(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に吐出エネルギーを与えることにより液流路を介して液体を吐出させる液体吐出ヘッドに用いられ、電気エネルギーを前記吐出エネルギーに変換するためのエネルギー変換素子が形成された半導体基板からなる液体吐出ヘッド用基板において、
該液体吐出ヘッド用基板は、該基板の前記エネルギー変換素子を有する面から突出し、前記液流路を構成する壁面とは異なる支柱と、該支柱に支持される梁部材と、を備える立体構造部を有し、
該梁部材に前記液体吐出ヘッド内での液体の状態を検出するためのセンサの検出部が配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
【請求項２】
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を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記液流路は、該液流路を構成する壁面から突出し、該液流路を構成する壁面とは異なる支柱と、該支柱に支持される梁部材と、を備える立体構造部を有し、
該梁部材に前記液体吐出ヘッド内での液体の状態を検出するためのセンサの検出部が配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
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を有し、
前記素子あるいは電気回路は、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ている、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記検出部は、検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化するものであり、前記センサは、前記検出部と、前記検出部に電気的に接続された配線とを、前記立体構造部に有する、請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記検出部は、液体と接触して配置され検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化するものであり、前記センサは、前記検出部と、液体と接触して配置され液体と接触しても電気的特性が変化しないか又は前記検出部と異なる電気的特性を示す基準部と、前記検出部及び前記基準部にそれぞれ電気的に接続された配線とを、前記立体構造部に有する、請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記基準部が、前記液流路の壁面から離れた位置に配置されている、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記エネルギー変換素子及び前記センサは前記第１の基板に設けられている、請求項２ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記エネルギー発生素子は前記第１の基板に設けられ、前記センサは前記第２の基板に設けられている、請求項２ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記前記エネルギー変換素子は、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、
前記立体構造部の前記梁部材は、前記エネルギー変換素子に対面して配され、気泡によって変位する可動部材である、請求項２ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記可動部材は、液体の流れの方向の上流側が固定され下流側端が自由端となって可動する部材である、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項２ないし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前記液体吐出ヘッドに供給する駆動信号供給手段とを有する液体吐出装置。
【請求項１２】
液体に吐出エネルギーを与えることにより液体を吐出させる液体吐出ヘッドに用いられ、電気エネルギーを前記吐出エネルギーに変換するためのエネルギー変換素子とが形成された半導体基板を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法において、
前記半導体基板上に、半導体材料を含む基材層を所定のパターンで形成する工程と、
前記基材層上に、検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化する検出部、及び前記検出部を前記半導体基板に形成された電気回路と電気的に接続する配線を形成する工程と、
前記検出部及び前記配線が形成された基材層上に、前記配線を保護するための、半導体材料を含む保護層を形成する工程とを有する、液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１３】
前記保護層の形成工程の前に、前記基材層上に、液体と接触しても電気的特性が変化しないか又は前記検出部とは異なる電気特性を示す基準部と、前記基準部を前記半導体基板に形成された回路と電気的に接続する配線とを形成する工程を有し、
前記保護層の形成工程の後に、前記保護層で覆われている前記検出部及び前記基準部の一部を露出させる工程を有する、請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１４】
前記基材層の形成工程の前に、前記半導体基板上に前記基材層の一部と前記半導体基板との間に間隙を形成するための間隙形成部材を形成する工程を有し、
前記基材層を形成する工程は、前記間隙形成部材が形成された部位と前記間隙形成部材が形成されていない部位とを跨る領域に形成することを含み、
前記保護層の形成工程の後に、前記間隙形成部材を除去する工程を有する、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【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を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方に、半導体材料を含む基材層を所定のパターンで形成する工程と、
前記基材層上に、検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化する検出部、及び前記検出部に電気的に接続する配線を形成する工程と、
前記検出部及び前記配線が形成された基材層上に、前記配線を保護するための、半導体材料を含む保護層を形成する工程とを有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギーを液体に作用させることで起こる気泡の発生によって所望の液体を吐出する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関し、特に、熱エネルギーを発生させるための熱エネルギー発生素子等が形成された基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国特許第４,７２３,１２９号明細書等の公報に開示されているように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体が一般的に配されている。
【０００３】
この様な記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができるとともに、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができるという多くの優れた点を有している。このため、このバブルジェット記録方法は、近年、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムにまで利用されるようになってきている。
【０００４】
ところで、インクを吐出するためのエネルギーを発生させるための電気熱変換体は、半導体製造プロセスを用いて作製することができる。そのため、バブルジェット技術を利用した従来のヘッドは、シリコン基板からなる素子基板上に電気熱変換体を形成し、その上に、インク流路を形成するための溝を形成した、ポリサルフォン等の樹脂やガラス等からなる天板を接合した構成となっている。
【０００５】
また、素子基板がシリコン基板からなることを利用し、電気熱変換体を素子基板上に構成するだけでなく、電気熱変換体を駆動するためのドライバや、電気熱変換体をヘッドの温度に応じて制御する際に用いられる温度センサおよびその駆動制御部等を素子基板上に構成したものもある（特開平７−５２３８７号公報等）。このようにドライバや温度センサおよびその駆動制御部等を素子基板上に構成したヘッドは実用に供されており、記録ヘッドの信頼性の向上及び装置の小型化に寄与している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
素子基板に温度センサを設けた従来の液体吐出ヘッドでは、温度センサは主に素子基板の温度を測定することが目的であった。しかし、近年の高密度記録が進む中、１回で吐出されるインクの量はますます少なくなり、基板の温度よりもインク自身の温度や濃度等の状態あるいは種類が記録に与える影響が大きくなってきた。つまり、吐出量が少なくなるにつれて、従来では大きな問題とはならなかったようなインクの状態等に起因する吐出量の差が、吐出量のばらつきとして目立つようになってきた。
【０００７】
