JP2003094667A

JP2003094667A - 液滴吐出ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2003094667A
Application number: JP2001287987A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Yamanaka; 邦裕山中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】低温で信頼性の高い接合ができない。【解決手段】第２基板３２の接合面に燐及び／又はホ
ウ素を含むシリコン酸化膜２５を形成し、第１基板３１
と第２基板３２とを不活性ガス雰囲気で重ね合わせた
後、熱処理を施して接合する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッドの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写
装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置を含
む。）に用いられるインクジェット記録装置における液
滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとして、イン
ク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室（イ
ンク流路、インク室、液室、圧力室、加圧室、加圧液室
などとも称される。）と、吐出室の壁面を形成する第一
電極を兼ねる振動板と、これに対向する電極（第二電
極）とを備え、振動板を静電力で変形変位させてノズル
からインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッド
が知られている。

【０００３】このような静電型インクジェットヘッドに
おいては、振動板の機械的変位特性は滴吐出特性に大き
く影響し、振動板の薄膜化、高精度化が必要になるとと
もに、振動板と電極との間の微小ギャップを高精度に確
保しなければならない。

【０００４】そこで、従来の静電型インクジェットヘッ
ドにあっては、特開平６−２３９８６号公報などに記載
されているように、振動板を形成するシリコン基板にボ
ロンを拡散した高濃度ボロン拡散層を形成し、このシリ
コン基板を異方性エッチングすることにより、高濃度ボ
ロン拡散層でエッチングストップすることから、高濃度
ボロン拡散層による振動板を形成するようにしている。

【０００５】そして、振動板と電極との間の距離、即ち
ギャップ寸法を高精度に保つために、上記特開平６−２
３９８６号公報や特開平９−２６７４７９号公報に記載
されているように、振動板を設けたシリコン基板と電極
を設けたシリコン基板とを１１００℃で直接接合するよ
うにしている。この直接接合法は、ＳＯＩ（Silicon-On
-Insulator）ウエハの製造などに用いられ、信頼性の高
い強固な接合力が得られる接合法として一般に知られて
いるものであり、１１００〜１２００℃の高温で行うこ
とでシリコン酸化膜の溶融の効果によって高い接合信頼
性を得る接合法である。

【０００６】また、より低温で接合する方法としては、
例えば特開平９−２８６１０１号公報に開示されている
ように、ノズルを形成したシリコンウエハの貼り合わせ
面に、シリコン酸化とＮa₂Ｏ及び水からなる珪酸ナトリ
ウム水溶液を希釈したものをスピンコートを用いてコー
トすることで珪酸ナトリウム層を形成し、形成後直ちに
シリコンウエハと振動板を形成したシリコンウエハを貼
り合わせ、貼り合わせ面の反対側より荷重をかけ、８０
℃以上２００℃以下の大気中で加熱を行うことにより、
接合ウエハを得る方法が知られている。

【０００７】さらに、特開平１０−２８６９５４号公報
に開示されているように、第一シリコン基板と第二シリ
コン基板を洗浄・乾燥後、第一シリコン基板の貼り合わ
せ面側に、スピンコートでポリシラザン層を形成し、形
成後、直ちに第一シリコン基板と第二シリコン基板を貼
り合わせ、貼り合わせ面の反対側より荷重をかけ、４５
０℃の大気中で１時間加熱を行い接合ウエハを得る方法
が知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように従来の静電型インクジェットヘッドにあって
は、１１００〜１２００℃という高温で直接接合を行わ
なければならないため、その温度管理を含めて接合装置
が大型、複雑になって、ヘッドの製造コストが高くな
る。また、電極やその保護膜を設けた電極基板に振動板
を設ける基板となるシリコン基板を直接接合した後、エ
ッチングにより振動板を形成するような場合には、電極
基板側の構成要素にも高温接合に耐えるだけの耐熱性が
要求されることになり、電極基板側の構成要素の材料が
制限される。

【０００９】また、上述したように振動板などに高濃度
ボロン層を用いた場合などは、直接接合時の加熱によっ
てボロンの再分布が生じ、振動板の厚さにばらつきが生
じて、滴滴吐出特性がばらついたり、或いはボロン濃度
の低下によってエッチングストップ不能になって振動板
を形成できないことがある。

