JPH10501488A

JPH10501488A - モノリシック印刷ヘッドの自己整合構造および製造プロセス

Info

Publication number: JPH10501488A
Application number: JP8531114A
Authority: JP
Inventors: シルヴァーブルック，キーア
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1998-02-10
Also published as: WO1996032285A1; AUPN234995A0; EP0765241A1

Abstract

(57)【要約】同時力ドロップオンデマンド印刷原理を使用する、印刷ヘッドの製造プロセス。この印刷ヘッドは、単一のモノリシックシリコン構造体中に多くのノズルを集積している。モノリシック印刷ヘッド中に多数のノズルを同時に形成するために、写真石版印刷および化学的エッチングのような半導体処理方法が使用される。ノズルは、シリコン基板を通してエッチングにより形成され、カラー印刷用のノズルの二次元アレーを形成することができる。この製造プロセスは、現在のＣＭＯＳ、ｎＭＯＳおよびバイポーラ半導体製造プロセスに基づいて実行することができ、現在の半導体製造施設内で製造することができる。駆動トランジスタ、シフトレジスタおよび故障許容回路を、ノズルと同じウェーハ上に形成することができる。この製造プロセスは、垂直な側壁を持つインクチャネルを形成するために、（１１０）ウェーハ上にＫＯＨを使用して、異方体湿式エッチングを使用する。ノズルバレルは、ホウ素をエッチング停止剤として使用して、同じエッチングプロセスにより形成される。このエッチングは、シリコンの結晶面に沿って行われ、その結果、簡単なエッチング装置を使用して、非常に正確で一定のエッチング角度が得られる。（１１０）結晶面に対するウェーハの整合は、標準±１度でありさえすればよい。

Description

【発明の詳細な説明】モノリシック印刷ヘッドの自己整合構造および製造プロセス技術分野本発明は、コンピュータ制御印刷装置に係り、特に単一の基板上に複数のノズルを統合する熱作動ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）印刷ヘッドの構造および製造プロセスに関するものである。発明の背景現在まで、多くの異なるタイプのディジタル制御印刷システムが発明され、多くのタイプのものが現在生産されている。これらの印刷システムは、種々の作動機構、種々のマーキング剤および種々の記録媒体を使用する。現在使用されているディジタル印刷システムの例としては、レーザ電子写真プリンタ、ＬＥＤ電子写真プリンタ、ドットマトリックスインパクトプリンタ、熱式ペーパープリンタ、フィルムレコーダ、熱式ワックスプリンタ、染料分散熱式移動プリンタおよびインクジェットプリンタ等がある。しかし、現在のところ、従来の方法が、設定に非常に費用が掛かり、特定のページを数千枚印刷する場合でなければ、商業的にほとんど引き合わないにもかかわらず、電子印刷システムが機械的印刷機に取って代わっているケースはまだまだ少ない。それ故、例えば、普通紙を使用して、高速、低コストで高品質のカラーイメージを印刷することができる改良型ディジタル制御印刷システムが求められている。インクジェット印刷は、ディジタル制御電子印刷分野での極めて優れた競争相手とされてきた。何故なら、例えば、インパクト型ではなく、騒音が少なく、普通紙に印刷でき、トナーの転写や定着を行う必要がないからである。現在までに、多くのタイプのインクジェット印刷機構が発明されてきた。これらのインクジェット印刷機構は、連続インクジェット（ＣＩＪ）またはドロップオンデマンド（ＤＯＤ）インクジェットに分類することができる。連続インクジェット印刷の歴史は古く、少なくとも１９２９年には発明されていた。ハンセルの米国特許第１、９４１、００１号参照。１９６７年のスイート他の米国特許第３、３７３、４３７号は、印刷に使用されるインクの粒子が選択的に電荷を与えられ、記録媒体に向けて偏向される、連続インクジェットノズルのアレーを開示している。この技術は、二進法偏向ＣＩＪとして周知であり、エルムジェットおよびサイテックスのような数社のメーカーが使用している。１９６６年のヘルツ他の米国特許第３、４１６、１５３号は、小さな孔を通るインクの粒子の数を変調するために、電荷を帯びたインクの粒子の流れを静電的に分散させることによって、ＣＩＪ印刷で印刷した点の濃度を光学的に変化させる方法を開示している。この技術は、イリスグラフィックス社が製造したインクジェットプリンタに使用されている。１９７０年のカイサー他の米国特許第３、９４６、３９８号は、圧電クリスタルに高電圧を掛け、クリスタルを曲げ、インクタンクに圧力を掛け、必要に応じてインクの粒子を噴出させるＤＯＤインクジェットプリンタを開示している。多くのタイプの圧電ドロップオンデマンドプリンタが次から次へと発明されたが、これら圧電プリンタは、圧電クリスタルを、曲げモード、押しモード、せん断モードおよび絞りモードで使用している。圧電ＤＯＤプリンタは、高温溶融インク（例えば、テクトロニクスおよびデータプロダクトプリンタ）を使用して、商業的に成功したが、その家庭用およびオフィス用のイメージ解像度は最高７２０ｄｐｉであった（セイコーエプソン）。圧電ＤＯＤプリンタは、広い範囲の種類のインクを使用することができるという利点を持っている。しかし、圧電印刷機構は、通常、複雑な高電圧駆動回路と容積の大きい圧電クリスタルアレーを必要とし、そのため製造が困難であり、性能の上でも不利になっている。１９７９年の遠藤他の英国特許第２、００７、１６２号は、ノズル内のインクと熱的に接触している電熱トランスジューサ（ヒータ）に、電力パルスを加える電熱ＤＯＤインクジェットプリンタを開示している。ヒータは、急速に、水をベースとしたインクを高温に加熱し、その場合、少量のインクは急速に蒸発しバブルを形成する。このようなバブルが形成されると、その結果、圧力波ができ、この圧力波はインクの粒子をヒータの基板の縁部にそって、小さな孔部から排出させる。この技術は、Ｂｕｂｂｌｅｊｅｔ^TM（日本のキャノン社の登録商標）と呼ばれ、キャノン、ゼロックスおよびその他のメーカーが製造している多くの種類の印刷システムで使用されている。１９８２年のボート他の米国特許第４、４９０、７２８号は、バブルの形成によって作動する電熱粒子排出システムを開示している。このシステムの場合、粒子はヒータの上に設置されている孔部を持つ板に形成されているノズルを通して、ヒータの基板の面に垂直な方向に排出される。このシステムは熱インクジェットと呼ばれ、ヒューレット−パッカード社が製造している。本明細書には熱インクジェットという用語は、ヒューレット−パッカード社のシステムおよびＢｕｂｂｌｅｊｅｔT^Mと通常呼ばれているシステムの両方を指すのに使用されている。熱インクジェット印刷は、通常、一つの粒子を排出するのに約２マイクロ秒中に約２０マイクロジュールを必要とする。各ヒータが１０ワットの有効電力を消費するのは、それ自身不利であるうえに、特別なインクを必要とし、ドライバエレクトロニクスが複雑になり、ヒータ素子の劣化が促進される。技術文献には、他のインクジェット印刷システムも記載されているが、現在は商業的には使用されていない。例えば、米国特許第４、２７５、２９０号は、熱パルスと水圧で、所定の印刷ヘッドノズルのアドレスを一致させることにより、インクが印刷ヘッドの下を通して、スペーサにより分離されている紙に自由に流れることができるシステムを開示している。米国特許第４、７３７、８０３号、第４、７３７、８０３号および第４、７４８、４５８号は、印刷ヘッドノズル内のインクのアドレスを熱パルスおよび静電誘引フィールドに一致させることにより、印刷シートにインクの粒子を排出させるインクジェット記録システムを開示している。上記各インクジェット印刷システムは、利点と欠点とを持つ。しかし、例えば、コスト、速度、品質、信頼性、電力利用、簡単な構造と操作、耐久性および消耗品の点で有利な改良型インクジェット印刷方法が依然として求められていることは広く知られている。発明の概要「液体インク印刷装置およびシステム」および「同時粒子選択、粒子分離印刷方法およびシステム」という名称の、本出願と一緒に提出された出願には、上記の従来技術の問題を克服するための、有意な改良を行うことができる新しい方法および装置が記載されている。これらの発明は、例えば、粒子の大きさおよび粒子の印刷場所の正確さ、達成できる印刷速度、電力利用、耐久性および遭遇する動作上の熱応力および他のプリンタ性能特性、並びに製造が容易であることおよび有益なインクの特性に関して、重要な利点を持っている。本発明の一つの重要な目的は、上記出願に開示されている構造および方法をさらに改善し、それにより印刷技術の進歩に貢献することである。それ故、本発明の一つの重要な目的は、熱作動ドロップオンデマンド印刷ヘッドの改良製造プロセス構造を提供することである。ある態様から見ると、本発明は、複数のドーピングされていないノズル領域を定義する方法で、印刷ヘッド基板をエッチング停止材料でドーピングするステップと、ドーピングされた基板材料によって定義された、複数のノズル通路を形成するために、前記基板をエッチングするステップとを有してなる、熱作動ドロップオンデマンド印刷ヘッドの製造プロセスである。他の態様からみると、本発明は、少なくとも一部はエッチング停止材料がドーピングされた基板材料を取り囲むことによって定義される複数の間隔の明いたのずる通路を有するシリコン基板を備えてなるドロップオンデマンド印刷ヘッドである。本発明の他の好適な態様は、前記基板が単結晶シリコンからなることである。本発明の他の好適な態様は、前記基板が（１１０）結晶方向の単結晶シリコンウェーハであることである。本発明の他の好適な態様は、表面層が二酸化シリコンからなることである。本発明の他の好適な態様は、ノズルチップ孔部が５０ミクロンより小さい半径で製造されていることである。本発明の他の好適な態様は、インクチャネルは、基板の｛１１１｝結晶面を露出するエッチングがされる。本発明の他の好適な態様は、異方体エッチングに使用されるエッチング剤が、水酸化カリウムを含むことである。本発明の他の好適な態様は、エッチングの停止が、シリコン基板のホウ素によるドーピングからなることである。本発明の他の好適な態様は、駆動回路がノズルと同じ基板上に形成されることである。図面の簡単な説明図１（ａ）は、本発明の一つの例示としての印刷装置の簡単なブロック図である。図１（ｂ）は、本発明のノズルチップの一例の断面図である。図２（ａ）−図２（ｆ）は、インク粒子選択の流体力学シミュレーションである。図３（ａ）は、本発明の一実施形態の作動中のノズルの有限要素流体力学シミュレーションである。図３（ｂ）は、インク粒子選択および分離の際の継続メニスカス位置である。図３（ｃ）は、インク粒子選択サイクル中の種々の点における温度である。図３（ｄ）は、種々のインク添加物に対する測定表面張力対温度曲線である。図３（ｅ）は、図３（ｃ）の温度曲線を発生させるためのノズルヒータに送られる電力パルスである。図４は、本発明を実施するための印刷ヘッド駆動回路の簡単なブロック図である。図５は、故障許容を使用もしくは使用しない、本発明の特徴を実施するＡ４ページ幅のカラー印刷ヘッド用の予想製造歩留まりである。図６は、印刷ヘッドを使用する一般化したブロック図である。図７は、エッチングにより形成された多数のノズルを持つ単一のシリコン基板である。図８（ａ）−図８（ｄ）は、印刷ヘッドの小さな断面に対するノズルのレイアウトと寸法の例である。図９（ａ）−図９（ｏ）は、本発明の簡単な製造ステップである。図１０（ａ）は、印刷ヘッドの１つの色の小さな部分のノズルの配置である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すノズルの三つの周囲の領域の詳細な拡大図である。図１１（ａ）、１１（ｃ）、１１（ｅ）、１１（ｇ）および１１（ｉ）は、種々のノズルバレルの幾何学的形状の時間対メニスカスの中心位置のグラフである。図１１（ｂ）、１１（ｄ）、１１（ｆ）、１１（ｈ）および１１（ｊ）は、種々のノズルバレルの幾何学的形状の、様々な瞬間のメニスカス形状のプロットである。好適な実施形態の詳細な説明一つの一般的な態様では、本発明は、ドロップオンデマンド印刷機構からなり、そこでは、印刷に使用されるインク粒子を選択する手段が、選択されたインク粒子と、選択されていないインク粒子との間の位置関係を変えるが、これは、インク粒子がインクの表面張力に打ち勝ち、インクの本体から分離するには不十分であり、さらに、インク本体から、選択されたインク粒子を分離させるために別の手段が使用されている。インク粒子選択手段をインク粒子分離手段から分離すると、どのインク粒子を印刷に使用するのかを選択するのに必要なエネルギーが有意に低減する。インク粒子選択手段だけを、各ノズルに対する個々の信号によって駆動すればよいからである。インク粒子分離手段は、電界または条件に応じて、すべてのノズルに同時に使用することができる。インク粒子選択手段は、下記のリストから選択することができるが、リストに記載されているものだけに限定されるわけではない。１）圧力が掛けられているインクの表面張力の電熱低減２）インク粒子の排出を起こさせるには不十分なバブル体積による、電熱バルブの発生３）インク粒子を排出させるには不十分な容積の変化を持つ圧電４）各ノズルに一つの電極を使用する静電吸引インク粒子分離手段は、下記のリストから選択することができるが、リストに記載されているものだけに限定されるわけではない。１）近接（印刷ヘッドに近接している記録媒体）２）振動インク圧による近接３）静電吸引４）磁気吸引「ＤＯＤ印刷技術の目標」テーブルは、ドロップオンデマンド印刷技術のいくつかの望ましい特性を示す。このテーブルはまた、それにより本明細書に記載したいくつかの実施形態、または本発明に関連する他の出願に記載されているいくつかの実施形態が使用し、それにより従来技術を改良したいくつかの方法を表示している。ＤＯＤ印刷技術の目標熱的インクジェット（ＴＩＪ）および圧電インクジェットシステムの場合には、選択したインク粒子が確実にインクの表面張力に打ち勝ち、インク本体から分離し、記録媒体に吹き付けられるためには、インク粒子の秒速は好適には約１０メートルであることが好ましい。上記システムの電気的エネルギーを、インク粒子の運動エネルギーに変換する効率は非常に低い。ＴＩＪシステムの効率は、約０．０２％である。このことは、ＴＩＪ印刷ヘッド用の駆動回路は、大電流を切り替えなければならないことを意味する。圧電インクジェットヘッド用の駆動回路は、大電圧を切り替えなければならないか、または大きな容量性の負荷を切り替えなければならない。