(57)【要約】【課題】液滴吐出ヘッドの加圧液室へ液体を供給する液体供給貫通孔を、ダイサー加工法等による切削加工とエッチング法等による方法を併用して加工することにより、高精度、高密度、高信頼性の液滴吐出ヘッドを良好な生産性で実現する。【解決手段】液滴吐出ヘッドは、第１の面に液体吐出機構を有する第１の基板１と、第２の基板２、第３の基板３を有する。第1の基板１には加圧液室６にインクを供給する液体供給貫通孔が、第１の面から第２の面に貫通して形成され、第１の面から所定の深さまではダイサー加工法による切削加工により形成され、第２の面から所定の深さまではエッチング加工により加工される。また、第１の面から所定の深さまではエッチング加工により加工し、第２の面から所定の深さまではダイサー加工により加工することもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第１の面から所定の深さまで形成された第１の径を有する孔と、前記第２の面から前記所定の深さまで形成された第２の径を有する第２の孔とからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の径を有する孔は、切削加工により形成され、前記第２の径を有する孔は、エッチング加工により形成されることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の径を有する孔の深さは、前記基板厚さの１／２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１の径を有する孔と前記第２の径を有する孔は、１対１で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１の径を有する孔１つに対し、前記第２の径を有する孔が複数連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第１の面側表面の孔幅短辺長は、前記第２の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
基板の第１の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記第２の面から形成する孔を前記第１の面に貫通しないように形成した後、前記第１の面から形成される孔を形成し、前記第１の面と前記第２の面を連通させ前記液体供給貫通孔を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記第１の面から形成される孔はダイサーによる切削加工で加工し、前記第２の面から形成される孔は異方性エッチングによるエッチング加工で加工して連通された前記液体供給貫通孔であることを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記エッチング加工は、異方性ウェットエッチング法により形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記エッチング加工は、異方性ドライエッチング法により形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
基板の第１の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第１の面からエッチング加工で前記基板途中まで形成される孔と、前記第２の面から切削加工で前記基板途中まで形成される孔が連通してなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記第２の面から形成された孔の深さは、前記基板厚さの１／２以下であることを特徴とする請求項１１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記第１の面から形成される孔と前記第２の面から形成される孔は、１対１で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記第２の面から形成される孔１つに対し、前記第１の面から形成される孔が複数連通していることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記第１の面側表面の孔幅短辺長は、前記第２の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする請求孔１１乃至１４いずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１６】
基板の第１の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記液体供給貫通孔貫通孔は、前記第１の面からエッチング加工で前記第２の面に貫通しないように形成した後、前記第２の面から形成される孔を切削加工で形成し、前記第１の面と前記第２の面を連通させることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記エッチング加工は異方性エッチングによる加工であり、前記切削加工はダイサーによる加工であることを特徴とする請求項１６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記異方性エッチングによる加工は、異方性ドライエッチング法による加工であることを特徴とする請求項１７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
請求項１乃至６、１１乃至１５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドを複数具備したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２０】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至６、１１乃至１５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項２１】
インクを吐出するインク吐出ヘッドを搭載したインクジェット装置において、前記インク吐出ヘッドが１乃至６、１１乃至１５いずれかに記載の液滴吐出ヘッド、あるいは請求項２０記載のインクカートリッジを搭載したものであることを特徴とするインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置、インクカートリッジ、並びにインクジェット装置に関し、さらに詳しくは、プリンタなどのインクジェット装置の記録ヘッドなどに用いられる生産性が高く、高信頼性を確保でき、高精度で液滴を吐出制御できる液滴吐出ヘッド、その製造方法、液滴吐出ヘッドを具備する液滴吐出装置、インクカートリッジ、インクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。
【０００３】
このような液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどがある。
【０００４】
近年、環境問題から鉛フリーであるバブル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え低消費電力の観点からも環境に影響が少ない静電型のものが多くの出願人から複数のタイプのものが提案されている。インクジェットプリンタなどに用いられインク滴を吐出させて記録するインクジェット記録ヘッドには、特にサーマル型（バブル型）、及び静電型等液滴吐出方法で、基板に貫通孔を有し、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドへ供給している。
【０００５】
これらの液吐出ヘッドの基板に形成された貫通孔は、様々な加工方法で形成されている。貫通孔を有するインクジェットヘッドとして、例えば特許文献１、特許文献２に記載されているものは異方性エッチングで形成されており、特許文献３に記載されているものはサンドブラスト加工法で貫通孔が形成されている。また、特許文献４では、サンドブラストと異方性エッチングを組合せた貫通孔形成方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１３６４９１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３６４９２号公報
【特許文献３】特開２０００−３２６５１６号公報
【特許文献４】特開２００２−３４７２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（発明の目的）
特にシリコン基板やガラス基板等に液滴吐出の構造体を形成しているサーマル型（バブル型）、及び静電型のインクジェットヘッドは、ヘッドサイズのコンパクト化、生産性向上の観点からインクを基板裏面から貫通孔を介して供給することが有効である。この貫通孔は、従来技術では、液滴吐出の構造体を形成するプロセスの整合を図りながらドライ（プラズマエッチング、ＲＩＥエッチング等）及びウェットエッチング法（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ溶液）、研磨材吹付け加工法（サンドブラスト法）、あるいはレーザー加工法等で形成されている。
しかし、ドライエッチング法、あるいはウェットエッチングのみによる貫通孔形成は、加工精度には優れるが、エッチングレート数μｍ／分程度と小さいため、数百μｍのエッチングを必要とする貫通孔形成は加工効率が非常に悪い。
【０００７】
レーザー加工においては、エッチング法のようにマスクを必要としないため工数低減が図れるが、原理的に貫通孔一つ一つ加工するため加工効率が悪く、また原理的にドライエッチング法、ウェットエッチング法に比べ加工精度も悪い。加えて加工時に加工屑が発生し、そのままでは液滴吐出の信頼性に影響を与えるため、加工屑を除去する必要があり、工数、コスト増加に繋がる。 
【０００８】
また、研磨材吹付け加工法では、加工効率は良好であるが、基板表面にチッピングが発生するなど加工精度が悪く、加工中に静電気が発生するため基板上に形成された液滴塗布の駆動用集積回路部やアクチュエータ部の絶縁層が帯電し、駆動用集積回路やアクチュエータそのものが破壊される可能性がある。
【０００９】
貫通孔を一度に形成する場合は、貫通孔形成後、貫通孔があるが故に一般的にフォトマスクで用いられるレジストの基板へ均一な形成方法であるスピンコート法が適用できず、特別な装置が必要になる。また、ドライエッチング装置では、装置のサセプターが貫通孔を通してプラズマに曝され、サセプターにダメージを与えるために裏面に保護材を貼付する等の対策が必要となり、工数、生産コストが増加する。加えて、最近の製造装置では、真空チャックを備えた自動搬送系が備えられているのが一般的であり、この真空チャックを備えた搬送系は、貫通孔があると吸着不良による搬送エラーが発生しそのままでは適用できない。
【００１０】
これらを回避するためには、なるべく最終工程で貫通孔を形成するようにすればよいが、液滴吐出のための構造体ができあがっているところにマスクを必要とするサンドブラスト法やエッチング法では貫通孔形成のためのマスク形成、加工後のマスク除去等の工程と既に基板上に形成されている液滴吐出の構造体との整合性をとる必要がある。例えば、前述したように基板が貫通している場合、一般にマスク材料であるレジストを塗布するスピンコート法では、貫通孔へレジストが流れ落ち均一にレジストを塗布できない、あるいは、真空チャックを適用した搬送系を有する装置でチャック不良が発生する等の不具合が生じる。従って、貫通孔形成以降は工程、装置に対する制約が大きく、生産性に影響を及ぼすことが容易に想像できる。
【００１１】
以上より、従来例に示される貫通孔の形成方法では、寸法精度、且つ高精度に貫通孔を安定して形成できないため、これから益々高密度化が望まれる液体供給貫通孔を備えた液滴吐出ヘッドを実現することが困難である。また、貫通孔を一度に形成する場合は、製造装置や各工程での制約が非常に大きくなり、結果的に生産性の低下、新たな装置の導入等設備費の増加、工数増加を招き、コスト増加や製品歩留まり低下原因の一因になる。
このように従来技術では、貫通孔形成の加工方法のみならず、液滴吐出装置の製造工程における貫通孔形成工程のタイミングを図る場合、制約が多く、生産効率、生産コスト低減を考慮しつつ、信頼性の高い製品を得ることは課題が多く困難である。