【００１０】一方、上記第１基板と第２基板の接合に水
ガラス（珪酸ナトリウム溶液）を用いたものにあって
は、この材料は低温で良好な接合性を示すが、水分の含
有量が多いため膜中からの出ガス（水蒸気など）の影響
が避けられない。また、上記第１基板と第２基板の接合
にポリシラザンを利用したものにあっては、信頼性に優
れるが、やはり出ガスの問題を内在している。

【００１１】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、低温で信頼性の高い接合を可能にて、高精度、
高信頼性及び高密度の液滴吐出ヘッドの製造方法を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板が
いずれもシリコン基板からなり、少なくともいずれかの
基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化
膜を形成し、第１基板と第２基板とを不活性ガス雰囲気
で重ね合わせた後、熱処理を施して第１基板と第２基板
とを接合する。

【００１３】請求項２に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板が
いずれもシリコン基板からなり、少なくともいずれかの
基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化
膜を形成し、第１基板と第２基板とを摂氏１２０℃以上
で重ね合わせた後、熱処理を施して第１基板と第２基板
とを接合する。

【００１４】請求項３の液滴吐出ヘッドの製造方法は、
振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板がいず
れもシリコン基板からなり、少なくともいずれかの基板
の接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化膜を
形成し、第１基板と第２基板とを不活性ガス雰囲気で且
つ摂氏１２０℃以上で重ね合わせた後、熱処理を施して
第１基板と第２基板とを接合する。

【００１５】これらの請求項１乃至３のいずれかに係る
液滴吐出ヘッドの製造方法において、熱処理は不活性ガ
ス雰囲気で行うことが好ましい。

【００１６】請求項５に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板が
いずれもシリコン基板からなり、少なくともいずれかの
基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化
膜を形成し、第１基板と第２基板とを酸素雰囲気で重ね
合わせた後、熱処理を施して第１基板と第２基板とを接
合する。

【００１７】請求項６に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板が
いずれもシリコン基板からなり、少なくともいずれかの
基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化
膜を形成し、第１基板と第２基板とを酸素雰囲気で且つ
摂氏１２０℃以上で重ね合わせた後、熱処理を施して第
１基板と第２基板とを接合する。

【００１８】これらの請求項５又は６に係る液滴吐出ヘ
ッドの製造方法において、熱処理は酸素雰囲気で行うこ
とが好ましい。

【００１９】請求項８に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板が
いずれもシリコン基板からなり、少なくともいずれかの
基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化
膜を形成し、このシリコン酸化膜表面を疎水処理した
後、第１基板と第２基板とを重ね合わせ、更に熱処理を
施して第１基板と第２基板とを接合する。

【００２０】これらの請求項１乃至８のいずれかに係る
液滴吐出ヘッドの製造方法においては、熱処理は９００
℃以下の温度で行うことが好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。先ず、本発明を適用したイン
クジェットヘッドの第１実施形態について図１乃至図４
を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視
説明図、図２は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明
図、図３は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図
４は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図で
ある。

【００２２】このインクジェットヘッドは、第１基板で
ある流路基板１と、流路基板１の下側に設けた第２基板
である電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第３基
板であるノズル板３とを積層した積層構造体からなり、
これらにより、複数のノズル４が連通するインク流路で
ある吐出室６、吐出室６に流体抵抗部７を介して連通す
る共通液室８などを形成している。

【００２３】流路基板１は、（１１０）面方位の単結晶
シリコン基板からなり、吐出室６及びこの吐出室６の底
部となる壁面を形成する振動板１０を形成する凹部（凹
部間が吐出室６の隔壁となる）、共通液室８を形成する
凹部などを形成している。この流路基板１の電極基板２
側の表面には駆動時に振動板１０と後述する電極１５と
の絶縁破壊やショートが起こるのを防止するため、熱酸
化により０．１μｍのＳｉＯ₂などの保護絶縁膜１１を
成膜している。

