(57)【要約】【課題】高精度のノズルを加工形成しつつ、生産性の向上を図ることができる流路基板の製造方法等を得る。【解決手段】シリコン基板１００の少なくとも一方の面にレジストを形成し、複数のノズル１１、複数の第１の凹部１２ａ及び第２の凹部１３ａになる部分のレジストをエッチングしてパターニングを行う工程と、異方性ドライエッチングにより、複数のノズル１１及び複数の第１の凹部１２ａを形成する工程と、第２の凹部１３ａになる部分にダミーパターン１１５を形成し、ダミーパターン１１５を酸化する工程と、酸化した前記ダミーパターンをウェットエッチングで除去して前記第２の凹部１３ａを形成する工程とを有する。【選択図】図３
2009023097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルと、各ノズルに連通する複数のキャビティとなる第１の凹部と、前記複数
のキャビティと連通するリザーバとなる第２の凹部とを１つのシリコン基板に形成する流
路基板の製造方法であって、
前記シリコン基板の少なくとも一方の面にレジストを形成し、前記複数のノズル、前記
複数の第１の凹部及び前記第２の凹部になる部分のレジストをエッチングしてパターニン
グを行う工程と、
異方性ドライエッチングにより、前記複数のノズル及び前記複数の第１の凹部を形成す
る工程と、
前記第２の凹部になる部分にダミーパターンを形成し、前記ダミーパターンを酸化する
工程と、
酸化した前記ダミーパターンをウェットエッチングで除去して前記第２の凹部を形成す
る工程と
を有することを特徴とする流路基板の製造方法。
【請求項２】
前記複数のノズルは、液体が吐出する方向に向かって孔径が小さくなる複数段になるよ
うに形成し、
前記第２の凹部になる部分における前記ダミーパターンを、前記複数段のノズルの少な
くとも１段を形成するための異方性ドライエッチングと同じ工程により形成することを特
徴とする請求項１記載の流路基板の製造方法。
【請求項３】
前記異方性ドライエッチングは、ＲＩＥによって行うことを特徴とする請求項１又は２
に記載の流路基板の製造方法。
【請求項４】
前記異方性ドライエッチングは、ＩＣＰ放電によって行うことを特徴とする請求項１又
は２に記載の流路基板の製造方法。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれかに記載の流路基板の製造方法によって製造された流路基板
と、
前記液体を加圧するためのアクチュエータとなる１又は複数の基板とを接合する工程を
さらに有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６】
前記液体を加圧するための複数の振動板と、前記複数の振動板をそれぞれ変位させるた
めの複数の圧電素子とを有する振動板基板を、前記流路基板と接合することを特徴とする
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記液体を加圧するための複数の振動板を有する振動板基板と、
前記複数の振動板とそれぞれ対向し、各振動板との間に静電気力を発生させて前記各振
動板を変位させる複数の固定電極を有する電極基板とを、
前記流路基板と接合することを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法
。
【請求項８】
前記請求項５〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装
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】
本発明は液滴を吐出するための流路が形成される流路基板、その流路基板を用いた液滴
吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro 
Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成され
る微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置
で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フ
ィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。
【０００３】
ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエータである液滴吐出ヘッドについて
説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野
の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッ
ドを対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等の記録
をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際
のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示
パネル（ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利
用されている。
【０００４】
そして、装置に用いる液滴吐出ヘッドを製造する際には、微細加工技術によりノズル、
流路となる凹部等をシリコン基板等に形成した複数の基板を積層して接合して製造する。
複数のノズルをはじめとし、各ノズルまでの液体の流路となる流路部材を備えた、単結晶
シリコン（以下、単にシリコンという）からなる流路基板、流路に加圧するための振動板