【００１２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、液滴吐出ヘッドへ液体を供給する基板貫通孔形成をエッチング法、研磨材吹付け加工法、レーザー加工法によらず、基板表面（第１の面）から切削加工（ダイサー加工法等）による加工と、基板裏面（第２の面）から他の方法（エッチング法等）で加工することにより、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドを実現し、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置を提供することを目的とする。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、液滴吐出ヘッドへ液体を供給する基板貫通孔形成をエッチング法、研磨材吹付け加工法、レーザー加工法によらず、基板表面（第１の面）からエッチング法で加工し、裏面（第２の面）から切削加工（ダイサー加工法等）法で加工することにより、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドを実現し、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することを目的とする。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、基板の第１の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第１の面から所定の深さまで形成された第１の径を有する孔と、前記第２の面から前記所定の深さまで形成された第２の径を有する第２の孔とからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の径を有する孔は、切削加工により形成され、前記第２の径を有する孔は、エッチング加工により形成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の径を有する孔の深さは、前記基板厚さの１／２以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の径を有する孔と前記第２の径を有する孔は、１対１で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の径を有する孔１つに対し、前記第２の径を有する孔が複数連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の面側表面の孔幅短辺長は、前記第２の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、基板の第１の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第２の面から形成する孔を前記第１の面に貫通しないように形成した後、前記第１の面から形成される孔を形成し、前記第１の面と前記第２の面を連通させ前記液体供給貫通孔を形成することを特徴とする。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第１の面から形成される孔はダイサーによる切削加工で加工し、前記第２の面から形成される孔は異方性エッチングによるエッチング加工で加工して連通された前記液体供給貫通孔であることを特徴とする。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチング加工は、異方性ウェットエッチング法により形成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の発明は、請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチング加工は、異方性ドライエッチング法により形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１の発明は、基板の第1の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給貫通孔は、前記第１の面からエッチング加工で前記基板途中まで形成される孔と、前記第２の面から切削加工で前記基板途中まで形成される孔が連通してなることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第２の面から形成された孔の深さは、前記基板厚さの１／２以下であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１３の発明は、請求項１１または１２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の面から形成される孔と前記第２の面から形成される孔は、１対１で連通して前記液体供給貫通孔が形成されることを特徴とする。
【００２７】
請求項１４の発明は、請求項１１または１２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第２の面から形成される孔1つに対し、前記第１の面から形成される孔が複数連通していることを特徴とする。
【００２８】
請求項１５の発明は、請求孔１１乃至１４いずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の面側表面の孔幅短辺長は、前記第２の面側表面の孔幅短辺長より小であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１６の発明は、基板の第１の面に液体吐出機構を具備し、前記第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを貫通する液体供給貫通孔を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記液体供給貫通孔貫通孔は、前記第１の面からエッチング加工で前記第２の面に貫通しないように形成した後、前記第２の面から形成される孔を切削加工で形成し、前記第１の面と前記第２の面を連通させることを特徴とする。
【００３０】
請求項１７の発明は、請求項１６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチング加工は異方性エッチングによる加工であり、前記切削加工はダイサーによる加工であることを特徴とする。
【００３１】
請求項１８の発明は、請求項１７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記異方性エッチングによる加工は、異方性ドライエッチング法による加工であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１９の発明は、請求項１乃至６、１１乃至１５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドを複数具備した液滴吐出装置であることを特徴とする。
【００３３】
請求項２０の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至６、１１乃至１５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
【００３４】
請求項２１の発明は、インクを吐出するインク吐出ヘッドを搭載したインクジェット装置において、前記インク吐出ヘッドが１乃至６、１１乃至１５いずれかに記載の液滴吐出ヘッド、あるいは請求項２０記載のインクカートリッジを搭載したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
（請求項１の効果）
液滴吐出ヘッドにおいて、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドに供給する構成では、基板に貫通孔を設けることで基板サイズを小さくでき、生産効率向上、製品コスト低減が見込める。このように圧力発生機構を有する基板に裏面貫通孔を形成する工法として、貫通孔を一度に形成せず、裏面からと表面からの２度に分けて貫通孔を形成することにより、表面側の短辺幅と裏面側の短辺幅が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔を形成する場合に比べ、液体供給路形状による流体抵抗の設計自由度が向上し易くなり、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できる。
【００３６】
（請求項２の効果）
基板上に圧力発生機構が形成された後の表面からの貫通孔加工に切削加工を用いることにより、マスク形成加工工程を必要とせず、プロセス整合が得られ易いため、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが得られる。
【００３７】
（請求項３の効果）
シリコン基板表面からの加工深さをシリコン基板厚さの１／２以上とするとシリコン基板表面からの加工孔に沿ってシリコン基板の割れる可能性が急激に高くなるが、１／２以下であると十分強度が確保できるため、シリコン基板が割れることはない。したがって、シリコン基板からの加工深さをシリコン基板厚の１／２以下にすることにより、液滴吐出ヘッドの機械的強度を十分確保でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、製造工程においては、プロセスマージンの確保、歩留まり向上により、安定した製造工程を構築できる。
【００３８】
（請求項４の効果）
裏面と表面からの貫通孔を１対１で連通させることにより、貫通孔を分割形成した場合に比べて貫通口からのインク供給に対する流体抵抗制御の自由度が向上する。したがって、環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となり、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
【００３９】
（請求項５の効果）
裏面からの複数の加工孔に対し、表面からの加工孔１つに連通させることにより、裏面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になる、また、基板強度増加により製品の信頼性向上が期待できる。
【００４０】
（請求項６の効果）
アクチュエータが形成されているシリコン基板表面の液体供給孔短辺幅は、表面の構成でその開口面積に制約がある。つまり、チップサイズを小さくするためには、シリコン表面側の裏面貫通インク供給孔開口面積を大きくできない。シリコン基板を貫通するインク供給孔がこの制約を受けて、シリコン基板深さ方向で同じ開口面積であれば、この部位の流体抵抗が大きくなる可能性があり、液体供給という面では、場合によっては供給不足による液滴吐出特性のバラツキが生じる。しかし、本発明による貫通孔形成では、シリコン表面の液体供給孔開口面積とシリコン基板裏面の液体供給開口面積を独立で制御できるため、シリコン表面の孔幅短辺長＜シリコン基板裏面の孔幅短辺長にすることにより、シリコン裏面からの流体抵抗を低減できるばかりでなく、最適な形状、大きさに加工できる利点がある。環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
【００４１】
（請求項７の効果）
シリコン基板裏面からの孔形成をシリコン基板の表面が露出、連通するように加工すると次工程以降の適用製造装置における制約が大きくなる。つまり、写真工程で一般的に用いられるスピンコート法によるレジスト塗布装置、搬送系に真空チャックを装備した装置、特に静電チャック機構を備えたエッチャーや成膜真空処理装置は適用できなくなる。そこで、本発明のようにシリコン基板裏面からの孔加工でシリコン基板表面を露出、連通させないことにより、従来一般的に適用されてきた製造装置をそのまま適用できるため、設備投資がほとんど必要無く製造コストをアップさせることなく、高精度、高信頼性を備えた液滴吐出ヘッドを適用できる。
【００４２】
（請求項８の効果）
裏面からの加工を異方性エッチング、表面からの加工をダイサーでおこなうことにより、寸法精度を数μｍオーダーで制御できるため、液滴吐出ヘッドの高密度化に対応でき、且つ製品ばらつきを低減できるため、バラツキが少なく高精度な液滴吐出ヘッドが実現できる。また、比較的エッチングレートの小さい異方性エッチングと加工速度に優れたダイサーを適用することにより、工期低減効果が期待でき、低コスト化を図ることができる。
【００４３】
（請求項９の効果）
裏面からの加工を異方性ウェットエッチング法で行なうことにより、マスク材、下地との選択比が十分確保できる、また、比較的安価製造装置で一度の大量の処理(バッジ式)が可能なため、十分なプロセスマージン確保、製造コスト低減が可能となる。
【００４４】
（請求項１０の効果）
異方性ドライエッチング法は、加工形状制御性、微細加工性、及び加工精度に優れているため、益々寸法精度が要求される高密度化に対応でき、信頼性が高く、バラツキの小さい高品位な液滴吐出ヘッドが得られる。
【００４５】
（請求項１１の効果）
