をここに参考として引用している、次のオーストラリア特許出願に記載されている： "Ink composition based on a microemulsion"(出願番号:PN5223，1995年9月6 日出願); "Ink composition containing surfactant sol"(出願番号:PN5224，1995年9月 6日出願); "Ink composition for DOD printers with Krafft point near the drop sele ction temperature sol"(出願番号:PN6240，1995年10月30日出願);及び "Dye and pigment in a microemulsion based ink"(出願番号:PN6241，1995年 10月30日出願)．粘性の減少を使う動作第二の例として、ホットメルトインクと組み合わせて、粘性の熱的減少と近接ドロップ分離とを使う具体例の動作は次の通りである。印刷機の運転に先立ち、固形インクをインクタンク64で融解する。インクタンク、印刷ヘッドへのインク通路、インクチャンネル75、及び印刷ヘッド50は、インク100がその温度で液体であるが、比較的高い粘性（例えば、約100 cP）を示す温度に維持する。インク10 0は、インクの表面張力でノズルに保たれる。インク100は、インクの粘性が温度上昇につれ減少するように調合する。インクの圧力は、ノズルからのドロップ噴射回数の整数倍である度数で振動する。インク圧力の振動は、ノズルチップのインタのメニスカスの振動を起こすが、この振動は、インクの高い粘性のため小さいものである。通常の動作温度では、これらの振動は、ドロップ分離を生ずるには不十分な振幅である。ヒータ103が付勢されると、選択ドロップを形成しているインクが加熱され、好ましくは、5 cPより低い値まで粘性の減少を来す。減少した粘性により、インク圧力サイクルの高圧力部分の間、インクメニスカスがさらに動かされることになる。印刷媒体51は、選択ドロップが印刷媒体51に接触するよう印刷ヘッド50に十分近接して、但し、非選択ドロップが印刷媒体51に接触しないよう十分離して配置する。印刷媒体51に接触すると、選択ドロップの部分は凝固し、印刷媒体に付着する。インク圧力が下がるにつれ、インクはノズル中へ後方移動し始める。インク本体は、印刷媒体上に凝固されるインクから分離する。その後、ノズルチップのところのインク100のメニスカスは、低振幅の振動に戻る。インクの粘性は、残留熱がインク本体と印刷ヘッドへ消散されるにつれ、その静止レベルまで増加する。１つのインクドロップが、各熱パルスに関して選択され、分離されそして印刷媒体51上に１つのスポットを形成する。熱パルスは電気的に制御されるので、ドロップオンデマンド型のインクジェット動作を実現できるのである。印刷ヘッドの製造本願発明による一体化印刷ヘッドの製造プロセスは、その開示をここに参考として引用している、1995年4月12日付の次のオーストラリア特許出願に記載されている： "A monolithic LIFT printing head"(出願番号:PN2301); "A manufacturing process for monolithic LIFT printing heads"(出願番号: PN2302); "A self-aligned heater design for LIFT print heads"(出願番号:PN2303); "Integrated four color LIFT print heads"(出願番号:PN2304); "Power requirement reduction in monolithic LIFT printing heads"(出願番号:PN2305); "A manufacturing process for monolithic LIFT print heads using anisotr opic wet etching"(出願番号:PN2306); "Nozzle placement in monolithic drop-on-demand print heads"(出願番号:P N2307); "Heater structure for monolithic LIFT print heads"(出願番号:PN2346); "Power supply connection for monolithic LIFT print heads"(出願番号:PN2 347); "External connection for Proximity LIFT print heads"(出願番号:PN2348); 及び "A self-aligned manufacturing process for monolithic LIFT print heads" (出願番号:PN2349);及び "CMOS process compatible fabrication of LIFT print heads"(出願番号:PN5 222，1995年9月6日出願) "A manufacturing process for LIFT pring heads with nozzle rim heaters" (出願番号:PN6238，1995年10月30日出願); "A modular LIFT print heads"(出願番号:PN6237，1995年10月30日出願); "Method of incrreasing packing density of printing nozzles"(出願番号:P N6236，1995年10月30日出願); "Nozzle dispersion for reduced electrostatic interaction between simul taneously printed droplets"(出願番号:PN6239，1995年10月30日出願)印刷ヘッドの制御本願発明の印刷ヘッドにおいてページイメージデータを与え且つヒータ温度を制御する装置は、その開示をここに参考として引用している、1995年4月12日付の次のオーストラリア特許出願に記載されている： "Integrated drive circuitry in LIFT print heads"(出願番号:PN2295); "A nozzle clearing procedure for Liquid Ink Fault Tolerant(LIFT)printi ng"(出願番号:PN2294); "Heater power compensation for temperature in LIFT printing systems"( 出願番号:PN2314); "Heater power compensation for thermal lag in LIFT printing systems"( 出願番号:PN2315); "Heater power compensation for print density in LIFT printing systems" (出願番号:PN2316); "Accurate control of temperature pulses in printing heads"(出願番号:PN 2317); "Data distribution in monolithic LIFT print heads"(出願番号:PN2318); "Page image and fault tolerance routing device for LIFT printing syste ms"(出願番号:PN2319); "A removable pressurized liquid ink cartridge for LIFT printers"(出願番号:PN2320).印刷ヘッドのイメージ処理発明による印刷システムの目的は、オフセット印刷を使って印刷されたカラー印刷物に品質上慣らされているそれと同等である印刷品質を獲得することである。これは、ほぼ1,600 dpiの印刷分解能を用いて達成できる。しかし、1,600 dpi の印刷は、達成するのが困難な上、高価である。それと類似の結果は、シアンとマゼンタに画素当り２ビット、及び黄色とブラックに画素当り１ビットを使う、 800 dpi印刷を用いて達成することが可能である。このカラーモデルを、ここでは、CC'MM'YKと呼ぶ。高品質のモノクロ像の印刷も必要とされるところでは、ブラックに画素当り２ビットを使ってもよい。このカラーモデルを、ここでは、CC 'MM'YKK'と呼ぶ。本発明のシステム及び他の印刷システムでの使用に適するカラーモデル、ハーフトーン化、データ圧縮、及び実時間拡張システムは、その開示をここに参考として引用している、1995年4月12日付の次のオーストラリア特許出願に記載されている： "Four level ink set for bi-level color printing"(出願番号:PN2339); "Compression system for page images"(出願番号:PN2340); "Real-time expansion apparatus for compressed page images"(出願番号:PN 2341);及び "High capacity compressed document image storage for digital dolor pri nters"(出願番号:PN2342); "Improving JPEG compression in the presence of text"(出願番号:PN2343); "An expansion and halftoning device for compressed page images"(出願番号:PN2344);及び "Improvements in image halftoning"(出願番号:PN2345).本発明による印刷ヘッドを用いる用途本発明の印刷装置と方法は、（限定はされないが）下記を含む、広範囲の用途に適している：カラー及びモノクロ事務用印刷、短時間運転ディジタル印刷、高速ディジタル印刷、プロセスカラー印刷、スポットカラー印刷、オフセットプレス付加印刷、走査型印刷ヘッドを用いる低コスト印刷機、パージ幅印刷ヘッドを用いる高速印刷機、携帯型カラー・モノクロ印刷機、カラー・モノタロ複写機、カラー・モノクロファクシミリ装置、複合印刷機、ファクシミリ・複写装置、ラベル印刷、大型形式プロッタ、写真複写、ディジタル写真処理用印刷機、ディジタル"インスタント"カメラに組み込まれた携帯型印刷機、ビデオ印刷、ホトCD像の印刷、"Personal Digital Assistants"用携帯型印刷機、壁紙印刷、屋内サイン印刷、ビルボード印刷、及び織物印刷。本発明に基づく印刷システムは、その開示をここに参考として引用している、 1995年4月12日付の次のオーストラリア特許出願に記載されている： "A high speed color office printer with a high capacity digital page i mage store"(出願番号:PN2329); "A short run digital color printer with a high capacity digital page i mage store"(出願番号:PN2330); "A digital color printing press using LIFT printing technology"(出願番号:PN2331); "A modular digital printing press"(出願番号:PN2332); "A high speed digital fabric printer"(出願番号:PN2333); "A color photograph copying system"(出願番号:PN2334); "A high speed color photocopier using a LIFT printing system"(出願番号 :PN2335); "A portable color photocopier using LIFT printing technology"(出願番号 :PN2336); "A photograph processing system using LIFT printing technology"(出願番号:PN2337); "A plain paper facsimile machine using a LIFT printing system"(出願番号:PN2338); "A Photo CD system with integrated printer"(出願番号:PN2293); "A color plotter using LIFT printing technology"(出願番号:PN2291); "A notebook computer with integrated LIFT color printing system"(出願番号:PN2292); "A portable printer using LIFT printing system"(出願番号:PN2300); "Fax machine with on-line database interrogation and custoomized magaz ine printing"(出願番号:PN2299); "Miniature portable color printer"(出願番号:PN2298); "A color video printer using a LIFT printing system"(出願番号:PN2296); 及び "An integrated printer，copier，scanner,and facsimile using a LIFT pri nting system"(出願番号:PN2297).