(57)【要約】【課題】ボイドを抑制するための装置改造又は治具製作が不要で且つ短時間に、接合界面のボイドを抑制して良好な接合強度を得ることが可能な陽極接合方法を提供する。【解決手段】大気連通孔１６が貫設されたガラス基板２ａと、大気連通孔１６に連通する気泡排出用の溝８が個別チップ化のためのダイシングラインに沿って形成されたシリコン基板１ａとを密着させて重ね合わせる工程と、これらの基板に電圧を印加することによりこれらの基板同士を接合する工程とを有するものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気連通孔が貫設された第１の基板と、前記大気連通孔に連通する気泡排出用の溝が個別チップ化のためのダイシングラインに沿って形成された第２の基板とを密着させて重ね合わせる工程と、
これらの基板に電圧を印加することによりこれらの基板同士を接合する工程とを有することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項２】
前記溝は、気泡の排出量が基板外周部に比べ基板中央部の方が多くなるように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の陽極接合方法。
【請求項３】
前記溝は、ダイシングラインに沿って縦横に延びる複数の溝であり、該複数の溝のうち、前記第２の基板の中央部を通過する溝の幅を端部を通過する溝に比べて広く形成したことを特徴とする請求項２記載の陽極接合方法。
【請求項４】
前記溝は、ダイシングラインに沿って縦横に延びる複数の溝であり、該複数の溝のうち、前記第２の基板の中央部を通過する溝の深さを端部を通過する溝に比べて深く形成したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の陽極接合方法。
【請求項５】
前記溝は、ダイシングラインに沿って縦横に延びる複数の溝であり、前記第２の基板の中央部を通過する溝の数を、端部を通過する溝に比べて多くしたことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れかに記載の陽極接合方法。
【請求項６】
前記溝は、フォトリソグラフィとエッチング法を組み合わせた方法、ダイシング法、サンドブラスト法、ボロン拡散とエッチング法とを組み合わせた方法の何れかで形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の陽極接合方法。
【請求項７】
前記大気連通孔を複数設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の陽極接合方法。
【請求項８】
前記大気連通孔を個別チップ毎に少なくとも１以上設けたことを特徴とする請求項７記載の陽極接合方法。
【請求項９】
第１の電極を有し、ガラス基板からなる第１の基板と、第２の電極として機能する振動板が形成されるシリコン基板からなる第２の基板とを請求項１乃至請求項８の何れかに記載の陽極接合方法を用いて陽極接合する工程を有する静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の静電アクチュエータの製造方法で製造されたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項１１】
第１の電極を有し、ガラス基板からなる第１の基板と、第２の電極として機能する振動板が形成されるシリコン基板からなる第２の基板とを請求項１乃至請求項８の何れかに記載の陽極接合方法を用いて陽極接合する工程を有する液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法で製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド 。
【請求項１３】
請求項１２記載の液滴吐出ヘッドを備えた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、例えば液滴吐出ヘッドを構成するシリコン基板とガラス基板とを接合するための陽極接合技術に関し、特に、接合面での気泡（ボイド）防止に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽極接合では、接合を行う１対の基板を密着させて重ね合わせ、この基板の一方を陽極、他方を陰極として電圧を印加し、また加熱することで、基板同士を接合している。このような陽極接合では、重ね合わせた基板の密着が不均一であると、密着していない部分の気体が排出されずに留まり、接合界面にボイドが発生してしまう。このようなボイドが発生した接合基板は接合強度が弱く、液滴吐出ヘッド製造のための各種加工を施していくと、製造過程で割れが発生するという問題があった。そこで、従来より、ボイド発生の問題を解決するための技術が種々提案されている。例えば、基板間に軟らかい金属層を介在させて接合界面を均一な状態にし、密着性を高めた上で接合を行うことでボイドの発生の少ない強固な接合を可能にした技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の方法として、基板中央部から外側に向かって順次電圧を印加し、その順に接合が行われるようにすることで、仮に気泡等が発生したとしても中央部から外側に向かって導出して排除させ、ボイドのない接合を可能とした技術がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５９０３９号公報（第３頁、図１、図２）
