JP2000343704A - 液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ、液体吐出装置、および前記液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素子基板と天板の互いの機能素子あるいは電
気回路同士が電気的に接続されるように素子基板と天板
とを接合する際に、素子基板と天板との位置合わせが容
易で、製造する際の歩留りの向上が可能な液体吐出ヘッ
ドを実現する。 【解決手段】 天板３では、天板３の機能素子あるいは
電気回路と電気的に接続された接続用コンタクトパッド
１８の面上に金バンプ９５が形成される。素子基板１
に、発熱体および接続用コンタクトパッド１４が形成さ
れ、接続用コンタクトパッド１４の周囲に形成された壁
部９２と、接続用コンタクトパッド１４と、接続用コン
タクトパッド１４面上のＡｕ膜とから、凹部９３を備え
た凹電極部９４が構成される。素子基板１と天板３とを
接合する際に凹部９３内に金バンプ９５を入り込ませ、
接続用コンタクトパッド１４上のＡｕ膜と金バンプ９５
を溶融して、金バンプ９５とそのＡｕ膜との間で、金属
の共晶を利用した接合を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、ワープロ、ホストコンピュータ等の出力用端末と
してのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられる液体吐
出ヘッド、およびその液体吐出ヘッドを有する液体吐出
装置に関し、特に記録のために液体を吐出させるエネル
ギーとして利用される熱エネルギーを発生する電気熱変
換体が形成された素子基板を有する液体吐出ヘッド、そ
の液体吐出ヘッドを有するヘッドカートリッジ、液体吐
出装置、およびその液体吐出ヘッドの製造方法に関す
る。すなわち、記録用のインク等の液体を飛翔液滴とし
て吐出口（オリフィス）から吐出させて、その液体を記
録媒体に付着させることによって記録を行う液体吐出記
録装置に用いられる液体吐出ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体吐出装置、特にインクジェット記録
装置は、ノンインパクト記録として、静けさ（サイレン
ト）の要求される現代のビジネスオフィスやその他の事
務処理部門において強く望まれている傍ら、高密度で高
速記録が可能であるという点で、さらに、保守が比較的
容易である、あるいはメンテナンスフリーになりうると
いう点において、開発、改良が計られているものであ
る。

【０００３】そのようなインクジェット記録装置の中
で、特開昭５４−５９９３６号公報に開示されているイ
ンクジェット記録装置は、記録媒体の小滴が所定の方向
に吐出するためのオリフィスを有するノズルと、該ノズ
ル内に記録媒体を供給するための手段と、熱変換エネル
ギーを発生する手段とを有するものである。そのインク
ジェット記録装置では、その構造的な特徴から高密度で
高速記録が充分可能であり、かつ、被記録媒体の全幅と
ほぼ同じ幅のノズル列を有する記録ヘッド、いわゆるフ
ルライン記録ヘッドの設計および製造が極めて容易であ
る。従って、そのような記録ヘッドおよびインクジェッ
ト記録装置が熱望されている。

【０００４】さらに、従来のインクジェットヘッド、す
なわち従来の液体吐出ヘッドとしては、特公平６２−４
８５８５号公報に記載されているように、ノズル内に複
数の発熱素子を設けた多値出力のカラーインクジェット
ヘッドがある。この多値出力のカラーインクジェットヘ
ッドは、例えば、ノズル内にｎ個の発熱素子を設けてそ
れぞれの発熱素子を個別に駆動ドライバに接続し、発熱
素子を独立に駆動できるように構成されており、さら
に、１つのノズル内で発熱素子の発熱量がそれぞれ異な
るように各発熱素子のサイズが異なっている。この時、
ｎ個の発熱素子による記録ドットがそれぞれ異なり、同
時に駆動させる発熱素子の組み合わせにより、｛_nＣ_n-1
＋_nＣ_n-2＋・・・＋_nＣ₂＋_nＣ₁＋１｝通りの記録ドット
を形成することができる。つまり、１つのノズルで、｛
_nＣ_n-1＋_nＣ_n-2＋・・・＋_nＣ₂＋_nＣ₁＋１｝値の階調性
を得ることができる。

【０００５】さらに、特開平５−１５５０３７号公報に
は、発熱素子の配列およびインク流路の配列を低密度で
形成し、インクジェットヘッドのインターレース駆動に
より高密度の記録を達成する方法が記載されている。

【０００６】従来の液体吐出ヘッドは一般的に、電気熱
変換体などの発熱体が複数形成された第１の基板として
の素子基板と、その素子基板に接合された第２の基板と
しての天板とから主に構成されている。それら素子基板
と天板との間に、共通液室、および共通液室とそれぞれ
連通した複数の液流路が形成されている。複数の液流路
にはそれぞれ、素子基板に形成された発熱体が配置され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような、発熱
体が形成された素子基板と、その素子基板に接合された
天板とから構成された液体吐出ヘッドでは、発熱体の駆
動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子ある
いは電気回路をそれぞれ、その機能に応じて素子基板と
天板とに振り分けることにより、液体吐出ヘッドを小型
化することが可能である。このように、機能素子あるい
は電気回路を素子基板と天板とに振り分けた場合、素子
基板および天板の互いの素子あるいは電気回路同士を確
実に電気的に接続した状態で素子基板と天板とを接合す
る必要がある。具体的な方法としては、素子基板および
天板のそれぞれに接続用コンタクトパッドを形成してお
き、素子基板と天板の互いの接続用コンタクトパッド同
士を接触させた状態で素子基板と天板とを接合する方法
がある。これにより、素子基板および天板の互いの機能
素子あるいは電気回路同士を、それらの接続用コンタク
トパッドを介して電気的に接続することができる。この
方法を用いた場合、素子基板と天板の互いの接続用コン
タクトパッド同士が接触して電気的に接続された状態で
素子基板と天板とを接合するために、素子基板と天板と
の位置合わせを所定の位置精度で行う必要がある。

【０００８】本発明の目的は、エネルギー変換素子の駆
動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子ある
いは電気回路がそれぞれ、その機能に応じて素子基板と
天板とに振り分けられた液体吐出ヘッドで、素子基板と
天板の互いの機能素子あるいは電気回路同士が電気的に
接続されるように素子基板と天板とを接合する際に、素
子基板と天板との位置合わせが容易で、製造する際の歩
留りの向上が可能な液体吐出ヘッド、その液体吐出ヘッ
ドを有するヘッドカートリッジや液体吐出装置、および
液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに
接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数の
液流路を構成するための第１の基板および第２の基板
と、電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネル
ギーに変換するために前記各液流路内に配された複数の
エネルギー変換素子と、前記エネルギー変換素子の駆動
条件を制御するための、機能が異なる複数の素子あるい
は電気回路とを有し、前記素子あるいは電気回路がその
機能に応じて前記第１の基板と前記第２の基板とに振り
分けられた液体吐出ヘッドであって、前記第１の基板ま
たは前記第２の基板のうちいずれか一方の基板に、前記
第１および第２の基板の互いの素子あるいは電気回路同
士を電気的に接続するための複数の凸電気接続部が形成
され、前記第１の基板または前記第２の基板のうちの他
方の基板に、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合
した際に前記複数の凸電気接続部とそれぞれ係合すると
共に前記凸電気接続部と電気的に接続される複数の凹電
気接続部が形成されている。

【００１０】また、上記の液体吐出ヘッドでは、前記凸
電気接続部と前記凹電気接続部とが共晶接合されている
ことが好ましい。具体的には、前記凸電気接続部が、前
記一方の基板に備えられた電極上に形成された金属バン
プであり、かつ、前記凹電気接続部の、前記凸電気接続
部と接触する部分における少なくとも一部が金属部分で
あり、前記金属バンプと前記金属部分とが共晶接合され
ている。

【００１１】さらに、前記凹電気接続部の側壁部が、前
記液流路を構成するための液流路形成部材の一部から構
成され、前記凹電気接続部が、前記液流路を形成するた
めに前記液流路形成部材の、前記液流路に対応する部分
を除去する際に前記液流路形成部材の所定の部分を除去
することにより形成されたものであることが好ましい。

【００１２】さらに、前記凸電気接続部の材料、および
前記凹電気接続部の少なくとも一部の材料として、金、
銅、白金、タングステン、アルミニウムまたはルテニウ
ムのうちいずれかの金属、あるいは金、銅、白金、タン
グステン、アルミニウムまたはルテニウムのうちいずれ
かの金属を含む合金を用いることができる。

【００１３】さらに、前記第１基板および前記第２の基
板がシリコン材料で構成され、前記素子あるいは電気回
路が、半導体ウェハプロセス技術を用いて前記第１の基
板および前記第２の基板に形成されていることが好まし
い。

【００１４】さらに、前記エネルギー変換素子が、液体
に熱エネルギーを作用させることで液体に気泡を発生さ
せるものであり、前記液流路には、前記エネルギー変換
素子に面して配され、前記吐出口に向かう下流側が自由
端となる可動部材が設けられていてもよい。前記エネル
ギー変換素子としては発熱抵抗素子を用いることができ
る。

【００１５】上記の通りの発明では、エネルギー変換素
子の駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の素
子あるいは電気回路がそれぞれ、その機能に応じて第１
の基板と第２の基板とに振り分けられた液体吐出ヘッド
で、第１の基板または第２の基板のうちいずれか一方の
基板に複数の凸電気接続部が形成され、他方の基板に、
それら複数の凸電気接続部とそれぞれ係合すると共に凸
電気接続部と電気的に接続される複数の凹電気接続部が
形成されていることにより、第１と第２の基板を接合す
る際に凸電気接続部と凹電気接続部とを係合させること
で、第１と第２の基板の、ある程度の位置決めを行うこ
とが可能となる。また、凹電気接続部の側壁部を構成す
る側壁が、例えばシリコンを含む堅い側壁である場合
に、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける金属間の溶
融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側壁によって
第１の基板と第２の基板との位置精度を向上させること
ができる。さらに、このように第１および第２の基板に
凸電気接続部および凹電気接続部を設けて、凸電気接続
部と凹電気接続部との共晶接合を利用して第１の基板と
第２の基板とを接合することにより、第１および第２の
基板としてウェハを用いた場合にウェハ間での接合が可
能になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩留りが向上
する。その結果、液体吐出ヘッドの製造コストを下げる
ことができる。また、本発明は、液体を吐出する複数の
吐出口と、互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口
と連通する複数の液流路を構成するための第１の基板お
よび第２の基板と、電気エネルギーを前記液流路内の液
体の吐出エネルギーに変換するために前記各液流路内に
配された複数のエネルギー変換素子と、前記エネルギー
変換素子の駆動条件を制御するための、機能が異なる複
数の素子あるいは電気回路とを有し、前記素子あるいは
電気回路がその機能に応じて前記第１の基板と前記第２
の基板とに振り分けられた液体吐出ヘッドであって、前
記第１の基板および前記第２の基板は、前記第１および
第２の基板の互いの素子あるいは電気回路同士を電気的
に接続するための電気接続部をそれぞれ備えると共に、
前記第１の基板の電気接続部と前記第２の基板の電気接
続部とが共晶接合されている。

【００１６】上記の発明では、第１および第２の基板
に、互いの素子あるいは電気回路同士を電気的に接続す
るための電気接続部が備えられ、第１および第２の基板
の互いの電気接続部同士が共晶接合されていることによ
り、その共晶接合を利用して第１の基板と第２の基板と
を接合することができる。これにより、第１および第２
の基板としてウェハを用いた場合にウェハ間での接合が
可能になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩留りが向
上する。その結果、液体吐出ヘッドの製造コストを下げ
ることができる。この場合、前記第１の基板と前記第２
の基板には、互いに係合するための、前記電気接続部と
は異なる係合部を備えることが好ましい。さらに、本発
明のヘッドカートリッジは、上記の液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器
とを有する。

【００１７】さらに、本発明の液体吐出装置は、上記の
液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出さ
せるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを有
する。

【００１８】さらに、本発明の液体吐出装置は、上記の
液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液
体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と
を有する。

【００１９】上記の液体吐出装置は、前記液体吐出ヘッ
ドから液体を吐出して被記録媒体に前記液体を付着させ
ることで記録を行うものである。

【００２０】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法は、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接合され
ることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数の液流路を
構成するための第１の基板および第２の基板と、電気エ
ネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギーに変換
するために前記各液流路内に配された複数のエネルギー
変換素子と、前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御
するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路
とを有し、前記素子あるいは電気回路がその機能に応じ
て前記第１の基板と前記第２の基板とに振り分けられた
液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第１の基板ま
たは前記第２の基板のうちいずれか一方の基板に、前記
第１および第２の基板の互いの素子あるいは電気回路同
士を電気的に接続するための複数の凸電気接続部を形成
する工程と、前記第１の基板または前記第２の基板のう
ちの他方の基板に、前記複数の凸電気接続部とそれぞれ
係合すると共に前記凸電気接続部と電気的に接続される
複数の凹電気接続部を形成する工程と、前記第１の基板
と前記第２の基板とを接合させる際に前記複数の凸電気
接続部をそれぞれ対応する前記複数の凹電気接続部に係
合させる工程とを有する。

【００２１】また、前記第１の基板と前記第２の基板と
を接合する工程では、前記凸電気接続部と前記凹電気接
続部とを共晶接合する。

【００２２】さらに、前記凹電気接続部の側壁部が、前
記液流路を構成するための液流路形成部材の一部から構
成されたものであり、前記液流路形成部材の、前記液流
路に対応する部分を除去して前記液流路を形成する際
に、前記液流路に対応する部分と共に前記液流路形成部
材の所定の部分を除去することで前記凹電気接続部の凹
状の形状を形成する工程から、前記凹電気接続部を形成
する工程が構成されていることが好ましい。