液滴吐出ヘッドにおいて、インクタンクのインクを記録ヘッド裏面から貫通孔を介して記録ヘッドに供給する構成では、基板に貫通孔を設けることで基板サイズを小さくでき、生産効率向上、製品コスト低減が見込める。このように圧力発生機構を有する基板に裏面貫通孔を形成する工法として、貫通孔を一度に形成せず、裏面からと表面からの２度に分けて貫通孔を形成する、特に、基板上に圧力発生機構が形成された表面からの貫通孔加工に寸法制御性の高い異方性ドライエッチングを適用することにより、従来基板面上に設けていた流体抵抗部を基板深さ方向に形成でき、高精度で高密度、そしてコンパクトな液滴吐出ヘッドを実現でき、製造コストの低減が期待できる。また、表面側の短辺幅と裏面側の短辺幅が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔を形成する場合に比べ、液体供給路形状による流体抵抗の設計自由度が向上し、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できる。製造面からも異方性ドライエッチングで一度に裏面貫通孔を形成する場合は、ドライエッチング装置の基板電極部の保護手段を講じる必要があるなど製造装置や工程での制約が非常に大きくなり結果的に生産性の低下、新たな装置の導入等設備費の増加、工数増加を招き、コスト増加や製品歩留まり低下原因の一因となるが、本発明のように裏面と表面からの２度に分けての貫通孔形成方法では、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持つ液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドが得られる。
【００４６】
（請求項１２の効果）
シリコン基板裏面からの加工深さをシリコン基板厚さの１／２以上とするとシリコン基板表面からの加工孔に沿ってシリコン基板の割れる可能性が急激に高くなるが、１／２以下であると十分強度が確保できるため、シリコン基板が割れることはない。したがって、シリコン基板からの加工深さをシリコン基板厚の１／２以下にすることにより、液滴吐出ヘッドの機械的強度を十分確保でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、製造工程においては、プロセスマージンの確保、歩留まり向上により、安定した製造工程を構築できる。
【００４７】
（請求項１３の効果）
裏面と表面からの貫通孔を１対１で連通させることにより、貫通孔を分割形成した場合に比べて貫通口からのインク供給に対する流体抵抗制御の自由度が向上する。したがって、環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。         
【００４８】
（請求項１４の効果）
基板表面からの複数の加工孔に対し、基板裏面からの加工孔１つに連通させることにより、表面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になるとともに製品の信頼性向上も期待できる。また、アクチュエータ毎に貫通孔を備えることも可能であり、従来基板表面部に具備していた流体抵抗部を基板深さ方向に備えることが可能となり、液滴吐出ヘッドをコンパクト化できる。
【００４９】
（請求項１５の効果）
アクチュエータが形成されている基板表面の液体供給孔短辺幅は、表面の構成でその開口面積に制約がある。つまり、チップサイズを小さくするためには、表面側の裏面貫通インク供給孔開口面積を大きくできない。基板を貫通するインク供給孔がこの制約を受けて、基板深さ方向で同じ開口面積であれば、この部位の流体抵抗が大きくなる可能性があり、液体供給という面では、場合によっては供給不足による液滴吐出特性のバラツキを生じる。しかし、本発明による貫通孔形成では、基板表面の液体供給孔開口面積とシリコン基板裏面の液体供給開口面積を独立に制御できるため、基板表面の孔幅短辺長＜基板裏面の孔幅短辺長にすることにより、シリコン裏面からの流体抵抗を低減できるばかりでなく、最適な形状、大きさに加工できる利点がある。環境温度等によるインク粘度変動に対し、設計自由度が向上するため、各々の環境、様々なインク粘度に対しての対応が十分可能となり、各アクチュエータへの安定したインク供給が可能となる。したがって、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが提供できる。
【００５０】
（請求項１６の効果）
基板表面からの加工孔形成を基板の裏面が露出、連通するように加工するとドライエッチング装置のサセプターが破損する等の適用製造装置における制約が大きくなる。また、次工程以降の装置で搬送系に真空チャックを装備した装置、特に静電チャック機構を備えたエッチャーや成膜真空処理装置は適用できなくなる。そこで、本発明のように基板表面からの孔加工で基板裏面を露出、連通させないことにより、従来一般的に適用されてきた製造装置をそのまま適用できるため、設備投資がほとんど必要無く製造コストをアップさせることなく、高精度、高信頼性を備えた液滴吐出ヘッドを適用できる。
【００５１】
（請求項１７の効果）
表面からの加工を異方性エッチング、裏面からの加工をダイサーでおこなうことにより、寸法精度を数μｍオーダーで制御できるため、液滴吐出ヘッドの高密度化に対応でき、且つ製品ばらつきを低減できるため、バラツキが少なく高精度な液滴吐出ヘッドが実現できる。また、比較的エッチングレートの小さい異方性エッチングと加工速度に優れたダイサーを適用することにより、工期低減効果が期待でき、低コスト化を図ることができる。
【００５２】
（請求項１８の効果）
異方性ドライエッチング法は、加工形状制御性、微細加工性、及び加工精度に優れているため、益々寸法精度が要求される高密度化に対応でき、信頼性が高く、バラツキの小さい高品位な液滴吐出ヘッドが得られる。
【００５３】
（請求項１９の効果）
請求項１〜１０、１１〜１８の液滴吐出ヘッドを複数具備した液滴吐出ヘッドは、低コストで歩留まりの高い液滴吐出ヘッドを製造でき、且つ高品位で特性ばらつきの小さい液滴吐出装置を提供できる。
【００５４】
（請求項２０の効果）
本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドである液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【００５５】
（請求項２１の効果）
本発明に係るインクジェット装置によれば、本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドである液滴吐出ヘッドを搭載したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
次に、本発明の第１の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図２は、図１に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図、図３は、図２に示すＳ１，Ｓ２面で破断して示す断面図である。
本実施形態は、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものであり、以下に詳記する構造を有する第１の基板１，第２の基板２，第３の基板３を重ねた３枚の積層構造となっている。
【００５７】
第１の基板１は、＜１１０＞シリコン基板上に積層膜により個別電極４と、空隙７を介して振動板５が形成されている。振動板５の下面には空隙７を介して個別電極４が形成されている。空隙７は後に除去することを前提とした犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に犠牲層除去孔１４から空隙部となる犠牲層を除去することで形成し、液滴吐出ヘッドへ外部からインクを供給する貫通孔１２を設ける。また、第１の基板１の上面に接合される第２の基板２には、＜１００＞シリコン基板の振動板５上に振動板を底壁とする加圧液室６と、各々の加圧液室６にインクを供給するための液室１０と、液室１０と加圧液室６を連通させる流体抵抗部９と、加圧液室６からインクを押し出す連通管１１とを設ける。続けて第２の基板の上面に接合される第３の基板３には、厚さ５０ミクロンのニッケル基板を用い、基板２に、ノズル孔８と連通するように連通管１１をそれぞれ設ける。
【００５８】
以上のように構成された液滴吐出ヘッドの動作を説明する。
加圧液室６内がインクにより満たされた状態で、個別電極４に発振回路により４０Ｖのパルス電位を印加する。電圧印加により個別電極４の表面がプラスに帯電すると、振動板５との間に静電気の吸引作用が働き振動板５が下方へ撓み、液室１０より流体抵抗部９を通じて加圧液室６へインクが流入する。その後個別電極４へのパルス電圧を０Ｖにすると静電気力により下方へ撓んだ振動板５が自身の剛性により元に戻る。その結果、加圧液室６内の圧力が急激に上昇し、連通管１１を介してノズル孔８よりインク液滴を記録紙に向けて吐出する。これを繰り返すことにより、インクを連続的に吐出することができる。
【００５９】
電極間に働く力Ｆは、式１に示すように電極間距離ｄの２乗に反比例して小さくなる。したがって、低電圧で駆動するためには個別電極４と振動板５の空隙間隔を狭く形成することが重要となる。
【００６０】
【数１】
2006076097.tif 000003
【００６１】
Ｆ：電極間に働く力
ε：誘電率
Ｓ：電極の対抗する面の面積
ｄ：電極間距離
Ｖ：印加電圧
本発明の液滴吐出ヘッドでは、個別電極４と振動板５間の微小な空隙間隔を精度良く、且つ安定して製造することが可能であり、静電気力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
次に、液滴吐出ヘッドの作製方法、構成などを実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００６２】
図４は、本発明の実施例１における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ），（Ｃ）は、図４（Ａ）のＹ１−Ｙ１，Ｙ２−Ｙ２に沿った断面図である。また、図５は、実施例１の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図６は、図５から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図４〜６では便宜上１つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図４の記載から明らかなように、実施例１の液滴吐出ヘッドは、振動板領域１２０が分離溝１３０で隔壁部１１５から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜１０５ａ、上部電極１０５ｂ、膜撓み防止膜１０５ｃ、膜剛性調整膜１０５ｄ、及び樹脂膜１０５ｅから構成された積層膜１０５で形成されている。
【００６３】
分離溝１３０は、隔壁部１１５と振動板領域１２０で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域１２０の短辺長、長辺長は、例えば短辺長ａ：６０μｍ、長辺長ｂ：１０００μｍであり、振動板領域１２０を静電気力で変位させるために、電圧を印加できるようになっており下部電極１０４がシリコン基板１００上に絶縁膜１０１を介して所望のパターニングが施されている。また、下部電極１０４上には、上部電極１０５ｂと電気的ショートを防止するため、絶縁膜１０６が形成されている。
【００６４】
振動板領域１２０を変位させるための空隙１０７を形成するために分離溝１３０に囲まれた振動板領域１２０と隔壁部１１５が、例えば０.３０μｍ厚で形成されている。
空隙１０７形成には、犠牲層プロセスを適用し、積層膜１０５に犠牲層除去孔１１４が形成されている。犠牲層除去孔１１４は、振動板領域１２０の長辺方向に等間隔に振動板領域１２０の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔１１４が形成されている。このように犠牲層除去孔１１４を複数配置することにより、空隙１０７を効率良く形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部１１５を挟んで隣のアクチュエータが並んでいるのが一般的である。
【００６５】
犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域１２０中央に犠牲層除去孔１１４が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高い。しかし、振動板の変位領域に犠牲層除去孔１１４があるとアクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔１１４は振動板領域外に配置することが好ましい。
