JPH1170659A - 集積インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
集積インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法Info
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- JPH1170659A JPH1170659A JP10183050A JP18305098A JPH1170659A JP H1170659 A JPH1170659 A JP H1170659A JP 10183050 A JP10183050 A JP 10183050A JP 18305098 A JP18305098 A JP 18305098A JP H1170659 A JPH1170659 A JP H1170659A
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/13—Heads having an integrated circuit
Abstract
(57)【要約】
【課題】 消費電力およびヒータエレメントの受けるス
トレスを低減させ、その寿命を延ばすことができ、また
その構成要素の機能をチェックすることができるインク
ジェットプリンタヘッドを提供する。 【解決手段】 インクジェットプリンタヘッド３０は、
単結晶シリコンのウエハ１に集積されたミニガンおよび
センサを有し、ミニガンは、インク室２１とこのインク
室２１に連通したオリフィス２３とで形成され、またセ
ンサは、インク室２１の下に設けられた抵抗エレメント
４を備える。抵抗エレメント４の抵抗は、それに作用す
る圧力に依存し、抵抗エレメント４は、ミニガンがイン
ク滴を吐出する際に反跳運動を受けて、圧力そしてその
抵抗が変化し、この抵抗の変化は、インク滴が吐出され
たかどうかおよびインク滴が吐出された時を特定する適
切な回路により検出される。
トレスを低減させ、その寿命を延ばすことができ、また
その構成要素の機能をチェックすることができるインク
ジェットプリンタヘッドを提供する。 【解決手段】 インクジェットプリンタヘッド３０は、
単結晶シリコンのウエハ１に集積されたミニガンおよび
センサを有し、ミニガンは、インク室２１とこのインク
室２１に連通したオリフィス２３とで形成され、またセ
ンサは、インク室２１の下に設けられた抵抗エレメント
４を備える。抵抗エレメント４の抵抗は、それに作用す
る圧力に依存し、抵抗エレメント４は、ミニガンがイン
ク滴を吐出する際に反跳運動を受けて、圧力そしてその
抵抗が変化し、この抵抗の変化は、インク滴が吐出され
たかどうかおよびインク滴が吐出された時を特定する適
切な回路により検出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積インクジェッ
トプリンタヘッドおよびその製造方法に関する。
トプリンタヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、様々な技術による、様々な印刷品
質および速度ならびに価格のインクジェットプリンタヘ
ッドが市場に出回っている。
質および速度ならびに価格のインクジェットプリンタヘ
ッドが市場に出回っている。
【０００３】最も広く用いられている技術は、熱または
圧電体を使う方法によるものである。熱型プリンタヘッ
ドは、インク室をインク噴射ノズルに接続し、抵抗で形
成されたヒータエレメントをインク室の基部に配置した
一つ以上の“ミニガン”を備えている。インク室内にあ
る微量のインク（ピコリットルのオーダーの量）がヒー
タエレメントによって素早く加熱されて沸騰し、それに
より気泡を発生させ、この気泡が破裂することによりイ
ンクをノズルから吐出させる。インク室内部で生じる圧
力の変化によって、適切な導管を通じてインク室に連通
させたインク溜めから次の微量のインクが充填され、次
の微量のインクもまた加熱されそして吐出される。従っ
てこの方法では、インク滴の吐出頻度は、加熱時間およ
び再充填速度に依存する。
圧電体を使う方法によるものである。熱型プリンタヘッ
ドは、インク室をインク噴射ノズルに接続し、抵抗で形
成されたヒータエレメントをインク室の基部に配置した
一つ以上の“ミニガン”を備えている。インク室内にあ
る微量のインク（ピコリットルのオーダーの量）がヒー
タエレメントによって素早く加熱されて沸騰し、それに
より気泡を発生させ、この気泡が破裂することによりイ
ンクをノズルから吐出させる。インク室内部で生じる圧
力の変化によって、適切な導管を通じてインク室に連通
させたインク溜めから次の微量のインクが充填され、次
の微量のインクもまた加熱されそして吐出される。従っ
てこの方法では、インク滴の吐出頻度は、加熱時間およ
び再充填速度に依存する。
【０００４】他方圧電体を使う方法では、電界により収
縮する石英等多数の圧電体の性質を利用する。この現象
を利用して、インクを収容した毛管に圧力を生じさせ
る。こうして加圧された液体は、印刷すべき支持体の方
向に配置したノズルから吐出される。この場合、ノズル
のインク滴の吐出頻度は、振動構成要素の物理的特性お
よび毛管の再充填速度に依存する。
縮する石英等多数の圧電体の性質を利用する。この現象
を利用して、インクを収容した毛管に圧力を生じさせ
る。こうして加圧された液体は、印刷すべき支持体の方
向に配置したノズルから吐出される。この場合、ノズル
のインク滴の吐出頻度は、振動構成要素の物理的特性お
よび毛管の再充填速度に依存する。
【０００５】上述の二つの方法の簡単な参照として、例
