(57)【要約】【課題】  複雑な制御を行うことなく、ボイドを発生させずに基板同士を良好に接合させることができる陽極接合装置及び陽極接合方法を実現する。また、基板の接合を行った液滴吐出ヘッドの製造方法を実現する。【解決手段】  本発明に係る陽極接合装置は、接合対象となる積層したシリコン基板１０と電気的に接続する陽極２と、ガラス基板２０と電気的に接続し、陽極２との間で印加する電圧により、基板の平面上の所定部位が最大電位となり、基板外周端部に向かって低くなるような電圧分布で基板に電圧を印加する陰極３Ａ〜３Ｅとを備える。【選択図】        図１
2007059564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合対象となる積層した複数の基板のうち、一方の外側の基板と電気的に接続する第１の電極と、
前記複数の基板の他方の外側の基板と電気的に接続し、前記第１の電極との間で印加する電圧により、前記基板の平面上の所定部位が最大電位となり、基板外周端部に向かって低くなるような電圧分布で前記基板に電圧を印加する第２の電極と
を備えることを特徴とする陽極接合装置。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の陽極接合装置。
【請求項３】
前記複数の基板の温度を制御する温度制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の陽極接合装置。
【請求項４】
前記第２の電極は、中心の１つを円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設され、中心部分から外側に向かって電気抵抗を高くした複数の電極で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の陽極接合装置。
【請求項５】
前記複数の電極を、抵抗率の異なる材質の部材で構成することを特徴とする請求項４記載の陽極接合装置。
【請求項６】
前記複数の電極を、抵抗率の異なる膜で部材を被膜して構成することを特徴とする請求項４又は５記載の陽極接合装置。
【請求項７】
中心を円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設された複数の電極で前記第２の電極を構成し、それぞれ電気抵抗の異なる材質の抵抗部材を各電極間に設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の陽極接合装置。
【請求項８】
前記第１の電極を陽極としてシリコン基板と接続し、前記第２の電極を陰極として金属を含むガラス基板と接続することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の陽極接合装置。
【請求項９】
接合対象となる積層した複数の基板を加熱して陽極接合に必要な温度とし、さらに基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を前記基板に印加する工程と、
所定のレートで昇圧し、前記所定部位から前記基板外周端部に向かって順次陽極接合を行うために必要となる電圧を印加して前記複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程と
を有することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項１０】
重ね合わせた複数の基板の平面内において、所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなるような分布で、前記基板に陽極接合に必要な電圧を印加する工程と、
前記複数の基板を所定のレートで昇温し、前記所定部位から前記基板外周端部に向かって、順次前記複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程と
を有することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項１１】
少なくとも前記２枚の基板及び接合を行う治具を損傷しない範囲で前記所定のレートを決定し、昇温を制御することを行うことを特徴とする請求項１０記載の陽極接合方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載の陽極接合装置を用いて、
金属を含むガラスからなり、形成した凹部の少なくとも底面に固定電極を有する電極基板と、
前記固定電極と距離をおいて対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有するキャビティ基板とを、前記凹部を除いて接合することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば基板（ウェハ）を接合する技術に係るものである。特に微細加工の素子（アクチュエータ、加速度センサ、ディスペンサ等）等の作製をする際に、シリコン基板と例えばガラス基板とを接合するための陽極接合装置、方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板等を微細加工し、素子を形成する場合、厚さ制御が非常に重要となる。例えば基板同士の接合に樹脂等の接着剤を用いると、接着剤が有する厚みの影響も考慮する必要がある。また、その後の加工、使用等においても、薬液等に浸食されることなく、接合状態を保つ必要がある。その点、陽極接合は、接着剤等を用いず、基板同士を原子レベルで接合することができるので、接着剤等の厚みを考慮しなくてもよく、また、非常に強固な接合であるので、微細加工を行う際に都合がよい。
【０００３】