ページ幅のＴＩＪ印刷ヘッドの全消費電力は、非常に高い。１秒間に１つの４カラーブラックイメージを印刷する、８００ｄｐｉのＡ４全カラーページ幅のＴＩＪ印刷ヘッド印刷は、約６キロワットの電力を消費するが、その大部分は無駄な熱になる。この熱を除去するのが難しいので、ローコストで、高速、高解像度の小型のページ幅ＴＩＪ／ステムの生産がなかなかうまくいかない。本発明の実施形態の一つの重要な特徴は、印刷に使用するインク粒子の選択に必要なエネルギーを有意に低減する手段である。上記のエネルギーの低減は、インク粒子を選択するための手段は、選択したインク粒子を確実にインク本体から分離し、また記録媒体上にドットを形成するための手段から分離することによって達成される。インク粒子選択手段だけは、各ノズルに対する個々の信号によって駆動しなければならない。インク粒子分離手段は、すべてのノズルに同時に適用されるフィールドまたはコンディションとなる。「インク粒子選択手段」を示すテーブルには、本発明のインク粒子を選択するための可能な手段がいくつか表示されている。インク粒子選択手段は、選択されたインク粒子の位置を十分に変化させるのに必要であり、それにより、インク粒子分離手段は、選択されたインク粒子を、選択されなかったインク粒子から区別することができるわけである。インク粒子選択手段他のインク粒子選択手段も、使用することができる。水をベースとするインク用の好適なインク粒子選択手段は、方法１：「圧力下のインクの表面張力を電熱により低減する」方法である。このインク粒子選択手段は、他のシステムと比較すると、多くの利点を持つ。その利点としては下記のものが含まれる。すなわち、動作電力が低いこと（ＴＩＪの約１％）、ＣＭＯＳＶＬＳＩチップ製造法と互換性を持っていること、動作電圧が低いこと（約１０Ｖ）、ノズル密度が高いこと、低温で動作できること、および適当なインク組成の範囲が広いことである。インクの表面張力は、温度の上昇に従って、低下しなければならない。高温溶融インクまたはオイルをベースとするインク用の好適なインク粒子選択手段は、方法２：「変動インク圧とともに、インクの粘度を電熱により下げる」方法である。上記インク粒子選択手段は、温度の上昇と共に、粘度が大幅に低下するが、表面張力は少ししか低下しないインクと一緒に使用するのに特に適している。特に、比較的高い分子量を持つ非極性インクキャリヤの場合に適している。これは特に、高温溶融インクおよびオイルをベースにしているインクの場合に適している。「インク粒子分離手段」を示すテーブルには、選択されたインク粒子をインク本体から分離し、選択したインク粒子により、印刷媒体上にドットを形成するのに使用することができるいくつかの方法が示されている。インク粒子分離手段は、選択されなかったインク粒子が、印刷媒体上に絶対にドットを形成しないようにするために、選択されたインク粒子を選択されなかったインク粒子から区別する。インク粒子分離手段他のインク粒子分離手段も使用することができる。好適なインク粒子分離手段は、用途によって変わる。ほとんどの用途の場合には、方法１：「静電誘引」または方法２：「交流電界」が最も適している。平滑なコーティングが行われた紙またはフィルムが使用され、非常な高速が絶対必要ではない場合には、方法３：「近接」が適当である。高速、高品質を必要とする場合には、方法４：「転送近接」を使用することができる。方法６：「磁気誘引」は、印刷媒体が、近接印刷に対してあまりにざらざらしていて、静電インク粒子分離用に必要な高電圧が望ましくない、ポータブル印刷システムに適している。すべての用途に適用できるはっきりした「最善の」インク粒子分離手段はない。本発明の種々のタイプの印刷システムのより詳細な説明は、その開示が参考文献として本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日付けの下記のオーストラリアの特許明細書に記載されている。すなわち、「液体インク故障許容印刷機構」（出願番号：ＰＮ２３０８）「印刷の際の電熱インク粒子選択」（出願番号：ＰＮ２３０９）「印刷媒体近接による印刷の際のインク粒子分離」（出願番号：ＰＮ２３１０「ヘッドと媒体の間の距離を変化させることによる、近接印刷におけるインク粒子の大きさの調整」（出願ＰＮ２３１１）「音響インク波を使用する増大近接印刷」（出願番号：２３１２）「印刷における静電インク粒子分離」（出願番号：ＰＮ２３１３）「近接印刷における多重同時インク粒子サイズ」（出願番号：ＰＮ２３２１）「熱作動印刷ヘッドの自己冷却動作」（出願番号：ＰＮ２３２２）「熱的粘度低減印刷」（出願番号：ＰＮ２３２３）図１（ａ）は、本発明の一つの好適な印刷システムの略図である。イメージ源５２は、スキャナまたはコンピュータからのラスタイメージデータであってもよいし、ページ記述言語（ＰＤＬ）の形のアウトラインイメージデータであってもよいし、または他の形のディジタルイメージ表現であってもよい。このイメージデータは、イメージ処理システム５３によってピクセルマップされたページイメージに変換される。上記イメージ処理システムは、ＰＤＬイメージデータの場合には、ラスタイメージプロセッサ（ＲＩＰ）かも知れないし、ラスタイメージデータの場合には、ピクセルイメージ操作であるかもしれない。イメージ処理ユニット５３によって生じた連続トーンデータは、ハーフトーンである。ハーフトーン化は、ディジタルハーフトーン化ユニット５４によって行われる。ハーフトーン化されたビットマップイメージデータは、イメージメモリ７２に記憶される。プリンタおよびシステム構成によって、イメージメモリ７２は全ページメモリであったり、バンドメモリであったりする。ヒータ制御回路７１は、イメージメモリ７２からデータを読み取り、印刷ヘッド５０の一部であるノズルヒータ（図１（ｂ）の１０３）に、時変電気パルスを送る。上記パルスは適当な時間に、適当なノズルに送られ、その結果、選択されたインク粒子は、イメージメモリ７２のデータによって指定された、記録媒体５１上の適当な場所に点を形成する。記録媒体５１は、マイクロコントローラ３１５によって制御されている、ペーバー移動制御システム６６によって電子的に制御されている、ペーパー移動システム６５によって、ヘッド５０に対して移動する。図１（ａ）に示すペーパー移動システムはその略図にしか過ぎず、多くの異なる機械的構成を使用することができる。ページ幅印刷ヘッドの場合には、記録媒体５１を、定置型のヘッド５０に接触させながら移動させるのが最も便宜的な方法である。しかし、走査印刷／ステムの場合には、相互にラスタ動作が行われるように、普通ヘッド５０を軸（サブ走査方向）上にそって移動し、記録媒体５１を直行軸（主走査方向）にそって移動するのが最も便宜的な方法である。マイクロコントローラ３１５は、またインク圧レギュレータ６３およびヒータ制御回路７１を制御することができる。表面張力の低減を利用する印刷の場合には、インクは圧力が掛けられた状態でインクタンク６４に収容されている。（インク粒子が排出されない）静止状態の場合には、インク圧は表面張力に打ち勝って、インク粒子を排出するほどまだ十分高くない。インク圧レギュレータ６３の制御の下で、インクタンク６４に圧力を加えることによって、インクに一定の圧力を加えることができる。別の方法としては、大型の印刷システムの場合には、ヘッド５０上の適当な高さのところに、インクタンク６４のインク頂面を設定することによって、インク圧を非常に正確に発生し、制御することができる。インクレベルは、簡単なフロート弁（図示せず）により調整することができる。粘度の低減を利用する印刷の場合には、インクはインクタンク６４に収容されていて、インク圧は振動により与えられる。この振動を発生するための手段としては、インクチャネル（図示せず）に実装されている圧電アクチュエータを使用することができる。インク粒子分離手段と共に適当に配置すれば、選択されたインク粒子は、記録媒体５１上に点を形成し、一方、選択されなかったインク粒子はインク本体の一部として残る。インクは、インクチャネル装置７５によって、ヘッド５０の背面に分配される。インクは、好適にはヘッド５０のシリコン基板に彫られたスロットおよび／または孔部を通って、ノズルおよびアクチュエータが設置されている前面に流れることが好ましい。熱的選択が行われる場合には、ノズルアクチュエータは、電熱ヒータである。本発明のある種のタイプのプリンタの場合には、選択されたインク粒子をインク本体から確実に分離し、記録媒体５１の方向に確実に移動させるのに、外部霜界７４が必要になる。インクは容易に電導性を持つことができるので、手ごろな外部電界７４として、定電界を使用することができる。この場合、ペーパーガイドまたはプラテン６７を、電導性の材料で作ることができ、電界を発生する一つの電極として使用することができる。もう一方の電極としては、ヘッド５０自身を使用することができる。他の実施形態は、選択されたインク粒子と選択されなかったインク粒子とを区別するための手段として、印刷媒体の近接を使用している。小さなインク粒子の場合には、インク粒子に掛かる重力は非常に小さい。すなわち、表面張力の約１０^-4で、ほとんどの場合、重力は無視することができる。このため、印刷ヘッド５０および記録媒体５１を、局部的な重力の場に対して任意の方向に向けることができる。このことはポータブル型のプリンタにとって、重要な要件である。図１（ｂ）は、修正ＣＭＯＳプロセスを使用して製造した、本発明の単一の顕微鏡的ノズルチップの実施形態の断面の詳細な拡大図である。ノズルは基板１０１に彫られていて、この基板はシリコン、ガラス、金属または他の任意の適当な材料で作ることができる。基板が半導体でない材料でできている場合には、（無定型シリコンのような）半導体材料を基板上に配置して、表面に半導体層に集積駆動トランジスタおよびデータ分配回路を形成することができる。単結晶シリコン（ＳＣＳ）基板は、下記に記載する利点を含めて、いくつかの利点を持つ。１）高性能の駆動トランジスタ、および他の回路をＳＣＳ内に作ることができる。２）標準ＶＬＳＩ処理装置を使用して、現在の施設（工場）で印刷ヘッドを作ることができる。３）ＳＣＳは機械的強度および剛性が高い。４）ＳＣＳは高い熱伝導性を持つ。この例の場合には、ノズルは円筒形をしていて、環状のヒータ１０３を持つ。ノズルチップ１０４は、ＣＭＯＳ駆動回路の形成過程中に形成された二酸化シリコン層から作られている。ノズルチップは、窒化シリコン膜で保護されている。突出しているノズルチップは、印刷ヘッド表面上の圧力が掛かっているインク１００の接触点を制御している。印刷ヘッドの表面も、印刷ヘッドの前面を横切って、不必要にインクが広がらないように疎水化されている。多くの他の構成のノズルを使用することができ、本発明のノズルの実施形態の形、大きさおよび使用材料をいろいろに変えることができる。その上にヒータおよび駆動エレクトロニクスが形成されている基板に彫られたモノリシックなノズルは、オリフィス板を必要としないという利点を持つ。オリフィス板を使用しないですむので、製造およびを組立の際のコストを有意に節減することができる。オリフィス板を使用しないですむ最近の方法としては、ゼロックスに譲渡された堂本他の１９８６年の米国特許第４、５８０、１５８号、ヒューレット−パッカード社に譲渡されたミラー他の１９９４年の米国特許第５、３７１、５２７号に記載されている方法のような「渦巻」アクチュエータ等がある。しかし、これらの方法は、動作が複雑で、製造が難しい。本発明の印刷ヘッド用のオリフィス板を使用しない好適な方法は、アクチュエータの基板内にオリフィスを内蔵させている。このタイプのノズルは、インク粒子を分離するために種々の技術を使用している印刷ヘッドに対して使用することができる。静電インク粒子分離を使用する動作最初の例として、図２に表面張力の熱による低減および静電式インク粒子分離を使用する動作を示す。図２は、米国、イリノイ州所在のフルイドダイナミック社が販売している商業的な流体の動的シミュレーションソフトウエアパッケージであるＦＩＤＡＰを使用して行ったエネルギーの移動および流体の動的シミュレーションの結果を示す。このシミュレーションは、周囲温度が３０℃の場合の、直径が８ミクロンの熱的インク粒子選択ノズルの実施形態についてのものである。ヒータに供給された全エネルギーは、２７６ｎＪで、それぞれが４ｎＪのエネルギーを持つ６９のパルスによって与えられる。インク圧は、周囲の空気圧より１０ｋＰａ高く、３０ ℃のインクの粘度は１．８４ｃＰｓであった。インクは水をベースとするもので、温度が上昇するにつれて、表面張力を大きく低下させるために、０．１％のパルミチン酸のゾルを含む。図に示すように、ノズルの中心軸から半径方向へのノズルチップの断面の長さは４０ミクロンである。シリコン、窒化シリコン，アモルファス二酸化シリコン、結晶状二酸化シリコンを含むノズル材料内、および水をベースとするインク中を流れる熱を、それぞれの密度、熱容量、および熱伝導性を使用してシミュレートした。シミュレーションの時間的ステップは０．１マイクロ秒である。図２（ａ）は、ヒータが作動する直前の静止状態を示す。平衡状態にあり、そのため静止状態の場合には、インク圧プラス外部電界は、絶対に、周囲温度での表面張力に打ち勝つことができないので、ノズルからインクが噴出しない。静止状態の場合には、インクのメニスカスは、印刷ヘッドの表面より有意に突出しないので、そのため静電界はメニスカスに有意に集中しない。図２（ｂ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから５マイクロ秒後の５℃ 間隔の等温線を示す。ヒータが加熱すると、ノズルチップと接触しているインクは急速に加熱される。表面張力が低下すると、メニスカスの加熱された部分が冷たいインクのメニスカスに対して急速に膨張する。この状況下では、対流が起こり、この対流がこの熱をノズルチップのインクの自由面の一部上を通して急速に移動させる。この場合、熱をインクがヒータと接触していないところを通して分配しないで、インクの表面上を通して分配する必要がある。なぜなら、固体のヒータに対して粘り気のあるインクが伝わると、ヒータと直接接触しているインクが移動できなくなるからである。図２（ｃ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、１０マイクロ後毎の５℃毎の等温線を示す。温度が上昇すると、表面張力が低下し、力の平衡状態が破れる。全メニスカスが加熱されると、インクが流れ始める。図２（ｄ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、２０マイクロ秒毎の５℃毎の等温線を示す。インク圧により、インクが新しいメニスカス部分に流れ、印刷ヘッドから突き出る。静電界は、突き出た電導性のインク粒子によって集中する。