えば熱型プリンタヘッドの構造も示しているXerox Corp
oration の米国特許第4,543,530 号と、“Inkjet: tecn
ologie a confronto”PC MAGAZINE, April 1995, pp. 2
00-210を挙げておく。さらに、他の構造の熱型プリンタ
ヘッドは、Hewlett-Packard Company の米国特許第5,10
3,246 号に開示されている。
えば熱型プリンタヘッドの構造も示しているXerox Corp
oration の米国特許第4,543,530 号と、“Inkjet: tecn
ologie a confronto”PC MAGAZINE, April 1995, pp. 2
00-210を挙げておく。さらに、他の構造の熱型プリンタ
ヘッドは、Hewlett-Packard Company の米国特許第5,10
3,246 号に開示されている。
【０００６】いずれの方法においても、吐出されたイン
ク滴の形状は基本的に重要である。実際、インク滴が球
形であればある程、印刷品質は良好となる。このような
結果を得るため、できる限り急速に、それと同時にでき
る限り短時間にインクが圧力変化を受けるように作用さ
せる必要がある。この形状を最も満足に、しかも最も容
易に得ることのできる方法は、熱を使う方法である。圧
力を急速に変化させるため、ヒータエレメントは、ジュ
ール効果により100 ℃／μｓのインクの温度変化を生じ
させる熱を発生するようにされる。気泡の核形成には約
３μｓ要し、その成長には３〜10μｓかかり、その破裂
には10〜20μｓかかり、またインクの再充填には約80μ
ｓ要する。
ク滴の形状は基本的に重要である。実際、インク滴が球
形であればある程、印刷品質は良好となる。このような
結果を得るため、できる限り急速に、それと同時にでき
る限り短時間にインクが圧力変化を受けるように作用さ
せる必要がある。この形状を最も満足に、しかも最も容
易に得ることのできる方法は、熱を使う方法である。圧
力を急速に変化させるため、ヒータエレメントは、ジュ
ール効果により100 ℃／μｓのインクの温度変化を生じ
させる熱を発生するようにされる。気泡の核形成には約
３μｓ要し、その成長には３〜10μｓかかり、その破裂
には10〜20μｓかかり、またインクの再充填には約80μ
ｓ要する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、関連する回
数、温度および圧力は、ヒータエレメントに顕著なスト
レスを与え、ヒータエレメントの平均寿命を短縮させる
ことが明らかになっている。従って、ヒータエレメント
の受けるストレスを低減できる装置を開発することが望
まれる。特に、一連の“ショット”すなわちインク滴の
吐出によってヒータエレメントに供給される最小エネル
ギーを計測することが考えられる。
数、温度および圧力は、ヒータエレメントに顕著なスト
レスを与え、ヒータエレメントの平均寿命を短縮させる
ことが明らかになっている。従って、ヒータエレメント
の受けるストレスを低減できる装置を開発することが望
まれる。特に、一連の“ショット”すなわちインク滴の
吐出によってヒータエレメントに供給される最小エネル
ギーを計測することが考えられる。
【０００８】さらに、プリンタヘッドおよびその構成要
素の損傷を避け、そしてそれらの交換の必要を表示する
ためには、これらプリンタヘッドにおいて吐出ノズルが
閉塞しているかどうか、あるいはヒータエレメント等の
プリンタヘッドのあらゆる部分が損傷していないかどう
かをチェックすることも重要である。
素の損傷を避け、そしてそれらの交換の必要を表示する
ためには、これらプリンタヘッドにおいて吐出ノズルが
閉塞しているかどうか、あるいはヒータエレメント等の
プリンタヘッドのあらゆる部分が損傷していないかどう
かをチェックすることも重要である。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記欠点をなく
すためインクジェットプリンタヘッドを改良することに
ある。
すためインクジェットプリンタヘッドを改良することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、インク滴を吐
出し、インク室とこのインク室に連通したノズルとで形
成した集積装置を有するインクジェットプリンタヘッド
において、インク室に隣接した位置にインク滴吐出セン
サを設けたことを特徴とするインクジェットプリンタヘ
ッドを提供する。
出し、インク室とこのインク室に連通したノズルとで形
成した集積装置を有するインクジェットプリンタヘッド
において、インク室に隣接した位置にインク滴吐出セン
サを設けたことを特徴とするインクジェットプリンタヘ
ッドを提供する。
【００１１】また、本発明は、インク室とこのインク室
に連通したノズルとで形成することから成るインクジェ
ットプリンタヘッドの製造方法において、インク室に隣
接した位置にインク滴吐出センサを形成することを特徴
とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供
する。
に連通したノズルとで形成することから成るインクジェ
ットプリンタヘッドの製造方法において、インク室に隣
接した位置にインク滴吐出センサを形成することを特徴
とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供
する。
【００１２】実際、本発明は、インク滴吐出時に、運動
量保存によりシリコンチップがシリコンチップに垂直な
方向に反跳運動を受けるという概念に基づいている。従
って、プリンタヘッドのインク室または各インク室の近
