(57)【要約】【課題】  単体では取り扱いが困難な薄膜振動板を振動素子とともに良好な形状に良好な生産性で形成できるインクジェット装置の製造方法を提供する。【解決手段】  シリコン基板からなる支持基板２００にシリコン酸化膜２０２と振動素子の各種層膜２０４〜２０８と薄膜振動板２１０とが順番に成膜された振動体基体２１２を作成し、構造基板１００に圧力室１１０などが形成された構造体基体１０８を作成し、構造体基体１０８と振動体基体２１２を接合してから、シリコン酸化膜２０２をエッチングストッパとしたドライエッチングにより支持基板２００を除去する。このため、単体では取り扱いが困難な薄膜振動板２１０を振動素子２０４〜２０８とともに構造体基体１０８の圧力室１１０の位置に形成できるので、微細な構造のインクジェット装置２１６を良好な精度および生産性で製造できる。【選択図】  図１
2006116866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動素子が積層されている振動板で液体のインクが収容される圧力室の内面の一部が形成されているインクジェット装置の製造方法であって、
支持基板の表面に薄膜を形成して振動体基体を作製する工程と、
前記圧力室となる構造が形成された構造体基体と前記振動体基体とを、前記薄膜を内側にして接合する工程と、
前記支持基板を除去する工程と、
を有する製造方法。
【請求項２】
前記振動体基体を作製する工程で、所定の板厚のシリコン基板からなる前記支持基板の表面にシリコン酸化膜エッチングストップ層と前記振動素子を形成する各種層膜と前記薄膜振動板となる層膜と前記薄膜とを順番に成膜する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
所定の板厚のシリコン基板からなる構造基板に少なくとも前記圧力室となる構造を形成して構造体基体を作成する工程も有している請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記支持基板を除去する工程で、前記構造基体に接合された前記振動体基体の前記支持板をシリコン酸化膜をエッチングストッパとしたドライエッチングにより除去する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記振動体基体を作成する工程でシリコン基板からなる前記支持基板の表面に熱酸化により前記シリコン酸化膜を形成する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記薄膜を除去して前記振動素子の層膜を露出させる工程も有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記支持基板を所定のエッチングガスでドライエッチングしてから前記エッチングガスの種類を変更することで前記シリコン酸化膜をドライエッチングする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記構造体基体と前記振動体基体とを固相接合する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記薄膜振動板を酸化シリコンで形成する請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記構造体基体と前記振動体基体とを陽極接合する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記薄膜振動板を硼珪酸ガラスで形成する、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記構造体基体と前記振動体基体とを接着する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記支持基板の表面に前記振動素子の各種層膜を成膜してから所定材料を付着させて層膜を成膜し、この層膜を前記薄膜振動板となる所定の膜厚まで薄膜化する請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク滴を吐出するインクジェット装置の製造方法に関するものであり、特に、振動素子が積層されている薄膜振動板で液体のインクが収容される圧力室の内面の一部が形成されているインクジェット装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特にインクジェットプリンタ用ヘッドなどとして、小型で高密度なマルチノズルのインクジェット装置が求められている。圧電素子を用いるインクジェット装置では、小型化・高密度化すると圧電素子も小型化するため、所望の変位量を得るためには振動板の薄膜化および振動板の膜厚均一化が必要である。