環境条件に対する印刷ヘッドの補償ドロップオンデマンド型印刷システムは、一貫性があり予測可能なインクドロップのサイズと位置をもっていることが望ましい。インクドロップのサイズと位置の不必要な変化によって、得られる印刷の光学濃度が変化し、感覚印刷品質を低下させることになる。これらの変化は、それぞれ、公称インクドロップ容積及び画素間隔の小部分に留めるべきである。多くの環境変数は、それらの影響を有意でないレベルまで下げるように補償することが出来る。幾つかの係数の有効補償は、ノズルヒータに供給される電源を変えることによって達成出来る。１つの印刷ヘッド実施例用最適温度分布は、ノズル先端（チップ）の有効領域を放出温度まで瞬間的に上昇させ、パルスの継続期間に亙って当該領域を放出温度に維持し、そして、当該領域を周囲温度まで瞬間的に冷却することに関係する。この最適温度条件は、本発明に基づくノズルの作成に用いられる各種材料の蓄積熱容量および熱伝導率のために成就できない。ただし、印刷ヘッドの限定されないエレメントシミュレーションの反復洗練によって求めることのきる曲線を利用してパワーパルスを整形することによって改良された性能を達成することが出来る。ヒータに供給される電力は、次に示す技法により、ただしこれらの技法に限られることなく、適宜、変えることが出来る。 1）ヒータへの印加電圧を変えること 2）一連の短パルスの幅を変調すること(PWM) 3）一連の短パルスの周波数を変調すること(PFM) 正確な結果を得るためには、インクの対流、及びインク流が特定電力カーブで得た温度に著しく影響を及ぼす故、自由表面のモデル化を使った遷移流体の動的シミュレーションが必要である。印刷ヘッド基板に適当なディジタル回路を組み込むことにより、各ノズルに加える電力を個別的に制御することは実際的である。これを達成する１つの方法は、様々な異なったディジタルパルス列を印刷ヘッドチップ全体に"ばらまき"、且つ多重化回路を使って各ノズルに適切なパルス列を選択することである。補償してよい環境因子の例を表"環境因子の補償"に挙げる。この表は、（全印刷ヘッドに関して）包括的に（複合多重チップ印刷ヘッドの各チップに関して）チップ当り且つノズル当り、どの環境因子が最良に補償されるかを識別するものである。ほとんどの用途は、これらの変量の全てに対して補償を要しない。効果がより小さい変量もあり、補償は、極めて高い像品質が要求される場合に必要となるに過ぎない。印刷ヘッド駆動回路図４は、本発明に従った一例としてのヘッド駆動回路の電子的作動原理を示す概略ブロック図である。この制御回路は、ヒータ電力調節を達成するために、印刷ヘッドに供給される電源電圧のアナログ調節を使用し、そして、各ノズルに供給される電力の個別制御は行わない。図４は、CC'MM'YKカラーモデルを使ってプロセスカラーを印刷する800 dpiページ幅印刷ヘッド使用システムのブロック図である。印刷ヘッド50は、主ノズル39,744個、予備ノズル39,744個、合計79,488 個のノズルを有する。主及び予備ノズルは、６色に分けられ、各色は８ドライブ位相に分離される。各ドライブ位相はシフトレジスタを有し、これは、ヘッドコントロール ASIC 400からのシリアルデータをヒータ駆動回路をイネーブルするためのパラレルデータに変換する。合計96個のシフトレジスタがあり、各々は82 8個のノズル用データを生成する。各シフトレジスタは、828個のシフトレジスタ段217から成り、その出力は、ＮＡＮＤゲート215によって位相イネーブル信号と論理積される。ＮＡＮＤゲート215の出力は、反転用バッファ216を駆動し、これが今度は駆動トランジスタ201を制御する。駆動トランジスタ201は、図1(b)に示すようなヒータ103であってよい電熱ヒータ200を起動する。イネーブルパルス中、シフトデータを有効に維持するため、シフトレジスタへのクロックを停止し、簡単化のため単一ゲートとして示されているが、好ましくは、周知の欠陥の無いクロック制御回路の範囲の何れかであってよいクロックストッパ218でイネーブルパルスを能動状態にする。シフトレジストのクロックの停止は、印刷ヘッドにおけるパラレルデータ・ラッチの要件を取り除くが、ヘッドコントロール ASIC 400の制御回路にある種の複雑さを付加することになる。データは、フォルトステータスバスの適当な信号の状態に依存して、主ノズルか又は予備ノズルの何れかへデータルータ219によって経路選択される。図４に示された印刷ヘッドは単純化されており、ブロック故障許容のような、製造歩留りを上げる種々の手段を示していない。印刷ヘッドの種々の配置構成に対する駆動回路は、ここに開示した装置から容易に誘導し得る。記録媒体上に印刷すべきドットパターンを表すディジタル情報は、図1(a)のイメージメモリ72と同じものであってよいページ又はバンドメモリ1513に格納される。１つのカラーのドットを表す32ビットワードのデータは、アドレスマルチプレクサ417によって選択されたアドレスとメモリインタフェース418によって作った制御信号とを使ってページ又はバンドメモ1513から読み出される。これらのアドレスは、６つのカラー成分の各々に１つある"パー・カラー回路"410の部分を形成するアドレス発生装置411で生成される。アドレスは、印刷媒体に関連するノズルの位置に基づいて生成される。ノズルの相対位置は種々の印刷ヘッドについて異なってよい故、アドレス発生装置411は、好ましくは、プログラム可能に作られる。アドレス発生装置411は、通常、主ノズルの位置に対応するアドレスを生成する。しかし、故障ノズルがあると、故障を含んでいるノズルのブロック位置が故障マップＲＡＭ412にマーク付けできる。故障マップＲＡＭ412は、被印刷ページとして読み取られる。もしメモリがノズルブロックの故障を示すと、アドレス発生装置411が予備ノズルの位置に対応するアドレスを生成するようにアドレスが変更される。ページ又はバンドメモリ1513から読み取られたデータは、ラッチ413でラッチされそしてマルチプレクサ414によって４つのシーケンシャルなバイト(sequential bytes)に変換される。これらのバイトのタイミングは、ＦＩＦＯ415によってその他のカラーを表すデータのそれに整合するよう調整される。次いで、このデータはバッファ430でバッファされて印刷ヘッド50への48ビット主データバスを形成する。そのデータは、印刷ヘッドがヘッドコントロール ASICから比較的長い距離に配置できる時にバッファされる。フォルトマッブRAM 412からのデータもＦＩＦＯ416への入力を作る。このデータのタイミングは、ＦＩＦＯ415のデータ出力と整合され、バッファ431でバッファされてフォルトステータスバスを形成する。プログラム可能な電源320はヘッド50用の電力を供給する。電源320の電圧は、 RAMとDACの組合せ(RAMDAC)316の部分であるDAC 313によって制御される。RAMDAC 316は、二重ポートRAM 317を含む。二重ポートRAM 317の内容は、マイクロコントローラ315によってプログラムされる。温度は、二重ポートRAM 317の内容を変更することにより補償される。これらの値は、熱センサー300によって検知された温度に基づいてマイクロコントローラ315によって計算される。熱センサー300 の信号は、アナログ・デジタル変換器(ADC)311に接続する。ADC 311は、好ましくは、マイクロコントローラ315に組み込む。ヘッドコントロールASIC 400は、熱遅れ補償及び印刷密度用制御回路を含む。熱遅れ補償では、ヘッド50への電源電圧はヒータ用イネーブルパルスと同期している急速時変電圧(rapily time-varying voltage)であることが必要がある。これは、この電圧を生ずるようプログラム可能な電源320をプログラムすることにより達成される。アナログ時変プログラム電圧は、二重ポートRAM 317から読み出されるデータに基づいてDAC 313で発生させる。このデータはカウンタ403によって生成したアドレスに従って読み取られる。カウンタ403はイネーブルパルスの周期中、アドレスについての１つの完全なサイクルを作る。この同期は、カウンタ403がシステムクロック408によってクロック制御され、且つイネーブルカウンタ404をクロックするのにカウンタ403の上位カウントが使われる時に、確保される。イネーブルカウンタ404からのカウントは、次いで、デコーダ405によって複号され、バッファ432でバッファされてヘッド50用のイネーブルパルスを作る。カウンタ403は、カウントの状態数が１つのイネーブルパルスのクロック周期数より少ないならプリスケーラを包含してよい。ヒータの熱遅れを正確に補償するには、１６の電圧状態が適当である。これらの１６の状態は、カウンタ403と二重ポートRAM 317との間で４ビット接続を用いることにより特定できる。しかし、これらの１６の状態は、直線的に時間間隔をとらなくてよい。これらの状態の非線形タイミングを可能にするため、カウンタ403はROM又はカウンタ403に非線形の方法で計数させる他のテバイスを含んでもよい。あるいは、１６を下回る状態を使ってもよい。印刷密度の補償に関しては、印刷密度は、各イネーブル周期中そこにドロップが印刷されることになるピクセル数（"オン"ピクセル）をカウントすることにより検出される。"オン"ピクセルは、オン・ピクセルカウンタ402で計数される。８つのイネーブルパルスの各々に１個のオン・ピクセルカウンタ402がある。本発明に基づく印刷ヘッドにおける作動化可能（イネーブル）相の数は印刷ヘッド特有の設計に依存する。位相数は２の累乗であるという条件はないが、４，８，１６が便利な数である。オン・ピクセルカウンタ402は、１ニブルのいくつのビットがオンであるかを決める組合せ理論ピクセルカウンタ420から構成してよい。次いで、この数は、加算器421とアキュミュレータ422によって累算される。ラッチ423は、その累積値をイネーブパルスの周期中有効状態に保持する。マルチプレクサ401は、イネーブルカウンタ404で決められるような、現在のイネーブル位相に対応するラッチ423の出力を選択する。マルチプレクサ401の出力は、二重ポートRAM 317のアドレスの部分を形成する。"オン"ピクセル数の正確な計数は必要でなく、この計数の最上位４ビットで十分である。熱遅れ補償アドレスの４ビットと印刷密度補償アドレスの４ビットとを組合せることは、二重ポートRAM 317は８ビットのアドレスを有することを意味する。これは、二重ポートRAM 317が、二次元配列にある256個の数を含むことを意味する。これらの二次元は、（熱遅れ補償に関する）時間と印刷密度である。三次元 −温度−を包含してよい。ヘッドの周囲温度がただ徐々に変化するだけの時は、マイクロコントローラ315は、現在の温度での熱遅れと印刷密度を補償する256数のマトリックスを計算するだけの十分な時間をもつ。周期的に（例えば、１秒の数倍で）、マイクロコントローラは、現在のヘッド温度を検知しそしてこのマトリックスを計算する。印刷ヘッド５０へのクロックは、ヘッドクロック発生装置４０７によってシステムクロック４０８から生成され、そして、バッファ４０６によってバッファされる。ヘッドコントロールＡＳＩＣのテストを容易にするために、ＪＴＡＧテスト回路４９９を備えても差し支えない。熱インクジェット技術との比較表"熱インクジェットと本願発明との比較"は、本願発明による印刷態様と熱インクジェット式印刷技術を比較するものである。両方とも熱的アクチュエータと液体インクを使って動作するドロップオンデマンド型システム故、本願発明と熱インクジェット技術間で直接比較がなされている。それらは類似しているように見えるかも知れないが、２つの技術は、異なった原理で動作するものである。熱インクジェット式印刷機は、次の基本的動作原理を使っている。電気抵抗加熱によって生ずる熱衝撃は、結果的に液体インクにおいて爆発性バブル形成となる。