傍に運動センサを設けることにより、インク滴の吐出を
実時間で検出することができる。この運動によりミニガ
ン支持構造体に作用する圧力が変化するという事実によ
り、有利には、この運動はその構造体に作用する圧力の
差を検出することにより確認される。特に、インク吐出
ノズルに相対するインク室の壁に抵抗エレメントを設け
ることができ、この抵抗の抵抗値はそれに作用する圧力
の関数として変化する。この抵抗エレメントに接続さ
れ、抵抗エレメントの抵抗の変化を検出できる適切な回
路によって、インク滴が吐出されたかどうかおよびイン
ク滴が吐出された時を特定することができる。抵抗エレ
メントは、基板と一体の単結晶シリコンまたは基板の頂
面でかつヒータエレメントの下に位置する多結晶シリコ
ンから成ることができる。有利には、センサは、通常の
モノリシック製造法を用いて、インク滴の吐出を制御し
検出する回路の構成要素と一体に構成される。
量保存によりシリコンチップがシリコンチップに垂直な
方向に反跳運動を受けるという概念に基づいている。従
って、プリンタヘッドのインク室または各インク室の近
傍に運動センサを設けることにより、インク滴の吐出を
実時間で検出することができる。この運動によりミニガ
ン支持構造体に作用する圧力が変化するという事実によ
り、有利には、この運動はその構造体に作用する圧力の
差を検出することにより確認される。特に、インク吐出
ノズルに相対するインク室の壁に抵抗エレメントを設け
ることができ、この抵抗の抵抗値はそれに作用する圧力
の関数として変化する。この抵抗エレメントに接続さ
れ、抵抗エレメントの抵抗の変化を検出できる適切な回
路によって、インク滴が吐出されたかどうかおよびイン
ク滴が吐出された時を特定することができる。抵抗エレ
メントは、基板と一体の単結晶シリコンまたは基板の頂
面でかつヒータエレメントの下に位置する多結晶シリコ
ンから成ることができる。有利には、センサは、通常の
モノリシック製造法を用いて、インク滴の吐出を制御し
検出する回路の構成要素と一体に構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の理解のため、本発明を二
つの好ましい実施の形態に基づき添付図面を参照して説
明するが、これらは本発明の全ての実施の形態を意味す
るものではない。
つの好ましい実施の形態に基づき添付図面を参照して説
明するが、これらは本発明の全ての実施の形態を意味す
るものではない。
【００１４】図１は単結晶シリコンのウエハ１を示し、
このウエハ１は基板２を備え、回路の構成要素に必要な
ウェル３（そのうちの一つが図に示されている）を形成
する工程で、センサ４を構成する少なくとも一つの抵抗
エレメントもインプラントすなわち拡散される。プリン
タヘッドがミニガンを複数備える場合には、当然同じ数
のセンサ４が形成される。図示例では、基板２はＰ型で
あり、ウェル３および抵抗エレメント４はＮ型である。
しかしながら、基板および抵抗エレメント４の導電型を
逆にすることができる。図示したＮ型抵抗エレメントの
場合、抵抗エレメント４の抵抗はほぼ１〜３ｋΩ／□、
また深さは６〜８μｍである。好ましくは、抵抗エレメ
ント４は以下に詳細に説明するようにコイル状に形成さ
れる。
このウエハ１は基板２を備え、回路の構成要素に必要な
ウェル３（そのうちの一つが図に示されている）を形成
する工程で、センサ４を構成する少なくとも一つの抵抗
エレメントもインプラントすなわち拡散される。プリン
タヘッドがミニガンを複数備える場合には、当然同じ数
のセンサ４が形成される。図示例では、基板２はＰ型で
あり、ウェル３および抵抗エレメント４はＮ型である。
しかしながら、基板および抵抗エレメント４の導電型を
逆にすることができる。図示したＮ型抵抗エレメントの
場合、抵抗エレメント４の抵抗はほぼ１〜３ｋΩ／□、
また深さは６〜８μｍである。好ましくは、抵抗エレメ
ント４は以下に詳細に説明するようにコイル状に形成さ
れる。
【００１５】その後、ウエハ１に回路を形成し、抵抗エ
レメント４の接点を形成し、そしてインク室の形成に必
要な従来のそれ自体公知の処理工程が実施される。特に
図２を参照すると、ウエハ１の活性領域を除いた表面全
体に、まず最初に、厚いフィールド酸化層８を形成し、
特にこのフィールド酸化層８は、“ミニガン”を収容す
る領域１ａの上、特に抵抗エレメント４の接点を形成す
る開口８’を除く抵抗エレメント４の上に形成される。
その後、記載しない公知の仕方で、回路の構成要素が形
成される。そのうちのＮＰＮトランジスタ２９が示され
ている。このＮＰＮトランジスタ２９はウェル３に形成
され、ウェル３およびエンリッチ接点領域５で形成され
たコレクタと、ウェル３の内側にＰ型領域６で形成され
たベースと、ベース領域６の内側にＮ+ 型領域７で形成
されたエミッタとを備えている。
レメント４の接点を形成し、そしてインク室の形成に必
要な従来のそれ自体公知の処理工程が実施される。特に
図２を参照すると、ウエハ１の活性領域を除いた表面全
体に、まず最初に、厚いフィールド酸化層８を形成し、
特にこのフィールド酸化層８は、“ミニガン”を収容す
る領域１ａの上、特に抵抗エレメント４の接点を形成す
る開口８’を除く抵抗エレメント４の上に形成される。
その後、記載しない公知の仕方で、回路の構成要素が形
成される。そのうちのＮＰＮトランジスタ２９が示され
ている。このＮＰＮトランジスタ２９はウェル３に形成
され、ウェル３およびエンリッチ接点領域５で形成され
たコレクタと、ウェル３の内側にＰ型領域６で形成され
たベースと、ベース領域６の内側にＮ+ 型領域７で形成
されたエミッタとを備えている。