その後、犠牲層除去孔１１４を膜剛性調整膜１０５ｄで完全封止する。
その後、図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔１１２、及び蒸着重合法などで液滴の接液膜として樹脂膜１０５ｅを形成する。
【００６６】
ここで、裏面貫通インク供給孔１１２形成を基板表面と裏面から加工することにより、基板表面側の短辺幅１５０と裏面側の短辺幅１５１が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔１１２を形成する場合に比べ、液体供給路の流体抵抗を制御し易くなり、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できるため、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置に提供することができる。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する寸法制御に優れた高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッド製造に適用できる製造方法が提供できる。
【００６７】
次に、実施例１の液滴吐出ヘッドの製造工程を図５，図６に基づいて説明する。
（Ａ）厚さ４００μｍＳｉ基板２００上に絶縁膜（熱酸化膜）２０１を１.６μｍ形成する。
次に、下部電極材としてＰドープポリシリコンを０.４μｍ成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極２０４ａ、隔壁部の一部２０４ｂとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所２１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極２０４ａと隔壁の一部２０４ｂの絶縁膜（ＣＶＤ酸化膜）２０６を０.２μｍ堆積させる。この絶縁膜２０６は犠牲層プロセスでの下部電極２０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極２０４ａと上部電極２０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する。
【００６８】
（Ｂ）次に、犠牲層（ノンドープポリシリコン）を空隙間隔となる０.３μｍをＣＶＤ法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域２０７ａと隔壁の一部２０７ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所２１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極２０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極２０４ａと上部電極２０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜２０５ａ（ＣＶＤ酸化膜）を０.１５μｍ堆積させる。
【００６９】
（Ｃ）次に、Ｐドープドポリシリコンを０.１μｍ堆積させ、リソエッチング法で上部電極２０５ｂと隔壁の一部２０５ｂｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所２１２ａのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層２０７ａと同じ材質の上部電極２０５ｂがエッチングされないように保護孔２１４ａを後に形成する犠牲層除去孔２１４より大きく開口する。
次に、振動板２０５撓み防止層として窒化膜２０５ｃをＬＰ−ＣＶＤ法で０.１５μｍ堆積させる。
【００７０】
（Ｄ）次に、裏面貫通インク供給孔となるシリコン基板２００裏面からの加工孔２１２ｂを形成する。ここで、シリコン基板２００裏面のリソエッチングを行なうに際して、シリコン基板２００表面に形成した構造体を裏面処理時の搬送系等のダメージから保護するためにシリコン基板２００表面にプラズマＣＶＤ法で膜厚１μｍのＴＥＯＳ膜２２０を形成する。シリコン基板２００裏面の絶縁膜２０１、絶縁膜２０６、絶縁膜２０５ａ、及び窒化膜２０５ｄをリソエッチング法により加工孔２１２ｂとなる箇所２１２ｂを開口し、シリコン基板２００裏面を露出させる。
【００７１】
（Ｅ）その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば９０℃、２０ｗｔ％ＫＯＨ溶液でシリコン基板２００をシリコン基板２００の表面が露出しないように５０μｍ程度残すようにエッチングし、加工孔２１２ｂを形成する。ここで、加工孔２１２ｂは、異方性ドライエッチング、例えばＩＣＰエッチャーで形成してもよい。ここでは、シリコン基板２００をシリコン基板２００の表面が露出しないようにシリコン基板２００表面から５０μｍ程度残すようにエッチングしたが、シリコン基板２００でエッチングレートバラツキの影響で表面が露出せず、且つ次工程以降の装置で、この部位がダメージを受けない範囲の基板残し量としても良い。
【００７２】
（Ｆ）次に、シリコン基板２００表面を保護していたＴＥＯＳ膜２２０をＨＦ水溶液で完全に除去し、リソエッチング法で開口径０.８μｍの犠牲層除去孔２１４と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔２１２ｂを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばＳＦ6プラズマ処理やＸｅＦ2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域２０７ａのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙２０７を形成する。
【００７３】
（Ｇ）次に、犠牲層除去孔２１４の封止と振動板２０５の剛性調整として膜剛性調整膜２０５ｄを犠牲層除去孔２１４が封止される膜厚、例えば０.６μｍ厚をＣＶＤ法でシリコン基板２００表面に形成する。この工程により、空隙２０７は、外気と完全に遮断され封止される。
【００７４】
（Ｈ）次に、裏面貫通インク供給孔２１２を貫通させるために、シリコン基板２００表面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサー等により異方性ウェットエッチングで残した基板分（５０μｍ）のみを切削加工し加工孔２１２ｄを形成する。ダイサーによる加工時、振動板２０５へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後で除去可能な保護膜、例えばレジストを５μｍ程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔２１２ｄの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔２１２ｄの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔２１２領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜２０５ｅを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に１μｍ厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部（図６に図示していない）のみリソエッチング法で開口する。ここで樹脂膜としては、例えば、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板１のアクチュエータ部が完成する。これに図１あるいは図２に示す第２の基板２、第３の基板３を組み合わせ、液滴吐出ヘッドが完成する。
【００７５】
ここで、シリコン基板２００表面からのダイサーによる加工深さを５０μｍとしたが、この加工深さがシリコン基板２００厚さの１／２以上であれば、シリコン基板２００はダイサーによる加工部に沿って割れる可能性が急激に高くなるため、ダイサーによる加工深さは、シリコン基板２００の１／２以下にすることが望ましい。
また、裏面からの加工孔２１２ｂの短辺幅は、例えば１〜５ｍｍ、表面からの加工孔２１２ｄの短辺幅は、３０μｍ〜２ｍｍの範囲で、且つ裏面からの加工孔２１２ｂの短辺幅＞表面からの加工孔２１２ｄの短辺幅となる各々の加工幅であればよい。
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔２１２の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った圧力発生機構を備えた基板が実現できる。
【実施例２】
【００７６】
実施例２の液滴吐出ヘッドにおける圧力発生機構を設けた基板構成は、実施例１と同様であるが、その製造方法として、シリコン基板裏面からの加工孔３１２ｄ形成と空隙３０７形成の犠牲層エッチングを一度に行なうことを特徴とする。したがって、実施例１の液滴吐出ヘッドに比べ、製造工数が低減でき、生産効率が向上するため、低コストで製品間のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが実現できる。
【００７７】
次に、実施例２の液滴吐出ヘッドの製造工程を図７、図８に基づいて説明する。
図７は、実施例２の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図８は、図７から引き続く製造工程を示す断面図である。
（Ａ）厚さ４００μｍのＳｉ基板３００上に絶縁膜（熱酸化膜）３０１を１.６μｍ形成する。
次に、下部電極材としてＰドープポリシリコンを０.４μｍ成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極３０４ａ、隔壁部の一部３０４ｂとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所３１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極３０４ａと隔壁の一部３０４ｂの絶縁膜（ＣＶＤ酸化膜）３０６を０.２μｍ堆積させる。この絶縁膜３０６は犠牲層プロセスでの下部電極３０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極３０４ａと上部電極３０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する。
【００７８】
（Ｂ）次に、犠牲層（ノンドープポリシリコン）を空隙間隔となる０.３μｍをＣＶＤ法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域３０７ａと隔壁の一部３０７ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所３１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極３０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極３０４ａと上部電極３０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜３０５ａ（ＣＶＤ酸化膜）を０.１５μｍ堆積させる。
【００７９】
（Ｃ）次に、Ｐドープドポリシリコンを０.１μｍ堆積させ、リソエッチング法で上部電極３０５ｂと隔壁の一部３０５ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所３１２ａのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層３０７ａと同じ材質の上部電極３０５ｂがエッチングされないように保護孔３１４ａを後に形成する犠牲層除去孔３１４より大きく開口する。
次に、振動板３０５撓み防止層として窒化膜３０５ｄをＬＰ−ＣＶＤ法で０.１５μｍ堆積させる。
【００８０】
（Ｄ）次に、裏面貫通インク供給孔となるシリコン基板３００裏面からの加工孔開口部３１２ｂを形成する。ここで、シリコン基板３００裏面のリソエッチングを行なうに際して、シリコン基板３００表面に形成した構造体を裏面処理時の搬送系等のダメージから保護するためにシリコン基板３００表面にプラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ膜３２０を１μｍ形成する。シリコン基板３００裏面の絶縁膜３０１、絶縁膜３０６、絶縁膜３０５ａ、及び窒化膜３０５ｄをリソエッチング法により加工孔開口部３１２ｂとなる箇所を開口し、シリコン基板３００裏面を露出させる。