急速且つ不変のバブル形成は、インクを過熱することにより起こり得るもので、その結果、十分な熱が、バブルの核形成が完了する以前にインクに運ばれる。水をベースとしたインクに関して、ほぼ280℃〜400℃のインク温度が必要である。バブル形成は、高速で開口からインクドロップを押し進める圧力波を生ずる。次いで、バブルが衝突し、インクをその容器から引き出してノズルを再充填する。熱インクジェット式印刷は、高いノズル詰め込み密度と十分に確立された集積回路製造技術の利用によって、商業上、十分成果を収めている。しかし、熱インクジェット式印刷技術は、多部品精密組立、装置歩留り、像分解能、"ペッパー"ノイズ、印刷速度、ドライブトランジスタ電力、ムダ電力消費、サテライトドロップ形成、熱応力、示差熱膨張、コゲーション、キャビテーション、矯正拡散、及びインク生成の困難さを含む、重大な技術的問題に直面しているのである。本願発明による印刷は、熱インクジェット式印刷のもつ利点の多くを持っていて、且つ熱インクジェット技術のもつ固有の諸問題の多くを完全且つ実質的に排除するものである。歩留りと故障許容歩留まりほとんどの場合、一体化集積回路は、それらが製造時に完全に機能的でない場合には、修理不能である。ウェハ実施により製造される動作デバイスのパーセントは、歩留りとして知られている。歩留りは、製造コストに直接影響を及ぼすものである。歩留り5%のデバイスは、歩留り50%の同一デバイスより、実際は、製造するのに10倍以上高くつく。３つの主要な歩留りの尺度がある： 1）製造上の歩留り 2）ウェハ分類の歩留り 3）最終試験の歩留り大型ダイスに関しては、代表的にはウェハ分類の歩留りであり、これが全歩留りに及ぼす最も重大な制約となる。本願発明の完全ページ幅カラーヘッドは、典型的なVLSI回路と較べて極めて大きい。優れたウェハ分類歩留りは、前述のヘッドのコスト効果的製造にとって決定的である。図5は、発明の一体化フル幅カラーA4ヘッドの具体例についてのウェハ分類歩留り対故障密度のグラフである。ヘッドは、215mm長−5mm幅である。非故障許容歩留り198は、広く用いられる歩留り予測法であるMurphyの方法に従い計算される。平方センチ当り１故障の故障密度では、Murphyの方法は、1%未満の歩留りを予測する。これは、組立てられたヘッドの99%以上が破棄されることになることを意味する。この低歩留りは、印刷ヘッドの製造コストが容認できないほど高くなるので、極めて望ましくないものである。 Murphyの方法は、むらのある故障分布の効果を近似する。図5はまた、非故障許容歩留まり197のグラフも包含し、これは、故障クラスタリング（集合化）因子を導入することにより、故障クラスタリングを明示的にモデル化するものである。故障クラスタリング因子は、製造上、制御可能なパラメータではないが、製造プロセスの特性である。製造プロセスに関する故障クラスタリング因子は、ほぼ2であると予測でき、この場合、歩留りの投影は、Murphyの方法に密接に整合する。低歩留りの問題に対する解法は、故障の機能ユニットを交換するのに使われる予備の機能ユニットをチップに含めることで故障許容歩留まりを組み込むことである。メモリチップ及びほとんどのウェハ・スケール・インテグレーション(WSI)デバイスでは、チップ上の予備のサブユニットの物理的位置は重要でない。しかし、印刷ヘッドでは、予備のサブユニットは、１つ以上の印刷アクチュエータを含むことがある。これらは、印刷中のページと固定された空間的関係を持たなければならない。欠陥を起こしたアクチュエータと同じ位置にドットを印刷できるためには、予備のアクチュエータは、非走査方向に変位させてはならない。しかし、フォルトアクチュエータは、走査方向に変位される予備アクチュエータと置き換えることができる。予備アクチュエータが故障を起こしたアクチュエータと同じ位置にドットを印刷することを確保するため、予備アクチュエータに対するデータタイミングを変更して走査方向の変位を補償してよい。全てのノズルの変位を可能にするため、100%重複性に帰着する完全な一組のスペアノズルがなければならない。100%重複性に必要とされるのは、正規には、チップ面積の２倍以上であり、予備ユニットを置換する以前に一次歩留りを劇的に低減させ、従って、故障許容歩留まりの諸利点のほとんどを排除することになろう。しかし、本発明による印刷ヘッドの具体例に関しては、ヘッドチップの最小の物理的ディメンションは、印刷中のページ幅、ヘッドチップの壊れ易さ、及びインクをチップの裏面へ供給するインクチャンネルの組立上の製造制約で決められる。A4サイズの紙を印刷するためのフル幅、フルカラーヘッドに関する最小の実行サイズは、ほぼ215 mm x 5 mmである。このサイズは、1.5μm CMOS組立技術使用時、チップ面積を著しく増やさないで100%重複性の包含を可能にするものである。それ故、一次歩留りを顕著に減らさないで高レベルの故障許容歩留まりを包含することができる。故障許容歩留まりがデバイスに包含される時、標準歩留りの方程式は使用できない。その代わり、故障許容歩留まりのメカニズムと度合いを明確に解析し且つ歩留りの式に包含しなければならない。図5は、フル幅カラーA4ヘッドに対するフォルト許容の分類歩留り199を示し、これは、様々な形の故障許容歩留まりを包含し、そのモデル化は歩留りの方程式に含まれている。このグラフは、投影歩留りを故障密度と故障クラスタリングの両方の関数として示すものである。図5 に示した歩留りの投影は、完全に履行される故障許容歩留まりは、同一の製造条件下でウェハ分類歩留りを1%以下から90%以上まで高め得ることを示す。これにより、製造コストを100分の1まで低減させることができる。故障許容歩留まりは、数千のプリンティング・ノズルを含んでいる印刷ヘッドの歩留りと信頼性を改善するために、従って、ページ幅プリンティングヘッドを実用化するために、大いに推奨されるものである。しかし、故障許容歩留まりは、本願発明の本質的部分として取り扱われるべきではない。ドロップオンデマンド型印刷システムにおける故障許容歩留まりは、その開示がここに参考として引用されている、次の1995年4月12日付オーストラリア特許出願に記載されている： "Integrated fault tolerance in printing mechanisms"(出願番号:PN2324); "Block fault tolerance in integrated printing heads"(出願番号:PN2325); "Nozzle duplication for fault tolerance in integrated printing heads" (出願番号:PN2326); "Detection of faulty nozzole in printing heads"(出願番号:PN2327);及び "Fault tolerance in high volume LIFT printing presses"(出願番号:PN2328 ).印刷システムの実施例本発明にかかる印刷ヘッドを使用するデジタル電子式印刷システムの概略図を図６に示す。この図は、記録媒体５１上に滴下した多数のインクドロップによって構成される画像６０を印刷するモノリシック（一体構造）の印刷ヘッド５０を示す。この媒体は、一般には紙であるが、一般的な透明薄膜、布、或いはインクドロップを受け入れる実質的に平らな表面であっても差し支えない。印刷されるべき画像は、イメージ源（画像供給源）５２によって供給され、そして、画素で構成される二次元アレイ（配列体）に変換可能なあらゆるタイプのピクセルであっても差し支えない。典型的なイメージ源（画像供給源）は、イメージスキャナ、ディジタル的に記憶されたイメージ、例えばアドビポストスクリプト（Adobe Postscript）、アドビポストスクリプト（Adobe Postscript）レベル２、または、ヒューレット・パッカードＰＣＬ５のようなページ記述言語（ＰＤＬ）に符号化された画像、例えばアップルクイックドロー（Apple Quick Draw）、アップルクイックドローＧＸ（Apple Quick Draw GX）、または、マイクロソフトＧＤＩ（Microsoft GDI）のような手続き呼出しベースラスタライザよって生成されたページ画像、または、例えばASCIIのような電子フォームに表されたテキストである。次に、この画像データは、イメージ処理システム５３によって、特定の印刷システムに適した画素で構成された二次元アレイに変換される。このアレイは、カラー又は単色のいずれであっても差し支えなく、そして、データは、一般に、イメージ源（画像供給源）及び印刷システムの仕様に応じて画素当たり１から３２までの間のビット数である。ソースイメージがページ記述である場合には、イメージ処理システムはラスタ画像プロセッサ（ＲＩＰ）であっても差し支えなく、又はソースイメージがスキャナから供給される場合には、イメージ処理システムは二次元イメージ処理システムであっても差し支えない。連続した色調の画像が必要とされる場合には、ハーフトーン化システム５４が必要である。ハーフトーン化としては、分散ドット規則ディザ（dispersed dot ordered dither）または誤差拡散（error diffusion）に基づくタイプが適切である。一般に確率的予備選択（stochastic screening）または周波数変調予備選択（frequency modulation screening）として知られているこれらのバリエーション（変形技法）が適切である。通常オフセット印刷に使用されるハーフトーン化システム、即ち集積ドット規則ディザ（clustered dot ordered dither）は推奨されない。理由は、この技法を用いると実効画像解像能力が不必要に浪費されることに因る。ハーフトーン化システムの出力は、本発明に基づく印刷システムの解像度をもった２進単色またはカラー画像である。２進画像は、画素データをデータシフトレジスタ５６に正しい順序で供給するデータ位相回路５５によって処理される（図４に示すように、ヘッドコントロールＡＳＩＣ４００に組み込まれても差し支えない）。データの順序付けは、ノズルの配置および用紙の動きを補償するするために必要とされる。データがシフトレジスタ５６にロードされている場合には、データは、ヒータ駆動回路５７に並列提示される。駆動回路５７は、パルス整形回路６１および電圧レギュレータ６２によって生成された電圧パルスを対応するヒータ５８に、正しい時点において、電子的に接続する。ヒータ５８は、ノズル５９のチップを加熱し、インクの物理的特性に影響を及ぼす。インクドロップ６０は、ヒータ駆動回路に供給されたディジタルインパルスに対応するパターンでノズルから漏れ出る（エスケープする）。インクタンク６４内のインク圧力は、圧力レギュレータ６３によって調整される。インクドロップ６０のうちの選定されたドロップは、選定済みドロップ分離手段によって、インク溜まり（ボディ）から分離され、そして、記録媒体５１に接触する。印刷に際して、記録媒体５１は、紙移送システム６５により、印刷ヘッド５０に対して継続的に移動する。印刷ヘッド５０が記録媒体５１の印刷領域の全幅員を占める場合には、記録媒体５１を一方向に動かすことだけが必要であり、そして、印刷ヘッド５０は固定した状態を維持することができる。（印刷領域の全幅員よりも）小さい印刷ヘッド５０を使用する場合には、ラスタ走査ステムを実現することが必要である。これは、一般に、記録媒体５１の短い次元に沿って印刷ヘッド５０を走査し、一方で、記録媒体５１をその長い次元に沿って動かすことによって達成される。単一モノリシック印刷ヘッドにおける多重ノズル例えば、オフィスプリンタ、または、写真複写機（フォトコピア）のような装置用として使用するための新規な印刷システムは迅速にプリントすることが可能であることが望ましい。多くの用途にとって、印刷速度は、一般に、毎分Ａ４ページ６０枚（毎秒１ページ）が適切である。ただし、毎分６０ページの電子的に制御された印刷速度を達成することは簡単ではない。１ページを印刷するための所要最小時間は、当該ページ上のドット位置の個数に、ドット１個を印刷するための所要時間を乗じた積を、各カラーの同時に印刷することのできるドットの個数によって除算した値に等しい。結果として得られる画像の品質は、画像を作成するために使用できるインクドットの全個数によって影響される。分散ドットデジタルハーフトーン化（網かけ）を用いた全色マガジン（雑誌）品質印刷の場合には、１インチ当たり約８００ドット（１ｍｍ当たり３１．５ドット）が必要である。用紙上のドット間隔は３１．７５マイクロメータである。Ａ４規格１ページの大きさは２９７ｍｍｘ２１０ｍｍである。１ｍｍ当たり３１．５ドットであれば、白黒全ブリードＡ４ページ用には６１，８８６，６３２ドットが必要である。高品質プロセスカラー印刷（色刷り）は、シアン（藍色）、マゼンタ（紅紫色）、黄色、及び、黒の４色を必要とする。