(57)【要約】【課題】  異物の付着に起因する第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良の発生を防止して液滴吐出ヘッドの歩留まりを向上させ、第２の基板に形成された電極に様々な材質のものを使用でき、液滴吐出ヘッドを安価に製造できるようにする。【解決手段】  開示される液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板３１に吐出室６、振動板５を形成して第１の基板１とする第１の工程と、ガラス基板に電極を形成して第２の基板とする第２の工程と、第２の基板の第１の基板１に対向する面に超音波スクラブ洗浄及び非接触スクラブ洗浄を施す第３の工程と、第１の基板１と第２の基板とを接合する第４の工程とを有している。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と前記振動板に対向する電極との間に電圧を印加して前記振動板を前記電極に当接離間させて前記吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法において、
基板に前記吐出室、前記振動板を形成して第１の基板とする第１の工程と、
基板に前記電極を形成して第２の基板とする第２の工程と、
前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面に超音波スクラブ洗浄又は非接触スクラブ洗浄の少なくとも１つを施す第３の工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する第４の工程と
を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記第３の工程では、前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面に前記超音波スクラブ洗浄又は前記非接触スクラブ洗浄の少なくとも１つを施すことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体供給手段と、
前記液滴吐出ヘッドを移動させる移動手段と、
液滴着弾対象と前記液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段と
を備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間に電圧を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法、この製造方法を用いて製造した液滴吐出ヘッド及び、この液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置に関する。特に、吐出室が形成された基板と、電極が形成された基板とを接合して液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板にノズル、吐出室、振動板等を形成して第１の基板とする第１の工程と、シリコン基板に上記振動板に対向する電極を形成して第２の基板とする第２の工程と、第１の基板を硫酸と過酸化水素水の混合液で洗浄し、乾燥後両基板の対応するパターン同士の位置合わせを行った後、両基板を重ね合わせた状態で熱処理を行って両基板を接合する第３の工程とを有している（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。
【０００３】
また、従来の液滴吐出ヘッドの製造方法には、上記した第１及び第２の工程と同様の工程と、第１及び第２の基板をＲＣＡ洗浄で知られる基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸と過酸化水素水の熱混合液に浸漬して接合面を親水化させることで直接接合をしやすい表面状態とし、両基板の対応するパターン同士の位置合わせを行った後、両基板を重ね合わせた状態で熱処理等を行って両基板を接合する工程とを有しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１８２６号公報（［００４０］〜［００５９］、図７〜図１１）
【特許文献２】特開２００１−２７０１１０号公報（［００３８］〜［００５６］、図８〜図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、第１の基板に形成された振動板と、これに対向して配置され、第２の基板に形成された電極との対向間隔（これをギャップ長と呼ぶ。）は、例えば、０．０５〜２．０μｍである。したがって、パーティクル（粒子等、大気中の浮遊物、人体からの発塵等）や貴金属等の異物が振動板と電極との間に付着すると、第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良を引き起こしてしまう。そこで、従来では、上記した第１及び第２の従来例のように、第１の基板と第２の基板とを接合する前に、第１及び第２の基板を上記したＲＣＡ洗浄等により化学的に洗浄していた。
【０００６】
ここで、ＲＣＡ洗浄とは、明確な定義はないが、例えば、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）、純水（Ｈ2Ｏ）の混合液（ＳＰＭ：sulfuric acid／hydrogen peroxide／water mix）による洗浄、フッ化水素酸（ＨＦ）と純水（Ｈ2Ｏ）とからなる希フッ化水素酸（ＤＨＦ：dilute hydrofluoric acid）による洗浄、アンモニア（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）、純水（Ｈ2Ｏ）の混合液（ＡＰＭ：ammonium hydroxide／hydrogen peroxide／water mix）による洗浄、塩酸（ＨＣｌ）、過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）、純水（Ｈ2Ｏ）の混合液（ＨＰＭ：hydrochloric acid／hydrogen peroxide／water mix）による洗浄などを目的に応じて組み合わせる洗浄方法である。なお、ＡＰＭ洗浄はＳＣ−１洗浄とも呼ばれ、ＨＰＭ洗浄はＳＣ−２洗浄とも呼ばれる。図９に、上記した代表的な化学洗浄の種類、その主な洗浄目的、副作用（汚染）を示す。