【００２３】上記の通りの発明による液体吐出ヘッドの
製造方法では、エネルギー変換素子の駆動条件を制御す
るための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路が
それぞれ、その機能に応じて第１の基板と第２の基板と
に振り分けられた液体吐出ヘッドを製造する際に、第１
の基板または第２の基板のうちいずれか一方の基板に複
数の凸電気接続部を形成し、他方の基板に、それら複数
の凸電気接続部とそれぞれ係合すると共に凸電気接続部
と電気的に接続される複数の凹電気接続部を形成するこ
とにより、第１と第２の基板を接合する際に複数の凸電
気接続部をそれぞれ対応する複数の凹電気接続部とを係
合させることで、第１と第２の基板の、ある程度の位置
決めを行うことが可能となる。また、凹電気接続部の側
壁部を構成する側壁が、例えばシリコンを含む堅い側壁
である場合に、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける
金属間の溶融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側
壁によって第１の基板と第２の基板との位置精度を向上
させることができる。さらに、このように第１および第
２の基板に凸電気接続部および凹電気接続部を設けて、
凸電気接続部と凹電気接続部との共晶接合を利用して第
１の基板と第２の基板とを接合することにより、第１お
よび第２の基板としてウェハを用いた場合にウェハ間で
の接合が可能になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩
留りが向上する。その結果、液体吐出ヘッドの製造コス
トを下げることができる。

【００２４】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法は、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接合され
ることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数の液流路を
構成するための第１の基板および第２の基板と、電気エ
ネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギーに変換
するために前記各液流路内に配された複数のエネルギー
変換素子と、前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御
するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路
とを有し、前記素子あるいは電気回路がその機能に応じ
て前記第１の基板と前記第２の基板とに振り分けられた
液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第１および第
２の基板の互いの素子あるいは電気回路同士を電気的に
接続するための第１の電気接続部を備えた前記第１の基
板が複数設けられた第１のシリコンウェハを用意する工
程と、前記第１および第２の基板の互いの素子あるいは
電気回路同士を電気的に接続するための第２の電気接続
部を備えた前記第２の基板が複数設けられた第２のシリ
コンウェハを用意する工程と、前記第１のシリコンウェ
ハと前記第２のシリコンウェハとを、前記第１の電気接
続部と前記第１の電気接続部に対応する前記第２の電気
接続部とが対応するように当接させる当接工程と、前記
当接工程の後、前記第１の電気接続部と前記第１の電気
接続部に対応する前記第２の電気接続部とを共晶接合に
より接合する接合工程と、前記接合工程の後、接合され
た前記第１のシリコンウェハおよび前記第２のシリコン
ウェハを一体的に切断する切断工程とを有する。

【００２５】上記の発明では、一体化された第１のシリ
コンウェハおよび第２のシリコンウェハを切断する際
に、第１と第２の電気接続部の共晶結合により第１と第
２のシリコンウェハの接合は剥離したり、ずれたりする
ことがないので、同時に複数の液体吐出ヘッド（ヘッド
チップ）を歩留りよく作ることができる。このような製
造方法では、各ヘッドの第１の基板と第２の基板とをヘ
ッド毎に位置合わせする場合に比べ、位置合わせをする
回数を大幅に減らすことできるので、さらに生産性が向
上する。

【００２６】上記の発明の液体吐出ヘッドの製造方法で
は、前記第１の電気接続部および前記第２の電気接続部
はそれぞれ複数設けられると共に、前記第１の電気接続
部または前記第２の電気接続部のいずれか一方が凸形状
であり、他方が、前記凸形状の電気接続部と電気的に接
続される凹形状であることが好ましい。

【００２７】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（または可動
部材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関し
て、またはこの構成上の方向に関しての表現として用い
られる。

【００２８】

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

【００２９】図１は、本発明の一実施形態である液体吐
出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。

【００３０】図１に示すように、この液体吐出ヘッド
は、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与え
る複数個（図１では１つのみ示す）の発熱体２が並列に
設けられた第１の基板である素子基板１と、この素子基
板１上に接合された第２の基板である天板３と、素子基
板１および天板３の前端面に接合されたオリフィスプレ
ート４と、素子基板１と天板３とで構成される液流路７
内に設置された可動部材６とを有する。

【００３１】素子基板１は、シリコン等の基板上に絶縁
および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または窒化シリ
コン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵
抗層および配線をパターニングしたものである。この配
線から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層に電流を
流すことで発熱体２が発熱する。

【００３２】素子基板１の面上には、各発熱体２に対応
した複数の液流路７、および各液流路７に液体を供給す
るための共通液室８を構成するための部材が形成されて
おり、その面上には、各発熱体２の間に延びる流路側壁
９が設けられている。素子基板１、および素子基板１上
の部材はシリコン系の材料で構成されており、液流路７
および共通液室８のパターンをエッチングで形成した
り、シリコン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により
窒化シリコン、酸化シリコン等、流路側壁９となる材料
を堆積した後、液流路７の部分をエッチングして形成す
ることができる。オリフィスプレート４には、各液流路
７に対応しそれぞれ液流路７を介して共通液室８に連通
する複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレ
ート４もシリコン系の材料からなるものであり、例え
ば、吐出口５を形成したシリコン基板を１０〜１５０μ
ｍ程度の厚さに削ることにより形成される。なお、オリ
フィスプレート４は本発明には必ずしも必要な構成では
なく、オリフィスプレート４を設ける代わりに、素子基
板１上に液流路７を形成する際に素子基板１の先端面に
オリフィスプレート４の厚さ相当の壁を残し、この部分
に吐出口５を形成することで、吐出口付きの素子基板１
とすることもできる。あるいは、天板３に液流路７を形
成する際に天板３の先端面にオリフィスプレート４の厚
さ相当の壁を残し、この部分に吐出口５を形成すること
で、吐出口付きの天板とすることもできる。

【００３３】可動部材６は、液流路７を吐出口５に連通
した第１の液流路７ａと、発熱体２を有する第２の液流
路７ｂとに分けるように、発熱体２に対面して配置され
た片持梁状の薄膜であり、窒化シリコンや酸化シリコン
等のシリコン系の材料で形成される。

【００３４】この可動部材６は、液体の吐出動作によっ
て共通液室８から可動部材６を経て吐出口５側へ流れる
大きな流れの上流側に支点６ａを持ち、この支点６ａに
対して下流側に自由端６ｂを持つように、発熱体２に面
した位置に発熱体２を覆うような状態で発熱体２から所
定の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可動部
材６との間が気泡発生領域１０となる。

【００３５】上記構成に基づき、発熱体２を発熱させる
と、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の
液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象
に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴
う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６は図
１に破線で示されるように、支点６ａを中心に吐出口５
側に大きく開くように変位する。可動部材６の変位もし
くは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の
伝搬や気泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５
から液体が吐出する。

【００３６】つまり、気泡発生領域１０上に、液流路７
内の液体の流れの上流側（共通液室８側）に支点６ａを
持ち下流側（吐出口５側）に自由端６ｂを持つ可動部材
６を設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側
へ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与す
ることになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬
方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく
成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材
によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御すること
で、吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出
特性を向上させることができる。

【００３７】一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材
６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部
材６も最終的には図１に実線で示した初期位置に復帰す
る。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を
補うため、また、吐出された液体の体積分を補うため
に、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、
液流路７への液体の充填（リフィル）が行われるが、こ
の液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効
率よく合理的かつ安定して行われる。

【００３８】また、本実施形態の液体吐出ヘッドは、発
熱体２を駆動したりその駆動を制御するための回路や素
子を有する。これら回路や素子は、その機能に応じて素
子基板１または天板３に分担して配置されている。ま
た、これら回路や素子は、素子基板１および天板３がシ
リコン材料で構成されていることから、半導体ウェハプ
ロセス技術を用いて容易かつ微細に形成することができ
る。

【００３９】以下に、半導体ウェハプロセス技術を用い
て形成された素子基板１の構造について説明する。

【００４０】図２は、図１に示す液体吐出ヘッドに用い
られる素子基板の断面図である。図２に示すように、本
実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる素子基板１で
は、シリコン基板３０１の表面に、蓄熱層としての熱酸
化膜３０２および、蓄熱層を兼ねる層間膜３０３がこの
順番で積層されている。層間膜３０３としては、ＳｉＯ
₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜が用いられている。層間膜３０３
の表面に部分的に抵抗層３０４が形成され、抵抗層３０
４の表面に部分的に配線３０５が形成されている。配線
３０５としては、Ａｌまたは、Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ
等のＡｌ合金配線が用いられている。この配線３０５、
抵抗層３０４および層間膜３０３の表面に、ＳｉＯ₂膜
またはＳｉ₃Ｎ₄膜から成る保護膜３０６が形成されてい
る。保護膜３０６の表面の、抵抗層３０４に対応する部
分およびその周囲には、抵抗層３０４の発熱に伴う化学
的および物理的な衝撃から保護膜３０６を守るための耐
キャビテーション膜３０７が形成されている。抵抗層３
０４表面の、配線３０５が形成されていない領域は、抵
抗層３０４の熱が作用する部分となる熱作用部３０８で
ある。

【００４１】この素子基板１上の膜は半導体の製造技術
によりシリコン基板３０１の表面に順に形成され、シリ
コン基板３０１に熱作用部３０８が備えられている。

【００４２】図３は、図２に示す素子基板１の主要素子
を縦断するように素子基板１を切断した模式的断面図で
ある。

【００４３】図３に示すように、Ｐ導電体であるシリコ
ン基板３０１の表層にはＮ型ウェル領域４２２およびＰ
型ウェル領域４２３が部分的に備えられている。そし
て、一般的なＭｏｓプロセスを用いてイオンプラテーシ
ョン等の不純物導入および拡散によって、Ｎ型ウェル領
域４２２にＰ−Ｍｏｓ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２３
にＮ−Ｍｏｓ４２１が備えられている。Ｐ−Ｍｏｓ４２
０は、Ｎ型ウェル領域４２２の表層に部分的にＮ型ある
いはＰ型の不純物を導入してなるソース領域４２５およ
びドレイン領域４２６や、Ｎ型ウェル領域４２２の、ソ
ース領域４２５およびドレイン領域４２６を除く部分の
表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を介して堆積さ
れたゲート配線４３５等から構成されている。また、Ｎ
−Ｍｏｓ４２１は、Ｐ型ウェル領域４２３の表層に部分
的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領
域４２５およびドレイン領域４２６や、Ｐ型ウェル領域
４２３の、ソース領域４２５およびドレイン領域４２６
を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を
介して堆積されたゲート配線４３５等から構成されてい
る。ゲート配線４３５は、ＣＶＤ法により堆積した厚さ
４０００Å〜５０００Åのポリシリコンから成るもので
ある。これらのＰ−Ｍｏｓ４２０およびＮ−Ｍｏｓ４２
１からＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。

【００４４】Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ−Ｍｏｓ４２
１と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のＮ−Ｍｏ
ｓトランジスタ４３０が備えられている。Ｎ−Ｍｏｓト
ランジスタ４３０も、不純物導入および拡散等の工程に
よりＰ型ウェル領域４２３の表層に部分的に備えられた
ソース領域４３２およびドレイン領域４３１や、Ｐ型ウ
ェル領域４２３の、ソース領域４３２およびドレイン領
域４３１を除く部分の表面にゲート絶縁膜４２８を介し
て堆積されたゲート配線４３３等から構成されている。

【００４５】本実施形態では、電気熱変換素子駆動用の
トランジスタとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０を用
いたが、複数の電気熱変換素子を個別に駆動できる能力
を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることが
できるトランジスタであれば、このトランジスタに限ら
れない。

【００４６】Ｐ−Ｍｏｓ４２０とＮ−Ｍｏｓ４２１との
間や、Ｎ−Ｍｏｓ４２１とＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３
０との間等の各素子間には、５０００Å〜１００００Å
の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４２４が
形成されており、その酸化膜分離領域４２４によって各
素子が分離されている。酸化膜分離領域４２４の、熱作
用部３０８に対応する部分は、シリコン基板３０１の表
面側から見て一層目の蓄熱層４３４としての役割を果た
す。

【００４７】Ｐ−Ｍｏｓ４２０、Ｎ−Ｍｏｓ４２１およ
びＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０の各素子の表面には、
厚さ約７０００ÅのＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜等から成
る層間絶縁膜４３６がＣＶＤ法により形成されている。
熱処理により層間絶縁膜４３６を平坦化した後に、層間
絶縁膜４３６およびゲート絶縁膜４２８を貫通するコン
タクトホールを介して第１の配線層となるＡｌ電極４３
７により配線が行われている。層間絶縁膜４３６および
Ａｌ電極４３７の表面には、厚さ１００００Å〜１５０
００ÅのＳｉＯ₂膜から成る層間絶縁膜４３８がプラズ
マＣＶＤ法により形成されている。層間絶縁膜４３８の
表面の、熱作用部３０８およびＮ−Ｍｏｓトランジスタ
４３０に対応する部分には、厚さ約１０００ÅのＴａＮ
_0.8,hex膜から成る抵抗層３０４がＤＣスパッタ法によ
り形成されている。抵抗層３０４は、層間絶縁膜４３８
に形成されたスルーホールを介してドレイン領域４３１
の近傍のＡｌ電極４３７と電気的に接続されている。抵
抗層３０４の表面には、各電気熱変換素子への配線とな
る第２の配線層としての、Ａｌの配線３０５が形成され
ている。