【０００３】
このような振動板を精度良く形成する製造方法の一従来例を、図３を参照して以下に説明する。ここで例示する製造方法では、図３（ａ）に示すように、面方位（１１１）のシリコン基板からなる（１１１）シリコン基板４００と、面方位（１１０）のシリコン基板からなる（１１０）シリコン基板４０２とを用意し、図３（ｂ）に示すように、これらを貼り合わせて接合基板４０４を形成する。
【０００４】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、接合基板４０４の（１１１）シリコン基板４００を所定の厚さまでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などで研磨してから、図３（ｄ）に示すように、接合基板４０４を熱酸化させて外面全域に熱酸化膜４０６を形成する。つぎに、図３（ｅ）に示すように、（１１０）シリコン基板４０２の表面の熱酸化膜４０６をフォトリソグラフィ方式のエッチングでパターニングし、図３（ｆ）に示すように、そのパターニングされた熱酸化膜４０６をマスクとして接合基板４０４の（１１０）シリコン基板４０２を異方性エッチングする。
【０００５】
このとき、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチングを行うことにより、（１１１）シリコン基板４００がエッチングストッパになるので、これで（１１１）シリコン基板４００の表面にパターニングされた（１１０）シリコン基板４０２が残存する状態となる。
【０００６】
そこで、パターニングされた（１１０）シリコン基板４０２の間隙を圧力室として利用するとともに、その間隙に位置する（１１１）シリコン基板４００を薄膜振動板として利用することにより、インクジェット装置（図示せず）を実現することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２１６３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記公報の製造方法では、各々所定の板厚の（１１１）シリコン基板４００と（１１０）シリコン基板４０２とを接合してから、その（１１１）シリコン基板４００を研磨することで所定の膜厚の薄膜振動板を形成し、この（１１１）シリコン基板４００をエッチングストッパとして（１１０）シリコン基板４０２をウェットエッチングすることで圧力室の構造を形成している。
【０００８】
しかし、充分な板厚の（１１１）シリコン基板４００を薄膜振動板として適切な膜厚までＣＭＰなどで研磨することは困難であり、これが可能でも研磨には多分に時間が必要となるので、インクジェット装置の生産性が極度に低下することになる。また、振動板形成後に圧力室を形成しているので、圧力室の形状の自由度が低く、所望とする性能を得るのに不都合な場合が生じる。
【０００９】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、単体では取り扱いが困難な薄膜振動板を振動素子とともに良好な形状に良好な生産性で形成できるインクジェット装置の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】
【００１０】
本発明のインクジェット装置の製造方法では、支持基板の表面に薄膜を形成して振動体基体が作製され、圧力室となる構造が形成された構造体基体と振動体基体とを、薄膜を内側にして接合され、支持基板が除去される。
【００１１】
従って、本発明の製造方法では、振動素子と薄膜振動板とは最初は支持基板の表面に形成されており、その状態で構造体基体に接合されてから支持基板が除去されるので、単体では取り扱いが困難な薄膜振動板が振動素子とともに構造体基体の圧力室の位置に形成される。
【００１２】
なお、本発明の製造方法の複数の工程は、かならずしも記載の順番に実行される必要はなく、相互に関連していない工程は、その順番を交換することや、並列に同時に実行することも可能である。例えば、振動体基体を作成する工程と、構造体基体を作成する工程は、その時点では関連しない独立した２個の部品の作成工程なので、何れの順番でも実行可能であり、並列に同時に実行することも可能である。
【００１３】