従って、全必要ドット数は２４７，５４６，５２８である。用紙の縁の小さい余白には印刷してはならないので、この必要個数は幾分減少するが、必要なドットの全個数は依然として非常に大きい。習慣がつかれたタイムがプリントするならば、１ドットを印刷するための所要時間が１４４マイクロ秒であり、そして、１色当たりただ１個のノズルを備えるものとすれば、単一ページ１面を印刷するための所要時間は２時間以上である。既に述べた出願者（私）の印刷システムを用いて高速高品質印刷を達成するためには、多くの小さいノズルを備えた印刷ヘッドが必要である。印刷ヘッドが用紙の全幅であれば、８００ｄｐｉカラーＡ４ページの印刷は１秒間で達成される。印刷ヘッドを静止させ、そして、用紙を１秒間だけ移動させても差し支えない。幅２１０ｍｍの４色８００ｄｐｉ印刷ヘッドは２６，４６０個のノズルを必要とする。このような印刷ヘッドは、２６，４６０個の活動ノズル及び２６，４６０個の冗長ノズル、合計５２，９２０個のノズルを備える。各々のシアン、マセンタ、黄色、及び、黒のプロセスカラーに対して６，６１５個の活動ノズルが有る。多数のノズルを備えた印刷ヘッドを低コストで製造することが出来る。これは、シリコンウェハに数千個のノズルを同時に作成するための半導体製造工程を用いて達成される。数個の部品を製造し、これらを組み立てることによって印刷ヘッドを製造する場合に起きる可能性のある機械的な配列および熱膨張の差という問題を排除するために、シリコンの単一片からヘッドを製造することが出来る。ノズル及びインクチャネルは、シリコンにエッチングされる。ヒータエレメントは、抵抗性材料の蒸発、及び、これに続く標準半導体製造工程を用いた写真平板技術によって形成される。数千個のノズルを備えた印刷ヘッドで必要とされる筈の多数の接続部を減少させるためには、データ配分回路およびドライブ回路も同様に印刷ヘッドに集積することが出来る。図７は、幾つかのノズルを通って切断した印刷ヘッドの一部分をチップの背面から見た簡素化された図面である。基板１２０は１つのシリコンの単結晶から作るもとが出来る。例えば、半導体写真平板技術、及び、化学湿式エッチング或いはプラズマエッチング工程によって、ノズル１２１は基板内に作成される。インクは、ヘッドの上面のノズルに入り、基板を貫いて通過し、ノズルの先端１２３を経てヘッドから出る。ヒータ及びドライブ回路の平面はウェハの下側に作成される。即ち、印刷ヘッドは、その上に能動回路が作成される表面に対して「逆さ」の状態で図示される。基板の厚さ１２４は、標準シリコンウェハの厚さ、即ち、約６５０マイクロメータであっても差し支えない。ヘッド幅１２５は、使用する色の数、ノズルの配列状態、ノズルの間隔、及び、ドライブ回路および相互接続部に必要なヘッドエリアに関係する。単色ヘッドの場合、適切な幅は約２ｍｍであろう。プロセスカラーヘッドの場合、適切な幅は約５ｍｍである。ＣＣ’ ＭＭ’ＹＫカラー印刷ヘッドの場合、適切なヘッド幅は約８ｍｍである。ヘッド１２６の長さは用途に依存する。コストが非常に低い用途の場合には、アプリケーションは、１ページ全体に亙って走査しなければならない短いヘッドが用いられる。高速用途の場合には、固定ページ幅モノリシック、または、多重チップ印刷ヘッドを使うことができる。印刷ヘッドの長さの典型的な範囲は１ｃｍから２１ｃｍまでの間である。ただし、ハイボリューム用紙印刷、または、織物印刷用としては、２１ｃｍよりも長い印刷ヘッドが適当である。印刷ヘッドの製造既に述べた当出願者（私）のシステム用のモノリシック印刷ヘッドの製造方法は標準的なシリコン集積回路製造方法と同様である。ただし、通常のプロセスフロー（工程の流れ）は、ノズル、ノズル用バレル、ヒータ、及びノズルチップを形成するための幾つかの方法を修正しなければならない。多くの異なった半導体工程基づいてモノリシック印刷ヘッドを生産することが出来る。これらの各々の半導体工程に対して、必要な構造を形成するために、多くの方法によって基礎的工程を修正することが出来る。この種の印刷ヘッドを生産する工場を設立するコストを節減するために、生産を簡単な工程に基づかせることが望ましい。更に、実用的でありさえすれば出来るだけ粗大な１組の設計規則を使用することが望ましい。理由は、微細な線幅を生成するための装置はより高価であり、そして、同一歩留りを達成するためには一層清浄な環境が必要である。モノリシック印刷ヘッドの最小長さは、所要印刷可能幅によって決定される。モノリシック印刷ヘッドの最小幅は、機械的な強度に関する必要条件、及び、シリコンチップの背面にインク供給チャネルを設ける可能性によって決定される。例えば、写真タイプ全幅４色ヘッドの最小寸法は、長さ１００ｍｍ、幅約５ｍｍである。この大きさは約５平方糎の面積に相当する。ただし、シフトレジスタ及びドライブ回路用に必要なトランジスタは３００，０００個未満である。従って、最近の平板装置を使用する必要はない。ここに記載されている工程は、標準の半導体製造工程に基づき、２マイクロメータの線幅用に設計された装置を使用することができる。実質的には廃止された平板装置（本明細書の記述時現在、最新生産ＩＣ製造装置は幅０．２５マイクロメータの線を作ることが可能である）を利用することにより、印刷ヘッドの生産用工場を設立するためのコストを大幅に節減することが出来る。更に、例えば、ＶＬＳＩＣＭＯＳのような低電力高速工程を利用する必要もない。必要速度は遅く、そして、電力消費の大部分は、インクジェットノズル用に必要なヒータ電力によって占められる。従って、例えばｎＭＯＳのような簡単な技術で十分である。ただし、緩慢なＣＭＯＳ製造能力のかなりの部分を１から２マイクロメータまでの線幅用として利用できるので、ＣＭＯＳが最も実用的な生産解決策であるものと推測される。適当な基礎的製造工程印刷ヘッドノズルを作成するために必要な製造過程は、多くの異なる半導体処理システムに組み込むことが出来る。例えば、次に示す技術を修正することによって印刷ヘッドを製造することが可能である：１）ｎＭＯＳ２）ｐＭＯＳ３）ＣＭＯＳ４）バイポーラ（二極式）５）ＥＣＬ６）種々のガリウムヒ素プロセス７）ガラス基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）８）能動半導体回路なしの微小機械的製作基礎技法の選択は、ノズル作成能力からは非常に独立している。ノズル製造過程を未だ発明されていない半導体処理手順に組み込むための方法は、当該技術分野における熟達者にとっては同様に明白であるものと推測される。最も簡単な製作工程は、同一ウェハ上に能動半導体ディバイスを作成することなしにシリコン微小機械的処理を用いてノズルを製造することである。ただし、この方法は、各ノズル毎に少なくとも１個の印刷ヘッド用外部コネクション（接続部）が必要とされるので、非常に多くのノズルを備えた印刷ヘッド用としては実用的でない。大型印刷ヘッドに場合には、ノズルと同じチップ上にドライブトランジスタ及びデータ配分回路を作成することが非常に有利である。ＣＭＯＳは、現在最も一般的な集積回路工程である。現在、多くのＣＭＯＳ工程は、一般に使用される０．３５マイタロメータ程度の線幅に対して、商用として利用されている。印刷ヘッドの製作にＣＭＯＳを利用した場合の利点を次に示す。１）生産工程が衆知であり、そして、よく特徴付けられている。２）零入力電流が殆どゼロである。３）信頼性が高い。４）ノイズ免疫性が高い。５）電源作動範囲が広い。６）金属線における電子移動（エレクトロマイグレーション）が少ない。７）シフトレジスタ及び欠陥許容ロジックの回路設計が簡単である。８）ウェハの正面側から基板を接地できる。ただし、ＣＭＯＳは、集積ドライブ回路を含む印刷ヘッドの製作に際してｎＭＯＳおよび他の技術よりも幾らかの欠点を持つ。即ち、１）同一チップ上に高品質のＮＭＯＳ及びＰＭＯＳディバイスを同時に製造するために多数の処理過程が必要である。２）ＣＭＯＳはラッチアップの影響を受け易い。これは、一般にヒータ回路に必要とされるＶｄｄよりも大きい電圧における高電流に起因する特殊な問題である。３）ＣＭＯＳは、他のＭＯＳ技術のように、静電放電損傷の影響を受け易い。これは、入力に保護回路を備え、そして、注意深く取り扱うことによって最小限度に抑制可能である。既に述べた当出願者（私）のシステム用印刷ヘッドの全ての可能な構成に適用可能な絶対的に「最良の」基礎的な製造工程は存在しない。その代りに、ノズルに特有の製造過程をメーカーの好きな工程に組み込まねばならない。大抵の場合、既存のプロセスフロー、使用装置、好ましい光抵抗性、及び、好ましい化学工程と互換性をもつようにノズル製造過程の特定細部に些細な変更を施す必要がある。これらの改造は、当該技術分野における熟達者にとっては明白であり、そして、本発明の範囲から逸脱することなしに実施可能である。ヒータの設計当出願者（私）のシステムの印刷ヘッドを使用する高品質印刷は一貫性のあるサイズのインクドロップを必要とする。一貫したサイズのインクドロップを生成するためには、ヒータの厚さ、幅、及び、長さと同様に、ノズルの直径を精密に制御しなければならない。ノズルに対するヒータの位置およびヒータをインクから分離する材料の厚さ及び熱特性も同様に重要である。最良の結果を得るためには、高解像度印刷ヘッドの特性は最低０．５マイクロメータの精度で制御されねばならない。これは、現在の生産半導体平板印刷装置を使用して達成することができる。ただし、半導体装置の最新機種は非常に高価である。自己調心工程を用いてモノリシック印刷ノズル構成のヒータエレメント作成することは可能である。この場合、ヒータの厚さ、ヒータの幅、及びノズルに対するヒータの位置は全て、平板印刷工程の代わりに析出及びエッチング過程によって決定される。自己調心工程を用いると、比較的粗い平版印刷技法を用いた場合であっても、高い精度と小さい寸法の達成を可能にする。この方法を用いると、一般に、これらのパラメータを、平板印刷工程を用いる場合よりも遥かに大きく制御することが出来る。更に、ヒータ用マスクが必要でない。レイアウトの例図８（ａ）は、印刷ヘッドの小さいセクション（区分）のレイアウトの一例を示す。これは、２つの縦列に並んだノズルを示す。これらの縦列のうちの一方はメイン印刷ノズルである。いま一方の縦列は欠陥許容のための冗長ノズルを含む。ノズル２００及び駆動トランジスタ２０１が図示される。図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部分の詳細拡大図である。このレイアウトは、２ミクロンｎＭＯＳ用であが、ＣＭＯＳ設計の駆動トランジスタはｎＭＯＳトランジスタとして作成されるので、ＣＭＯＳ用として殆ど変更を必要としない。レイアウトは、それらの駆動トランジスタ２０１及び反転ドライバ２１６を備えた３個のノズル２００を示す。３個のノズルは、ノズルの間隔を増大するために、食い違い（ジグザグ）パターン配置され、それにより、基板にノズルがエッチングされた後で、シリコンウェハの強度を増大する。大きいＶ⁺、及び、Ｖ^-電流は、チップを覆う広い第１及び第２レベルの金属線のマトリックスを流れる。Ｖ⁺ 及びＶ^-端子は、チップの２つの長い縁に沿って延長することが出来る。図８（ｂ）におけるＡからＢまでの線は、図９（ａ）から図９（ｒ）までに示す横断面のための切り取り線である。この線は、「Ａ」側のヒータ接続部および「Ｂ」側のヒータの「法線」断面を通る。製造工程の要約好ましい製造方法の要約を図９（ａ）から図９（ｒ）までに示す。製造工程の主要過程を次に示す。１）第１製造過程はウェハの仕入れである。シリコンウェハは、低コストにおいて大きく高品質のウェハが入手可能であり、基板としてシリコンの強度が優れており、そして、製作工程および装置が全体的に成熟しているために、例えばガリウムヒ素のような他の材料よりも強く推奨される。ウェハは、良好な厚さ制御の下で製造されなければならない。理由は、ウェハ全体を貫いてホール（孔）をエッチングしなければならないからである。ウェハの厚さに変化があると、相対的なエッチング時間に影響する。ウェハの厚い部分の孔を確実にエッチングすれば、ウェハの薄い部分の孔は過剰エッチングされる。過度の過剰エッチングは、ヒータ領域におけるガラスも実質的にエッチングすることになり、ノズルの熱特性を変化させる。ウェハが過度に過剰エッチングされた場合には、ヒータエレメントがエッチングされることも有り得る。エッチング装置は、二酸化シリコンのエッチングから消費気体を検出するように自動的に構成することが可能であり、そして、この点からエッチング停止をプログラムすることが出来るので、ウェハの実際の厚さは重要（臨界的）ではない。ただし、特定のウェハの厚さの変動値、及び、同時にエッチングしようとする１つのバッチに含まれるウェハの間の厚さの変動値が５マイタロメータより小さいことが必須である。ＳＥＭＩ（半導体装置および材料協会）規格の仕様に従って製造された１５０ｍｍウェハでは、合計厚さ変動値が２５マイクロメータであれば許容される。