(57)【要約】【課題】  シリコン基板と電極ガラス基板とを陽極接合した後に該シリコン基板に吐出室等のキャビティ部を形成するプロセスにおいて、吐出室の幅精度を向上することができる液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置の製造方法を提供する。【解決手段】  予め個別電極３１が形成された電極ガラス基板３０１にシリコン基板２００を接合した後、そのシリコン基板を薄板化し、その後ＴＥＯＳエッチングマスク２０４をパターニングして吐出室となる凹部をエッチングにより形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチングマスクをドライエッチングによりパターニングし、そのシリコンエッチングを、最初はドライエッチングで、最後はウェットエッチングで行う。【選択図】  図６
2007045110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め個別電極が形成された電極ガラス基板にシリコン基板を接合した後、そのシリコン基板を薄板化し、その後エッチングマスクをパターニングして吐出室となる凹部をエッチングにより形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記エッチングマスクをドライエッチングによりパターニングす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】
前記吐出室となる凹部のシリコンエッチングを、最初はドライエッチングで、最後はウェットエッチングで行う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】
前記吐出室となる凹部の底部の厚さが、目標値に近い値になるまではドライエッチングを行い、その後ウェットエッチングに切り替えて目標値になるまでウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記吐出室となる凹部のドライエッチングは、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングとすることを特徴とする請求項２または３記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記異方性ドライエッチングでは、エッチングガスとして、ＳＦ6およびＣＦ4またはＣ4Ｆ8を用いることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記吐出室となる凹部のウェットエッチングでは、低濃度の水酸化カリウム水溶液を用いることを特徴とする請求項２または３記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記エッチングマスクのパターニングは、ＲＩＥドライエッチングにより行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記シリコン基板として、所要の厚さのボロンドープ層が形成された（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を用いることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記シリコン基板にはさらにリザーバとなる凹部がウェットエッチングにより形成され、そのリザーバの底部の厚さを前記吐出室の底部の厚さよりも厚く形成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記電極ガラス基板には前記個別電極の全てと短絡する等電位接点が形成され、前記シリコン基板と陽極接合する際、前記等電位接点が前記シリコン基板に接触するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記電極ガラス基板には前記個別電極が形成される凹部と前記等電位接点が形成される凹部とに連通する大気開放穴が設けられ、該大気開放穴は、前記電極ガラス基板と前記シリコン基板の陽極接合時までは開放され、陽極接合後は閉鎖されることを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状の材料を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置の製造方法に関する。ここに、「液状の材料」とは、ノズルから吐出可能な粘度を有する材料をいい、材料が水性であると油性であるとを問わない。ノズルから吐出可能な流動性（粘度）を備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合されノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティプレートとを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００３】
近年、静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいては、低コスト化、高密度化、吐出特性の安定化が求められている。それを実現するプロセスとして、インク流路のキャビティ部を形成するためのシリコン基板と電極パターンが形成された電極ガラス基板とを接合してから、シリコン基板を薄板化し、その後シリコン基板にウェットエッチングを施すことにより吐出室、リザーバ等となるキャビティ部を形成するプロセスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ボロンドープ層を有するシリコン基板に高濃度の水酸化カリウム水溶液と低濃度の水酸化カリウム水溶液を用いた２段階のエッチングを施すことにより、吐出室を形成する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８２５７２号公報（第６−７頁、図２、図５）
【特許文献２】特開平９−２３４８７３号公報（第４−５頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいて高密度化および吐出特性の安定化ならびに低コスト化を図るためには、キャビティプレートにあっては吐出室の寸法精度、特に幅方向（ノズルピッチ方向）の寸法精度が高い精度で確保されていることが必要である。