また、振動板基体と構造体基体を接合する為に振動板基体と構造体基体の両方に接合用の膜、例えばＡｕを成膜して固相接合する事も可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のインクジェット装置の製造方法では、振動素子と薄膜振動板とは最初は支持基板の表面に形成されており、その状態で構造体基体に接合されてから支持基板がドライエッチングにより除去されることにより、単体では取り扱いが困難な薄膜振動板を振動素子とともに構造体基体の圧力室の位置に形成することができるので、微細な構造のインクジェット装置を良好な精度および生産性で製造することに寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて説明する。図１は本発明によるインクジェット装置の製造方法の工程を示す図である。図１（ａ）は構造体基体１０８の平面図であり、図１（ｂ）〜（ｄ）は製造工程を説明する断面図である。図１（ｂ）に示すように、基板１００に圧力室１１０、ノズル連絡孔１１４、インク供給溝１１２を作り込んだ構造体基体１０８と、薄膜振動板を含む構造体１０４、支持基板１０２を含む振動板基体１０６を作製する。構造体基体１０８は、例えばシリコン基板をリソグラフィー法などを用いてパターニング、エッチング等を行う事により作製出来る。また、振動板基体１０６は、例えば支持基板１０２としてシリコン基板を用い、その表面に熱酸化によって酸化膜を形成し、薄膜振動板とする事により作製できる。また、シリコン基板上に電極用の金属膜や圧電体などを作製した後に、スパッタ法やＣＶＤ法などで酸化シリコンなどの薄膜振動板を成膜し、薄膜振動板を含む構造体１０４を作製する事も可能である。また、支持基板１０２に酸化シリコン薄膜（不図示）を形成した後、パイレックスガラスなどを接合し、研磨などによって薄片化して薄膜振動板を形成する事も出来る。次に図１（ｂ）に示すように構造体基体１０６と振動板基体１０８を接合する。例えば、構造体基体１０８をシリコンで作製し、振動板を含む構造体の、構造体基体１０８と接合する面を酸化シリコンで構成した場合には、固相接合を用いて、接合を行うことが出来る。また、構造体基体１０８をシリコンとし、構造体基体１０８と接合する面をパイレックスガラスなどの陽極接合可能な組み合わせとした場合には、陽極接合によってより低温にて接合を行う事が出来る。また、接合方法としては、熱硬化樹脂などを振動板基体１０８に塗布して接着層とし、構造体基体１０８と接合する方法も可能である。次に、図１（ｃ）に示すように、支持基板１０２を選択的に除去する。例えばシリコンからなる支持基板１０２とそのシリコンを熱酸化して形成した薄膜振動板１０４からなる振動板基体１０６の場合には、フッ素系のエッチングガスを使用する高密度プラズマを用いたドライエッチングによって支持基板１０２を選択的に除去する事が可能である。高密度プラズマソースとしては、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ−Ｗａｖｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）などを用いる事が出来る。その後、必要に応じて、電極材料や圧電体などを所望の形状に加工して、インクジェット装置１１６を得る。
【００１６】
［実施の形態の構成］
本発明の実施の一形態を図１および図２を参照して以下に説明する。図１は本形態のインクジェット装置の製造工程を示す工程図であり、図２は構造体基体１０８の平面図である。
【００１７】
まず、図１（ａ）および図２において、１０８は構造体基体であり、１００は板厚４００（μｍ）のシリコン基板からなる構造基板、１１０は構造基板１００に形成された深さ１００（μｍ）の圧力室、１１２は圧力室１１０と反対側の面に形成された深さ３００（μｍ）のインク供給溝、１１４はノズル孔である。
【００１８】
また、図１（ａ）において、２１２は振動板基体であり、２００は板厚２００（μｍ）のシリコン基板からなる支持基板、２０２は支持基板２００の表面に熱酸化によって形成された膜厚５００（ｎｍ）の二酸化シリコン膜、２０４は膜厚１５０（ｎｍ）の白金層と膜厚５０（ｎｍ）のチタン層からなる第一の電極層、２０６は膜厚３（μｍ）のＰＺＴ（ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏ−ｔｉｔａｎａｔｅ）薄膜、２０８は膜厚１５０（ｎｍ）の白金層と膜厚５０（ｎｍ）のチタン層からなる第二の電極層、２１０は膜厚３（μｍ）の二酸化シリコン層からなる薄膜振動板である。
【００１９】
まず、構造体基体１０８の作製法について説明する。フォトリソグラフィ法により、構造基板１００の片面に圧力室のパターン用のレジストマスクを形成するとともに、反対の片面にノズル孔１１４およびインク供給溝１１２のパターン用のレジストマスクを形成する（図示せず）。
【００２０】