【０００７】
ところが、上記した第１及び第２の従来例のような化学洗浄では、上記異物を十分に除去することが困難であるため、上記異物の付着に起因する第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良が発生し、液滴吐出ヘッドの歩留まりが低下してしまうという課題があった。また、上記した化学洗浄では、酸を用いているため、第２の基板に形成された電極がその材質によっては酸により腐食されてしまうという課題があった。このため、電極に用いる金属が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、あるいはモリブデン（Ｍｏ）等の腐食に強いが高価なものに限定されてしまう。この結果、液滴吐出ヘッドが高価なものとなってしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、異物の付着に起因する第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良の発生を防止して液滴吐出ヘッドの歩留まりを向上させることできるとともに、第２の基板に形成された電極に様々な材質のものを使用することができ、液滴吐出ヘッドを安価に製造することができる液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間に電圧を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法において、基板に吐出室、振動板を形成して第１の基板とする第１の工程と、基板に電極を形成して第２の基板とする第２の工程と、第２の基板の第１の基板に対向する面に超音波スクラブ洗浄又は非接触スクラブ洗浄の少なくとも１つを施す第３の工程と、第１の基板と第２の基板とを接合する第４の工程とを有しているものである。本発明によれば、異物の付着に起因する第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良の発生を防止して液滴吐出ヘッドの歩留まりを向上させることできるとともに、第２の基板に形成された電極に様々な材質のものを使用することができ、液滴吐出ヘッドを安価に製造することができる。
また、上記の製造方法において、第３の工程では、第１の基板の第２の基板に対向する面に超音波スクラブ洗浄又は前記非接触スクラブ洗浄の少なくとも１つを施すものである。これにより、より一層、異物の付着に起因する第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良の発生を防止して液滴吐出ヘッドの歩留まりを向上させることできる。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造したものである。本発明によれば、高信頼性かつ高品質で、しかも安価な構成で液滴吐出を行うことができる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体供給手段と、液滴吐出ヘッドを移動させる移動手段と、液滴着弾対象と液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段とを備えているものである。本発明によれば、高信頼性かつ高品質で、しかも安価な構成で液滴吐出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図４は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの一部断面で示した分解斜視図、図５は、液滴吐出ヘッドの一部側断面図である。この実施の形態１の液滴吐出ヘッドは、液滴を基板の面部に設けたノズルから吐出させるフェイス型と呼ばれるものである。この液滴吐出ヘッドは、第１の基板１と、第２の基板２と、第３の基板３とを積層し接合して構成されている。
【００１３】
第１の基板１は、キャビティプレートとも呼ばれ、（１１０）面方位の酸素濃度の低いシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板というときは、（１１０）面方位の酸素濃度の低いシリコン単結晶基板を意味する。）により構成されている。第１の基板１の全面には、図５に示すように、厚さ約０．１μｍを有するＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysillane：テトラエトキシシラン、ケイ酸エチル）膜４が、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁破壊及び短絡を防止するために絶縁膜として形成されている。第１の基板１には、その底壁が振動板５となる吐出室６を構成する凹部７と、各吐出室６に供給すべき液体が貯蔵されるリザーバ８を構成する凹部９とが形成されている。電極端子１０は、図５に示す発振回路２１と接続されている。
【００１４】