及び振動板を振動させるための圧電素子が設けられているベース基板を積層して製造した
液滴吐出ヘッドがある（例えば、特許文献１参照）。液滴吐出ヘッドを製造する際には、
膜形成、パターニング、エッチング等をシリコン基板に繰り返して、ノズル及び流路部材
を形成するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−３２６７２４号公報（第４頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上述のようにノズル、流路部材を１つの基板に形成する場合について考える。
吐出特性に直接大きな影響を及ぼすノズルに関しては、寸法、形状等を高精度に形成でき
る方がよい。そのためには、異方性ドライエッチング（以下、ドライエッチングという）
により、ノズル、流路部材となる孔、凹部等を形成することが望ましい。また、ドライエ
ッチングの場合、シリコン基板の結晶面方位に影響されることなく、垂直方向にエッチン
グを行うことができるため、流路部材の拡がりを抑え、複数のノズルの間隔を小さくする
ことができるため、高密度化の要請にも対応することができる。
【０００６】
一方、液滴吐出ヘッド外から供給される液体を一時的に溜めておくために、流路部材と
してリザーバ（共通液室）を形成する。このリザーバは、各ノズルに共通する部材である
ため、流路基板において占める面積（容積）が大きい。
【０００７】
基本的には、ノズルもリザーバも基板をエッチングして形成するため、レジスト等のパ
ターニング、エッチング等の回数、リザーバ容積の結晶面方位による制約等を考慮すると
、ノズルの形成とリザーバの形成とを同じエッチング工程でできることが望ましい。
【０００８】
ただ、リザーバの形成もドライエッチングで行うとすると、大面積のシリコンをエッチ
ングしなければならなくなる。ドライエッチングの特性として、大面積部分のエッチング
ほどエッチングレートが低くなる。そのため、リザーバの形成は、ノズルの形成に比べる
と時間を要する。また、大面積をエッチングする分、エッチングを行う際に必要となるプ
ロセスガスの消費も多くなる。以上のことから、ノズル、流路部材の形成において、生産
性を向上させることは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するため、高精度のノズルを加工形成しつ
つ、生産性の向上を図ることができる流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及
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】
【００１０】
本発明に係る流路基板の製造方法は、複数のノズルと、各ノズルに連通する複数のキャ
ビティとなる第１の凹部と、複数のキャビティと連通するリザーバとなる第２の凹部とを
１つのシリコン基板に形成する流路基板の製造方法であって、シリコン基板の少なくとも
一方の面にレジストを形成し、複数のノズル、複数の第１の凹部及び第２の凹部になる部
分のレジストをエッチングしてパターニングを行う工程と、異方性ドライエッチングによ
り、複数のノズル及び複数の第１の凹部を形成する工程と、第２の凹部になる部分にダミ
ーパターンを形成し、ダミーパターンを酸化する工程と、酸化したダミーパターンをウェ
ットエッチングで除去して第２の凹部を形成する工程とを有する。
本発明によれば、シリコン基板に対して、第２の凹部であるリザーバ用凹部になる部分
の一部だけをパターニングし、エッチングを行う面積を減らした上で異方性エッチングを
行い、エッチングされずに残った部分であるダミーパターンは、酸化してウェットエッチ
ングにより除去するようにしたので、リザーバについては結晶面方位に左右されずに容積
を増やすことができる。また、エッチング面積（容積）を減らすことができるため、エッ
チングレートを維持する（減少を抑える）ことで、面積（容積）が大きいリザーバの形成
に係る時間を短縮することができる。また、プロセスガスの消費を抑え、環境面の配慮も
行うことができる。そして、酸化したダミーパターンをウェットエッチングで除去するた
め、複数の基板を一括して処理する、いわゆるバッチ処理を行うことができる。以上より
、通常の異方性ドライエッチングを用いた流路基板の製造に比べて、格段に生産性を向上
させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る流路基板の製造方法では、複数のノズルは、液体が吐出する方向に
向かって孔径が小さくなる複数段になるように形成し、第２の凹部になる部分におけるダ
ミーパターンを、複数段のノズルの少なくとも１段を形成するための異方性ドライエッチ
ングと同じ工程により形成する。
本発明によれば、複数段のノズル形成により、吐出する液滴の直進性を高め、吐出特性
を向上させることできる。そして、この複数段のノズル形成において、ある段を形成する
際に、同時に第２の凹部であるリザーバ用凹部になる部分の異方性ドライエッチングを行
うようにしたので、さらなる時間短縮を図ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る流路基板の製造方法は、異方性ドライエッチングは、ＲＩＥによっ
て行う。
本発明によれば、異方性ドライエッチングをＲＩＥによって行うことで、高精度の異方
性エッチングを行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係る流路基板の製造方法は、異方性ドライエッチングは、ＩＣＰ放電に
よって行う。
本発明によれば、異方性ドライエッチングをＩＣＰ放電によって行うことで、シリコン