【００４８】配線３０５、抵抗層３０４および層間絶縁
膜４３８の表面の保護膜３０６は、プラズマＣＶＤ法に
より形成された厚さ１００００ÅのＳｉ₃Ｎ₄膜から成る
ものである。保護膜３０６の表面に形成された耐キャビ
テーション膜３０７は、厚さ約２５００ÅのＴａ等の膜
から成るものである。

【００４９】次に、素子基板１および天板３への回路や
素子の振り分け構成について説明する。

【００５０】図４は、図１に示した液体吐出ヘッドの回
路構成を説明するための図であり、同図（ａ）は素子基
板の平面図、同図（ｂ）は天板の平面図である。なお、
図４（ａ）および（ｂ）は、互いの対向面を表わしてい
る。

【００５１】図４（ａ）に示すように、素子基板１に
は、前述したように液流路および共通液室を構成する溝
３ａ，３ｂが形成される他に、並列に配列された複数の
発熱体２と、画像データに応じてこれら発熱体２を駆動
するドライバ１１と、入力された画像データをドライバ
１１に出力する画像データ転送部１２と、発熱体２の駆
動条件を制御するために必要なパラメータを測定するセ
ンサ１３とが設けられている。

【００５２】画像データ転送部１２は、シリアルに入力
される画像データを各ドライバ１１にパラレルに出力す
るシフトレジスタ、およびシフトレジスタから出力され
るデータを一時記憶するラッチ回路で構成される。な
お、画像データ転送部１２は、各発熱体２に個別に対応
して画像データを出力するものでもよいし、発熱体２の
並びを複数のブロックに分け、ブロック単位に対応して
画像データを出力するものでもよい。特に、１つのヘッ
ドについて複数のシフトレジスタを備え、記録装置から
のデータの転送を複数のシフトレジスタに振り分けて入
力するようにすることで、印字速度の高速化に容易に対
応することもできる。

【００５３】センサ１３としては、発熱体２の近傍の温
度を測定する温度センサや、発熱体２の抵抗値をモニタ
するための抵抗センサ等が用いられる。

【００５４】噴射される液滴の吐出量を考えた場合、そ
の吐出量は主に液体の発泡体積に関係する。液体の発泡
体積は、発熱体２およびその周辺の温度によって変化す
る。そこで、温度センサによって発熱体２および周辺の
温度を測定し、その結果に応じて液体吐出のためのヒー
トパルスを印加する前に、液体を吐出しない程度の小さ
いエネルギーのパルス（プレヒートパルス）を加え、そ
のプレヒートパルスのパルス幅や、その出力タイミング
を変更することにより発熱体２および周辺の温度を調整
して、一定の液滴を吐出するようにして画像品位を維持
することが行われる。

【００５５】また、発熱体２における、液体を発泡させ
るのに必要なエネルギーを考えた場合、放熱条件が一定
であれば、そのエネルギーは発熱体２の必要な単位面積
当たりの投入エネルギーと発熱体２の面積の積で表わさ
れる。これにより、発熱体２の両端にかかる電圧、発熱
体２を流れる電流およびパルス幅を、その必要なエネル
ギーが得られる値に設定すればよい。ここで発熱体２に
印加される電圧については、液体吐出装置本体の電源に
より電圧を供給することにより、ほぼ一定に保持するこ
とができる。一方、発熱体２を流れる電流については、
発熱体２の抵抗値が、素子基板１の製造過程における発
熱体２の膜厚のばらつき等により、ロットにより、ある
いは素子基板１によって抵抗値が異なってくる。従っ
て、印加されるパルス幅が一定で、発熱体２の抵抗値が
設定よりも大きい場合はその流れる電流値が小さくな
り、発熱体２に投入されるエネルギー量が不足してしま
い、液体を適正に発泡させることができなくなる。逆
に、発熱体２の抵抗値が小さくなると、同じ電圧を印加
しても電流値が設定値よりも大きくなる。この場合に
は、発熱体２により過剰なエネルギーが発生され、発熱
体２の損傷や短寿命につながるおそれがある。そこで、
抵抗センサによって発熱体２の抵抗値を常にモニタし、
その値により電源電圧やヒートパルス幅を変化させ、発
熱体２にほぼ一定のエネルギーが印加されるようにする
方法もある。

【００５６】一方、図４（ｂ）に示すように、天板３に
は、素子基板１に設けられたセンサ１３を駆動するセン
サ駆動部１７と、センサ駆動部１７により駆動されたセ
ンサからの出力結果に基づいて発熱体２の駆動条件を制
御する発熱体制御部１６とが設けられている。なお、天
板３には、外部から共通液室に液体を供給するために、
共通液室に連通する供給口３ｃが開口している。

【００５７】さらに、素子基板１および天板３の接合面
の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基板１に形
成された回路等と天板３に形成された回路等とを電気的
に接続するための接続用コンタクトパッド１４，１８が
設けられている。また、素子基板１には、外部からの電
気信号の入力端子となる外部コンタクトパッド１５が設
けられている。素子基板１の大きさは天板３の大きさよ
りも大きく、外部コンタクトパッド１５は、素子基板１
と天板３とを接合したときに天板３から露出する位置に
設けられている。

【００５８】ここで、素子基板１および天板３への回路
等の形成手順の一例について説明する。

【００５９】素子基板１については、まず、シリコン基
板上に、上記ドライバ１１、画像データ転送部１２およ
びセンサ１３を構成する回路を半導体ウェハプロセス技
術を用いて形成する。次いで、前述したようにして発熱
体２を形成した後に、接続用コンタクトパッド１４およ
び外部コンタクトパッド１５を形成し、最後に、上述し
たように、成膜技術およびエッチングによって、液流路
や共通液室を構成する溝３ａ，３ｂを形成する。

【００６０】天板３については、まず、シリコン基板上
に、上記発熱体制御部１６およびセンサ駆動部１７を構
成する回路を半導体ウェハプロセス技術を用いて形成す
る。次いで、上述したように、エッチングによって供給
口３ｃを形成し、最後に、接続用コンタクトパッド１８
を形成する。

【００６１】上記のように構成された素子基板１と天板
３とを位置合わせして接合すると、各液流路に対応して
発熱体２が配置されると共に、それぞれの接続用パッド
１４，１８を介して素子基板１および天板３に形成され
た回路等が電気的に接続される。この電気的接続は例え
ば、接続用パッド１４，１８に金バンプ等を載せて行う
方法があるが、それ以外の方法でもよい。このように、
素子基板１と天板３との電気的接続を接続用コンタクト
パッド１４，１８によって行うことで、素子基板１と天
板３との接合と同時に、上述した回路同士の電気的接続
を行うことができる。素子基板１と天板３との接合後
に、液流路７の先端にオリフィスプレート４を接合し、
これにより液体吐出ヘッドが完成する。

【００６２】なお、図１に示したように本実施形態の液
体吐出ヘッドは可動部材６を有しているが、この可動部
材６についても、上述のようにして素子基板に回路等を
形成した後、フォトリソグラフィプロセスを用いて素子
基板１上に形成される。可動部材６の形成工程について
は後述する。

【００６３】このようにして得られた液体吐出ヘッドを
ヘッドカートリッジや液体吐出装置に搭載する場合に
は、図５に示すように、プリント配線基板２３が搭載さ
れたベース基板２２上に固定し、液体吐出ヘッドユニッ
ト２０とされる。図５において、プリント配線基板２３
には、液体吐出装置のヘッド制御部と電気的に接続され
る複数の配線パターン２４が設けられ、これら配線パタ
ーン２４は、ボンディングワイヤー２５を介して外部コ
ンタクトパッド１５と電気的に接続される。外部コンタ
クトパッド１５は素子基板１のみに設けられているの
で、液体吐出ヘッド２１と外部との電気的接続は、従来
の液体吐出ヘッドと同様にして行うことができる。ここ
では、外部コンタクトパッド１５を素子基板１に設けた
例について説明したが、素子基板１ではなく天板３のみ
に設けてもよい。

【００６４】以上説明したように、発熱体２の駆動や制
御のための各種回路等を素子基板１と天板３とに両者の
電気的接合を考慮した上で振り分けることで、これらの
回路等が１つの基板に集中しなくなるので、液体吐出ヘ
ッドの小型化が可能になる。また、素子基板１に設けら
れた回路等と天板３に設けられた回路等との電気的接続
を接続用コンタクトパッド１４，１８によって行うこと
で、ヘッド外部への電気接続部の数が減り、信頼性の向
上、部品点数の削減、ヘッドのより一層の小型化を実現
することができる。

【００６５】また、上述した回路等を素子基板１と天板
３とに分散させることで、素子基板１の歩留まりを向上
させることができ、その結果、液体吐出ヘッドの製造コ
ストを下げることができる。さらに、素子基板１および
天板３を、シリコンという同一材料をベースとした材料
で構成しているため、素子基板１と天板３との熱膨張係
数が等しくなる。その結果、発熱体２の駆動により素子
基板１および天板３が熱膨張しても両者にずれは生じな
くなり、発熱体２と液流路７との位置精度が良好に維持
される。

【００６６】本実施形態では上述の各回路等をその機能
に応じて振り分けているが、この振り分けの基準となる
考え方について以下に述べる。

【００６７】各発熱体２に個別またはブロック単位に電
気配線接続で対応する回路は、素子基板１に形成する。
図４に示した例では、ドライバ１１および画像データ転
送部１２がこれに相当する。各発熱体２には駆動信号が
パラレルに与えられるので、その信号分だけ配線の引き
回しが必要となる。従って、このような回路を天板３に
形成すると、素子基板１と天板３との接続数が多くなり
接続不良が発生する可能性が高くなるが、素子基板１に
形成することで、発熱体２と上記回路との接続不良が防
止される。

【００６８】制御回路等、アナログ的な部分は、熱の影
響を受け易いことから、発熱体２が設けられていない基
板すなわち天板３に設ける。図４に示した例では、発熱
体制御部１６がこれに相当する。

【００６９】センサ１３は、必要に応じて素子基板１に
設けてもよいし、天板３に設けてもよい。例えば抵抗セ
ンサである場合には、抵抗センサは素子基板１上に設け
ないと意味がなかったり測定精度が低下したりするため
素子基板１に設ける。また、温度センサの場合には、ヒ
ータ駆動回路の異常による温度上昇等を検知する場合に
は素子基板１上に設けることが好ましいが、後述するイ
ンクを介しての温度上昇によりインクの状態を判断した
い場合には、天板３、或いは素子基板１と天板３との双
方に設けることが好ましい。

【００７０】その他、各発熱体２に個別にもブロック単
位にも電気配線接続で対応していない回路、必ずしも素
子基板１に設けなくてもよい回路、天板３に設けても測
定精度には影響しないセンサ等は、素子基板１および天
板３のいずれか一方に集中しないように必要に応じて素
子基板１または天板３に形成する。図４に示した例で
は、センサ駆動部１７がこれに相当する。

【００７１】上記の考え方に基づいて各回路やセンサ等
を素子基板１と天板３とに設けることで、素子基板１と
天板３との電気的接続数をできるだけ少なくしつつも、
各回路やセンサ等をバランスよく振り分けることができ
る。

【００７２】以上、本発明の基本的な構成についての実
施形態を説明したが、以下に、上述した回路等の具体的
な例について説明する。

【００７３】〈発熱体への印加エネルギーを制御する
例〉図６は、センサ出力に応じて発熱体への印加エネル
ギーを制御する例の素子基板および天板の回路構成を示
す図である。

【００７４】図６（ａ）に示すように、素子基板３１に
は、一列に配列された発熱体３２と、ドライバとして機
能するパワートランジスタ４１と、パワートランジスタ
４１の駆動を制御するためのＡＮＤ回路３９と、パワー
トランジスタ４１の駆動タイミングを制御するための駆
動タイミング制御ロジック回路３８と、シフトレジスタ
およびラッチ回路で構成される画像データ転送回路４２
と、発熱体３２の抵抗値を検出するセンサとしても用い
られる、吐出ヒータ用のランクヒータ４３とが形成され
ている。

【００７５】駆動タイミング制御ロジック回路３８は、
装置の電源容量を少なくする目的で、全ての発熱体３２
を同時に通電するのではなく発熱体３２を分割駆動して
時間をずらして通電するためのものであり、この駆動タ
イミング制御ロジック回路３８を駆動するイネーブル信
号は、外部コンタクトパッドであるイネーブル信号入力
端子４５ｋ〜４５ｎから入力される。

【００７６】また、素子基板３１に設けられる外部コン
タクトパッドとしては、イネーブル信号入力端子４５ｋ
〜４５ｎの他に、発熱体３２の駆動電源の入力端子４５
ａ、パワートランジスタ４１の接地端子４５ｂ、発熱体
３２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号
用の入力端子４５ｃ〜４５ｅ、ロジック回路の駆動電源
端子４５ｆ、接地端子４５ｇ、画像データ転送回路４２
のシフトレジスタに入力されるシリアルデータの入力端
子４５ｉおよびこれに同期するシリアルクロック信号の
入力端子４５ｈ、ラッチ回路に入力されるラッチクロッ
ク信号の入力端子４５ｊがある。