【００１６】その後、ウエハ１の表面または（存在する
場合には）フィールド酸化層の上に誘電体層９（ＢＰＳ
Ｇ、すなわちホウリン酸シリコンガラス等）が形成され
る。この誘電体層９は、構成要素およびセンサ４への電
気的接続部を形成するフィールド酸化層８の開口８’を
除いて形成され、すなわちＮＰＮトランジスタ２９の接
点１０，１１，１２（それぞれエミッタ、ベースおよび
コレクタ）と、（誘電体層９およびフィールド酸化層８
の両者を貫通している）センサ４の接点１３（そのうち
の一つだけが図２に示されている）と、ヒータエレメン
トの接点１４（そのうちの一つだけが図２に示されてい
る）とを形成する第１の金属接続層が形成される。その
後（または接点１０〜１４の形成前でも）、好ましくは
タンタル／アルミニウムの金属層を形成してヒータエレ
メント１５とする。その一部は図２に示し、全体の形状
は図３に示す。ヒータエレメント１５はまた、多結晶シ
リコンとすることもできる。ヒータエレメント１５は、
図３に明瞭に示すように、センサ４の上に配置される。
場合には）フィールド酸化層の上に誘電体層９（ＢＰＳ
Ｇ、すなわちホウリン酸シリコンガラス等）が形成され
る。この誘電体層９は、構成要素およびセンサ４への電
気的接続部を形成するフィールド酸化層８の開口８’を
除いて形成され、すなわちＮＰＮトランジスタ２９の接
点１０，１１，１２（それぞれエミッタ、ベースおよび
コレクタ）と、（誘電体層９およびフィールド酸化層８
の両者を貫通している）センサ４の接点１３（そのうち
の一つだけが図２に示されている）と、ヒータエレメン
トの接点１４（そのうちの一つだけが図２に示されてい
る）とを形成する第１の金属接続層が形成される。その
後（または接点１０〜１４の形成前でも）、好ましくは
タンタル／アルミニウムの金属層を形成してヒータエレ
メント１５とする。その一部は図２に示し、全体の形状
は図３に示す。ヒータエレメント１５はまた、多結晶シ
リコンとすることもできる。ヒータエレメント１５は、
図３に明瞭に示すように、センサ４の上に配置される。
【００１７】その後、通常第１の金属レベルを（存在す
る場合には）第２の金属レベルから分離するのに用いら
れる誘電体層等の誘電体層１６またはパシベーション層
が形成される。その後、ウエハ１は切断および分離工程
を受け、すなわち各完成チップの上に重合体層２０（バ
リヤ層とも呼ばれる）が形成され、そして従来の形成工
程（レーザ穿孔、サンドブラストまたは化学的エッチン
グによって、例えば上記の米国特許第5,103,246 号参
照）を受け、ヒータエレメント１５に並列させて一つま
たは複数のインク室２１を形成する。最後に、好ましく
は重合体材料の頂層２２（オリフィスボードと呼ばれ
る）を形成し、インク吐出ノズルを形成するオリフィス
２３を構成する形状にされ、このようにして、図２に示
すインクジェットプリンタヘッド３０の最終構造体が得
られる。この図示例において、２５はインク室２１内に
存在するインクを示す。
る場合には）第２の金属レベルから分離するのに用いら
れる誘電体層等の誘電体層１６またはパシベーション層
が形成される。その後、ウエハ１は切断および分離工程
を受け、すなわち各完成チップの上に重合体層２０（バ
リヤ層とも呼ばれる）が形成され、そして従来の形成工
程（レーザ穿孔、サンドブラストまたは化学的エッチン
グによって、例えば上記の米国特許第5,103,246 号参
照）を受け、ヒータエレメント１５に並列させて一つま
たは複数のインク室２１を形成する。最後に、好ましく
は重合体材料の頂層２２（オリフィスボードと呼ばれ
る）を形成し、インク吐出ノズルを形成するオリフィス
２３を構成する形状にされ、このようにして、図２に示
すインクジェットプリンタヘッド３０の最終構造体が得
られる。この図示例において、２５はインク室２１内に
存在するインクを示す。
【００１８】ここで、センサ４は、インク滴吐出の反跳
運動で生じた圧力を検出し、その抵抗値を変える。特
に、インク滴吐出の反跳運動で生じた圧力差による抵抗
の変化ΔＲは次式で表される。
運動で生じた圧力を検出し、その抵抗値を変える。特
に、インク滴吐出の反跳運動で生じた圧力差による抵抗
の変化ΔＲは次式で表される。
【００１９】 ΔＲ／Ｒ＝πT Σ （１） ここで、Ｒはストレスのない時のセンサ４の抵抗であ
り、πT は材料（特にＰドープされるかＮドープされる
か）、抵抗エレメントのドーピングレベルおよび温度に
依存する横断圧電・抵抗率係数であり、Σはインク滴吐
出で生じたストレスである。インク滴の質量がチップ全
体に対して極端に小さい場合、ストレスΣをインク滴吐
出で作用する圧力Ｐに近似することができる。その結
果、式（１）は次のように簡略化される。
り、πT は材料（特にＰドープされるかＮドープされる
か）、抵抗エレメントのドーピングレベルおよび温度に
依存する横断圧電・抵抗率係数であり、Σはインク滴吐
出で生じたストレスである。インク滴の質量がチップ全
体に対して極端に小さい場合、ストレスΣをインク滴吐
出で作用する圧力Ｐに近似することができる。その結
果、式（１）は次のように簡略化される。
【００２０】 ΔＲ／Ｒ＝πT Ｐ （２） センサが単結晶シリコンから成る図１および図２の実施
の形態では、係数πTは上述のファクタに加え、基板２
の格子の結晶軸に対する抵抗エレメントの配向に依存す
る。詳しくは、例えばYozo Kanda著“A Grafical Repre
sentation of the Piezoresistance Coefficients in S
ilicon”IEEE Transactions on Electron Devices, Vo