基板の垂直方向に対する加工精度をさらに高めることができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の流路基板の製造方法によって
製造された流路基板と、液体を加圧するためのアクチュエータとなる１又は複数の基板と
を接合する工程をさらに有する。
本発明によれば、上記のような異方性ドライエッチングにより流路部材を形成した流路
基板にアクチュエータとなる基板を接合して液滴吐出ヘッドの製造を行うようにしたので
、高精度の加工を行うことができ、吐出特性のよい液滴吐出ヘッドを製造することができ
る。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液体を加圧するための複数の振動板
と、複数の振動板をそれぞれ変位させるための複数の圧電素子とを有する振動板基板を、
流路基板と接合する。
本発明によれば、アクチュエータである振動板と圧電素子とを有する振動板基板を流路
基板に接合するようにしたので、圧電素子によって振動板の大きな変位が得られ、高出力
な駆動を実現することができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液体を加圧するための複数の振動板
を有する振動板基板と、複数の振動板とそれぞれ対向し、各振動板との間に静電気力を発
生させて各振動板を変位させる複数の固定電極を有する電極基板とを、流路基板と接合す
る。
本発明によれば、振動板と固定電極とをアクチュエータとして、振動板基板と電極基板
とを流路基板に接合するようにしたので、安価で消費電力が低い液滴吐出ヘッドを製造す
ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適
用して液滴吐出装置を製造する。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造する
ようにしたので、液滴の吐出性能及び信頼性が高い液滴吐出装置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に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図
である。また、図２は、液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。図１及び図２
に基づいて、液滴吐出ヘッドの構成及び動作について説明する。この液滴吐出ヘッドは、
圧電駆動方式のアクチュエータ（駆動手段）の代表として、流路基板の表面側に設けられ
たノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例として表
している。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材を見やすくするために、各構成
部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１９】
図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッドは、流路基板（ノズルプレート）１０
と、振動板基板２０とが積層して接合されることで構成されている。図１及び図２に示す
ように、この液滴吐出ヘッドを構成する流路基板１０には、液体の流路上に設ける流路部
材としてリザーバ１３、オリフィス１４、キャビティ１２及びノズル１１とが加工形成さ
れている。ここで、リザーバ１３について所定の容積を確保するため、流路基板１０は所
定の厚さ（例えば２００μｍ以上）を有しているものとする。
【００２０】
流路基板１０は、例えば厚さ３００μｍ、基板表面の結晶面方位が（１００）のシリコ
ン基板で構成されている。流路基板１０には、複数のノズル１１が所定のピッチで垂直に
貫通形成されている。各ノズル１１は、振動板基板２０との接合面（加工面）から反対側
の面（吐出面）に向かって段階的または徐々に小さくなるように形成されている。実施の
形態１では、段階的に小さくなるように形成されているものとし、径の小さい孔から順に
、第１ノズル１１ａ、第２ノズル１１ｂ、第３ノズル１１ｃの３段構成となっているもの
とする。このように構成することで、ノズル長が長くなることによる流路抵抗の増加を抑
制することができる。また、吐出面に向かってノズル径が小さくなるので、整流作用によ
り液滴吐出方向の直進性を高めることもできる。
【００２１】
また、流路基板１０において、振動板基板２０との接合面には、各ノズル１１に独立し
て連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル１１より液滴を吐出させるキャビティ１２に
なる第１の凹部１２ａと、各キャビティ１２に供給する液体を溜めるリザーバ１３になる
第２の凹部１３ａと、各キャビティ１２とリザーバ１３とを連通する複数のオリフィス１
４とが形成されている。なお、オリフィス１４の幅は、流路抵抗を調整するため、第１の
凹部１２ａの幅よりも小さく形成するとよい。また、流路基板１０の表面には、流路基板
１０が液体に浸食されるのを防ぐために、例えば酸化シリコンからなる液体保護膜１５が
成膜されている。
【００２２】
振動板基板２０は、例えば厚さ３０μｍのステンレスで構成されている。振動板基板２
０において、キャビティ１２と対向する部分が振動板２１となっており、振動板２１のキ
ャビティ１２と対向する面と反対側の面には圧電素子２２が設置されている。圧電素子２
２は、例えばピエゾ素子などからなる圧電体膜（ＰＺＴ）２３の両面に、上電極膜２４及
び下電極膜２５が形成された構成を有している。この実施の形態１では、下電極膜２５を