【００８１】
（Ｅ）次に、シリコン基板３００表面を保護していたＴＥＯＳ膜３２０をＨＦ水溶液で完全に除去し、リソエッチング法で開口径０.８μｍの犠牲層除去孔３１４と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔３１２ｃを形成する。
その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば９０℃、２２ｗｔ％ＴＭＡＨ溶液でシリコン基板３００をシリコン基板３００の表面が露出しないように１００μｍ程度残すようにエッチングし、加工孔３１２ｄを形成する。同時に空隙となる領域３０７ａのポリシリコン膜も完全に除去され、空隙３０７が形成される。この時、酸化膜との選択性が非常に大きいため、空隙３０７内の絶縁膜３０６、及び３０５ａはほとんどエッチングされず、犠牲層と同材質である下層の下部電極３０４ａ、及び上部電極３０５ｂはエッチングされることはない。
【００８２】
（Ｆ）次に、犠牲層除去孔３１４の封止と振動板３０５の剛性調整として膜剛性調整膜３０５ｄを犠牲層除去孔３１４が封止される膜厚、例えば０.６μｍ厚をＣＶＤ法でシリコン基板３００表面に形成する。この工程により、空隙３０７は、外気と完全に遮断され封止される。
【００８３】
（Ｇ）次に、裏面貫通インク供給孔３１２を貫通させるために、シリコン基板３００表面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサーにより異方性ウェットエッチングで残した基板分（１００μｍ）のみを切削加工し加工孔３１２ｄを形成する。ダイサーによる加工時、振動板３０５へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後に除去できる保護膜、例えばレジストを５μｍ程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔３１２ｄの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔３１２ｄの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔３１２領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜３０５ｅを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に１μｍ厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部（図８に図示していない）のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えば、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性があり、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板１のアクチュエータ部が完成する。これに図１あるいは図２に示す第２の基板２、第３の基板３を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
【００８４】
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔３１２の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度に対応でき、且つ高い信頼性を持った基板が形成できる。また、シリコン基板裏面からの加工孔３１２ｄと空隙３０７を同時に形成することにより、工数削減による工期短縮、製造コスト低減効果が得られる製造方法が提供できる。
【実施例３】
【００８５】
図９は、本発明の実施例３における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ），（Ｃ）は、図９（Ａ）のＹ１−Ｙ１，Ｙ２−Ｙ２に沿った断面図である。また、図１０は、実施例３の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図１１は、図１０から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図９〜１１では便宜上１つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図９の記載から明らかなように、振動板領域４２０は、分離溝４３０で隔壁部４１５から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜４０５ａ、上部電極４０５ｂ、膜撓み防止膜４０５ｃ、膜剛性調整膜４０５ｄ、及び樹脂膜４０５ｅから構成された振動板積層膜４０５で形成されている。
【００８６】
分離溝４３０は、隔壁部４１５と振動板領域４２０で段差が生じないように設計されている。また、振動板４２０の短辺長、長辺長は、例えば短辺長ａ：６０μｍ、長辺長ｂ：１０００μｍであり、振動板領域４２０を静電気力で変位させるために、電圧を印加できるようになっており下部電極４０４がシリコン基板４００上に絶縁膜４０１を介して所望のパターニングが施されている。また、下部電極４０４上には、上部電極４０５ｂと電気的ショートを防止するため絶縁膜４０６が形成されている。
【００８７】
振動板領域４２０を変位させるための空隙４０７を形成するために、分離溝４３０に囲まれた振動板領域４２０と隔壁部４１５が、例えば０.３０μｍ厚で形成されている。
空隙４０４の形成には、犠牲層プロセスを適用し、振動板積層膜４０５に犠牲層除去孔４１４が形成されている。犠牲層除去孔４１４は、長辺方向に等間隔に振動板領域４２０に振動板領域４２０の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔４１４が形成されている。このように犠牲層除去孔４１４を複数配置することにより、効率良く犠牲層をエッチングすることができ、空隙４０７を形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部４１５を挟んで隣のアクチュエータが 並んでいるのが一般的である。
【００８８】
空隙４０７形成後、犠牲層除去孔４１４を封止膜４１０で完全封止し、振動板領域４２０に封止膜４１０が残らないようにし、膜剛性調整膜４０５ｄを所望膜厚成膜する。その後図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔４１２、及び蒸着重合法で液滴の接液膜として樹脂膜４０５ｅを形成する。
【００８９】
ここで、裏面貫通インク供給孔４１２形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドの製造方法、並びにこの液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。
【００９０】
次に、実施例３の液滴吐出ヘッドの製造工程について、図１０、図１１に基づいて説明する。
（Ａ）厚さ４００μｍのＳｉ基板５００上に絶縁膜（熱酸化膜）５０１を１.６μｍ形成する。
次に、下部電極材としてＰドープポリシリコンを０.４μｍ成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極５０４ａ、隔壁部の一部５０４ｂとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所５１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極５０４ａと隔壁の一部５０４ｂの絶縁膜（ＣＶＤ酸化膜）５０６を０.２μｍ堆積させる。この絶縁膜５０６は犠牲層プロセスでの下部電極５０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極５０４ａと上部電極５０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する。
【００９１】
（Ｂ）次に、犠牲層（ノンドープポリシリコン）を空隙間隔となる０.３μｍをＣＶＤ法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域５０７ａと隔壁の一部５０７ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所５１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極５０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極５０４ａと上部電極５０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜５０５ａ（ＣＶＤ酸化膜）を０.１５μｍ堆積させる。
【００９２】
（Ｃ）次に、Ｐドープドポリシリコンを０.１μｍ堆積させ、リソエッチング法で上部電極５０５ｂと隔壁の一部５０５ｂｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所５１２ａのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層５０７ａと同じ材質の上部電極５０５ｂがエッチングされないように保護孔５１４ａを後に形成する犠牲層除去孔５１４より大きく開口する。
次に、振動板５０５撓み防止層として窒化膜５０５ｄをＬＰ−ＣＶＤ法で０.１５μｍ堆積させる。
【００９３】
（Ｄ）次に、裏面貫通インク供給孔となるシリコン基板５００裏面からの加工孔５１２ｂを形成する。ここで、シリコン基板５００裏面のリソエッチングを行なうに際して、シリコン基板５００表面に形成した構造体を裏面処理時の搬送系等のダメージから保護するためにシリコン基板５００表面にプラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ膜５２０を１μｍ形成する。ここでの保護膜は、後に除去できる膜であれば良く、樹脂材、例えばレジストなどでもよい。シリコン基板５００裏面の絶縁膜５０１、絶縁膜５０６、絶縁膜５０５ａ、及び窒化膜５０５ｄをリソエッチング法により加工孔５１２ｂとなる箇所を開口し、シリコン基板５００裏面を露出させる。
その後、レジストを除去し、異方性ウェットエッチング、例えば９０℃、２０ｗｔ％ＫＯＨ溶液でシリコン基板５００をシリコン基板５００の表面が露出しないように１００μｍ程度残すようにエッチングし、加工孔５１２ｂを形成する。ここで、加工孔５１２ｂは、異方性ドライエッチング、例えばＩＣＰエッチャーで形成してもよい。
【００９４】
（Ｅ）次に、シリコン基板５００表面を保護していたＴＥＯＳ膜５２０をＨＦ水溶液で完全に除去し、リソエッチング法で開口径０.８μｍの犠牲層除去孔５１４と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔５１２ｃを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばＳＦ6プラズマ処理やＸｅＦ2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域５０７ａのポリシリコンを完全に除去し、空隙５０７を形成する。
【００９５】
（Ｆ）次に、犠牲層除去孔５１４の封止を行なうため、封止膜５１０としてＣＶＤ法、スパッタ法、例えば常圧ＣＶＤ法によりＴＥＯＳ膜を０.６μｍ成膜する。
次に、リソエッチング法により、振動板５０５上の封止膜５１０を除去する。そして、振動板５０５の剛性調整として膜剛性調整膜５０５ｄを、例えば０.２μｍ厚をＣＶＤ法でシリコン基板５００表面に形成する。
【００９６】
（Ｇ）次に、裏面貫通インク供給孔５１２を貫通させるために、シリコン基板５００表面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサーにより異方性ウェットエッチングで残した基板分（１００μｍ）のみを切削加工し加工孔５１２ｄを形成する。ダイサーによる加工時、振動板５０５へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後に除去可能な保護膜、例えばレジストを５μｍ程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔５１２ｄの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔５１２ｄの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔５１２領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜５０５ｅを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に１μｍ厚成膜する。その後電極配線取り出しパッド部（図１１に図示していない）のみリソエッチング法で開口する。ここで樹脂膜としては、例えば、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板１のアクチュエータ部が完成する。これに図１あるいは図２に記載した第２の基板２、第３の基板３を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