陽極接合を行う際に、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に気体が排出されずに留まり、ボイド（空隙、気泡溜まり。ここでは本来、接合される部分が接合されていない空隙をいうものとする）が生じる。そのため、接合面においてボイドが発生し、未接合部分が形成されてしまう。ボイドが発生すると、例えば、接合後、接合した基板を研削加工する際に、薄いシリコン基板を破損させてしまう場合がある。また、ウェットエッチングによる加工を接合基板に行う際、本来、エッチャント（エッチング用溶液）を侵入させるべきではない部分に侵入させてしまう場合もある。そこで、ボイドを発生させないようにするための方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０７−１８３１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の方法は、同心円状の複数の陰極への電圧印加を制御し、基板の中心部分から外周端部（外側）に向かって順次陽極接合を行うものであるが、各陰極に対し、電力供給の制御をしなければならないため、制御及び装置が複雑になってしまう。またこの方法では、外周端部分からシリコン基板を支えることで湾曲して撓んだ中心部分を密着させて接合し、その後徐々に外周部分に向かって密着させていき、接合する方法を採っている。この方法はシリコン基板及びガラス基板が平坦である場合には有効であるが、例えば表面が加工され、凹凸を有しているガラス基板とシリコン基板とを接合する場合、密着する凸の部分と密着しない凹の部分との間に圧力差を生じ、ボイドが生じてしまうことがある。
【０００５】
そこで、例えば表面に加工を加えて凹凸等を有している基板を接合する場合でも、ボイドを発生させず、基板同士を良好に接合させることができる陽極接合装置及び陽極接合方法を実現することを目的とする。また、この装置、方法を用い、基板の接合を行った液滴吐出ヘッドの製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る陽極接合装置は、接合対象となる積層した複数の基板のうち、一方の外側の基板と電気的に接続する第１の電極と、複数の基板の他方の外側の基板と電気的に接続し、第１の電極との間で印加する電圧により、基板の平面上の所定部位が最大電位となり、基板外周端部に向かって低くなるような電圧分布で基板に電圧を印加する第２の電極とを備える。
本発明によれば、基板の平面上の所定部位が最大電位となり、基板外周端部に向かって低くなるような電圧分布で基板に電圧を印加することにより、その後、基板全体を昇圧、昇温を行って、所定の部位から陽極接合の条件を満たすようにし、それを順次外周端部に広げていくようにすることができるので、接合基板にボイドが発生しない陽極接合装置を得ることができる。配設位置の異なる複数の電極に対し、電圧印加の切り替え等をすることなく電圧分布を形成するようにしたので、複雑な電圧制御を行わなくても、ボイドが発生しないようにすることができる。
【０００７】
また、本発明に係る陽極接合装置は、第１の電極と第２の電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御手段をさらに備える。
本発明によれば、電圧制御手段をさらに備えることで、昇圧を制御しながら、所定の部位から外周端部に向かって、順次、複数の基板の密着、接合を行うことができる。
【０００８】
また、本発明に係る陽極接合装置は、複数の基板の温度を制御する温度制御手段をさらに備える。
本発明によれば、温度制御手段をさらに備えることで、昇温を制御しながら、所定の部位から外周端部に向かって、順次、複数の基板の密着、接合を行うことができる。
【０００９】
また、本発明に係る陽極接合装置は、第２の電極は、中心の１つを円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設され、中心部分から外側に向かって電気抵抗を高くした複数の電極で構成される。
本発明によれば、中心を円形、他をリング状の同心円状に配設し、中心から外側に向かって、電気抵抗を高くし、中心が最大電位となる分布の電圧が基板に印加されるようにしたので、ボイドがない基板を得ることができる。特に、円形状の場合はウェハに合わせた分布を構成することができる。
【００１０】
また、本発明に係る陽極接合装置は、複数の電極を、抵抗率の異なる材質の部材で構成する。
本発明によれば、第２の電極となる複数の電極を、抵抗率の異なる材質の部材で構成するようにしたので、簡単に各電極を所定の電気抵抗にすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る陽極接合装置は、複数の電極を、抵抗率の異なる膜で部材を被膜して構成する。
本発明によれば、第２の電極となる複数の電極を、抵抗率の異なる膜で部材を被膜して構成するようにしたので、簡単に各電極を所定の電気抵抗にすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る陽極接合装置は、中心を円形状とし、他をリング状とする同心円状に配設された複数の電極で第２の電極を構成し、それぞれ電気抵抗の異なる材質の抵抗部材を各電極間に設ける。
本発明によれば、複数の電極間に設けるようにしても、基板平面内において、中心から外側に向かって、電気抵抗を高くし、中心が最大電位となる分布の電圧が基板に印加できる装置を構成することができる。
【００１３】
また、本発明に係る陽極接合装置は、第１の電極を陽極としてシリコン基板と接続し、第２の電極を陰極として金属を含むガラス基板と接続する。
本発明によれば、シリコン基板と金属を含むガラス基板とを接合する場合に、最も上記の効果を発揮することができる。
【００１４】
また、本発明に係る陽極接合方法は、接合対象となる積層した複数の基板を加熱して陽極接合に必要な温度とし、さらに基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を基板に印加する工程と、所定のレートで昇圧し、所定部位から基板外周端部に向かって順次陽極接合を行うために必要となる電圧を印加して複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程とを有する。
