(57)【要約】      （修正有）【課題】インクジェットヘッドの接合安定性を向上させ、接合不良及び剥離を最小限に止める。【解決手段】基板（Ｓｉウエハ）に素子３が設けてあり、その素子３を囲むように複数列の溝４が設けてある。これら二枚の基板を減圧環境下で接合する。溝部は接合後に減圧空間４となる。従来接合に寄与していない接合不良を防止するための凹部を減圧空間することにより第一の基板１と第二の基板２が大気圧で押され、実質的に接合力が増える効果が得られ接合の安定化を実現させたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に液体に吐出圧力を発生する為の吐出圧発生素子を形成し、もう一方の面に前記液体が満たされ前記吐出圧発生素子により前記液体を加圧する為の個別液室を設けた第一の基板と、前記個別液室に連通する吐出口を形成した第二の基板とを接合してなるインクジェットヘッドにおいて、前記第一の基板と前記第二の基板の少なくとも一方に、予め複数の凹部を形成し、第一の基板の凹部を設けた面と第二の基板とを接合することにより形成される空間が減圧状態であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記減圧空間が、前記吐出圧発生素子を概ね囲むように素子の外周に位置し複数列配置されていることを特徴とする請求項一記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第一の基板と前記第二の基板との接合が固層接合であることを特徴とする請求項一及び二記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記固層接合が、Ｓｉ−Ｓｉ接合又はＡｕ−Ａｕ接合であることを特徴とする請求項一及び二記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
一方の面に液体に吐出圧力を発生する為の吐出圧発生素子を形成し、もう一方の面に前記液体が満たされ前記吐出圧発生素子により前記液体を加圧する為の個別液室を設けた第一の基板と、前記個別液室に連通する吐出口を形成した第二の基板とを接合してなるインクジェットヘッドにおいて、前記第一の基板と前記第二の基板の少なくとも一方に、予め複数の凹部を形成し、第一の基板の凹部を設けた面と第二の基板とを減圧環境下で加熱、加圧して接合することを特徴とする請求項１〜４記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する吐出口とこれに連通する個別液室を備え、前記個別液室に設けられた吐出圧発生素子を駆動することにより前記液滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
また本発明によるインクジェット記録ヘッドは、紙、布、革、不織布、ＯＨＰシート等に印刷するインクジェット記録装置や、基板、板材等の固体物に液体を付着させるパターニング装置や塗布装置等に適用可能である。
【０００３】
従来よりインクジェット記録ヘッドは、低騒音、低ランニングコスト、装置の小型化およびカラー化が容易である等の理由から、プリンタやファクシミリ等の記録装置に広く内蔵されている。また、吐出させる液体の選択自由度のあるインクジェット記録ヘッドはデバイス製造向けのパターニング装置としての用途も拡大しつつある。
【背景技術】
【０００４】
従来、第一の基板と第二の基板を接合材料を介して接合する場合において、接合不良を防止する為、特開平05-250617のように非磁性基板上にトラック形成溝及び巻線孔用溝を設け表面に磁性金属膜を付着させた後、溶融ガラスによって接合する方法が提案されている。また、一対のＳｉウエハを貼り合わせる方法に関しては特開平07-283381に半導体基板を貼り合わせる方法において、絶縁膜を介して貼り合せ1000℃で熱処理することにより接合することが提案されている。これら２つの従来技術から、インクジェットヘッドは以下に示したような方法で形成されている。ここでは、吐出圧発生素子であれば何でも可能であるが圧電膜を用いた場合の例について述べる。
【０００５】