【００７７】一方、図６（ｂ）に示すように、天板３３
には、ランクヒータ４３を駆動するためのセンサ駆動回
路４７と、ランクヒータ４３からの出力をモニタしその
結果に応じて発熱体３２への印加エネルギーを制御する
ための駆動信号制御回路４６と、ランクヒータ４３で検
出された抵抗値データあるいは抵抗値からランク分けさ
れたコード値、および予め測定されている各発熱体３２
による液体吐出量特性（一定温度で、所定のパルス印加
における液体吐出量）をヘッド情報として記憶し駆動信
号制御回路４６に出力するメモリ４９とが形成されてい
る。

【００７８】また、接続用コンタクトパッドとして、素
子基板３１および天板３２には、ランクヒータ４３とセ
ンサ駆動回路４７とを接続する端子４４ｇ，４４ｈ，４
８ｇ，４８ｈ、外部から上記発熱体３２を駆動するエネ
ルギーを制御するために必要な信号用の入力端子４５ｃ
〜４５ｅと駆動信号制御回路４６とを接続する端子４４
ｂ〜４４ｄ，４８ｂ〜４８ｄ、駆動信号制御回路４６の
出力をＡＮＤ回路３９の一方の入力端子に入力させるた
めの端子４８ａ等が設けられている。

【００７９】以上の構成において、まず、発熱体３２の
抵抗値がランクヒータ４３で検出され、その結果がメモ
リ４３に記憶される。駆動信号制御回路４６では、メモ
リ４３に記憶された抵抗値データおよび液体吐出量特性
に応じて発熱体３２の駆動パルスの立ち上がりデータお
よび立ち下がりデータを決定し、端子４８ａ，４４ａを
介してＡＮＤ回路３９に出力する。一方、シリアルで入
力された画像データは、画像データ転送回路４２のシフ
トレジスタに記憶され、ラッチ信号によりラッチ回路に
ラッチされて、駆動タイミング制御回路３８を介してＡ
ＮＤ回路３９に出力される。これにより、立ち上がりデ
ータおよび立ち下がりデータに応じてヒートパルスのパ
ルス幅が決定され、このパルス幅で発熱体３２への通電
が行われる。その結果、発熱体３２にはほぼ一定のエネ
ルギーが印加される。

【００８０】上述の説明では、ランクヒータ４３を抵抗
センサとして説明したが、例えば、素子基板３１の温度
あるいは発熱体３２の蓄熱の程度を検知するための温度
センサとし、この温度センサでの検出結果に応じてプレ
ヒートパルス幅を制御することもできる。

【００８１】この場合には、液体吐出装置の電源が投入
された後、予め測定されている液体吐出量特性と、ラン
クヒータ４３で検出された温度データに応じて、駆動信
号制御回路４６は各発熱体３２のプレヒート幅を決定す
る。メモリ４９には、各発熱体３２に対応するプレヒー
ト幅を選択するための選択データが記憶されており、実
際にプレヒートを行う際に、メモリ４９に記憶されてい
る選択データに従ってプレヒート信号が選択され、これ
に応じて発熱体３２がプレヒートされる。このようにし
て、温度状態にかかわらず液体の吐出量が各吐出口で一
定になるようにプレヒートパルスを設定して印加するこ
とができる。なお、プレヒート幅を決定する選択データ
の保存は、例えば液体吐出装置の起動時等に一度だけ行
えばよい。

【００８２】図６に示した例では、１つのランクヒータ
４３を設けた例を説明したが、センサとして、抵抗セン
サおよび温度センサの２つのセンサを設け、それぞれの
出力に応じてヒートパルスおよびプレヒートパルスの双
方を制御することで、画像品位をより向上させることも
できる。

【００８３】さらに、メモリ４９に記憶されるヘッド情
報としては、上述した発熱体の抵抗値データ等の他に、
吐出する液体の種類（液体がインクの場合には、インク
の色等）も含めることもできる。液体の種類によっては
その物性が異なり、吐出特性が異なるからである。これ
らのヘッド情報のメモリ４９への記憶は、この液体吐出
ヘッドの組立後に不揮発的に行ってもよいし、この液体
吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置の立ち上げ後に装置
側から転送されることで行ってもよい。

【００８４】また、図６に示した例では、ランクヒータ
４３を素子基板３１に設けているが、ランクヒータ４３
が温度センサである場合には、天板３３に設けてもよ
い。メモリ４９についても、素子基板３１側のスペース
が許せは、天板３３ではなく素子基板３１に設けてもよ
い。

【００８５】上述のように、良好な画像品位を得るため
に発熱体３２の駆動を制御しても、共通液室内に気泡が
発生し、これが液体のリフィルと共に液流路内に移動し
てくると、共通液室内には液体が存在するにもかかわら
ず、液体が吐出されないという不具合が発生する場合が
ある。

【００８６】そこで、これに対処するために、詳細は後
述するが、各液流路内（特に発熱体３２の近傍）での液
体の有無を検出するセンサを設け、さらに、このセンサ
で液体がないことが検出されたらその結果を外部に出力
させる処理回路を天板３３に設けてもよい。そして、こ
の処理回路からの出力に基づき、液体吐出装置側で、液
体吐出ヘッド内の液体を吐出口から強制的に吸引するよ
うにすれば、液流路内の気泡を除去することができる。
上記の液体の有無を検出するセンサとしては、液体を介
しての抵抗値の変化により検出するものや、液体が存在
しない場合の発熱体の異常昇温を検出するものを用いる
ことができる。

【００８７】〈素子基板の温度を制御する例〉図７は、
センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する例の素子
基板および天板の回路構成を示す図である。

【００８８】この例では、図７（ａ）に示すように、素
子基板５１に、液体の吐出用の発熱体５２とは別に、素
子基板５１の温度を調節するために素子基板５１自体を
加熱する保温ヒータ５５と、その保温ヒータ５５のドラ
イバとなるパワートランジスタ５６とが、図６（ａ）に
示した素子基板３１に対して付加されている。また、セ
ンサ６３としては、素子基板５１の温度を測定する温度
センサが用いられる。一方、図７（ｂ）に示すように、
天板５３には、センサ６３を駆動するためのセンサ駆動
回路６７と、液体吐出量特性が記憶されているメモリ６
９の他に、センサ６３からの出力をモニタし、その結果
に応じて保温ヒータ５５の駆動を制御するための保温ヒ
ータ制御回路６６が形成されている。保温ヒータ制御回
路６６はコンパレータを有しており、素子基板５１の必
要とされる温度に基づいて予め決定された閾値とセンサ
６３からの出力とを比較し、閾値よりもセンサ６３から
の出力が大きい場合に、保温ヒータ５５を駆動するため
の保温ヒータ制御信号を出力する。上記の素子基板５１
の必要とされる温度とは、この液体吐出ヘッド内の液体
の粘性が安定吐出範囲にあるような温度である。

【００８９】そして、保温ヒータ制御回路６６から出力
される保温ヒータ制御信号を、素子基板５１に形成され
た保温ヒータ用のパワートランジスタ５６に入力させる
ための端子６４ａ，６８ａが、接続用コンタクトパッド
として素子基板５１および天板５３に設けられている。
その他の構成は図６に示した構成と同様である。

【００９０】上記の構成により、センサで６３の出力結
果に応じて、保温ヒータ制御回路６６により保温ヒータ
５５が駆動され、素子基板５１の温度が所定の温度に保
たれる。その結果、液体吐出ヘッド内の液体の粘性が安
定吐出範囲に保たれ、良好な吐出が可能となる。

【００９１】なお、センサ６３には、固体差による出力
値のばらつきがある。より正確な温度調節を行いたい場
合には、このばらつきを補正するために、ヘッド情報と
して出力値のばらつきの補正値をメモリ６９に記憶さ
せ、メモリ６９に記憶された補正値に応じて、保温ヒー
タ制御回路６６に設定された閾値を調整してもよい。

【００９２】ところで、図１に示した実施形態では、液
流路７を構成するための溝は素子基板１に形成し、吐出
口５が形成された部材（オリフィスプレート４）は素子
基板１および天板３とは別の部材で構成した例を示した
が、本発明が適用される液体吐出ヘッドの構造は、これ
に限られるものではない。

【００９３】例えば、天板の端面にオリフィスプレート
の厚さ相当の壁を残しておき、この壁に、イオンビーム
加工や電子ビーム加工等により吐出口を形成すれば、オ
リフィスプレートを用いずに液体吐出ヘッドを構成する
ことができる。上述したように、素子基板に流路側壁を
形成すれば、発熱体に対する液流路の位置精度が向上
し、かつ、天板の形状を簡易なものとすることができ
る。素子基板に流路側壁を形成することによってではな
く、天板に、液流路となる溝、および共通液室となる溝
を形成してもよい。可動部材はフォトリソグラフィプロ
セスを利用して天板に形成することができるが、このよ
うに素子基板に流路側壁を設けた構成とした場合には、
素子基板への可能部材の形成と同時に素子基板を形成す
ることもできる。これについては後述する。

【００９４】次に、温度センサを用いたインク有無検知
および検出結果に伴うヘッド駆動動作について、図８〜
図１２を用いて説明する。

【００９５】図８〜図１２はいずれも本発明の液体吐出
記録ヘッドの素子基板および天板の回路構成の変形例を
説明するための概略説明図であり、各図いずれも（ａ）
は素子基板の平面図、（ｂ）は天板の平面図を示してい
る。なお、これらの図は、図２と同様、各図の（ａ）と
（ｂ）とで互いの対向面を図示しており、各図の（ｂ）
における点線部は、素子基板と接合した時の液室および
流路の位置を示している。

【００９６】なお、図８〜図１２で示されるヘッドは、
素子基板４０１に流路壁４０１ａが設けられた構造の場
合を例として描いているが、素子基板および天板の構造
に関しては、上述したいずれの形態にも適用できるもの
である。また、以下の各説明において、特に断りのない
限りは、図８〜図１２に示す各実施例をそれぞれ組合わ
せた形態も本発明に含まれるものであることは言うまで
もない。なお、以下の説明では、共通の機能を有する部
分については、同じ符号を用いて説明している。

【００９７】図８（ａ）において、素子基板４０１に
は、前述したように流路に対応して並列に配列された複
数の発熱体４０２と、共通液室内に設けられたサブヒー
タ４５５と、画像データに応じてこれら発熱体４０２を
駆動するドライバ４１１と、入力された画像データをド
ライバ４１１に出力する画像データ転送部４１２が設け
られており、ノズルを形成するための流路壁４０１ａ
や、共通液室を形成するための液室枠４０１ｂが設けら
れている。

【００９８】一方、図８（ｂ）において、天板４０３に
は、共通液室内の温度を測定するための温度センサ４１
３と、温度センサ４１３を駆動するセンサ駆動部４１７
と、温度センサの出力に基づいて前記発熱抵抗素子の駆
動を制限または停止する制限回路４５９と、センサ駆動
部４１７および制限回路４５９の信号に基づいて発熱体
４０２の駆動条件を制御する発熱体制御部４１６とが設
けられると共に、そして、外部から共通液室に液体を供
給するために、共通液室に連通した供給口４０３ａが開
口している。

【００９９】さらに、素子基板４０１および天板４０３
の接合面の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基
板４０１に形成された回路等と天板４０３に形成された
回路等とを電気的に接続するための接続用コンタクトパ
ッド４１４，４１８が設けられている。また、素子基板
４０１には、外部からの電気信号の入力端子となる外部
コンタクトパッド４１５が設けられている。素子基板４
０１の大きさは天板４０３の大きさよりも大きく、外部
コンタクトパッド４１５は、素子基板４０１と天板４０
３とを接合したときに天板４０３から露出する位置に設
けられている。これらは、図４において説明したのと同
様の方法によって回路が形成されている。そして、上記
のように構成された素子基板４０１と天板４０３とを位
置合わせして接合すると、それぞれの接続用コンタクト
パッド４１４，４１８を介して素子基板４０１および天
板４０３に形成された回路等が電気的に接続される。

【０１００】第１の基板（素子基板４０１）と第２の基
板（天板４０３）との間には、数十μｍというスペース
にインクが満たされるようになっている。このため、サ
ブヒータ４５５による加熱を行なった際に、インクの有
無によって第２基板への熱の伝わりかたに差が生じる。
そこで、この熱の伝わりかたの差をＰＮ接合を利用した
ダイオードセンサ等により構成される温度センサ４１３
で検知することで、液室内のインクの有無を検知するこ
とが可能となる。そこで、この温度センサ４１３による
検出結果に応じて、例えば温度センサ４１３がインクが
あるときと比べて異常な温度を検知した場合には前述の
制限回路４５９により、発熱体４０２への駆動を制限、
あるいは停止したり、本体へ異常を知らせる信号を出力
したりすることで、ヘッドの物理的な損傷を防止し、常
に安定した吐出性能を発揮することのできるヘッドを提
供することができる。

【０１０１】特に、本発明の場合には、上述の温度セン
サ、および制限回路を半導体ウェハプロセスにより製造
することができるので、最適な位置に素子を配置するこ
とができると共に、ヘッド自体のコストアップをするこ
となくヘッドの損傷防止機能を付加することができる。

【０１０２】図９は、図８の変形例を示す説明図であ
り、図９に示される変形例では、サブヒータではなく、
吐出用のヒータすなわち発熱体４０２を用いている点が
前述の図８に示す形態と異なっている。図９に示す変形
例では、温度センサ４１３は発熱体４０２と対向する天
板４０３上の領域に設けられており、発熱体４０２で発
泡しないレベルの短パルス、あるいは低電圧で駆動した
ときの温度を検出することで、インク有無検知を行なう
ようにしたものである。インク有無検知を行う他、液体
の吐出動作を行いながら温度をモニターし、駆動にフィ
ードバックすることも可能である。本変形例の構成は、
共通液室にサブヒータを配置しづらい場合は特に有効で
ある。また、本変形例では、発熱体制御部４１６によっ
て、温度センサ４１３の出力に基づくヘッド駆動の制限
あるいは停止が行われている。