【００９７】
このように液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔５１２の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った基板が形成できる。
また、犠牲層除去孔５１４の封止膜５１０と振動板５０５の膜剛性調整膜５０５ｄを別成膜とすることで、機能別に成膜膜厚を設定できる為、プロセス面と設計面からの要求を独立に制御でき、プロセス歩留まりの向上、機能面での信頼性の向上が期待できる。
【実施例４】
【００９８】
図１２は、本発明の実施例４における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ），（Ｃ）は、図１２（Ａ）のＹ１−Ｙ１，Ｙ２−Ｙ２に沿った断面図である。
また、図１３は、実施例１〜３の液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図１３（Ａ）は平面図、図１３（Ｂ），（Ｃ）は、図１３（Ａ）のＹ１−Ｙ１，Ｙ２−Ｙ２に沿った断面図である。
図１３に示す実施例１〜３の液滴吐出ヘッドでは、アクチュエータ７２０が複数並んだ基板７００表面からの加工孔７１２ｄ一つに対し、基板７００裏面からの加工孔７１２ｂが１対１で連通している。
【００９９】
実施例４の液滴吐出ヘッドでは、製造工程は実施例１、３の製造工程と同様であるが、加工孔９１２ｂを異方性ドライエッチングで加工する。実施例４では、図１２に示すように各アクチュエータ部６２０へインクを供給する裏面貫通インク供給孔６１２が基板６００表面からの加工孔６１２ｄに一つに対し、基板６００裏面からの加工孔６１２ｂが複数孔連通されている。
したがって、裏面貫通インク供給孔６１２が加工孔６１２ｂ間のブリッジ部６５０が形成でき、基板６００の機械的強度が増し、次工程以降の取扱が容易になる、加えて基板６００の強度増加により製品の信頼性向上が期待できるアクチュエータ基板６００が実現できる。
実施例１〜４の液滴吐出ヘッドは、静電型圧力発生機構を備えた基板についてであるが、シリコン基板上にサーマル型（バブル型）の圧力発生機構を備えた基板にも適用することができる。
【０１００】
次に、本発明の実施形態２の液滴吐出ヘッドについて添付図面を参照して説明する。
図１４は、本発明の第２の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図１５は、図１４に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図、図１６は、図１５示すＳ１，Ｓ２面で破断して示す断面図である。
本実施形態は、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものであり、以下に詳記する構造を有する第１の基板２１，第２の基板２２，第３の基板２３を重ねた３枚の積層構造となっている。
【０１０１】
第１の基板２１は、＜１１０＞シリコン基板上に積層膜により個別電極２４と空隙２７を介して振動板２５が形成されている。空隙２７は後に除去することを前提とした犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に犠牲層除去孔３４から空隙部となる犠牲層を除去することで形成する。また、後述の液滴吐出ヘッドへ外部からインクを供給する貫通孔３２を設ける。
また、第１の基板２１の上面に接合される第２の基板２２には、＜１００＞シリコン基板の振動板２５上に振動板を底壁とする加圧液室２６と、各々の加圧液室２６にインクを供給するための液室３０と、液室３０と加圧液室２６を連通させる流体抵抗部２９と、加圧液室２６からインクを押し出す連通管３１を設ける。
さらに、第２の基板２２の上面に接合される第３の基板２３には、厚さ５０μｍのニッケル基板を用い、基板の面部に連通管３１と連通するようにそれぞれノズル孔２８を設ける。
【０１０２】
上記のように構成された液滴吐出ヘッドの動作は、第１の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの動作と同様である。
本発明の第２の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドでは、個別電極２４と振動板２５間の微小な空隙間隔を精度良く、且つ安定して製造することが可能であり、静電力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
次に、液滴吐出ヘッドの作製方法、構成などを実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例５】
【０１０３】
実施例５の液滴吐出ヘッドにおいて、圧力発生機構を設けた基板の実施例について説明する。
図１７は、本発明の実施例１における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図１７（Ａ）は平面図、図１７（Ｂ），（Ｃ）は、図１７（Ａ）のＹ１−Ｙ１，Ｙ２−Ｙ２に沿った断面図である。また、図１８は、実施例５の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図１９は、図１８から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図１７〜１９では便宜上１つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図１７の記載から明らかなように、振動板領域８２０は、分離溝８３０で隔壁部８１５から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜８０５ａ、上部電極８０５ｂ、膜撓み防止膜８０５ｃ、膜剛性調整膜８０５ｄ、及び樹脂膜８０５ｅから構成された積層膜８０５で形成されている。
【０１０４】
分離溝８３０は、隔壁部８１５と振動板領域８２０で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域８２０の短辺長、長辺長は、例えば短辺長ａ：６０μｍ、長辺長ｂ：１０００μｍであり、振動板領域８２０を静電気力で変位させるために電圧を印加できるようになっており、下部電極８０４がシリコン基板８００上に絶縁膜８０１を介して所望のパターニングが施されている。
また、下部電極８０４上には、上部電極８０５ｂと電気的ショートを防止するため、絶縁膜８０６が、例えば０.３０μｍ厚で形成されている。
【０１０５】
空隙８０７の形成には、犠牲層プロセスを適用し、積層膜８０５に犠牲層除去孔８１４が形成されている。犠牲層除去孔８１４は、振動板領域８２０の長辺方向に等間隔に振動板領域８２０の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔８１４が形成されている。このように犠牲層除去孔８１４を複数配置することにより、空隙８０７を効率良く形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部８１５を挟んで隣接するアクチュエータが並んでいるのが一般的である。犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域８２０中央に犠牲層除去孔８１４が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高い。しかし、振動板の変位領域に犠牲層除去孔８１４があると、アクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔８１４は振動板領域外に配置することが好ましい。
その後、犠牲層除去孔８１４を膜剛性調整膜８０５ｄで完全封止する。その後、図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔８１２、及び蒸着重合法などで液滴の接液膜として樹脂膜８０５ｅを形成する。
【０１０６】
ここで、裏面貫通インク供給孔８１２の形成を基板表面と裏面から加工することにより、基板表面側の短辺幅８５０と裏面側の短辺幅８５１が独立に制御できる。つまり、一度に裏面貫通インク供給孔８１２を形成する場合に比べ、液体供給路の流体抵抗を制御し易くなり、従来技術に比べ高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドが実現できるため、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。また、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する寸法制御に優れた高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッド製造に適用できる製造方法が提供できる。
【０１０７】
次に、実施例１の液滴吐出ヘッドの製造工程を図１８，図１９に基づいて説明する。
（Ａ）厚さ４００μｍのＳｉ基板９００上に絶縁膜（熱酸化膜）９０１を１.６μｍ形成する。
次に、下部電極材としてＰドープポリシリコンを０.４μｍ成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極９０４ａ、隔壁部の一部９０４ｂとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所９１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極９０４ａと隔壁の一部９０４ｂの絶縁膜（ＣＶＤ酸化膜）９０６を０.２μｍ堆積させる。この絶縁膜９０６は犠牲層プロセスでの下部電極９０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極９０４ａと上部電極９０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する。
【０１０８】
（Ｂ）次に、犠牲層（ノンドープポリシリコン）を空隙間隔となる０.３μｍをＣＶＤ法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域９０７ａと隔壁の一部９０７ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所９１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極９０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極９０４ａと上部電極９０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜９０５ａ（ＣＶＤ酸化膜）を０.１５μｍ堆積させる。
【０１０９】
（Ｃ）次に、Ｐドープドポリシリコンを０.１μｍ堆積させ、リソエッチング法で上部電極９０５ｂと隔壁の一部９０５ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所９１２ａのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層９０７ａと同じ材質の上部電極９０５ｂがエッチングされないように保護孔９１４ａを後に形成する犠牲層除去孔９１４より大きく開口する。
次に、振動板９０５撓み防止層として窒化膜９０５ｃをＬＰ−ＣＶＤ法で０.１５μｍ堆積させる。
【０１１０】
（Ｄ）次に、リソエッチング法で開口径０.８μｍの犠牲層除去孔９１４と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔９１２ｂを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばＳＦ6プラズマ処理やＸｅＦ2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域９０７ａのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙９０７を形成する。