【００２４】この流路基板１は、例えば、単結晶シリコ
ン基板に振動板厚みの高濃度ｐ型不純物拡散層としての
高濃度ボロン拡散層（ボロンドープ層）を形成し、アル
カリ異方性エッチングにより、吐出室６、共通液室８な
どを形成する際に、ボロンドープ層が露出した時点でエ
ッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチス
トップ技術を用いて、振動板１０を所望の板厚に作製し
たものである。なお、高濃度ｐ型不純物層を形成する不
純物としては、ボロン、ガリウム、アルミニウム等があ
るが、半導体分野においてはｐ型不純物層を形成する不
純物としてボロンが一般的であり、ここでもボロンを不
純物とした。

【００２５】電極基板２は、厚み６２５μｍのシリコン
基板からなり、その上面には、熱酸化膜２ａが厚さ０．
６μｍ形成されており、その熱酸化膜１２上に振動板１
０に対向する個別電極１５、個別電極１５上にはシリコ
ン酸化膜からなる絶縁膜１７が形成され、この絶縁膜１
７にギャップ１６を構成することになる彫り込み部１４
を設けている。電極１５と振動板１０によって、振動板
１０を変位させて吐出室６の内容積を変化させる静電型
アクチュエータ部（圧力発生手段）を構成している。

【００２６】そして、絶縁膜１７上には燐又はホウ素あ
るいは燐及びホウ素の両方を含む低融点のシリコン酸化
膜２５が形成されている。なお、シリコン酸化膜２５と
しては、ホウ素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜：Boro
-Silicate Glass）、ホウ素を含まず、燐素を含むシリ
コン酸化膜（ＰＳＧ膜：Phospho-Silicate Glass）、或
いは、燐及びホウ素を含むシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ
膜：BoroPhospho-Silicate Glass）を用いることができ
る。ここで、シリコン酸化膜２５はノンドープのシリコ
ン酸化膜に比べ低温で軟化点を示すため低温での接合が
可能となる。なお、本明細書においては、「１０００℃
を越えない温度による接合」を「低温での接合」として
いる。

【００２７】シリコン酸化膜２５は、成膜後、軟化点以
上の温度の熱処理によりリフローされ、ＡＦＭを用いた
表面性の評価では、表面粗さ：Ｒａ値０．３ｎｍ以下と
なり、非常に良好な接合が可能な表面性が得られる。な
お、ここではシリコン酸化膜２５は電極基板２に形成し
ているが、流路基板１(例えばシリコン酸化膜１１上）
に形成することもできる。

【００２８】そこで、上述したように流路基板１と電極
基板２とをシリコン酸化膜である絶縁膜１１と燐及び／
又はホウ素を含むシリコン酸化膜２５とを介した直接接
合のプロセスで接合している。なお、流路基板１と電極
基板２とを接合した後のギャップ１６の長さ（振動板１
０と電極１５との間隔）は、０．２５μｍとなってい
る。

【００２９】ノズル板３は、例えばガラス又はプラスチ
ック、ステンレス、コバール（Ｆe29-Ｎi-17Ｃo）等の
金属、シリコン等の薄板からなり、吐出室６に対応する
位置に吐出室６の個数分のノズル４が形成されている。
また、流路基板１の吐出室６と共通液室８を連通するよ
うに流体抵抗部７を形成している。

【００３０】そして、流路基板１には共通電極１２を設
けている。この共通電極１２は、Ａｌ等の金属をスパッ
タしてシンタリング（熱拡散）することにより付設して
おり、流路基板１との導通を確保して、半導体基板より
なる流路基板１とオーミックコンタクトを取っている。
そして、共通電極１２と各個別の電極１５に通じる電極
パッド部１５ａに、例えばリード線をボンディングして
ドライバ２１を接続する。

【００３１】さらに、電極基板２には流路基板１の共通
液室８にインクを供給するインク取り入れ口１８となる
貫通口を形成している。インク取り入れ口１８にはイン
ク供給管を接着して接続することにより、共通液室８、
吐出室６等には、インクタンク（図示省略）からインク
取り入れ口１８を通して供給されたインクを充填する。
なお、使用するインクとしては、水、アルコール、トル
エン等の主溶媒にエチレングリコールなどの界面活性剤
と、染料又は顔料とを溶解又は分散させることにより調
製したものを用いているが、インクジェットヘッドにヒ
ーターなどを付設すれば、ホットメルトインクも使用で
きる。