図２（ｅ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、３０マイクロ秒後の５℃毎の等温線を示す。ヒータパルスの持続時間は２４マイクロ秒であるので、この等温線はヒータパルスの終了後６マイクロ秒のものである。ノズルチップは、酸化層を通しての熱伝導、および流動中のインクへの熱伝導により急速に冷却する。ノズルチップは、インクにより効果的に水冷される。静電誘引により、インク粒子の記録媒体へ向かっての加速が開始される。ヒータパルスが有意に短くなると（この場合は、１６マイクロ秒以下になると）、インクは印刷媒体の方向に加速されず、ノズルの方向に戻る。図２（ｆ）は、ヒータパルスの供給が終了してから、２６マイクロ秒後の５℃ 毎の等温線を示す。ノズルチップの温度は、周囲温度と比較した高さが５℃以下になる。これにより、ノズルチップ周囲の表面張力が増大する。ノズルからインクが引き出される速度が、ノズルを通してのインクの流れの粘度による制限値を超えると、ノズルチップの領域内のインクが「くびれ」を起こし、選択されたインク粒子がインク本体から分離する。その後、選択されたインク粒子は、外部の静電界の影響を受けながら、記録媒体に向かって移動する。その後、ノズルチップのインクのメニスカスは、静止位置に戻り、次の加熱パルスに対して次のインク粒子を選択する準備が整う。各加熱パルスに対して、一つのインク粒子が選択され、分離され、記録媒体上に点を形成する。加熱パルスは電気的に制御されているので、ドロップオンデマンドインクジェット動作を行うことができる。図３（ａ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始されてから５マイクロ秒毎の、インク粒子選択サイクル中の連続メニスカスの位置を示す。図３（ｂ）は、メニスカスの中心の点の移動を示す、メニスカスの位置対時間のグラフである。ヒータパルスはシミュレーションが開始してから１０秒後にスタートする。図３（ｃ）は、時間の経過中の、ノズルのいろいろな点での温度の合成曲線である。グラフの垂直軸は１００℃単位の温度である。グラフの水平軸は、１０マイクロ秒単位の時間である。図３（ｂ）の温度曲線は、０．１マイクロ秒毎にＦＩＤＡＰにより計算したものである。局部的な周囲温度は３０℃である。三つの点での温度履歴を示す。Ａ−ノズルチップ：不動態化層、インクおよび空気の間の接触円の温度履歴である。Ｂ−メニスカスの中間点：ノズルチップとメニスカスの中心との間のインクメニスカスの中間点上の円である。Ｃ−チップ表面：ノズルの中心から２０ミクロン離れた、印刷ヘッドの表面上の点である。温度は数度しか上がらない。このことは、能動回路をノズルに非常に接近して設置しても、温度上昇による性能または寿命の劣化は起こらないことを示している。図３（ｅ）は、ヒータに加えられる電力を示す。最適な動作を行うには、ヒータパルスの供給が開始されたときに、温度が急速に上昇しなければならず、パルスが持続している時間、温度をインクの沸点より少し低い温度に維持する必要があり、またパルスの供給が停止された場合には、温度が急速に低下しなければならない。そうするために、ヒータに供給される平均エネルギーを、パルスの持続時間中変動させる。この場合、上記変動は、それぞれが４ｎＪのエネルギーを持つ、０．１マイクロ秒のサブパルスをパルス周波数変調することによって行われる。ヒータに供給されるピーク電力は４０ミリワットで、ヒータパルスの持続時間中の平均電力は、１１．５ミリワットである。この場合、サブパルス周波数は５Ｍｈｚである。この周波数は、印刷ヘッドの動作に有意な影響を与えずに、簡単に変化させることができる。もっと高いサブパルス周波数を使用すれば、ヒータに供給される電力をもっと細かく調整することができる。サブパルス周波数としては、１３．５Ｍｈｚが適当である。何故なら、この周波数はまた無線周波数の干渉（ＲＦＩ）の影響を最低限度に抑えるのに適しているからである。インク図３（ｄ）は、下記の添加剤を含む種々の水性調剤の表面張力に対する測定効果を示す。１）アテアリン酸の０．１％ゾル２）パルミチン酸の０．１％ゾル３）プルロン酸１０Ｒ５の０．１％溶液（商標：ＢＡＳＦ）４）プルロン酸Ｌ３５の０．１％溶液（商標：ＢＡＳＦ）５）プルロン酸Ｌ４４の０．１％溶液（商標：ＢＡＳＦ）６）プルロン酸Ｐ６５の０．１％溶液（商標：ＢＡＳＦ）本発明の印刷システムに適するインクは、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている下記のオーストラリア特許明細書に開示されている。「マイクロ乳剤に基づくインク組成物」（１９９５年９月６日出願、出願番号：ＰＮ５２２３）「界面活性剤ゾルを含むインク組成物」（１９９５年９月６日出願、出願番号：ＰＮ５２２４）「インク粒子選択温度ゾルに近いクラフト点を持つ、ＤＯＤプリンタ用のインク組成物」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２４０）「マイクロ乳剤をベースとする、インクの染料および顔料」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２４１）粘度の低下を使用する動作二番目の例として、高温溶融インクと組み合わせて、粘度の熱的低下および近接インク粒子選択を使用する実施形態の動作を以下に説明する。プリンタを作動する前に、インクタンク６４内で固体のインクの溶融が行われる。インクタンク、印刷ヘッドへのインクの通路、インクチャネル７５および印刷ヘッド５０は、インク１００が液状になっているが、比較的粘度が高い（例えば、約１００ｃＰ）状態に保持される温度に保たれる。インク１００は、インクの表面張力によりノズル中に保持される。インク１００は、温度が上昇するにつれて粘度が下がるように調製される。インク圧は、ノズルからのインク粒子排出周波数の整数倍の周波数で変動する。インク圧が変動するので、ノズルチップのインクのメニスカスは変動するが、インクの粘度が高いのでこの変動は小さい。通常の動作温度では、この変動はインク粒子を分離させるには不十分な振幅しか持っていない。ヒータ１０３をオンにすると、選択されたインク粒子を形成するインクが加熱され、粘度が好適には５ｃＰ以下であることが好ましい数値まで下がる。粘土が低下すると、その結果として、インク圧サイクルの高圧部分の間に、インクのメニスカスはさらに移動する。記録媒体５１は、選択されたインク粒子が、記録媒体５１に接触するには印刷ヘッド５０に十分に近接して配置されているが、選択されなかったインク粒子が、記録媒体５１に接触しないように、十分な距離を置いて設置されている。記録媒体５１と接触すると、選択されたインク粒子の一部がフリーズし、記録媒体に付着する。インク圧が下がると、インクはノズルに戻り始める。インク本体は記録媒体上にフリーズするインクから分離している。その後、ノズルチップのインク１００のメニスカスは、低い変動振幅に戻る。残りの熱がバルクインクおよび印刷ヘッドに逃げるので、インクの粘度は静止時のレベルまで上がる。一つのインク粒子が選択され、分離され、各ヒートパルス毎に記録媒体５１上に点を形成する。ヒートパルスは電気的に制御されているので、ドロップオンデマンドインクジェット動作を行うことができる。印刷ヘッドの製造本発明のモノリシック印刷ヘッドの製造プロセスは、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「モノリシック印刷ヘッド」（出願番号：ＰＮ２３０１）「モノリシック印刷ヘッド用の製造プロセス」（出願番号：ＰＮ２３０２）「印刷ヘッド用の自己整合ヒータ」（出願番号：ＰＮ２３０３）「集積４色印刷ヘッド」（出願番号：ＰＮ２３０４）「モノリシック印刷ヘッドでの電力要件の軽減」（出願番号：ＰＮ２３０５）「異方性ウエットエッチングを使用する、モノリシック印刷ヘッドのための製造プロセス」（出願番号：ＰＮ２３０６）「モノリシックドロップオンデマンド印刷ヘッドへのノズルの設置」（出願番号：ＰＮ２３０７）「モノリシック印刷ヘッド用のヒータ構造体」（出願番号：ＰＮ２３４６）「モノリシック印刷ヘッド用の電源接続」（出願番号：ＰＮ２３４７）「近接印刷ヘッド用の外部接続」（出願番号：ＰＮ２３４８）「モノリシック印刷ヘッド用の自己整合製造プロセス」（出願番号：ＰＮ２３４９）「印刷ヘッドのＣＭＯＳプロセス互換製造」（１９９５年９月６日出願、出願番号：ＰＮ５２２２）印刷ヘッドの制御本発明のページイメージデータを供給し、印刷ヘッドのヒータ温度を制御する方法は、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「印刷ヘッドの集積駆動回路」（出願番号：ＰＮ２２９５）「液体インク故障許容印刷用のノズル清掃手順」（出願番号：ＰＮ２２９４）「印刷システムの温度に対するヒータ電力補償」（出願番号：ＰＮ２３１４）「印刷システムの熱的遅れに対するヒータ電力補償」（出願番号：ＰＮ２３１５）「印刷システムの印刷密度に対するヒータ電力補償」（出願番号：ＰＮ２３１６）「印刷ヘッドの温度パルスの正確な制御」（出願番号：ＰＮ２３１７）「モノリシック印刷ヘッドのデータ分配」（出願番号：ＰＮ２３１８）「ＬＩＦＴ印刷システム用のページイメージおよび故障許容ルーティング装置」（出願番号：ＰＮ２３１９）「印刷ヘッド用の取り外し可能な圧力下の液体インクカートリッジ」（出願番号：ＰＮ２３２０）印刷ヘッド用のイメージ処理本発明の印刷システム一つの目的は、オフセット印刷を使用して印刷した、人々が高品質のカラー刊行物で見慣れているのと、同じ高品質の印刷を行うことである。この目的は、約１，６００ｄｐｉの印刷解像度を使用することによって、達成することができる。しかし、１，６００ｄｐｉ印刷は、印刷が難しく、高価である。シアンおよびマジェンタに対して、ピクセル当たり２ビットを使用し、黄および黒に対してピクセル当たり１ビットを使用して、８００ｄｐｉ印刷を使用すれば、同じような高品質の印刷を行うことができる。本明細書では、このカラーモデルをＣＣ’ＭＭ’ＹＫと呼ぶ。高品質のモノクロイメージの印刷が必要な場合には、黒に対して、ピクセル当たり２ビットを使用することができる。本明細書では、このカラーモデルをＣＣ’ＭＭ’ＹＹＫ’と呼ぶ。本発明の／ステムおよび他の印刷システムに適するカラーモデル、ハーフトーン化、データ圧縮、およびリアルタイム拡張システムは、その開示内容が参考文献として、本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「２レベルカラー印刷用の４レベルインクセット」（出願番号：ＰＮ２３３９）「ページイメージ用の圧縮システム」（出願番号：ＰＮ２３４０）「圧縮ページイメージ用のリアルタイム拡張装置」（出願番号：ＰＮ２３４１）「ディジタルカラープリンタ用の大容量圧縮文書イメージ」（出願番号：ＰＮ２３４２）「テキスト存在中の改良ＪＰＥＧ圧縮」（出願番号：ＰＮ２３４３）「圧縮ページイメージ用の拡張およびハーフトン化装置」（出願番号：ＰＮ２３４４）「イメージのハーフトーン化の改良」（出願番号：ＰＮ２３４５）本発明の印刷ヘッドを使用する出願本発明の印刷装置および方法は、下記の広い範囲の用途に適しているが、（これに限定されない）。オフィスでのカラーおよびモノクロ印刷；短期間のディジタル印刷；高速ディジタル印刷；プロセスカラー印刷；スポットカラー印刷；オフセットプレス補足印刷；走査印刷ヘッドを使用する低コストプリンタ：ページ幅の印刷ヘッドを使用する高速プリンタ；ポータブル型のカラーおよびモノクロプリンタ；カラーおよびモノクロ複写機；カラーおよびモノクロファクシミリ；プリンタ、ファクシミリおよび複写機一体型マシン；ラベル印刷；大型書式プロッタ；写真複写；ディジタル写真処理用プリンタ；ディジタル「インスタント」カメラに組み込まれたポータブルプリンタ；ビデオ印刷；光学ＣＤイメージの印刷；「個人用ディジタルアシスタント」用ポータブルプリンタ；壁紙印刷；室内看板印刷；掲示板印刷：および布地印刷本発明の印刷システムは、その開示内容が参考文献として、本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「大容量ディジタルページイメージ記憶装置を備えた、オフィス用高速カラープリンタ」（出願番号：ＰＮ２３２９）「大容量ディジタルページイメージ記憶装置を備えた、短期間ディジタルカラープリンタ」（出願番号：ＰＮ２３３０）「印刷技術を使用するディジタルカラー印刷機」（出願番号：ＰＮ２３３１）「モジュラディジタル印刷機」（出願番号：ＰＮ２３３２）「高速ディジタル布地プリンタ」（出願番号：ＰＮ２３３３）「カラー写真コピーシステム」（出願番号：ＰＮ２３３４）「印刷システムを使用する高速カラー写真複写機」（出願番号：ＰＮ２３３５）「印刷技術を使用するポータブルカラー写真複写機」（出願番号：ＰＮ２３３６）「印刷技術を使用する写真処理システム」（出願番号：ＰＮ２３３７）「印刷システムを使用する普通紙ファクシミリ」（出願番号：ＰＮ２３３８）「内蔵プリンタ付きの写真ＣＤシステム」（出願番号：ＰＮ２２９３）「印刷技術を使用するカラープロッタ」（出願番号：ＰＮ２２９１）「内蔵印刷システムを備えたノートブックコンピュータ」（出願番号：ＰＮ２２９２）「印刷システムを使用するポータブルプリンタ」（出願番号：ＰＮ２３００）「オンラインデータベース質問およびカスタム化されたマガジン印刷付きのファクシミリ」（出願番号：ＰＮ２２９９）「ミニアチュアポータブルカラープリンタ」（出願番号：ＰＮ２２９８）「印刷システムを使用する、カラービデオプリンタ」（出願番号：ＰＮ２２９６）「印刷システムを使用する、内蔵プリンタ、複写機、スキャナおよびファクシミリ」（出願番号：ＰＮ２２９７）環境条件に対する印刷ヘッドの補償ドロップオンデマンド印刷システムのインク粒子は、一定で予測することができる大きさと位置を持っていることが望ましい。インク粒子の大きさおよび位置が不必要な変動を起こすと、それにより印刷の光学的密度が変動し、目に映る印刷の品質が劣化する。上記変動は通常のインク粒子の量およびピクセルの間隔に関して、それぞれ小さなものでなければならない。多くの環境変数は、それらの影響を無視することができる程度にまで低減するために、補償することができる。ノズルヒータに供給される電力を変化させることによって、いくつかの要因の能動的補償を行うことができる。印刷ヘッドの一実施形態の最適の温度分布は、ノズルチップの能動領域の排出温度へ瞬間的に上昇させること、パルスの持続期間、この領域を排出温度に維持すること、および、周囲温度へのこの領域の瞬間的な温度降下を含む。この最適状態は、本発明のノズルの製造に使用される種々の材料の蓄積熱容量および熱伝導性のために達成することができない。