ＳＥＭＩ仕様に従って製造された２００ｍｍウェハは、合計厚さ変動値が７５マイクロメータであれば許容される。両方の場合における個別ウェハの厚さ変動値は５マイクロメータ未満に減少されなければならない。ここで、ウェハの厚さが６５０マイクロメータであると仮定すれば、ウェハは、機械的に、或いは、レーザによってゲッター加工してはならない。理由は、ゲッター加工は背面のエッチング工程に影響するからである。酸素勾配ゲッター加工は使用しても差し支えない。図９（ａ）は、この過程後におけるノズル領域におけるウェハの横断面を示す。本記述現在においては、２００ｍｍ（８”）ウェハが使用されており、そして、国際規格は３００ｍｍ（１２”）シリコンウェハに対して制定されている。ページ幅Ａ４（同様に、ＵＳレター）印刷ヘッドは、この種のウェハに１つの単一チップとして作成可能であるので、３００ｍｍウェハは、ＬＩＦＴヘッドの製造に特に有用である。２）二重の層金属を用いた先行技術集積回路作成工程を用いて能動デバイスを作成する。先行技術工程は、ｎＭＯＳ、ｐＭＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラ、または、他の工程であっても差し支えない。一般に、能動回路は、修正されない工程を用いて作成可能である。ただし、工程によっては、印刷ヘッドを大きい電流が流れることを可能にするために修正を必要とする場合もある。大型ヘッドは、全電圧供給した場合、ヒータ回路を経て流れる電流が８アンペアを越える可能性があるので、電子移動（マイグレーション）を防止することが必須である。第１レベル金属の場合には、モリブデンが電子移動に対して抵抗力があるので、アルミニウムの代りにモリブデンを使用しなければならない。更に、金属化層は、ＣＭＯＳ回路において通常必要とされる最小厚さよりも厚くなくてはならない。更に、金属間誘電体は厚くしなければならない。通常工程を用いると、この誘電体層は厚さ約１マイクロメータのＣＶＤＳiＯ₂によって作られる。ノズル領域における全ＳiＯ₂の厚さが４マイクロメータであるのに対し、誘電体層の厚さは約３マイクロメータまで増大させねばならない。増大させる理由は、基板の熱に対する抵抗力を増加し、そして、ノズルチャンバの背面エッチング中にヒータが破壊することを防止するためにノズル領域の機械的強度を強化するためである。ノズルの先端は、高精度でＳiＯ₂をエッチングしなければならない。ノズルの直径が余り変化してはいけないので、この処理過程における、平板印刷解像度は実質的に２マイクロメータ以上でなけばならない。ノズルの先端は、例えば、ＣＦ₄-Ｈ₂ 気体混合物を用いたＲＩＥエッチングのような高度の異方性エッチングでなくてはならない。エッチングは、接触層貫通孔内のモリブデンまで、そして、ノズル領域内のシリコンまで届かなければならない。エッチング工程がモリブデンに対して十分に選択的である場合には、同一処理過程を用いてレベル間層貫通孔をエッチングすることが出来る。ただし、ノズルの先端においてエッチングされるべきＳiＯ₂の厚さは第１レベル金属よりも約１マイクロメータだけ厚いので、ノズルとビーアス（層貫通孔）をエッチングするために同じマスクを使用する場合には注意しなければならない。図９（ｂ）は、この過程後におけるノズル領域のウェハ横断面を示す。３）第２レベル金属の付着。第１レベル金属の場合と同様に、電子移動（マイグレーション）について考慮しなければならない。ただし、モリブデン薄膜に接合することは困難であるので、接合パッドが所在する第２レベル金属用にはモリブデンを使用しないことが必要である。その代りに、このレベルはアルミニウムにより形成することが出来る。全ての大電流トレースに対して大きい線幅を使用し、そして、２％銅を含むアルミニウム合金を使用することにより、電子移動（マイグレーション）を最小限度に抑制することができる。レベル間酸化物は標準よりも厚いので第２レベル金属の階段状被服は重要である。更に、層貫通孔を先細にすれば、ノズルの先端も先細になるので、階段状被服を改良するために層貫通孔を先細にしてはならない。代りに、ノズルの先端に影響を及ぼすことなしに層貫通孔を先細にするために、個別マスク及び個別処理過程を使用しても差し支えない。ただし、低圧力蒸発を利用することにより、適当な階段状被服を実施することが可能である。第１レベル金属がフィールド酸化物を覆っている部分に限って層貫通孔を配置することにより、層貫通孔の階段状被服を改良することが出来る。これらの点においては、それ以前の平面化過程によって、金属間酸化物の厚さは薄くなる。好ましい工程は、０．５マイクロメータ被覆の側壁付き、９８％アルミニウム、２％銅の低圧力蒸発による１ｍｍの析出である。図９（ｃ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。４）第２レベル金属のマスキングとエッチング図９（ｄ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。この過程は、主工程と同じ平板印刷精度によって実施することが出来る。ヒータへの接点は、数ｍｍだけノズル先端の縁と重複させることが出来る。５）ヒータ幅を決定するための抵抗充填剤の付着。この一例としての工程において、ノズルの側壁上にヒータが析出される。これは、薄い中間層のみの介在を可能にすることによってヒータとインクとの間の熱伝導度を増大するためである。ヒータは、ノズルチップに対して自己調心され、そして、ヒータの幅は、レジストのＲＩＥエッチングの深さによって正確に制御される。これは、２マイクロメータ平版印刷技術によって達成可能な精度以上の精度を達成できるようにヒータパラメータを制御可能にする。図９（ｅ）は、レジストの厚い層をスピンコーティングし、そして、平面化するためにポストベーキングした後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。６）ＣＶＤガラスの表面以下のヒータ幅（約１マイクロメータ）に等しいレベルまでＯ₂を用いてレジストをＲＩＥエッチングする。この過程にはマスク必要でない。図９（ｆ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。７）ヒータを形成する。ヒータは、ヒータ材料の薄い順応薄膜を塗布し、そして、当該材料を異方性を以てエッチングすることによって形成される。こうすることにより、ヒータ材料は垂直表面にのみ残される。ヒータ材料（例えば、厚さ０．０５マイクロメータのＴａＡｌ合金、或いは、例えばＨｆＢ₂又はＺｒＢ₂のような耐火材料）は、蒸発圧力以下において順応的に塗布することができる。図９（ｇ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。８）ヒータ材料を異方性的にエッチングする。これは、マスクを用いることなしに、ヒータ材料を反応性イオンビームによるエッチング（ＲＩＢＥ）することにより達成出来る。ＲＩＢＥは、水平方向より上の垂直方向に関して非常に高い選択性を持つので使用される。この段階において、ヒータ材料は全ての垂直表面上に残される。金属間酸化物が十分に平面化されている場合には、不必要なヒータ材料だけが、第２レベル金属の側壁部分に残される筈である。使用する工程の詳細条件に応じて、この過剰ヒータ材料を、不良効果なしに、所定の場所に残すことが可能である。ただし、平面化が不十分であるか、或いは、他の理由から、ヒータ材料をアルミニウム側壁上に残すことが出来ない場合には、ヒータ材料は除去しなければならない。これは、ノズル領域にマスキングし、（マスクはオーバーサイズにすることが出来るので、２マイクロメータ平版印刷技術で十分である）そして、露出した全てのヒータ材料を等方性を以て剥ぎ取ることにより達成できる。図９（ｈ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。９）厚いレジストをウェハ両側面に付着させる。ウェハの前端面上のレジストは、取り扱い上の損傷または迷（ストレイ）エッチングを防止することだけを目的とする。ウェハを貫通してノズルバレルがエッチングされるので、ウェハ背面上のレジストは３レベルレジストでなくてはならない。ウェハの厚さは約６５０マイクロメータであるので、シリコン処理の場合に通常必要とされるよりも実質的により多くエッチングすることが必要である。利用可能なエッチャントの選択度は、一般に、レジスト上のシリコンに体して２５：１以上であってはならない。これは、ウェハを薄くすることを防止するためには、レジスト層の厚さは少なくとも２６マイクロメータでなければならないことを意味する。ある程度ウェハが薄くなっても問題を起こしてはならないので、レジストの厚さは約２５マイクロメータであれば差し支えない。レジストのこの厚さは、現行平版印刷装置を用いて正確に露出することは出来ない。従って、マルチレベルのレジストをしようしなければならない。適当な工程は、無機中間レジストレベルを用いた３レベルレジストである。第１レベルレジストの厚さは、３レベルレジストに通常用いられる厚さの約１０倍である。従って、中間酸化物レベルも相対的に更に厚くなければならない。適当な工程は、厚さ２５マイクロメータ光学ノボラック陽性ポリメチールメタクリレイト（ＰＭＭＡ）をスピンコーティングし、続いて、１マイクロメータのスピンオンガラス（ＳＯＧ）をスピンコーティングし、０．５マイクロメータのレジストをスピンコーティングする（勿論、軟および硬ベーキングサイクルも必要である）。図９（ｉ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す（レジストの厚さは縮尺図示されていない）。１０）ノズルバレルのマスクを用いてウェハの背面上のレジストを露出し、そして、現像する。平版印刷装置のアライメント光学部品を特に修正することによりウェハの前端面からアラインメント（心合わせ）を行う。第２レベルレジストをマスクとして使用し、ＣＦ₄Ｏ₂を用いてＳiＯ₂をＲＩＥエッチングする。マスクとしてＳiＯ₂を使用し、第１レジストレベルを酸素ＲＩＥエッチングする。図９（ｊ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１１）ノズルバレルをエッチングする。６５０マイクロメータ全体に亙ってエッチングしなければならないので、このステージは重要（臨界的）である。幾つかの係数は正確に制御されなければならない。ノズル先端の背面が過度にエッチングされることを防止するために、ウェハ全体に亙る相対的なエッチングレートが厳密に制御されなければならない。ウェハ全体に亙ってエッチングレートが２％以内に制御されなければならないという条件の下において、最も速いエッチング部分をエッチングする場合には、最も遅い部分は、１３マイクロメータのシリコンがエッチングされないまま残される。これが、ウェハの厚さの５マイクロメータ変動と結合されると、変動値は１８マイクロメータになる。この変動値は、端部停止状態を最初に検出してから２０マイクロメータだけ過剰エッチングすることにより補償することが出来る。エッチャントの選択度がＳiＯ₂の上のシリコンに対して２０：１である場合には、ＳiＯ₂の下面は１マイクロメータだけエッチングされるはずである。これは、工程設計の拘束条件に適合する。更に、バレルの側壁が実質的に垂直であることは必須条件である。ノズルの先端におけるノズルの所要半径は約７マイクロメータである。ノズルバレルの半径は２９マイクロメータ未満でなくてはならない。そうでない場合には、バレルは合体し、適切に規定されたノズルを形成するようにマスクを設計することが不可能になる。これは、エッチング角度が１．９°を超過してはならないことを意味する（これは、逆正接（２９マイクロメータ−７マイクロメータ）／６５０マイクロメータ）として計算される）。エッチング角度は、背面マスク上の未露出領域のサイズに大きく影響する。ノズルの先端におけるバレルのアラインメント（配列）及び直径は臨界的でないのでこの設計は、エッチング角度および背面マスク精度に対してかなり大きな裕度を持つ。ただし、バレルがノズルの先端よりも狭い場合には、インクはバレルからノズルの先端まで流れないことがあり得る。バレルが広過ぎる場合には、シリコンウェハの強度が不十分になる可能性がある。図９（ｋ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１２）全ての露出済みモリブデンを１マイクロメータの深さまで等方性ＲＩＥエッチングする。これにより、ノズル先端の底部に残っている金属が除去される。この残留金属が除去されなかった場合には、モリブデンヒータ接点とタンタルパッシベーション層との間で短絡が発生する可能性がある。この可能性が他の手段によって除去される場合には、この過程は必要でない。図９（１）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１３）レジストを剥取る。