【０１０３】図１０に示す変形例は、図９に示す変形例
と比較して、温度センサ４１３を異なる発熱体４０２に
対応する複数のグループ（図面上では４１３ａ，４１３
ｂ、４１３ｃ...と一つ一つのノズルに対応）を形成す
るように配置している点が異なっている。発熱体４０２
は選択的に駆動できることから、このように複数の温度
センサを設けることで、より細かい部分でのインク有無
等、インクの状態の検知を行うことができる。

【０１０４】さらに、本実施例のように各発熱体４０２
に一対一で対応するように温度センサを設けることで、
液体吐出時の温度変化をノズル単位に検出することがで
き、ノズル内のインクの有無、さらには発泡状態を温度
で検出することが可能となる。各ノズル毎のインク切れ
による部分的な不吐出の検知については、図１２で説明
するようなメモリを設け、メモリ内に保持される性状吐
出の場合のデータとの比較により行なってもよいし、隣
接する複数のノズルのデータと比較すること（例えば４
１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ....で４１３ｂだけ異常な
出力となった場合は、４１３ｂについて異常と判定す
る）により行なってもよい。

【０１０５】なお、この場合、発熱体４０２に対して各
温度センサ４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ...は電気配
線接続で対応しているわけではないので、天板４０３に
設けていても配線が複雑になる等の問題はない。また、
複数のセンサを設ける場合であっても、本発明のように
半導体ウェハプロセスにより製造することで、コストの
上昇を招くことはない。したがって後述するフルライン
ヘッドにおいて採用することは、特に好ましい。

【０１０６】図１１に示す変形例は、図９に示す変形例
と比較して、素子基板４０１および天板４０３の両方に
温度センサ４１３ａ、４１３ｂを備えている点が異なっ
ている。いずれか一方の基板にのみ温度センサが配置さ
れている場合には、外気温やヘッドの状態（例えば印字
終了直後等）によってインク有無のしきい値が変化し、
制御が難しくなる場合であっても、加熱時の２つのセン
サの温度上昇の差を測定することで、一方の基板にしか
センサがない場合に比べより容易かつより正確にインク
有無等のインクの状態の検知をすることができるという
利点がある。

【０１０７】図１２に示す変形例は、図１１に示す変形
例に比べて、ヘッドの製造工程においてインクがない場
合とある場合とでの発熱抵抗素子の加熱時の温度変化を
ヘッド情報として記憶し発熱体制御部４１６に出力する
メモリ４６９を有している点が異なっている。このよう
にメモリ４６９を備えて、メモリ４６９の値とセンサの
出力とを比較することで、より精度の高いインク有無検
知を行うことができる。

【０１０８】もちろん、このメモリ内には前述の実施例
で説明したように、予め測定されている各発熱体４０２
による液体吐出量特性（一定温度で、所定のパルス印加
における液体吐出量）や、使用するインク等のヘッド情
報を保持していてもよい。

【０１０９】次に、図１に示した液体吐出ヘッドの製造
方法について説明する。本実施形態の液体吐出ヘッドで
は、前述したように、エネルギー変換素子すなわち発熱
体２の駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の
素子あるいは電気回路がその機能に応じて素子基板１と
天板３とに振り分けられている。そして、以下で説明す
る製造方法では、素子基板１または天板３のうちいずれ
か一方のコンタクトパッド上に、素子基板１と天板３の
互いの複数の素子あるいは電気回路同士を電気的に接続
するための金属バンプが形成され、素子基板１または天
板３のうちの他方には、その金属バンプが係合して金属
バンプと電気的に接続される凹電気接続部が形成されて
いる。

【０１１０】図１３および図１４は、素子基板１に可動
部材６および流路側壁９を設けた場合の、フォトリソグ
ラフィプロセスを利用した、可動部材６および流路側壁
９の形成工程の一例について説明するための図である。
なお、図１３および図１４は、可動部材および流路側壁
が形成される素子基板の液流路方向と直交する方向に沿
った断面を示している。

【０１１１】また、図１５は、素子基板１上に可動部材
６および流路側壁９が形成されてなるものに天板３を接
合する工程を説明するための図である。この図１５は、
素子基板１および天板３の液流路方向に沿った断面を示
している。さらに、図１６は、プラズマＣＶＤ装置を用
いて素子基板１上にＳｉＮ膜を形成する方法を説明する
ための図であり、図１７は、ドライエッチング装置を用
いてＳｉＮ膜をエッチングする方法を説明するための図
である。

【０１１２】まず、図４（ａ）に示したように、発熱体
２と、ドライバ１１および画像データ転送部１２などの
電気回路と、センサ１３などの機能素子と、それぞれが
Ａｌからなる接続用コンタクトパッド１４および外部コ
ンタクトパッド１５とを備えた素子基板１を作製する。
ドライバ１１、画像データ転送部１２、センサ１３、接
続用コンタクトパッド１４および外部コンタクトパッド
１５が図１３および図１４には図示されていないが、そ
のような構成の素子基板１が図１３および図１４に示さ
れている。上述したように、接続用コンタクトパッド１
４は、素子基板１に形成された機能素子あるいは電気回
路等と、天板３に形成された機能素子あるいは電気回路
等とを電気的に接続するためのものであって、素子基板
１の機能素子あるいは電気回路等と電気的に接続されて
いる。外部コンタクトパッド１５は、外部からの電気信
号の入力端子となるものである。

【０１１３】次に、素子基板１の接続用コンタクトパッ
ド１４の表面にＡｕ膜を形成する。この、接続用コンタ
クトパッド１４上に形成されたＡｌ膜は、後述するよう
に天板３の接続用コンタクトパッド１８上に形成された
金バンプ（Ａｕバンプ）を介して接続用コンタクトパッ
ド１４と１８とを電気的に接続するために、その金バン
プと共晶接合されるものである。

【０１１４】次に、図１３（ａ）では、素子基板１の発
熱体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続をする
ための接続用パッド、接続用コンタクトパッド１４、外
部コンタクトパッド１５や、接続用コンタクトパッド１
４上のＡｕ膜を保護するための第１の保護層として、不
図示のＴｉＷ膜をスパッタリング法によって厚さ約５０
００Å形成する。このＴｉＷ膜の表面、すなわち素子基
板１の発熱体２側の面上に、間隙形成部材７１を形成す
るためのＡｌ膜をスパッタリング法によって厚さ約４μ
ｍ形成する。形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグ
ラフィプロセスを用いてパターニングし、図１に示した
発熱体２と可動部材６との間の気泡発生領域１０に対応
する位置に、素子基板１と可動部材６との間の間隙を形
成するための、Ａｌ膜からなる間隙形成部材７１を複数
形成する。それぞれの間隙形成部材７１は、後述するよ
うに、可動部材６を形成するための材料膜であるＳｉＮ
膜７２がエッチングされる領域まで延在されている。

【０１１５】間隙形成部材７１は、後述するようにドラ
イエッチングにより液流路７および可動部材６を形成す
る際のエッチングストップ層として機能する。これは、
素子基板１におけるパッド保護層としてのＴｉＷ層や、
耐キャビテーション膜としてのＴａ膜、および抵抗体上
の保護層としてのＳｉＮ膜が、液流路７を形成するため
に使用するエッチングガスによりエッチングされてしま
うからであり、これらの層や膜のエッチングが間隙形成
部材７１により防止される。そのため、ドライエッチン
グにより液流路７を形成する際に素子基板１上のＴｉＷ
層が露出しないように、それぞれの間隙形成部材７１に
おける液流路７の流路方向と直行する方向の幅は、後述
する図１４（ｂ）の工程で形成される液流路７の幅より
も広くなっている。

【０１１６】さらに、ドライエッチング時には、イオン
種およびラジカルが発生し、素子基板１の発熱体２や機
能素子にダメージを与えることがあるが、Ａｌからなる
間隙形成部材７１は、これらイオン種やラジカルを受け
止めて素子基板１の発熱体２や機能素子を保護するもの
となっている。

【０１１７】次に、図１３（ｂ）では、間隙形成部材７
１の表面、および素子基板１の間隙形成部材７１側の面
上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成す
るための材料膜である厚さ約５．０μｍのＳｉＮ膜７２
を、間隙形成部材７１を被覆するように形成する。Ｓｉ
Ｎ膜７２は、流路側壁９の一部を構成する液流路形成部
材である。ここで、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ
膜７２を形成する際には、図１６を参照して次に説明す
るように、素子基板１を構成するシリコン基板などを介
して、素子基板１に備えられたＴａからなる耐キャビテ
ーション膜を接地する。これにより、プラズマＣＶＤ装
置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン
種およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の発熱体
２やラッチ回路などの機能素子を保護することができ
る。

【０１１８】図１６に示すように、ＳｉＮ膜７２を形成
するためのプラズマＣＶＤ装置の反応室８３ａ内には、
所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極８２ａおよ
びステージ８５ａが備えられている。ＲＦ電極８２ａに
は、反応室８３ａの外部のＲＦ電源８１ａによって電圧
が印加される。一方、ステージ８５ａのＲＦ電極８２ａ
側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基
板１の発熱体２側の面がＲＦ電極８２ａと対向してい
る。ここで、素子基板１が有する、発熱体２の面上に形
成されたＴａからなる耐キャビテーション膜は、前述し
たように素子基板１のシリコン基板と電気的に接続され
ているので、間隙形成部材７１は、素子基板１のシリコ
ン基板、およびステージ８５ａを介して接地されてい
る。

【０１１９】このように構成されたプラズマＣＶＤ装置
においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状
態で供給管８４ａを通して反応室８３ａ内にガスを供給
し、素子基板１とＲＦ電極８２ａとの間にプラズマ８６
を発生させる。反応室８３ａ内でのプラズマ放電により
分解されたイオン種やラジカルが素子基板１上に堆積す
ることで、ＳｉＮ膜７２が素子基板１上に形成される。
その際、イオン種やラジカルにより素子基板１上に電荷
が発生するが、上述したように耐キャビテーション膜が
接地されていることにより、素子基板１内の発熱体２や
ラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷
によって損傷することが防止される。

【０１２０】次に、図１３（ｃ）では、ＳｉＮ膜７２の
表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６００
０Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリ
ソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜
７２表面の、可動部材６に対応する部分、すなわちＳｉ
Ｎ膜７２表面の可動部材形成領域に第２の保護層として
のＡｌ膜７３を残す。Ａｌ膜７３は、ドライエッチング
により液流路７を形成する際の保護層（エッチングスト
ップ層）となる。

【０１２１】次に、図１４（ａ）では、ＳｉＮ膜７２お
よびＡｌ膜７３の表面に、流路側壁９を形成するための
ＳｉＮ膜７４を、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて厚さ約５
０μｍ形成する。ＳｉＮ膜７４も、ＳｉＮ膜７２と同様
に、流路側壁９の一部を構成する液流路形成部材であ
る。ここで、マイクロ波ＣＶＤ法によるＳｉＮ膜７４の
成膜に使用するガスとしては、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）、窒素（Ｎ₂）およびアルゴン（Ａｒ）を用いた。
そのガスの組み合わせとしては、上記以外にも、ジシラ
ン（Ｓｉ₂Ｈ₆）やアンモニア（ＮＨ₃）などとの組み合
わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周波数が２．
４５［GHz］のマイクロ波のパワーを１．５［ｋＷ］と
し、ガス流量としてはモノシランを１００［sccm］、窒
素を１００［sccm］、アルゴンを４０［sccm］でそれぞ
れのガスを供給して、圧力が５［mTorr］の高真空下で
ＳｉＮ膜７４を形成した。また、ガスのそれ以外の成分
比でのマイクロ波プラズマＣＶＤ法や、ＲＦ電源を使用
したＣＶＤ法などでＳｉＮ膜７４を形成してもよい。

【０１２２】ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜７４を形成する際
には、図１６に基づいて前述したようなＳｉＮ膜７２を
形成する方法と同様に、発熱体２の面上に形成されてい
るＴａからなる耐キャビテーション膜を素子基板１のシ
リコン基板を介して接地する。これにより、ＣＶＤ装置
の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種
およびラジカルの電荷に対して素子基板１内の発熱体２
やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。

【０１２３】そして、ＳｉＮ膜７４の表面全体にＡｌ膜
を形成した後に、形成されたＡｌ膜を、フォトリソグラ
フィなどの周知の方法を用いてパターニングして、Ｓｉ
Ｎ膜７４表面の、液流路７に対応する部分を除く部分に
Ａｌ膜７５を残す。前述したように、それぞれの間隙形
成部材７１における液流路７の流路方向と直行する方向
の幅は、次の図１４（ｂ）の工程で形成される液流路７
の幅よりも広くなっているので、Ａｌ膜７５の側部が間
隙形成部材７１の側部の上方に配置されている。

【０１２４】次に、図１４（ｂ）では、誘電結合プラズ
マを使ったエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７４および
ＳｉＮ膜７２をエッチングして流路側壁９および可動部
材６を同時に形成する。そのエッチング装置では、ＣＨ
₃ＦとＳＦ₆の混合ガスを用いて、Ａｌ膜７３，２５およ
び間隙形成部材７１をエッチングストップ層やマスクと
して、ＳｉＮ膜７４がトレンチ構造となるようにＳｉＮ
膜７４およびＳｉＮ膜７２のエッチングを行う。このＳ
ｉＮ膜７２をパターニングする工程では、図１に示した
ように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定
されるようにＳｉＮ膜７２の不要な部分を除去する。可
動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の構成材
料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および
素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴ
ａが含まれる。