しかし、印刷ヘッドの有限要素シミュレーションを反復修正することによって得ることができる曲線を使用して、電力パルスを整形することにより、性能を改善することができる。ヒータに供給される電力は、下記のものを含むが、それに限定されない種々の技術によって、時間変化させることができる。１）ヒータに供給される電圧の変化２）一連の短いパルスの幅の変調（ＰＷＭ）３）一連の短いパルスの周波数の変調（ＰＦＭ）正確な結果を得るためには、自由面のモデル化による遷移流体動的シミュレーションを行う必要がある。何故なら、インク内の対流およびインクの流れが、特定の電力曲線により達成した温度に有意の影響を与えるからである。印刷ヘッド基板上に適当なディジタル回路を組み込むことによって、各ノズルに供給される電力を実際に個々に制御することができる。この制御を行う一つの方法は、印刷ヘッドチップを横切って、種々の異なるディジタルパルストレインを「広く伝播し」、多重化回路を使用して、各ノズルに対して適当なパルストレインを選択するという方法である。以下の「環境要因に対する補償」表に、補償することができる環境要因の一例を示す。この表は、（合成多重チップ印刷ヘッド内の各チップに対して）チップ毎、およびノズル毎の、（印刷ヘッド全体に対して）どの環境要因が全体として最もよく補償することができるかを示す。環境要因の補償大部分の用途の場合、これら変数全体を補償する必要はない。ある変数の持つ影響は少なく、非常に高いイメージの品質が必要な場合にだけ、補償する必要がある。印刷ヘッド駆動回路図４は、本発明のヘッド駆動回路の一例の電子的動作を示す、簡単なブロック図である。この制御回路は、ヒータ電力変調を行うために、印刷ヘッドに加えられる電源電圧のアナログ変調を使用し、各ノズルに供給される電力の個々の制御は行わない。図４は、ＣＣ’ＭＭ’ＹＫカラーモデルを使用して、プロセスカラーを印刷する８００ｄｐｉページ幅印刷ヘッドを使用する、システムのブロック図を示す。印刷ヘッド５０は、全部で７９、４８８のノズルを持ち、そのうち３９、７４４は主ノズルであり、３９，７４４は冗長ノズルである。主ノズルおよび冗長ノズルは、六つの色に分けられ、各色は８の駆動相に分けられる。各駆動相は、ヘッド制御ＡＳＩＣ４００からのシリアルデータを、ヒータ駆動回路をイネーブルするためのパラレルデータに変換する、ソフトレジスタを持つ。全部でシフトレジスタの数は９６であり、各ソフトレジスタは、８２８のノズルに対してデータを供給する。各ソフトレジスタは、８２８のシフトレジスタ段２１７からなり、その出力は、ＮＡＮＤゲート２１５によって、相イネーブル信号と論理的に論理積される。ＮＡＮＤゲート２１５の出力は、反転用バッファ２１６を駆動し、反転バッファは、駆動トランジスタ２０１を制御する。駆動トランジスタ２０１は、電熱ヒータ２００を作動させるが、この電熱ヒータとしては、図１（ｂ）に示すヒータ１０３を使用することができる。イネーブルパルス中、シフトしたデータを有効に維持するには、シフトレジスタへのクロックを停止し、イネーブルパルスがクロックストッパ２１８により能動状態になる。図面を簡単にするために、このクロックストッパは単一のゲートで図示してあるが、好適には、任意の範囲の周知のグリッチフリークロック制御回路であることが好ましい。シフトレジスタのクロックを停止させることは、印刷ヘッド内のパラレルデータラッチの必要性をなくすが、ヘッド制御ＡＳＩＣ４００内の制御回路が少し複雑になる。データは、故障状態バスの適当な信号の状態次第で、データルータ２１９によって、主ノズルまたは冗長ノズルのどちらかに送られる。図４に示す印刷ヘッドは、単純化したもので、ブロック故障許容のような生産性を改善するための種々の手段は図示されていない。異なる構成の印刷ヘッド用の駆動回路は、本明細書に開示してある装置から容易に作ることができる。記録媒体上に印刷するドットのパターンを表すディジタル情報は、図１（ａ）のイメージメモリ７２と同じものであってもよい、ページまたはバンドメモリ１５１３内に記憶される。単色のドットを表す３２ビット語内に含まれるデータは、アドレスマルチプレクサ４１７によって選ばれたアドレスおよびメモリインタフェース４１８が発生した制御信号により、ページまたはバンドメモリ１５１３から読み出される。上記アドレスは、アドレス発生装置４１１により発生し、このアドレス発生装置は、「パーカラー回路」４１０の一部を形成し、６色の構成部分のそれぞれに対して一つの回路が使用されている。アドレスは、印刷ヘッドに対するノズルの位置に基づいて発生する。ノズルの相対的な位置は、印刷ヘッドが異なると違ってくるので、アドレス発生装置４１１は、好適にはプログラム可能であることが好ましい。アドレス発生装置４１１は、通常主ノズルの位置に対応するアドレスを発生する。しかし、欠陥のあるノズルがある場合には、欠陥を持つノズルのブロックの位置を、欠陥マップＲＡＭ４１２内にマークすることができる。欠陥マップＲＡＭ４１２は、ページが印刷されるときに読み出される。メモリがノズルのブロックに欠陥があることを示している場合には、アドレス発生装置４１１が、冗長ノズルの位置に対応するアドレスを発生するように、アドレスの変更が行われる。ページまたはバンドメモリ１５１３から読みき出されたデータは、ラッチ４１３によりタッチされ、マルチプレクサ４１４によって四つのシーケンシャルなバイトに変換される。これらのバイトのタイミングは、ＦＩＦＯ４１５により、他の色を表すデータのタイミングと整合するように調整される。その後、このデータは、バッファ４３０によりバッファされ、印刷ヘッド５０への４８ビットの主データバスを形成する。印刷ヘッドが、ヘッド制御ＡＳＩＣから比較的遠い場所に位置している場合、データはバッファされる。欠陥マップＲＡＭ４１２からのデータも、ＦＩＦＯ４１６に対する入力を形成する。このデータのタイミングは、ＦＩＦＯ４１５のデータ出力と整合され、バッファ４３１によってバッファされ、欠陥状態バスを形成する。プログラム可能な電源３２０は、印刷ヘッド５０に対して電力を供給する。電源３２０の電圧は、ＲＡＭとＤＡＣとの組み合わせ（ＲＡＭＤＡＣ）３１６の一部を形成している、ＤＡＣ３１３によって制御される。ＲＡＭＤＡＣ３１６は、二重ポートＲＡＭ３１７を含む。二重ポートＲＡＭ３１７の内容は、マイクロコントローラ３１５によってプログラムされる。温度は、二重ポートＲＡＭ３１７の内容を変更することによって補償される。上記数値は、熱センサ３００によって感知された温度に基づいて、マイクロコントローラ３１５によって計算される。熱センサ３００からの信号は、アナログ−ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）３１１に送られる。ＡＤＣ３１１は、好適にはマイクロコントローラ３１５内に設置することが好ましい。ヘッド制御ＡＳＩＣ４００は、熱的遅れ補償および印刷密度に対する制御回路を含む。熱的遅れの補償を行うには、ヘッド５０への電源電圧は、ヒータに対するイネーブルパルスと同期している急速な時変電圧でなければならない。このことは、上記電圧を発生するためのプログラム可能な電源３２０を、プログラムすることによって行われる。アナログ時変プログラミング電圧は、二重ポートＲＡＭ３１７から読み出されたデータに基づいて、ＤＡＣ３１３が発生する。データは、カウンタ４０３が発生したアドレスに従って読み出される。カウンタ４０３は、一つのイネーブルパルスの周期の間に、アドレスの一つの完全なサイクルを発生する。同期は確実に行われる。何故なら、カウンタ４０３は、システムクロック４０８によってクロック制御され、カウンタ４０３の最大の数値はイネーブルカウンタ４０４を、クロック制御するのに使用されるからである。その後、イネーブルカウンタ４０４からのカウントは、デコーダ４０５によって解読され、バッファ４３２によってバッファされ、ヘッド５０に対するイネーブルパルスが発生する。カウントの状態の数が、一つのイネーブルパルス中のクロック周期の数より少ない場合には、カウンタ４０３が、プリスケーラを含む場合がある。ヒータの熱的遅れを正確に補償するには、１６の電圧状態を使用するのが適当である。上記１６の電圧状態は、カウンタ４０３と二重ポートＲＡＭ３１７との間の、４ビットの接続を使用して指定することができる。しかし、これらの１６の電圧状態は、時間間隔を直線的にとることはできない。これら電圧状態の時間的間隔を非直線的にしてもよいように、カウンタ４０３は、自らが非直線的にカウントすることができるように、ＲＯＭまたは他の装置を含むことができる。他の方法としては、１６以下の電圧状態を使用することもできる。印刷密度を補償するために、各イネーブル周期中に、（「オン」ピクセル）インク粒子が印刷されるピクセルの数をカウントして、印刷密度が検出される。「オン」ピクセルは、オンピクセルカウンタ４０２によってカウントされる。８のイネーブル相のそれぞれに対して、一つのオンピクセルカウンタ４０２が使用される。本発明による印刷ヘッド内のイネーブル相の数は、設計によって違ってくる。イネーブル相の数が２の累乗である必要はないが、よく使用される数は４、８および１６である。オンピクセルカウンタ４０２は、１ニブルのデータのビットの中のいくつがオンになっているかを判断する、組み合わせ論理ピクセルで構成することができる。その後、この数字は、加算器４２１およびアキュミュレータ４２２によって累算される。ラッチ４２３は、イネーブルパルスの持続時間中、累算された数値を有効に保持する。マルチプレクサ４０１は、イネーブルカウンタ４０４によって決定された、現在のイネーブル相に対応するラッチ４２３の出力を選択する。マルチプレクサ４０１の出力は、二重ポートＲＡＭ３１７の一部を形成する。「オン」ピクセルの数の正確なカウントは必要ではなく、このカウントの最上位の四つのビットで十分である。熱的遅れ補償アドレスの４ビットと、印刷密度補償アドレスの４ビットとを組み合わせるということは、二重ポートＲＡＭ３１７は、８ビットのアドレスを持つことを意味する。このことは、二重ポートＲＡＭ３１７は、二次元のアレーである２５６の数字を含むことを意味する。これら二つの次元は、（熱的遅れ補償に対する）時間と、印刷密度である。第三の次元、温度を含めることもできる。印刷ヘッドの周囲温度は、ゆっくりとしか変化しないので、マイクロコントローラ３１５は、現在の温度で熱的遅れおよび印刷密度を補償する２５６の数字のマトリックスを計算するのに十分な時間がある。周期的に（例えば、１秒間に数回）、マイクロコントローラは、現在の印刷ヘッドの温度を感知し、このマトリックスを計算する。印刷ヘッド５０へのクロックは、ヘッドクロック発生装置４０７によって、システムクロック４０８から作られ、バッファ４０６によって、バッファされる。ヘッド制御ＡＳＩＣの試験を容易にするために、ＪＴＡＧ試験回路４９９を設置することができる。「熱的インクジェットと本発明との比較」の表には、本発明による印刷の種々の態様と熱的インクジェット印刷技術との比較が行われている。本発明と熱的インクジェット技術とを直接比較したのは、両方とも熱的アクチュエータおよび液体インクを使用して動作するドロップオンデマンドシステムであるからである。両者は類似しているように見えるが、二つの技術は異なる原理により動作している。熱的インクジェット技術はすべて、同様の基本的な動作原理を使用している。電気抵抗加熱により発生した熱インパルスにより、液体インク中にバブルが突発的に形成される。急速で継続的なバブルは、インクを過熱することによって形成され、その結果、バブルの形成が完了する以前に十分な熱がインクに伝えられる。水をベースとするインクの場合には、インクの温度は約２８０−４００℃でなければならない。バブルが形成されると、圧力波が発生し、この圧力波によりインク粒子は高速で開口から落下する。その後、バブルは壊れ、インクタンクから流れ出るインクによりノズルは再び満たされる。ノズルの密集度が高く、簡単な物理的構造で、信頼度の高いＩＣ製造技術の使用により、熱インクジェット印刷は商業的に非常な成功を収めた。しかし、熱インクジェット印刷技術は、多くの部分を精密に製造しなければならないとか、装置の歩留まり、イメージの解像度、「ペッパー」ノイズ、印刷速度、駆動トランジスタ電力、無駄な電力消費、余分なインク粒子の形成、熱応力、不均一な熱膨張、キャビテーション、修正拡散およびインク調整が難しいことなどのかなり困難な技術的な問題に当面することになる。本発明の熱的印刷は、熱インクジェット印刷の多くの利点を持ち、熱インクジェット技術の特有の問題の多くを完全または実質的に解決している。熱インクジェットと本発明との比較歩留まりおよび故障許容ほとんどの場合、製造時に完全に機能しない時には、モノリシック集積回路は修理することができない。ウェーハから生産される動作装置の動作する百分率を歩留まりと呼ぶ。歩留まりは製造コストに直接影響する。歩留まりが５％の装置は、歩留まりが５０％である同じ装置と比較すると、その生産コストは１０倍である。歩留まりの測定法は大きく分けて三つある。１）製造歩留まり２）ウェーハ選別歩留まり３）最終試験歩留まり大型のダイの場合は、全歩留まりに最も重大な影響を持つ、ウェーハ選別歩留まりが通常使用される。本発明の全ページ幅カラー印刷ヘッドは、通常のＶＬＳＩ回路と比較すると非常に大きい。ウェーハ選別歩留まりがよいということが、上記印刷ヘッドの製造のコストパフォーマンスに非常に重要なことである。図５は、本発明のモノリシック全幅カラーＡ４ヘッドの実施形態の、ウェーハ選別歩留まり対欠陥密度のグラフである。この印刷ヘッドは、長さが２１５ミリ、幅が５ミリである。非故障許容歩留まり１９８は、広く使用されている歩留まり予測法であるマーフィー法を使用して計算する。欠陥密度が、１平方センチ当たりの欠陥が一つであるという場合には、マーフィー法による歩留まりの予測は１％以下である。このことは製造した印刷ヘッドの中の９９％を廃棄しなければならないことを意味する。このような低い歩留まりは非常に望ましくない。何故なら、印刷ヘッドの製造コストは、非常に高いからである。マーフィー法は、欠陥の不均一の分布の影響を近似する。図５は、また欠陥クラスタ化係数の導入により、欠陥の集合をはっきりとモデル化する非故障許容歩留まり１９７のグラフである。欠陥クラスタ化係数は、製造の際に制御することができるパラメータではなく、製造プロセスに特有なものである。製造プロセスに関する欠陥クラスタ化係数は、約２であると予想することができ、この場合、歩留まりの予測部分はマーフィー法とよく一致する。歩留まりが低い場合の解決法は、チップ上に、欠陥のある機能ユニットと交換するために使用する、冗長機能ユニットを設置することによって、故障許容を導入する方法である。メモリチップおよび大部分のウェーハスケール集積（ＷＳＩ）装置の場合には、チップ上の冗長サブユニットの物理的な位置は重要ではない。