しかしながら、上記の従来技術は、いずれもシリコン基板のエッチングマスクをウェットエッチングによりパターニングして吐出室を形成するものであるため、エッチングマスクが垂直に切ることができず、だれが生じ、サイドエッチング量が多くなるため、吐出室の幅精度の低下や間隔壁の欠損等を引き起こすことがあった。
【０００６】
そこで本発明は、シリコン基板と電極ガラス基板とを陽極接合した後に該シリコン基板に吐出室等のキャビティ部を形成するプロセスにおいて、吐出室の幅精度を向上することができる液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出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】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、予め個別電極が形成された電極ガラス基板にシリコン基板を接合した後、そのシリコン基板を薄板化し、その後エッチングマスクをパターニングして吐出室となる凹部をエッチングにより形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記エッチングマスクをドライエッチングによりパターニングするものである。
【０００８】
本発明によれば、電極ガラス基板に接合後のシリコン基板を薄板化し、そのシリコン基板に形成されたエッチングマスクをドライエッチングによりパターニングするので、エッチングマスクを垂直に切ることができ、パターンのだれが生じないため、パターンの寸法精度を向上させることができる。そのため、吐出室となる凹部を垂直にエッチングすることができるため、吐出室の幅精度を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記吐出室となる凹部のシリコンエッチングを、最初はドライエッチングで、最後はウェットエッチングで行うものである。
吐出室となる凹部のシリコンエッチングを、最初はドライエッチングで行うことにより、その凹部の側面を垂直に掘り下げることができる。そして、最後はウェットエッチングで行うことにより、その凹部の底面すなわち振動板の面荒れを抑制することができる。したがって、上記のパターン寸法精度の向上と相俟って、吐出室の幅精度の向上と振動板の表面粗さの低減が可能となり、液滴吐出ヘッドの高密度化および吐出特性の安定化ならびに低コスト化を図ることができる。
【００１０】
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記吐出室となる凹部の底部の厚さが、目標値に近い値になるまではドライエッチングを行い、その後ウェットエッチングに切り替えて目標値になるまでウェットエッチングを行うものである。
これにより、吐出室の幅精度の向上効果および振動板の表面粗さの低減効果を一段と高めることができる。
【００１１】
また、前記吐出室となる凹部のドライエッチングとしては、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電による異方性ドライエッチングが好適である。
【００１２】
さらにこの場合、エッチングガスとして、ＳＦ6およびＣＦ4またはＣ4Ｆ8を用いるのが好ましい。
ＳＦ6は凹部の垂直方向のエッチングを促進し、ＣＦ4またはＣ4Ｆ8は凹部の側面方向のエッチングが進行しないよう側面を保護する作用がある。したがって、これらのエッチングガスを交互に繰り返し使用することにより、吐出室となる凹部の側面を垂直にエッチングすることができる。
【００１３】
また、前記吐出室となる凹部のウェットエッチングでは、低濃度の水酸化カリウム水溶液を用いるのが好ましい。
これにより、凹部底面の振動板の面粗さを低減することができるとともに、振動板の厚さを目標値に正確に加工することができる。
【００１４】
また、前記エッチングマスクのパターニングは、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）ドライエッチングにより行うことが適している。
【００１５】
また、前記シリコン基板として、所要の厚さのボロンドープ層が形成された（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を用いることが適している。
これによって吐出室の側面を垂直にエッチングすることができるとともに、ボロンドープ層の面でエッチングストップが十分に効くようにすることができるため、振動板の厚さを精度よくコントロールすることができる。
【００１６】
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記シリコン基板にはさらにリザーバとなる凹部がウェットエッチングにより形成され、そのリザーバの底部の厚さを前記吐出室の底部の厚さよりも厚く形成することが好ましい。
リザーバは吐出室よりも底面積が大きいので底部の厚さが同等程度であると底部が割れたりすることがある。したがって、リザーバの底部の厚さを吐出室の底部（すなわち振動板）の厚さよりも厚く形成することで割れを防ぎ、エッチング液が電極間ギャップ内に浸入することを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記電極ガラス基板には前記個別電極の全てと短絡する等電位接点が形成され、前記シリコン基板と陽極接合する際、前記等電位接点が前記シリコン基板に接触するように形成されている。
これにより、陽極接合時、シリコン基板と電極ガラス基板が等電位となるため、両基板の間で短絡を生じることはない。
【００１８】
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記電極ガラス基板には前記個別電極が形成される凹部と前記等電位接点が形成される凹部とに連通する大気開放穴が設けられ、該大気開放穴は、前記電極ガラス基板と前記シリコン基板の陽極接合時までは開放され、陽極接合後は閉鎖される。
大気開放穴は、陽極接合時までは開放されているので、陽極接合時に発生するガスを外部に排出することができるため、電極間ギャップ内が正圧とならず、振動板の破損を防止することができる。一方、陽極接合後は、閉鎖されているため、薬液が電極間ギャップ内に浸入することを防止することができる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記のいずれかの液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて液滴吐出装置を製造するものである。