【０１２５】また、ＳｉＮ膜７２，７４をパターニング
する工程では、図１５に基づいて後述するように素子基
板１に凹電気接続部が形成されるように、その凹電気接
続部の側壁部を構成するためのＳｉＮ膜７２，７４を残
す。その凹電気接続部の凹部の底に接続用コンタクトパ
ッド１４が配置されている。

【０１２６】ここで、ドライエッチング装置を用いてＳ
ｉＮ膜７２および２４をエッチングする際には、図１７
を参照して次に説明するように素子基板１などを介して
間隙形成部材７１を接地する。これにより、ドライエッ
チングの際に生じるイオン種およびラジカルの電荷が間
隙形成部材７１に留まることを防止して、素子基板１の
発熱体２やラッチ回路などの機能素子を保護することが
できる。また、このエッチングの工程で形成される液流
路７の幅よりも間隙形成部材７１の幅の方が広くなって
いるため、ＳｉＮ膜７４の不要な部分を除去した際に素
子基板１の発熱体２側の面が露出することがなく、間隙
形成部材７１によって素子基板１が確実に保護される。

【０１２７】図１７に示すように、ＳｉＮ膜７２および
２４をエッチングするためのドライエッチング装置の反
応室８３ｂ内には、所定の距離をおいて互いに対向する
ＲＦ電極８２ｂおよびステージ８５ｂが備えられてい
る。ＲＦ電極８２ｂには、反応室８３ｂの外部のＲＦ電
源８１ｂによって電圧が印加される。一方、ステージ８
５ｂのＲＦ電極８２ｂ側の面上には素子基板１が取り付
けられており、素子基板１の発熱体２側の面がＲＦ電極
８２ｂと対向している。ここで、Ａｌ膜からなる間隙形
成部材７１は、素子基板１に備えれたＴａからなる耐キ
ャビテーション膜と電気的に接続されており、かつ、そ
の耐キャビテーション膜は、図４に基づいて前述したよ
うに素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されてお
り、間隙形成部材７１は、素子基板１の耐キャビテーシ
ョン膜やシリコン基板、およびステージ８５ｂを介して
接地されている。

【０１２８】このように構成されたドライエッチング装
置において、間隙形成部材７１が接地された状態で供給
管８４ｂを通して反応室８３ｂ内にＣＨ₃ＦとＳＦ₆の混
合ガスを供給し、ＳｉＮ膜７４，２２のエッチングを行
う。その際、ガスの分解により生じるイオン種やラジカ
ルによって素子基板１上に電荷が発生しても、上述した
ように間隙形成部材７１が接地されていることにより、
素子基板１内の発熱体２やラッチ回路などの機能素子が
イオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止
される。

【０１２９】本実施形態では、反応室８３ｂの内部に供
給するガスとして、ＣＨ₃ＦとＳＦ₆の混合ガスを用いた
が、ＣＦ₄ガスまたはＣ₂Ｆ₆ガス、あるいはＣ₂Ｆ₆とＯ₂
の混合ガスなどを用いてもよい。

【０１３０】次に、図１４（ｃ）では、酢酸、りん酸お
よび硝酸の混酸を用いてＡｌ膜７３および２５を加温エ
ッチングすることで、Ａｌ膜７３および２５や、Ａｌ膜
からなる間隙形成部材７１を溶出して除去し、素子基板
１上に可動部材６および流路側壁９を作り込む。その
後、過酸化水素を用いて、素子基板１に形成したパッド
保護層としてのＴｉＷ膜の、気泡発生領域１０およびパ
ッドに対応する部分を除去する。これより、接続用コン
タクトパッド１４上のＡｕ膜、および外部接続用コンタ
クトパッド１５が露出される。素子基板１と流路側壁９
との密着部には、パッド保護層の構成材料であるＴｉ
Ｗ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材
料であるＴａが含まれている。

【０１３１】次に、素子基板１上に可動部材６および流
路側壁９が形成されてなるものに天板３を接合する工程
について図１５を参照して説明する。図１５（ａ）に
は、図１４（ｃ）に基づいて説明した工程直後の、素子
基板１上に可動部材６および流路側壁９が形成されてな
るものの流路方向に沿った断面が示されている。

【０１３２】図１５（ａ）に示すように、素子基板１の
発熱体２側の面における可動部材６の自由端側の部分、
すなわち素子基板１表面における前端面側の部分には、
素子基板１の面上に残されたＳｉＮ膜７２，７４から構
成されたオリフィスプレート部９１が形成されている。
また、素子基板１の発熱体２側の面における接続用コン
タクトパッド１４の周囲にも、素子基板１の面上に残さ
れたＳｉＮ膜７２，７４から構成された側壁部９２が形
成されている。このように流路側壁９に加えて、オリフ
ィスプレート部９１および側壁部９２が素子基板１上に
形成されるように、図１４（ｂ）に基づいて上述したエ
ッチングの工程でＳｉＮ膜７２，７４が部分的に除去さ
れる。ここで、ＳｉＮ膜７２，７４の、接続用コンタク
トパッド１４に対応する部分が除去されることで素子基
板１上に凹部９３が形成されており、その凹部９３を構
成する側壁部９２と、凹部９３の底の接続用コンタクト
パッド１４、および接続用コンタクトパッド１４上のＡ
ｕ膜の金属部分とから、凹部９３を備えた、凹電気接続
部である凹電極部９４が構成されている。この凹電極部
９４が、第１の基板である素子基板１に備えられた第１
の電気接続部となっている。

【０１３３】一方、上述した製造工程とは別の工程で、
上述したように接続用コンタクトパッド１８などを備え
た天板３を予め作製しておき、天板３を素子基板１に接
合する前に、図１５（ｂ）に示すように接続用コンタク
トパッド１８の表面に、凸電気接続部として金属バンプ
である金バンプ９５を形成する。この金バンプ９５が、
第２の基板である天板３に備えられた第２の電気接続部
となっている。

【０１３４】次に、図１５（ｂ）では、接続用コンタク
トパッド１８の表面に、凸電気接続部である金バンプ９
５を形成した後に、天板３の金バンプ９５側の面を、素
子基板１の凹電極部９４側の面に向け、凹電極部９４の
凹部９３内に金バンプ９５を入り込ませて凹電極部９４
に金バンプ９５を係合させる。そして、金バンプ９５、
および接続用コンタクトパッド１８上のＡｕ膜を溶融さ
せて、金バンプ９５とそのＡｕ膜との間で、金属の共晶
を利用した接合、すなわち共晶接合を行う。このよう
に、金バンプ９５と、接続用コンタクトパッド１８上の
Ａｕ膜の両者の金属種として同種の金属を採用すること
により、接合時の温度および圧力を低減することがで
き、かつ、接合強度を高めることができる。

【０１３５】ここで、金バンプ９５と凹電極部９４との
係合関係について図１８を参照して説明する。図１８に
は、金バンプ９５と凹電極部９４とが接合される前の状
態が示されている。図１８に示される接合前の金バンプ
９５の体積をＶ₁とし、凹電極部９４の凹部９３内の体
積をＶ₂としたとき、体積Ｖ₁とＶ₂の関係は、 Ｖ₁ ≦ Ｖ₂ の関係を満たすようにする。このように金バンプ９５の
体積Ｖ₁よりも凹部９３内の体積Ｖ₂を大きくすることに
より、金バンプ９５を溶融して金バンプ９５と凹電極部
９４とを接合した際に側壁部９２の上面と天板３との間
に隙間が形成されることが防止される。このように金バ
ンプ９５および凹部９３内のそれぞれの体積を設定した
場合、配線の疎密が変化することはあるが、接続用コン
タクトパッド１４，１８は、信号の送受信に用いられる
ため、その配線の疎密は信号系の送受信に対して問題と
なることはない。

【０１３６】図４に基づいて上述したように天板３に
は、素子基板１に設けられたセンサ１３を駆動するセン
サ駆動部１７と、センサ駆動部１７により駆動されたセ
ンサからの出力結果に基づいて発熱体２の駆動条件を制
御する発熱体制御部１６とが設けられている。よって、
天板３のセンサ駆動部１７から素子基板１のセンサ１３
への信号の送信や、天板３の発熱体制御部１６と、素子
基板１の機能素子あるいは電気回路との信号の送受信が
金バンプ９５および凹電極部９４を介して行われる。

【０１３７】次に、図１５（ｃ）では、オリフィスプレ
ート部９１の、可動部材６側とは反対側、すなわちオリ
フィスプレート部９１の前端面側から、その前端面にマ
スク９６を介してエキシマレーザ９７を照射することに
より、オリフィスプレート部９１に複数の吐出口５を形
成する。これにより、図１５（ｄ）に示すように液体吐
出ヘッドが製造される。

【０１３８】以上で説明した製造方法では、発熱体２の
駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子あ
るいは電気回路がそれぞれ、その機能に応じて素子基板
１と天板３とに振り分けられており、天板３に凸電気接
続部として金バンプ９５が形成され、素子基板１に、そ
の金バンプ９５と係合して金バンプ９５と電気的に接続
される凹電極部９４が形成されている。これにより、素
子基板１と天板３とを接合する際に金バンプ９５と凹電
極部９４とを係合させることで、素子基板１と天板３と
の、ある程度の位置決めを行うことが可能となる。ま
た、凹電極部９４の側壁部９２が、シリコンを含む堅い
側壁であるので、金バンプ９５と凹電極部９４とにおけ
る金属間の溶融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い
側壁部９２によって素子基板１と天板３との位置精度を
向上させることができる。

【０１３９】さらに、このように素子基板１に凹電極部
９４、天板３に金バンプ９５を設けて、金バンプ９５と
凹電極部９４との共晶接合を利用して素子基板１と天板
３とを接合することにより、素子基板１および天板３
間、すなわちウェハ間での接合が可能になり、液体吐出
ヘッドを製造する際の歩留りが向上する。その結果、液
体吐出ヘッドの製造コストを下げることができる。

【０１４０】また、素子基板１の材料としてシリコンを
用い、可動部材６および流路側壁９の材料として、窒化
シリコン、酸化シリコンまたは炭化シリコンといった、
シリコン系のものを用いることにより、それらの部材の
熱膨張率がほぼ等しくなる。これにより、温度変化によ
って、可動部材６の、素子基板１に対する固定部分の強
度や、流路側壁９と素子基板１との密着性が低下するこ
とが防止される。その結果、液体吐出ヘッドの温度が変
化しても、素子基板１と流路側壁９との密着性、発熱体
２に対する可動部材６および液流側壁９の位置や、さら
には液流路７の流れ抵抗がほとんど変化しない液体吐出
ヘッドを製造することができる。

【０１４１】さらに、可動部材を形成するためにフォト
リソグラフィプロセスを用いることで、可動部材の吐出
方向の長さおよび幅などの寸法ばらつきに起因する、可
動部材の機械的特性のばらつきを小さくすることができ
る。また、可動部材６や流路側壁９などを高い精度で、
かつ高密度に形成することができる。

【０１４２】上述した液体吐出ヘッドの製造方法では、
素子基板１上に可動部材６および流路側壁９を形成して
なるものに天板を接合したが、この製造方法とは異な
る、次に説明するような別の製造方法により液体吐出ヘ
ッドを製造してもよい。

【０１４３】図１９は、図１に基づいて説明した液体吐
出ヘッドへの可動部材６の製造方法の一例を説明するた
めの図であり、図１９では、図１に示した液流路７の流
路方向に沿った断面が示されている。図１９に基づいて
説明する製造方法では、素子基板１上に可動部材６を形
成してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるもの
とを接合することで、図１に示した構成の液体吐出ヘッ
ドを製造する。従って、この製造方法では、可動部材６
が作り込まれた素子基板１に天板を接合する前に、天板
に流路側壁が作り込まれる。

【０１４４】まず、図１９（ａ）では、素子基板１の発
熱体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続を行う
ための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層
としてのＴｉＷ膜２６をスパッタリング法によって厚さ
約５０００Å形成する。

【０１４５】次に、図１９（ｂ）では、ＴｉＷ膜２６の
表面に、間隙形成部材７１ａを形成するためのＡｌ膜を
スパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。間隙
形成部材７１ａは、後述する図１９（ｄ）の工程におい
て、ＳｉＮ膜７２ａがエッチングされる領域までに延在
されている。形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグ
ラフィプロセスを用いてパターニングすることで、その
Ａｌ膜の、可動部材６の支持固定部に対応する部分のみ
を除去し、ＴｉＷ膜２６の表面に間隙形成部材７１ａを
形成する。従って、ＴｉＷ膜２６表面の、可動部材６の
支持固定部に対応する部分が露出することになる。この
間隙形成部材７１ａは、図１３および図１４に示した間
隙形成部材７１と同様に素子基板１と可動部材６との間
の間隙を形成するための、Ａｌ膜からなるものである。
しかしながら、間隙形成部材７１ａは間隙形成部材７１
と異なって、図１に示した発熱体２と可動部材６との間
の気泡発生領域１０に対応する位置を含む、ＴｉＷ膜２
６表面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分を除
く部分全てに形成されている。従って、この製造方法で
は、図１３および図１４に基づいて説明した製造方法と
異なり、ＴｉＷ膜２６表面の、流路側壁に対応する部分
にまで間隙形成部材７１ａが形成されている。