圧電素子２２の共通電極とし、上電極膜２４を圧電素子２２の個別電極としている場合を
例に示しているが、駆動回路や配線の都合でこれらを逆にしてもよい。また、振動板基板
２０の流路基板１０と接合する面にも、液体保護膜２７が成膜されている。
【００２３】
また、振動板基板２０には、外部のカートリッジ（図示省略）内の液体を流路基板１０
のリザーバ１３に供給するための液体供給孔２６が貫通形成されている。この液体供給孔
２６は、流路基板１０に形成されるリザーバ１３に対応する位置に貫通形成するとよい。
なお、以下の説明において、圧電素子２２と、この圧電素子２２の駆動により変位が生じ
る振動板２１とを合わせて圧電アクチュエータと称する場合がある。また、ここでは、振
動板基板２０がステンレスで構成されている場合を例に説明しているが、振動板基板２０
の構成材料を特に限定するものではない。
【００２４】
ここで、液滴吐出ヘッドの動作について説明する。液滴吐出ヘッドには、外部のカート
リッジ内の液体が液体供給孔２６を通じてリザーバ１３に供給されている。この液体は、
各オリフィス１４を介してそれぞれのキャビティ１２に供給される。そして、ノズル１１
の先端まで液体で満たされていることになる。なお、この液滴吐出ヘッドの動作を制御す
るためのドライバＩＣ等の駆動制御回路（図示せず）が、圧電素子２２の各個別電極とな
る上電極膜２４と共通電極となる下電極膜２５との間に接続されている。したがって、こ
の駆動制御回路により圧電素子２２に駆動信号（パルス電圧）が印加されると、下電極膜
２５、圧電体膜２３及び振動板２１がたわみ変形し、キャビティ１２内の圧力が高まり、
ノズル１１から液滴が吐出される。
【００２５】
次に、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板１０の製造方法について、図３及
び図４を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、
圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値に限定されるもので
はない。また、ここでは、流路基板１０の製造方法について説明するものとする。圧電素
子２２を有する振動板基板２０の製造方法については従来公知の製造方法を用いることが
できるため説明を省略する。
【００２６】
例えば、流路基板１０となる厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板１００
を用意し、このシリコン基板１００の表面に厚さ２．８μｍの酸化シリコンの膜からなる
レジスト１０１を形成する。この酸化シリコン膜は、例えば水蒸気と酸素の混合雰囲気内
で行うウェット熱酸化等の方法により形成する。そして、振動板基板２０と接合する側と
なる流路面のレジスト１０１に、第１ノズル１１ａ、第２ノズル１１ｂ、第３ノズル１１
ｃ、第１の凹部１２ａ（キャビティ１２）、オリフィス１４、第２の凹部１３ａ（リザー
バ１３）となるそれぞれの部分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３
を、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行う（図３（ａ））。
【００２７】
ここで、第１ノズル１１ａになる部分１１１ａのレジスト１０１はすべて除去し、シリ
コン基板１００を露出させるが、他の部分については、レジスト１０１の一部を残すハー
フエッチングを行う。このとき、流路面におけるレジスト１０１の各部分１１１ａ、１１
１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３のレジスト１０１の残り膜厚が、第１ノズル１
１ａになる部分１１１ａ＝０＜第２ノズル１１ｂになる部分１１１ｂ＜第３ノズル１１ｃ
になる部分１１１ｃ＝第２の凹部１３ａになる部分１１３＜第１の凹部１２ａになる部分
１１２＝オリフィス１４になる部分１１４となるようにハーフエッチングによるパターニ
ングを行う。また、パターニングの大きさについては、後に形成する熱酸化膜１０２の厚
さ分を考慮して、最終的に形成する流路部材の大きさよりも小さくパターニングを行う。
特に、第１ノズル１１ａになる部分１１１ａについては、孔径（ここでは直径をいうもの
とする）を高精度に制御する必要があるため注意をする必要がある。
【００２８】
図５は、第２の凹部１３ａになる部分１１３に行うパターニングの例を表す図である。
第２の凹部１３ａになる部分１１３については、図３及び図５に示すように、全面に対し
て、ハーフエッチングによるパターニングを行うのではなく、周縁となる部分、内側の一
部についてパターニングを行って、パターニング部１１３ａを形成するようにする。その
ため、ドライエッチングはパターニング部１１３ａについて行われる。このように、第２
の凹部１３ａになる部分１１３全面ではなく、パターニング部１１３ａについてドライエ
ッチングを行うようにすることで、ドライエッチングが行われる部分の面積（容積）を減
らすことができ、リザーバ１３（第２の凹部１３ａ）の形成のためにエッチングレートを
低下させることなく、ドライエッチングに費やす時間を減らすことできる。また、プロセ
スガス（例えば四フッ化炭素（ＣＦ4 ）、六フッ化硫黄（ＳＦ6 ）等）の消費量を減らす
こともできる。ここで、エッチングされずに残る部分をダミーパターン１１５とする。し
たがって、図５（ａ）では、格子状のダミーパターンが形成され、図５（ｂ）ではリング
状のダミーパターンが形成されることになる。また、ここで、図５におけるＤw は、後述
するように、ダミーパターン１１５に係る長さを表す。
【００２９】