本発明により、安定した吐出特性を有し、高密度で安価な液滴吐出ヘッドが得られるので、同様の効果を持つ液滴吐出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の製造方法により製造された液滴吐出ヘッドの実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、フェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１乃至図３を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、エッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図２は、図１の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図である。図３は、図２のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図１および図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【００２２】
本実施形態のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、図１および図２に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズルプレート１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティプレート２と、キャビティプレート２の振動板２２に対峙して個別電極３１が配設された電極基板３とが貼り合わされた構成となっている。その製造方法については後で詳しく説明する。
【００２３】
ノズルプレート１は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズルプレート１は、複数のノズル孔１１が設けられる領域に凹部１２が形成され、この凹部１２の底面にインク液滴を吐出するためのノズル孔１１が開口している。すなわち、ノズル部分の長さ（基板厚み）を凹部１２により薄肉化することにより各ノズル孔１１の流路抵抗を調整している。これにより、均一な吐出性能を確保するとともに、吐出面（凹部１２の底面）に記録用紙などの他の物体が直接接触することがないので、記録用紙の汚損やノズル孔１１の先端の損傷などを防止することができる。
【００２４】
インク滴を吐出するためのノズル孔１１は、例えば径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。噴射口部分１１ａおよび導入口部分１１ｂは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分１１ａは先端がノズルプレート１の表面に開口し、導入口部分１１ｂはノズルプレート１の裏面（キャビティプレート２と接合される接合側の面）に開口している。
【００２５】
上記のように、ノズル孔１１を噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから２段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。
【００２６】
また、ノズルプレート１の図２において下面（キャビティプレート２との接合側の面）にはインク流路の一部を形成するオリフィス（細溝）１３が設けられている。また、後述するキャビティプレート２のリザーバ２３に対応する位置に凹部により薄肉化されたダイヤフラム部１４が設けられている。ダイヤフラム部１４はリザーバ２３内の圧力変動を抑制するために設けられている。
【００２７】
キャビティプレート２は、例えば厚さ約５０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。このシリコン基板はボロンドープ層を有し、シリコン基板に異方性ドライエッチングおよび異方性ウェットエッチングを施すことにより、インク流路の吐出室２１およびリザーバ２３を構成するための凹部２４、２５が高精度に形成される。凹部２４は前記ノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図２に示すようにノズルプレート１とキャビティプレート２を接合した際、各凹部２４は吐出室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス１３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２１（凹部２４）の底壁を構成するボロンドープ層の厚さにより厚さ精度の高い振動板２２が構成されている。
【００２８】
他方の凹部２５は、液状材料のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３（凹部２５）はそれぞれオリフィス１３を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には後述する電極基板３を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給口３５を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【００２９】
また、上述のように、キャビティプレート２に（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を用いるのは、このシリコン基板に異方性ドライエッチングと異方性ウエットエッチングの２段階のエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面または下面に対して垂直にかつ高い寸法精度でエッチングすることができるためであり、これによりインクジェットヘッドの高密度化および吐出特性の安定化ならびに低コスト化を図ることができる。
【００３０】