【特許文献２】特開２００１−１７９９７４号公報（第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術では、基板間に金属層を形成しているが、この金属層を形成するにあたり蒸着法を用いているため工程が複雑になる。また、この金属層が最終的に不要な場合、除去が困難であるという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２の技術では、電圧の印加位置を順次変えて行う必要があるため、専用の装置及び治具が必要になり、また、電圧印加開始から接合終了までに時間がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ボイドを抑制するための装置改造又は治具製作が不要で且つ短時間に、接合界面のボイドを抑制して良好な接合強度を得ることが可能な陽極接合方法、この方法による陽極接合工程を有する静電アクチュエータの製造方法、この製造方法で製造された静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッドの製造方法、この製造方法で製造された液滴吐出ヘッド及びこの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置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】
【０００８】
本発明に係る陽極接合方法は、大気連通孔が貫設された第１の基板と、大気連通孔に連通する気泡排出用の溝が個別チップ化のためのダイシングラインに沿って形成された第２の基板とを密着させて重ね合わせる工程と、これらの基板に電圧を印加することによりこれらの基板同士を接合する工程とを有するものである。
これにより、陽極接合の際に接合界面に残留した酸素等の気体を、溝を介して大気連通孔から外部に排出することができる。その結果、ボイドのない良好な接合強度が得られる陽極接合を行うことができる。ここで、溝は、最終的には削除されるダイシングラインに沿って形成するようにしているので、チップパターンに何ら影響を与えることなく気泡排出に優れた手段を講じることができる。すなわち、溝を形成するための工程の追加のみにより、従来のように複雑な治具や装置を必要とせずに気泡排出に優れた陽極接合を実現できる。また、従来の段階的に電圧を印加する方法に比べて短時間に接合することが可能である。
【０００９】
また、本発明に係る陽極接合方法は、溝を、気泡の排出量が基板外周部に比べ基板中央部の方が多くなるように形成したものである。
また、本発明に係る陽極接合方法は、溝が、ダイシングラインに沿って縦横に延びる複数の溝であり、複数の溝のうち、第２の基板の中央部を通過する溝の幅を端部を通過する溝に比べて広く形成したものである。
また、本発明に係る陽極接合方法は、溝が、ダイシングラインに沿って縦横に延びる複数の溝であり、複数の溝のうち、第２の基板の中央部を通過する溝の深さを端部を通過する溝に比べて深く形成したものである。
また、本発明に係る陽極接合方法は、溝が、ダイシングラインに沿って縦横に延びる複数の溝であり、第２の基板の中央部を通過する溝の数を、端部を通過する溝に比べて多くしたものである。
このように溝を構成することで、一般的に基板中央部にボイドが発生しやすい問題を解消でき、より良好な接合強度を得ることが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る陽極接合方法は、溝を、フォトリソグラフィとエッチング法を組み合わせた方法、ダイシング法、サンドブラスト法、ボロン拡散とエッチング法とを組み合わせた方法の何れかで形成するものである。
これらの方法によって溝を形成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る陽極接合方法は、大気連通孔を複数設けたものである。
また、本発明に係る陽極接合方法は、大気連通孔を個別チップ毎に少なくとも１以上設けたものである。
これにより、接合基板全面の複数箇所から効率良く気泡を排出することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、第１の電極を有し、ガラス基板からなる第１の基板と、第２の電極として機能する振動板が形成されるシリコン基板からなる第２の基板とを上記の何れかの陽極接合方法を用いて陽極接合する工程を有するものである。
これにより、ボイドが発生せず歩留まりの高い方法で静電アクチュエータを構成できる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、上記の静電アクチュエータの製造方法で製造されたものである。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１の電極を有し、ガラス基板からなる第１の基板と、第２の電極として機能する振動板が形成されるシリコン基板からなる第２の基板とを上記の何れかの陽極接合方法を用いて陽極接合する工程を有するものである。
これにより、ボイドが発生せず歩留まりの高い方法で液滴吐出ヘッドを構成できる。
【００１５】
また、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で製造されたものである。
【００１６】