本発明によれば、基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を昇圧させていき、所定の部位から順次陽極接合に必要な電圧を印加していき、順次基板外周部に広げていくようにしたので、特に複雑な制御を行わなくても接合基板にボイドがない接合基板を得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る陽極接合方法は、重ね合わせた複数の基板の平面内において、所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなるような分布で、基板に陽極接合に必要な電圧を印加する工程と、複数の基板を所定のレートで昇温し、所定部位から基板外周端部に向かって、順次複数の基板同士を密着させ、接合を行う工程とを有する。
本発明によれば、基板平面内において所定部位を最大電位とし基板外周端部に向かって低くなる分布の電圧を印加した上で、基板を昇温し、所定の部位から順次陽極接合に必要な温度にし、順次基板外周部に広げていくようにしたので、特に複雑な制御を行わなくても接合基板にボイドがない接合基板を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る陽極接合方法は、少なくとも２枚の基板及び接合を行う治具を損傷しない範囲で所定のレートを決定し、昇温を制御する。
本発明によれば、基板、治具を損傷しないようにしてレートを制御するので、安全に接合を行うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述した陽極接合装置を用いて、金属を含むガラスからなり、形成した凹部の少なくとも底面に固定電極を有する電極基板と、固定電極と距離をおいて対向し、固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有するキャビティ基板とを、凹部を除いて接合する。
本発明によれば、液滴吐出ヘッドの製造において上述した陽極接合装置を用いるので、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製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る陽極接合装置を表す図である。通常、陽極接合装置は対向する一対の電極（陽極及び陰極）を有しており、複数の基板（ウェハ。本実施の形態では例えばシリコン（Ｓｉ）基板とナトリウム（Ｎａ）を含むホウ珪酸系の耐熱硬質のガラス基板の２枚）を位置合わせをして積層し、電極間に配置する。そして、例えば陽極をシリコン基板に、陰極をガラス基板に接触させて電極間（基板間）に直流電圧を印加し、さらに基板を加熱する。電圧印加によりシリコン基板は正に帯電する。また、ガラス基板中のナトリウムはナトリウムイオン（Ｎａ＋  ：正のイオン）となり、基板の加熱により、ガラス基板内を移動することができるようになる。そのため、ナトリウムイオンは陰極側に移動し、陰極との間で電子（負電荷）の供給を受けてナトリウムが析出する。
【００１９】
一方、ガラス基板中には、不対電子を有する酸素等、負のイオンが残っている。負のイオンがシリコン基板側に移動し、接合界面において電気的二重層ができる。電気的二重層において生ずる電界により、強い静電引力が生じ、シリコン基板とガラス基板とが密着する。さらに、シリコン基板中のシリコンとガラス基板中の酸素とが共有結合し、基板同士が接合する。そのため、原子レベルで結合することで、強固な接合を行うことができる。
【００２０】
図１における陽極接合装置はチャンバ１を有している。チャンバ１内には、陽極２、陰極３Ａ〜３Ｅ、載置台４及びヒータ５が少なくとも設けられている。そして、接合対象であるシリコン基板１０とガラス基板２０とを位置を合わせて重ね、チャンバ１内の載置台４に載置する（以下、特にシリコン基板１０とガラス基板２０とを重ね合わせた基板として両者を区別しない場合は基板３０という）。ここで、チャンバ１は、真空チャンバ等、その種類は特に限定しない。ただ、後述するように、例えばガラス基板２０表面が加工され、接合面に凹部がある場合、凹部に残った気体との間で気圧差が生じ、ボイドを誘発するおそれがあるため、このような場合は真空チャンバ等を用いないようにする。また、基板３０を搬入、搬出する方法についても特に限定しないので、搬入、搬出口の位置、構造等についても特に限定しない。陽極２は、直流電圧電源６からの電力供給を受け、電気的に接続（接触）したシリコン基板１０を正に帯電させる。ここでは、載置台４との間で基板３０全体を挟み込んで接触させるために陽極２を平行平板形状としているが、例えば、棒、円柱状の陽極をシリコン基板１０と部分的に接触させてもよい（それでもシリコン基板１０全体が正に帯電する）。
【００２１】
図２は載置台４（特に陰極３Ａ〜３Ｅ部分）を上面から見た図である。載置台４には、陰極３Ａ〜３Ｅ及び基板３０を加熱するためのヒータ５が設けられている（ヒータ５は内蔵されている）。載置台４には、ガラス基板２０の面が陰極３Ａ〜３Ｅと対向するように基板３０が載置される。そして、ガラス基板２０と陰極３Ａ〜３Ｅとが電気的に接触（接続）する。陰極３Ａは円形、陰極３Ｂ〜３Ｅは、陰極３Ａと中心が同じリング状をなして載置台４に配設されている。陰極３Ａ〜３Ｅは、それぞれ電気抵抗が異なっており、中心（陰極３Ａ）部分の電気抵抗が小さく、外側の陰極になるほど電気抵抗が大きくなっている。つまり、陰極３Ａ〜３Ｅの各電気抵抗をＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅとすると、Ｒａ＜Ｒｂ＜Ｒｃ＜Ｒｄ＜Ｒｅの関係を満たしている。各陰極の具体的な抵抗値は、接合する基板、温度、印加電圧の制御の方法によって異なり、それらに合わせた形で任意に決定する。