このような状況の中、従来の液体吐出ヘッドの温度センサの配置では、より正確なインクの状態等を検出することが困難であった。その理由は、従来の液体吐出ヘッドの温度センサは、電気熱変換体、駆動制御部とともに、半導体ウェハプロセス技術を用いて素子基板の表面に平面的に形成されていたものであるが、素子基板の表面近傍は、インクの流れが淀み易く、また、電気熱変換体からの熱の影響により大きな温度勾配をもつためであると考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、吐出する液体の状態を精度よく検出することによって、安定した吐出を可能とする液体吐出ヘッド、及びそれに用いられる液体吐出ヘッド用基板、さらには、それらの製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の液体吐出ヘッド用基板は、液体に吐出エネルギーを与えることにより液流路を介して液体を吐出させる液体吐出ヘッドに用いられ、電気エネルギーを前記吐出エネルギーに変換するためのエネルギー変換素子が形成された半導体基板からなる液体吐出ヘッド用基板において、該液体吐出ヘッド用基板は、該基板の前記エネルギー変換素子を有する面から突出し、前記液流路を構成する壁面とは異なる支柱と、該支柱に支持される梁部材と、を備える立体構造部を有し、該梁部材に前記液体吐出ヘッド内での液体の状態を検出するためのセンサの検出部が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の本発明の液体吐出ヘッド用基板によれば、液体の状態を検出するためのセンサの検出部が立体構造部の梁部材に設けられているので、液体吐出ヘッドに使用されたとき、基板との境界部での液体の流れの影響やエネルギー発生素子が発する熱の影響が少ない状態で液体の状態が検出される。
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドは、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を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記液流路は、該液流路を構成する壁面から突出し、該液流路を構成する壁面とは異なる支柱と、該支柱に支持される梁部材と、を備える立体構造部を有し、該梁部材に前記液体吐出ヘッド内での液体の状態を検出するためのセンサの検出部が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
上記の本発明の液体吐出ヘッドによれば、液体の状態を検出するためのセンサの検出部が、液流路内の立体構造部の梁部材に設けられているので、液流路の壁面との境界部での液体の流れの影響やエネルギー発生素子が発する熱の影響が少ない状態で液体の状態が検出される。
【００１３】
上記センサは、第１の基板に設けられていてもよいし、第２の基板に設けられていてもよい。また、液体の吐出効率の向上のために、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、このエネルギー発生素子に対面して配され、気泡によって変位する可動部材を有する場合には、この可動部材を立体構造部の梁部材として利用してもよい。
【００１４】
本発明の液体吐出装置は、上記本発明の液体吐出ヘッドと、この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前記液体吐出ヘッドに供給する駆動信号供給手段を有する。
【００１５】
本発明の液体吐出ヘッド用基板の製造方法は、液体に吐出エネルギーを与えることにより液体を吐出させる液体吐出ヘッドに用いられ、電気エネルギーを前記吐出エネルギーに変換するためのエネルギー変換素子とが形成された半導体基板を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法において、
前記半導体基板上に、半導体材料を含む基材層を所定のパターンで形成する工程と、
前記基材層上に、検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化する検出部、及び前記検出部を前記半導体基板に形成された電気回路と電気的に接続する配線を形成する工程と、
前記検出部及び前記配線が形成された基材層上に、前記配線を保護するための、半導体材料を含む保護層を形成する工程とを有する。
【００１６】
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を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方に、半導体材料を含む基材層を所定のパターンで形成する工程と、前記基材層上に、検出すべき液体の状態に応じて電気的特性が変化する検出部、及び前記検出部に電気的に接続する配線を形成する工程と、前記検出部及び前記配線が形成された基材層上に、前記配線を保護するための、半導体材料を含む保護層を形成する工程とを有する。
【００１７】
上記の製造方法によれば、フォトリソグラフィ技術を用いて本発明の液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッドを、容易に製造することができる。
【００１８】
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。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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素子基板１と、この素子基板１上に接合された天板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とを有する。天板３には、各発熱体２に対応する位置にそれぞれ溝が形成されており、素子基板１と天板３とが接合されることで、各発熱体２にそれぞれ対応する液流路７が形成される。
【００２２】
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。
【００２３】
天板３は、各発熱体２に対応した複数の液流路７および各液流路７に液体を供給するための共通液室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により窒化シリコン、酸化シリコンなど、流路側壁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。
【００２４】
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１０〜１５０μｍ程度の厚さに削ることにより形成される。なお、オリフィスプレート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、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。
【００２５】
上記構成に基づき、発熱体２を発熱させると、液流路７内の発熱体２と対面する領域である気泡発生領域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。
【００２６】
一方、気泡が消泡工程に入ると、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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要部の断面図である。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、ＳｉＯ2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３０４の表面に部分的に配線３０５が形成されている。配線３０５としては、Ａｌまたは、Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−ＣｕなどのＡｌ合金配線が用いられている。この配線３０５、抵抗層３０４および層間膜３０３の表面に、ＳｉＯ2膜またはＳｉ3Ｎ4膜から成る保護膜３０６が形成されている。保護膜３０６の表面の、抵抗層３０４に対応する部分およびその周囲には、抵抗層３０４の発熱に伴う化学的および物理的な衝撃から保護膜３０６を守るための耐キャビテーション膜３０７が形成されている。抵抗層３０４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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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などの不純物導入および拡散によって、Ｎ型ウェル領域４２２にＰ−Ｍｏｓ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２３にＮ−Ｍｏｓ４２１が備えられている。Ｐ−Ｍｏｓ４２０は、Ｎ型ウェル領域４２２の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域４２５およびドレイン領域４２６や、Ｎ型ウェル領域４２２の、ソース領域４２５およびドレイン領域４２６を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を介して堆積されたゲート配線４３５などから構成されている。また、Ｎ−Ｍｏｓ４２１は、Ｐ型ウェル領域４２３の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域４２５およびドレイン領域４２６や、Ｐ型ウェル領域４２３の、ソース領域４２５およびドレイン領域４２６を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜４２８を介して堆積されたゲート配線４３５などから構成されている。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−Ｍｏｓ４２１からＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【００３３】
Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ−Ｍｏｓ４２１と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０が備えられている。Ｎ−Ｍｏｓトランジスタ４３０も、不純物導入および拡散などの工程によりＰ型ウェル領域４２３の表層に部分的に備えられたソース領域４３２およびドレイン領域４３１や、Ｐ型ウェル領域４２３の、ソース領域４３２およびドレイン領域４３１を除く部分の表面にゲート絶縁膜４２８を介して堆積されたゲート配線４３３などから構成されている。
【００３４】
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。
【００３５】
Ｐ−Ｍｏｓ４２０とＮ−Ｍｏｓ４２１との間や、Ｎ−Ｍｏｓ４２１とＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０との間などの各素子間には、５０００Å〜１００００Åの厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４２４が形成されており、その酸化膜分離領域４２４によって各素子が分離されている。酸化膜分離領域４２４の、熱作用部３０８に対応する部分は、シリコン基板３０１の表面側から見て一層目の蓄熱層４３４としての役割を果たす。
【００３６】
Ｐ−Ｍｏｓ４２０、Ｎ−Ｍｏｓ４２１およびＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０の各素子の表面には、厚さ約７０００ÅのＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜などから成る層間絶縁膜４３６がＣＶＤ法により形成されている。熱処理により層間絶縁膜４３６を平坦化した後に、層間絶縁膜４３６およびゲート絶縁膜４２８を貫通するコンタクトホールを介して第１の配線層となるＡｌ電極４３７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〜１５０００Å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ＴａＮ0.8,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。
【００３７】
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などの膜から成るものである。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、素子基板１には、並列に配列された複数の発熱体２と、画像データに応じてこれら発熱体２を駆動するドライバ１１と、入力された画像データをドライバ１１に出力する画像データ転送部１２と、発熱体２の駆動条件を制御するために必要な、液体の状態または特性を検出するセンサ１３とが設けられている。本実施形態では、センサ１３は、液流路７ごとの液体の状態または特性を検出するために、各発熱体２に対応して液流路７ごとに設けられている。
【００４１】
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。
【００４２】
センサ１３としては、詳しくは後述するが、液体の状態または特性として、液体の温度の変化、液体の圧力、液体中に含まれる成分、または液体の水素イオン濃度指数（ＰＨ）等を検出するセンサが用いられる。
【００４３】
一方、図４（ｂ）に示すように、天板３には、前述したように液流路および共通液室を構成する溝３ａ，３ｂが形成される他に、素子基板１に設けられたセンサ１３を駆動するセンサ駆動部１７と、センサ駆動部１７により駆動されたセンサからの出力結果に基づいて発熱体２の駆動条件を制御する発熱体制御部１６とが設けられている。なお、天板３には、外部から共通液室に液体を供給するために、共通液室に連通した供給口３ｃが開口している。
【００４４】
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。
【００４５】
上記のように構成された素子基板１と天板３とを位置合わせして接合すると、各液流路に対応して発熱体２が配置されるとともに、それぞれの接続用パッド１４，１８を介して素子基板１および天板３に形成された回路等が電気的に接続される。この電気的接続は例えば、接続用パッド１４，１８に金バンプ等を載せて行う方法があるが、それ以外の方法でもよい。このように、素子基板１と天板３との電気的接続を接続用コンタクトパッド１４，１８によって行うことで、素子基板１と天板３との接合と同時に、上述した回路同士の電気的接続を行うことができる。素子基板１と天板３との接合後に、液流路７の先端にオリフィスプレート４を接合し、これにより液体吐出ヘッドが完成する。
【００４６】
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。
【００４７】
以上説明したように、発熱体２の駆動や制御のための各種回路等を素子基板１と天板３とに両者の電気的接合を考慮した上で振り分けることで、これらの回路等が１つの基板に集中しなくなるので、液体吐出ヘッドの小型化が可能になる。また、素子基板１に設けられた回路等と天板３に設けられた回路等との電気的接続を接続用コンタクトパッド１４，１８によって行うことで、ヘッド外部への電気的接続部の数が減り、信頼性の向上、部品点数の削減、ヘッドのより一層の小型化を実現することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
ここで、本発明の大きな特徴の一つである、センサ１３に関する事項及び本発明の適用例について詳細に説明する。
【００５０】
（１）センサの形態
図１にも簡単に示しているが、センサ１３は、素子基板１の表面から突出した位置に設けられている。本発明で用いられるセンサの形態には、その代表的な例として、単体検出部型と、基準電極ペア型とが挙げられる。単体検出部型とは、検出すべき液体の状態等に応じて電気抵抗あるいは電圧が変化する検出部を有するものである。単体検出部型のセンサとしては、温度センサ、圧力センサ等がある。基準電極ペア型とは、上記の検出部に加え、検出すべき液体の状態等に対して変化しない、基準となる電極を設けたものである。基準電極ペア型のセンサとしては、インク中のＰＨを検出するセンサ、インク中の成分を検出するセンサ等がある。
【００５１】
（１ａ）単体検出部型のセンサ
図６に、本発明に適用可能な単体検出部型のセンサの一例の模式的拡大図を示す。
【００５２】
図６に示すように、センサ１３は、素子基板１から液流路７中に突出した立体構造部１３１と、立体構造部１３１に設けられた検出部１３２と、検出部１３２と素子基板１の配線（不図示）とを接続する配線１３３とを有する。これら立体構造部１３１、検出部１３２、及び配線１３３は、前述のようにして素子基板１に回路等を形成した後、半導体素子製造プロセスのリソグラフィ技術を用いて素子基板１上に形成される。
【００５３】
立体構造部１３１は、素子基板１から突出した支柱１３１ａと、この支柱の上端部に素子基板１の上面に沿ってカンチレバー状に支持された梁１３１ｂとで構成される。検出部１３２は、液体の検出する対象となる状態等に応じて電気的な特性や状態が変化する材料からなり、立体構造部１３１の梁１３１ｂの部分に配置されている。このような構成をとることより、検出部１３２の位置は素子基板１の表面から離れた位置となる。また、検出部１３２が設けられた部分は周囲の大半が液体で囲まれており、一面すなわち一方向だけでなく複数の方向で液体と接触し、素子基板１の表面に直接設けられた場合と比較して大きな面積で液体と接触している。
【００５４】
次に、素子基板１へのセンサ１３の形成方法の一例について、温度により電気抵抗値が変化する測温抵抗体を用いた温度センサを形成する場合を例に挙げて、図７を参照して説明する。
【００５５】
まず、図７（ａ）に示すように、機能素子や回路等が形成された素子基板１上に、Ａｌを約１μｍの厚さでスパッタリング法で成膜した後、フォトリソグラフィ法及びドライエッチングによって所定の形状にパターニングし、電極１３５を形成する。さらに、電極１３５が形成された素子基板１上に電極保護層１３６として、ＳｉＮ膜をＣＶＤ法を用いて約１μｍの厚さに形成する。なお、図面上は電極１３５は１本しか描かれていないが、１つのセンサに対して電極１３５は図面の奥行き方向に２本並んで形成される。また、図面には示していないが、この電極保護層１３６の表面にさらに、耐キャビテーション膜としてＴａ膜を形成するのが望ましい。
【００５６】
次いで、素子基板１と図６に示した梁１３１ｂとの間の間隙を形成するために、図７（ｂ）に示すように、スパッタリング法によりＡｌを数〜十数μｍの厚さに形成した後、フォトリソグラフィ法及びドライエッチングによって所定の形状にパターニングし、犠牲層としての間隙形成部材１３７を形成する。
【００５７】