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を備えたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の陽極接合方法を、液滴吐出ヘッドの製造に適用した場合を例に説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る陽極接合方法を用いて製造された液滴吐出ヘッドを示した分解斜視図である。本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドは、静電駆動方式のものであり、ノズル基板３に対して垂直方向に液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものであるとする。なお吐出方式は、ノズル基板３に平行に液滴を吐出するサイドイジェクトタイプのものであってもよい。また図１では、ノズル基板３にノズル２０が２列設けられており、吐出室５及び電極１１も２列設けられているものを示しているが、これらは１列だけ設けるようにしてもよい。
【００１９】
本実施の形態１の液滴吐出ヘッドは、主にキャビティ基板（第２の基板）１、電極基板（第１の基板）２及びノズル基板３が接合されることにより構成されている。キャビティ基板１は、例えば厚さが５０μｍの単結晶シリコンからなり、以下に示す所定の加工が施されている。なお図１では、キャビティ基板１として（１１０）面方位の単結晶シリコンを使用している。キャビティ基板１には、単結晶シリコンを異方性ウェットエッチングすることにより、底壁が振動板４となっている複数の吐出室５及び各ノズル２０から吐出する液滴を溜めておくためのリザーバ７が形成されている。
【００２０】
またキャビティ基板１の電極基板２側には、振動板４と電極１１の短絡及び絶縁膜破壊を防止するための絶縁膜が形成されている（図１において図示せず）。この絶縁膜は、例えばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、珪酸エチル）膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、厚さ０．１μｍで形成されている。
【００２１】
電極基板２は、例えば厚さが１ｍｍのホウ珪酸ガラスからなり、キャビティ基板１の振動板４側に接合されている。この電極基板２には、キャビティ基板１の振動板４及び吐出室５の位置に合わせて、例えば深さが０．２μｍの電極用凹部１０ａがエッチングにより形成されている。この電極用凹部１０ａの内部には電極１１が形成されており、リード部１２及び端子部１３に繋がっている。なお電極用凹部１０ａは、少なくともリード部１２の部分まで形成されているものとする。電極１１、リード部１２及び端子部１３は、酸化錫をドープしたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、インジウム錫酸化物）等からなり、電極用凹部１０ａの内部に例えばスパッタにより厚さ０．１μｍで形成されている。
【００２２】
複数の電極１１はその長手方向がほぼ平行になるように設けられており、電極基板２の電極１１の長手方向に垂直な方向にずらした位置に等電位接点１５が設けられている。この等電位接点１５は、例えば電極１１と同じＩＴＯ等から形成されており、キャビティ基板１に形成された接点用凹部１０ｂから伸びた状態で形成されている。等電位接点１５については後述する。
【００２３】
また、電極基板２には大気連通孔１６が貫設されている。この大気連通孔１６は、後述の製造工程において電極用凹部１０ａの内圧が高まることによる基板破損を防止するためのもので、従来より設けられているものである。本実施の形態１は、この大気連通孔１６を、キャビティ基板１と電極基板２との陽極接合時に発生する気泡の排出孔として利用する。このための具体的な構成については後に詳述する。また電極基板２には、リザーバ７に液滴を供給するためのインク供給口１７が設けられている。
【００２４】
ノズル基板３は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン基板からなり、キャビティ基板１の電極基板２が接合された面の反対側の面に接合されている。ノズル基板３には、吐出室５と連通するノズル２０が形成されており、キャビティ基板１の接合された面の反対側の面から液滴を吐出するようになっている。またノズル基板３のキャビティ基板１の接合された面には、吐出室５とリザーバ７を連通するためのオリフィス２１が設けられている。なおオリフィス２１は、キャビティ基板１に設けるようにしてもよい。
【００２５】
図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの縦断面図である。なお図２（ａ）は吐出室５の長手方向の縦断面図であり、図２（ｂ）は接点用凹部１０ｂ（等電位接点１５）の長手方向の縦断面図である。また図２では、図１の液滴吐出ヘッドの右半分のみを示している。
まず、図２（ａ）を用いて本実施の形態１の液滴吐出ヘッドの動作について説明する。吐出室５は、ノズル２０から吐出するための液滴を溜めており、吐出室５の底壁である振動板４を撓ませることにより吐出室５内の圧力を高め、ノズル２０から液滴を吐出させる。
【００２６】
なお、振動板４を撓ませるために、電極１１と繋がった端子部１３と、キャビティ基板１に発振回路２３（図２（ａ）において模式的に図示）を接続し、電極１１と振動板４の間に電位差を生じさせるようにしている。また振動板４と電極１１の間のギャップは、封止材２２によって封止されている。
【００２７】
本実施の形態１の液滴吐出ヘッドの振動板４は、ボロン・ドープ層４ａと絶縁膜４ｂとから構成されている。このボロン・ドープ層４ａは、ボロンを高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上）にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングストップ層となっている。ボロン・ドープ層４ａがエッチングストップ層として機能するため、振動板４の厚み及び吐出室５の容積を高精度で形成することができる。なお絶縁膜４ｂは、上述のようにＴＥＯＳ膜等から構成されている。