図９（ｍ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１４）絶縁及びパッシベーション層を形成する。モノリシックヘッドは、作動期間中、加熱された水を基調とするインクと接触しているので、効果的なパッシベーションは必須である。パッシベーション層はタンタルであることが望ましい。この層は、表面が損傷した場合には急速に自己補修する非常に耐久力のある薄いＴａ₂Ｏ₅の層を形成する。ただし、タンタルは電気的に導電性である。これは、回路がパッシベーション層から電気的に絶縁されていなければならないことを意味する。これは、ＳiＯ₂の層または他の電気的不導体によって達成され得る。ただし、パッシベーション層の熱伝導率が高く、そして、比熱容量が低い場合、ヒータとインクとの間は熱結合していることが最良である。タンタルの熱伝導率は高い。ただし、アモルファスＳiＯ₂（ガラス）の熱伝導率は低い。現在使用するために実用的な素材は窒化シリコンである。窒化シリコンは、例えばダイヤモンド又は炭化シリコンのような他の非伝導性材料ほど熱伝導率の観点からすれば良好ではないが、パッシベーションの質は優れており、そして、半導体製造用材料として周知である。厚さ０．５マイクロメータのＳｉ₃Ｎ₄の順応性をもつ層はＰＥＣＶＤによって供給することができる。圧力１．６ｔｏｒｒ、温度２５０℃ 、５０分間４６ワットの状態で２００ｓｃｃｍのＳＨ₄及び２０００ｓｃｃｍのＮＨ₃を使用すること。図９（ｎ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１５）厚さ０．５マイクロメータの順応性タンタル層は、低圧力化学蒸気析出（ＬＰＣＶＤ）を用いて析出することが出来る。図９（ｏ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１６）ドロップあふれ（オーバフロー）コントロールを形成する。ドロップの寸法（次元）を正確に制御するためには、ノズル壁の実効厚さは非常に小さくなければならない。タンタル製の薄い「リム（縁部分）」は、タンタル部分の前端面（即ち、ドロップがそこから放出される通常インクと接触していない表面）を除去することによってノズルの先端に作成することが出来る。次に、ノズル突出部の内部にタンタル製パッシベーション層を残して、少量のＳｉ₃Ｎ₄も同様に除去される。タンタルは、前端面を除く全ての表面上にタンタルを残し、ウェハの前端面から異方性を以てエッチングされる。図９（ｐ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１７）Ｓｉ₃Ｎ₄の等方性エッチング。２５℃で緩衝されたＨＦを用いて０．２５マイクロメータ（約４分）だけ湿式エッチングすることによって達成することができる。選定された被覆が次の処理過程に耐えることができる場合には、この段階において疎水表面被覆（コーティング）を塗布することができる。そうでない場合には、疎水被覆は、ＴＡＢ接合の後で塗布すること。多くの疎水被覆が使用可能であり、また、多くの塗布方法も使用可能である。説明を容易にするために、この種の適当な被覆（コーティング）は、フッ化ダイヤモンド様炭素（Ｆ＊ＤＬＣ）、即ち、フッ素によって実質的に飽和した外側表面をもつアモルファス炭素薄膜とした。プラズマ強化化学蒸気析出（ＰＥＣＶＤ）装置を用いたこの種薄膜の供給方法は米国特許数５，０７３，７８５に開示済みである。個別の疎水層を供給することは必ずしも必要ではない。その代りに、露出した誘電体層を疎水化剤を用いて処理することが出来る。例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄の代わりの絶縁層としてＳｉＯ₂を用いる場合には、デバイスは、露出されたＳｉＯ₂を疎水性にするために、ジメチルジクロルシランを用いて処理することが出来る。こうすると、ジメチルジクロルシランの上記があらゆる露出したＳｉＯ₂に影響を及ぼすので、疎水性のままに残そうとする領域にマスクしない限り、全てのノズルに影響する。インクが水または他の極性溶媒を基調とする場合には、疎水性層を供給することが必要とされる。インクがワックスベースであるか、或いは、非極性溶媒が用いられる場合には、印刷ヘッドの前端面は疎脂肪性でなくてはならない。要約すれば、印刷ヘッドの前面は、使用するインクをはじくように作成または処理されなければならない。ここに開示された物理デバイス構成を用いる場合には、疎水性層は、デバイスの前面のみに制限する必要がない。デバイスの性能に有意な影響を及ぼすことなしに、デバイス全体を疎水性の層（或いは、非極性インクが使用される場合には、疎脂肪性層）で覆っても差し支えない。デバイス全体がインクをはじく層によって処理される場合には、ノズル半径を外側半径の代りにノズル先端の内側半径としなければならない。図９（ｑ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。１８）接合、パッケージ、及びテスト。接合（ボンディング）、実装（パッケージング）、及びテスト工程は標準製造技法を用いることが出来る。大きい幅の接触接続が使用できる場合には、ＴＡＢはプロファイルが低いこと及び電流容量が大きいために、接続手段としてはテープ自動化接合（ＴＡＢ）が推奨される。接合パッドは、Ｓｉ₃Ｎ₄パッシベーション層から開放されていなければならない。これは、標準的なマスキング及びエッチング工程によって達成出来る。接合パッドを開放した後で、レジストを剥取り、そして、ウェハを清掃しなければならない。次に、ウェハテストを進行させることが出来る。ウェハをテストした後で、はんだバンプを施す。次に、ウェハはダイシング処理される。長い印刷ヘッドの破損を防止するために、そして、ウェハがノズル列に沿って弱化されるので、ウェハは、線描きしてスナップする代わりに切断すること。次に、ダイシング処理されたウェハ（チップ）は、インクチャネル内に取付けられる。カラー印刷ヘッドの場合には、この段階において、個別のインクチャネルをチップに対して密封される。取付けた後で、ＴＡＢレッドフレームを施し、そして、乾式デバイステストが実施される。次に、デバイスをインクサプライ（供給源）に接続し、インク圧力を供給し、そして、機能テストを実施することが出来る。図９（ｒ）は、この過程後におけるノズル領域内のウェハ横断面を示す。図９（ａ）から図９（ｒ）までにおいて、１００はインク、１０１はシリコン、１０２はＣＶＤＳｉＯ₂、１０３はヒータ材料、１０４はタンタルパッシベーション、１０６は第２層金属相互接続部（アルミニウム）、１０７はレジスト、１０８は窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、そして、１０９は疎水性表面被覆（コーティング）である。代替製作工程他の多くの製造工程が可能である。前述の製造工程は、利用可能な最も簡単な工程ではなく、最も低コストの実用的工程でもない。ただし、前述の工程は、同一ウェハ上に高性能デバイスを同時に作成するという有利を持つ。更に、前記工程は容易に基準化可能（スケーラブル）であり、そして、必要に応じて１ｍｍ幅の線を使用することが出来る。幅１マイクロメータ（或いは、更に細いジオメトリであっても）の線を使用すると、当該ウェハ上に更に多くの回路を集積することが可能であり、そして、駆動トランジスタのサイズ又は抵抗（或いは、双方共）を小さくすることが可能である。更に小さいデバイスジオメトリは、次に示す方法、或いは、下記の方法の組合わせによって利用することが出来る。１）モノリシック印刷ヘッドの幅を縮小する。２）更に精巧な欠陥許容回路を組み込むことにより、ヘッドの歩留りを向上させる。３）チップエリアを増大することなしにヘッド上のノズルの個数を増加する。４）線寸法（次元）に関してノズルの間隔を更に密接にすることにより印刷ヘッドの解像力を強化する。５）全システム回路の更に多くの部分をチップ上に組み込む。例えば、データ整相回路をチップに組み込むことが可能であり、そして、標準メモリインタフェース付きＬＩＦＴヘッドを供給することが可能であり、このインタフェースを介して直接メモリアクセスにより印刷データを獲得することが出来る。多くの方法により、ノズル形成工程を変更することが可能である。例えば、ここで説明した自己調心垂直ヒータ形成の代りに、高解像度平面化枝法を用いてヒータを作成することが可能である。更に多くの処理過程を付加することにより、幾つかの処理過程における精度および許容必要条件を緩和することも同様に可能である。例えば、ここに示す好ましい製作工程においては、ウェハの厚さ６５０マイクロメータを貫通する単一異方性エッチングを用いてノズルバレルが形成される。このエッチングは、側壁角度およびウェハ全体に亙るエッチングレートの均一性に関して精密に制御されなければならない。この過程の許容差必要条件は、２つの主要過程を用いることによって緩和することができる。第１の過程において、大きいチャネルは、ノズル領域において約５０マイクロメータの厚さを残して、ウェハの厚さの大部分をエッチングする。次に、多重レベルレジストを当該チャネルのベースに供給し、そして、投射システムを用いてチャネルのベースにおけるレジスト層上に光学焦点を合わせてノズルバレルの像を描かせる。次に、厚さ５０マイクロメータのシリコンを残してノズルバレルをエッチングする。この工程により、側壁角度許容差必要条件は２°から１０°以上に緩和されるので、工程制御が大幅に容易になる。ただし、この工程により、チップの物理的強度は大幅に低下し、後続する処理過程における破損を防止するために、非常に注意深い機械的取り扱が要求されることを意味する。上記の工程は、高解像度の全色ヘッドにドライブ回路、データ配分回路、及び、欠陥許容能力を組み込むことを可能にするような印刷ヘッドを生産するための１つの好ましい工程である。更に、当該ヘッドの能動回路は、２つのパッシベーション層、即ち、窒化シリコン及びタンタルにより、インクによる化学的な破壊作用攻撃から保護される。当出願者（私）の上記システムの印刷ヘッドのための他の好ましい印刷ヘッドの構造および製作工程については、図１０から３１までを参照しながら、以下に詳細に説明する。ただし、多くの更に簡単なヘッド製造工程を派生的に実現することが出来る。特に、能動回路を備えないヘッドは、遥かに簡単な工程を用いて製造可能である。ノズルリム用にプラズマエッチングを使用する印刷ヘッドの製造工程この好ましい実施例に基づくモノリシック印刷ヘッドの製造は、標準シリコン集積回路製造と同様である。ただし、通常の工程流れ（プロセスフロー）は、ノズル、ノズル用バレル、ヒータ、及び、ノズルの先端を形成するための幾つかの方法を修正しなければならない。従って、多くの異なる半導体工程にもとづいてこの種のモノリシック印刷ヘッドを生産を実施することが可能である。これら各々の半導体工程に関して、必要な構造を形成するために基礎的な工程を修正することの出来る多くの異なる方法がある。集積印刷ヘッドのためのこの好ましい製造工程は、標準ＣＭＯＳ処理のために〈１００〉ウェハを使用する。ＭＥＭＳの特定過程は全てＣＭＯＳＶＬＳＩデバイスの製作後で完成可能であるので、この処理は実質的に標準ＣＭＯＳ処理と互換性がある。標準ＣＭＯＳプロセスフロー（工程流れ）を用いて、ウェハは、第２レベル金属上の酸化物まで処理することが出来る。次に、幾つかの特定処理過程は、標準ＣＭＯＳ処理装置を用いて同様に完成することのできる過程に従う。この例において、体積約８ｐｌのドロップに対するノズルの直径は１６マイクロメータである。この工程は、ノズルの直径が１６マイクロメータ以上および未満の両方の広い範囲に亙って容易に適応可能である。この工程では、インクチャネルをエッチングするために〈１００〉シリコンウェハにおける異方性エッチングを使用し、続いてノズルバレルのエッチングを使用する。例えば、拡散およびＬＰＣＶＤのような高温過程は、あらゆるポストＣＭＯＳ工程に際しては回避される。レイアウトの計例図１０は、８００ｄｐｉ印刷ヘッドの小さい区分のレイアウトの例を示す。この図は、ノズル、及び、１つの単一インクチャネルビット内に所在する４８個のノズル用ドライブ回路のレイアウトを示す。この図の黒丸はノズルの位置を表し、そして、灰色領域は能動回路の位置を表す。４８個のノズルは、２４個のメインノズル２０００及び２４個の冗長ノズル２００１で構成される。ＭＯＳメイン駆動トランジスタ２００２の位置、及び、冗長駆動トランジスタ２００３の位置も同様に示される。インクチャネルピット２０１０は、ウェハの後部からエッチングされた先端を切断した矩形ピラミッド形である。ピラミッド形ピットの面は、単結晶シリコンウェハの｛１１１｝に相当する。ノズルは、ウェハが最も薄くなったピラミッド形の底部に位置する。例えば、インクチャネルピットの傾斜している壁部分、及び、ピットの間の領域のような、ウェハの厚い方の領域には、ノズルを配置できない。