【００２２】
各電気抵抗を異ならせるため、例えば陰極３Ａ〜３Ｅを抵抗率の異なる材質の部材で構成する。また、抵抗率の異なる膜で、同一又は異なる材質の電極部材の少なくともガラス基板２０との接触面を被膜することによっても、各陰極の電気抵抗を調整することができる。また、各陰極を構成する電極部材、膜の断面積、また、円又はリングの径（周の長さ）等を調整して載置台４に配設するようにしても電気抵抗を調整することができる。
【００２３】
図３は本実施の形態の陽極接合における回路モデルを表す図である。陰極３Ａ〜３Ｅの電気抵抗が異なると、接合面と平行な載置台４の面内での電気抵抗の分布が場所によって異なる。ここで、陰極における電気抵抗が大きくなると、電圧降下も大きく、その分、ＣＧｌ、ＲＧｌに係る電圧が低くなる。したがって、ガラス基板２０内におけるナトリウムイオン（正電荷）の移動は面内で一様ではなく、中心部分にある電気抵抗の低い陰極３Ａにおいてナトリウムイオンの移動が最も大きく、外周端部に向かうほど小さくなる勾配を有する、いわゆる山の形状の分布となる（少なくともこの分布において、傾きが正となる部分（上がっている部分）が存在しないようにする）。イオンの移動は電荷の移動であり、したがって、ガラス基板２０の電圧、基板３０の接合界面における電界、静電引力も山形状の分布となる。そこで、電極（陽極２と陰極３Ａ〜３Ｅ）間に印加する電圧を制御し、陰極３Ａの部分が最も電位が高い部分として、最初に密着に必要な静電引力が得られ、陽極接合が行われるようにし、外周端部に向かって順序よく陽極接合が行われるようにする。なお、以下、陰極３Ａ〜３Ｅを特に区別する必要がない場合は、陰極３ということにする。
【００２４】
ここで、本実施の形態においては、各陰極間の距離（中心側に位置する陰極の外周端とその外側に位置する陰極の内周端）が５ｍｍ以内（電極部材をリング状として使用した場合、内周の電極と外周の電極とで２．５ｍｍ＋２．５ｍｍとなる為５ｍｍ以内となる）となるようにする。これは、陰極の端から２．５〜３．０ｍｍ幅分については、陰極の影響により、陰極直上部分（陰極と接触している部分）と同様に接合ができることが実験等で確認できたからである。
【００２５】
ヒータ５は例えば載置台４に内蔵され、載置台４を加熱することで、間接的に基板３０を加熱する。直流電圧電源６は、電極間（陽極２と陰極３Ａ〜３Ｅとの間）に電圧を印加する（電位差を生じさせる）ための電荷供給を行う。電圧制御手段７は、直流電圧電源６を制御して電極間に印加する電圧を制御する。温度制御手段８は、他の電源（図示せず）からの電力供給を制御し、ヒータ５の加熱を制御し、基板３０（載置台４）の温度を制御する。また、コンピュータ等の主制御手段９は、電流計（図示せず）、温度センサ（図示せず）に基づいて、電圧制御手段７及び温度制御手段８に指示等の信号を送信して直流電圧電源６及びヒータ５を制御させることで電圧と温度を総合的に制御する。
【００２６】
次に、本実施の形態における陽極接合方法について説明する。本実施の形態において直流電圧電源６に行われる電極間に印加する電圧の制御は、主制御手段９の指示に基づいて電圧制御手段７が行うものとする。また、本実施の形態においては、接合中の基板３０の温度が３５０℃となるように、主制御手段９の指示に基づいて温度制御手段８が温度制御を行うものとする。ここで本実施の形態では３５０℃とするが、ガラス基板２０中のナトリウムイオンが移動可能となる温度（以下、イオン可動開始温度という）は約２８０℃であるので、基板３０に影響を与えない範囲で、イオン可動開始温度である２８０℃よりも高い温度で制御してもよい。熱による各基板の膨張係数は温度によって異なってくるので、温度を一定にすることにより、基板同士の位置ずれ等に関して制御が行いやすくなる。
【００２７】
図４は電極間に印加する電圧と時間との関係を表す図である。まず、重ね合わせた基板３０を載置台４に載置する。ここで本実施の形態では、基板３０の中心が陰極３Ａの直上になるように載置するものとする。温度制御手段８は、基板３０の温度が約３５０℃となるように制御しながらヒータ５を加熱させる。
【００２８】
そして、最初の段階（ステップ）において、電圧制御手段７は、陽極２と陰極３との間が、ナトリウムイオンが移動を開始するために必要な電圧（本実施の形態では例えば５００Ｖとする。以下、この電圧を移動可能開始電圧という）となるよう電圧の制御を行う。ここで、本実施の形態においては、移動可能開始電圧までの昇圧を３０秒かけて行う。また、線形（リニア）に昇圧できればさらによい。これは、接合による歪みの緩和の為である。
【００２９】
昇圧後、５分間、移動可能開始電圧での印加を維持する。陰極３Ａと接触している部分にナトリウムイオンが移動を開始する。このとき、例えば、陽極２と陰極３Ａとの間以外の部分は、イオン開始可能電圧に達していない。
【００３０】
５分間の印加が終了すると、さらに３０秒かけてリニアに例えば１００Ｖ昇圧する。そして、さらにその電圧での印加を５分間維持する。これを陰極３Ｅの直上部分に位置するガラス基板２０において必要実効電圧が印加され、通常と同様の陽極接合による強固な接合が完了するまで繰り返す。必要実効電圧とは、陽極接合を実効たらしめるため、ガラス基板２０に印加される電圧をいうものとする。時間、温度等によっても異なるが、通常、約５００Ｖ〜１０００Ｖである。ここで本実施の形態では必要実効電圧を１０００Ｖとする。
【００３１】
昇圧が繰り返されることにより、基板３０の中心（陰極３Ａ）側から外（陰極３Ｅ）側に向けて、ナトリウムイオンの移動、陽極接合を行うことができるレベルの負電荷が供給される部分が徐々に広がっていく。中心部分から順に外周端部に向かってシリコン基板１０とガラス基板２０とを密着させて接合することにより、常に外周端部に向けて気体の逃げ道を設けておき、ボイドの発生を防ぐ。そのため、必ず中心部分から順序よく接合される必要があり、中心側から外周端部側をみたときの、載置台４の平面における電荷の分布の傾きが正に部分（上がっている部分）が存在しないようにすることが本実施の形態においては特に重要となる。