l. ED-29. No. 1 Jan. 1982, pp. 64-69 を参照された
い。センサ４の感度を高めるには、ドーピングによって
抵抗エレメントを配向する必要がある。例えば、シリコ
ンウエハが＜００１＞配向をもち、またセンサがＮ型で
ある場合、抵抗エレメントは図３に示すように＜０１０
＞軸線方向に配向されなければならない。逆に、基板２
およびＰ型センサの配向が同一である場合、抵抗エレメ
ントは図４に示すように＜０１１＞軸線方向に配向され
なければならない。
の形態では、係数πTは上述のファクタに加え、基板２
の格子の結晶軸に対する抵抗エレメントの配向に依存す
る。詳しくは、例えばYozo Kanda著“A Grafical Repre
sentation of the Piezoresistance Coefficients in S
ilicon”IEEE Transactions on Electron Devices, Vo
l. ED-29. No. 1 Jan. 1982, pp. 64-69 を参照された
い。センサ４の感度を高めるには、ドーピングによって
抵抗エレメントを配向する必要がある。例えば、シリコ
ンウエハが＜００１＞配向をもち、またセンサがＮ型で
ある場合、抵抗エレメントは図３に示すように＜０１０
＞軸線方向に配向されなければならない。逆に、基板２
およびＰ型センサの配向が同一である場合、抵抗エレメ
ントは図４に示すように＜０１１＞軸線方向に配向され
なければならない。
【００２１】次に、図５〜図７の実施の形態について説
明する。本実施の形態では、図１〜図４との共通部分は
同じ参照符号で示される。インクジェットプリンタヘッ
ド４０は、ウエハ１の上に形成した多結晶シリコンの吐
出センサを備えている。詳細には、図５にＰ型の単結晶
半導体材料の基板２を示し、Ｎ型ウェル３’が設けら
れ、また活性領域の範囲を決めるフィールド酸化層８、
このフィールド酸化層８およびウエハ１の自由表面を覆
うゲート酸化層３３、およびゲート酸化層３３の上に積
層された多結晶シリコン層３４が設けられる。例えば、
多結晶シリコン層３４は、ほぼ0.3 〜0.4 μｍの厚さお
よび1.5 〜２ｋΩ／□の抵抗率をもつ。
明する。本実施の形態では、図１〜図４との共通部分は
同じ参照符号で示される。インクジェットプリンタヘッ
ド４０は、ウエハ１の上に形成した多結晶シリコンの吐
出センサを備えている。詳細には、図５にＰ型の単結晶
半導体材料の基板２を示し、Ｎ型ウェル３’が設けら
れ、また活性領域の範囲を決めるフィールド酸化層８、
このフィールド酸化層８およびウエハ１の自由表面を覆
うゲート酸化層３３、およびゲート酸化層３３の上に積
層された多結晶シリコン層３４が設けられる。例えば、
多結晶シリコン層３４は、ほぼ0.3 〜0.4 μｍの厚さお
よび1.5 〜２ｋΩ／□の抵抗率をもつ。
【００２２】層３３，３４の形成に続いて、ＭＯＳトラ
ンジスタ４０のゲート領域３５、ゲート酸化物領域３６
およびインク滴吐出センサを形成する抵抗エレメント３
７が形成される。ウェル３’のドレインおよびソース領
域３８の自己整列インプラント後、図６に示す中間構造
体が得られ、フィールド酸化層８の上に形成されたゲー
ト酸化層の部分は除去されている。
ンジスタ４０のゲート領域３５、ゲート酸化物領域３６
およびインク滴吐出センサを形成する抵抗エレメント３
７が形成される。ウェル３’のドレインおよびソース領
域３８の自己整列インプラント後、図６に示す中間構造
体が得られ、フィールド酸化層８の上に形成されたゲー
ト酸化層の部分は除去されている。
【００２３】次に、図１および図２を参照して説明した
仕方と同じ仕方で誘電体層９が形成され、すなわちそれ
は電気的接続部を除いて形成され、第１の金属接続層が
形成され、ＭＯＳトランジスタの接点（図７に示されて
いない）と、（この場合、唯一の誘電体層９を貫通して
いる）センサ４の接点（図７に示されていない）と、ヒ
ータエレメントの接点１４（両方とも図７に示されてい
る）とを構成する。その後（または接点の形成前で
も）、タンタル／アルミニウムのヒータエレメント1 ５
が、センサ４の上に電気的に絶縁させて形成される。
仕方と同じ仕方で誘電体層９が形成され、すなわちそれ
は電気的接続部を除いて形成され、第１の金属接続層が
形成され、ＭＯＳトランジスタの接点（図７に示されて
いない）と、（この場合、唯一の誘電体層９を貫通して
いる）センサ４の接点（図７に示されていない）と、ヒ
ータエレメントの接点１４（両方とも図７に示されてい
る）とを構成する。その後（または接点の形成前で
も）、タンタル／アルミニウムのヒータエレメント1 ５
が、センサ４の上に電気的に絶縁させて形成される。
【００２４】その後、誘電体層１６が形成され、ウエハ
１は切断および分離工程を受け、各完成チップの上に重
合体層２０が形成され、そして穿孔され、ヒータエレメ
ント１５に並列させて一つまたは複数のインク室２１を
形成する。最後に、オリフィス２３を備えた頂層２２を
形成し、このようにして、図７に示すインクジェットプ
リンタヘッド４０の最終構造体が得られる。ここでは、
回路のＭＯＳトランジスタは図示されていない。
１は切断および分離工程を受け、各完成チップの上に重
合体層２０が形成され、そして穿孔され、ヒータエレメ
ント１５に並列させて一つまたは複数のインク室２１を
形成する。最後に、オリフィス２３を備えた頂層２２を
形成し、このようにして、図７に示すインクジェットプ
リンタヘッド４０の最終構造体が得られる。ここでは、
回路のＭＯＳトランジスタは図示されていない。
【００２５】多結晶シリコンセンサを用いた実施の形態
では、センサの感度は抵抗エレメント３７の配向に影響
されず、従って最も有利な仕方で形成される。