ウエハ上に複数のインクジェットヘッドを形成する場合、インクジェットヘッドは図７に示したように二枚の基板を貼り合わせて形成される。第一の基板（６“Ｓｉ  図7-1）の一方の面に、振動板、下電極膜、圧電膜、上電極膜を形成したのちフォトリソ工程によりパターニングする。この工程により吐出圧発生素子を得る。そして第一の基板のもう一方の面に個別液室パターンを形成する。その後エッチング処理により個別液室を形成する（図示せず）。そして同様に、フォトリソ、エッチング工程にて接合不良防止としての役割を担う凹部（図7-4）を形成する。その後、凹部を形成した側の面に接合層（図7-8）となるＡｕを成膜する。Ａｕはパターニングせずにベタ膜とする。
【０００６】
対向基板である第二の基板（６“Ｓｉ  図7-2）に、吐出口パターンを形成する（図示せず）。その後エッチング処理して所望の吐出口（図7-5）を得る。そして、吐出口面と反対面にフォトリソ、エッチング工程により接合不良防止のための凹部（図7-4）を形成する。その後、凹部を形成した側の面に接合層（図7-8）としてＡｕを成膜する。このようにして形成された第一の基板と第二の基板を専用アライメント機を用いてアライメントした後貼り合わせ、そして、接合機に投入して加圧、加熱することにより接合を完了させる。このようにして接合されたものは、接合不良の進行を途中で止める役割を担う接合不良防止のための凹部を有すると同時に複数のインクジェットヘッドチップが含まれている。そして専用ダイサーにより切り出しをおこない所望のインクジェットヘッドチップを得ている。
【特許文献１】特開平05-250617号公報
【特許文献２】特開平07-283381号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例のような方法で形成すると、接合不良が生じて進行していく場合、殆どの場合は接合不良防止のための凹部（図7-4）で止まるが、この凹部を超えてさらに大きな接合不良領域をつくるという問題があった。この接合不良領域の広がりはインクジェットヘッドの歩留まりを著しく低下させ大きな問題となっていた。
【０００８】
この接合不良は、接合面の汚れ、接合条件のバラツキ等、種種の原因により起こる。また、接合不良の種類としては接合層間の界面での剥離と接合層と基板間での剥離の二通りがあるが、いずれの場合も接合面と接合面の接触が空間で遮断されることにより剥離の進行が抑制されるものである。上記の凹部を超える接合部ハガレの対策として前記凹部を前記インクジェットの内側に向かって複数列設けることが考えられるが、前記凹部の数を多くしていった場合、接合の面積が減りヘッド全体として接合力が不足し工程中での外力や経時的剥離力に耐えられないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来例の課題を解決するために提案されたものであり、一方の面に吐出圧発生素子を形成し、もう一方の面に個別液室を設けた第一の基板と、吐出口を形成した第二の基板とを接合してなるインクジェットヘッドであって、前記第一の基板と前記第二の基板の少なくとも一方に、予め複数の凹部を形成し、第一の基板の凹部を設けた面と第二の基板とを接合することにより形成される空間が減圧状態になるようにしたものである。すなわち、従来接合に寄与していない接合不良を防止するための凹部を減圧空間にすることにより第一の基板と第二の基板が大気圧で押され、実質的に接合力が増える効果が得られ接合の安定化を実現させたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のことから、従来第一の基板と第二の基板を接合して凹部から形成される空間が大気圧空間から減圧空間になったことにより、前記空間が大気圧で押される為、実質的に接合面積が増加した場合と同じ効果が得られた。よって接合の信頼性が向上した。そして、凹部から形成される減圧空間で接合を補助する働きが得られるので、従来、凹部から形成される複数の空間により接合不良の広がりを止めていたが、前記減圧空間の手前で止めることができるようになった。また、最も悪い場合でも減圧空間で止めることが確実にできるようになった。そして、減圧空間が複数列あるため、ゴミによる接合不良を小さく抑えることができるようになった。更に、素子を囲むように凹部から形成される減圧空間を配置したことにより、素子を外周に沿って切断するときに生じていた接合不良を防止できるようになった。よってインクジェットヘッドを歩留まり良く形成することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図3,4,5の模式図をもとに本発明の実施態様例を説明する。
【００１２】
図3,4は図1  Ａ−Ｂ部での断面を表したものであり2枚の基板が接合された状態を示す。また、図5は、図2  Ｃ−Ｄ部の断面を表したものであり吐出圧発生素子の構造を示す。