第２の基板２は、例えば、厚さ約１ｍｍを有し、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス（ＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3）又はシリコン基板により構成され、図４及び図５に示すように、第１の基板１の裏面に接合されている。第２の基板２には、第１の基板１に形成されている各吐出室６に対向して、例えば、深さ約０．２５μｍの凹部１１が形成されている。凹部１１の内部には、例えば、厚さ約０．１μｍを有する、電極１２、リード部１３及び端子部１４（以下、これらを総称して電極部と呼ぶ。）が形成されている。電極部の材料としては、例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）やクロム（Ｃｒ）等の金属等がある。この実施の形態１では、第１の基板１に形成された振動板５と、これに対向して配置され、第２の基板２に形成された電極１２との対向間隔、すなわち、ギャップ長は、凹部１１の深さ（約０．２５μｍ）から電極１２の厚さ（約０．１μｍ）を減算した、約０．１５μｍとなる。また、隣接する凹部１１の間の所定箇所には、一端がリザーバ８に連通するとともに他端が図示せぬ液体タンクに接続されている液体供給口１５が設けられている。さらに、電極１２は、リード部１３及び端子部１４を介して図５に示す発振回路２１と接続されている。
【００１５】
第３の基板３は、ノズルプレートとも呼ばれ、例えば、厚さ約１８０μｍを有するシリコン基板により構成され、図４及び図５に示すように、第１の基板１の表面に接合されている。この第３の基板３は、第１の基板に対し蓋として作用することにより、吐出室６、リザーバ８及び後述するオリフィス１７を構成している。第３の基板３の略中央表面には、対応する吐出室６と連通するノズル１６が２列並列して形成されている。各ノズル１６は、テーパ状に近づけるために、２段で構成されており、内側（第１の基板１と接合される側。）の径が外側の径よりも大きい。これは、液体流れの整流作用により、液体の直進性を高めるためである。また、第３の基板３の内側の面（図４では裏面。）にはオリフィス１７を構成する細溝１８が形成されており、吐出室６とリザーバ８とを連通させている。ダイヤフラム１９は、リザーバ８に対向しており、液体流路内の圧力変動を緩和させるために、周囲より薄く形成されている。
【００１６】
また、図５において、封止部２０は、電極１２の部分に異物等が混入しないようにするためのものである。発振回路２１は、例えば、２０ｋＨｚで発振し、電極１２と第１の基板１との間に、０Ｖから３０Ｖのパルス電位を印加して、電極１２に電荷の供給及び停止を行う。
【００１７】
次に、上記構成の液滴吐出ヘッドの動作について説明する。まず、図示せぬ液体タンクより液体供給口１５を経て第１の基板１の内部に液体が供給され、リザーバ８、吐出室６等に貯蔵される。次に、発振回路２１を駆動して電極１２に０Ｖから３０Ｖのパルス電位を印加することにより、電極１２に電荷を供給してその表面を正に帯電させると、振動板５の裏面は負に帯電し、振動板５は静電気の吸引作用により電極１２に引き寄せられて下方に撓む。これにより吐出室６の容積は広がる。
【００１８】
次に、発振回路２１からの電極１２への電荷供給を停止すると、振動板５は元に戻るが、そのとき吐出室６の容積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴２２が吐出し、例えば、液滴着弾対象となる記録紙２３に着弾することによって記録が行われる。次に、発振回路２１を駆動することにより、振動板５が再び下方に撓むと、液体がリザーバ８よりオリフィス１７を介して吐出室６に補給される。
【００１９】
次に、上記構成の液滴吐出ヘッドの製造方法について、図１〜図３に示す製造工程図を参照して説明する。なお、実際には、シリコンウェハを用いて複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を形成することとなるが、図１〜図３ではその一部分だけを表して説明する。最初に、第１の基板１の製造方法について図１を参照して説明する。まず、シリコン基板（この時点では、通常ウェハ状である。）の両面を鏡面研磨し、図１（ａ）に示すように、厚さ約１４０μｍを有するシリコン基板３１とする。
【００２０】
そして、シリコン基板３１に付着した微小パーティクルを洗浄するための上記したＡＰＭ洗浄とシリコン基板３１に付着した金属を洗浄するための上記したＨＰＭ洗浄とのコンビネーション洗浄を行い、加工精度に影響を与える異物の除去を行う。なお、パーティクルや金属を除去することができるのであれば、洗浄方法はＡＰＭ洗浄やＨＰＭ洗浄に限る必要はない。
【００２１】
次に、シリコン基板３１を熱酸化炉内に投入し、酸素及び水蒸気雰囲気中で、例えば、１０７５℃、４時間の条件で熱酸化処理を施すことにより、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板３１の表面３１ａ及び裏面３１ｂに厚さ１．２μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ａ及び３２ｂを形成する。この場合、シリコン基板３１を熱酸化炉内に投入する際の熱酸化炉内の温度及び、シリコン基板３１を熱酸化炉内から取り出す際の熱酸化炉内の温度は、ともに８００℃（又はそれ以上）に設定する。このような温度設定を行うことにより、シリコン基板３１において酸素欠陥が成長する速度が速い温度領域（５００〜７００℃）を速やかに通過することができ、シリコン基板３１での酸素欠陥の発生を抑制することができる。
【００２２】
次に、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ａ及び３２ｂの全面にフォトレジスト（図示略）を塗布し、マスクアライナーで二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ｂの全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像するフォトリソグラフィ（photolithography）技術を使用して、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ｂのうち、後に凹部７及び９となるべき部分に対応した領域を除去するために、図示せぬフォトレジストパターンを形成する。
【００２３】