【０１４６】この間隙形成部材７１ａは、後述するよう
にドライエッチングにより可動部材６を形成する際のエ
ッチングストップ層として機能する。これは、ＴｉＷ層
２６や、素子基板１における耐キャビテーション膜とし
てのＴａ膜、および抵抗体上の保護層としてのＳｉＮ膜
が、液流路７を形成するために使用するエッチングガス
によりエッチングされてしまうからであり、それらの層
や膜のエッチングを防止するために、このような間隙形
成部材７１ａを素子基板１上に形成する。これにより、
可動部材６を形成するためにＳｉＮ膜のドライエッチン
グを行う際にＴｉＷ膜２６の表面が露出することがな
く、そのドライエッチングによるＴｉＷ膜２６および、
素子基板１内の機能素子の損傷が間隙形成部材７１ａに
よって防止される。

【０１４７】次に、図１９（ｃ）では、間隙形成部材７
１ａの表面全体および、ＴｉＷ膜２６の、露出した面全
体に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を形成す
るための材料膜である厚さ約４．５μｍのＳｉＮ膜７２
ａを、間隙形成部材７１ａを被覆するように形成する。
ここで、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜７２ａを
形成する際には、図１６を参照して説明した方法と同様
に、素子基板１のシリコン基板などを介して素子基板１
の耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラ
ズマＣＶＤ装置の反応室内でのプラズマ放電により分解
されたイオン種およびラジカルによって素子基板１上に
電荷が発生するが、素子基板１内の発熱体２やラッチ回
路などの機能素子が損傷することが防止される。

【０１４８】次に、図１９（ｄ）では、ＳｉＮ膜７２ａ
の表面に、スパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ約６１
００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォト
リソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ
膜７２ａ表面の、可動部材６に対応する部分に第２の保
護層としてのＡｌ膜（不図示）を残す。その第２の保護
層としてのＡｌ膜は、可動部材６を形成するためにＳｉ
Ｎ膜７２ａのドライエッチングを行う際の保護層（エッ
チングストップ層）すなわちマスクとなる。

【０１４９】そして、誘電結合プラズマを使ったエッチ
ング装置を用い、前記第２の保護層をマスクにしてＳｉ
Ｎ膜７２ａをパターニングすることで、そのＳｉＮ膜７
２ａの残った部分で構成される可動部材６を形成する。
そのエッチング装置ではＣＨ ₃ＦとＳＦ₆の混合ガスを用
いており、ＳｉＮ膜７２ａをパターニングする工程で
は、図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子
基板１に直接固定されるようにＳｉＮ膜７２ａの不要な
部分を除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１
との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料で
あるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜
の構成材料であるＴａが含まれる。

【０１５０】ここで、ドライエッチング装置を用いてＳ
ｉＮ膜７２をエッチングする際には、図１７を参照して
説明した方法と同様に、素子基板１などを介して間隙形
成部材７１ａを接地する。これにより、エッチングの際
に生じるイオン種およびラジカルの電荷が間隙形成部材
７１ａに留まることを防止して、素子基板１の発熱体２
やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
また、このエッチングの工程において、ＳｉＮ膜７２ａ
の不要な部分を除去することで露出する部分、すなわち
エッチングされる領域には、上述したように間隙形成部
材７１ａが形成されているため、ＴｉＷ膜２６の表面が
露出することがなく、間隙形成部材７１ａによって素子
基板１が確実に保護される。

【０１５１】次に、図１９（ｅ）では、酢酸、りん酸お
よび硝酸の混酸を用いて、可動部材６に形成したＡｌ膜
からなる前記第２の保護層や、Ａｌ膜からなる間隙形成
部材７１ａを溶出して除去し、素子基板１上に可動部材
６を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板
１に形成したＴｉＷ膜２６の、気泡発生領域１０および
パッドに対応する部分を除去する。

【０１５２】そして、素子基板１上に可動部材６を形成
する工程と異なる別の工程で、天板に溝を直接形成して
その天板に流路側壁を形成するか、あるいは天板の一面
に流路側壁を形成して、図１に示した流路側壁９に相当
するものを有する天板を作製する。そして、その天板
を、図１９に基づいて説明した方法により素子基板１上
に可動部材６を形成してなるものに接合することで、図
１に示した構成の液体吐出ヘッドを製造する。

【０１５３】図１９に基づいて説明した製造方法では、
図１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板
１に直接固定されているものを製造する場合で説明した
が、この製造方法を適用して、可動部材が台座部を介し
て素子基板に固定された液体吐出ヘッドを製造すること
もできる。この場合、図１９（ｂ）に示した間隙形成部
材７１ａを形成する工程の前に、可動部材の、自由端と
反対側の端部を素子基板に固定するための台座部を素子
基板の発熱体側の面上に形成する。この場合でも、台座
部と素子基板との密着部の構成材料には、パッド保護層
の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板の耐キャビテ
ーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。

【０１５４】このように、素子基板１上に可動部材６を
形成してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるも
のとを接合する場合でも、例えば、素子基板１の接続用
コンタクトパッド１４上に凸電気接続部として金バンプ
を形成し、また、天板３における接続用コンタクトパッ
ド１８の周囲に側壁部を形成して、前記の凹電極部９４
と同様な構成の凹電気接続部を天板３に形成する。この
場合では、天板３の接続用コンタクトパッド１８の面上
に予めにＡｕ膜を形成しておく。そして、素子基板１上
の金バンプを天板３の凹電気接続部の凹部内に入り込ま
せて金バンプと凹電気接続部とを係合させた後、金バン
プ、および接続用コンタクトパッド１８上のＡｕ膜を溶
融させて、金バンプとそのＡｕ膜との間で、金属の共晶
を利用した接合、すなわち共晶接合を行う。

【０１５５】従って、この場合でも、素子基板１と天板
３とを接合する際に素子基板１上の金バンプと天板３の
凹電気接続部とを係合させることで、素子基板１と天板
３との、ある程度の位置決めを行うことが可能となる。
また、天板３に設けられた凹電気接続部の側壁部を構成
する側壁が、シリコンを含む堅い側壁である場合、凸電
気接続部と凹電気接続部とにおける金属間の溶融を伴う
共晶結合を行うことで、その堅い側壁によって素子基板
１と天板３との位置精度を向上させることができる。

【０１５６】以上で説明したように本実施形態の液体吐
出ヘッドでは、発熱体２の駆動条件を制御するための、
機能が異なる複数の素子あるいは電気回路がそれぞれ、
その機能に応じて素子基板１と天板３とに振り分けられ
ており、素子基板１または天板３のうちいずれか一方に
凸電気接続部として金バンプが形成され、他方に、その
金バンプと係合して金バンプと電気的に接続される凹電
気接続部が形成されている。これにより、素子基板１と
天板３とを接合する際に金バンプと凹電気接続部とを係
合させることで、素子基板１と天板３との、ある程度の
位置決めを行うことが可能となる。また、凹電気接続部
の側壁部を構成する側壁が、シリコンを含む堅い側壁で
あるので、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける金属
間の溶融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側壁に
よって素子基板１と天板３との位置精度を向上させるこ
とができる。

【０１５７】なお、上述の実施形態では、凸電気接続部
として金属バンプ（具体的な材料としては、金の他、
銅、白金、タングステン、アルミニウムまたはルテニウ
ムのいずれか、あるいは、これらの金属のうちいずれか
を含んだ合金）を用いることで、バンプの形状や体積が
完全に均一でなくとも、凹電気接続部との接続を行うこ
とが可能となる。

【０１５８】また、凹電気接続部および凸電気接続部の
具体的な構成としては、上述の実施形態のように接合時
に凸電気接続部のみが変形するものに限られるものでは
ない。例えば、第２の基板（天板３）の凸電気接続部に
対応して第１の基板（素子基板１）に予め設けられた各
凹部の表面にそれぞれ個別の導電シートを貼ることで、
凸電気接続部の接合前には平面形状となっており、接合
後に凹型形状になるような構成であれば、素子基板１と
天板３とのある程度の位置決めを行うことが可能である
ので、本発明の電気接続部に含まれるものである。この
条件を満たす構成であれば、凸電気接続部および凹電気
接続部の双方が接合時に互いに変形する構成なども、本
発明の電気接続部に含まれる。

【０１５９】さらに、このように素子基板１と天板３に
凸電気接続部および凹電気接続部を設けて、凸電気接続
部と凹電気接続部との共晶接合を利用して素子基板１と
天板３とを接合することにより、素子基板１および天板
３としてウェハを用いた場合にウェハ間での接合が可能
になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩留りが向上す
る。その結果、液体吐出ヘッドの製造コストを下げるこ
とができる。

【０１６０】そこで、図２１を参照して、上述の効果に
ついて補足説明を行う。図２１は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの製造方法の一例を説明するための図である。前述
の実施形態において説明したように、素子基板１および
天板３は、それぞれ図２１（ａ）および図２１（ｂ）に
示すように、第１のシリコンウェハ１００および第２の
シリコンウェハ１０１上に複数のヘッドに対応する個数
分だけ、多数個一括して形成される。ここでは、素子基
板１には可動部材６や流路側壁９、凹電極部９４がそれ
ぞれ形成され、天板３には凸電気接続部としての金バン
プ９５がそれぞれ形成されている。従って、これらが形
成されている第１のシリコンウェハ１００と第２のシリ
コンウェハ１０１とを図２１（ｃ）に示すように、金バ
ンプ９５および凹電極部９４により位置合わせを行った
上で共晶接合により金バンプ９５および凹電極部９４を
接合することが可能になる。ここで、第１のシリコンウ
ェハ１００と第２のシリコンウェハ１０１とを、凹電極
部９４と、凹電極部９４に対応する金バンプ９５とが対
応するように当接させた後に、凹電極部９４と、凹電極
部９４に対応する金バンプ９５とを共晶接合により接合
する。その後、一体化した第１のシリコンウェハ１００
および第２のシリコンウェハ１０１は切断しても、共晶
結合により素子基板１と天板３との接合は剥離したり、
ずれたりすることがないので、この一体化された第１の
シリコンウェハ１００および第２のシリコンウェハ１０
１を切断することで、同時に複数の液体吐出ヘッド（ヘ
ッドチップ）を歩留りよく作ることができる。この場
合、各ヘッドの素子基板１および天板３をそれぞれヘッ
ド毎に位置合わせする場合に比べ、位置合わせをする回
数を大幅に減らすことできるので、さらに生産性が向上
するという効果も奏することができる。

【０１６１】なお、上述の効果は、凹凸形状の組合わせ
により第１のシリコンウェハ１００と第２のシリコンウ
ェハ１０１とが位置決めできるものでもよいが、素子基
板１および天板３の設けられる電気接続部が互いに共晶
結合により接合されるものの方が好適である。共晶結合
により接合される場合、電気接続部の形状は凹凸の組合
わせでなくとも、例えば係合部として、互いに係合する
凹凸部を電気接続部以外に設ける構成など、第１のシリ
コンウェハ１００と第２のシリコンウェハ１０１との間
で他に互いに位置合わせを可能にする手段を備えている
か、あるいは位置合わせを可能とする他の方法により接
合時に位置合わせができればよい。

【０１６２】＜液体吐出装置＞図２０は、図１に示した
液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置の一例であるイ
ンクジェット記録装置を示す斜視図である。図２０に示
されるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッ
ドカートリッジ６０１は、上述した液体吐出ヘッドと、
その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容
器とを有するものである。ヘッドカートリッジ６０１
は、図２０に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転
に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して
回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対し
て係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動
モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１
がキャリッジ６０７と共にガイド６０８に沿って矢印ａ
およびｂの方向に往復移動される。インクジェット記録
装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出さ
れたインク等の液体を受ける被記録媒体としてのプリン
ト用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備
えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテ
ン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６
１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリン
ト用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。

【０１６３】リードスクリュー６０５の一端の近傍に
は、フォトカプラ６１１および６１２が配設されてい
る。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６
０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６
１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転
方向の切り換え等を行うためのホームポジション検知手
段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカ
ートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部
材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。
また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出等されてキ
ャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するイ
ンク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引
手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介して
ヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。

【０１６４】インクジェット記録装置６００には本体支
持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９に
は移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６
０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持さ
れている。移動部材６１８には、クリーニングブレード
６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６
１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニン
グブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６
１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するため
のレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キ
ャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移
動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換
え等の公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカート
リッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与したり、
上記の各機構の駆動制御を行ったりするインクジェット
記録制御部はインクジェット記録装置の本体に設けられ
ており、図２０では示されていない。インクジェット記
録制御部には、液体吐出ヘッドから液体を吐出させるた
めの駆動信号を供給する駆動信号供給手段が備えられて
いる。

【０１６５】上述した構成を有するインクジェット記録
装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘ
ッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわた
って往復移動しながら記録を行う。

【０１６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、エネルギ
ー変換素子が配置された液流路を構成する第１の基板ま
たは第２の基板のうちいずれか一方の基板に凸電気接続
部が形成され、他方の基板に、その凸電気接続部と係合
して凸電気接続部と電気的に接続される凹電気接続部が
形成されていることにより、第１と第２の基板を接合す
る際に凸電気接続部と凹電気接続部とを係合させること
で、第１と第２の基板の、ある程度の位置決めを行うこ
とが可能となる。また、凹電気接続部の側壁部を構成す
る側壁が、例えばシリコンを含む堅い側壁である場合
に、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける金属間の溶
融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側壁によって
第１の基板と第２の基板との位置精度を向上させること
ができるという効果がある。さらに、このように第１お
よび第２の基板に凸電気接続部および凹電気接続部を設
けて、凸電気接続部と凹電気接続部との共晶接合を利用
して第１の基板と第２の基板とを接合することにより、
第１および第２の基板としてウェハを用いた場合にウェ
ハ間での接合が可能になり、液体吐出ヘッドを製造する
際の歩留りが向上する。その結果、液体吐出ヘッドの製
造コストを下げることができるという効果がある。