【００１３】
第一基板の一方の面に吐出圧発生素子を形成（図5-9,10,11）したのち、第一基板のもう一方の面に個別液室を形成する（図5-12）。そして第一基板の個別液室を形成した側の面に更に凹部を形成する（図5-4）。この凹部は接合後に減圧空間となるものである。その後、接合層を凹部形成面側に形成する（図5-8）。接合層としてＡｕを用いることが多いが、基板にＳｉを用いた場合は接合層を新たに設けず、Ｓｉ-Ｓｉで接合することも可能である。そして第二の基板に吐出口を形成する（図5-5）。その後吐出口を形成した面と反対側の面に凹部を形成する。その後、接合層を凹部形成面側第一の基板と同様に形成する（図5-8）。この凹部は、第一の基板及び第二の基板の両方に設けたがどちらか一方でも良い。また、接合不良に対する信頼性をより向上させたい場合は、素子を囲むように外周部に凹部を更に多く設けてもよい。その後、第一の基板と第二の基板を、凹部が向かい合うように重ねアライメント処理したのち接合機に投入して真空引き、加圧、加熱処理を行う。このようにして第一の基板と第二の基板を接合してインクジェットヘッドを得る。接合した後の基板上面からの模式図を図1に、また、図1のＡ−Ｂ断面の模式図を図3,4に示す。そして接合された基板を切断することにより複数の所望のインクジェットヘッドを得る。
【００１４】
このようにして得られたインクジェットヘッドは凹部で形成された減圧空間部（図3−４）が大気圧で押される形となるので、従来接合不良が凹部で形成された空間（大気圧）まで達して止まったり、又は複数の凹部で形成された空間（大気圧）まで達していたものが凹部で形成された減圧空間部に到達する前で止まるようになった。よって、凹部で形成された減圧空間部も含めて接合面積が増えたことと同様の効果が認められた。
【実施例１】
【００１５】
第一の基板としてSiウエハ（３００μｍ厚）の一方の面に振動板を形成する。振動板はＳｉウエハをエッチング処理して振動板の厚さ５μｍ分Ｓｉを残した（図５−１３）。そして下電極（図５−９）、圧電体（図５−１０）、上電極（図５−１１）と積層して圧電素子を形成した。下電極、上電極としてＰｔを用い膜厚は２００ｎｍとした。また圧電体にはＰＺＴ５μｍ厚を用いた。電極、圧電体はスパッタリングにより成膜し、パターニングはフォトリソ工程を用い、ドライエッチングすることにより所望のパターンを得た（図5）。
【００１６】
第一の基板としてのSiウエハのもう一方の面（接合面側）には、インク流路である個別液室（図５−１２）を形成した。個別液室は圧電素子膜の下に位置し、形成方法としてフォトリソ工程により所望のパターンを形成し、ドライエッチングすることにより得た。その後、接合後に減圧空間となる凹部（図５−４）を接合面側に形成した。前記凹部は前記個別液室を形成する工程において、同時に形成しても良い。そして、凹部の配置に関しては図1に示したようにSiウエハ外周とその中に位置するインクジェットヘッドチップの外周とした。インクジェットヘッドチップの外周に位置することを図2−4に示した。同図については、前記凹部（図2−4）が完全に前記素子（図2−３）の外周を完全に囲っているが、例えば、配線を通す部分やモニター等を配設するために、一辺や一部が欠けていても特に問題はない。このようにして得られた素子は図2−3に示すような位置に形成されている。
【００１７】
一方、接合の対向ウエハである第二の基板であるが、第一の基板と同様にＳｉ（３００μｍ厚）（図５−１）を用い、吐出口をフォトリソ工程にてパターンを形成しドライエッチングすることにより加工する（図５−５）。吐出口径はφ40μｍとし、Siウエハを貫通するように形成した。その後、接合後に減圧空間となる凹部（図５−４）を接合面側に形成した。この凹部は第一の基板と第二の基板が接合されたときに互いに重なるような位置に形成した。以上の工程により得られたＳｉウエハ2枚を減圧環境下で加圧加熱接合する。接合前に2枚の基板の凹部形成面側に接合層（図５−８）として金属膜を成膜する。金属膜はＴｉとＡｕの積層膜で、膜厚は１０ｎｍと８０ｎｍとした。その後、2枚のウエハをアライメントした後、接合機に投入した。アライメントにはＢA６（ズースマイクロテック社製品）を用い、接合機はSB６（ズースマイクロテック社製品）を用いた。接合工程は、装置内にウエハ投入、その後真空引き（到達真空度  ２E−３Pa）、加圧７０００Ｎ／φ６"、加熱３００℃×６０ｍｉｎの順で行った。このようにして接合された2枚のウエハの断面を図4に示した。この図では減圧空間が2枚のウエハで重なるように設計されており、接合後の減圧空間としては幅100μｍ、高さ100μｍのラインとなる。最後に、接合済みのウエハを切断して所望のインクジェットヘッドチップ（図２）を得た。