この間隙形成部材１３７は、後述するようにドライエッチングにより立体構造部１３１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における耐キャビテーション膜としてのＴａ膜や電極保護層１３６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１３７を素子基板１上に形成する。これにより、後述のドライエッチングによる素子基板１内の機能素子の損傷が防止される。
【００５８】
そして、図７（ｃ）に示すように、電極保護層１３６及び間隙形成部材１３７を覆って、立体構造１３１（図６参照）の基材層としてＳｉＮ膜１３８を形成し、これを、間隙形成部材１３７が形成された部位とされていない部位とを跨る位置で立体構造部１３１の平面形状にパターニングする。さらに、ＳｉＮ膜１３８の、立体構造部１３１の支柱１３１ａ（図６参照）となる部分に、電極１３５に対応するスルーホール１３８ａを形成し、電極１３５を露出させる。
【００５９】
次いで、図７（ｄ）に示すように、ＳｉＮ膜１３８上に、スパッタリング法、フォトリソグラフィ法及びドライエッチングにより、Ａｌからなる配線１３３をパターニング形成する。この配線１３３は素子基板１上に設けられた電極１３５に対応して図面の奥行き方向に２本並んで形成され、それぞれスルーホール１３８ａを介して電極１３５と接続される。そして、この２本の配線１３９を跨ぐように、測温抵抗体１４０をパターニング形成する。この測温抵抗体１４０が、図６に示した検出部１３２として作用する。
【００６０】
次いで、図７（ｅ）に示すように、上記の全ての構成を覆って、配線１３９を保護する保護層としてＳｉＮ膜１４１を形成し、これを立体構造部１３１の平面形状にパターニングする。最後に、間隙形成部材１３７をウェットエッチングによって除去する。
【００６１】
これによって、ＳｉＮ膜１３８，１４１からなる立体構造部１３１に、配線１３３、及び測温抵抗体１４０からなる検出部１３２が設けられたセンサ１３を、素子基板１上に容易に形成することができる。
【００６２】
素子基板１の表面から検出部１３２までの高さは、素子基板１から梁１３１ｂまでの位置、すなわち間隙形成部材１３７の厚さによって決定される。例えば、液体吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして用いた場合、梁１３１ｂの位置が素子基板１の表面から数〜十数μｍの範囲であれば、後述するようなフレッシュな状態の液体を検出の対象とすることができる。なお、この梁１３１ｂの位置は、間隙形成部材１３７の厚さを変更して任意に設定することができる。
【００６３】
前述したように、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機能素子が、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。センサ１３により液流路７内での液体の状態を調べたい場合、液体の状態は、素子基板１や天板３に設けられた回路等から発生する熱の影響を受ける。特に素子基板１には発熱体２が設けられているので、センサ１３が素子基板１に設けられている場合には、インクの状態に与える影響は大きい。また、素子基板１の表面や天板３の表面の近傍では、液体の粘性により、他の領域に比べて液体の流れが小さくなっている。
【００６４】
そこで、センサ１３を立体構造部１３１に設け、素子基板１の表面から離れた部位で、また、周囲の大部分を液体に囲まれた状態で液体の状態を検出することで、素子基板１や天板３の熱の影響を受け難く、滞留していないフレッシュな状態の液体を検出の対象とすることができる。これにより、素子基板１の表面で液体の状態を検出する場合に比べて、より高精度に液体の状態を検出することができる。また特に本実施形態では、立体構造部１３１は、支柱１３１ａと梁１３１ｂとで構成されており、素子基板１と接している面積が小さくなっているので、素子基板１上で発生したノイズの影響を低減することもできる。
【００６５】
（１ｂ）基準電極ペア型のセンサ
液体中のイオン、分子等と応答して液体との界面の電圧が変化することを利用して、液体のＰＨ等を検出する構成の場合、検出の対象となる液体のイオン、分子等に電圧が変化しない電極が必要となる。そのような場合に、基準電極ペア型のセンサが用いられる。
【００６６】
図８に、本発明に適用可能な基準電極ペア型のセンサの一例の模式的拡大図を示す。なお、図８において図６と同一の構成部分については図６と同一の符号を付している。
【００６７】
図８に示すように、このセンサ１３’は、接触している液体の検出対象となる成分に応じた電圧を発生しそれを検出する部材からなる検出部１３２ａと、接触している液体の検出対象となる成分に対して電圧が変化しない、あるいは検出部１３２ａと異なる電圧を発生する部材からなる基準部１３２ｂとを有する。検出部１３２ａ及び基準部１３３ａは、素子基板１の表面から突出した立体構造部１３１の梁１３１ｂに配置されており、それぞれ配線１３３ａ，１３３ｂを介して素子基板１の配線（不図示）と接続されている。また、梁１３１ｂには検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂに対応する位置にそれぞれ開口１３１ｃ，１３１ｄが設けられており、検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂの上面の一部が露出している。
【００６８】
このようなセンサ１３’の構造は、単体検出部型のセンサと同様に、半導体素子製造プロセスを用いて製造することができる。この場合、検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂの上面の開口１３１ｃ，１３１ｄは、例えば、図７に示したような手順でセンサ１３’を形成するとすれば、図７（ｅ）に示した工程の後に、ＳｉＮ膜１４１をフォトリソグラフィ法及びエッチングにより所定の形状に除去することで形成することができる。
【００６９】
詳しくは後述するが、このように検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂを設けることで、液体を介しての、検出部１３２ａと基準部１３２ｂとの間の電位差を検出することにより、液体のＰＨなどを検出することができる。
【００７０】
図８に示した基準電極ペア型のセンサ１３’においても、前述した単体検出部型のセンサと同様に、検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂが立体構造部１３１に設けられているので、液体の成分等を、素子基板１の表面で検出する場合に比べて、より高精度に検出することができるとともに、素子基板１上で発生したノイズの影響を低減することができる。
【００７１】
以上、本発明に適用可能なセンサの形態について２つの代表的な形態を例に挙げて説明したが、立体構造部１３１の形状は、検出部が素子基板１の表面から離れた位置にあり、一面だけでなく複数の面がインクに囲まれるような形状であれば、図６や図８に示したものに限られるものではなく、例えば立方体形状であってもよい。
【００７２】
特に、図６や図８に示したような形状は、梁１３１ｂの上面及び下面が液体と接触し、液体との接触面積を大きくするという点では好ましいものであるが、このように梁１３１ｂを有する形状とした場合であっても、液流路７中における梁１３１ｂの向きは図１に示したものに限定されない。例えば、図１に示した配置においては、梁１３１ｂの先端部を液体の流れ方向に関して下流側に向けているが、図９に示すような配置であってもよい。
【００７３】
図９に示す例では、立体構造部１３１’の形状は図６等に示したものと同じであるが、支柱１３１ａ’は液流路７の幅方向の中心に対してオフセットして設けられ、梁１３１ｂ’は、支柱１３１ａ’での支持部から液流路７の幅方向と平行に延びて形成されている。なお、図９では示していないが、図６に示した検出部１３２、あるいは図８に示した検出部１３２ａ，基準部１３２ｂは、梁１３１ｂ’の部分に形成されている。このように立体構造部１３１’を配置することで、センサを立体構造としても、センサによって液流路７内での液体の流れが阻害されることを抑えることができる。図９に示す立体構造部１３１’も、その形成に際して間隙形成部材やＳｉＮ膜等のパターニング形状を変えることによって、図７に示したのと同じ方法で形成することができる。
【００７４】
また、センサが設けられる部材についても、上述した例では素子基板１に設けた例を示したが、天板３に設けても構わない。天板３が半導体基板からなるものであれば、センサを天板３に設ける場合でも、半導体ウェハプロセスを用いてセンサを形成することができる。
【００７５】
（２）センサの種類
本発明では液体の状態等を検出するセンサが用いられるが、本発明で用いられるセンサの代表的な種類について、図１等を参照しつつ説明する。
【００７６】
（２ａ）液体の温度の変化を検出する場合
吐出特性に影響を及ぼす液体の状態の一つに液体の粘性がある。液体の粘性は、吐出する液体の種類によって異なり、また、水分の蒸発等によっても経時的に変化する。従って、微小量の液体の吐出においては液体の粘性も大きく影響し、安定した吐出のためには、液体吐出ヘッドの駆動条件を液体の種類や経時的な変化に応じて制御する必要がある。
【００７７】
液体の粘性を推測する目安の一つが液体の温度である。液体の温度を活用して吐出制御を行う場合は、発熱部分の影響を最小限にするのが望ましい。前述したように、素子基板１や天板３は様々な機能素子を有し、発熱体２を駆動しているときはもちろんであるが、駆動していないときでもこれらの機能素子は少なからず電力を消費しており、熱を発生している。そのため、素子基板１や天板３の表面との境界部での液体の温度は、吐出される液体の大部分の温度よりも高くなっている。従って、吐出される液体の粘性を知るためには、素子基板１や天板３の表面から離れた位置で温度を検出するのが望ましい。
【００７８】