つぎに、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって構造基板１００を異方性エッチングし、深さ１００（μｍ）の圧力室１１０を形成する。その場合、エッチング装置としてＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置、エッチングガスとしてＳＦ6、Ｃ4Ｆ8、を用いることが可能である。裏面も同様に異方性エッチングを行い、ノズル孔１１４およびインク供給口１１２を形成して構造体基体１０８を作製する。以降、構造体基体１０８について、圧力室１１０が形成された面を構造体基体１０８の上面と定義する。
【００２１】
つぎに、振動板基体２１２の作製法について説明する。まず、２００（μｍ）膜厚の支持基板２００を熱酸化し、その表面に膜厚５００（ｎｍ）の二酸化シリコン膜２０２を形成する。つぎに、スパッタリング法によって膜厚５０（ｎｍ）のチタン層、膜厚１５０（ｎｍ）の白金層を二酸化シリコン膜２０２の上に順次成膜し、第一の電極層２０４を形成する。ここで、振動板基体２１２の製造工程における上下方向として、二酸化シリコン膜２０２に対して支持基板２００の側を下方、支持基板２００と反対側を上方とする。
【００２２】
つぎに、第一の電極層２０４の上にスパッタリング法によってＰＺＴ膜を成膜し、６５０（℃）で５時間焼成して３（μｍ）膜厚のＰＺＴ膜２０６を形成する。つぎに、ＰＺＴ膜２０６の上に膜厚５０（ｎｍ）のチタン層、膜厚１５０（ｎｍ）の白金層をスパッタリング法によって順次成膜し、第二の電極層２０８を形成する。第二の電極層２０８の上にスパッタリング法やＣＶＤ法によって膜厚３（μｍ）の二酸化シリコン膜からなる薄膜振動板２１０を形成することで、振動板基体２１２を作製する。
【００２３】
つぎに、図１（ｂ）に示すように、構造体基体１０８の上面と振動板基体２１２の薄膜振動板２１０とを密着させ、固相接合によって接合する。本形態では構造体基体１０８がシリコンからなり、この構造体基体１０８に接合される薄膜振動板が酸化シリコンからなるので、構造体基体１０８の上面と振動板基体２１２の薄膜振動板２１０とを固相接合することができる。
【００２４】
つぎに、図１（ｃ）に示すように、振動体基体２１２の最下層の支持基板２００を高密度プラズマを用いたドライエッチングによって除去する。このとき、支持基板２００上の二酸化シリコン層２０２がエッチングストッパとなるので、振動体基体２１２から支持基板２００のみを選択的に高速に除去することができる。
【００２５】
なお、このようなドライエッチングは、高密度プラズマソースのドライエッチング装置であるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置を利用することができ、エッチングガスとしてはフッ素系のＳＦ6を利用することができる。このＩＣＰエッチング装置は、構造体基体１０８の加工にも利用することができるので、インクジェット装置の全体的な生産設備を削減することができる。
【００２６】
さらに、上述のような支持基板２００のエッチングに引き続き、エッチングガスをＣＦ4に変更することで、図１（ｄ）に示すように、二酸化シリコン層２０２をエッチングし、第一の電極層２０４を露出させる。このとき、第一の電極層２０４は、膜厚５０（ｎｍ）のチタン層は、ＣＦ4を用いたエッチングによって全てエッチングされ、膜厚１５０（ｎｍ）の白金層のみが残存する。
【００２７】
こうして圧力室１１０、インク供給溝１１２、ノズル孔１１４が形成された構造体基体１０８上に薄膜振動板２１０、第二の電極層２０８、膜厚３（μｍ）のＰＺＴ薄膜２０８、第一の電極層２０４が積層されたインクジェット装置２１６が作製される。このインクジェット装置２１６は、いわゆるインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの主要部品として利用することができる。
【００２８】
このことを以下に簡単に説明する。例えば、圧電素子として機能する各層２０４〜２０８が圧力室１１０ごとにフォトリソグラフィ法などで分断され、その第一／第二の電極層２０４，２０８がドライバ回路（図示せず）などに接続される。さらに、インク供給溝１１２にはインクタンク（図示せず）が連結され、圧力室１１０に液体のインクが供給される。
【００２９】
このような状態で、第一／第二の電極層２０４，２０８に駆動電力が供給されるとＰＺＴ膜２０６が薄膜振動板２１０とともに振動するので、この薄膜振動板２１０の振動により圧力室１１０のインクが加圧／減圧されてノズル孔１１４からインク滴が吐出される。
【００３０】
［実施の形態の効果］