このように、ドライエッチングが行われる部分の面積を減らすことは有用であるが、エ
ッチングする面積が少ない（ダミーパターン１１５として残る部分が多くなる）と、ドラ
イエッチングが行われる部分が密（例えば幅が狭い等）になる可能性が高くなる。ドライ
エッチングされる部分が密になると、プロセスガスの代謝性が悪くなり、エッチングレー
トが低下するマイクロローディング効果が発生する。そのため、エッチングする面積が小
さすぎても、逆に時間を費やすことになる。また、後述するように、ダミーパターン１１
５をウェット熱酸化する時間、ウェットエッチングする時間が増えるため、場合によって
は、それらの時間とのバランスにおいて、製造工程全体として時間短縮を図ることができ
るようにパターニング部１１３ａのパターニングを行うようにした方がよい。さらに、密
にならないようにするため、できるだけ均等に、一定の幅を持たせてパターニング部１１
３ａを形成し、パターニングを行う（ダミーパターン１１５を形成する）ようにする。
【００３０】
次に、深く形成する順にドライエッチングを行っていく。ここでは、高精度での異方性
エッチングが可能なＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）で行うも
のとし、特にＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電を利用したドライエッチング（
以下、ＩＣＰドライエッチングという）で行うものとする。ＩＣＰドライエッチングは、
基板に対して垂直方向にエッチングを行っていく際の加工精度が特に高いため、高密度に
流路部材を形成するのに適している。まず、流路面の第１ノズル１１ａになる部分１１１
ａを、ＩＣＰドライエッチングで約１００μｍ、エッチング加工する（図３（ｂ））。さ
らに、レジスト１０１を適量エッチング除去して、第２ノズル１１ｂになる部分１１１ｂ
のシリコン基板１００を露出させ、ＩＣＰドライエッチングで第２ノズル１１ｂになる部
分１１１ｂを約５０μｍエッチング加工する（図３（ｃ））。
【００３１】
次に、レジスト１０１を適量エッチング除去して、第３ノズル１１ｃになる部分１１１
ｃ及び第２の凹部１３ａになる部分１１３のシリコン基板１００を露出させ、ＩＣＰドラ
イエッチングで第３ノズル１１ｃになる部分１１１ｃ、及び第２の凹部１３ａになる部分
１１３のパターニング部１１３ａを約１７０μｍエッチング加工する（図３（ｄ））。こ
のとき、第２の凹部１３ａになる部分１１３については、シリコン基板１００が露出した
部分だけがエッチングされる。エッチングされなかった部分がダミーパターン１１５とし
て残される。
【００３２】
さらに、レジスト１０１を適量エッチング除去して、第１の凹部１２ａになる部分１１
２及びオリフィス１４になる部分１１４のシリコン基板１００を露出させ、ＩＣＰドライ
エッチングで第１の凹部１２ａになる部分１１２及びオリフィス１４になる部分１１４を
約８０μｍエッチング加工する（図４（ｅ））。ここでは第１の凹部１２ａになる部分１
１２及びオリフィス１４になる部分１１４だけをエッチング加工しているが、第２の凹部
１３ａになる部分１１３をさらにエッチング加工するようにしてもよい。
【００３３】
そして、レジスト１０１を除去した後、シリコン基板１００全面に対して、再度ウェッ
ト熱酸化による熱酸化膜１０２を形成する（図４（ｆ））。この熱酸化膜１０２は、ダミ
ーパターン１１５を除去するために形成するものである。ウェット熱酸化では、シリコン
と酸素とを反応させて酸化シリコンを生成する。このシリコンはシリコン基板１００から
得られるものである。そのため、熱酸化膜１０２はシリコン基板１００のシリコンを消費
しながら成長する。このとき、酸化膜の成長に対して消費されるシリコン基板１００表面
の厚みは、成長した熱酸化膜１０２の厚さの約４５％になることが一般的に知られている
。そこで、ウェット熱酸化により消費されるシリコン基板１００の厚みをΔＤSiとし、熱
酸化膜１０２の厚みをΔＴSiO2とすると、次式（１）に示す関係が成り立つ。
ΔＤSi＝ΔＴSiO2×０．４５                                          …（１）
【００３４】
ここで、ダミーパターン１１５について、その側面全体から熱酸化膜１０２が形成され
ると考えると、ダミーパターン１１５として残ったシリコンをウェット熱酸化により酸化
シリコンとするための熱酸化膜１０２の厚みΔＴSiO2は、前述したダミーパターン１１５
に係る長さＤw により、次式（２）で表されることになる。ここで、ダミーパターン１１
５に係る長さＤw は、図５のように格子状、リング状で形成されているため、格子幅の長
い部分、リング幅となるが、例えばダミーパターン１１５が円で残っている場合において
は、その直径を表す。また、ダミーパターン１１５が長方形の場合は短辺の長さを表し、
正方形の場合は一辺の長さを表すものとする。
Ｄw ＝ΔＤSi×２＝ΔＴSiO2×０．４５×２
ΔＴSiO2＝Ｄw ／０．９                                              …（２）
【００３５】
以上より、次式（３）が成立することになる。
ΔＴSiO2≧Ｄw ／０．９                                              …（３）
【００３６】
ここで、熱酸化膜１０２はシリコン基板１００全面に形成される。したがって、第１ノ
ズル１１ａの孔径を拡張することになる。そのため、第１ノズル１１ａの孔径を考慮して
、ウェット熱酸化により形成する熱酸化膜１０２の厚みΔＴSiO2を決定する。このとき、
熱酸化膜１０２形成前の第１ノズル１１ａの孔径と、形成後の孔径との差をΔＮD とする