【０１１１】
（Ｅ）次に、犠牲層除去孔９１４の封止と振動板９０５の剛性調整として膜剛性調整膜９０５ｄを犠牲層除去孔９１４が封止される膜厚、例えば０.６μｍ厚をＣＶＤ法でシリコン基板９００表面に形成する。この工程により、空隙９０７は、外気と完全に遮断され封止される。
【０１１２】
（Ｆ）次に、リソエッチング法で裏面貫通インク供給孔となる箇所の膜剛性調整膜９０５ｄと絶縁膜９０１を除去し、異方性エッチング、例えばＩＣＰエッチャーでシリコン基板９００表面から４００μｍ深さエッチングし、加工孔９１２ｃを形成する。
ここで、異方性エッチング法として、ＴＭＡＨ、ＫＯＨ等を使った異方性ウェットエッチング法、ＳＦ6，ＣＦ4ガスを用いたＩＣＰエッチャー等を使った異方性ドライエッチング法を適用することができる。加工形状制御性、微細加工性、加工精度の面から異方性ドライエッチング法がより好ましく、高密度化の面でも効果が大きい。
【０１１３】
（Ｇ）次に、裏面貫通インク供給孔５１２を貫通させるために、シリコン基板９００裏面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサー等により異方性シリコンドライエッチングで残した基板分＋α（約１２０μｍ）のみを切削加工し加工孔９１２ｄを形成する。ダイサーによる加工時、振動板９０５へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後で除去可能な保護膜、例えばレジストを５μｍ程度塗布し、ダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔９１２ｄの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔９１２ｄの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔９１２領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜９０５ｅを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に１μｍ厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部（図１９に図示していない）のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えばＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
【０１１４】
以上で、基板１のアクチュエータ部が完成する。これに図１４，図１５に示す第２の基板２、第３の基板３を組み合わせ、液滴吐出ヘッドが完成する。
ここで、シリコン基板９００の裏面からのダイサーによる加工深さを約１２０μｍとしたが、この加工深さがシリコン基板９００厚さの１／２以上であれば、シリコン基板９００はダイサーによる加工部に沿って割れる可能性が急激に高くなるため、ダイサーによる加工深さは、シリコン基板９００の１／２以下にすることが望ましい。
このように、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔９１２の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を有する圧力発生機構を備えた基板が実現できる。
【実施例６】
【０１１５】
図２０は、本発明の実施例６における液滴吐出ヘッドの部分を示す図で、図２０（Ａ）は平面図、図２０（Ｂ），（Ｃ）は、図２０（Ａ）のＹ１−Ｙ１，Ｙ２−Ｙ２に沿った断面図である。また、図２１は、実施例２の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図、図２２は、図２１から引き続く製造工程を示す断面図である。但し、図１９〜２１では便宜上１つのアクチュエータの平面図及び断面図を示してある。
図２０の記載から明らかなように、振動板領域１０２０は、分離溝１０３０で隔壁部１０１５から分離されており、その膜構成は、下層から絶縁膜１００５ａ、上部電極１００５ｂ、膜撓み防止膜１００５ｃ、膜剛性調整膜１００５ｄ、及び樹脂膜１００５ｅから構成された振動板積層膜１００５で形成されている。
【０１１６】
分離溝１０３０は、隔壁部１０１５と振動板領域１０２０で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域１０２０の短辺長、長辺長は、例えば短辺長ａ：６０μｍ、長辺長ｂ：１０００μｍであり、振動板領域１０２０を静電気力で変位させるために、電圧を印加できるようになっており、下部電極１００４がシリコン基板１０００上に絶縁膜１００１を介して所望のパターニングが施されている。また、下部電極１００４上には、上部電極１００５ｂと電気的ショートを防止するため、絶縁膜１００６が例えば０.３０μｍ厚形成されている。
【０１１７】
空隙１００７の形成には、犠牲層プロセスを適用し、振動板積層膜１００５に犠牲層除去孔１０１４が形成されている。犠牲層除去孔１０１４は、長辺方向に等間隔に振動板領域１０２０に振動板領域１０２０の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔１０１４が形成されている。このように犠牲層除去孔１０１４を複数配置することにより。効率良く犠牲層をエッチングすることができ、空隙１００７を形成することができる。
静電型液滴吐出ヘッドの場合、あるいは一般的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合、液滴を吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部１０１５を挟んで隣のアクチュエータが 並んでいるのが一般的である。
空隙１００７形成後、犠牲層除去孔１０１４を封止膜１０１０で完全封止し、振動板領域１０２０に封止膜１０１０が残らないようにし、膜剛性調整膜１００５ｄを所望膜厚成膜する。その後図示していないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給孔１０１２、及び蒸着重合法で液滴の接液膜として樹脂膜１００５ｅを形成する。
【０１１８】
本実施例では、各アクチュエータ部へインクを供給する裏面貫通インク供給孔１０１２が基板１０００の裏面からの加工孔１０１２ｄの１つに対し基板表面からの加工孔１０１２ｃが複数孔連通されている。基板表面からの複数の加工孔に対し、基板裏面からの加工孔１つに連通させることにより、アクチュエータ毎に貫通孔を備えることも可能であり、従来基板表面部に具備していた流体抵抗部を基板深さ方向に備えることが可能となり、液滴吐出ヘッドをコンパクト化できる。加えて、実施例１の液滴吐出ヘッドと同様に、裏面貫通インク供給孔１０１２形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドの製造方法が可能となり、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。
【０１１９】
次に、実施例２の液滴吐出ヘッドの製造工程を図２１，図２２に基づいて説明する。
（Ａ）厚さ４００μｍのＳｉ基板１１００上に絶縁膜（熱酸化膜）１１０１を１.６μｍ形成する。
次に、下部電極材としてＰドープポリシリコンを０.４μｍ成膜する。そして、リソエッチング法で下部電極１１０４ａ、隔壁部の一部１１０４ｂとの分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所１１１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、下部電極１１０４ａと隔壁の一部１１０４ｂの絶縁膜（ＣＶＤ酸化膜）１１０６を０.２μｍ堆積させる。この絶縁膜１１０６は犠牲層プロセスでの下部電極１１０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極１１０４ａと上部電極１１０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する。
【０１２０】
（Ｂ）次に、犠牲層（ノンドープポリシリコン）を空隙間隔となる０.３μｍをＣＶＤ法で成膜し、リソエッチング法により空隙となる領域１１０７ａと隔壁の一部１１０７ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所１１１２ａのポリシリコン層を除去する。
その後、犠牲層プロセスでの下部電極１１０４ａを保護するマスク材、且つ下部電極１１０４ａと上部電極１１０５ｂとの短絡を防止する保護膜として作用する絶縁膜１１０５ａ（ＣＶＤ酸化膜）を０.１５μｍ堆積させる。
【０１２１】
（Ｃ）次に、Ｐドープドポリシリコンを０.１μｍ堆積させ、リソエッチング法で上部電極１１０５ｂと隔壁の一部１１０５ｂを分離、及び裏面貫通インク供給孔部となる箇所１１１２ａのポリシリコン層を除去する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層１１０７ａと同じ材質の上部電極１１０５ｂがエッチングされないように保護孔１１１４ａを後に形成する犠牲層除去孔１１１４より大きく開口する。
次に、振動板１１０５撓み防止層として窒化膜１１０５ｄをＬＰ−ＣＶＤ法で０.１５μｍ堆積させる。
【０１２２】
（Ｄ）次に、リソエッチング法で開口径０.８μｍの犠牲層除去孔１１１４と裏面貫通インク供給孔となる箇所の絶縁膜を除去し、加工孔１１１２ｃを形成する。
次に、犠牲層エッチング、例えばＳＦ6プラズマ処理やＸｅＦ2ガスによるドライエッチングで空隙となる領域１１０７ａのみのポリシリコンを完全に除去し、空隙１１０７を形成する。
【０１２３】
（Ｅ）次に、犠牲層除去孔１１１４の封止膜１１１０として、例えば０.６μｍ厚をＣＶＤ法でシリコン基板１１００表面に形成する。この工程により、空隙１１０７は、外気と完全に遮断され封止される。
そして次に、リソエッチング法で振動板領域１１２０の封止膜１１１０を除去する。ここで、振動板領域１１２０の封止膜をエッチングするには、下層の撓み防止層の窒化膜１１０５ｄの膜減り量を極力抑えるために、ウェットエッチング法、例えば５０：１ＨＦ水溶液で処理を行うことが望ましい。
次に、振動板１１０５の膜剛性調整膜１１０５ｄを例えば０.２μｍ厚をＣＶＤ法でシリコン基板１１００表面に形成する。
【０１２４】
（Ｆ）次に、リソエッチング法で裏面貫通インク供給孔となる箇所の封止膜１１０５、膜剛性調整膜１１０５ｄと絶縁膜１１０１を除去し、異方性シリコンドライエッチング、例えばＩＣＰエッチャーでシリコン基板１１００表面から３００μｍ深さエッチングし、加工孔１１１２ｃを形成する。
ここで、異方性エッチング法として、ＴＭＡＨ、ＫＯＨ等を使った異方性ウェットエッチング法、ＳＦ6、ＣＦ4ガスを用いたＩＣＰエッチャー等を使った異方性ドライエッチング法を適用することができる。加工形状制御性、微細加工性、加工精度の面から異方性ドライエッチング法がより好ましく高密度化の面でも効果が大きい。
【０１２５】
（Ｇ）次に、裏面貫通インク供給孔７１２を貫通させるために、シリコン基板１１００裏面側から半導体デバイスのチップ化に一般的に用いられるダイサー等により異方性シリコンドライエッチングで残した基板分（約１２０μｍ）のみを切削加工し加工孔１１１２ｄを形成する。ダイサーによる加工時、振動板１１０５へのシリコン屑の付着、あるいは洗浄時のダメージから保護するため、事前に後で除去可能な保護膜、例えばレジストを５μｍ程度塗布しダイサー加工後レジストを酸素プラズマ処理等で除去する。加工孔１１１２ｄの幅がダイサーのブレード幅より大きい場合は、数回スキャン加工して所望する加工孔１１１２ｄの幅を得る。また、ダイサーによる加工は、シリコン基板の端から端まで直線的に連続加工、あるいは、裏面貫通インク供給孔１１１２領域のみを加工するチョッパー加工でもよい。
次に、接液膜として樹脂膜１１０５ｅを被覆性の優れた蒸着重合法でシリコン基板全面に１μｍ厚成膜する。
その後、電極配線取り出しパッド部（図２２に図示していない）のみリソエッチング法で開口する。ここで、樹脂膜としては、例えば、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）、ポリイミド膜などのように液滴に対して耐腐食性が有り、蒸着重合法で形成できる材料であればよい。
以上で、基板１のアクチュエータ部が完成する。これに図１４，図１５に示すような第２の基板２２、第３の基板２３を組み合わせ液滴吐出ヘッドが完成する。
【０１２６】