そこで、図６に示したような、立体構造部１３１に検出部１３２を有する温度センサを用いることで、吐出される液体の温度をより正確に検出することができる。温度センサとしては、検出部１３２を立体構造部１３１に設けることができるものであれば特に限定されず、前述したような測温抵抗体を用いたセンサや、多結晶シリコンを用いたセンサ（多結晶シリコンの不純物量をコントロールすることで温度によって抵抗値が変わる）、サーミスタ等を用いることができ、その中でも特に、半導体素子製造プロセス技術を用いて配線１３３とともに素子基板１上に形成できるものが望ましい。また、検出部１３２と接続される配線１３３には、電気抵抗が小さく、検出部１３２の温度特性に対して影響を与えない材料、例えばＡｌ、を用いればよい。
【００７９】
ところで、液体の基板との境界部に大きな温度勾配がある場合は、液体の流れによって、基板との境界部の熱を持っていくことができる。そこで、温度センサに近接してヒータを配置し、このヒータの駆動により液体を局所的に加熱することで液体に温度差を形成し、液体の流れにより持っていく熱が異なることを利用して液体の流量を検出する手法もある。
【００８０】
このようにして流量センサを構成した場合においても、基板の表面に温度センサ及びヒータを配置した構成では、液体を局所的に加熱しても熱が基板に逃げるとともに、液体の粘性により基板表面近傍では液体の流れが小さくなり、微小な流路においては精度よく流量を検出できない。
【００８１】
そこで、図６に示すような、素子基板１の表面から突出した立体構造部１３１に温度センサ及びヒータを設け、これらの周囲の大部分を液体で囲まれるようにすることで、ヒータの熱は基板へ逃げにくくなるとともに、液体の流れ自身も素子基板１の表面に比べて大きくなることから、液体の流れの差の検出精度を大きく向上させることができる。
【００８２】
（２ｂ）液体の圧力を検出する場合
発熱体２を駆動して液体を急激に加熱し、液体に膜沸騰に伴う気泡を発生させて液体を吐出させる液体吐出ヘッドにおいては、気泡の発生に基づく圧力が液体に作用する。従って、液体の状態のひとつとして、液体に作用する圧力を検出し、この検出結果に基づいて液体吐出ヘッドの駆動条件を制御することも、吐出特性を安定させる一つの手段である。
【００８３】
そこで、図６に示した検出部１３２の部分に、液体の圧力により抵抗値が変化したり電圧が発生する素子を導入すれば、液体に作用する圧力を検出する圧力センサを構成することができる。しかも、上記の素子は立体構造部１３１に配置され、周囲の大部分が液体に囲まれているので、素子基板１の表面に配置した場合に比べて液体の圧力が良好に作用し、より正確な検出が可能となる。
【００８４】
（２ｃ）液体中に含まれる成分を検出する場合
液体吐出ヘッドにおいては、吐出する液体に含まれる成分によっても吐出特性が変化する。そこで、液体中に含まれるイオン、分子等と反応し、その平衡状態で電位差が発生する膜を、例えば図６に示したような立体構造部１３１の検出部１３２として配置することで、液体中に含まれる成分の変化や状態を検出することができる。この場合には、図６に示した検出部１３２を覆っている立体構造部１３１の一部を除去して検出部１３２を露出させ、検出部１３２が液体に接触する構造とする。
【００８５】
このようにして液体中に含まれる成分を検出する場合も、液体の基板との境界部においては液体の流れが悪く安定した液体の平衡状態を得にくいので、図６に示したような立体構造１３１を構成することで、周囲の大部分が液体に覆われることとなり、また、検出部１３２が液体の流れのある部分に配置されるので、液体中の成分を安定して検出することができる。
【００８６】
（２ｄ）液体中のＰＨを検出する場合
液体中の水素イオン濃度に反応する膜の一つに酸化シリコン膜がある。酸化シリコン膜を、図８に示した検出部１３２ａとして設けると、酸化シリコン膜の液体との境界面には液体の水素イオン濃度に応じて電位差が発生する。この電位差を検出することで、液体中のＰＨを検出することができる。ただし、酸化シリコン膜自身は絶縁膜であることから、電位差を検出するためには電極を設け、この電極とは別の電極である基準電極を、図８に示した基準部１３２ｂとして設ける。そして、液体を介しての、酸化シリコン膜（検出部１３２ａ）と基準電極（基準部１３２ｂ）との間の電位差を、ＦＥＴ（電圧効果トランジスタ）等を用いて低インピーダンス化して検出することができる。
【００８７】
検出部１３２ａとして形成する膜を、酸化シリコン膜に代えて、水素イオン濃度とは異なる成分に反応する膜とすれば、所望の液体成分の状態を検出することができる。
【００８８】
このように、素子基板１の表面から吐出した立体構造部１３１に検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂを設けることで、滞留していないフレッシュな状態で液体の成分を検出することができるので、素子基板１の表面に設けた場合に比べて検出精度を大きく向上させることができる。
【００８９】
上記の基準電極すなわち基準部１３２ｂについては、検出したい液体の成分に対して電気的特性が変化しない、あるいは検出部１３２ａとは異なる変化を示すものであれば、特に検出部１３２ａと同一の立体構造部１３１に設ける必要はない。すなわち、検出部１３２ａを有する立体構造部と基準部１３２ｂを有する立体構造部とを別々に設けてもよい。ただし、図８に示したように、同一の立体構造部１３１に検出部１３２ａ及び基準部１３２ｂを設けることは、局所的な部分のインクの状態を精度よく検出できるので、より望ましい構成である。
【００９０】
（３）センサ及び回路の振り分け
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。
【００９１】
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。
【００９２】
制御回路などアナログ的な部分は、熱の影響を受け易いことから、発熱体２が設けられていない基板すなわち天板３に設ける。図４に示した例では、発熱体制御部１６がこれに相当する。
【００９３】
センサ１３は、液体と接触する位置であれば、素子基板１に設けてもよいし、天板３に設けてもよい。ただし、液体の温度に基づいて液体の状態を検出するものである場合には、できるだけ発熱体２の熱の影響が少ない位置に設けることが好ましい。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
（４）液体吐出ヘッドの制御例
センサで検出されたインクの状態は、より安定した液体吐出のために発熱体の駆動制御に利用される。発熱体の駆動制御の一例として、液体の温度を検出する温度センサを用いた場合の発熱体の駆動制御の例について説明する。
【００９７】
図１０は、液体の温度に応じて発熱体の駆動条件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り、図１０に示す例では、発熱体３２に発泡エネルギーを与える前に発熱体３２をプレヒート（液体を発泡させない程度の予備的な加熱）するもので、液体の温度を検出するセンサ（図１０では不図示）での検出結果に応じて、発熱体３２のプレヒートパルス幅を制御する。
【００９８】
図１０（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、液体の温度を検出するセンサとが、半導体プロセスを用いて形成されている。センサは、各液流路ごと、すなわち発熱体３２ごとに、立体構造として設けられている。
【００９９】
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。
【０１００】
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４５ａ、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。
【０１０１】
一方、図６（ｂ）に示すように、天板３３には、発熱体３２の駆動タイミングを決定するとともにセンサ４３からの出力をモニタしその結果に応じて画発熱体３２のプレヒート幅を決定する駆動信号制御回路４６と、各発熱体に対応するプレヒート幅を選択するための選択データをヘッド情報として記憶し駆動信号制御回路４６に出力するメモリ４９とが形成されている。
【０１０２】
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、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４４ｂ〜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。
【０１０３】
以上の構成において、まず、液体の温度がセンサにより各液流路ごとに検出され、その結果がメモリ４９に記憶される。駆動信号制御回路４６では、メモリ４３に記憶された温度データおよび選択データに応じて、各発熱体３２のプレヒートパルス幅を決定し、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信号は、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ＡＮＤ回路３９に出力される。
【０１０４】
画像データ信号がＡＮＤ回路３９に出力されることで、駆動信号制御回路４６で決定されたプレヒートパルス、及び予め決められたヒートパルスが発熱体３２に与えられる。これにより発熱体３２は、プレヒートされた後、液体を発泡させるためのエネルギーが与えられる。このようにして、センサでの検出結果に応じてプレヒート幅を制御することで、温度状態にかかわらず液体の吐出量を各吐出口で一定にすることができる。
【０１０５】
さらに、メモリ４９に記憶されるヘッド情報としては、上述した温度データの他に、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。