次に、ウェットエッチング技術を使用して、例えば、一水素二弗化アンモニウム水溶液、すなわち、バッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ：buffer hydrogen fluoride）等のフッ化水素酸（ＨＦ）系のエッチング液で二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ｂのうち不要な部分を除去した後、上記したフォトレジストパターン及び二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ａの全面に塗布したフォトレジストを除去して、図１（ｃ）に示すように、パターン３２ｂ1を得る。
【００２４】
次に、パターン３２ｂ1を含むシリコン基板３１の裏面３１ｂの全面にフォトレジスト（図示略）を塗布した後、このフォトレジストをシリコン基板３１の裏面３１ｂの保護膜として、バッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ：buffer hydrogen fluoride）等のフッ化水素酸（ＨＦ）系のエッチング液で二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ａを除去した後、上記したシリコン基板３１の裏面３１ｂの全面に塗布したフォトレジストを除去する（図１（ｄ）参照）。
【００２５】
次に、シリコン基板３１の表面３１ａに付着している微小パーティクルや金属等からなる異物を除去するために、非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄を行う。ここで、図６にスクラブ洗浄装置の概略構成を示す。この例のスクラブ洗浄装置は、シリコン基板３１を保持しつつ、シリコン基板３１を回転させる回転機構５１と、シリコン基板３１の表面３１ａを超音波スクラブ洗浄するための超音波洗浄機構５２と、シリコン基板３１の表面３１ａを非接触ブラシスクラブ洗浄するためのブラシ洗浄機構５３とから構成されている。
【００２６】
回転機構５１は、図示せぬ駆動源から駆動力を伝達されて回転するスピン軸５４と、このスピン軸５４の上端部に設けられ、表面に設けられた複数の保持ピン５５ａによりシリコン基板３１を裏面３１ｂ側から保持するスピンチャック５５とから構成されている。超音波洗浄機構５２は、洗浄液としての超純水をシリコン基板３１の表面３１ａに供給するノズル５６と、このノズル５６から供給される上記洗浄液に超音波振動を付与するための振動板を内部に有する超音波ヘッド部５７と、この超音波ヘッド部５７を一方端で保持する揺動アーム５８と、この揺動アーム５８をアーム軸５９を中心として所定の角度範囲で回動（揺動）させるモータ等の揺動駆動源６０とから構成されている。揺動駆動源６０は、ノズル５６及び超音波ヘッド部５７を、シリコン基板３１の表面３１ａに沿って往復移動可能に構成されている。
【００２７】
ブラシ洗浄機構５３は、シリコン基板３１の表面３１ａをスクラブ洗浄するためのポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Poly Vinyl Alcohol）からなるスポンジブラシ６１ａを有するブラシ部６１と、このブラシ部６１を一方端で回転可能に保持する揺動アーム６２と、この揺動アーム６２をアーム軸６３を中心として所定の角度範囲で回動（揺動）させるモータ等の揺動駆動源６４と、ブラシ部６１及び揺動アーム６２を上下方向に昇降させるシリンダ等の昇降駆動源６５とから構成されている。なお、ブラシ部６１は、揺動アーム６２内に設けられた図示せぬモータ等の回転駆動源により自転可能に構成されている。ブラシ洗浄機構５３は、ブラシ部６１を、揺動駆動源６４によりシリコン基板３１の表面３１ａに沿って水平移動させることができ、また、昇降駆動源６５により上下移動可能に構成されている。
【００２８】
次に、上記構成のスクラブ洗浄装置による非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄について説明する。まず、超音波洗浄機構５２のノズル５６及びブラシ洗浄機構５３のブラシ部６１がスピンチャック５５の上方から退避している状態で、図示せぬ搬送ロボットによりシリコン基板３１がスクラブ洗浄装置内に搬入され、スピンチャック５５の上に載置されて複数の保持ピン５５ａに保持される。次に、シリコン基板３１を保持したスピンチャック５５が図示せぬ回転駆動源によって高速で回転されて、シリコン基板３１が回転される。
【００２９】
そして、揺動駆動源６０によって揺動アーム５８が回動されて、超音波洗浄機構５２のノズル５６がシリコン基板３１の中心の上方付近に移動されるとほぼ同時に、ノズル５６より洗浄液としての超純水が供給される（洗浄液供給工程）。この際、洗浄液が超音波ヘッド部５７を通過するときに、上記振動板から洗浄液に、例えば、１．５ＭＨｚの高周波による超音波振動が付与され（超音波付与工程）、この超音波振動が付与された洗浄液がノズル５６から吐出される。
【００３０】
その後、ノズル５６が往復移動（揺動）する動作が複数回繰り返されて、超音波洗浄が行われる。なお、この洗浄液供給工程と同時に、あるいは洗浄液供給工程に前後して、ブラシ洗浄機構５３により、スポンジブラシ６１ａの下端がシリコン基板３１の表面３１ａから０〜０．５ｍｍ程度離れた非接触スクラブ洗浄が行われる。そして、回転機構５１によるシリコン基板３１の回転が停止されるとともに、超音波洗浄機構５２のノズル５６からの洗浄液の供給が停止される。そして最後に、図示せぬ搬送ロボットによってシリコン基板３１がスクラブ洗浄装置から搬出されて、１枚のシリコン基板３１に対するこのスクラブ洗浄装置での洗浄処理が終了する。なお、この例のスクラブ洗浄装置の詳細については、例えば、特開２００２−１２４５０４号公報を参照されたい。
【００３１】