また、キャビティプレート２の下面すなわち電極基板３と対向する面にはプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）によりＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜からなる絶縁膜２６が０．１μｍの厚さで形成されている。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッドを駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
キャビティプレート２の上面すなわちノズルプレート１と対向する面（吐出室２１、リザーバ２３の内面を含む）には、インク保護膜２７となるＳｉＯ2膜（ＴＥＯＳ膜を含む）がプラズマＣＶＤまたはスパッタにより形成されている。このインク保護膜２７は、インクにより流路の腐食を防ぐために設けられている。
【００３１】
電極基板３は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から作製される。中でも、キャビティプレート２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板３とキャビティプレート２を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティプレート２との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティプレート２を強固に接合することができるからである。
【００３２】
電極基板３には、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより深さ約０．２μｍで形成されている。そして、各凹部３２の底面には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。その際、等電位接点３３となるＩＴＯパターンも同時に形成されている。
したがって、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップ（空隙）は、この凹部３２の深さ、個別電極３１および振動板２２を覆う絶縁膜２６の厚さにより決まることになる。このギャップ（電極間ギャップ）はインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極３１および等電位接点３３の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、後述するように等電位接点３３も同時に形成できること、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすいことなどの理由から、一般にＩＴＯが用いられる。
【００３３】
個別電極３１は、リード部３１ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部３１ｂとを有する。これらの端子部３１ｂは、図１乃至図３に示すように、配線のためにキャビティプレート２の末端部が開口された電極取り出し部２９内に露出している。
【００３４】
上述したように、ノズルプレート１、キャビティプレート２、および電極基板３は、図２に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材３７で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００３５】
そして最後に、図２、図３に簡略化して示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路４が各個別電極３１の端子部３１ｂとキャビティプレート２上に設けられた共通電極２８とに前記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド１０が完成する。
【００３６】
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路４は、個別電極３１に電荷の供給および停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２間に静電気力（クーロン力）が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む（変位する）。これによって吐出室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により吐出室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔１１より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクがリザーバ２３からオリフィス１３を通じて吐出室２１内に補給される。
【００３７】
本実施形態のインクジェットヘッド１０は、前述したように、ノズル孔１１がノズルプレート１の表面（吐出面）に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、この噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されているため、インク滴をノズル孔１１の中心軸方向に真っ直ぐに吐出させることができ、きわめて安定した吐出特性を有する。
さらに、導入口部分１１ｂの横断面形状を円形や四角形などに形成することができるので、インクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。
【００３８】
なお、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａおよび導入口部分１１ｂの横断面形状は特に限定されるものではなく、角形や円形などに形成される。但し、円形にする方が吐出特性や加工性の面で有利となるので好ましい。
【００３９】
次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法について図４乃至図７を参照して説明する。なお、以下において示す具体的な数値等の物理量はあくまでも一例を示すものであり、これに限定されるものではない。