【０１０６】
なお、図１０で説明した液体吐出ヘッドでは、さらに、抵抗値センサとして発熱体３２と同様にして素子基板３１に形成されたランクヒータ４３と、天板３３に形成された、ランクヒータ４３を駆動するためのセンサ駆動回路４７とを有する。そして、センサ駆動回路４７とランクヒータ４３とを接続する端子４４ｇ，４４ｈ，４８ｇ，４８ｈが、素子基板３１及び天板３３に形成されている。これは、ランクヒータ４３で検出された抵抗値に基づいて発熱体３２に印加するパルスのパルス幅を決定するためのものであり、駆動信号制御回路４６は、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。また、メモリ４９は、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、所定のパルスを印加したときの液体吐出量）をヘッド情報として記憶し、駆動信号制御回路４６に出力する。
【０１０７】
ランクヒータ４３を利用した発熱体３２への印加エネルギーの制御について説明する。まず、ランクヒータ４３の抵抗値が検出され、その結果がメモリ４３に記憶される。ランクヒータ４３は発熱体３２と同様にして形成されたものであるので、その抵抗値は実質的には発熱体３２と同じであり、ランクヒータ４３の抵抗値を発熱体３２の抵抗値とみなす。駆動信号制御回路で４６では、メモリ４３に記憶された抵抗値データ及び液体吐出量特性に応じて発熱体３２の駆動パルスの立ち上がりデータ及び立ち下がりデータを決定し、端子４８ａ，４４ａを介してＡＮＤ回路３９に出力する。これによりヒートパルスのパルス幅が決定され、画像データが、画像データ転送回路４２から駆動タイミング制御回路３８を介してＡＮＤ回路３９に出力されることで、駆動信号制御回路４６で決定したパルス幅で発熱体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。
【０１０８】
（５）液体吐出ヘッドの他の例
図１に示した例では、液流路７を構成するための溝は天板３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）も素子基板１及び天板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。
【０１０９】
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。また、天板に溝を形成することによってではなく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。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。
【０１１０】
さらに、本出願人は、液流路内に、気泡の圧力伝搬方向を下流側へ導く可動部材を設けた液体吐出ヘッドを提案している。次に、可動部材を有する液体吐出ヘッドに本発明を適用した例を説明する。
【０１１１】
図１１は、本発明の他の実施形態である液体吐出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。図１１において、図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付している。
【０１１２】
図１１に示す液体吐出ヘッドは、基本的には図１に示した液体吐出ヘッドと同じであるが、素子基板１に可動部材６が設けられており、この可動部材６の一部にセンサ６３を構成している点が異なる。
【０１１３】
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、半導体ウェハプロセスを利用して形成された片持ち梁状の薄膜である。この可動部材６は、液体の吐出動作によって共通液室８から可動部材６を経て吐出口５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。図１１に示した例では、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。
【０１１４】
上記構成に基づき、発熱体２を発熱させると、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６は図１１に破線で示されるように、支点６ａを中心に吐出口５側に大きく開くように変位する。可動部材６の変位もしくは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５から液体が吐出する。
【０１１５】
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。
【０１１６】
一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部材６も最終的には図１１に実線で示した初期位置に復帰する。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、液流路７への液体の充填（リフィル）が行われるが、この液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効率よく合理的かつ安定して行われる。
【０１１７】
以上が、可動部材６を有する液体吐出ヘッドの動作原理であるが、図１１に示した例では、可動部材６が素子基板１の表面に形成された部材であることを利用して、可動部材６の一部の特に素子基板１から離れている部位にセンサ６３を構成している。つまり、可動部材６そのものを立体構造部として用い、可動部材６内に、図６に示したような検出部１３２及び配線１３３、または図７に示したような検出部１３２ａ、基準部１３２ｂ及び配線１３３ａ，１３３ｂが形成されている。
【０１１８】
このように可動部材６の一部にセンサ６３を構成することで、前述したのと同様に、液流路７の壁面での液体の流れの淀みや、素子基板１の発熱の影響が少ない状態で、液体の状態等を検出することができる。しかも、可動部材６を有するので、液体の根本的な吐出特性及びリフィル効率を向上させることができる。
【０１１９】
可動部材６への検出部等の形成位置は、素子基板１の表面から離れた位置であり液体の所望の状態等を検出できる位置であれば特に限定されるものではない。ただし、可動部材６は発熱体２と対面して設けられ、発熱体２の熱の影響を受け易いので、センサ６３が温度センサの場合には、発熱体２の熱の影響が少ない位置、例えば、発熱体２からできるだけ離れた位置、より好ましくは液体の流れ方向に関して上流側に設けたほうがよい。また、センサ６３が圧力センサである場合は、気泡の発生に伴う圧力を直接的に受ける可動部材６は、圧力センサを設ける位置として最も好ましい。
【０１２０】
ここで、素子基板１への可動部材６の形成方法の例を説明する。
【０１２１】
図１２は、図１１に示した液体吐出ヘッドへの可動部材６の形成方法の一例を説明するための図であり、図１２では、図１１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１２に基づいて説明する製造方法では、素子基板１上に可動部材６を形成してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるものとを接合することで、図１１に示した構成の液体吐出ヘッドを製造する。従って、この製造方法では、可動部材６が作り込まれた素子基板１に天板を接合する前に、天板に流路側壁が作り込まれる。
【０１２２】
まず、図１２（ａ）では、素子基板１の発熱体２側の面全体に、発熱体２との電気的な接続を行うための接続用パッド部分を保護するための第１の保護層としてのＴｉＷ膜７６をスパッタリング法によって厚さ約５０００Å形成する。なお、図示していないが、ＴｉＷ膜７６の形成前に、センサ６３（図１１参照）の配線と接続する配線、及びその保護層であるＳｉＮ膜が、素子基板１上に形成されている。
【０１２３】
次に、図１２（ｂ）では、ＴｉＷ膜７６の表面に、間隙形成部材７１ａを形成するためのＡｌ膜をスパッタリング法によって厚さ約４μｍ形成する。間隙形成部材７１ａは、後述する図１２（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。
【０１２４】
形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることで、そのＡｌ膜の、可動部材６の支持固定部に対応する部分のみを除去し、ＴｉＷ膜７６の表面に間隙形成部材７１ａを形成する。従って、ＴｉＷ膜７６表面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分が露出することになる。この間隙形成部材７１ａは、素子基板１と可動部材６との間の間隙を形成するための、Ａｌ膜からなるものである。間隙形成部材７１ａは、図１１に示した発熱体２と可動部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置を含む、ＴｉＷ膜７６の表面の、可動部材６の支持固定部に対応する部分を除く部分全てに形成されている。従って、この製造方法では、ＴｉＷ膜７６の表面の、流路側壁に対応する部分にまで間隙形成部材７１ａが形成されている。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。
【０１２５】
次に、図１２（ｃ）では、間隙形成部材７１ａの表面全体および、ＴｉＷ膜７６の、露出した面全体に、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材６を構成するＳｉＮ膜７２ａを形成する。プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜７２ａを形成する際には、図１３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。