と、ダミーパターン１１５に係る長さＤw は、ΔＮD との関係において、次式（４）に示
すように決定することが望ましい。
ΔＮD ／０．９＝ΔＴSiO2≧Ｄw ／０．９
ΔＮD≧Ｄw                                                          …（４）
【００３７】
図６は、ウェット熱酸化の条件を、酸化温度、酸化時間、酸化膜厚みの関係で示した図
である。例えば、シリコン基板１００を、温度１０００℃の雰囲気内でウェット熱酸化を
行った場合において、ΔＮD を１μｍとすると、（４）式より成膜すべき熱酸化膜１０２
の厚みΔＴSiO2は１．１μｍとなる。また、必要な酸化時間は図６より３４０分とすれば
よいことが分かる。このとき、ダミーパターン１１５に係る長さＤw は１μｍ以下で構成
する。
【００３８】
ウェット熱酸化による熱酸化膜１０２の形成により、ダミーパターン１１５のシリコン
が酸化され、酸化シリコンとなる。その後、熱酸化膜１０２を除去する（図４（ｇ））。
これにより、ダミーパターン１１５が除去され、リザーバ１３が形成される。ここで、ダ
ミーパターン１１５の酸化の程度によっては、リザーバ１３を構成する第２の凹部１３ａ
の底面部分に多少の凹凸ができる可能性がある。通常、このような凹凸に対する処理は必
要ないと考えられるが、例えば凹凸が大きいと、液体の流れが悪くなる、リザーバ１３に
入り込んだ気泡が抜けない等の悪影響が生じる可能性があるため、場合によっては底面を
平滑にするための処理を行うようにしてもよい。以上のようにして、熱酸化膜１０２を除
去した後に、再度、厚さ０．１μｍの液体保護膜１５を成膜する（図４（ｈ））。
【００３９】
このように作製した流路基板１０に、圧電素子２２及び液体供給孔２６が形成された振
動板基板２０をエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接着（接合）し、液滴吐出ヘッドを製造
する。
【００４０】
以上のように、実施の形態１によれば、ノズル１１、キャビティ１２及びリザーバ１３
が１枚の流路基板１０に形成されており、流路基板１０と振動板基板２０との２つの基板
が積層して接合される構成としたので、基板の数が減り、流路部材を集約することにより
、部材費と組立コストを低減することができる。また、キャビティ１２と振動板２１とを
別々の基板で形成したので、キャビティ１２の底面を振動板２１とした構造と比較して、
キャビティ１２の深さと振動板２１の厚みとに制約されることなく、流路基板１０の厚み
を自由に選択することができる。このため、十分な厚さの基板を流路基板１０として選択
することで、吐出に最適なキャビティ１２の深さを確保しながら、クロストークを防止す
るために十分なリザーバ容積を確保することができる。また、圧電素子２２により振動板
２１を変位させるようにしたので、容易に振動板２１の変位を大きくすることができ、高
出力な駆動を図ることができる。
【００４１】
さらに、実施の形態１においては、上記の液滴吐出ヘッドを製造するに際して流路基板
１０の流路部材の形成をドライエッチングにより行うようにしたので、各部材を高精度に
形成することができる。また、流路部材については、基板表面に対して垂直方向に形成す
ることができるため、結晶面方位に左右されず、斜角を持たないため、部材配置に無駄が
なくなり、ノズル１１、キャビティ１２等においては高密度化を図ることができる。また
、リザーバ１３については容積を増やすことができる。
【００４２】
そして、リザーバ１３となる部分１１３全体をドライエッチングで形成するのではなく
、一部をダミーパターン１１５として残し、ウェット熱酸化によりダミーパターン１１５
を酸化して、ウェットエッチングを行って除去するようにしたので、ドライエッチングを
行う面積（容積）を減らすことができ、エッチングレートを維持する（減少を抑える）こ
とで、面積（容積）が大きいリザーバ１３の形成に係る時間を短縮することができる。ま
た、ドライエッチングを行う面積（容積）を減らすことで、プロセスガスの消費を抑え、
環境面の配慮も行うことができる。また、ウェットエッチングを用いて酸化したダミーパ
ターン１１５を除去することができるため、複数の基板を一括して処理する、いわゆるバ
ッチ処理を行うことができる。以上より、ドライエッチングを用いた液滴吐出ヘッド（流
路基板）の生産性を向上させることができる。
【００４３】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図
である。また、図８は、液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。図７及び図８
に基づいて、液滴吐出ヘッドの構成及び動作について説明する。この液滴吐出ヘッドは、
静電駆動方式のアクチュエータ（駆動手段）の代表として、流路基板の表面側に設けられ
たノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例として表
している。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明す
るものとし、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする
。
【００４４】
図７及び図８に示すように、実施の形態２における液滴吐出ヘッドは、流路基板（ノズ
ルプレート）１０、振動板基板（キャビティプレート）２０ａ、電極基板３０を順に積層
し、接合して構成している。
【００４５】
本実施の形態における振動板基板２０ａは、例えばシリコンを材料として形成された基