次に、シリコン基板３１の表面３１ａを酸化ホウ素（ボロン）（Ｂ2Ｏ3）を主成分とする固体の拡散源に対向させ、石英ボードにセットする。そして、縦型炉にその石英ボートをセットし、縦型炉内を窒素雰囲気にして温度を１０５０℃に上昇させてそのまま７時間保持し、ボロンをシリコン基板３１中に拡散させ、図１（ｅ）に示すように、厚さ０．８μｍを有するボロンドーブ層３３（ボロンの濃度は、１．０×１０20atoms/cm3である。）を形成する。この場合も、シリコン基板３１を熱酸化炉内に投入する際の縦型炉内の温度及び、シリコン基板３１を熱酸化炉内から取り出す際の縦型炉内の温度は、ともに８００℃（又はそれ以上）に設定する。この設定温度を用いる理由は、上記した二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜３２ａ及び３２ｂを形成した場合と同様である。
【００３２】
ボロンドーブ層３３のシリコン基板３１の表面３１ａには図示せぬボロン化合物が形成される。このボロン化合物を酸素及び水蒸気雰囲気中で、例えば、６００℃の条件で１時間３０分だけ酸化させ、（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）に化学変化させる。ボロン化合物が（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）となることにより、バッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ）等のフッ化水素酸（ＨＦ）系のエッチング液でのエッチングを行うことができる。次に、パターン３２ｂ1を含むシリコン基板３１の裏面３１ｂの全面にフォトレジスト（図示略）を塗布した後、このフォトレジストをシリコン基板３１の裏面３１ｂの保護膜として、バッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ）等のフッ化水素酸（ＨＦ）系のエッチング液で（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）を除去した後、上記したシリコン基板３１の裏面３１ｂの全面に塗布したフォトレジストを除去する。
【００３３】
次に、プラズマ化学的蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、成膜時の処理温度が３６０℃、高周波出力が７００W、圧力が３３．３Pa（２５０mTorr）、ガス流量が、ＴＥＯＳ流量１００cm3/min（１００sccm）、酸素流量１０００cm3/min（１０００sccm）の条件で、図１（ｆ）に示すように、ＴＥＯＳ膜３４をボロンドープ層３３の表面に厚さ３．０μｍだけ形成する。次に、図１（ｆ）に示す製造工程を経たシリコン基板３１を、例えば、３５重量パーセントの濃度を有する水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、図１（ｇ）に示すように、シリコン基板３１のパターン３２ｂ1が形成されていない部分の厚さが約１０μｍになるまでウェットエッチングを行う。続いて、図１（ｇ）に示す製造工程を経たシリコン基板３１を、例えば、３重量パーセントの濃度を有する水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、ボロンドーブ層３３が現れるまでウェットエッチングを行う。
【００３４】
これにより、図１（ｈ）に示すように、上記ボロンドーブ層３３が吐出室６を構成する振動板５となり、この振動板５を底壁として凹部７が形成される（図４及び図５参照）。このように、振動板５は、高濃度のボロンドープ層３３で構成されており、所望の厚さ（今の場合、０．８μｍ）を有している。これは、以下に示す理由による。すなわち、シリコンに対してアルカリ性水溶液を用いた異方性エッチング（アルカリ異方性エッチング）を行った場合、高濃度（約５×１０19atoms/cm3以上）のボロン拡散領域でエッチングレートが著しく低下する。そこで、この実施の形態１では、この現象を利用して、シリコン基板３１の振動板５を形成する領域を高濃度のボロンドーブ層３３とし、吐出室６を構成する凹部７をアルカリ異方性エッチングにより形成する際に、ボロンドープ層３３が露出した時点でエッチングレートが著しく低下する、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板５の厚さ、吐出室６の容積を高精度に形成する。ここで、エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態とし、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。
以上説明した２種類の濃度の異なる水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウェットエッチングを行うことにより、振動板５の面荒れを抑制し、振動板５の厚さ精度を０．８±０．０５μｍ以下にすることができる。この結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる。
【００３５】
次に、ウェットエッチング技術を使用して、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）系のエッチング液でパターン３２ｂ1及びＴＥＯＳ膜３４を除去する（図１（ｉ）参照）。次に、図１（ｉ）に示す製造工程を経たシリコン基板３１に対して、プラズマＣＶＤ装置を用いて、成膜時の処理温度が３６０℃、高周波出力が２５０W、圧力が６６．７Pa（０．５Torr）、ガス流量が、酸素流量１０００cm3/min（１０００sccm）、処理時間が１分間の条件で、酸素プラズマ処理を施す。このように、図１（ｉ）に示す製造工程を経たシリコン基板３１に対して、後述するＴＥＯＳ膜４を形成する前に酸素プラズマ処理を施すことにより、シリコン基板３１の全面がクリーニングされ、ＴＥＯＳ膜４の絶縁耐圧の均一性を向上させることができる。続いて、プラズマＣＶＤ装置を用いて、成膜時の処理温度が３６０℃、高周波出力が２５０W、圧力が６６．７Pa（０．５Torr）、ガス流量が、ＴＥＯＳ流量１００cm3/min（１００sccm）、酸素流量１０００cm3/min（１０００sccm）の条件で、図１（ｊ）に示すように、ＴＥＯＳ膜４を振動板５の全面及び凹部７の全面に厚さ０．１μｍだけ形成して、第１の基板１とする。その後、窒素雰囲気中、処理温度が１０００℃、処理時間が１時間の条件で、ＴＥＯＳ膜４上にアニール処理を施す。アニール処理を行い、高温にさらすことでＴＥＯＳ膜４の緻密性を向上させ、絶縁耐圧をさらに向上させることができる。なお、第１の基板１を構成する凹部９及び電極端子１０の形成方法については、その説明を省略する。