図４は電極ガラス基板３０１の一部分を上から見た上面図であり、あるヘッドチップ（インクジェットヘッド）の電極ガラス基板を表している。図５は電極ガラス基板３０１の等電位接点３３部分を拡大して表した断面図である。図６および図７はインクジェットヘッド１０の製造方法を示す製造工程の断面図である。なお、図６（ａ）から（ｄ）までは電極ガラス基板３０１の等電位接点３３部分における断面を示し、図６（ｅ）以降および図７は電極ガラス基板３０１の個別電極３１部分における断面を示す。
【００４０】
まず、図４および図６（ａ）に示すように、個別電極３１と等電位接点３３を有する電極基板３の基本となる電極ガラス基板３０１を作製する。この工程では、ガラス基板３００として、例えば厚さ約１ｍｍの硼珪酸系の耐熱硬質ガラス基板を使用し、このガラス基板３００に対し、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより、電極部（個別電極３１、リード部３１ａ、および端子部３１ｂからなる電極部をいう）の形状パターンに合わせて０．２μｍの深さの凹部３２を形成する。等電位接点３３となる部分については、図４に示すように、ガラス基板３００の表面上に接点部を形成するようにエッチングを行わずに、残しておく。したがって、等電位接点３３の部分はガラス基板３００の表面上に０．１μｍの厚さで突出している。ここで、等電位接点３３の形状については、電極部とシリコン基板とを接触させて等電位にすることができればその形状は問わない。なお、全ての個別電極用の凹部３２と等電位接点用の凹部３４は一端部でつながっており、かつガラス基板３００を貫通する大気開放穴３８と連通している。
そして、凹部３２、３４の形成後、ガラス基板３００の表面に、例えばスパッタ法により０．１μｍの厚さで電極部となるＩＴＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィー方式で凹部３２の底面に個別電極３１を形成するとともに、等電位接点３３を凹部３４内から延長してガラス基板３００の表面上に形成する。また、全ての個別電極３１と等電位接点３３とは接続部３９により短絡するように形成されている。
そして最後に、ガラス基板３００の表面側から、例えばサンドブラスト法またはドリル等を用いた切削加工によりインク供給口３５および大気開放穴３８を形成する。
以上により、電極ガラス基板３０１が作製される。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示すように、（１１０）を面方位とする酸素濃度の低い単結晶シリコン基板の片面を鏡面研磨し、２２０μｍの厚さのシリコン基板２００を作製する。
その後、このシリコン基板２００に振動板２２となるボロンドープ層２０１を形成する方の面を、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する。そして、縦型炉にその石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を７時間保持して、ボロンをシリコン基板２００中に拡散させ、厚さ０．８μｍのボロンドープ層２０１を形成する。ボロンドープ工程では、シリコン基板２００の投入温度を８００℃とし、シリコン基板の取出し温度も８００℃とすることが好ましい。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。また、ボロンドープ層２０１の表面にはボロン化合物が形成されるが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させることができる。Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2に化学変化させた状態で、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2をふっ酸水溶液にてエッチング除去する。
そして、ボロンドープ層２０１を形成した面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＴＥＯＳ絶縁膜２６を０．１μｍの厚さで成膜する。ＴＥＯＳ絶縁膜２６の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。
次に、成膜したＴＥＯＳ絶縁膜２６の表面にレジストを塗布し、陽極接合時に等電位接点３３が接触する窓部２６ａを開けるためのレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングしＴＥＯＳ絶縁膜２６をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
【００４２】
次に、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板２００と電極ガラス基板３０１を３６０℃に加熱した後、電極ガラス基板３０１に負極、シリコン基板２００に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する。このとき、図４、図５に示すように、全ての個別電極３１に短絡している等電位接点３３がＴＥＯＳ絶縁膜２６の窓部２６ａを介してシリコン基板２００のボロンドープ層２０１に接触しているので、陽極接合時の強電界によるシリコン基板２００と個別電極３１間の放電短絡等を防ぐことができる。
また、陽極接合時にはシリコン基板と電極ガラス基板の界面でガラスが電気化学的に分解され酸素が発生するケースがある。また加熱によって基板表面に吸着していたガスが発生するケースがある。これらのガスは大気開放穴３８から外部へ排出されるので、電極間ギャップ内が正圧になることはない。したがって、後述するように吐出室となる凹部をエッチングにより形成したときに振動板が割れたりするような事態を防止することができる。
【００４３】
次に、図６（ｄ）に示すように、陽極接合後、シリコン基板２００の表面を、シリコン基板２００の厚さが約６０μｍになるまで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、３２ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板２００を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板２００の厚さは約５０μｍとなる。