【００３２】
以上のように実施の形態１によれば、陰極３Ａ〜３Ｅを設け、各陰極の電気抵抗をＲａ＜Ｒｂ＜Ｒｃ＜Ｒｄ＜Ｒｅとすることによって、載置台４の面（接合面）におけるガラス基板２０に印加される電圧の面内分布を、陰極３Ａの部分の電位を最も高くし、外周端部に向かって順次低くなるようにすることで、静電引力等に関しても同様の分布となり、電極間の電圧を徐々に上げていくことにより、陰極３Ａの部分から順次陽極接合可能な電圧にして、基板同士の密着、接合を行う。このようにあらかじめ分布が異なるような構成の装置としておくことで、陰極３Ａ〜３Ｅによる電圧印加を個別に制御しなくても、ガラス基板２０の所定の部位（陰極３Ａと接する部分）から順次外周端部に向かって密着させ、気体が基板間に挟まれることなく、外周端部側に押し出して、接合を行うことができるので、ボイドが生じない陽極接合を行うことができる。特に、陽極２とシリコン基板１０、陰極３Ａ〜３Ｅとナトリウム（金属）を含むガラス基板２０とを電気的に接触させて、陽極接合を行う場合に効果を発揮する。本実施の形態では、特に、電極間の電圧を順次昇圧させて、陰極３Ａと接する部分において最初に密着、接合が行われるようにし、外周端部に向かって広がっていくようにしたので、温度に関し、陽極接合が可能な温度内で一定の状態で接合を行っていくことができる（接合に際し、温度を上下させなくてすむ）。
【００３３】
また、陰極３Ａ〜３Ｅを構成する材質をそれぞれ異ならせて電気抵抗を異ならせるようにしたので、簡単に電気抵抗が変化した複数の陰極を構成することができる。同様に、電気抵抗の異なる膜で被膜を行って陰極３Ａ〜３Ｅを構成することによっても、簡単に電気抵抗が変化した複数の陰極を構成することができる。本実施の形態では、中心にある陰極３Ａを円形とし、陰極３Ｂ〜３Ｅをリング状として、同心円状で配設するようにしたので、陰極３Ａを中心として、電圧の分布を対称にすることができる。また、ウェハ（基板）の形と適合するため特に都合がよい。
【００３４】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る基板３０の温度と時間との関係を表す図である。実施の形態１では基板３０の温度を変化させずに印加する電圧を変化させた。陽極接合が有効に行われるためには、所定の電圧と温度が必要となり、ガラス基板２０内のイオンの移動を活発にするためには、電圧を高くする（電極における電荷を多くする）ことの他にガラス基板２０の温度を高めることが考えられる。そこで、本実施の形態では、印加する電圧を変化させずに温度を変化させた上で、中心（陰極３Ａ）側から外周端部に向かって徐々に陽極接合が行われるようにする。装置については、上述の実施の形態１と同様のものを用いるので説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態において、電圧制御手段７は、ガラス基板２０に印加する電圧が（必要実効電圧である）１０００Ｖとなるように制御する。また、本実施の形態では基板３０の温度を変化させるが、温度制御は電圧制御手段７が行うものとする。そして、最初の段階における基板３０の温度は、前述したイオン可動開始温度である２８０℃とする。
【００３６】
イオン可動開始温度で５分間維持した後、２０℃昇温し、さらに５分間維持する。これを３６０℃になるまで繰り返す。本実施の形態では３６０℃としているが、これに限定するものではない。最終的には、基板３０の温度が３５０℃及び電極間の印加電圧が８００Ｖの環境下で行われる陽極接合と同程度の強固な接合を行うことができる温度であればよい（通常の陽極接合は、１８０℃〜５００℃、２００Ｖ〜１０００Ｖの範囲内で行われる）。ただし、基板３０の熱膨張による損傷や残留応力を考慮して４５０℃を越えないようにするのが望ましい。
【００３７】
また、本実施の形態では、２０℃昇温させる工程をそれぞれ行う際、５℃／分（min ）となるようなレートで昇温させる。つまり、４分かけて２０℃昇温する。これは、加熱によって、シリコン基板１０又はガラス基板２０、載置台４、陰極３Ａ〜３Ｅ等に歪みが発生するのを抑制するためである。ここでは５℃／分（min ）としているが、歪み発生を抑制するという目的の範囲内においては、このレートに限定するものではない。
【００３８】
以上のように実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様に陰極３Ａ〜３Ｅを設け、陰極３Ａ部分が最も高い電位となり、外周端部に向かって順次低くなるような分布でガラス基板２０に電圧が印加されるようにしておき、基板３０の温度を順次上げていくことで、陰極３Ａ部分が最も早く密着、接合が行われるようにし、密着、接合が外周端部に向けて順次行われるようにすることで、陰極３Ａ〜３Ｅによる電圧印加を個別に制御することなく、ボイドが発生しない陽極接合をおこなうことができる。
【００３９】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、陰極３Ａ〜３Ｅは電気抵抗の異なるものを用いた。しかしながら、載置台４の平面における電荷の分布を異ならせてボイドの発生を防ぐという目的から考えると、限定されるものではない。例えば、陰極の電気抵抗を同じにしても、例えば、各陰極間を仕切る材料の電気抵抗を異ならせる（実施の形態１では絶縁体としている）ことによって、電荷の分布を調整することができる。
【００４０】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、シリコン基板１０とガラス基板２０とを中心部分から外側に向けて陽極接合していくものとして説明した。ここで、本発明は、接合に際し、ボイドを発生させないようにすることを目的としているため、必ずしも中心部分から外側に向けて強固な陽極接合を行っていく必要はない。例えば、中心部分から外側に向けて適度な静電引力を発生させてシリコン基板１０とガラス基板２０とを密着させて、いわゆる仮留め（仮接合）状態にしておき、例えば、最終段階において、ガラス基板２０全体で必要実効電圧が印加され、従来の陽極接合を３５０℃で、かつ８００Ｖの環境下で行った場合と同等の接合が全面に行うことができればよい。さらに、上述の実施の形態では、陰極３Ａ〜３Ｅとして５つ用いたが、陰極の数をこれに限定するものではない。