板である。そして、振動板基板２０ａの電極基板３０側の面には、例えばＴＥＯＳ（Tetr
aethylorthosilicate Tetraethoxysilane ：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）を原料
としたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気
相成長法）による酸化シリコンから絶縁膜２８が、例えば０．１μｍの厚さで形成されて
いる。この絶縁膜２８は、液滴吐出ヘッドの駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するた
めに設けたものである。
【００４６】
振動板基板２０ａの流路基板１０が接合された面と反対の面には電極基板３０が接合さ
れている。電極基板３０の材料については特に限定するものではないが、本実施の形態に
おいては、電極基板３０は、例えば厚さ約１ｍｍのガラスで構成されているものとする。
電極基板３０には、振動板基板２０ａの各振動板２１及び流路基板１０の各キャビティ１
２に対向する位置に、それぞれ電極用凹部（第３の凹部）３１が形成されている。各電極
用凹部３１は、例えばエッチングにより約０．３μｍの深さで形成するとよい。そして、
各電極用凹部３１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３２が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタ等により形成されている
。また、電極基板３０には、振動板基板２０ａに形成される液体供給孔２６と連通する液
体供給孔３４が形成される。この液体供給孔３４は、振動板基板２０ａの液体供給孔２６
を通じてリザーバ１３に連通している。
【００４７】
ここで、個別電極３２をＩＴＯで構成した場合、可視光領域において透明であるので、
製造後の振動板２１の当接具合の確認が行いやすい。ただ、これに限定するものではなく
、例えばＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ：酸化インジウム・酸化亜鉛）あるいは金（Ａｕ）
、銅（Ｃｕ）等の金属を用いて構成してもよい。
【００４８】
また、ここでは、振動板２１と、振動板２１に一定距離（ギャップＧ）を隔てて対向配
置された個別電極３２とで静電アクチュエータが構成されており、振動板２１と個別電極
３２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２１を変位させ
るようにしている。振動板２１と個別電極３２との間に形成されるギャップＧ（空隙）は
、この電極用凹部３１の深さ、個別電極３２及び振動板２１を覆う絶縁膜２８の厚さによ
り決定することになる。このギャップＧは、液滴吐出ヘッドの吐出特性に大きく影響する
ため、厳格な精度管理が要求される。この実施の形態２では、ギャップＧが０．２μｍと
なっている場合を例に説明する。このギャップＧの開放端部は、エポキシ接着剤等からな
る封止材３３により気密に封止されている。これにより、異物や湿気等がギャップＧに侵
入するのを防止することができ、液滴吐出ヘッドの信頼性を高く保持することができる。
【００４９】
次に、本実施の形態における液滴吐出ヘッドの動作について説明する。液滴吐出ヘッド
には、外部のカートリッジ（図示せず）からの液体が、液体供給孔３４及び液体供給孔２
６を通じてリザーバ１３内に供給される。この液体は、各オリフィス１４を介してそれぞ
れのキャビティ１２、ノズル１１に供給される。そして、ノズル１１の先端まで液体で満
たされていることになる。なお、この液滴吐出ヘッドの動作を制御するためのドライバＩ
Ｃ等からなる駆動制御回路（図示せず）が、各個別電極３２と振動板基板２０ａに設けら
れた図示省略の共通電極との間に接続されている。
【００５０】
したがって、この駆動制御回路により選択された個別電極３２に駆動信号（パルス電圧
）が印加され、その個別電極３２をプラス（正）に帯電させる。一方、このとき、共通電
極を介して振動板２１には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された個別電極３
２に対応する位置における振動板２１を相対的にマイナス（負）に帯電させる。そのため
、選択された個別電極３２と振動板２１との間には静電気力（クーロン力）が発生するこ
とになる。そうすると、振動板２１は、静電気力によって個別電極３２側に引き寄せられ
て撓むことになる。これによって、キャビティ１２の容積が増大する。
【００５１】
その後、個別電極３２へのパルス電圧をオフにすると、振動板２１と個別電極３２との
間の静電気力がなくなり、振動板２１はその弾性力により元の状態に復元する。このとき
、キャビティ１２の容積が急激に減少するため、キャビティ１２内部の圧力が急激に上昇
する。これにより、キャビティ１２内の液体の一部が液滴となってノズル１１から吐出さ
れることになる。この液滴が、例えば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるよ
うになっている。その後、液滴がリザーバ１３からオリフィス１４を通じてキャビティ１
２内に補給され、初期状態に戻る。
【００５２】
この実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドによれば、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド
とほぼ同様の作用効果を得ることが可能になる。また、駆動手段としてのアクチュエータ
を静電アクチュエータとしたため、実施の形態１の圧電アクチュエータを用いた場合に比