【００２８】
また図２（ｂ）に示すように、絶縁膜４ｂの等電位接点１５に対応する部分は除去されており、この部分は開口部となっている。この開口部には、ＩＴＯ等からなる等電位接点１５が形成されており、キャビティ基板１のボロン・ドープ層４ａと接続されている。なお、上記のように等電位接点１５の延長線上にも接点用凹部１０ｂが形成されており、その内部にはＩＴＯ等からなる配線が形成されている。また等電位接点１５は、例えばこの接点用凹部１０ｂの先端からキャビティ基板１に乗り上げる形で形成されている（図１参照）。
なお本実施の形態１では、図１に示すように等電位接点１５の形状を線状にしているが、等電位接点１５の形状はこれ以外の形状でもよい。
【００２９】
図３は、ガラス基板２ａ（電極基板２となる基板）をシリコン基板１ａ（キャビティ基板１となる基板）の接合される側から見た図である。図３は、ウェハ状のガラス基板２ａがダイシング（後述）によって切断される前の、個々の液滴吐出ヘッドとなる部分の周辺を示している。なお液滴吐出ヘッドの製造方法については後に詳述する。
【００３０】
図３に示すように本実施の形態１では、大気連通孔１６及び等電位接点１５が個々の液滴吐出ヘッドとなる部分（個別チップ）ごとに設けられている。大気連通孔１６は個別チップ内のすべての電極用凹部１０ａに凹部３０を介して連通している。なお大気連通孔１６は、１つの液滴吐出ヘッドとなる部分に２つ以上設けてもよい。
【００３１】
また等電位接点１５は、陽極接合のときにキャビティ基板１と電極１１を等電位にする機能を有する。この等電位接点１５と複数の電極１１は、図３に示すように凹部３０の内部に設けられたＩＴＯ等の配線３１を介して電気的に接続されている。なお、等電位接点１５は、１つの液滴吐出ヘッドとなる部分に２つ以上設けてもよい。
【００３２】
ここで上述のように、等電位接点１５の部分には接点用凹部１０ｂを形成しないようにする。そして、例えば接点用凹部１０ｂの先端部からガラス基板２ａの表面に乗り上げる形でＩＴＯ等からなる等電位接点１５を形成する。なお等電位接点１５は、電極１１と同時に形成するのが望ましく、この場合、等電位接点１５は０．１μｍ（電極１１と同じ厚さ）だけガラス基板２ａから突出した状態となる。この等電位接点１５は、キャビティ基板１に形成された絶縁膜４ｂの開口部の部分でボロン・ドープ層４ａと接続される（図２（ｂ）参照）。
【００３３】
なお図３に示すダイシングライン１及びダイシングライン２は、シリコン基板１ａとガラス基板２ａとを接合した接合基板（後述）から液滴吐出ヘッドを個別にチップ化する際に切断される部分である。ダイシングライン２に沿って接合基板を切断することにより、等電位接点１５と電極１１を接続する配線３１を切り落とし、キャビティ基板１と電極１１の電気的接続を断つようにする。これにより、ダイシングによって個々の液滴吐出ヘッドが切り出された後に、液滴吐出ヘッドの駆動が可能となる。
【００３４】
以下、本実施の形態１の特徴部分について説明する。本実施の形態１は、シリコン基板１ａのガラス基板２ａとの接合面側に、大気連通孔１６に連通する気泡排出用の溝を、個別チップ化のためのダイシングラインに沿って形成しておき、陽極接合時に接合界面に発生した気泡が、溝を介して大気連通孔１６から排出されるようにしたことを特徴としたものである。以下、具体的に説明する。
【００３５】
図４は、シリコン基板１ａのガラス基板２ａとの接合面側に設けた溝８と、ガラス基板２ａに設けた大気連通孔１６と、ダイシングラインとの互いの位置関係を説明するための図である。なお図４（ａ）はシリコン基板１ａをガラス基板２ａとの接合面側から見た図、図４（ｂ）はガラス基板２ａをシリコン基板１ａとの接合面側から見た図である。また図４（ｃ）は溝８と大気連通孔１６との位置関係の説明図で、シリコン基板１ａ上にガラス基板２ａを位置合わせして配置した状態を上方から見た図である。図４（ｄ）は、ダイシングラインを示す図である。なお、図４では、ダイシングされる前のウェハ状の基板を示しており、実施の形態１の特徴部分の説明に必要な部分のみ図示し、その他の図示は省略している。また、図５は、図４（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３６】
図４（ａ）〜図４（ｃ），図５に示すように、シリコン基板１ａのガラス基板２ａとの接合面側に、大気連通孔１６に連通する気泡排出用の複数の溝８を設けている。溝８は、横方向に延びる溝８０ａ〜８０ｆと、縦方向に延びる溝８１ａ〜８１ｃと、溝８２ａとを有している。溝８２ａは、各大気連通孔１６をダイシングライン上の溝８０ａ〜８０ｆに連通させる溝である。このように、シリコン基板１ａに大気連通孔１６に連通する溝８０ａ〜８０ｆ，８１ａ〜８１ｃ，８２ａを設けることにより、陽極接合時に接合界面に発生した気泡を、溝８を介して大気連通孔１６から外部に排出することができる。
【００３７】
ここで、各溝８０ａ〜８０ｆ，８１ａ〜８１ｃは、図４（ｄ）に示すダイシングラインに沿って形成するようにしている。このように最終的には削除されるダイシングラインに沿って溝８を設けることにより、チップ構成に何ら影響を与えることなく気泡排出に優れた構成を得ることができる。
【００３８】