これらの領域は、データ配分及び欠陥許容回路用に使用できる。２ミクロン以下のＣＭＯＳ工程が使用される場合には、シフトレジスタ、クロック配分、及び、使用される他の回路における広範囲に亙る冗長性および欠陥許容性を受け入れる豊富な余地がある。図１０は、メインシフトレジスタ２００４、冗長シフトレジスタ２００５、及び、欠陥許容回路２００６用の適応な場所を示す。図１１は、１対のノズル（１つのメインノズルとその片方としての冗長ノズル）とノズルペア用駆動トランジスタの詳細なレイアウトである。レイアウトは、ノズル先端形成用として用いられる０．５ミクロン平版印刷技法を伴った１．５ミクロンＶＬＳＩ工程用である。このレイアウトは、２つのノズルと対応する駆動トランジスタを示す。メイン及び冗長ノズルは、印刷走査方向に１画素幅だけ離れて配置される。メイン及び冗長ノズルは、双方のノズルは決して同時点火されないので、静電的または流体工学的な妨害なしに相互に隣接して配置することが出来る。ドロップの選択に起因する温度上昇は、ヒータから短い距離において非常に小さいので、駆動トランジスタはノズルに非常に近接して配置できる。大きいＶ⁺及びＶ^-電流は、チップを覆った広い第１および第２レベル金属線のマトリックスによって運ばれる。Ｖ⁺及びＶ^-端子は、チップの２つの長い方の縁に沿って伸延する。ヒータ材料の層は、能動回路全体を覆って現れる。このヒータ材料層は、電気的にＶ⁺に接続され、そして、ＥＳＤ（静電放電）遮蔽（シールド）として作用する。ＥＳＤ遮蔽は、ドロップの静電式分離を行う場合に、ドロップ加速度電極からの静電放電に対してＣＭＯＳ回路を保護するために存在する。この層は、説明を明瞭にするために図１１からは省略されている。結晶学的平面に基づく配列この章で説明する製造工程は、エッチングを制御するために、単結晶シリコンウェハに固有の結晶学的平面を使用する。｛１１１｝平面へのマスキング手順の方向（オリエンテーション）は精密に制御されなければならない。シリコンウェハ上の一次平面の方向（オリエンテーション）は、通常、該当する水晶平面の僅かに±１°以内において正確である。マスク及び製造工程の設計に際しては、この角度許容差を考慮することが不可欠である。ウェハ表面の方向（オリエンテーション）は、同じく僅かに±１°以内において正確である。ただし、インクチャネルがエッチングされる以前には、ウェハは約３００マイクロメータまで薄くされるので、インクチャネルの貫通エッチングに際して、表面の配列誤差±１°は、最大限５．３マイクロメータの位置的不正確度となって現れる。この不正確度には、背面エッチング用マスクの設計において順応させることができる。製造工程の要約ウェハの両面を研磨する必要がある場合を除き、製造工程は標準６インチシリコンウェハから開始することが出来る。図１２は、各々の印刷幅が１０５ｍｍの１２個の全色印刷ヘッド用６インチウェハを示す。これらの印刷ヘッドの２個を組み合わせて、１個のＡ４／ＵＳレターサイズのページ幅の印刷ヘッドを形成することが出来る。これらの印刷ヘッド４個を組み合わせると、１７インチウェブ商用印刷ヘッドを提供することが可能であり、或いは、例えば、デジタル式ミニ「ｍｉｎｉｌａｂｓ」Ａ６フォーマットプリンタ又はデジタルカメラのような、写真フォーマット印刷用に個別使用できる。一例としてのウェハ仕様を次に示す。この工程は、高濃度ホウ素を含むエピタキシャル埋込み層を備えた特殊ウェハを使用する。この埋込み層は、ＥＤＰエッチング工程のエッチングストップとして用いられる。他のエッチングストップを使用しても差し支えない。主要製造過程を次に示す。１）標準ＣＭＯＳプロセスフローに従い、駆動トランジスタ、シフトレジスタ、クロック配分回路、及び、欠陥許容回路を作成して、ＣＭＯＳ工程を完了する。線幅１．５マイクロメータ以下を用いる２レベル金属ＣＭＯＳ工程が好ましい。ＣＭＯＳ工程は、第２レベル金属を覆う酸化物まで達成される。第２レベル金属は、銅、又は、ＴＡＢ接合に適した他の材料であること。図１３は、標準ＣＭＯＳプロセスフロー完了後における、ノズル先端領域内のウェハ横断面を示す。この断面図及び後続する断面面は、図１１の線Ａ：Ｂに沿った、ノズル先端の横断面である。「Ａ」側において、この横断面はノズルリムの「法線」部分を通る。「Ｂ」側において、この横断面は電極を通る。能動ＣＭＯＳ回路の横断面は標準プロセスフローを用いて作成されるので、説明を明瞭にするために、図示されない。この図は、シリコンウェハ２０２０、フィールド酸化物２０２１、第１インターレベル酸化物２０２２、第１レベル金属２０２３、第２インターレベル酸化物２０２４、第２レベル金属２０２５、及び、パッシベーション酸化物２０２６を示す。この例における層の厚さを次に示す。ａ）エピタキシャル埋め込みホウ素ドープ層２０１８：１マイクロメータｂ）エピタキシャルシリコン層２０１９：１０マイクロメータｃ）フィールド酸化物２０２１：１マイクロメータｄ）第１インターレベル酸化物２０２２：０．５マイクロメータｅ）第１レベル金属２０２３：１マイクロメータｆ）第２インターレベル酸化物２０２４：２マイクロメータ、平面化済みｇ）第２レベル金属２０２５：１マイクロメータｈ）パッシベーション酸化物２０２６：１．５マイクロメータ、平面化されず２）パッシベーション酸化物層内に電極とのヒータ接点用層貫通孔をあける。それと同時に、ＥＳＤ遮蔽として使用されるべきヒータ材料のバルクエリアを接続するＶ⁺への層貫通孔があけられる。図１４は、この過程後におけるノズル先端領域内のウェハ横断面を示す。３）ヒータ材料２０２７の薄い層を析出させる。層の厚さは、選定されたヒータ材料の抵抗率、及び、所要ヒータ抵抗に依存する。タングステン、ニクロム、タンタル／アルミニウム合金、ホウ素でドープしたポリシリコン、二ホウ化ジルコニウム、二ホウ化ハフニウム、その他を含む種々のヒータ材料を使用しても差し支えない。図１１に示すヒータジオメトリを用い、そして抵抗率２．５マイクロオームメータの薄膜を持つ厚さ１，０００オングストロームのタンタル／アルミニウム合金ヒータを使用する場合、ヒータ抵抗は７２８オームである。図１５は、この過程後におけるノズル先端領域内のウェハ横断面を示す。４）ノズル先端の外側縁およびヒータをマスクし、そして、約２マイクロメータの深さまで異方性プラズマエッチングを行う。ヒータ線幅が０．５マイクロメータであるので、０．５ミクロン平版印刷技法を使用すること。エッチングは、ヒータ材料２０２７を貫通し、そして、ヒータの下のＣＶＤ酸化物層まで進行する。ヒータ材料２０２７（ａ）はノズルヒータとして用いられ、そして、ヒータ材料２０２７（ｂ）はＥＳＤ遮蔽として用いられる。ＥＳＤ遮蔽ヒータ材料２０２７（ｂ）は、低インピーダンス電源電圧、好ましくはＶ⁺に電気的に接続される。図１６は、この過程後においけるノズル先端領域内のウェハ横断面を示す。５）ウェハの正面部分に厚さ０．１ミクロンのＰＥＣＶＤＳｉ₃Ｎ₄（窒化物）２０２８を析出させる。図１７は、この析出過程後におけるノズル先端領域の横断面である。６）ウェハを約３００のミクロンの厚さまで化学的に薄くする。７）ウェハの背面に厚さ０．５ミクロンのＰＥＣＶＤＳｉ₃Ｎ₄（窒化物）を析出させる。８）ウェハの背後部分にレジストをスピンコートする。インクチャネルの異方性エッチング、及び、チップ分離（ダイシング）のために、ウェハの背面にマスキングする。マスクは、インクチャネルを形成するための凹形矩形孔、及び、チップの縁の輪郭を形成する孔を備える。チップの縁の境界の角は場合によって凸状であるので、アンダカットが起きるようにマスクすること。チップの縁の形は、凸状の角のマスク上に突起部を置くことによって調節することが出来る。マスクパターンは｛１１１｝平面に対して調心される。レジストは、以前にの腐食を覆うために使われる（ウェハの背面上に既に析出されたＰＥＣＶＤ窒化物のエッチングをマスクするために使用れる。背面の窒化物をエッチングし、そして、レジストを剥取る。９）１１０℃におけるＥＤＰ（エチレンジアミン−ピロカテコール−水）において、ホウ素ドープエッチングストップ層に達するまで、ウェハをエッチングする。エピタキシャルエッチングストップ層２０１８内のホウ素濃度は、エッチングレートを大幅に低下させるために１立方センチメートル内の原子数が６ｘ１０¹⁹ を超過しなければならない。１ミクロンのホウ素ドープ層における１００：１のエッチングレート低下は、ウェハの厚さ及びＥＤＰエッチングレート双方の許容度を大幅に緩和する。エッチング時間は約５時間であること。このエッチングの結果として、ウェハを殆ど貫通してエッチングされるが、しかし、ホウ素ドープエッチングストップ２０１８によって深さが制限され、、そして、シリコン基板内の［１１１］結晶学面によってエッチング幅が制限されたインクチャネル２０１０が得られる。インクチャネル２０１０の側壁の位置は比例表示されていない。ＥＤＰ用のエッチングレートの概略値を次の表に示す。これらのエッチングレートは、Ｈ．Ｓｅｉｄｅｌ著「異方性シリコンエッチングのメカニズムと微小機械加工との関連性」トランスジューサ８７、ソリッドステートセンサ及びアタチュエータに関する国際会議第４分科議事録１９８７年ページ１２０−１２５を出典とする。図１８は、この過程後におけるノズル先端領域内のウェハ横断面を示す。１０）標準平板印刷およびエッチング工程を用いてＰＥＣＶＤＳｉ₃Ｎ₄（窒化物）、２０２８、ヒータ材料２０２７（ｂ）、及び、酸化物２０２６前端面の接合パッドを開く。１１）マスク、及び、プラズマは、ノズル先端部及びノズルバレル構造体、及び、前面チップ境界にマスキングして、そして、プラズマエッチングする。マスク平版印刷は高解像度（０．５ミクロン）でなければならず、そして、ヒータの外側リムエッチングのために使用されるマスクに対して充分に調心しなければならない。エッチングは、表面窒化物２０２８、ヒータ材料２０２７、ＣＶＤ酸化物層２０２２、２０２４、及び、２０２６、熱酸化物２０２１、エピタキシャルシリコン層２０１９、及び、ホウ素ドープエピタキシャルシリコン層２０１８を貫通してエッチングする異方性プラズマエッチングである。放出されたドロップに作用する粘着性の抗力を減少するためにシリコンをアンダカットすることが好ましい。これは、二酸化シリコンよりも更に高いレートでシリコンをエッチングするエッチャントを用いて達成することが出来る。図１９は、この過程後におけるノズル先端領域内のウェハ横断面を示す。チップの縁のエッチングは、インクチャネルのエッチングと同時に進行するので、この段階において、チップの縁も同様にエッチングされている。チップの縁のマスキングパターンの設計は、エッチング過程の終了時においてもチップが依然としてウェハによって支持され、薄い「ブリッジ」だけが残されているように調節することが出来る。これらのブリッジは、チップを損傷することなしに容易にもぎ取ることが出来る。代りに、この段階において、チップをウェハから完全に分離しても差し支えない。ウェハの前端面上のマスクスロットは、ウェハの背面のマスクスロット（１０マイクロメータ幅が適当である）よりも遥かに狭くても差し支えない。こうすれば、チップ間の無駄にされるウェハ部分を無視出来る程度に少なくすることが出来る。１２）チップをＴＡＢ接合する。ＴＡＢ接合は、チップの長い方の縁に沿って伸延し、そして、メインＶ+ 及びＶ- 電源コネクション（接続部）、並びに、ロジック電源および接地、及び、チップへのデータコネクション（接続部）を含む。ノズルがはんだによって汚染することを避けるために、はんだは、印刷ヘッドチップの代わりにＴＡＢ薄膜に直接スパッタリングすること。ＴＡＢ接合による空気流の中断に関連する問題を回避するために、ＴＡＢ基板は比較的薄く（２５マイクロメータ）しなければならず、そして、ＴＡＢ薄膜の縁には斜角を設けても（ベベル）差し支えない。ＴＡＢエッジ（縁）の斜角付け（ベベリング）は、ＴＡＢ基をチップに接合した後で、レーザ除去技法を用いて達成することが出来る。焦点をぼかしたエキシマレーザは、ＴＡＢの縁を横断して走査し、各走査パス毎に約１ミクロンのＴＡＢ重合体を除去することができる。これは、除去されたＴＡＢ重合体がチップの表面で凝結することを防ぐためにヘリウムを流した真空抽出チャンバ内において実施しなければならない。１３）ＴＡＢ接合領域を含むチップ全体を覆ってパッシベーション層を析出させる。パッシベーションは、厚さ１，０００オングストロームのＥＣＲＣＶＤＳｉ₃Ｎ₄（電子−サイクロトロン共振化学蒸気析出シリコン窒化物）２０２９であっても差し支えなく、パッシベーション層を貫いて拡散する水酸基イオンに対して効果的バリヤを形成する高密度の窒化シリコン層を提供する。図２０は、この析出過程後におけるノズル先端領域の横断面である。１４）僅かに正圧力（約１０ＫＰａ）の下に印刷ヘッドを水２０３０で満たす。疎水化プロセスを阻止するために、ウェハの前端面上に水の小ドロップまたは凝結が発生することを防ぐように注意すること。