【００４１】
上述の実施の形態１では、１００Ｖを３０秒で昇圧して５分間維持させる段階（ステップ）的に陽極接合を行うための圧力制御を行った。また、実施の形態２では、２０℃を４分で昇温して５分間維持させる温度制御を行った。しかしながら、本発明は、特にこの圧力制御、温度制御に限定するものではない。上述したように、従来の陽極接合を３５０℃で、かつ８００Ｖの環境下で行った場合の接合と同程度強固な接合を行うことができ、かつ、基板３００、装置に影響を与えないレートであれば、ステップ数、時間等は任意に設定することができる。
【００４２】
実施の形態５．
上述の実施の形態では、重ね合わせた基板３０の中心が陰極３Ａの直上にくることを想定して説明したが、接合の順序を保つことができ、ボイドの発生を防ぐことができれば、必ずしも基板の中心と電荷（ガラス基板２０に印加される電圧）の分布の頂点部分とが同じでなくてもよい。また、陰極の形状についても、ボイドの発生を防ぐことができるのであれば、円形やリング状に限定するものではない。例えば、矩形等にすることもできる。また、各陰極のガラス基板２０の接触する部分の幅を同幅としたが、これに限定するものではない。
【００４３】
実施の形態６．
図６は本発明の第６の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。シリコン基板を加工して作製されるキャビティ基板４０とガラス基板からなる電極基板５０とは、陽極接合を行うことができる。ここで、陽極接合の際にボイドが発生すると、その後、液滴吐出ヘッド等、静電アクチュエータ等の製造工程における様々な加工において、薬液浸入、基板の破損等、様々な弊害が生じる。また、陽極接合の際にも、気泡により基板浮きが生じ、以下に説明するように、電極基板５０に形成する電極５１等とシリコン基板との間で放電し、電極の変質、異物化、また、電極５１にシリコン（振動板４１）が吸着される等の弊害が生じる。そこで、本実施の形態では、キャビティ基板４０と電極基板５０とを上述の実施の形態で説明した陽極接合装置及び方法によって接合を行い、陽極接合時のボイドの発生を防ぐ。
【００４４】
図６において、シリコン基板を加工して作製されるキャビティ基板４０は、例えば厚さ約５０μｍの表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を主たる材料として構成されている。このシリコン基板に異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）等を行い、液滴吐出ヘッドの各部材となる、底壁が振動板４１となり一時的に液体をためる吐出室４２、各ノズル共通に吐出する液体をためておくためのリザーバ４３となる凹部を形成する。また、キャビティ基板４０には、電極基板５０上の電極５１と反対の電荷をシリコン基板（振動板４１）に供給するための電極端子４６を有している。
【００４５】
また、キャビティ基板４０の下面（電極基板５０と対向する面）には、絶縁膜となるＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ２  膜をいう）４４をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：ＴＥＯＳ−ＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ成膜している。プラズマＣＶＤでＴＥＯＳ膜４４を成膜することにより、比較的低温工程で、緻密な膜を成膜でき、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁膜破壊及び短絡を防止することができる。さらに、キャビティ基板４０の上面（ノズルプレート３と対向する面）には、液体保護膜４５となるＳｉＯ２  膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜している。これはインク等の液体によって流路が腐食するのを防ぐためである。
【００４６】
電極基板５０は、厚さ約１ｍｍであり、図６で見るとキャビティ基板４０の下面に接合される基板である。本実施の形態では、上述した装置、方法で陽極接合を行うため、電極基板５０として、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス基板を用いる。ここで、電極基板５０には、キャビティ基板４０に形成される各吐出室４２に合わせ、エッチングにより深さ約０．２μｍの凹部５２が設けられる。そして、凹部５２の内側に、個別の電極５１、リード部５３及び端子部５４（以下、特に区別する必要がない場合はこれらを合わせて電極５１として説明する）を設ける。本実施の形態では、電極５１の材料として酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えばスパッタ法を用いて０．１μｍの厚さで凹部５２内側に形成するものとする。その際、陽極接合において、キャビティ基板４０（シリコン基板）と電極５１とを等電位にするため、これらを電気的に接続する接点（以下、等電位接点という）の等電位接点パターン５６も電極５１と同時に成膜する。また、電極基板５０には、他にも、リザーバ４３と連通して外部タンク（図示せず）からリザーバ４３への流路となるインク供給口５５を設ける。
【００４７】