ここで、一般的に、接合界面の気泡溜まりは基板中央部の方が起こりやすい。これは、基板外周部に発生した気泡は基板外周から外部に排出されるが、中央部に発生した気泡は排出できず残存しやすいためである。そこで、本例では、基板外周部に比べ基板中央部の気泡排出量が多くなるように溝８を形成する。以下、図６〜図８により具体的構成例を３例説明する。なお、図６〜図８には溝８部分のみを図示し、その他の図示は省略している。
【００３９】
図６は、溝の構成例（その１）を示す図で、シリコン基板１ａの平面図を示している。
図６に示すように、ダイシングラインに沿って縦横に延びる複数の溝８０ａ〜８０ｆ，８１ａ〜８１ｃのうち、シリコン基板１ａの中央部を通過する溝の幅を、端部を通過する溝に比べて広く形成する。すなわち、溝８０ａ，８０ｆの幅をＤ１、溝８０ｂ，８０ｅの幅をＤ２、溝８０ｃ，８０ｄの幅をＤ３としたとき、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１となるように形成する。なお、図６において溝８１ａ〜８１ｃについては同じ幅としているが、真ん中の溝８１ｂを溝８１ａ，８１ｃに比べて広くすることが好ましい。
【００４０】
図７は、溝の他の構成例（その２）を示す図で、シリコン基板１ａの断面図を示している。
図７に示すように、シリコン基板１ａの中央部を通過する溝の深さを、端部を通過する溝に比べて深く形成する。すなわち、溝８０ａ，８０ｆの深さをＨ１、溝８０ｂ，８０ｅの幅をＨ２、溝８０ｃ，８０ｄの幅をＨ３としたとき、Ｈ３＞Ｈ２＞Ｈ１となるように形成する。なお、溝８１ａ〜８１ｃについても同様に、真ん中の溝８１ｂを溝８１ａ，８１ｃに比べて深くすることが好ましい。
【００４１】
図８は、溝の他の構成例（その３）を示す図で、シリコン基板１ａの平面図を示している。
図８に示すように、シリコン基板１ａの中央部を通過する溝の数を、端部を通過する溝に比べて多くする。図８の例では、図６及び図７と比べて溝８０ｂ及び８０ｅが省略されている。なお、この方法は、何らかの理由で溝の数を減らさざるを得ない場合に有効であり、本質的には全てのダイシングラインに沿って溝８を形成することが好ましい。
【００４２】
また、溝８の形成は、フォトリソグラフィとエッチング法（ウェットエッチング、ドライエッチング）を組み合わせた方法や、ダイシング法、サンドブラスト法等によって形成することができる。図９は、ウェットエッチング、ドライエッチング、ダイシング法を用いて形成した場合の溝形状をそれぞれ示している。また、ボロン拡散とエッチング法とを組み合わせた方法を用いて形成してもよい。この方法では、シリコン基板１ａの溝形成部分を酸化膜で保護し、その状態でボロンを拡散して溝形成部分以外にエッチングストップ層を形成する。そして、酸化膜を除去してエッチングを行う。これにより、ボロンが拡散されたエッチングストップ層部分はエッチングが進まず、ボロンが拡散されていない溝形成部分にエッチングが進み、溝８を形成することができる。
【００４３】
以下、本発明の実施の形態１に係る陽極接合方法による陽極接合工程を備えた液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する。図１０〜図１２は、液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。特に、図１０は、シリコン基板１ａとガラス基板２ａを接合する前の工程のガラス基板２ａの断面図であり、図３に示すガラス基板２ａを製造する工程を示している。また、図１０は、図３に示すガラス基板２ａのＢ−Ｂ断面を示している。図１１及び図１２は、シリコン基板１ａとガラス基板２ａを接合する工程及び接合した後の工程の断面図である。
【００４４】
図１０は、ガラス基板２ａの製造工程を示す図である。
まず、例えばホウ珪酸ガラスからなるガラス基板２ａを両面研磨して厚さを１ｍｍにしてから（図１０（ａ））、ガラス基板２ａの片面にスパッタによって例えば厚さ０．１μｍのクロム膜４０を成膜する（図１０（ｂ））。
次に、クロム膜４０の表面に電極用凹部１０ａ、接点用凹部１０ｂ、凹部３０を作り込むためのレジストパターニングを施し、硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液と過塩素酸水溶液の混合液を用いて電極用凹部１０ａ、接点用凹部１０ｂ、凹部３０の部分のクロム膜４０を除去する（図１０（ｃ））。なお図１０（ｃ）では、電極用凹部１０ａとなる部分のクロム膜４０が除去された状態を示している。
【００４５】
そして、クロム膜４０をエッチングマスクとしてフッ化アンモニウム水溶液を用いてガラス基板２ａをエッチングし、電極用凹部１０ａ、接点用凹部１０ｂ、凹部３０を形成する（図１０（ｄ））。その後、例えば有機剥離液を用いて図１０（ｃ）の工程で形成したレジストを剥離する。
それから、硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液と過塩素酸水溶液の混合液を用いてガラス基板２ａの表面に形成されたクロム膜４０をすべて除去する（図１０（ｅ））。
次に、ガラス基板２ａの電極用凹部１０ａ等が形成されている面の全体に酸化錫をドープしたＩＴＯを例えば厚さ０．１μｍでスパッタし、ＩＴＯ膜４１を成膜する（図１０（ｆ））。
その後、ＩＴＯ膜４１の表面にレジストを電極１１（リード部１２及び端子部１３を含む）、配線３１、等電位接点１５の形状（図３参照）にパターニングした後、ＩＴＯ膜４１を硝酸と塩酸の混合液を用いてエッチングして電極１１（リード部１２及び端子部１３を含む）、配線３１、等電位接点１５を形成する（図１０（ｇ））。この際、上記のように電極１１は電極用凹部１０ａ内に、配線３１は凹部３０内に形成する。また等電位接点１５はガラス基板２ａに乗り上げる形に形成する。
【００４６】