しかし、印刷ヘッドの場合には、冗長サブユニットは、一つまたはそれ以上の印刷アクチュエータを含むことができる。これらアクチュエータは、印刷中のページに対して空間的に固定された位置関係に設置されていなければならない。欠陥を起こしたアクチュエータの印刷位置と同じ位置に、ドットを印刷させるためには、冗長のアクチュエータを、走査方向でない方向に移動させてはならない。しかし、欠陥のあるアクチュエータの代わりに、走査方向に移動する冗長アクチュエータを使用することができる。冗長のアクチュエータが、欠陥のあるアクチュエータと同じ場所にドットを必ず印刷するために、走査方向への移動を補償する目的で、冗長アクチュエータへのデータタイミングを変えることができる。すべてのノズルを交換することができるようにするためには、完全な一組のスペアノズルがなければならない。これは冗長度が１００％であるということである。１００％の冗長度を達成するには、通常二倍以上のチップ面積を必要とするが、この場合、冗長ユニットを置き換える前の一次歩留まりが非常に大きく低下し、故障許容の利点の大部分が失われてしまう。しかし、本発明の印刷ヘッドの実施形態を使用すれば、印刷ヘッドチップの最小の物理的寸法は、印刷されるページの幅、印刷ヘッドチップの脆さ、およびインクをチップの裏面に供給するインクチャネルの製造上の制限によって決まる。Ａ４サイズの紙を印刷するための全幅、フルカラーヘッドの最小の実用サイズは、約２１５ミリ×５ミリである。１．５ミクロンのＣＭＯＳ製造技術を使用すれば、チップ面積を有意に増大しないで、１００％の冗長度を達成することができる。それ故、一次歩留まりを有意に下げないで、高いレベルの故障許容を実現することができる。装置に故障許容を導入した場合、標準の歩留まりの式を使用することはできない。上記式をそのまま使わずに、故障許容の機構および程度を、特別に分析し、歩留まりの式に導入しなければならない。図５は、種々の形の故障許容を含む全幅カラーＡ４印刷ヘッドに対する故障許容選別歩留まり１９９である。そのモデル化は歩留まりの式に含まれている。このグラフは、欠陥の頻度および欠陥の集中の関数としての予測歩留まりである。図５に示す歩留まりの予測は、故障許容を完全に実行すると、ウェーハ選別歩留まりを、同一の製造条件の下で、１％以下から９０％以上へと改善することができることを示している。このように歩留まりを改善することにより、製造コストを係数１００だけ下げることができる。数千の印刷ノズルを含む印刷ヘッドの歩留まりと信頼性を改善し、それによりページ幅の印刷ヘッドを実用化するために、故障許容の導入を強く勧める。しかし、故障許容が本発明の本質的な部分であるとは考えてほしくない。ドロップオンデマンド印刷システム内の故障許容は、その開示内容が本明細書に参考文献として記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「印刷機構の集積故障許容」（出願番号：ＰＮ２３２４）「集積印刷ヘッドのブロック故障許容」（出願番号：ＰＮ２３２５）「集積印刷ヘッドの故障許容用二重ノズル」（出願番号：ＰＮ２３２６）「印刷ヘッドの欠陥ノズルの検出」（出願番号：ＰＮ２３２７）「大容積印刷ヘッドの故障許容」（出願番号：ＰＮ２３２８）印刷システムの実施形態図６は、本発明の印刷ヘッドを使用する電子印刷システムの略図である。この図は、記録媒体５１上に多数のインク粒子からなるイメージ６０を印刷する、モノリシック印刷ヘッド５０である。上記媒体は、通常紙であるが、上向き透明フィルム、クロス、またはインク粒子を受けつける多くの他の実質的に平らな面でもよい。印刷されるイメージはイメージ源５２によって供給されるが、このイメージとしては、ピクセルの二次元アレーに変換できる任意のタイプのものを使用することができる。通常のイメージ源は、イメージスキャナ、ディジタル的に記憶されたイメージ、アド−ビポストスクリプト、アド−ビポストスクリプトレベル２またはヒューレット−パッカードＰＣＬ５のようなページ記述言語（ＰＤＬ）でコード化されたイメージ、アップルクイックドロウ、アップルクイックドローＧＸまたはマイクロソフトＧＤＩのような手続き呼出に基づくラスタ化装置によって発生したページイメージ、またはＡＳＣＩＩのような電子形式のテキストである。その後、イメージデータはイメージ処理システム５３によって、特定の印刷システムに適するピクセルの二次元アレーに変換される。このイメージはカラーの場合もあり、モノクロの場合もあり、データは、通常イメージ源および印刷システムの仕様に従って、ピクセル当たり１−３２ビットを持っている。ソースイメージがページ記述である場合には、イメージ処理システムは、ラスタイメージプロセッサ（ＲＩＰ）を使用することができ、ソースイメージがスキャナからのものである場合には、二次元イメージ処理システムを使用することができる。連続トーンイメージが必要な場合には、ハーフトーン化システム５４が必要である。適当なタイプのハーフトーン化は、分散形ドット配列ディザまたはエラー拡散に基づいている。この目的に適しているものとしては、通常確率的スクリーニングまたは周波数変調スクリーニングと呼ばれる、上記ハーフトーン化システムの種々のタイプのものがある。オフセット印刷に通常使用されるハーフトーン化システム、すなわち、集合形ドット配列ディザは適していない。何故なら、この技術を使用すると、有効なイメージ解像度が不必要に無駄になるからである。ハーフトン−化システムの出力は、本発明による印刷システムの解像度を持つ、二進法のモノクロまたはカラーイメージである。二進法のイメージは、データシフトレジスタ５６に、正しい順序でピクセルデータを供給する（図４のヘッド制御ＡＳＩＣ４００に内蔵できる）データ位相回路５５によって処理される。ノズルの配置および紙の動きを補償するためには、データを正しい順序に並べなければならない。データがシフトレジスタ５６にロードされると、そのデータはヒータ駆動回路５７に並列に送られる。正しいタイミングで、駆動回路５７は、対応するヒータ５８を、パルス整形回路６１および電圧レギュレータ６２によって発生した電圧パルスに電子的に接続する。ヒータ５８は、ノズル５９の先端を加熱し、インクの物理的な特性を変化させる。インク粒子６０は、ヒータ駆動回路に供給されたディジタルインパルスに対応するパターンで、ノズルから排出される。インクタンク６４内のインクの圧力は、圧力レギュレータ６３によって調整される。選択されたインク粒子６０は、選択されたインク粒子分離手段によって、インク本体から分離され、記録媒体５１と接触する。印刷中、記録媒体５１は、紙移送システム６５によって、印刷ヘッド５０に対して連続的に移動する。印刷ヘッド５０が、記録媒体５１の印刷領域全体をカバーする幅を持っている場合には、記録媒体５１を一つの方向だけに移動させるだけでよく、印刷ヘッド５０を固定しておけばよい。もっと小型の印刷ヘッド５０が使用される場合には、ラスタ走査システムを実行する必要がある。このことは、通常記録媒体５１を長手方向に移動させながら、印刷ヘッド５０を横方向に走査することによって行うことができる。単一モノリシック印刷ヘッド内の複数のノズルオフィス用プリンタまたは写真複写装置のような装置内で使用するための新しい印刷システムは、高速で印刷できることが望ましい。１分間に６０枚のＡ４ページ（１秒間に１ページ）という印刷速度が、一般に多くの用途に適した印刷速度である。しかし、１分間に６０ページを電子制御印刷速度を達成するのは簡単なことではない。１ページを印刷するのに必要とする最短時間は、ページ上のドットの数に一つのドットを印刷するのに必要な時間を掛けたものを、同時に印刷できる各色のドット数で割ったものに等しい。実現することができる画質は、映像を作成するのに使用することができるインクドットの全数で決まる。分散ドットディジタルハーフトーン化を使用する全カラー高品質印刷の場合には、１インチ当たり約８００ドット（１ミリ当たり３１．５ドット）が要求される。紙の上のドット間の間隔は３１．７５ミクロンである。標準Ａ４ページは、２１０ミリ×２９７ミリである。１ミリ当たり３１．５ドットの場合には、モノクロ全ブリードＡ４ページに対して６１，８８６，６３２ドットが必要である。高品質プロセスカラー印刷の場合には、４色、すなわち、シアン、マジェンタ、黄色および黒が必要である。それ故、必要な全ドット数は２４７，５４６，５２８である。紙の縁部の狭いマージン内に印刷をしない場合は、この数を幾分減らすことができるが、必要な全ドット数は、依然として非常に多い。１ドットを印刷するのに要する時間が１４４マイクロ秒であり、一つの色に使用されるノズルの数が一本だけだとすると、１枚のページを印刷するのに２時間以上掛かることになる。本発明の上記印刷システムを使用して、高速高品質の印刷を行うには、多くの小さなノズルを持つ印刷／ステムが必要である。この印刷ヘッドの幅が紙の全幅をカバーするものであれば、１秒間に１枚のカラーＡ４ページを、８００ｄｐｉの速度で印刷することができる。印刷ヘッドを固定しておいて、紙を１秒周期で送ることもできる。幅２１０ミリの４色８００ｄｐｉ印刷ヘッドは、２６，４６０個のノズルを必要とする。このような印刷ヘッドは、２６，４６０本の能動ノズルと、２６，４６０本の冗長（スペア）ノズルを持つことができ、その合計数は５２，９２０本になる。シアン、マジェンタ、黄色および黒プロセスカラーのそれぞれに対するアクティブなノズルの数は、６，６１５本である。多数のノズルを持つ印刷ヘッドを、低コストで製造することができる。このような製造は、１枚のシリコンウェーハ内に、数千、数万のノズル同時に形成する半導体製造プロセスを使用して行うことができる。印刷ヘッドをいくつかの部品で製造し、それらを組み立てるという方法で製造した場合には、機械的な整合および熱膨張のばらつきについての問題を解決しなければならないが、この印刷ヘッドは１枚のシリコンから製造される。ノズルおよびインクチャネルは、エッチングによりシリコン内に形成される。ヒータ素子は、電気抵抗を持つ材料を蒸着させて、その後標準的な半導体製造プロセスを使用する写真石版印刷により形成することができる。数千のノズルを持つ印刷ヘッド上で必要とされる、多数の接続の数を減らすために、データ分配回路および駆動回路も、同様に印刷ヘッド上に集積させることができる。図７は、チップの背面から見た印刷ヘッドの一部の簡単な図であり、数本のノズルの断面を示す。基板１２０は単一のシリコン結晶から作ることができる。ノズル１２１は、例えば、半導体写真石版印刷および化学湿式エッチングまたはプラズマエッチングプロセスにより、基板内に形成される。インクは、印刷ヘッドの頂面にあるノズルから入り、基板を通って、ノズルチップ１２３から流出する。ヒータおよび駆動回路のプレーナー製造は、ウェーハの下面上でなされる。すなわち、この図においては、印刷ヘッドは、その上に能動回路が形成される表面に対して「上下を反対にした」形で図示されている。基板の厚さ１２４は、標準シリコンウェーハの厚さと同じ、すなわち、約６５０ミクロンとすることができる。印刷ヘッド幅１２５は、カラーの数、ノズルの配置、ノズル間の間隔および駆動回路および相互接続に必要なヘッド面積と関連がある。モノクロ印刷ヘッドの場合には、適当な幅は約２ミリである。プロセスカラー印刷ヘッドの場合には、適当な幅は約５ミリである。ＣＣ’ＭＭ’ＹＫカラー印刷ヘッドの場合には、適当な幅は約８ミリである。印刷ヘッドの長さ１２６は用途による。非常に低コストの印刷の場合には、１ページ全体を走査しなければならない短い印刷ヘッドを使用することができる。高速印刷の場合には、固定のページ幅のモノリシックまたは多重チップ印刷ヘッドを使用することができる。大量の紙または布に印刷する場合には、２１センチより長い印刷ヘッドが適しているけれども、印刷ヘッドの通常の長さの範囲は、１−２１センチである。異方体湿式エッチングを使用する自己整合印刷ヘッドの製造モノリシック印刷ヘッドの製造は、標準集積回路の製造方法に類似している。しかし、通常のプロセスの流れは、いくつかの方法で変更される。このことは、ノズル、ノズル用バレル、ヒータおよびノズルチップを形成する上で、非常に重要である。モノリシック印刷ヘッドは、多くの異なる半導体プロセスにより製造することができる。これらの半導体プロセスはそれぞれの場合、必要な構造体を形成するために、種々様々な方法で基本的なプロセスを変更することができる。印刷ヘッドを生産する工場を建設するコストを削減するためには、簡単なプロセスに基づいて生産することが望ましい。また、できるだけ簡単な一組の設計ルールを使用することも望ましい。何故なら、細い幅のラインを形成するのは、コストが高くつき、相当する歩留まりを達成するには、よりクリーンな環境を必要とするからである。少量生産プロセスの資本コストを最小限度に低減するには、ノズルを形成するのに必要な追加処理ステップが、低資本投資で達成し得ることが望ましい。本明細書は、ノズルの形成が行われる製造プロセスが、主として異方体湿式エッチングプロセスを使用して達成されることを開示している。結果として、高価なプラズマエッチング装置は必要とされない。本明細書に記載するプロセスは、標準半導体製造プロセスに基づいていて、１．５ミクロンのライン幅用に設計された装置を使用することができる。本質的に旧式になった石版印刷装置を使用することにより（本明細書作成時の最新のＩＣ製造装置は０．２５ミクロンのライン幅を形成することができる）、ヘッドの生産のための工場の建設コストを実質的に削減することができる。ＶＬＳＯＣＭＯＳのような低電力、高速プロセスを使用する必要もない。必要とする速度は中程度のもので、電力消費はインクジェットノズル用に必要なヒータ電力によって決まる。それ故、ｎＭＯＳのような簡単な技術が適当である。しかし、ＣＭＯＳが最も実際的な生産手段であると思われる。何故なら、１−２ミクロンのライン幅を形成するには、かなりの量の理想的なＣＭＯＳ生産能力を利用することができるからである。適当な基本的製造プロセスノズルを製造する際に必要な製造ステップは、多くの異なる半導体処理システム内に結合することができる。例えば、下記の技術を変更することによって、印刷ヘッドを製造することができる。１）ｎＭＯＳ２）ｐＭＯＳ３）ＣＭＯＳ４）バイポーラ５）ＥＣＬ６）種々のガリウム−ひ素プロセス７）ガラス基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）８）能動半導体回路なしのマイクロメカニカル製造基本的技術の選択によって、ノズルの製造能力が影響を受けることは全然といっていいほどない。まだ発明されていない半導体処理手順にノズル製造ステップを組み込む方法も、当業者にとっては明らかであろうと思われる。最も簡単な製造プロセスは、同じウェーハ上に能動半導体装置を形成しないで、シリコンマイクロメカニカル処理を使用して、ノズル製造を行う方法である。