【００３６】
次に、第２の基板２の製造方法について図２を参照して説明する。まず、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス（ＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3）の両面を鏡面研磨し、図２（ａ）に示すように、厚さ約１ｍｍを有するガラス基板４１とする。次に、ガラス基板４１の表面４１ａに、図２（ｂ）に示すように、ＣＶＤ装置や物理的蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）装置を使用して、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属膜４２を形成する。ＰＶＤ装置としては、例えば、スパッタリング装置、真空蒸着装置、あるいはイオンプレーティング装置等がある。金属膜４２の膜厚は、例えば、０．１μｍとする。具体的には、クロム（Ｃｒ）膜の場合にはその膜厚を０．１μｍとすれば良いが、金（Ａｕ）膜の場合にはガラス基板４１との密着性が良好でないことから、膜厚が例えば０．０３μｍであるクロム（Ｃｒ）膜を形成した後、膜厚が例えば０．０７μｍである金（Ａｕ）膜を形成する。
【００３７】
次に、金属膜４２の表面全面にフォトレジスト（図示略）を塗布した後、上記したフォトリソグラフィ技術を使用して、第１の基板１を構成する振動板５とほぼ同じ間隔、形状になるように、金属膜４２のうち、後に凹部１１や電極部の溝（図４参照）となる部分を形成するために、フォトレジストパターン（図示略）を形成する。次に、ウェットエッチング技術を使用して、例えば、硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液と過塩素酸水溶液との混合液等のエッチング液（以下、金属エッチング液と呼ぶ。）で金属膜４２のうち不要な部分を除去して、図２（ｃ）に示すエッチングパターン４３を得る。次に、図２（ｃ）に示す製造工程を経たガラス基板４１を、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）系のエッチング液に浸漬し、エッチングパターン４３をマスクとして、図２（ｄ）に示すように、ガラス基板４１のエッチングパターン４３が形成されていない部分について約０．２５μｍだけウェットエッチングを行い、凹部１１を形成する。次に、エッチングパターン４３を形成した際の図示せぬフォトレジストパターンを除去する。続いて、ウェットエッチング技術を使用して、上記した金属エッチング液により金属膜４２のうち不要な部分を除去して、図２（ｅ）に示すように、凹部１１を有するガラス基板４４を得る。
【００３８】
次に、ガラス基板４４の表面全面にフォトレジスト（図示略）を塗布した後、上記したフォトリソグラフィ技術を使用して、後に電極１２となる部分以外の部分を保護するために、フォトレジストパターン（図示略）を形成する。続いて、この図示せぬフォトレジストパターンが形成されたガラス基板４４の表面に、図２（ｆ）に示すように、ＣＶＤ装置を使用して、例えば、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、あるいは錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）等の透明導電性材料からなる電極膜４５を形成する。次に、図２（ｆ）に示す製造工程を経たガラス基板４４の表面全面にフォトレジスト（図示略）を塗布した後、上記したフォトリソグラフィ技術を使用して、後に電極１２となる部分を残すために、フォトレジストパターン（図示略）を形成する。続いて、ウェットエッチング技術を使用して、例えば、硝酸と塩酸との混合液等のエッチング液で電極膜４５のうち不要な部分を除去して、凹部１１の内部に、図２（ｇ）に示す電極１２を形成する。
【００３９】
次に、図示しないが、ドリルを用いて、図４及び図５に示す液体供給口１５を形成して、第２の基板２とする。この液体供給口１５は、チッピング（chipping）を防止するために、２段で構成されており、内側（第１の基板１と接合される側。）の径が外側（液体が供給される側。）の径よりも小さい。ここで、チッピングとは、液体供給口１５の形成時に発生するガラス基板のかけらをいう。液体供給口１５が１段で構成されている場合、第１の基板１と第２の基板２とを接合した後に、このチッピングが液体の供給に伴って電極１２側に回り込んでしまうことがあるが、液体供給口１５が２段で構成されている場合には、この回り込みの発生を抑制することができるのである。なお、第２の基板２を構成するリード部１３、端子部１４その他の構成要素の形成については、周知の方法を用いれば良いので、その説明を省略する。
【００４０】
以上説明した液体供給口１５の形成工程その他の工程では、第２の基板２を構成する凹部１１等に微小パーティクルや金属等からなる異物が付着する場合があり、上記した第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良の原因となる。そこで、この実施の形態１では、第１の基板１と第２の基板２とを接合する前に、第２の基板２を構成する凹部１１等に付着している異物を除去するために、上記した非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄を行う。
【００４１】