そして、ガラス基板２ａにサンドブラスト加工等によってインク供給口１７となる貫通孔と大気連通孔１６となる貫通孔を形成する（図１０（ｈ））。これにより、図３に示すようなガラス基板２ａが完成する。
【００４７】
図１１及び図１２は、シリコン基板１ａとガラス基板２ａとを接合する工程及びシリコン基板１ａとガラス基板２ａを接合してから液滴吐出ヘッドが完成するまでの工程を示している。なお、図１１及び図１２は、主に吐出室５の長手方向の縦断面（図２（ａ）の断面）を示しているが、接点用凹部１０ｂの長手方向の縦断面（図２（ｂ）の断面）を示す場合はそれを明示する。さらに図１１及び図１２は、個々の液滴吐出ヘッドのチップとなる部分の周辺部を示している。
【００４８】
まず、例えば面方位が（１１０）で酸素濃度の低いシリコン基板１ａの片面を鏡面研磨し、厚さが２２０μｍのシリコン基板１ａを作製し、吐出室５等が形成される面の反対面にボロンドープ層４ａを形成する（図１１（ａ））。具体的には、シリコン基板１ａをＢ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットし、この石英ボートを例えば縦型炉に入れる。そして縦型炉の内部を、温度が１０５０℃の窒素雰囲気にして７時間保持し、シリコン基板１ａにボロンを拡散させて、ボロンドープ層５０を形成する。このとき、シリコン基板１ａの投入温度を８００℃とし、温度を１０５０℃まで上げた後に、シリコン基板１ａの取出し時の温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板１ａの酸素欠陥の成長速度が早い６００℃から８００℃の領域を素早く通過させることができ、酸素欠陥の成長を抑制することができる。
【００４９】
なお上記のボロン拡散の工程において、ボロンドープ層４ａの表面にＳｉＢ6膜（図示せず）が形成されるが、温度が６００℃の酸素及び水蒸気雰囲気中で１時間３０分程度酸化することで、フッ酸水溶液でエッチング可能なＢ2Ｏ3とＳｉＯ2に化学変化させることができる。このようにＳｉＢ6膜をＢ2Ｏ3とＳｉＯ2に化学変化させた後に、緩衝フッ酸溶液によってＢ2Ｏ3とＳｉＯ2をエッチングして除去する。
【００５０】
そして、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって厚さ０．１μｍのＴＥＯＳからなる絶縁膜４ｂをシリコン基板１ａのボロンドープ層４ａ側の面に形成する（図１１（ｂ））。このときの絶縁膜４ｂの成膜条件は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／分（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／分（１０００ｓｃｃｍ）である。
それから、ボロンドープ層４ａの形成された側の面に、等電位接点１５を形成するための開口部５０の形状にレジストをパターニングする。そしてシリコン基板１ａをエッチングすることにより開口部５０の部分の絶縁膜４ｂを除去する（図１１（ｂ’））。なお図１１（ｂ’）は、接点用凹部１０ｂの長手方向の縦断面（図２（ｂ）の断面）を示している。
【００５１】
次に、図１１（ｂ’）に示されるシリコン基板１ａと図１１（ｈ）までの加工が施されたガラス基板２ａとを陽極接合により接合して接合基板を形成する（図１１（ｃ）、図１１（ｃ’））。
【００５２】
以下、陽極接合工程について詳細に説明する。
陽極接合では、まず、シリコン基板１ａとガラス基板２ａとを密着して重ね合わせる。そして、シリコン基板１ａとガラス基板２ａとをここでは３６０℃に加熱した後に、シリコン基板１ａとガラス基板２ａの間に５００〜８００Ｖの電圧を５分間印加する。なお、陽極接合の際にＩＴＯ等の損傷を防止するため例えば１０ｍＡ以上の電流が流れないようにするのが望ましい。この陽極接合の際に、開口部５０において等電位接点１５がキャビティ基板１のボロンドープ層４ａと接続されるようにする（図１１（ｃ’）参照）。なお図１１（ｃ’）は、接点用凹部１０ｂの長手方向の縦断面（図２（ｂ）の断面）を示している。
【００５３】
ここで、この陽極接合の際には、シリコン基板１ａとガラス基板２ａとの接合界面でガラスが電気分解されて酸素が発生したり、加熱によってシリコン基板１ａ及びガラス基板２ａの表面から気体が発生する。発生したこれらの気体は、気泡排出用としてシリコン基板１ａに設けた溝８を通り、ガラス基板２ａに設けた大気連通孔１６から外部に排出される。したがって、接合界面にボイドがなく良好な接合強度が得られた接合基板を得ることができる。また、図６〜図８に示したように基板外周部に比べ基板中央部の気泡排出量が多くなるように溝８を形成することにより、更に良好な接合強度を得ることが可能となる。
【００５４】
以上のようにしてシリコン基板１ａとガラス基板２ａとを陽極接合した後、例えば研削加工によってシリコン基板１ａを厚さが６０μｍになるまで薄板化する。そして、例えば３２重量％の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板１ａを１０μｍエッチングし、研削加工の際に発生した加工変質層を除去する（図１１（ｄ））。これにより、シリコン基板１ａの厚さは５０μｍとなる。図１１（ｄ）のシリコン基板１ａの薄板化の工程は、すべてエッチングによって行うようにしてもよい。なお、上記切削工程及び加工変質層除去工程では、大気連通孔１６からエッチング液が電極用凹部１０ａ内に入り込まないように、例えば片面保護治具やテープ等を用いて大気連通孔１６を塞いで電極用凹部１０ａ内部を保護する。なお、インク供給口１７はこの段階ではシリコン基板１ａとガラス基板２ａとの接合面で閉鎖されているので、インク供給口１７を通じてエッチング液が電極用凹部１０ａに入り込むことはない。