しかし、この方法は、多数のノズルを持つヘッドにとっては実用的ではない。何故なら、各ノズル毎に、ヘッドに対して、少なくとも一つの外部接続が必要になるからである。大型のヘッドの場合には、駆動トランジスタおよびデータ分配回路を、ノズルと一緒のチップ上に形成することは非常に有利である。ＣＭＯＳは、現在最も一般的な集積回路プロセスである。現在、多くのＣＭＯＳプロセスが商業的に使用されていて、その一般に使用されているライン幅は０．３５ミクロンの細さである。ＣＭＯＳは、ヘッドの製造に際して下記の利点を持つ。１）周知で特徴がよくわかっている生産プロセス。２）静止電流がほとんどゼロ。３）高い信頼性。４）ノイズが非常に小さい。５）電力供給動作レンジが広い。６）金属ライン内での電子移動が少ない。７）シフトレジスタおよび故障許容論理の回路設計がより簡単。８）ウェーハの前面から基板の接地が可能。しかし、ＣＭＯＳは、集積駆動回路を含むヘッドの製造において、ｎＭＯＳおよび他の技術と比較した場合いくつかの欠点を持つ。上記欠点としては下記のもの等がある。１）同じチップ上に、高品質のＮＭＯＳおよびＰＭＯＳを同時に形成するには、多数の処理ステップを必要とする。２）ＣＭＯＳは、ラッチアップの影響を受け易い。この問題は、ヒータ回路に必要なＶｄｄより通常高い電圧で、大きな電流が流れるために特に重要である。３）他のＭＯＳ技術と同様に、ＣＭＯＳは静電電荷による損傷を受け易い。この欠点は、入力のところに保護回路を設け、注意深く取り扱うことによって最小限度に軽減することができる。印刷ヘッドに適用できる、絶対的な「最善の」製造プロセスはない。それ故、ノズルに特有な製造ステップを、メーカの好適なプロセスに組み込む必要がある。ほとんどの場合、現在のプロセスの流れ、使用する装置、好適なホトレジストおよび好適な化学処理に対して互換性を持つものにするために、ノズル製造ステップの特有な詳細な工程に少し変更を行う必要がある。上記変更は、当業者にとっては周知のものであり本発明の範囲から逸脱しないで、行うことができる。レイアウトの例図８（ａ）は、８００ｄｐｉの４カラーヘッドの断面のレイアウトの例である。８００ｄｐｉ印刷用のノズルピッチは、３１．７５ミクロンである。図８（ａ）は、シアン、マジェンタ、黄色および黒インク用の４列のノズルを示す。これら各４列は、４つの平行なインクチャネルを含む。このインクチャネルは、ウェーハをほとんど貫通する形でエッチングにより形成され、それぞれが６４のノズルを含む。２本のインクチャネルは、主ノズル用のもので、２本のインクチャネルは、冗長ノズル用のものである。ノズルは、各インクチャネルに沿って、ピクセルの幅二つ分（６３．５ミクロン）の間隔を持つ。各カラー用の２本の主インクチャネルの中の１本は、他の主インクチャネル内のノズルからピクセル幅一つ分（３１．７ミクロン）だけオフセットしている。冗長ノズルも、同じ方法で配置されているが、オフセットはピッチ方向に行われている。インクチャネルは、印刷ヘッドの印刷領域の全長にわたって延びているわけではない。何故なら、そうすると、印刷ヘッドの機械的強度があまりにも弱くなるからである。その代わりに、６４本のノズルを含むインクチャネルは、印刷方向にジクザクに配列されている。このようにノズルをジグザグに配列すると、ノズルのオフセットを補償するような方法でノズルを駆動するために、データを供給する必要がある。このデータの供給は、適切な順序でメモリからページイメージを読み取り、そのデータを印刷ヘッドに供給するディジタル回路により達成される。短縁部のチップレイアウトに沿って、幅１００ミクロン、長さ２００ミクロンの長方形の領域が図示されている。これら領域は、データ、クロックおよびロジックパワーおよびアース用のボンディングパッドである。Ｖ'およびＶ^-ボンディングパッドは、チップの二つの長縁部に沿って延びていて、２００ミクロン幅である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示される印刷ヘッドの一つのカラー用のインクチャネルおよびノズルの拡大詳細図である。４、０６４ミリという距離は、１つのチャネル内のノズル間隔（６３．５ミクロン）の６４倍である。８、１２８ミクロンという距離は、１つのチャネル内のノズル間隔の１２８倍である。６７９０．６ミクロンという距離は、４０６４ミクロン＋２＊（１２６０ミクロン＋（５０ミクロン／ｔａｎ７０．５２°）＋（５０ミクロン／ｔａｎ５４．７４° ）＋５０ミクロン許容誤差）である。ウェーハの厚さが２５ミクロン程度変動する場合があるので、５０ミクロンの許容誤差が必要なわけである。図８（ｃ）は、単一のインクチャネルの端部の拡大詳細図である。図示の角度は、異方体エッチングプロセスによるもので、｛１１１｝結晶面の向きに由来するものである。ウェーハ全体の厚さからインクチャネルの底部の点までの距離は、１２６０ミクロンである。この距離は、ウェーハ表面に対するｔａｎ^-1（０．５）＝２６．５７°の角度を持つ（１１１）結晶面によるものである。６３０ミクロンの必要なエッチングの深さを得るためには、エッチングを行うスロットの両端部に、１２６０ミクロンの余分な長さを与えなければならない。図８（ｄ）は、図８（ｃ）の二本のノズルの拡大詳細図である。このノズルの半径は、１０ミクロンである。それ故、ノズルの直径は２０ミクロンである。ノズルバレルは点線で示す。ノズルバレルはハッキリ定義された半径を持たない。何故なら、ＫＯＨエッチング用に、ホウ素拡散エッチング停止により形成されるからである。ノズルの縁部からインクチャネルの縁部までの距離は、１５ミクロンである。何故なら、ウェーハの表面は、通常（１１０）結晶面と完全に整合していないで、±１°程度変動する場合があるからである。｛１１１｝結晶面が１ °傾斜すると、インクチャネルの底部は、裏面マスクの位置から６３０ミクロン＊ｔａｎ１°＝１１ミクロンだけ変位する。図８（ｄ）のＡからＢまでの線は、図９の断面が切り取られた線である。この線は、「Ａ」面上のヒータ接続を含み、「Ｂ」面上のヒータの「垂直な」断面を通る。結晶面への整合この節に記載する製造プロセスは、エッチングを制御するために、単結晶シリコンウェーハ内の固有の結晶面を使用する。｛１１１｝面へのマスク手順の方向は、正確に制御しなければならない。シリコンウェーハ上の主要な平面の向きは、通常適当な結晶面の±１°以内の精度を持つに過ぎない。マスクおよび製造プロセスの設計の際には、この角度の許容範囲を考慮に入れることが非常に重要である。例えば、２１５ミリの印刷ヘッドの長縁部に沿って、１本の溝をエッチングにより形成する場合、エッチング速度を制御する｛１１１｝面に対するウェーハの整合の１°の誤差は、十分なエッチング時間を掛けた場合、溝の幅において３，７５２ミクロンの誤差が生じる。整合誤差は、±０．１°またはそれ以下の必要がある。これは、未使用のウェーハの領域に、試験的な溝をエッチングによって達成することができる。ウェーハと整合させるために、溝は長く、主要な平面を使用して、（１１１）面に整合していなければならない。その後、｛１１１｝面を露出させるために、試験的溝は、５０℃で、１リットルの水に５００グラムのＫＯＨを溶かした溶液を使用して、過度にエッチングされる。この溶液は、〈１１１〉方向と比較すると、約４００倍の速さで、〈１００〉方向にシリコンをエッチングする。その後のこの溝に対する角度整合は、光学的に行うことができる。別の方法としては、ウェーハの両縁部まで延びている溝を通して、ウェーハをエッチングすることができる。こうすることにより、選択した（１１１）面と高い精度で整合しているもう一つの平面がウェーハ上にできる。この平面は、機械的な角度整合に使用することができる。ウェーハの面の向きの精度も±１°に過ぎない。しかし、ウェーハの厚さは、たった約６５０ミクロンなので、表面の整合の際に±１度の誤差がある場合には、ウェーハを貫通してエッチングを行うと、位置の誤差は最大１１．３ミクロンになる。この誤差は、エッチング用のマスクの設計に際に考慮に入れられる。製造プロセスの要約一般的にいって、本発明は、集積印刷ヘッドの製造プロセスを提供する。この印刷ヘッドは、単一のモノリシックシリコン構造体中に、多くのノズルを集積している。モノリシック印刷ヘッド中に多数のノズルを同時に形成するために、写真石版印刷および化学的エッチングのような半導体処理方法が使用される。ノズルはンリコン基板を通してエッチングにより形成され、カラー印刷用のノズルの二次元アレーを形成することができる。この製造プロセスは、現在のＣＭＯＳ、ｎＭＯＳおよびバイポーラ半導体製造プロセスに基づいて実行することができ、現在の半導体製造施設内で製造することができる。駆動トランジスタ、ソフトレジスタおよび故障許容回路を、ノズルと同じウェーハ上に形成することができる。この製造プロセスは、垂直な側壁を持つインクチャネルを形成するために、（１１０）ウェーハ上にＫＯＨを使用して、異方体湿式エッチングを使用する。ノズルバレルは、ホウ素をエッチング停止剤として使用して、同じエッチングプロセスにより形成される。このエッチングは、シリコンの結晶面に沿って行われ、その結果、簡単なエッチング装置を使用して、非常に正確で一定のエッチング角度が得られる。（１１０）結晶面に対するウェーハの整合は、標準±１°でありさえすればよい。この製造プロセスは、長時間プラズマエッチングを行わなくてもすむという大きな利点がある。何故なら、すべての長いエッチングプロセスは、湿式エッチング剤を使用しているからである。これにより、低コストエッチングバスを使用したウェーハをバッチ処理することができる。また、各ウェーハに対して、個々にエッチング時間の調整を行わなくてもよい。何故なら、この製造プロセスは、エッチング速度およびウェーハの厚みの変動にかなりの許容範囲を持つからである。ウェーハの厚さの許容範囲は２５ミクロンである。またこのプロセスは、必要な場合には、より大きなウェーハの厚みの変動に対しても設計することができる。図９（ａ）−図９（ｋ）は、好適な製造方法の要約である。この製造方法は下記の主要なステップを含む。１）最初の製造ステップは、ウェーハの供給である。大量に入手できること、低コストで高品質なウェーハが得られること、基板としてシリコンは高い強度を持つこと、製造プロセスおよび装置が一般的成熟段階にあることにより、シリコンウェーハは、ガリウムひ素のような他の材料と比較すると、非常に望ましい材料である。本明細書に記載する例示としての製造プロセスは、（１１０）結晶方向を持つｎタイプのウェーハを使用する。標準半導体装置および材料協会（ＳＥＭＩ）仕様に従って製造された、１５０ミリ（６インチ）の厚さのウェーハの、全厚さの変動の許容範囲は２５ミリである。本明細書に記載したプロセスは、エッチングプロセス中にこの厚さの変動を許容するので、標準許容誤差を持つウェーハを使用することができる。本明細書作成時には、２００ミリ（８インチ）のウェーハを使用されていて、国際規格は、３００ミリ（１２インチ）のシリコンウェーハ用のものである。印刷ヘッドを製造するには、３００ミリのウェーハが特に適している。何故なら、ページ幅Ａ４（またＵＳレター）印刷ヘッドは、これらのウェーハ上で単一チップとして製造することができるからである。図９（ａ）は、（１１０）ｎタイプ３００ミリウェーハである。このウェーハは、印刷長さが２１０ミリの、２２Ａ４印刷ヘッドである。各印刷ヘッドチップは、長さ２１５ミリ、幅８ミリである。これらの印刷ヘッドは、ＵＳレターまたはＡ４サイズの印刷用に使用することができ、またはＡ３印刷用、シート送りまたはウエブ送りディジタル印刷プレス、およびクロス印刷用の多重チップ印刷ヘッドの構成部材として使用することができる。各チップの境界は、エッチングされ、深い溝ができる。この溝は、能動装置に対するプロセスの流れに従って、能動装置の製造前または後でエッチングすることができる。しかし、溝のところでのレジストの縁部の盛り上がりに関する問題を防止するために、大部分の製造ステップが完了した後で、溝のエッチングを行うことが推奨される。図９（ｂ）は、チップの短縁部に沿った境界溝の断面である。｛１１１｝系統（family）の結晶面が、エッチング方向を制御し、その結果、溝の内部に２６．５６°の斜面が形成される。図９（ｃ）は、チップの長縁部に沿った境界溝の断面である。｛１１１｝系統（family）の結晶面が、エッチング方向を制御し、その結果、溝の内部に垂直な側壁が形成される。溝は、近接印刷ヘッドに好適であり、印刷ヘッドへの電気的接続装置がチップの表面から突出しないように形成される。この溝のエッチングは、チップ上に能動装置を形成後に行うと、最もよい結果が得られる。その方法については、以下のステップ５）および６）のところで説明する。２）ホウ素エッチング停止剤が、シリコン中に拡散される。エッチング停止が必要とされるのは、インクチャネルの底部の領域だけであり、サイズの大きいマスクにより、ノズルからマスクされる。ホウ素は、１５−２０ミクロンの深さまで、１立法センチ当たり１０²⁰原子の濃度で拡散される。図９（ｄ）は、ホウ素ドーピング段階終了後の、ノズルチップの領域内のウェーハの断面である。３）その後、二層金属を使用する従来の集積回路製造技術により、能動デバイスが形成される。従来の技術プロセスとしては、ｎＭＯＳ、ｐＭＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラまたは他のプロセスがある。一般的にいって、能動回路は修正しないもとのままのプロセスを使用して、形成することができる。しかし、大電流が印刷ヘッドを通って流れることができるようにするために、ある種のプロセスは修正しなければならない場合がある。大型印刷ヘッドの場合には、全体が作動した場合には、ヒータ回路を通って２８アンペア以上の電流が流れる場合があるので、電子の移動を防止することが非常に重要である。第一のレベルの金属としては、アルミニウムの代わりにモリブデンを使用することができる。何故なら、モリブデンは電子の移動を妨げる働きを持つからである。しかし、モリブデンの場合は、スパッタリングを行わなければならないので、その下のＭＯＳまたはＣＭＯＳを損傷しないように注意しなければならない。電子の移動を妨げる好適な方法は、印刷ヘッドの表面にグリッドを形成する、非常に幅の広いアルミニウムトレースの設置である。この方法は、製造プロセスを変更する必要がないが、マスクパターンの設計の際に考慮しなければならない。レベル間に誘電層を形成する段階までは、従来技術による製造プロセスを変更しないで、そのまま使用することができる。４）中間レベル誘電体の付加。この誘電層としては、３ミクロンのＣＶＤ二酸化シリコンを使用することができる。５）チップの境界での二酸化シリコンのマスクおよびエッチング。チップの縁部の内側、約２００ミクロンの領域をエッチングする。この領域は、ボンディングパッド領域である。