【００１８】
このようにして得られたインクジェットヘッドは、従来前記凹部により形成された空間が大気圧空間であったものを減圧空間にしたことにより実質的に接合面積が増加したのと同じ効果が得られるようになり、接合の信頼性が向上したものであった。また、従来前記凹部が大気圧空間であった場合においては、ゴミによる接合不良の進行が空間まで進んで止まるか、複数の凹部から形成された空間まで進むことがあったが、凹部により形成された空間を減圧空間にすることにより接合力が上がり、前記空間手前で不良を止めることが可能になった。よって接合不良を最小限に抑えることができるようになった。
【００１９】
本実施例では吐出圧発生素子として圧電体を用いた場合について述べたが、他の材料でも全く問題ない。
【実施例２】
【００２０】
本実施例は実施例１とほぼ同様の工程で形成した。異なっている点は、実施例1がＡｕ−Ａｕ接合であるのに対し、Ｓｉ−Ｓｉ接合で行った点である。
【００２１】
第一の基板としてSiウエハ（３００μｍ厚）の一方の面に振動板を形成する。振動板はＳｉウエハをエッチング処理して振動板の厚さ分Ｓｉを残した（図６−１３）。そして下電極（図６−９）、圧電体（図６−１０）、上電極（図６−１１）と積層して圧電素子を形成した。下電極、上電極としてＰｔを用い膜厚は２００ｎｍとした。また圧電体にはＰＺＴ５μｍ厚を用いた。電極、圧電体はスパッタリングにより成膜し、パターニングはフォトリソ工程を用い、ドライエッチングすることにより所望のパターンを得た（図６）。
【００２２】
第一の基板として、Siウエハのもう一方の面（接合面側）にインク流路である個別液室（図６−１２）を形成した。個別液室は圧電素子膜の下に位置し、形成方法としてフォトリソ工程により所望のパターンを形成し、ドライエッチングすることにより得た。その後、接合後に減圧空間となる凹部（図６−４）を接合面側に形成した。そして、凹部の配置に関しては図1に示したようにSiウエハ外周とその中に位置するインクジェットヘッドチップの外周とした。インクジェットヘッドチップの外周に位置することを図2−4に示した。このようにして得られた素子は図2−3に示すような位置に形成されている。
【００２３】
一方、接合の対向ウエハである第二の基板であるが、第一の基板と同様にＳｉ（３００μｍ厚）（図６−１）を用い、吐出口をフォトリソ工程にてパターンを形成しドライエッチングすることにより加工する（図６−５）。吐出口径はφ40μｍとし、Siウエハを貫通するように形成した。その後、接合後に減圧空間となる凹部（図５−４）を接合面側に形成した。この凹部は第一の基板と第二の基板が接合されたときに互いに重なるような位置に形成した。以上の工程により得られたＳｉウエハ2枚を減圧環境下で加圧加熱接合する。接合前に2枚の基板の接合面をフッ酸処理により表面のＳｉＯ２とゴミを除去する。除去に際しては素子面をレジストで保護し除去作業を行った。その後、Ｏ２プラズマ処理装置により表面改質を行った。プラズマ処理はＭＡＳ(登録商標)8220（キヤノン販売製品）を用いて行った。その後、2枚のウエハをアライメントした後、接合機に投入した。アライメントにはＢA６（ズースマイクロテック社製品）を用い、接合機はSB６（ズースマイクロテック社製品）を用いた。接合工程は、装置内にウエハ投入、その後真空引き（到達真空度  ２E−３Pa）、加圧７０００Ｎ／φ６"、加熱３００℃×６０ｍｉｎの順で行った。このようにして接合された2枚のウエハの断面を図３に示した。この図では減圧空間が2枚のウエハで重なるように設計されており、接合後の減圧空間としては幅100μｍ、高さ100μｍのラインとなる。最後に、接合済みのウエハを切断して所望のインクジェットヘッドチップ（図２）を得た。
【００２４】
このようにして得られたインクジェットヘッドは、従来凹部が大気圧空間であったものを減圧空間にしたことにより実質的に接合面積が増加したのと同じ効果が得られるようになり、接合の信頼性が向上したものであった。従来、凹部から形成される空間が大気圧空間であった場合においては、ゴミによる接合不良が空間まで進んで止まったり、また複数の凹部から形成された大気圧空間まで進むことがあったが、前記凹部から形成される空間を減圧空間にすることにより接合力が上がり、空間手前で不良を止めることが可能になった。よって接合不良を最小限に抑えることができるようになった。そして、接合層を新たに設けず基板そのものを直接接合するので膜剥がれの要因が減るのと同時に工程数も減らすことが可能となった。