では、センサの感度は抵抗エレメント３７の配向に影響
されず、従って最も有利な仕方で形成される。
【００２６】
【発明の効果】以上説明してきたインクジェットプリン
タヘッドの有利な点は次の通りである。
タヘッドの有利な点は次の通りである。
【００２７】第１に、センサがインク滴の吐出運動に係
る信号を実時間で供給することにより、印刷プロセスを
最適化することができ、特に印刷速度を上げることがで
き、ヒータエレメントに供給されるエネルギーを計測す
ることができる。これにより、消費電力およびヒータエ
レメントの受けるストレスを低減させることができ、そ
の結果、寿命を延ばすことができる。
る信号を実時間で供給することにより、印刷プロセスを
最適化することができ、特に印刷速度を上げることがで
き、ヒータエレメントに供給されるエネルギーを計測す
ることができる。これにより、消費電力およびヒータエ
レメントの受けるストレスを低減させることができ、そ
の結果、寿命を延ばすことができる。
【００２８】さらに、プリンタヘッドの構成要素（ヒー
タエレメント、ノズルおよび導管）の機能をチェックす
ることができ、またセンサが圧力の変動を検出しない場
合に応じた故障信号を発生して故障要素を交換できるよ
うにすることができる。さらに、センサで発生した信号
を閉ループ制御系において使用し、外部構成要素を必要
とせずにプリンタヘッドの動作を制御するようにするこ
とができる。
タエレメント、ノズルおよび導管）の機能をチェックす
ることができ、またセンサが圧力の変動を検出しない場
合に応じた故障信号を発生して故障要素を交換できるよ
うにすることができる。さらに、センサで発生した信号
を閉ループ制御系において使用し、外部構成要素を必要
とせずにプリンタヘッドの動作を制御するようにするこ
とができる。
【００２９】上述のセンサは、通常のモノリシック製造
技術を用いて、低コスト、高信頼性および結果の高再現
性をもって、回路の構成要素２９，４０と共に形成され
る。さらに、センサはプリンタヘッドの寸法を増大させ
ず、従ってインク室の下にセンサを配置することによ
り、非常にコンパクトで軽量な構造が得られる。
技術を用いて、低コスト、高信頼性および結果の高再現
性をもって、回路の構成要素２９，４０と共に形成され
る。さらに、センサはプリンタヘッドの寸法を増大させ
ず、従ってインク室の下にセンサを配置することによ
り、非常にコンパクトで軽量な構造が得られる。
【００３０】最後に、以上説明し例示してきたプリンタ
ヘッドは種々変更可能であり、それら全ては特許請求の
範囲に定義されたように、発明の要旨の範囲内であるこ
とが明らかである。例えば、多結晶シリコンから成るセ
ンサの場合、“ミニガン”を設ける全領域１ａに単一の
フィールド酸化層８を形成する代わりに、それぞれのイ
ンク室２１の下にそれぞれ設けられた一連のフィールド
酸化層８とすることもでき、この場合、センサ４の接点
は唯一の誘電体層９を貫通する。
ヘッドは種々変更可能であり、それら全ては特許請求の
範囲に定義されたように、発明の要旨の範囲内であるこ
とが明らかである。例えば、多結晶シリコンから成るセ
ンサの場合、“ミニガン”を設ける全領域１ａに単一の
フィールド酸化層８を形成する代わりに、それぞれのイ
ンク室２１の下にそれぞれ設けられた一連のフィールド
酸化層８とすることもでき、この場合、センサ４の接点
は唯一の誘電体層９を貫通する。
【図１】本発明のプリンタヘッドの第１の実施の形態の
製造工程における半導体ウエハの横断面図である。
製造工程における半導体ウエハの横断面図である。
【図２】製造終了時における図３の線■−■に沿った二
つの平行平面で切った横断面図である。
つの平行平面で切った横断面図である。
【図３】一部を除去した図２のプリンタヘッドの平面図
である。
である。
【図４】図３のプリンタヘッドの変形例を示す平面図で
ある。
ある。
【図５】本発明のプリンタヘッドの第２の実施の形態の
製造工程における半導体ウエハの横断面図である。
製造工程における半導体ウエハの横断面図である。
【図６】図５に続く製造工程における横断面図である。
【図７】製造終了時における横断面図である。
１ ウエハ ２ 基板 ３ ウェル ４ 抵抗エレメント ８ フィールド酸化層 ９ 誘電体層 １５ ヒータエレメント １６ 誘電体層 ２０ 重合体層 ２１ インク室 ２２ 頂層 ２３ オリフィス ２９ ＮＰＮトランジスタ ３０ インクジェットプリンタヘッド
Claims (20)
- 【請求項１】 インク滴を吐出し、インク室（２１）と
このインク室（２１）に連通したノズル（２３）とで形
成された集積装置（３０）を有するインクジェットプリ
ンタヘッドであって、 前記インク室（２１）に隣接した位置にインク滴吐出セ
ンサ（４；３７）を設けたことを特徴とするインクジェ
ットプリンタヘッド。 - 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットプリン
タヘッドであって、前記インク滴吐出センサ（４；３
７）が、インク滴吐出により生じた前記集積装置（３
０）の反跳運動を感知するセンサであることを特徴とす
るインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項３】 請求項２に記載のインクジェットプリン
タヘッドであって、前記インク滴吐出センサ（４；３
７）が、前記ノズル（２３）に相対する前記インク室
（２１）の壁に配置された圧力センサであることを特徴
とするインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項４】 請求項３に記載のインクジェットプリン