【０１６７】また、本発明は、第１および第２の基板
に、互いの素子あるいは電気回路同士を電気的に接続す
るための電気接続部が備えられ、第１および第２の基板
の互いの電気接続部同士が共晶接合されていることによ
り、液体吐出ヘッドを製造する際に第１および第２の基
板としてウェハを用いた場合に、電気接続部同士の共晶
接合を利用した、ウェハ間での接合が可能になり、歩留
りが向上するという効果がある。その結果、液体吐出ヘ
ッドの製造コストを下げることができる。

【０１６８】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法によれば、液体吐出ヘッドを構成する第１と第２の基
板の位置合わせを、ある程度の精度で行うことができ、
また、歩留りが向上し、液体吐出ヘッドの製造コストを
下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である液体吐出ヘッド構造
を説明するための、液流路方向に沿った断面図である。

【図２】図１に示した液体吐出ヘッドに用いられる素子
基板の断面図である。

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

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

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

【図６】センサ出力に応じて発熱体への印加エネルギー
を制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図
である。

【図７】センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する
例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。

【図８】温度センサの出力を利用してインクの有無を検
知する例の素子基板および天板の回路構成を示す図であ
る。

【図９】図８に示した素子基板および天板の回路構成の
変形例を示す図である。

【図１０】図８に示した素子基板および天板の回路構成
の変形例を示す図である。

【図１１】図８に示した素子基板および天板の回路構成
の変形例を示す図である。

【図１２】図８に示した素子基板および天板の回路構成
の変形例を示す図である。

【図１３】素子基板上に可動部材および流路側壁を形成
する方法を説明するための図である。

【図１４】素子基板上に可動部材および流路側壁を形成
する方法を説明するための図である。

【図１５】素子基板上に可動部材および流路側壁が形成
されてなるものに天板を接合する工程を説明するための
図である。

【図１６】プラズマＣＶＤ装置を用いて素子基板上にＳ
ｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。

【図１７】ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜を形
成する方法を説明するための図である。

【図１８】金バンプと凹電極部との係合関係について説
明するための図である。

【図１９】素子基板上に可動部材を形成する方法を説明
するための図である。

【図２０】図１に示した液体吐出ヘッドを搭載した液体
吐出装置の一例であるインクジェット記録装置を示す斜
視図である。

【図２１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を
説明するための図である。

【符号の説明】

１、３１、５１、４０１ 素子基板 ２、３２、５２、４０２ 発熱体 ３、３３、５３、４０３ 天板 ３ａ、３ｂ 溝 ３ｃ、４０３ａ 供給口 ４ オリフィスプレート ５ 吐出口 ６ 可動部材 ６ａ 支点 ６ｂ 自由端 ７ 液流路 ７ａ 第１の液流路 ７ｂ 第２の液流路 ８ 共通液室 ９ 流路側壁 １０ 気泡発生領域 １１、４１１ ドライバ １２、４１２ 画像データ転送部 １３、６３ センサ １４、１８、４１４、４１８ 接続用コンタクトパッ
ド １５、４１５ 外部コンタクトパッド １６、４１６ 発熱体制御部 １７、４１７ センサ駆動部 ２０ 液体吐出ヘッドユニット ２１ 液体吐出ヘッド ２２ ベース基板 ２３ プリント配線基板 ２４ 配線パターン ２５ ボンディングワイヤー ３８ 駆動タイミング制御ロジック回路 ３９ ＡＮＤ回路 ４１、５６ パワートランジスタ ４２ 画像データ転送回路 ４３ ランクヒータ ４４ａ〜４４ｈ、４８ａ〜４８ｄ、４８ｇ、４８ｈ、６
４ａ、６８ａ 端子 ４５ａ、４５ｃ〜４５ｅ、４５ｈ〜４５ｊ 入力端子 ４５ｂ、４５ｇ 接地端子 ４５ｆ 駆動電源端子 ４５ｋ〜４５ｎ イネーブル信号入力端子 ４６ 駆動信号制御回路 ４７、６７ センサ駆動回路 ４９、６９、４６９ メモリ ５５ 保温ヒータ ６６ 保温ヒータ制御回路 ７１、７１ａ 間隙形成部材 ７２、７２ａ、７４ ＳｉＮ膜 ７３、７５ Ａｌ膜 ７６ ＴｉＷ膜 ３４ 支持部材 ８１ａ、８１ｂ ＲＦ電源 ８２ａ、８２ｂ ＲＦ電極 ８３ａ、８３ｂ 反応室 ８４ａ、８４ｂ 供給管 ８５ａ、８５ｂ ステージ ８６ プラズマ ９１ オリフィスプレート部 ９２ 側壁部 ９３ 凹部 ９４ 凹電極部 ９５ 金バンプ ９６ マスク ９７ エキシマレーザ １００ 第１のシリコンウェハ １０１ 第２のシリコンウェハ ３０１ シリコン基板 ３０１ 熱酸化膜 ３０３ 層間膜 ３０４ 抵抗層 ３０５ 配線 ３０６ 保護層 ３０７ 耐キャビテーション膜 ３０８ 熱作用部 ４０１ａ 流路壁 ４０１ｂ 流路枠 ４１３、４１３ａ〜４１３ｃ 温度センサ ４２０ Ｐ−Ｍｏｓ ４２１ Ｎ−Ｍｏｓ ４２２ Ｎ型ウェル領域 ４２３ Ｐ型ウェル領域 ４２４ 酸化膜分離領域 ４２５、４３２ ソース領域 ４２６ ドレイン領域 ４２８ ゲート絶縁膜 ４３０ Ｎ−Ｍｏｓトランジスタ ４３１ ドレイン領域 ４３３、４３５ ゲート配線 ４３４ 蓄熱層 ４３６、４３８ 層間絶縁膜 ４３７ Ａｌ電極 ４５５ サブヒータ ４５９ 制限回路 ６００ インクジェット記録装置 ６０１ ヘッドカートリッジ ６０２ 駆動モータ ６０３、６０４ 駆動力伝達ギヤ ６０５ リードスクリュー ６０６ 螺旋溝 ６０７ キャリッジ ６０７ａ レバー ６０８ ガイド ６０９ プラテン ６１０ 紙押さえ板 ６１１、６１２ フォトカプラ ６１３ 支持部材 ６１４ キャップ部材 ６１５ インク吸引手段 ６１７ クリーニングブレード ６１８ 移動部材 ６１９ 本体支持体 ６２０ レバー ６２１ カム Ｐ プリント用紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 昭弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA23 EA26 FA03 FA10 HA05 HA16 KC22 2C057 AF93 AG30 AG70 AG83 AG86 AG90 AK07 AN01 AP02 AP11 AP26 AP77 AR14 BA05 BA13

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
   複数の液流路を構成するための第１の基板および第２の
   基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
   に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
   ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
   機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第１
   の基板と前記第２の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
   ッドであって、 前記第１の基板または前記第２の基板のうちいずれか一
   方の基板に、前記第１および第２の基板の互いの素子あ
   るいは電気回路同士を電気的に接続するための複数の凸
   電気接続部が形成され、前記第１の基板または前記第２
   の基板のうちの他方の基板に、前記第１の基板と前記第
   ２の基板とを接合した際に前記複数の凸電気接続部とそ
   れぞれ係合すると共に前記凸電気接続部と電気的に接続
   される複数の凹電気接続部が形成されている液体吐出ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 前記凸電気接続部と前記凹電気接続部と
   が共晶接合されている請求項１に記載の液体吐出ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記凸電気接続部が、前記一方の基板に
   備えられた電極上に形成された金属バンプであり、か
   つ、前記凹電気接続部の、前記凸電気接続部と接触する
   部分における少なくとも一部が金属部分であり、前記金
   属バンプと前記金属部分とが共晶接合されている請求項
   １に記載の液体吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 前記凹電気接続部の側壁部が、前記液流
   路を構成するための液流路形成部材の一部から構成さ
   れ、前記凹電気接続部が、前記液流路を形成するために
   前記液流路形成部材の、前記液流路に対応する部分を除
   去する際に前記液流路形成部材の所定の部分を除去する
   ことにより形成されたものである請求項１〜３のいずれ
   か１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 【請求項５】 前記凸電気接続部の材料、および前記凹
   電気接続部の少なくとも一部の材料として、金、銅、白
   金、タングステン、アルミニウムまたはルテニウムのう
   ちいずれかの金属、あるいは金、銅、白金、タングステ
   ン、アルミニウムまたはルテニウムのうちいずれかの金
   属を含む合金が用いられている請求項１〜４のいずれか
   １項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 【請求項６】 前記第１基板および前記第２の基板がシ
   リコン材料で構成され、前記素子あるいは電気回路が、
   半導体ウェハプロセス技術を用いて前記第１の基板およ
   び前記第２の基板に形成されている請求項１〜５のいず
   れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
   複数の液流路を構成するための第１の基板および第２の
   基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
   に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
   ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
   機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第１
   の基板と前記第２の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
   ッドであって、 前記第１の基板および前記第２の基板は、前記第１およ
   び第２の基板の互いの素子あるいは電気回路同士を電気
   的に接続するための電気接続部をそれぞれ備えると共
   に、前記第１の基板の電気接続部と前記第２の基板の電
   気接続部とが共晶接合されている液体吐出ヘッド。
8. 【請求項８】 前記第１の基板と前記第２の基板に、互
   いに係合するための、前記電気接続部とは異なる係合部
   を備える請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 【請求項９】 前記エネルギー変換素子が、液体に熱エ
   ネルギーを作用させることで液体に気泡を発生させるも
   のであり、 前記液流路には、前記エネルギー変換素子に面して配さ
   れ、前記吐出口に向かう下流側が自由端となる可動部材
   が設けられている請求項１〜８のいずれか１項に記載の
   液体吐出ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記エネルギー変換素子が発熱抵抗素
    子である請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体吐出
    ヘッド。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液
    体を保持する液体容器とを有するヘッドカートリッジ。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出
    させるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを
    有する液体吐出装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された
    液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段
    とを有する液体吐出装置。
14. 【請求項１４】 前記液体吐出ヘッドから液体を吐出し
    て被記録媒体に前記液体を付着させることで記録を行う
    ものである請求項１２または１３に記載の液体吐出装
    置。
15. 【請求項１５】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
    複数の液流路を構成するための第１の基板および第２の
    基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
    に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
    ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
    機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第１
    の基板と前記第２の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
    ッドの製造方法であって、 前記第１の基板または前記第２の基板のうちいずれか一
    方の基板に、前記第１および第２の基板の互いの素子あ
    るいは電気回路同士を電気的に接続するための複数の凸
    電気接続部を形成する工程と、 前記第１の基板または前記第２の基板のうちの他方の基
    板に、前記複数の凸電気接続部とそれぞれ係合すると共
    に前記凸電気接続部と電気的に接続される複数の凹電気
    接続部を形成する工程と、 前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させる際に前
    記複数の凸電気接続部をそれぞれ対応する前記複数の凹
    電気接続部に係合させる工程とを有する液体吐出ヘッド
    の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記第１の基板と前記第２の基板とを
    接合する工程で前記凸電気接続部と前記凹電気接続部と
    を共晶接合する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製
    造方法。
17. 【請求項１７】 前記凹電気接続部の側壁部が、前記液
    流路を構成するための液流路形成部材の一部から構成さ
    れたものであり、前記液流路形成部材の、前記液流路に
    対応する部分を除去して前記液流路を形成する際に、前
    記液流路に対応する部分と共に前記液流路形成部材の所
    定の部分を除去することで前記凹電気接続部の凹状の形
    状を形成する工程から、前記凹電気接続部を形成する工
    程が構成されている請求項１６に記載の液体吐出ヘッド
    の製造方法。
18. 【請求項１８】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
    複数の液流路を構成するための第１の基板および第２の
    基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
    に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
    ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
    機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第１
    の基板と前記第２の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
    ッドの製造方法であって、 前記第１および第２の基板の互いの素子あるいは電気回
    路同士を電気的に接続するための第１の電気接続部を備
    えた前記第１の基板が複数設けられた第１のシリコンウ
    ェハを用意する工程と、 前記第１および第２の基板の互いの素子あるいは電気回
    路同士を電気的に接続するための第２の電気接続部を備
    えた前記第２の基板が複数設けられた第２のシリコンウ
    ェハを用意する工程と、 前記第１のシリコンウェハと前記第２のシリコンウェハ
    とを、前記第１の電気接続部と前記第１の電気接続部に
    対応する前記第２の電気接続部とが対応するように当接
    させる当接工程と、 前記当接工程の後、前記第１の電気接続部と前記第１の
    電気接続部に対応する前記第２の電気接続部とを共晶接
    合により接合する接合工程と、 前記接合工程の後、接合された前記第１のシリコンウェ
    ハおよび前記第２のシリコンウェハを一体的に切断する
    切断工程とを有する液体吐出ヘッドの製造方法。
19. 【請求項１９】 前記第１の電気接続部および前記第２
    の電気接続部はそれぞれ複数設けられると共に、前記第
    １の電気接続部または前記第２の電気接続部のいずれか
    一方が凸形状であり、他方が、前記凸形状の電気接続部
    と電気的に接続される凹形状である請求項１８に記載の
    液体吐出ヘッドの製造方法。