次に、図６に示すスクラブ洗浄装置によって第２の基板２に非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄を施す方法について説明する。まず、超音波洗浄機構５２のノズル５６及びブラシ洗浄機構５３のブラシ部６１がスピンチャック５５の上方から退避している状態で、図示せぬ搬送ロボットにより図４に示す第２の基板２がスクラブ洗浄装置内に搬入され、スピンチャック５５の上に載置されて複数の保持ピン５５ａに保持される。次に、シリコン基板３１を保持したスピンチャック５５が図示せぬ回転駆動源によって高速で回転されて、シリコン基板３１が回転される。
【００４２】
そして、揺動駆動源６０によって揺動アーム５８が回動されて、超音波洗浄機構５２のノズル５６がシリコン基板３１の中心の上方付近に移動されるとほぼ同時に、ノズル５６より洗浄液としての超純水が供給される（洗浄液供給工程）。この際、洗浄液が超音波ヘッド部５７を通過するときに、上記振動板から洗浄液に、例えば、１．５ＭＨｚの高周波による超音波振動が付与され（超音波付与工程）、この超音波振動が付与された洗浄液がノズル５６から吐出される。
【００４３】
その後、ノズル５６が往復移動（揺動）する動作が複数回繰り返されて、超音波洗浄が行われる。なお、この洗浄液供給工程と同時に、あるいは洗浄液供給工程に前後して、ブラシ洗浄機構５３により、スポンジブラシ６１ａの下端が第２の基板２の表面から０〜０．５ｍｍ程度離れた非接触スクラブ洗浄が行われる。そして、回転機構５１による第２の基板２の回転が停止されるとともに、超音波洗浄機構５２のノズル５６からの洗浄液の供給が停止される。そして最後に、図示せぬ搬送ロボットによって第２の基板２がスクラブ洗浄装置から搬出されて、１枚の第２の基板２に対するこのスクラブ洗浄装置での洗浄処理が終了する。
【００４４】
ここで、図７に、この実施の形態１と従来例の各洗浄工程を経た場合の第２の基板２に形成された凹部に存在する異物の付着個数を比較した一例を示す図である。この例では、第２の基板２にＩＴＯからなる電極１２が形成されている。図７（ａ）は、この実施の形態１の場合であって、ＡＰＭ洗浄と上記した非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄とを施した場合である。一方、図７（ｂ）は、従来例の場合であって、ＡＰＭ洗浄のみを施した場合である。また、図７において、Ｒ１は第２の基板２が第１のロットで製造された場合、Ｒ２は第２の基板２が第２のロットで製造された場合を示している。図から分かるように、ＡＰＭ洗浄と上記した非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄とを施した場合の方が、Ｒ１及びＲ２のいずれのロットにおいてもＡＰＭ洗浄のみを施した場合に比べて相対的に異物付着個数が減少している。
【００４５】
次に、第３の基板３の製造方法について簡単に説明する。まず、シリコン基板の表面に形成された酸化膜にパターニングを行う。ここで、ノズル１６を２段階で形成するために、ハーフエッチングを行う。そして、ＩＣＰドライエッチング又は上記したウェットエッチングを施すことにより、吐出室６の位置に合わせて２段のノズル１６を形成する。また、ノズル１６の形成と同時又は別のエッチング工程によってオリフィス１７となる細溝１８、及びダイヤフラム１９を形成する。
【００４６】
上記した製造方法により製造した、第１の基板１と、第２の基板２とは、図３に示すように、接合する。第２の基板がホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス（ＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3）からなる場合には、第１の基板１と第２の基板２とを陽極接合により接合する。ここで、陽極接合は、以下に示す工程を経て行われる。まず、第２の基板２の表面に、第１の基板１を、振動板５と電極１２に対向するように載置した状態において、図示せぬ直流電源のプラス端子を第１の基板１に接続するとともに、上記直流電源のマイナス端子を第２の基板２に接続する。次に、第２の基板２を例えば、数百℃程度に加熱しつつ、第１の基板１と第２の基板２との間に直流電圧を例えば、数百Ｖ程度印加する。第２の基板２を加熱することにより、第２の基板２内のプラスイオンが移動しやすくなる。このプラスイオンが第２の基板２内を移動することにより、相対的に、第２の基板２の第１の基板１との接合面がマイナスに帯電する一方、第１の基板１の第２の基板２との接合面がプラスに帯電する。この結果、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とが電子対を共有する共有結合により、第１の基板１と第２の基板２とは強固に接合される。一方、第２の基板２がシリコンからなる場合には、第１の基板１と第２の基板２とを、接合剤を使わずに高温高圧を利用して直接貼り合わせる直接接合により接合する。
【００４７】
第３の基板３がシリコンからなる場合には、第１の基板１と第３の基板３とを接着剤を用いて接合して接合体とする。次に、このような接合体をダイシングによって切断し、さらに、発振回路２１と端子部１４、電極端子１０とを電気的に接続するとともに、電極１２に異物等が混入して駆動に影響を与えないように、封止部２０により封止を行って、液滴吐出ヘッドを完成させる。
【００４８】
このように、この実施の形態１によれば、第１の基板１と第２の基板２とを接合する前に、第２の基板２に非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄を施しているので、振動板５と電極１２との間に付着する異物が減少する。この結果、第１の基板と第２の基板との接合不良や、液滴吐出ヘッドの動作不良の発生が抑制され、第１の基板１と第２の基板２との接合に対する信頼性が向上する。また、非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄は、超純水を用いた物理洗浄であり、ＲＣＡ洗浄のような化学洗浄でないため、電極１２として用いる材料にダメージを与え得ることがない。したがって、電極１２に様々な材質のものを使用することができ、液滴吐出ヘッドを安価に製造することができる。