例えばフッ化アルキルクロロシランのような疎水化剤の蒸気に印刷ヘッドを露出する。適当な疎水化剤を次に示す（優位に向かう順）。１）ジメチルジクロロシラン（ＣＨ₃）₂ＳｉＣｌ₂（好ましくない）２）（３，３，３−トリフロロプロピル）−トリクロロシランＣＦ₃（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃ ３）ペンタフロゥロテトラハイドロブチル−トリクロロシランＣＦ₃ＣＦ₂（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃ ４）ヘプタフロゥロテトラハイドロペンチル−トリクロロシランＣＦ₃（ＣＦ₂）₂（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃ ５）ノナフロゥロテトラハイドロヘキシル−トリクロロシランＣＦ₃（ＣＦ₂）₃（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃ ６）アンデカフロゥロテトラハイドロヘプチル−トリクロロシランＣＦ₃（ＣＦ₂）₄（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃ ７）トリデカフロゥロテトラハイドロオクチル−トリクロロシランＣＦ₃（ＣＦ₂）₆（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃ ８）ペンタデカフロゥロテトラハイドロノニル−トリクロロシランＣＦ₃（ＣＦ₂）₆（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃ 他の多くの代替剤が利用可能である。インク界面活性剤の物理的吸着を減少させるために、アルキル化された表面よりもフッ化された表面の方が好ましい。水は、疎水化剤が印刷ヘッドの内側表面に影響することを防止し、毛細管現象によって、印刷ヘッドが満たされることを可能にする。図２１は、疎水化工程中のノズル横断面を示す。１５）完全な印刷ヘッドとして実装する（パッケージング）。次に、デバイスをインク供給源に接続し、インク圧力をかけ、そして、機能テストを実施することができる。図２２は、ゼロ入力状態においてインク２０３１で満たされた１個のノズルの横断面を示す。ここに示す製造工程は、ＣＭＯＳ処理過程の後において５個のマスクを必要とする。これらのマスクについては、次の表に要約して示す。図２３は、完成された１個の単一ノズル構造の透視図である。ノズル先端部２０４２は、領域２０４１において第２レベル金属に接続されるヒータの能動部分を含む。ノズル先端部２０４２の周りの領域は、過程４において深さ２マイクロメータまでエッチングされる。これにより、印刷ヘッドチップの表面を横断してインクのドロップが広がることを防止するために、ノズル先端部の周りにリムが形成される。ノズル軸から約２５マイクロメータの距離においては（領域２０４０）、ヒータ材料及び下側の酸化物層はエッチングされない。領域２０４０におけるヒータ材料は、印刷ヘッドチップ上の能動回路全体を覆うＥＳＤ遮蔽を提供する。同様に、領域２０４０における盛り上がった表面は、必要に応じて、ノズル先端２０４２から乾燥したインクを除去するために拭き取り（ワイピング）ブレードの使用を可能にする。ノズルバレルは、インクチャネル２０４３まで、シリコン基板を貫いてエッチングされる。図２４は、印刷ヘッドチップの１つの区分の背面から見たインクチャネルの透視図を示す。この図は、８０個のインクチャネルピット２０４５を示し、各ピットは４８個のノズルを有する。更に、銃眼胸壁を設けられたチップ２０４４の縁も示される。図２５は、印刷ヘッドチップ２０４６、２個のＴＡＢコネクタ２０４７、及び、インクチャネルチップ２０５０で構成される印刷ヘッドアセンブリ（組立て体）の展開透視図を示す。ＴＡＢコネクタは、印刷ヘッド２０４６に対する電源、及び、データコネクション（接続部）を提供する。印刷ヘッド２０４６の表面およびＴＡＢコネクタ２０４７アセンブリ全体に亙って空気が円滑に流れることを可能にするために、ＴＡＢコネクタ２０４７の縁２０４８には、レーザ除去によって、斜角が設けられる（ベーベリング）。インクチャネルチップ２０５０は、シリコンからエッチングされ、そして、厚さは約６００マイクロメータである。インクチャネルチップは、各インクカラーに対して１個のインクチャネル２０５１を備える。インクチャネル２０５１は、印刷ヘッドチップ２０４６に組み立てた場合に、選定された色のインクを印刷する印刷ヘッドチップ内の全てのインクチャネルピットを流体的に接続する。インクは、インク孔２０５２を経てインクチャネル２０５１に供給される。インクチャネルチップ２０５０は、前部面および背面のマスキングに続く単一異方性湿式エッチング過程により、或いは、ウェハの両面からの異方性乾式エッチング過程によって製造することが出来る。インクチャネル２０５１、インク孔２０５２、及び、チップ２０５０の縁は同時にエッチングすることが可能である。図２６（ａ）から２６（ｅ）までは、チップ分離のための、ノズル及びチップの縁の同時エッチングを示すウェハ横断面である。これらの図は比例縮尺されていない。図２６（ａ）は、エッチング前における、２つのチップ領域、ノズル領域、及び、チップエッジ領域、並びに、ノズル先端、インクチャネル、及び、チップの縁のためにマスキングした領域を示す。図２６（ｂ）は、ピラミッド形ピットを形成するために、〈１００〉エッチングレートにおいてノズル先端孔をエッチングした後におけるウェハを示す。この時点において、ノズル先端孔のエッチングレートは〈１１１〉に低速化される。チップの縁とインクチャネルのエッチングは同時進行する。図２６（ｃ）は、ウェハの前面からエッチングされつつあるピットが、ウェハの背面からエッチングされつつあるピットにチップの縁において出会う時点におけるウェハの状態を示す。図２６（ｄ）は、インクチャネルピットがノズル先端ピットに出会う時点におけるウェハの状態を示す。同時にウェハの縁（複数）のエッチングは、＜１００＞エッチングレートにおいて、水平方向に、同時進行する。図２６（ｅ）は、エッチングが完了し、そして、ノズルが形成された後におけるウェハの状態を示す。図２７は、ここで開示された方法によって製造された２４個のメインノズル及び２４個の冗長ノズルを備えた１つの単一インクチャネルピットのレイアウト寸法を示す。図２８は、印刷ヘッドにおける８個のインクチャネルピット、及び、それらに対応するノズルの配列および寸法を示す。図２９は、４色印刷ヘッドの１つの端部における３２個のインクチャネルピットを示す。４つのプロセスカラー、即ち、シアン、マゼンタ、黄色、及び、黒の各々に対して２列のインクチャネルピットが設けられる。図３０（ａ）及び図３０（ｂ）は、更に長い印刷ヘッドを形成するために突き合わせた場合における、２つの隣接する印刷ヘッドチップの端部を示す。印刷ヘッドチップを精密に配列することにより、走査スキャン方向において印刷ヘッドチップを偏向させることなく、ページ上に印刷されたスオース（帯状部分）の間に目に見える結合部（マイクロバンディング）が現れることなしに、印刷することが出来る。図３１は、４．２５インチ（１０８ｍｍ）モノリシック印刷ヘッドモジュール上のインクチャネルピット全体を示す。以上の記述は、本発明の多数の好ましい実施例について説明したものである。６００ｄｐｉの解像度でＡ４用紙に印刷する場合における、カラー印刷ヘッドの幾つかの望ましい特性を要約して付録Ａに示す。当該技術分野における熟達者にとって明白であるように、本発明の適用範囲から逸脱することなく、改造を行うことが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】１．（ａ）印刷ヘッドにインクを供給するためのマニフォルド手段と、（ｂ）前記マニフォルド手段内のインクに大気圧以上の圧力を供給するための手段と、（ｃ）印刷ヘッドから印刷領域に向かって均一にインクを引きつけるための手段とを有し、印刷ヘッドが、モノリシック構造体内に作成された複数のノズルと、選出されたノズル及び選出されなかったノズル内の均一に加圧されたインクのメニスカスの位置に差を生じさせるために前記ノズルをそれぞれアドレスするために前記構造体上に形成された複数のドロップ選択手段とを備えることを特徴とする装置。２．前記選択手段は、各ノズルの周りに形成されたヒータエレメントを有することを特徴とする請求項１記載の発明。３．記印刷ヘッドの基板は、１個のシリコン単結晶であることを特徴とする請求項１記載の発明。４．前記ノズルは、写真平板印刷技術、及び、化学あるいはプラズマエッチングを含む半導体製作工程を用いて形成されることを特徴とする請求項１記載の発明。５．前記ノズルは、同時に形成されることを特徴とする請求項１記載の発明。６．前記ノズルは、ヘッドの基板材料を貫いて孔を作成することによって形成されることを特徴とする請求項１記載の発明。７．駆動回路は、ノズルと同じ基板上に作成されることを特徴とする請求項１記載の発明。８．前記印刷ヘッドは、（ａ）複数のドロップエミッタノズルと、（ｂ）前記ノズルと関連したインク溜まりと、（ｃ）前記インク溜まり内のインクを、少なくともドロップ選択及び分離期間中は、周囲圧力よりも少なくとも２％だけ高い圧力にさらすための圧力手段と、（ｄ）所定のノズルを選出し、選出されたノズルおよび選出されなかったノズル内のインクのメニスカスの位置に差を生じさせるためのドロップ選択手段と、（ｅ）選出されなかったノズル内にインクが保持されることを可能にした状態において、選出されたノズルからのインクをインクの溜まりからドロップとして分離することを可能にするドロップ分離手段とを有することを特徴とする請求項１記載の発明。９．前記印刷ヘッドは、（ａ）複数のドロップエミッタノズルと、（ｂ）前記ノズルと関連したインク溜まりと、（ｃ）所定のノズルを選出し、選出されたノズルおよび選出されなかったノズル内のインクのメニスカスの位置に差を生じさせるためのドロップ選択手段と、（ｄ）選出されなかったノズル内にインクが保持されることを可能にした状態において、選出されたノズルからのインクをインクの溜まりからドロップとして分離することを可能にするドロップ分離手段とを有し、前記ドロップ分離手段が無い場合に前記ドロップ選択手段がメニスカス位置に前記差を生じさせることが可能である、ことを特徴とする請求項１記載の発明。１０．前記印刷ヘッドは、（ａ）複数のドロップエミッタノズルと、（ｂ）前記ノズルと関連したインク溜まりとを有し、前記インクが３０℃ の温度範囲に亙って少なくとも１０ｍＮ／ｍの表面張力の減少を示し、（ｃ）所定のノズルを選出し、そして、選出されたノズルおよび選出されなかったノズル内のインクのメニスカスの位置に差を生じさせるためのドロップ選択手段と、（ｄ）選出されなかったノズル内にインクが保持されることを可能にした状態において、選出されたノズルからのインクをインクの溜まりからドロップとして分離することを可能にするドロップ分離手段とを有することを特徴とする請求項１記載の発明。１１．熱的に作動化されるドロップオンデマンド印刷ヘッドを製造するための工程において、（ａ）基板上に誘電体材料層を形成する過程と、（ｂ）前記基板上に少なくとも１つの伝導性電極を形成する過程と、（ｃ）前記誘電体層を貫いてノズル先端孔を形成する過程と、（ｄ）前記ノズル先端孔の表面上に少なくとも１つの電気的に抵抗加熱するエレメントを形成する過程とを有し、前記加熱エレメントは前記伝導性電極を経てドライブ回路に接続され、（ｅ）前記ノズル先端孔と導通可能な通路を提供するために前記基板を貫いてアパーチャを形成する過程を有することを特徴とする工程。１２．前記基板は、シリコンの単結晶で構成されることを特徴とする請求項１１記載の工程。１３．前記誘電体層は、二酸化シリコンで構成されることを特徴とする請求項１１記載の工程。１４．前記ノズル先端孔は、５０ミクロン未満の半径をもつように作成されることを特徴とする請求項１１記載の工程。１５．前記加熱エレメントは、環形の反対側に接続電極を備えた環形として作成されることを特徴とする請求項１１記載の工程。１６．前記バレル孔は、前記ノズル先端孔と実質的に同軸であることを特徴とする請求項１１記載の工程。１７．前記アセンブリは、１つ又は複数のパッシベーション層で覆われることを特徴とする請求項１１記載の工程。１８．前記パッシベーション層は、窒化シリコン層を含むことを特徴とする請求項１７記載の工程。１９．前記パッシベーション層は、タンタル層を含むことを特徴とする請求項１８記載の工程。２０．前記伝導性電極は、実質的または完全にアルミニウムによって構成される金属から作成されることを特徴とする請求項１１記載の工程。２１．前記伝導性電極は、実質的または完全にモリブデンによって構成される金属から作成されることを特徴とする請求項１１記載の工程。２２．ドライブ回路がノズルと同一基板に作成されることを特徴とする請求項１１記載の工程。