なお、この研削工程及び加工変質層除去工程では、大気開放穴３８からエッチング液が電極間ギャップ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、大気開放穴３８を塞いで電極間ギャップ内部を保護する。なお、インク供給口３５はこの段階ではシリコン基板２００とガラス基板３００の接合面で閉鎖されているので、インク供給口３５を通じてエッチング液が電極間ギャップ内に入り込むことはない。
【００４４】
次に、図６（ｅ）に示すように、シリコン基板２００のエッチング面全面にプラズマＣＶＤを用いてＴＥＯＳエッチングマスク２０４を０．５μｍの厚さで成膜する。ＴＥＯＳエッチングマスク２０４の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。
【００４５】
次に、図６（ｆ）に示すように、大気開放穴３８に例えばエポキシ系接着剤を流し込み、大気開放穴３８を封止する。これにより電極間ギャップは密閉状態となり、以後の工程で大気開放穴３８から液体および気体が入り込むことはなくなる。
ついで、吐出室に対応する部分２１ａのＴＥＯＳエッチングマスク２０４をエッチングするために、レジストパターニングを施す。そしてＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）プラズマエッチング装置を用いて、ＴＥＯＳエッチングマスク２０４がなくなるまでエッチングし、ＴＥＯＳエッチングマスク２０４をパターニングする。エッチング条件は、例えば、高周波出力２５０Ｗ、圧力１．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）、ＣＨＦ3ガス流量５ｃｍ3／ｍｉｎ（５ｓｃｃｍ）である。エッチング後、レジストを剥離する。
このように、ＴＥＯＳエッチングマスク２０４をドライエッチングによりパターニングすることで、吐出室に対応する部分２１ａを垂直に開口させることができ、パターン寸法精度を向上させることができる。
【００４６】
次に、図６（ｇ）に示すように、リザーバ部及び電極取出し部に対応する部分２３ａ、２９ａのＴＥＯＳエッチングマスク２０４をエッチングするために、レジストパターニングを施す。そしてＲＩＥプラズマエッチング装置を用いて、ＴＥＯＳエッチングマスク２０４を０．２μｍエッチングし、ＴＥＯＳエッチングマスク２０４をパターニングする。エッチング条件は、例えば、高周波出力２５０Ｗ、圧力１．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）、ＣＨＦ3ガス流量５ｃｍ3／ｍｉｎ（５ｓｃｃｍ）である。これによりリザーバ部及び電極取出し部に残っているＴＥＯＳエッチングマスク２０４の厚さは０．３μｍとなる。この残し厚さは所望のリザーバ部の深さによって変える必要がある。エッチング後、レジストを剥離する。
【００４７】
次に、図６（ｈ）に示すように、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチング装置を用いて、吐出室２１となる凹部２４の底部の厚さが目標値（例えば０．８０μｍ）に近い値（例えば約５μｍ）になるまで、シリコン基板２００を異方性ドライエッチングする。エッチング条件は、例えば、エッチングプロセスがＳＦ6流量３００ｃｍ3／ｍｉｎ（３００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３秒、チャンバー圧力８Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度３０℃で、デポジションプロセスがＣＦ4流量２００ｃｍ3／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度３０℃である。このエッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約３０サイクル行う。ここで、ＳＦ6は凹部２４の垂直方向のエッチングを促進するために使用し、ＣＦ4は凹部２４の側面方向にエッチングが進行しないように凹部２４の側面を保護するために使用する。また、ＣＦ4のほかにＣ4Ｆ8を使用することもできる。
【００４８】
次に、図７（ｉ）に示すように、リザーバ部及び電極取出し部のＴＥＯＳエッチングマスク２０４を除去するため、ふっ酸水溶液に接合済み基板（シリコン基板２００と電極ガラス基板３０１との接合後の基板をいう）を浸し、除去する。
次に、図７（ｊ）に示すように、接合済み基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層２０１でのエッチングレート低下によるエッチングストップが十分効くまで異方性ウェットエッチングを続ける。前記異方性ドライエッチングと異方性ウェットエッチングを組み合わせた２段階のエッチングを行うことによって、吐出室２１の幅の寸法精度が向上し、振動板２２の面荒れが抑制され、振動板２１の厚さ精度を０．８０±０．０５μｍ以下にすることができ、インクジェットヘッドの吐出性能を安定化することができる。またリザーバ２３部及び電極取出し部２９の厚さが約２０μｍとなるようにエッチング時間を制御する。
これは、リザーバ部及び電極取出し部は振動板部に比べ、大きな面積を持つため、シリコンエッチングによって底部を薄くしていく場合、従来のように振動板と同じ程度の厚さの薄膜が残るような構造であると、非常に剛性が弱く、機械的な振動や電極間ギャップ内に挟まった異物が押し上げる力等によって、割れる場合があるからである。そこで本実施形態のように、２０μｍ程度の厚さを持たせる構造にすれば、薄膜化していく工程で割れることがなくなり、電極間ギャップ内に薬液が浸入することを防ぐことができる。
【００４９】
次に、図７（ｋ）に示すように、シリコンエッチングが終了したら、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板表面のＴＥＯＳエッチングマスク２０４を剥離する。
次に、図７（ｌ）に示すように、電極取出し部２９に残っているシリコン薄膜を除去するために、シリコンマスクをシリコン基板表面に取り付け、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4流量３０ｃｍ3／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１時間行い、電極取出し部分のみにプラズマを当て、開口する。この時、電極間ギャップ内は大気開放される。
シリコンマスクの装着は接合済み基板とシリコンマスクにピンを通すピンアライメントにより行われる。