【００５５】
次に、シリコン基板１ａの表面全体にプラズマＣＶＤによって厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜５１を形成する（図１２（ｅ））。このプラズマＣＶＤによるＴＥＯＳ膜５１の成膜条件は、例えば、温度３６０℃、高周波出力７００Ｗ、圧力３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／分（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／分（１０００ｓｃｃｍ）である。このＴＥＯＳ膜５１は、後の水酸化カリウム水溶液によるエッチングの際のエッチングマスクとなる。
【００５６】
ここで、ＴＥＯＳ膜５１の形成に際し、接合基板は高温環境下に置かれるため、大気連通孔１６が設けられていないと、電極用凹部１０ａ内の空気の膨張により内圧が高くなり接合基板が破損する恐れがある。しかしながら、本例では大気連通孔１６が設けられているため、圧力が開放され接合基板破損を防止できるようになっている。
【００５７】
そしてこのＴＥＯＳ膜５１に、吐出室５となる凹部５ａ、リザーバ７となる凹部７ａ及び電極取出し部を形成するためのレジストをシリコン基板１ａにパターニングし、例えば緩衝フッ酸溶液によって吐出室５となる凹部５ａの部分、リザーバ７となる凹部７ａの部分及び電極取出し部の部分のＴＥＯＳ膜５１をエッチング除去する。なおここで電極取出し部とは、端子部１３が露出している部分をいうものとする（図２（ｂ）参照）。
その後、シリコン基板１ａを３５重量％の水酸化カリウム水溶液で、吐出室５となる凹部５ａの部分及び電極取出し部を形成する部分の厚さが１０μｍになるまでエッチングして薄板化する。なおこのときリザーバ７となる凹部７ａの部分は、ＴＥＯＳ膜５１をハーフエッチングすることによりエッチングを遅らせている。
さらに、シリコン基板１ａを３重量％の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行い、吐出室５となる凹部５ａとなる部分及び電極取出し部を形成する部分において、ボロンドープ層４ａによるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける（図１２（ｆ））。
【００５８】
ここでエッチングストップとは、エッチングされるシリコン基板１ａの表面から気泡が発生しなくなった状態をいうものとし、実際には気泡が発生しなくなるまでエッチングを行う。これにより吐出室５となる凹部５ａ、リザーバ７となる凹部７ａ及び電極取出し部の部分が形成されることとなる。
上記のように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を使用してエッチングを行うことにより、吐出室５の底壁である振動板４の面荒れを０．０５μｍ以下に抑えることができ、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる。なおここでは、振動板４の厚さを０．８μｍとしている。
【００５９】
それから、フッ酸水溶液を用いてシリコン基板１ａに形成されているＴＥＯＳ膜５１をすべて除去する。
その後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によってシリコン基板１ａの電極取出し部の部分を除去する（図１２（ｇ））。このＲＩＥはドライエッチングの一種であり、例えば出力２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4流量３０ｃｍ3／分（３０ｓｃｃｍ）の条件で、シリコンマスクを用いて３０分行う。この際、ギャップの内部が大気解放される。
【００６０】
そして、エポキシ系樹脂等の封止材２２を電極取出し部の端部に沿って流し込み、振動板４と電極１１の間のギャップ（電極用凹部１０ａ）を封止する（図１２（ｈ））。これによって振動板４と電極１１の間のギャップは、再び密封されることとなる。
【００６１】
それから、シリコン基板１ａにエポキシ系接着剤等を用いてノズル基板３を接着する（図１２（ｉ））。
最後に、図３及び図４（ｄ）に示すダイシングライン１及びダイシングライン２に沿ってダイシングを行って個々のチップに分割することにより複数の液滴吐出ヘッドが完成する（図１２（ｊ））。この工程では、ダイシングライン１に沿ってダイシングを行うことにより、ダイシングライン上の溝８が液滴吐出ヘッドのチップから切断される。またダイシングライン２に沿ってダイシングを行うことにより、等電位接点１５と電極１１の電気的接続が断たれる（図３参照）。なおこのダイシングの工程において、等電位接点１５も切断するようにしてもよい。
【００６２】
以上説明したように本実施の形態１によれば、シリコン基板１ａに、大気連通孔１６に連通する溝８を形成したので、陽極接合の際に接合界面に発生した酸素等の気体を溝８を介して大気連通孔１６から外部に排出することができる。これにより、ボイドがなく良好な接合強度が得られた接合基板を得ることができる。ここで、溝８を、最終的には削除されるダイシングラインに沿って形成するようにしているので、チップパターンに何ら影響を与えることなく気泡排出に優れた手段を講じることができる。すなわち、溝８を形成するための工程を追加するのみにより、従来のように複雑な治具や装置を必要とせずに気泡排出に優れた陽極接合を実現することが可能である。また、従来の段階的に電圧を印加する方法に比べて短時間に接合することができる。
【００６３】