ノズルプレート６０は、例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板で構成され、電極基板５０とは反対の面（図１の場合には上面）で、キャビティ基板４０と接合されている。この接合は、シリコン同士の接合であるため、陽極接合ではなく、例えば接着剤による接合を用いる。図１から見てノズルプレート６０の上面には、ノズル孔６１を形成し、吐出室４２により加圧されたインク等の液体を液滴として吐出する。さらに下面にはオリフィス６２を形成し、吐出室４２とリザーバ４３とを連通させる。ここではノズル孔６１を有するノズルプレート６０を上面とし、電極基板５０を下面として説明するが、実際には、ノズルプレート６０の方が電極基板５０よりも下面となって用いられることが多い。また、ノズルプレート６０には、振動板４１が撓むことでリザーバ４３方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム６３が設けられている。
【００４８】
図７は液滴吐出ヘッドの断面図である。図７（ｂ）は等電位接点パターン５６の部分を拡大した図である。図７において、吐出室４２はノズル孔６１から吐出させる液体を溜めておく。吐出室４２の底壁である振動板４１を撓ませることにより、吐出室４２内の圧力を高め、ノズル孔６１から液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態では、可動電極として用いることができ、かつエッチングレートが極端に低く、エッチング工程の際に高い厚さ精度で加工ができる高濃度のボロンドープ層をシリコン基板に形成し、ボロンドープ層により振動板４１を構成するものとする。
【００４９】
発振回路８０は、ワイヤ、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）等（ＦＰＣという）８１を介して電気的に端子部５４、電極端子４６と接続され、電極５１、キャビティ基板４０（振動板４１）に電荷（電力）の供給及び停止を制御する。発振回路８０は例えば電極５１にパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路８０が発振駆動することで、電極５１に電荷を供給して正に帯電させ、振動板４１を相対的に負に帯電させると、静電気力により電極５１に引き寄せられて撓む。これにより吐出室４２の容積は広がる。そして電荷供給を止めると振動板４１は元に戻るが、そのときの吐出室４２の容積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴８２が吐出する。この液滴８２が例えば記録対象となる記録紙８３に着弾することによって印刷等の記録が行われる。封止材７１は、異物、水分（水蒸気）等がギャップに浸入しないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために設ける。通常、液滴吐出ヘッドはウェハ単位で作られ、最終的に各液滴吐出ヘッド（ヘッドチップ）に切り離される。
【００５０】
図８は第６の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図８に基づいて液滴吐出ヘッド製造工程について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドを製造に係る加工を行うが、図８ではその一部分だけを示しているものとする。
【００５１】
（ａ）約１ｍｍのガラス基板の一方の面に対し、電極５１の形状パターンに合わせて０．２μｍの深さの凹部５２を形成する。等電位接点の等電位接点パターン５６が形成される部分については、エッチングを行わずに残しておく。凹部５２の形成後、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚さの電極５１及び等電位接点パターン５６を同時に形成する。最後にインク供給口５５をサンドブラスト法または切削加工により形成する。これにより電極基板５０が作製される。
【００５２】
（ｂ）一方、表面が（１１０）面方位の酸素濃度の低いシリコン基板９０の片面（電極基板５０との接合面側となる）を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みの基板を作製する。そして、その面側にボロンを拡散させてボロンドープ層９１を形成する。ボロンドープ層９１を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳ膜４４を０．１μｍ成膜する。また、等電位接点パターン５６をシリコン基板９０に接触させるため、ＴＥＯＳ膜４４の一部に窓を形成する。
【００５３】
図９はシリコン基板９０と電極基板５０との関係を表す図である。
（ｃ）図９に示すように、シリコン基板９０のＴＥＯＳ膜４４を成膜した側と電極基板５０の電極５１を形成した側とが対向するように、位置を合わせ、重ねた基板を陽極接合装置の載置台４に載置する。陽極接合装置の陽極２とシリコン基板９０とを接触させ、さらに電極基板５０と陰極３Ａ〜３Ｅとを接触させる。上述の実施の形態で説明したような手順で、陽極２と陰極３との間に電圧を印加し、また加熱を行うことで、ボイドを発生させずに陽極接合を行う。昇温レートを早くしすぎるとダメージを加えてしまうの注意する必要がある。陽極接合時に、シリコン基板９０と電極基板５０の界面において、ガラスが電気化学的に分解され酸素が気体となって発生する場合がある。また加熱によって表面に吸着していたガス（気体）が発生する場合もある。この場合、凹部５２を密閉しないように外部とを連通する大気開放穴を設けておけば、凹部５２内での気体の加圧を防ぐことができる。
【００５４】
（ｄ）陽極接合後の接合済み基板について、シリコン基板９０に対し、研削加工等を行い、シリコン基板９０の厚みを約５０μｍにする。
【００５５】
（ｅ）次に、ウェットエッチングを行った面に対し、ＴＥＯＳによるエッチングマスク（以下、ＴＥＯＳエッチングマスクという）９２をプラズマＣＶＤ法により成膜する。その後、吐出室４２、リザーバ４３となる部分のＴＥＯＳエッチングマスク９２をエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、ＴＥＯＳエッチングマスク９２をパターニングし、レジストを剥離する。ここで、場合によっては、吐出室４２、リザーバ４３となる部分の深さを異ならせるため、対応するＴＥＯＳエッチングマスク９２のエッチング深さを異ならせることもある。