【００３２】このように構成したインクジェットヘッド
においては、個別の電極１５に対して、ドライバ２１に
より、例えば、正の電圧パルスを印加することで、電極
１５の表面が正の電位に帯電し、この電極１５に対向す
る振動板１０の下面は負の電位に帯電するので、振動板
１０は静電気力によって吸引されて個別の電極１５との
間隔が狭まる方向へ撓む。このとき、振動板１０が撓む
ことにより、インクがリザーバ（共通液室）８からオリ
フィス（流体抵抗部）７を経由して吐出室６に供給され
る。

【００３３】そこで、個別の電極１５へ印加している電
圧パルスをオフにし、蓄えられている電荷を放電するこ
とによって、上述のように撓んだ振動板１０は元の位置
に復元し、この復元動作によって、吐出室６の内圧が急
激に上昇して、ノズル４からインク滴が記録紙（図示省
略）に向けて吐出される。

【００３４】そこで、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製
造方法の第１実施形態について図５及び図６を参照して
説明する。まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５
μｍ、（１００）面方位のシリコン基板（第２基板）３
２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、
全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ
堆積し、リンや砒素、あるいはボロンやＢＦ２をイオン
注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングス
テンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆
積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステン
シリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１
５を形成する。

【００３５】なお、タングステンシリサイド膜のスパッ
タ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ
（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）す
ることで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるた
め、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記の
デポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。

【００３６】そして、周知のフォトリソグラフィー技術
及びドライエッチング技術により、タングステンシリサ
イド膜３４及びポリシリコン膜３３をパターニングして
分離し、タングステンシリサイド膜３４及びポリシリコ
ン膜３３からなる個別電極１５を形成する。なお、電極
１５はポリシリコンとタングステンシリサイドの積層体
を用いたが、単層膜でも良いし、ＴｉＮなどの高融点金
属、その他の高融点金属シリサイドなどを用いても良
い。

【００３７】続いて、ＣＶＤ法により保護絶縁膜として
シリコン酸化膜１７を堆積することにより個別電極１５
の分離間をシリコン酸化膜１７で埋め込み、個別電極１
５表面に５５０ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１７が形成
される。シリコン酸化膜１７の表面には個別電極１５の
分離間の埋め込み形状の影響で凹部ができる。

【００３８】次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン酸化膜１７表面からＣＭＰ(chemical-mechanical-pol
ishing)で研磨加工する。このＣＭＰは半導体プロセス
における基板の平坦化に使用される技術である。ＣＭＰ
で１５０ｎｍポリンシングした後は、酸化膜１７ａ表面
の凹部は消滅し、シリコン基板３２は平坦化され、個別
電極１５上のシリコン酸化膜１７の膜厚は４００ｎｍと
なる。また、研磨加工前のシリコン酸化膜１７の表面は
ＡＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さ：Ｒａ値が１
〜２ｎｍ程度であったのが、この研磨加工により表面粗
さ：Ｒａ値が０．３ｎｍ以下となり、非常に良好な接合
性を得るのに有利な表面性が得られる。

【００３９】その後、同図（ｃ）に示すように、ギャッ
プ１６を形成するための彫り込み部１４をシリコン酸化
膜１７をエッチング加工して形成する。この彫り込み部
１４の形成は、グラデーションパターンを有するマスク
を用いたフォトリソグラフィー技術によりレジスト形状
に傾斜をつけ、Ａｒガスなどを用いてレジスト形状を転
写するようにエッチングを行うことにより形状が非平行
状態であるように形成した。彫り込み部１４の最も底の
部分の深さは０．２５μｍであり、その上にはシリコン
酸化膜１７が０．１５μｍあることとなる。

【００４０】次に、ＢPＳＧ膜からなるシリコン酸化膜
２５をＣＶＤ法で５０ｎｍ堆積する。なお、ここでシリ
コン酸化膜２５は、燐を含まないＢＳＧ膜などとなって
も構わない。重要な点は、シリコン酸化膜中に、燐ある
いはボロンを、または燐とボロンの両方を含有させるこ
とによって、融点を下げることにある。