ボンディング領域には、Ｖ型溝がエッチングにより形成される。ウェーハがダイシングされると、これらの溝は縦方向に切断され、その結果、斜めの縁部を持つチップが得られる。ボンディングパッドは、この斜めの縁部に形成され、それによりチップの表面の上を延びるボンディングワイヤまたはＴＡＢボンディングなしで、チップをボンディングすることができる。このことは、近接印刷の場合には重要なことである。何故なら、印刷ヘッドは、記録媒体または転送ローラに非常に接近（約２０ミクロン）していなければならないからである。従来のボンディング方法では、このような近接に支障を来す。６）ボンディングパッド溝のエッチング。このエッチングは、［１００］結晶方向、好ましくは［１１１］方向にエッチングを行う異方体湿式エッチングによって行うことができる。非常に速い選択的エッチング速度（約４００：１）でエッチングを行う場合には、水１リットルに４４０グラムの水酸カリウム（ＫＯＨ）を溶かした溶液を使用することができる。図９（ｂ）は、このエッチングステップ終了後の、印刷ヘッドの短縁部におけるＶ溝の横断面である。図９（ｃ）は、チップの長い方の縁部に沿った、境界用の溝の横断面である。｛１１１｝ファミリーの結晶面が、エッチング方向を制御し、その結果、溝の申に垂直な側壁が形成される。ボンディングパッドを基板から絶縁するために、Ｖ型溝をエッチングにより形成した後、０．５ミクロンの厚さのＣＶＤ二酸化シリコンの層を付加するべきである。７）金属間貫通孔のエッチング。場合によっては、Ｖ型溝のエッチング用のマスクを形成するために、このステップを二酸化シリコンのエッチングと一緒に行うことができる。金属間二酸化シリコンは、通常の場合より遙かに厚いので、通路の側壁をテーパ状にすることが推奨される。８）第二レベルの金属の付加。第一レベルの金属と同じように、電子の移動を考慮にいれなければならない。電子の移動は、すべての大電流トレース用に、大型のライン幅のものを使用し、また２％の銅を含むアルミニウム合金を使用することによって、最小限度に少なくすることができる。モリブデンの薄いフィルムにボンディングするのは難しいので、モリブデンの使用は勧めない。第二のレベルの金属のステップの適用範囲は重要である。何故なら、レベル間酸化物の厚さが通常より厚いからである。また、チップの長い方の縁部に沿った、Ｖ^-およびＶ⁺ 溝の垂直な側壁には、コーティングを行う必要がある。低圧蒸着法を使用することによって、ステップの適用範囲を適当なものにすることができる。第一の金属が電界酸化物をカバーしている領域だけに通路を設けることにより、通路ステップの適用範囲を改善することができる。好適なプロセスとしては、９８％のアルミニウムと２％の銅との合金を、低圧蒸着法により１ミリの厚さに蒸着する方法がある。９）第二レベルの金属のマスクおよびエッチング。印刷ヘッドが近接印刷に使用される場合には、ボンディングパッドのマスクおよびエッチングに特別の注意を払う必要がある。何故なら、ボンディングパッドは、Ｖ型溝内に形成されるからである。そのため二つの問題が生じる。すなわち、Ｖ型溝の底部のレジストの厚さが、もっと厚くなることと、マスクの焦点がずれることである。このことは、チップの長縁部にとっては問題にならない。何故なら、長縁部はＶ⁺およびＶ^-電力レール専用であり、パターン化されていないからである。チップの短縁部上に形成されたボンディングパッドは、少なくとも１００ミクロン離すべきである。Ｖ型溝内には、能動回路または細い幾何学的な線は置かれない。図９（ｅ）は、このステップ終了後の、ノズル領域内のウェーハの横断面である。１０）ヒータの形成。ヒータ材（例えば、０．０５ミクロンの厚さのＴａＡｌ合金またはＨｆＢ₂またはＺｒＢ₂のような耐火材）は、低圧蒸着またはスパッタリングにより付加することができる。ヒータは平面状なので、マスク掛けおよびエッチングはまっすぐに行われる。ヒータは、環状体というよりは、円盤体としてマスクされる。円盤体の中心は、後でノズル形成ステップ中にエッチングされる。これはヒータとノズルとの間に精度の高い整合を確実に実施するために行われる。ヒータの半径は、１．５ミクロンのプロセスの際に通常得られるよりも、厳しい許容誤差に制御しなければならないので、０．５ミクロンのステッパを使用することが推奨される。図９（ｆ）は、このステップ終了後の、ノズル領域内のウェーハの横断面である。１１）Ｓｉ₃Ｎ₄の保護コーティングの付加。このコーティングは、ウェーハの表面だけに行われるが、ウェーハの裏面の長期間の湿式エッチングによる腐食から保護するために、ウェーハの表面を、少なくとも０．１ミクロンの厚さにしなければならない。図９（ｇ）は、このステップ終了後の、ノズル領域のウェーハの横断面である。１２）ウェーハの裏面のマスク。Ｓｉ₃Ｎ₄はマスクとして使用される。何故なら、レジストは湿式エッチング溶液によって腐食され、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）のエッチング速度は、マスクを有効に使用するにはあまりに速すぎる（約２０ Å／分）からである。Ｓｉ₃Ｎ₄のエッチング速度は、約１４Å／時）である。ウェーハの裏面には、０．５ミクロンの厚さのＳｉ₃Ｎ₄の層が付加され、その後で、０．５ミクロンの厚さのレジストがスピンコーティングされる。インクチャネルのマスクを使用して、ウェーハの裏面上のレジストの露光および現像が行われる。石版印刷装置の修正した整合光学により、ウェーハの表面から整合が行われる。このステップ中の整合は重要ではなく、約±４ミクロンの精度で行うことができる。その後で、Ｓｉ₃Ｎ₄がエッチングされ、レジストが除去される。１３）インクチャネルのエッチング。これは、水酸カリウムの水溶液を使用して、シリコンを湿式エッチングすることによって行われる。異方体プラズマエッチングと比較した場合の湿式エッチングの利点は、結晶面によって決定した非常に正確なエッチング角度と共に、装置のコストが非常に安いことである。エッチング剤により｛１１１｝面が露出する。これらの面の４つは、ウェーハの表面に対して９０°の角度に方向づけられる。インクチャネルは、｛１１１｝面がインクチャネルの垂直な側壁を限定するように、これら２つの同方行の面に平行に方向づけられる。別の二つの｛１１１｝面は、インクチャネルの面のウェーハ表面に対して、２６．５６°の角度に方向づけられる。このため、インクチャネルマスクは、必要とするチャネルの長さより長くしなければならない。その結果、インクチャネルの必要な場所に、必要な深さのエッチングが行われる。８０℃で、ＫＯＨの５０％水溶液により、ウェーハのエッチングが行われる。エッチング速度は、約０．８ミクロン／分であり、必要なエッチングの深さは、６２０ミクロンである。そのため、エッチングの持続時間は約１２．９時間である。ホウ素によりエッチングが停止するので、エッチング時間を正確に守ることは重要ではない。この段階でのエッチングは、バルクシリコンエッチングであり、このエッチングは、ホウ素によりエッチングの停止が行われる少し前に停止しなければならない。このエッチングステップの主な目的は、インクチャネルのシリコンの厚さを減らすことであり、その結果、ホウ素エッチング停止による、ノズルバレルを形成するためのエッチングステップを遙かに短縮でき、ノズルチップのところの二酸化シリコンの有意なエッチングは行われない。図９（ｈ）は、エッチング終了後のいくつかのインクチャネルの斜視図である。この図はウェーハの裏面から見たものである。図９（ｉ）は、このステップ終了後の、ノズル領域内のウェーハの横断面である。ウェーハ裏面からシリコン中に、エッチングにより形成されたインクチャネルは、非対称になっている。何故なら、ＡからＢへの線が直線ではないからである。Ａ面においては、横断面はインクチャネルに垂直であり、Ｂ面においては、横断面は、インクチャネルに沿っている。Ｓｉ₃Ｎ₄のマスク層は除去してはならない。１４）レジストによるノズルチップのマスク。このマスク掛けは、正確に行わなければならない。何故なら、ヒータに対するノズルの整合およびノズルチップの半径は、両方ともインク粒子の排出性能に影響するからである。これらのパラメータは、０．５ミクロン以上の精度で、好適には０．３ミクロン以上の精度で制御しなければならない。図９（ｊ）は、このステップ終了後の、ノズル領域内のウェーハの横断面である。１５）ノズルチップのエッチング。第一のステップは、Ｓｉ₃Ｎ₄層のエッチングである。第二のステップは、ヒータのエッチングである。ヒータは非常に薄いので、湿式エッチングを使用することができる。第三のステップは、ノズルチップを形成している二酸化シリコンのエッチングである。二酸化シリコンは、例えば、ＣＦ₄−Ｈ₂混合ガスを使用する、ＲＩＥエッチングのような異方体エッチングにより、エッチングを行わなければならない。このエッチングは、シリコン内のノズル領域の深さまで行う。その後、レジストが除去される。図９（ｋ）は、このステップ終了後の、ノズル領域内のウェーハの横断面である。１６）ノズルバレルのエッチング。このエッチングも、ＫＯＨを使用するシリコンの湿式エッチングにより行われる。エッチングはウェーハの両面から、すなわち、インクチャネルを通して裏面から、ノズルチップを通して表面から同時に行われる。約２０ミクロンの厚さのシリコンが、両面から１０ミクロンずつエッチングされる。しかし、ホウ素によるエッチング停止により、最終的なノズルバレルの幾何学的形状が制御されるので、エッチング時間は重要ではなく、ウェーハの厚さの２５ミクロンの変動、およびエッチング速度の変動を許容できるように、最短エッチング時間より十分長くするべきである。８０℃で、１時間の間、ＫＯＨの５０％水溶液によりウェーハのエッチングを行う。図９（１）は、このステップ終了後の、二つのインクチャネル内の数個のノズルバレルの斜視図である。この図は、ウェーハの裏面から二つのインクチャネルの方向を見たものである。この配置は、ピクセル間隔が３１．７５ミクロンの８００ｄｐｉプリンタに対するものである。各チャネル内のノズルの間隔は、６３．５ミクロンで、二つのチャネルの間のオフセットは３１．７５ミクロンである。ノズルチップの直径は、２０ミクロンである。ＡからＢへの線は、図８（ｄ）に示すように、図９の横断面の切り口の線である。図９（ｍ）は、このステップ終了後の、ノズル領域内のウーハの横断面である。１７）不動態化層の形成。動作中、モノリシック印刷ヘッドは、加熱された水をベースとするインクと接触しているので、有効な不動態化層が絶対に必要である。ＰＥＣＶＤによって付加された０．５ミクロンのＳｉ₃Ｎ₄の共形層が使用される。２００ｓｃｃｍでＳＨ₄を使用し、２０００ｓｃｃｍでＮＨ₃を使用し、５０分間、４６ワットで、圧力を１．６ｔｏｒｒ、温度を２５０℃に維持する。図９（ｎ）は、このステップ終了後のノズル領域のウェーハの断面である。１８）選択したコーティングが、この後の処理ステップによって除去されずに残るなら、この段階で疎水性の表面コーティングを行うことができる。この段階で上記コーティングを行わない場合には、ＴＡＢボンディングの後で、疎水性コーティングを行わなければならない。使用することができる疎水性コーティングの種類は多く、このコーティングを行うために多くの方法を使用することができる。いくつかの例を上げると、ふっ素化ダイヤモンド様炭素（Ｆ＊ＤＬＣ）、ふっ素で実質的に飽和した外表面を持つアモルファス炭素フィルム等がある。プラズマ改良化学蒸気蒸着装置（ＰＥＣＶＤ）を使用する上記フィルムの形成法は、米国特許第５，０７３，７８５号に記載されている。独立の疎水層を形成することは、本質的に重要なことではない。その代わりに、疎水化剤を使用して、露出誘電層を処理することができる。例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）をＳｌ₃Ｎ₄ 内の必要な場所に、不動態化層として使用する場合には、露出二酸化シリコンを疎水性にするために、ジメチルジクロロシランで処理することができる。この様な処理を行うと、疎水性のままに維持する必要がある領域をマスクしない限り、ノズル全体が影響を受ける。何故なら、ジメチルジクロロシランの蒸気は、露出しているすべての二酸化シリコンに影響を与えるからである。インクが水をベースとするものである場合、または他の極性溶媒をベースとする場合には、疎水性の層を形成する必要がある。インクがワックスをベースにするものである場合、または無極性溶媒を使用している場合には、印刷ヘッドの表面を疎油性にしなければならない。要するに、使用するインクを弾くように、印刷ヘッドの表面を、製造するか、処理しなければならない。本明細書に開示する物理的装置を使用する場合には、疎水性の層を装置の表面たけに限定する必要はない。装置の性能に有意な影響を与えずに、装置全体を疎水性の層（または無極性のインクを使用する場合には、疎油性の層）で、コーティングすることができる。装置全体がインクを弾く層で処理されている場合には、ノズルチップの外径ではなく、内径をノズルの半径と見なすべきである。１９）ボンディング、パッケージおよび試験。ボンディング、パッケージおよび試験プロセスは、標準製造技術を使用することができる。ボンディングパッドは、Ｓｉ₃Ｎ₄の不動態化層から切り開いておかなければならない。ボンディングパッドは、Ｖ型溝内にある角度で形成することができるが、それらをマスクするには特別な注意を払う必要はない。何故なら、Ｖ型溝の全面積からＳｉ₃Ｎ₄を除去することができるからである。ボンディングパッドを切り開いたら、レジストをはぎ取り、ウェーハをきれいに拭き取らなければならない。この状態で、試験を行うことができる。その後で、ウェーハをダイシングする。長い印刷ヘッドが破損するのを防ぐために、またウェーハはノズルの列に沿って弱くなるので、ウェーハをけがき、スナップする（scribed and snapped）代わりに切断しなければならない。ダイシングしたウェーハ（チップ）は、インクチャネル内に装着される。カラー印刷ヘッドの場合には、この段階で、独立したインクチャネルをチップに対して密封する。装着後、チップがボンディングされ、インクを供給しない状態での試験を行う。その後、装置をインク供給源に接続し、インク圧を掛け、機能試験を行うことができる。図９（ｏ）は、このステップ終了後のノズル領域のウェーハの断面である。図９（ａ）−図９（ｏ）においては、１００はインク、１０１はシリコン、１０２はＣＶＤ二酸化シリコン、１０３はヒータ材、１０５はホウ素でドーピングしたシリコン、１０６は第二層の金属相互接続（アルミニウム）、１０７はレジスト、１０８は窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、１０９は疎水性表面コーティングである。他の製造プロセス他の多くの製造プロセスを使用することができる。