べて、微細化が容易で、構造を単純なものとすることができる。したがって、高密度で多
数のノズル１１を形成した液滴吐出ヘッドを比較的安価に作製することができる。
【００５３】
実施の形態３．
上述の実施の形態においては、ドライエッチングとしてＩＣＰドライエッチングを用い
たが、本発明ではこれに限定するものではない。他のＲＩＥによるドライエッチングを行
うようにしてもよい。ＲＩＥドライエッチングは、精度が要求される場合に効果を発揮す
る。そのため、高精度のエッチング加工を要求される第１ノズル１１ａを形成するときに
特に利用するようにしてもよい。
【００５４】
実施の形態４．
図９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の外観図であ
る。また、図１０は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図９及び図１
０の液滴吐出装置２００は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする
。また、いわゆるシリアル型の装置である。図１０において、被印刷物であるプリント紙
２１０が支持されるドラム２０１と、プリント紙２１０にインクを吐出し、記録を行う、
上述の実施の形態において説明した液滴吐出ヘッド２０２とで主に構成される。また、図
示していないが、液滴吐出ヘッド２０２にインクを供給するためのインクカートリッジ等
のインク供給手段がある。プリント紙２１０は、ドラム２０１の軸方向に平行に設けられ
た紙圧着ローラ２０３により、ドラム２０１に圧着して保持される。そして、送りネジ２
０４がドラム２０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド２０２が保持されている
。送りネジ２０４が回転することによって液滴吐出ヘッド２０２がドラム２０１の軸方向
に移動するようになっている。
【００５５】
一方、ドラム２０１は、ベルト２０５等を介してモータ２０６により回転駆動される。
また、駆動制御回路等のプリント制御手段２０７は、印画データ及び制御信号に基づいて
送りネジ２０４、モータ２０６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、駆動制御
回路を構成する発振回路により振動板を振動させ、制御をしながらプリント紙２１０に印
刷を行わせる。
【００５６】
ここでは液体をインクとしてプリント紙２１０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、ＯＬＥＤ等の表示基板
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（Deoxyr
ibo 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
。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明による流路基板及びその製造方法は、液滴吐出ヘッドに関するものだけに適用さ
れるものではなく、他のＭＥＭＳにより形成される微細加工素子、その製造についても適
用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る流路基板の製造工程を示す縦断面図（その１）である。
【図４】実施の形態１に係る流路基板の製造工程を示す縦断面図（その２）である。
【図５】第２の凹部１３ａになる部分１１３のパターニング例を表す図である。
【図６】ウェット熱酸化の条件を、温度、時間、厚みの関係で示した図である。
【図７】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明による液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図１０】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  流路基板、１１  ノズル、１１ａ  第１ノズル、１１ｂ  第２ノズル、１１ｃ  
第３ノズル、１２  キャビティ、１２ａ  第１の凹部、１３  リザーバ、１３ａ  第２の
凹部、１４  オリフィス、１５  液体保護膜、２０  振動板基板、２１  振動板、２２  
圧電素子、２４  上電極膜、２５  下電極膜、２６  液体供給孔、２７  液体保護膜、２
８  絶縁膜、３０  電極基板、３１  電極用凹部、３２  個別電極、３３  封止材、３４
液体供給孔、１００  シリコン基板、１０１  レジスト、１０２  熱酸化膜、１１１ａ
第１ノズル１１ａになる部分、１１１ｂ  第２ノズル１１ｂになる部分、１１１ｃ  第
３ノズル１１ｃになる部分、１１２  第１の凹部１２ａになる部分、１１３  第２の凹部
１３ａになる部分、１１３ａ  パターニング部、１１４  オリフィス１４になる部分、１
１５  ダミーパターン、２００  プリンタ、２０１  ドラム、２０２  液滴吐出ヘッド、
２０３  紙圧着ローラ、２０４  送りネジ、２０５  ベルト、２０６  モータ、２０７  
プリント制御手段、２１０  プリント紙。
【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】
2009023097.tif 000007
【図６】
2009023097.tif 000008
【図７】
2009023097.tif 000009
【図８】
2009023097.tif 000010
【図９】
2009023097.tif 000011
【図１０】
2009023097.tif 000012