【００４１】さらに、シリコン酸化膜２５を融点以上の
温度(ここでは９５０℃，窒素ガス雰囲気）でリフロー
させた。リフロー後のシリコン酸化膜１２５表面は、Ａ
ＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さ：Ｒａ値０．３
ｎｍ以下を示し、非常に良好な接合が可能な表面性が得
られる。ここでＢＰＳＧ膜などの膜は、ボロンやリンの
濃度を高くした場合、より低温でリフローしやすくな
り、後での低温での接合を実現できるようになるが、他
方で、接合時の熱処理により膜表面に析出物が発生しや
すくなるので、ボロンやリンの濃度は適切に設定するこ
とが好ましい。

【００４２】一方、振動板を形成する第１基板（流路基
板）を製造するため、図６（ａ）に示すように、（１１
０）を面方位とする厚さ５２０μｍのシリコン基板（第
１基板）３１にボロンを拡散してボロン拡散層３１ａを
形成した。このボロンの拡散には塗布拡散法を用いた。
Ｓｉ基板４１上にＢ₂Ｏ₃を有機溶媒に分散させスピンコ
ートし熱処理（１１２５℃−４０分）することによりボ
ロンを拡散し、高濃度ボロン拡散層４１ａを形成する。
なお、拡散方法は、本実施例の他にＢＢｒ₃を用いた気
相拡散法、イオン注入法、固体拡散法などを用いても良
い。

【００４３】その後、Ｓｉ基板表面のＢ₂Ｏ₃層をフッ酸
により除去する。Ｂ₂Ｏ₃層の下にシリコンとボロンの化
合物層が形成されており、これを除去する場合は、酸化
することによってフッ酸で除去できるようになる。しか
し、このように酸化してフッ酸で化合物層を除去しても
ボロンの拡散されたシリコン表面には荒れが生じている
ので、後に行う直接接合で接合できない。そこで、ＣＭ
Ｐ研磨により直接接合可能な表面性（ＡＦＭを用いた５
μｍ□領域の測定にてＲａ=０．１５ｎｍ以下）を得
た。

【００４４】このように良好な表面性がもたらされた第
1基板３１の高濃度ボロン拡散層３１ａを熱酸化するこ
とにより、良好な表面性（Ｒａ＝０．２０ｎｍ以下）を
有する酸化膜１１を形成した。ここで、酸化膜１１は振
動板１０の保護絶縁膜として機能することにる。なお、
振動板１０の保護絶縁膜であるところの酸化膜１１は、
電極側にも保護絶縁膜が形成されている場合は、膜厚が
薄くなっても良い。例えば、電極の保護絶縁としてシリ
コン酸化膜が１００ｎｍ以上の厚さで形成されている場
合、酸化膜１１は３０〜５０ｎｍ程の厚さがあれば良
い。

【００４５】そして、同図（ｂ）に示すように、第２基
板３２上に第１基板３１を直接接合法により接合する。

【００４６】具体的には、各基板３２、３１をＲＣＡ洗
浄で知られる基板洗浄法を用いて洗浄及び乾燥した後、
両基板３２、３１を窒素ガス雰囲気で重ね合わせたまま
減圧下において押さえつけることでプリボンドを完了し
た。

【００４７】ここで重要な点は、窒素ガスに代表される
不活性ガス雰囲気でプリボンドを行うことであり、不活
性ガスとしてＨｅやＡｒなどを用いても良い。大気中で
ウエハを重ね合わせると、ギャップ１６内に閉じ込めら
れた大気中の水分がＢPＳＧ膜からなるシリコン酸化膜
２５表面に付着したり膜中に侵入することにより、後の
熱処理時にボロンやリンと反応して析出物を発生させて
しまうことがある。また、ギャップ１６内に析出物が発
生してしまうと、振動板１０の機械的変位特性、インク
摘吐出特性に悪影響を与える。本発明のように不活性ガ
ス雰囲気で重ね合わせてプリボンドすることにより析出
物の発生を抑制することができる。

【００４８】さらにこの後、貼り合わせたウェハを窒素
ガス雰囲気下で、熱処理（９００℃、２時間）し、ギャ
ップ内に析出物が発生することを抑制しつつ強固な接合
を得た。ここでも不活性ガス雰囲気で熱処理すること及
び９００℃という低温熱処理を行なうことで、析出物発
生防止に対する信頼度をさらに向上することができる。
重要なのは、上述したようにシリコン酸化膜２５の融点
を下げており、比較的低温（ここでは９００℃）で、か
つ析出物の発生が抑制された接合信頼性が高い接合が可
能となっていることである。