上記の製造プロセスは、使用することができるプロセスの中で、最も簡単な製造プロセスでもなく、最もコストが安い実用プロセスでもない。しかし、上記プロセスは、同じウェーハ上にノズルとして、高性能のデータ分配装置および駆動トランジスタを、形成できるという利点がある。このプロセスはまた容易にサイズを変えることができ、必要に応じて、１ミリのライン幅を使用することができる。１ミクロンのライン幅（または、もっと小さな幾何学的模様）を使用することができるので、より多くの回路をウェーハ上に集積することができ、駆動トランジスタのサイズまたは抵抗（または両方）を減らすことができる。より小さな装置の幾何学的形状を下記の方法で、または下記の組み合わせで使用することができる。１）モノリシック印刷ヘッドの幅を狭くすること。２）もっと優れた故障許容回路を内蔵させることによって、印刷ヘッドの歩留まりを改善すること。３）チップの面積を増大しないで、印刷ヘッド上のノズルの数を増やすこと。４）直線寸法で、ノズル間の間隔をさらに狭くすることにより、印刷ヘッドの解像度を改善すること。５）チップ上により多くの全システム回路を内蔵すること。例えば、チップ上にデータ位相回路を内蔵することができＬＩＦＴヘッドに標準メモリインタフェース、すなわち、メモリに直接アクセスすることにより印刷データを入手する経路を内蔵すること。ノズル形成プロセスを多くの方法で変更することができる。例えば、本明細書に開示した自己整合垂直ヒータ形成の代わりに高解像度プレーナー技術を用いてヒータを製造することができる。本明細書に記載した上記プロセスは、印刷ヘッドの製造用の好適なプロセスである。何故なら、このプロセスを使用することにより、高解像度、全カラーヘッドが可能となり、駆動回路、データ分配回路および故障許容をを組み込むことができるからであり、上記全カラーヘッドを、標準ＣＭＯＳ製造プロセスに比較的少ないコストを追加するだけで製造することができるからである。このプロセスを修正して、多くのもっと簡単な印刷ヘッド製造プロセスを考案することができる。特に、能動回路を含まない印刷ヘッドを、遙かに簡単なプロセスにより製造することができる。図１１は、ｎＭＯＳ駆動回路を内蔵する印刷ヘッドのほんの一部である。図１１（ａ）は、８００ｄｐｉ印刷ヘッドの一色の小さな部分のノズルの配置である。ノズルは４列あり、その間隔は６ピクセル幅（１９０．５ミクロン）である。その内２列は主ノズルであり、他の２列は冗長ノズルである。各列のノズルの間隔は、２ピクセル幅（６３．５ミクロン）であり、隣接する列から１ピクセル幅（３１．７５ミクロン）だけオフセットしている。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の小さな断面の詳細拡大図である。この図には１列内の三つのノズルが示されている。図中、２００はノズル、２０１は駆動トランジスタ、２１６は反転バッファである。図１１（ｂ）は、Ｖ⁺およびＶ^-電源を導く幅の広い垂直アルミニウムリード線である。図示の装置は、多くの実行可能な装置に中の一つに過ぎず、本発明の範囲から逸脱しないで、他の装置も容易に考案することができる。ノズルバレル変動の流体力学シミュレーション本明細書に開示した製造プロセスを使用して、ノズルチップ半径、形状および厚さを正確に、また再現できるように指定することができる。しかし、本明細書ではノズルバレルと呼ぶノズルチップの直接背後の幾何学的精度は、それほど正確には形成されない。何故なら、この領域でエッチングによって除去されるシリコンの量は、エッチング停止剤として使用する拡散ホウ素の局部的濃度によって決まるからである。ホウ素の濃度分布を、そしてそれ故にノズルバレルの形状を、正確に制御するのは難しい。しかし、この精度が低くても、大した問題ではない。非常に多様な形状および寸法のノズルバレルについてのシミュレーションの結果は、これらの変動が、印刷ヘッドノズルの性能に全く影響を与えないことを示している。種々の技術を使用して、ノズルを製造することを想定して、印刷ヘッドノズルの流体力学シミュレーションを行い、その結果、種々の幾何学的形状が得られた。これらのシミュレーションは、ノズルバレルの幾何学的形状を除くすべてのパラメータを一定にして行う。ノズルバレルの幾何学的形状における変化の主な影響は、表面内側のノズルバレルによりインクに及ぼされる粘性抵抗の量における小さな変更である。一定の熱パルスから得られるインク粒子の大きさは、ノズルバレルがより広い場合には若干大きくなる。ノズルバレルの変動による他の影響は、ノズルヒータ領域からバルク基板までの熱的抵抗の変化である。この変化は、連続的にノズルを作動した場合、温度上昇の速度に少し影響を与える。ノズルバレル領域からあまりに大量のシリコンを除去すると、ノズル作動の最大速度が減少する。図１１（ａ）−図１１（ｊ）は、ＦＩＤＡＰシミュレーションソフトウェアを使用して行った流体力学シミュレーションの結果の要約である。各場合において、シミュレーションは、０．１マイクロ秒ステップで、１００マイクロ秒の期間である。ノズルチップは、半径１０ミクロンの円筒形である。インク圧は７．７ｋＰａであり、周囲温度は３０℃である。シミュレーションの開始時には、インクメニスカスは、その静止位置に近く、すべての速度はゼロである。電力パルスを変化する時間は、２０マイクロ秒にスタートし、１８マイクロ秒間、ヒータに供給される。このパルスは２０マイクロ秒の時点でスタートし、メニスカスがインク粒子選択パルス前の静止位置に到着するまで行う。種々の図に対するノズルバレルの幾何学的形状は下記のとおりである。１）図１１（ａ）および図１１（ｂ）でモデル化したノズルバレルは、湿式エッチングプロセスを使用して、（１００）シリコンを異方体エッチングして得た形状を持つ。ノズルバレルの壁部は、｛１１１｝結晶面で形成され、角錐台の形をしている。このシミュレーションの場合、ノズルバレルは円錐台としてモデル化される。何故なら、このモデルは軸対称であるからである。２）図１１（ｃ）および図１１（ｄ）でモデル化したノズルバレルは、プラズマエッチングを使用して、シリコンを異方体エッチングして得た形状を持つ。３）図１１（ｅ）および図１１（ｆ）でモデル化したノズルバレルは、拡散ホウ素エッチング停止剤を使用する、エッチング制御による水酸化カリウム湿式エッチングを使用して、シリコンをエッチングして得た形状を持つ。ノズルチップから１ミクロンまでのシリコンは、高濃度のホウ素により、エッチングから保護されている。４）図１１（ｇ）および図１１（ｈ）でモデル化したノズルバレルは、拡散ホウ素エッチング停止剤を使用する、エッチング制御による水酸化カリウム湿式エッチングを使用して、シリコンをエッチングして得た形状を持つ。ノズルチップから５ミクロンまでのシリコンは、高濃度のホウ素により、エッチングから保護されている。５）図１１（１）および図１１（ｊ）でモデル化したノズルバレルは、拡散ホウ素エッチング停止剤を使用する、エッチング制御による水酸化カリウム湿式エッチングを使用して、シリコンをエッチングして得た形状を持つ。ノズルチップから１０ミクロンまでのシリコンは、高濃度のホウ素により、エッチングから保護されている。これらのシミュレーションにおいて、インク粒子選択プロセスだけがモデル化される。インク粒子分離プロセスは、近接、静電または他の手段がかのうである。選択されなかったインク粒子から選択されたインク粒子を分離するには、選択されたインク粒子と選択されなかったインク粒子の間のメニスカス位置の物理的違いを利用する。インク粒子を分離するには、インク粒子選択パルス前後のメニスカスの中心の間の軸方向の位置の違いが、１５ミクロンである場合が適している。図１１（ａ）、図１１（ｃ）、図１１（ｅ）、図１１（ｇ）および図１１（ｉ）は、種々のノズルバレルの幾何学的形状に対する、時間に関するメニスカスの中心の位置のグラフである。垂直軸の表示単位は１０ミクロン、水平軸の表示単位は１００マイクロ秒である。これらグラフを視覚的に比較する場合には、グラフ間で垂直軸の尺度が違うことを考慮にいれなければならない。重要な特性は、約２０ミクロンのメニスカス位置への到達であり、その点で、インク粒子分離手段（上記シミュレーションでは模擬されていない）は、選択されたインク粒子がインク本体から分離され、かつ記録媒体上に移動されることを保証することができる。インク粒子選択パルスが除去された後のメニスカスの振動は、押し出されたインク粒子の初期の非球体としての性質によるものである。インク粒子は、最初の偏長の形から、球形になり、偏円形になって、再びに戻る。この変化は重要ではない。何故なら、インク粒子分離手段がインク粒子選択後のインクメニスカスの位置の支配的な決定要因になるからである。図１１（ｂ）、図１１（ｄ）、図１１（ｆ）、図１１（ｈ）および図１１（ｊ）は、種々のノズルバレルの幾何学的形状の種々の瞬間のメニスカスの形である。インク粒子選択パルスが２０マイクロ秒の所からスタートしてから、１８マイクロ秒の持続時間を持つパルス終了後４マイクロ秒経過した時点、すなわち、４２マイクロ秒の時点までのメニスカス位置を、２マイクロ秒間隔で図示している。図１１（ｂ）、図１１（ｄ）、図１１（ｆ）、図１１（ｈ）および図１１（ｊ）においては、１０１はシリコン基板、１０２は二酸化シリコン、１０３．は環状ヒータの一方の側面の位置、１０８は窒化シリコンの不動態化層、１０９は疎水性表面コーティングである。図には「等温線図」と表示してあるが、等温線は表示されていない。図１１のシミュレーションの結果を見れば、インク粒子選択プロセスに有意な影響を与えないで、ノズルバレルの幾何学的形状を有意に変えることできることが分かる。このことは、近代的な半導体プロセスおよび装置を使用すれば、本明細書に開示した製造方法を使用して、ノズルを製造するのに必要な拡散ホウ素の濃度を十分制御できることを示している。本発明の多くの好適な実施形態を説明してきた。当業者にとっては、本発明の範囲から逸脱しないで、種々の修正を行うことができることは明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】簡単なエッチング装置を使用して、非常に正確で一定のエッチング角度が得られる。（１１０）結晶面に対するウェーハの整合は、標準±１度でありさえすればよい。

Claims

【特許請求の範囲】１．（ａ）複数のドーピングされないノズル領域を定義するという方法で、印刷ヘッド基板をエッチング停止剤でドーピングするステップと、（ｂ）ドーピングされた基板材料によって定義される複数のノズル通路を形成するために、前記基板をエッチングするステップとを備えた熱作動ドロップオンデマンド印刷ヘッドの製造プロセス。２．ドーピングされたエッチング停止剤を有する基板を、少なくとも一部を取り囲むことによって定義される、間隔が置かれた複数のノズル通路を備えたシリコン基板を備えてなるドロップオンデマンド印刷ヘッド。３．前記ノズル通路に接続され、前記基板の裏面に形成された、少なくとも一つの異方体エッチングされたインクチャネルをさらに備えてなる請求項２に記載の発明。４．前記基板の表面に形成され、それぞれ前記通路との通信を通して形成される複数のノズルチップ位置を有する誘電層をさらに備えてなる請求項３に記載の発明。５．前記基盤から間隔を置いて、かつ、各々のノズルチップ位置の周囲に同軸整合して、前記誘電層上にそれぞれ配置された複数の環状ヒータ素子をさらに備えてなる請求項４に記載の発明。６．前記印刷ヘッドが、（ａ）複数のインク粒子噴出ノズルと、（ｂ）前記ノズルに関連するインク本体と、（ｃ）少なくともインク粒子の選択および分離中に、周囲圧より少なくとも２％高い圧力を前記インク本体内のインクに加える加圧手段と、（ｄ）所定のノズルを選択し、選択されたノズルと選択されなかったノズル内のインクの間のメニスカス位置に、違いを生じさせるインク粒子選択手段と、（ｅ）選択されなかったノズル内にインクを保持しながら、選択したノズルからのインクを、インク本体からインク粒子として分離するためのインク粒子分離手段とを備えてなる請求項２に記載の発明。７．前記印刷ヘッドが、（ａ）複数のインク粒子噴出ノズルと、（ｂ）前記ノズルに関連するインク本体と、（ｃ）所定のノズルを選択し、選択されたノズルと選択されなかったノズル内のインクの間のメニスカス位置に、違いを生じさせるインク粒子選択手段と、（ｄ）選択されなかったノズル内にインクを保持しながら、選択したノズルからのインクを、インク本体からインク粒子として分離するためのインク粒子分離手段とを備えてなり、前記インク粒子分離手段が存在しない場合に、前記インク粒子選択手段がメニスカス位置に前記違いを生じさせる請求項２に記載の発明。８．前記印刷ヘッドが、（ａ）複数のインク粒子噴出ノズルと、（ｂ）前記ノズルに関連し、３０℃以上の温度範囲において、少なくとも１０ｍＮ／ｍの表面張力の低下を示す、前記インクのインク本体と、（ｃ）所定のノズルを選択し、選択されたノズルと選択されなかったノズル内のインクの間のメニスカス位置に、違いを生じさせるためのインク粒子選択手段と、（ｄ）選択されなかったノズル内にインクを保持しながら、選択したノズルからのインクを、インク本体からインク粒子として分離するインク粒子分離手段とを備えてなる請求項２に記載の発明。９．（ａ）印刷ヘッド基板を、エッチング停止剤でドーピングするステップと、（ｂ）前記基板の表面に表層を、形成するステップと、（ｃ）前記基板の裏面から一つまたはそれ以上のインクチャネルを、異方体エッチングにより形成するステップと、（ｄ）前記の表層を通して、複数のノズルチップ孔部を、エッチングにより形成するステップと、（ｅ）ノズルバレル孔部の半径が、一部分前記エッチング停止剤の注入パターンにより決定される場合に、前記インクチャネルと、前記ノズルチップ孔部との間を連絡することができる通路を、供給する複数のノズルバレル孔部をエッチングにより形成するステップとを備える熱作動ドロップオンデマンド印刷ヘッドの製造プロセス。１０．前記基板が、単結晶シリコンからなる請求項９に記載のプロセス。１１．前記基板が、（１１０）結晶方向の単結晶シリコンウェーハである請求項９に記載のプロセス。１２．前記表層が、二酸化シリコンからなる請求項９に記載のプロセス。１３．前記ノズルチップ孔部が、５０ミクロンより小さい半径で作製されている請求項９に記載のプロセス。１４．前記基盤が単結晶シリコンからなり、前記インクチャネルが、基板の（１１１）結晶面をエッチングして露出させることによって形成される請求項９に記載のプロセス。１５．前記異方体エッチング用のエッチング剤が、水酸化カリウムを含む請求項９に記載のプロセス。１６．前記基板が単結晶シリコンからなり、前記エッチングの停止がシリコン基板のホウ素によるドーピングからなる請求項９に記載のプロセス。１７．さらに、駆動回路がノズルと同じ基板上に形成される請求項１に記載のプロセス。