【０１２６】
図１３に示すように、ＳｉＮ膜７２ａ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、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７１ａ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。
【０１２７】
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４６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７２ａ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。次に、図１２（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６１００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜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ＳｉＮ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。
【０１２８】
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ＳｉＮ膜７２ａをパターニングすることで、そのＳｉＮ膜７２ａの残った部分で構成される可動部材６を形成する。そのエッチング装置ではＣＦ4とＯ2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１１に示したように可動部材６の支持固定部が素子基板１に直接固定されるようにＳｉＮ膜７２ａの不要な部分を除去する。可動部材６の支持固定部と素子基板１との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料であるＴｉＷ、および素子基板１の耐キャビテーション膜の構成材料であるＴａが含まれる。
【０１２９】
ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７２ａをエッチングする際には、図１４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７１ａを接地する。これにより、ドライエッチングの際にＣＦ4ガスの分解により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７６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。
【０１３０】
図１４に示すように、ＳｉＮ膜７２ａ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８５ｂ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７１ａ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、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７１ａ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。
【０１３１】
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７１ａが接地された状態で供給管８４ａを通して反応室８３ａ内にＣＦ4とＯ2の混合ガスを供給し、ＳｉＮ膜７２ａのエッチングを行う。その際、ＣＦ4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上に電荷が発生するが、上述したように間隙形成部材７１ａ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。
【０１３２】
本実施形態では、反応室８３ａの内部に供給するガスとして、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いたが、Ｏ2が混合されていない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。
【０１３３】
以上のようにしてＳｉＮからなる可動部材６が形成されるが、この際のＳｉＮ膜７２ａの形成工程に始まる可動部材６の形成過程で、例えば図７（ｃ）〜図７（ｅ）に示すようにして、可動部材６に検出部や配線等を形成する。
【０１３４】
次に、図１２（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７６の、気泡発生領域１０およびパッドに対応する部分を除去する。
【０１３５】
以上のようにして、可動部材６が設けられた素子基板１が製造される。ここでは、図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１２（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。
【０１３６】
上述した例では、流路側壁９を天板３に形成した場合について説明したが、フォトリソグラフィプロセスを用いて、素子基板１への可動部材６の形成と同時に、流路側壁９を素子基板１に形成することもできる。
【０１３７】
以下に、素子基板１に可動部材６及び流路側壁９を設けた場合の、可動部材６及び流路側壁の形成工程の一例について、図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５及び図１６は、可動部材及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。また、図１５及び図１６に示す例においても、図１２を参照して説明した例と同様に可動部材６に検出部や配線等が形成されるものであるが、それらの形成方法については図７を用いて説明した例と同様であるので、以下の説明では、可動部材６及び流路側壁９の形成を中心に説明し、可動部材６への検出部や配線等についての説明は省略する。
【０１３８】
まず、図１５（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、不図示のＴｉＷ膜をスパッタリング法によって厚さ約５０００Å形成する。この素子基板１の発熱体２側の面に、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４μｍ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１１に示した発熱体２と可動部材６との間の気泡発生領域１０に対応する位置に、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、後述する図１６（ｂ）の工程において、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。間隙形成部材７１は、後述する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。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の発熱体２側の面や、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１６（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。
【０１３９】
さらに、ドライエッチング時には、ＣＦ4ガスの分解により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。
【０１４０】
次に、図１５（ｂ）では、間隙形成部材７１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ＳｉＮ膜７２を、間隙形成部材７１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７２を形成する際には、図１３を参照して説明したように、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。
【０１４１】
次に、図１５（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６１００Å形成した後、形成されたＡｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、ＳｉＮ膜７２表面の、可動部材６に対応する部分、すなわちＳｉＮ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。
【０１４２】
次に、図１６（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５０μｍ形成する。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（ＳｉＨ4）、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。
【０１４３】
ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜７４を形成する際には、図１３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。