【００５０】
次に、図７（ｍ）に示すように、ＴＥＯＳインク保護膜２７を成膜したい部分（吐出室及びリザーバ部）のみ開口したシリコンマスクをシリコン基板の表面に取り付ける。そして、シリコン基板の上面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳインク保護膜２７を０．１μｍの厚さで成膜する。ＴＥＯＳインク保護膜２７の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。ＴＥＯＳインク保護膜は、プラズマＣＶＤ法以外にもスパッタ法によって成膜したＳｉＯ2膜でもよい。
シリコンマスクの装着は接合済み基板とシリコンマスクにピンを通すピンアライメントにより行われる。
インク保護膜２７にはインクによる流路の腐食を防ぐといった効果のほか、絶縁膜２６の応力とインク保護膜２７の応力が相殺されるため、振動板部の反りが小さくなるといった効果もある。
また、金属マスク等を用いてＡｌ等の金属からなる共通電極２８をスパッタ法によってシリコン基板の表面の端部に形成する。
さらに、電極ガラス基板３０１のインク供給口３５となる孔部からレーザ加工を施してシリコン基板２００のリザーバ部の底部を貫通させて、インク供給口３５を形成する。
【００５１】
次に、図７（ｎ）に示すように、エポキシ樹脂を電極間ギャップの開放端部に沿って流し込み、電極間ギャップを封止する。これによって、電極間ギャップは再び密閉状態になる。また、封止状態の大気開放穴３８へ連通する溝（凹部３２、３４）と個別電極３１および等電位接点３３は封止材３７によって個々に絶縁分離される（図３、図４参照）。
以上により、キャビティプレート２の各部分が作製される。そして、このキャビティプレート２の上面に、図７（ｏ）に示すように、予め作製されたノズルプレート１をエポキシ系接着剤により接着する。
【００５２】
最後に、図７（ｐ）および図４に示すように、ダイシングライン５０に沿ってダイシングを行い、個々のヘッドに切断すれば、図２に示したインクジェットヘッド１０の本体部が得られる。この時、陽極接合時には短絡していた個別電極３１および等電位接点３３は、個々に分断される。また、封止状態の大気開放穴３８及びそこに連通するガラス基板上の溝も切断され、完成されたインクジェットヘッド１０から分離される。
【００５３】
図８は、シリコン基板２００に対するエッチングマスクのパターンニング方法を従来法と本発明法とを比較した説明図である。
従来法は、レジストパターンを形成後、ふっ酸水溶液を用いて、ＴＥＯＳエッチングマスクをエッチングし、パターニングを行っていた。この場合、等方的にエッチングされるため、レジスト下のＴＥＯＳエッチングマスクも若干エッチングされ、パターンがだれる。この状態でシリコンのエッチングを行うと、サイドエッチングが大きくなったり、パターン寸法精度が低下したりする。
これに対し、本発明法では、ＲＩＥプラズマエッチング装置を用いて、ドライエッチングによりＴＥＯＳエッチングマスクをパターニングするため、垂直にＴＥＯＳエッチングマスクをパターニングすることができる。このため、パターン寸法精度を向上することができる。ちなみに、パターニング精度で比較すると、従来法の±０．６μｍに対し、本発明法では±０．１μｍであった。
その結果、吐出室の幅精度が向上し、振動板の表面粗さが低減し、振動板の厚さのばらつきが低減する。
【００５４】
以上のように、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法によれば、シリコン基板と電極ガラス基板を接合した後に、吐出室等の各部分を形成する方法を用いることで、取り扱いが容易となるため、基板の割れを低減することができ、かつ基板の大口径化が可能となる。大口径化が可能となれば、一枚の基板から多くのインクジェットヘッドを取り出すことができるため、生産性を向上させることができる。
また、吐出室のエッチングマスクをパターニングする際に、ドライエッチング法を用いているため、エッチングマスクのだれがなくなり、吐出室の幅精度を向上させることができる。
そして、吐出室のエッチングをドライエッチングとウェットエッチングの２段階で行うため、吐出室の幅精度を向上しつつ、振動板の表面粗さを低減し、振動板の厚さのばらつきを低減することができる。
さらには、吐出室エッチングの工程で、ドライエッチング法を採用するため、従来のものより薬液に基板が浸される状態が少なくなり、電極間ギャップ内に薬液が入り込む不良を少なくすることができる。
【００５５】
上記の実施形態では、インクジェットヘッドの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】図１の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図３】図２のインクジェットヘッドの上面図。
【図４】電極ガラス基板の一部分を示す上面図。
【図５】電極ガラス基板の等電位接点部分の拡大断面図。
【図６】インクジェットヘッドの製造方法を示す製造工程の断面図。
【図７】図６に続く製造工程を示す断面図。
【図８】シリコン基板に対するエッチングマスクのパターンニング方法の従来法と本発明法との比較説明図。
【符号の説明】
【００５７】
１  ノズルプレート、２  キャビティプレート、３  電極基板、４  駆動制御回路、１０  インクジェットヘッド、１１  ノズル孔、１２  凹部、１３  オリフィス、１４  ダイヤフラム部、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバ、２４  凹部、２５  凹部、２６  絶縁膜、２７  インク保護膜、２８  共通電極、２９  電極取り出し部、３１  個別電極、３２  凹部、３３  等電位接点、３４  凹部、３５  インク供給口、３７  封止材、３８  大気開放穴、３９  接続部、２００  シリコン基板、２０１  ボロンドープ層、２０４  ＴＥＯＳエッチングマスク、３００  ガラス基板、３０１  電極ガラス基板。
【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】
2007045110.tif 000008
【図７】
2007045110.tif 000009
【図８】
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