また、基板外周部に比べ基板中央部の気泡排出量が多くなるように溝８を構成したので、一般的に基板中央部にボイドが残存しやすい問題を解消でき、より良好な接合強度を得ることが可能となる。
【００６４】
また、ウェハ状のガラス基板２ａに対して大気連通孔１６が複数形成されているため、接合基板全面の複数箇所から気泡を排出することができ効果的に気泡排出を行うことができる。
【００６５】
このように良好な接合が得られる陽極接合方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造することにより、良好な液滴吐出ヘッドを得ることができる。なお、液滴吐出ヘッドは、いわば静電アクチュエータ（振動板４と電極１１との間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって、振動板４を変位させるアクチュエータ）を備えた構成であり、この静電アクチュエータ部分を本例の陽極接合方法を用いた陽極接合工程を備えて構成することにより、良好な静電アクチュエータを得ることも可能となっている。
【００６６】
ここで、キャビティ基板１と電極基板２との接合界面にボイドが発生していると、キャビティ基板１に振動板４を形成するなどの製造過程において割れが発生し、歩留まりを低下させてしまうという問題がある。しかしながら本例ではボイドを無くすことができるためこのような問題を解消できる。よって、歩留まりを向上することができ、製造コストを削減することが可能である。
【００６７】
また、ガラス基板２ａにシリコン基板１ａを陽極接合した後に、シリコン基板１ａを薄板化するようにしているため、シリコン基板１ａのハンドリングが容易となり、シリコン基板１ａが割れたり欠けたりするのを防止することができる。またこれにより、シリコン基板１ａの大口径化が可能となり、１枚のシリコン基板１ａから多数の液滴吐出ヘッドのチップを製造できるため、生産性を向上させることができる。
また電極１１とシリコン基板１ａを等電位にする等電位接点１５を形成するため、陽極接合の際に放電が起こるのを防止することができる。
【００６８】
実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の例を示した図である。図１３に示される液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプリンタであり、実施の形態１で説明した陽極接合方法による陽極接合工程を有する液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００６９】
なお、本発明の実施の形態１で説明した陽極接合方法による陽極接合工程を有する液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドは、図１３に示すようなインクジェットプリンタの他に、有機ＥＬ表示装置の製造や、液晶表示装置のカラーフィルタの製造、ＤＮＡデバイスの製造等にも使用することができる。
また本発明の実施の形態１に係る陽極接合方法は、液滴吐出ヘッドの製造だけでなく、静電容量型圧力センサや光ＭＥＭＳデバイスなどの他のデバイスの製造に際しての陽極接合に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施形態１の陽極接合方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド分解斜視図。
【図２】図１に示す液滴吐出ヘッドの縦断面図。
【図３】電極基板となるガラス基板をシリコン基板の接合される側から見た図。
【図４】ガラス基板の平面図。
【図５】図４（ｃ）のＡ−Ａ断面図。
【図６】溝の構成例（その１）を示す図。
【図７】溝の構成例（その２）を示す図。
【図８】溝の構成例（その３）を示す図。
【図９】溝形成方法の違いによる溝断面の違いを示す図。
【図１０】実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面図（１／３）。
【図１１】実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面図（２／３）。
【図１２】実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面図（３／３）。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の例を示した図。
【符号の説明】
【００７１】
１  キャビティ基板、２  電極基板、３  ノズル基板、４  振動板、５  吐出室、７  リザーバ、８  溝、１０ａ  電極用凹部、１０ｂ  接点用凹部、１１  電極、１２  リード部、１３  端子部、１５  等電位接点、１６  大気連通孔、１７  インク供給口、２０  ノズル、２１  オリフィス、１００  液滴吐出装置。
【図１】
2007106085.tif 000003
【図２】
2007106085.tif 000004
【図３】
2007106085.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007106085.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007106085.tif 000009
【図８】
2007106085.tif 000010
【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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