【０１４４】
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、ＳｉＮ膜７４の表面の、液流路７に対応する部分を除く部分にＡｌ膜７５を形成する。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１６（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。
【０１４５】
次に、図１６（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をパターニングして流路側壁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、ＣＦ4とＯ2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すなわちマスクとして、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ＳｉＮ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Ｔａが含まれる。
【０１４６】
ここで、ドライエッチング装置を用いてＳｉＮ膜７２および２４をエッチングする際には、図１４を参照して説明したように素子基板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ＣＦ4ガスの分解により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。
【０１４７】
次に、図１６（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７５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。素子基板１と流路側壁９との密着部にも、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が含まれている。
【０１４８】
（６）液体吐出ヘッドの適用例
次に、上述した液体吐出ヘッドを搭載する液体吐出装置の概略について説明する。
【０１４９】
図１７は、本発明の液体吐出ヘッドを装着して適用することのできる液体吐出装置の一例であるインクジェット記録装置６００の概略斜視図である。
【０１５０】
図１７において、インクジェットヘッドカートリッジ６０１は、上述した液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに供給するインクを保持するインクタンクとが一体となったものである。このインクジェットヘッドカートリッジ６０１は、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア６０３，６０４を介して回転するリードスクリュ６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されており、駆動モータ６０２の動力によってキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。被記録材Ｐは、図示しない被記録材搬送手段によってプラテンローラ６０９上を搬送され、紙押え板６１０によりキャリッジ６０７の移動方向にわたってプラテンローラ６０９に対して押圧される。
【０１５１】
リードスクリュ６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１，６１２が配設されている。これらはキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知手段である。
【０１５２】
支持部材６１３は、上述のインクジェットヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面（吐出口面）を覆うキャップ部材６１４を支持するものである。また、インク吸引手段６１５は、キャップ部材６１４の内部にインクジェットヘッドカートリッジ６０１から空吐出等されて溜まったインクを吸引するものである。このインク吸引手段６１５によりキャップ内開口部６１６を介してインクジェットヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。インクジェットヘッドカートリッジ６０１の吐出口面を払拭するためのクリーニングブレード６１７は、移動部材６１８により前後方向（上記キャリッジ６０７の移動方向に直交する方向）に移動可能に設けられている。これらクリーニングブレード６１７及び移動部材６１８は、本体支持体６１９に支持されている。クリーニングブレード６１７は、この形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。
【０１５３】
液体吐出ヘッドの吸引回復操作にあたって、吸引を開始させるためのレバー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。インクジェットヘッドカートリッジ６０１の液体吐出ヘッドに設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【０１５４】
上述の構成を有するインクジェット記録装置６００は、図示しない被記録材搬送手段によりプラテンローラ６０９上を搬送される被記録材Ｐに対し、インクジェットヘッドカートリッジ６０１は被記録材Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【０１５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッドによれば、基板との境界部での液体の流れの影響やエネルギー発生素子が発する熱の影響が少ない状態で液体の状態を検出することができる。その結果、センサでの検出結果に応じて、インクの状態に合せた吐出制御が可能となり、液体を安定して吐出させることができる。また、エネルギー発生素子が、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、立体構造部の梁部材を、このエネルギー発生素子に対面して配され、気泡によって変位する可動部材とすることで、液体の吐出特性を向上させることができる。
【０１５６】
また、本発明の液体吐出ヘッド用基板の製造方法、及び液体吐出ヘッドの製造方法によれば、フォトリソグラフィ技術を用いて、上記の立体構造部として設けられたセンサを、基板上に容易に製造することができる。
【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の液流路方向に沿った断面図である。
【図２】図１に示す液体吐出ヘッドに用いられる素子基板の要部の断面図である。
【図３】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。
【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、素子基板の平面図（ａ）、及び天板の平面図（ｂ）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】本発明に適用可能な単体検出部型のセンサの一例の模式的拡大図を示す。
【図７】図６に示すセンサの製造工程の一例を説明するための図である。
【図８】本発明に適用可能な基準電極ペア型のセンサの一例の模式的拡大図を示す。
【図９】液流路内における立体構造部の配置の他の例を説明する斜視図である。
【図１０】液体の温度に応じて発熱体の駆動条件を制御する例の素子基板（ａ）および天板（ｂ）の回路構成を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態である液体吐出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。
【図１２】図１１に示した液体吐出ヘッドへの可動部材６の形成方法の一例を説明するための図である。
【図１３】プラズマＣＶＤ装置を用いて素子基板上にＳｉＮ膜を形成する方法を説明するための図である。
【図１４】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１５】素子基板上に可動部材及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１６】素子基板上に可動部材及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１７】本発明の液体吐出ヘッドを装着して適用することのできる液体吐出装置の一例であるインクジェット記録装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１    素子基板
２    発熱体
３    天板
４    オリフィスプレート
５    吐出口
６    可動部材
７    液流路
８    共通液室
９    流路側壁
１３、１３’、６３    センサ
２０    液体吐出ヘッドユニット
２１    液体吐出ヘッド
７１、７１ａ、１３７    間隙形成部材
７２、７２ａ、１３８、１４１    ＳｉＮ膜
１３１，１３１’    立体構造部
１３１ａ，１３１ａ’    支柱
１３１ｂ，１３１ｂ’    梁
１３１ｃ    開口
１３２、１３２ａ    検出部
１３２ｂ    基準部
１３３、１３３ａ、１３３ｂ    配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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