タヘッドであって、前記インク滴吐出センサ（４；３
７）が、集積された抵抗エレメントで形成されることを
特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項５】 請求項４に記載のインクジェットプリン
タヘッドであって、前記集積抵抗エレメント（４）が、
単結晶シリコンから成ることを特徴とするインクジェッ
トプリンタヘッド。 - 【請求項６】 請求項５に記載のインクジェットプリン
タヘッドであって、第１の導電性型の単結晶型半導体材
料本体（２）とこの半導体材料本体（２）の上に配置し
た複数の層の積層体とを有し、前記積層体が、 前記半導体材料本体（２）の上に配置した少なくとも一
つの第１の誘電体層（８，９）と、 導電性材料のヒータエレメント（１５）と、 第２の誘電体層（１６）と、 前記ヒータエレメント（１５）の上で前記インク室（２
１）を収容するバリヤ層（２０）と、 前記ノズル（２３）を画定する蓋層（２２）とを相互に
積層したものから成り、 前記集積抵抗エレメント（４）が、前記積層体の下で前
記半導体材料本体（２）に形成され、前記インク室（２
１）に並列され、そして第２の導電性型を有することを
特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項７】 請求項６に記載のインクジェットプリン
タヘッドであって、前記少なくとも一つの第１の誘電体
層（８，９）を貫通する前記集積抵抗エレメント（４）
の接点構造体（１３）を有することを特徴とするインク
ジェットプリンタヘッド。 - 【請求項８】 請求項６または７に記載のインクジェッ
トプリンタヘッドであって、前記半導体材料本体（２）
が所定の結晶配向を有し、そして前記集積抵抗エレメン
ト（４）がコイル型で、前記結晶配向と関連した所定の
コイル配向を有することを特徴とするインクジェットプ
リンタヘッド。 - 【請求項９】 請求項１〜４のいずれか一項に記載のイ
ンクジェットプリンタヘッドであって、前記集積抵抗エ
レメント（３７）が、多結晶シリコンから成ることを特
徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のインクジェットプリ
ンタヘッドであって、半導体材料本体（２）とこの半導
体材料本体（２）の上に配置した複数の層の積層体とを
有し、前記積層体が、 前記半導体材料本体（２）の上に配置した第１の誘電体
層（８）と、 第２の誘電体層（９）と、 導電性材料のヒータエレメント（１５）と、 第３の誘電体層（１６）と、 前記ヒータエレメント（１５）の上で前記インク室（２
１）を収容するバリヤ層（２０）と、 前記ノズル（２３）を画定する蓋層（２２）とを相互に
積層したものから成り、 前記集積抵抗エレメント（３７）が、前記第１の誘電体
層（８）と前記第２の誘電体層（９）との間に形成さ
れ、そして前記インク室（２１）に並列されていること
を特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか一項に記載
のインクジェットプリンタヘッドであって、前記集積装
置（３０）に隣接した位置に集積された電子構成要素
（２９；４０）を設けたことを特徴とするインクジェッ
トプリンタヘッド。 - 【請求項１２】 インク室（２１）とこのインク室（２
１）に連通したノズル（２３）とを形成する工程から成
るインクジェットプリンタヘッドの製造方法であって、 前記インク室（２１）に隣接した位置にインク滴吐出セ
ンサ（４；３７）を形成する工程を特徴とするインクジ
ェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、インク滴吐出センサ
（４；３７）を形成する前記工程が、前記ノズル（２
３）に相対する前記インク室（２１）の壁に抵抗エレメ
ント（４；３７）を形成する工程から成ることを特徴と
するインクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、抵抗エレメント
（４；３７）を形成する前記工程が、単結晶型半導体材
料本体（２）に前記抵抗エレメント（４）を集積する工
程から成ることを特徴とするインクジェットプリンタヘ
ッドの製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、前記半導体材料本体
（２）が第１の導電性型のものであり、 前記半導体材料本体（２）に、第２の導電性型にするイ
オンドーパントを導入して前記抵抗エレメント（４）を
形成する工程と、 前記半導体材料本体（２）の上に少なくとも一つの第１
の誘電体層（８，９）を形成する工程と、 前記第１の誘電体層（８，９）の上に導電性材料のヒー
タエレメント（１５）を前記抵抗エレメント（４）に並
列されて形成する工程と、 前記ヒータエレメント（１５）および前記第１の誘電体
層（８，９）の上に第２の誘電体層（１６）を形成する
工程と、 前記ヒータエレメント（１５）の上で前記インク室（２
１）を収容するバリヤ層（２０）を前記第２の誘電体層
（１６）の上に形成する工程と、 前記ノズル（２３）を画定する蓋層（２２）を前記バリ
ヤ層（２０）の上に形成する工程とからなることを特徴
とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、半導体材料本体
（２）にイオンドーパントを導入する前記工程が、集積
される電子構成要素（２９）を設けるために第２の導電
性型の少なくとも一つの活性領域（３）を形成する工程
と同時に実施されることを特徴とするインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１４〜１６のいずれか一項に記