このように基板表面からの複数の加工孔に対し、基板裏面からの加工孔１つに連通させることにより、表面からの加工孔間で基板ブリッジ部が形成でき、基板の機械的な強度が増すため、次工程以降の取扱が容易になるとともに製品の信頼性向上も期待できる。また、液滴吐出ヘッドへインクを供給する裏面貫通インク供給孔１１１２の形成を基板表面と裏面から加工することにより、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った基板が形成できる。加えて、犠牲層除去孔１１１４の封止膜１１１０と振動板の１１０５膜剛性調整膜１１０５ｄを別成膜とすることで、機能別に成膜膜厚を設定できるため、プロセス面と設計面からの要求を独立に制御でき、プロセス歩留まりの向上、機能面での信頼性の向上が期待できる。
実施例５、６の液滴吐出ヘッドは、静電型圧力発生機構を備えた基板についてであるが、シリコン基板上にサーマル型の圧力発生機構を備えた基板などにも適用することができる。
【実施例７】
【０１２７】
次に、本発明の実施例７のインクカートリッジについて説明する。
図２３は、実施例７のインクカートリッジを示す斜視図である。
実施例７のインクカートリッジは、ノズル４０等を有する前記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド４１と、このインクジェットヘッド４１に対してインクを供給するインクタンク４２とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。
【実施例８】
【０１２８】
次に、本発明のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット装置の一例について説明する。
図２４は、実施例８のインクジェット装置の斜視説明図、図２５は、同記録装置の機構部を示す側面説明図である。
実施例８のインクジェット装置は、記録装置本体５１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ６３、キャリッジ６３に搭載した本発明の液滴吐出ヘッドを実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド６４、記録ヘッド６４へインクを供給するインクカートリッジ６５等で構成される印字機構部５２等を収納し、装置本体５１の下方部には前方側から多数枚の用紙５３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）５４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙５３を手差しで給紙するための手差しトレイ５５を開倒することができ、給紙カセット５４或いは手差しトレイ５５から給送される用紙５３を取り込み、印字機構部５２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ５６に排紙する。
【０１２９】
印字機構部５２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド６１と従ガイドロッド６２とでキャリッジ６３を主走査方向（図２５で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ６３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド６４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ６３には記録ヘッド６４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ６５を交換可能に装着している。
【０１３０】
インクカートリッジ６５は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド６４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド６４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッド６４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０１３１】
ここで、キャリッジ６３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド６１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド６２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ６３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ６７で回転駆動される駆動プーリ６８と従動プーリ６９との間にタイミングベルト７０を張装し、このタイミングベルト７０をキャリッジ６３に固定しており、主走査モータ６７の正逆回転によりキャリッジ６３が往復駆動される。
【０１３２】
一方、給紙カセット５４にセットした用紙５３を記録ヘッド６４の下方側に搬送するために、給紙カセット５４から用紙５３を分離給装する給紙ローラ７１及びフリクションパッド７２と、用紙５３を案内するガイド部材７３と、給紙された用紙５３を反転させて搬送する搬送ローラ７４と、この搬送ローラ７４の周面に押し付けられる搬送コロ７５及び搬送ローラ７４からの用紙５３の送り出し角度を規定する先端コロ７６とを設けている。搬送ローラ７４は副走査モータ７７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１３３】
そして、キャリッジ６３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ７４から送り出された用紙５３を記録ヘッド６４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材７９を設けている。この印写受け部材７９の用紙搬送方向下流側には、用紙５３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ８１、拍車８２を設け、さらに用紙５３を排紙トレイ５６に送り出す排紙ローラ８３及び拍車８４と、排紙経路を形成するガイド部材８５，８６とを配設している。
【０１３４】
記録時には、キャリッジ６３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド６４を駆動することにより、停止している用紙５３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙５３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙５３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙５３を排紙する。
【０１３５】
また、キャリッジ６３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド６４の吐出不良を回復するための回復装置８７を配置している。回復装置８７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ６３は印字待機中にはこの回復装置８７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド６４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１３６】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド６４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１３７】
このように、このインクジェット装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。また低電圧で駆動できるヘッドを搭載するので、インクジェット装置全体の消費電力も低減できる。
なお、上記実施例においては、本発明をインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することできる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の第１の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図である。
【図３】図２に示すＳ１，Ｓ２面で破断して示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１における液滴吐出ヘッドの部分を示す図である。
【図５】実施例１の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】図５から引き続く製造工程を示す断面図である。
【図７】実施例２の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】図７から引き続く製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例３における液滴吐出ヘッドの部分を示す図である。
【図１０】実施例３の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１１】図１０から引き続く製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例４における液滴吐出ヘッドの部分を示す図である。
【図１３】実施例１〜３の液滴吐出ヘッドの部分を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における静電型液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図１５】図１４に示す静電型液滴吐出ヘッドを一部断面して示す組立て斜視図である。
【図１６】図１５示すＳ１，Ｓ２面で破断して示す断面図である。
【図１７】本発明の実施例５における液滴吐出ヘッドの部分を示す図である。
【図１８】実施例５の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１９】図１８から引き続く製造工程を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施例６における液滴吐出ヘッドの部分を示す図である。
【図２１】実施例６の液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２２】図２１から引き続く製造工程を示す断面図である。
【図２３】実施例７のインクカートリッジを示す斜視図である。
【図２４】実施例８のインクジェット装置の斜視説明図である。
【図２５】図２４に示すインクジェット装置の機構部を示す側面説明図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１，２１…第１の基板、２，２２…第２の基板、３，２３…第３の基板、４，２４…個別電極、５，２５…振動板、６，２６…加圧液室、７，２７…空隙、８，２８…ノズル孔、９，２９…流体抵抗部、１０，３０…液室、１１，３１…連通管、１２，３２…貫通孔、４０…ノズル、４１…インクジェットヘッド、４２…インクタンク、５１…記録装置本体、５２…印字機構部、５３…用紙、５４…給紙カセット、５６…排紙トレイ、６１…主ガイドロッド、６２…従ガイドロッド、６３…キャリッジ、６４…記録ヘッド、６５…インクカートリッジ、６７…主走査モータ、７０…タイミングベルト、７１…給紙ローラ、７４…搬送ローラ、７５…搬送コロ、７９…印写受け部材、８３…排紙ローラ、１００，４００，８００，１０００…シリコン基板、１０１，４０１，８０１，１００１…絶縁膜、１０４，４０４，８０４，１００４…下部電極、１０５，４０５，８０５，１００５…積層膜、１０５ａ，４０５ａ，８０５ａ，１００５ａ…絶縁膜、１０５ｂ，４０５ｂ，８０５ｂ，１００５ｂ…上部電極、１０５ｃ，４０５ｃ，８０５ｃ，１００５ｃ…膜撓み防止膜、１０５ｄ，４０５ｄ，８０５ｄ，１００５ｄ…膜剛性調整膜、１０５ｅ，４０５ｅ，８０５ｅ，１００５ｅ…樹脂膜、１０７，４０７，８０７，１００７…空隙、１１２，４１２，８１２，１０１２…インク供給孔、１１４，４１４，８１４，１０１４…犠牲層除去孔、１１５，４１５，８１５，１０１５…隔壁部、１２０，４２０，８２０，１０２０…振動板領域、１３０，４３０，８３０，１０３０…分離溝、１５０，４５０，８５０，１０５０…表面側の短辺幅、１５１，４５１，８５１，１０５１…裏面側の短辺幅。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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