【００４９】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の要部の構成を示す概略図である。この実施の形態２の液滴吐出装置は、いわゆるシリアル型であり、上記した実施の形態１で製造した液滴吐出ヘッド７１と、ドラム７２と、制御部７３とから概略構成されている。液滴吐出ヘッド７１は、図示せぬ液体タンク（液体供給手段）から液体が供給されて、記録紙７４（液滴着弾対象）に液滴を吐出し、記録を行う。ドラム７２（位置制御手段）は、記録紙７４を支持するとともに、ベルト７５（位置制御手段）等を介してモータ７６（位置制御手段）により回転駆動される。記録紙７４は、ドラム７２の軸方向（図中Ｍ方向）に平行に設けられた紙圧着ローラ７８により、ドラム７２に圧着されて保持されている。また、送りネジ７７（移動手段）は、ドラム７２の軸方向（図中Ｍ方向）に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド７１が保持されている。送りネジ７７は、制御部７３が制御することにより回転し、液滴吐出ヘッド７１をドラム７２の軸方向（図中Ｍ方向）に移動可能に構成されている。
【００５０】
制御部７３は、パーソナルコンピュータ等から供給される記録データ及び制御信号に基づいて、送りネジ７７を制御して液滴吐出ヘッド７１を図中Ｍ方向に移動させるとともに、モータ７６等を制御してベルト７５等を介してドラム７２を図中ｍ方向に回転駆動させることにより、記録紙７４と液滴吐出ヘッド７１との相対位置を変化させつつ、液滴吐出ヘッド７１を構成する発振回路２１（図５参照）を駆動させて振動板５を振動させる制御をしながら記録を行わせる。このように、この実施の形態２によれば、上記した実施の形態１で製造した液滴吐出ヘッドを用いて液滴吐出装置を構成しているので、高信頼性かつ高品質で、しかも安価な構成で液滴吐出を行うことができる。
【００５１】
以上、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述の実施の形態１においては、非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄の両方を用いる例を示したが、これに限定されず、いずれか一方を用いても良い。
また、上述の実施の形態１においては、第１の基板１と第３の基板３とを接合する際には第３の基板３を洗浄しない例を示したが、これに限定されない。すなわち、第１の基板１と第３の基板３とを接合する前に、第３の基板３に対して非接触ブラシスクラブ洗浄及び超音波スクラブ洗浄の両方又は一方を行っても良い。
また、上述の実施の形態１においては、本発明をフェイス型の液滴吐出ヘッドに適用する例を示したが、これに限定されず、本発明は、液滴を液滴吐出ヘッドの側面に設けたノズルから吐出させるエッジ型の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
また、上述の実施の形態１及び２においては、液滴について特に言及していない。液滴としては、例えば、インク、導電性物質を含んだ溶液、あるいは生体物質や試薬を含んだ溶液が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの第１の基板の製造工程図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの第２の基板の製造工程図である。
【図３】液滴吐出ヘッドの製造工程図である。
【図４】液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図５】液滴吐出ヘッドの一部右側断面図である。
【図６】スクラブ洗浄装置の構成を示す概略図である。
【図７】この実施の形態１と従来例の各洗浄工程を経た場合の第２の基板に形成された凹部に存在する異物の付着個数を比較した一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の要部の構成を示す概略図である。
【図９】代表的な化学洗浄の種類、その主な洗浄目的、副作用（汚染）を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  第１の基板、２  第２の基板、３  第３の基板、４，３４  ＴＥＯＳ膜、５  振動板、６  吐出室、７，９，１１  凹部、８  リザーバ、１０  電極端子、１２  電極、１３  リード部、１４  端子部、１５  液体供給口、１６  ノズル、１７  オリフィス、１８  細溝、１９  ダイヤフラム、２０  封止部、２１  発振回路、２２  液滴、２３，７４  記録紙、３１  シリコン基板、３１ａ，４１ａ  表面、３１ｂ，４１ｂ  裏面、３２ａ，３２ｂ  二酸化シリコン膜、３２ｂ1  パターン、３３  ボロンドープ層、４１，４４  ガラス基板、４２  金属膜、４３  エッチングパターン、４５  電極膜、５１  回転機構、５２  超音波洗浄機構、５３  ブラシ洗浄機構、５４  スピン軸、５５  スピンチャック、５５ａ  保持ピン、５６  ノズル、５７  超音波ヘッド部、５８，６２  揺動アーム、５９，６３  アーム軸、６０，６４  揺動駆動源、６１  ブラシ部、６１ａ  スポンジブラシ、６５  昇降駆動源、７１  液滴吐出ヘッド、７２  ドラム、７３  制御部、７５  ベルト、７６  モータ、７７  送りネジ、７８  紙圧着ローラ。
【図１】
2005138385.tif 000003
【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】
2005138385.tif 000009
【図８】
2005138385.tif 000010
【図９】
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