【００２５】
（比較例）
本比較例は実施例１の工程により同様に形成したものである。但し、接合時の真空引きは行っていない。よって、実施例１で減圧空間になっているところが本比較例では大気圧空間になっている。
【００２６】
第一の基板として、Siウエハ（３００μｍ厚）の一方の面に振動板を形成する。振動板はＳｉウエハをエッチング処理して振動板の厚さ分Ｓｉを残した（図５−１３）。そして下電極（図５−９）、圧電体（図５−１０）、上電極（図５−１１）と積層して圧電素子を形成した。下電極、上電極としてＰｔを用い膜厚は２００ｎｍとした。また圧電体にはＰＺＴ５μｍ厚を用いた。電極、圧電体はスパッタリングにより成膜し、パターニングはフォトリソ工程を用い、ドライエッチングすることにより所望のパターンを得た（図5）。
【００２７】
第一の基板として、Siウエハのもう一方の面（接合面側）には、インク流路である個別液室（図５−１２）を形成した。個別液室は圧電素子膜の下に位置し、形成方法としてフォトリソ工程により所望のパターンを形成し、ドライエッチングすることにより得た。その後、接合後に大気圧空間となる凹部（図５−４）を接合面側に形成した。そして、凹部の配置に関しては図1に示したようにSiウエハ外周とその中に位置するインクジェットヘッドチップの外周とした。インクジェットヘッドチップの外周に位置することを図2−4に示した。このようにして得られた素子は図2−3に示すような位置に形成されている。
【００２８】
一方、接合の対向ウエハである第二の基板であるが、第一の基板と同様にＳｉ（３００μｍ厚）（図５−１）を用い、吐出口をフォトリソ工程にてパターンを形成しドライエッチングすることにより加工する（図５−５）。吐出口径はφ40μｍとし、Siウエハを貫通するように形成した。その後、接合後に大気圧空間となる凹部（図５−４）を接合面側に形成した。この凹部は第一の基板と第二の基板が接合されたときに互いに重なるような位置に形成した。以上の工程により得られたＳｉウエハ2枚を大気圧環境下で加圧加熱接合する。接合前に2枚の基板の凹部形成面側に接合層（図５−８）として金属膜を成膜する。金属膜はＴｉとＡｕの積層膜で、膜厚は１０ｎｍと８０ｎｍとした。その後、2枚のウエハをアライメントした後、接合機に投入した。アライメントにはＢA６（ズースマイクロテック社製品）を用い、接合機はSB６（ズースマイクロテック社製品）を用いた。接合工程は、装置内にウエハ投入、その後、加圧７０００Ｎ／φ６"、加熱３００℃×６０ｍｉｎの順で行った。このようにして接合された2枚のウエハの断面を図4に示した。この図では大気圧空間が2枚のウエハで重なるように設計されており、接合後の大気圧空間としては幅100μｍ、高さ100μｍのラインとなる。最後に、接合済みのウエハを切断して所望のインクジェットヘッドチップ（図２）を得た。
【００２９】
このようにして得られたインクジェットヘッドは、接合不良の多くが凹部から形成された大気圧空間（図3−４）まで進行し終息した。また、一部では前記凹部から形成された複数の大気圧空間を超えて接合不良が広がっているものもあった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を表す凹部空間とインクジェットヘッドチップの位置を示した図。
【図２】インクジェットヘッドチップの平面図。
【図３】インクジェットヘッドチップ（図１  Ａ−Ｂ）の断面図（接合層なしＳｉ−Ｓｉ接合）。
【図４】インクジェットヘッドチップの断面図（図１  Ａ−Ｂ）（接合層あり）。
【図５】インクジェットヘッド素子部（図２  Ｃ−Ｄ）の断面図（接合層あり）。
【図６】インクジェットヘッド素子部（図２  Ｃ−Ｄ）の断面図（接合層なしＳｉ−Ｓｉ接合）。
【図７】従来例の金属接合（Ａｕ−Ａｕ）を表す図。
【符号の説明】
【００３１】
1  基板1
2  基板2
3  素子
4  凹部空間又は凹部減圧空間
5  吐出口
6  ＩＪヘッドチップ
7  接合面
8  接合層
９、１０、１１  吐出圧発生素子
９  下電極
１０  圧電体
１１  上電極
１２  個別液室
１３  振動板
【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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