本形態のインクジェット装置２１６の製造方法では、上述のように振動素子の各層２０４〜２０８と薄膜振動板２１０とは最初は支持基板２００の表面に形成されており、その状態で構造体基体１０８に接合されてから支持基板２００がドライエッチングにより除去される。
【００３１】
このため、単体では取り扱いが困難な薄膜振動板２１０を振動素子２０４〜２０８とともに構造体基体１０８の圧力室１１０の位置に形成することができ、微細な構造のインクジェット装置２１６を良好な精度および生産性で製造することができる。特に、薄膜振動板２１０はシリコン基板からなる支持基板２００の表面に熱酸化により形成されるので、その形成が容易である。
【００３２】
さらに、本形態の製造方法では、支持基板２００のドライエッチングを停止させるために二酸化シリコン膜２０２が第一の電極層２０４に積層されるが、支持基板２００がドライエッチングされてからエッチングガスが変更されて二酸化シリコン膜２０２が除去されるので、この二酸化シリコン膜２０２を除去して第一の電極層２０４を露出させることが容易である。
【００３３】
特に、本形態の製造方法では、振動体基体２１２から支持基板２００を除去するエッチング装置と、構造体基体１０８を加工するエッチング装置とを、兼用させることができるので、インクジェット装置２１６の生産設備を削減することができる。また、本形態の製造方法では、構造体基体１０８がシリコンからなり、薄膜振動板２１０が酸化シリコンからなるので、構造体基体１０８と振動体基体２１２の薄膜振動板２１０とを固相接合することができ、その接合が容易である。
【００３４】
［実施の形態の変形例］
本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では支持基板２００の表面に二酸化シリコン膜２０２と振動素子の各種層膜２０２〜２０８とを成膜してから、スパッタリング法やＣＶＤ法により二酸化シリコン膜からなる薄膜振動板２１０を形成することを例示した。
【００３５】
しかし、支持基板２００の表面に二酸化シリコン膜２０２と振動素子の各種層膜２０２〜２０８とを成膜してから、その表面に所定の板厚のパイレックスガラス（登録商標）を接合し、これをＣＭＰなどの研磨で薄膜化して薄膜振動板を形成することも可能である（図示せず）。
【００３６】
また、支持基板２００の表面に二酸化シリコン膜２０２と振動素子の各種層膜２０２〜２０８とを成膜してから、その表面にスパッタリング法でコーニング７０５９のガラスを膜厚３（μｍ）に成膜することなどでも、薄膜振動板を形成することが可能である（図示せず）。
【００３７】
さらに、上記形態ではシリコンからなる構造体基体１０８と酸化シリコンからなる薄膜振動板２１０とを固相接合することを例示したが、例えば、上述のように薄膜振動板をパイレックスガラスやコーニング７０５９ガラスとした場合、これはシリコンからなる構造体基体１０８と低温で陽極接合することができる。また、熱硬化樹脂などを振動板基体２１２に塗布して接着層とすることにより、材料には関係なく振動板基体２１２と構造体基体１０８とを接合することも可能である。
【００３８】
さらに、上記形態では振動体基体２１２から二酸化シリコン層２０２をエッチングストッパとして支持基板２００を誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）をプラズマソースとしてエッチングすることを例示したが、そのプラズマソースとしては、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマやヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ−Ｗａｖｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）なども利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態のインクジェット装置の製造方法を示す工程図である。
【図２】構造体基体の構造を示す平面図である。
【図３】一従来例のインクジェット装置の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００    構造基板
１０８    構造体基体
１１０    圧力室
２００    支持基板
２０２    二酸化シリコン膜
２０４〜２０８    振動素子の各種層膜
２１０    薄膜振動板
２１２    振動板基体
２１６    インクジェット装置
【図１】
2006116866.tif 000003
【図２】
2006116866.tif 000004
【図３】
2006116866.tif 000005