【００５６】
（ｆ）次に、接合済み基板を３５ｗｔ％及び３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室４２となる部分の厚みが約１０μｍになるまでウェットエッチングを行う。２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いることにより、振動板４１の面荒れを抑制し、厚みの精度を高くすることができる。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板９０表面のＴＥＯＳエッチングマスク９２を剥離する。
【００５７】
（ｇ）次に、シリコン基板９０の電極取出し口７０となる部分のシリコンを除去し、キャビティ基板４０の上面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳ膜による液体保護膜４５を０．１μｍ成膜する。液体保護膜４５は、上述したように、プラズマＣＶＤ法以外にもスパッタリング法によって成膜したＳｉＯ２  膜で形成してもよい。さらに電極取出し口部２５に残っている液体保護膜４５を除去する。そして、例えばエポキシ樹脂からなる封止材７１を、電極取出し口７０の端部（キャビティ基板４０と電極基板５０の凹部との間で形成されるギャップの開口部分）に沿って流し込み、ギャップを封止する。これにより、接合済み基板に行う加工処理は完了する。
【００５８】
（ｈ）あらかじめ作製していたノズルプレート６０を例えば、エポキシ系接着剤により、接合済み基板のキャビティ基板４０側から接着する。そして、ダイシングライン２７に沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。
【００５９】
以上のように実施の形態６によれば、液滴吐出ヘッド（静電アクチュエータ）の製造の際に、上述の実施の形態で示した陽極接合装置、方法により接合を行うようにしたので、陽極接合の際にボイドが発生せず、加工の際、シリコン基板９０の破損、薬液の浸入等がなく、歩留まりを向上することができる。特に表面に加工を行い、あらかじめ凹部を有している電極基板５０とシリコン基板９０とを接合する場合でも有効な陽極接合装置、方法である。
【００６０】
実施の形態７．
図１０は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置であるプリンタ１００の外観図である。図１０のプリンタ１００は液滴吐出方式（インクジェット方式）による、紙への印刷を目的とする。通常のプリンタでは液体をインクとして紙に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に電気配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００６１】
実施の形態８．
上述の第６、第７の実施の形態は、実施の形態１〜５の陽極接合装置、方法を液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置に適用する例について示したが、これに限定するものではない。例えば、アクチュエータ、センサ等をはじめとする、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System ）による微細加工の素子を製造する場合の陽極接合についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る陽極接合装置を表す図である。
【図２】載置台４を上面から見た図である。
【図３】本実施の形態の陽極接合における回路モデルを表す図である。
【図４】電極間に印加する電圧と時間との関係を表す図である。
【図５】実施の形態２に係る基板３０の温度と時間との関係を表す図である。
【図６】第６の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図７】液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図８】第６の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。
【図９】シリコン基板９０と電極基板５０との関係を表す図である。
【図１０】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  チャンバ、２  陽極、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ  陰極、４  載置台、５  ヒータ、６  直流電圧電源、７  電圧制御手段、８  温度制御手段、９  主制御手段、１０  シリコン基板、２０  ガラス基板、３０  基板、４０  キャビティ基板、４１  振動板、４２  吐出室、４３  リザーバ、４４  ＴＥＯＳ膜、４５  液体保護膜、４６  電極端子、５０  電極基板、５１  電極、５２  凹部、５３  リード部、５４  端子部、５５  インク供給口、５６  等電位接点パターン、６０  ノズルプレート、６１  ノズル孔、６２  オリフィス、６３  ダイヤフラム、７０  電極取出し口、７１  封止材、８０  発振回路、８１  ＦＰＣ、８２  液滴、８３  記録紙、９０  シリコン基板、９１  ボロンドープ層、９２  ＴＥＯＳエッチングマスク、１００  プリンタ。
【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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