載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法であっ
て、前記半導体材料本体（２）が所定の結晶配向を有
し、そして前記抵抗エレメント（４）がコイル型で、前
記結晶配向と関連した所定のコイル配向を有することを
特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１３に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、抵抗エレメント
（４；３７）を形成する前記工程が、単結晶型半導体材
料本体（２）の上に多結晶半導体材料の抵抗エレメント
（３７）を形成する工程から成ることを特徴とするイン
クジェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項１９】 請求項１８に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、抵抗エレメント（３
７）を形成する前記工程の前に、 前記半導体材料本体（２）に埋め込まれる導電性領域
（３’）を形成する工程と、 前記半導体材料本体（２）の上に第１の誘電体層（８）
を形成する工程とを実施し、 抵抗エレメント（３７）を形成する前記工程の後に、 前記抵抗エレメント（３７）および前記第１の誘電体層
（８）の上に第２の誘電体層（９）を形成する工程と、 前記第２の誘電体層（９）の上に導電性材料のヒータエ
レメント（１５）を前記抵抗エレメント（３７）に並列
されて形成する工程と、 前記ヒータエレメント（１５）および前記第２の誘電体
層（９）の上に第３の誘電体層（１６）を形成する工程
と、 前記ヒータエレメント（１５）の上で前記インク室（２
１）を収容するバリヤ層（２０）を前記第３の誘電体層
（１６）の上に形成する工程と、 前記ノズル（２３）を画定する蓋層（２２）を前記バリ
ヤ層（２０）の上に形成する工程とを実施することから
なることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの
製造方法。 - 【請求項２０】 請求項１９に記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、抵抗エレメント（３
７）を形成する前記工程が、多結晶半導体材料の層（３
４）を形成する工程と、前記抵抗エレメント（３７）お
よび電界効果型ＭＯＳトランジスタ（４０）の少なくと
も一つのゲート領域（３５）を同時に形成するように前
記多結晶半導体材料の層（３４）を整形する工程とから
成ることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの
製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP97830321A EP0887186B1 (en) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | Integrated inkjet print head and manufacturing process thereof |
| IT97830321.2 | 1997-06-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1170659A true JPH1170659A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=8230689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10183050A Pending JPH1170659A (ja) | 1997-06-27 | 1998-06-29 | 集積インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6513898B1 (ja) |
| EP (1) | EP0887186B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1170659A (ja) |
| DE (1) | DE69708067T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002144571A (ja) * | 2000-11-07 | 2002-05-21 | Sony Corp | プリンタ、プリンタヘッド及びプリンタヘッドの製造方法 |
| US7717531B2 (en) | 1999-10-12 | 2010-05-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Print head apparatus with malfunction detector |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPP654598A0 (en) | 1998-10-16 | 1998-11-05 | Silverbrook Research Pty Ltd | Micromechanical device and method (ij46h) |
| US6293654B1 (en) | 1998-04-22 | 2001-09-25 | Hewlett-Packard Company | Printhead apparatus |
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