【００４９】次に、同図（ｃ）に示すように、厚さ５２
０μｍの基板３１を厚さ１００μｍまで研磨によって薄
くし、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技
術によりパターニングされたシリコン窒化膜などをマス
クとし、１０〜３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液によ
って温度８０〜９０℃にて基板３１に異方性エッチング
を行う。

【００５０】このエッチングはボロン濃度が１Ｅ２０／
ｃｍ³である深さに達した時エッチングがストップ（エ
ッチレートが極端に下がり）し、高濃度ボロンドープシ
リコン層３１ａからなる振動板１０及び吐出室６が形成
される。このように、高濃度ボロン層を用いたエッチス
トップ技術を用い、ボロンの再拡散が起こらないような
温度で接合を行うことで、高精度に厚さが制御された振
動板を形成することができる。

【００５１】そして、最後に、同図（ｄ）に示すよう
に、ノズル４や流体抵抗部７などを形成したノズルプレ
ート３を接着剤などで第１基板１に接合することにより
インクジェットヘッドが完成する。

【００５２】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造
方法の第２実施形態について説明する。なお、図として
は前記第１実施形態の説明で用いた図５及び図６を準用
する。第１実施形態と同様にして第２基板３２と第１基
板３１とを製作し、第２基板３２と第１基板３１とを直
接接合法により接合する。

【００５３】具体的には、各基板３２、３１を硫酸過水
やアンモニア過水などの基板洗浄法を用いて洗浄及び乾
燥した後、両基板３２、３１を４５０℃で重ね合わせた
まま減圧下で押さえつけることでプリボンドを完了し
た。

【００５４】なお、ここでは両基板を４５０℃下でプリ
ボンドを行ったが、基板表面の水分を除去するには１２
０℃以上であればほぼ除去でき、後の熱処理（接合）に
てシリコン酸化膜２５表面に析出物が発生することをか
なり抑制できるが、本実施形態のように４５０℃などの
高温で行うことにより膜中の水分も除去され、析出物の
発生をより抑制することができる。

【００５５】また、両基板３２、３１若しくは少なくと
も低融点のシリコン酸化膜２５が形成されている基板の
みを、４５０℃で熱処理した後、直ちに室温でプリボン
ドを行っても良い。

【００５６】ここで、上述のように１２０℃以上で重ね
合わせる、或いは基板を熱処理した後直ちに室温で重ね
合わせる場合、いずれにおいても窒素ガスなどの不活性
ガス雰囲気で重ね合わせたまま減圧下において押さえ付
けることで析出物の発生をほぼ完全に抑制することがで
きる。

【００５７】さらにこの後、貼り合わせたウェハを窒素
ガス雰囲気下で、熱処理（９００℃、２時間）すること
によって、ギャップ内に析出物が発生することを抑制し
つつ強固な接合が得られた。

【００５８】その後、第１実施形態と同様にして第１基
板３１に流路及び振動板を形成し、ノズル板３を接合し
てインクジェットヘッドを完成する。

【００５９】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造
方法の第３実施形態について説明する。なお、図として
はここでも前記第１実施形態の説明で用いた図５及び図
６を準用する。第１実施形態と同様にして第２基板３２
と第１基板３１とを製作し、第２基板３２と第１基板３
１とを直接接合法により接合する。

【００６０】具体的には、各基板３２、３１を硫酸過水
やアンモニア過水などの基板洗浄法を用いて洗浄及び乾
燥した後、両基板３２、３１を酸素ガス雰囲気で重ね合
わせたまま減圧下で押さえつけることでプリボンドを完
了した。

【００６１】ここで重要な点は、酸素ガス雰囲気でプリ
ボンドを行うことである。大気中でウエハを重ね合わせ
るとギャップ１６（Ｇ）内に閉じ込められた大気中の水
分がＢＰＳＧ膜などからなるシリコン酸化膜２５表面に
付着したり、膜中に侵入することにより、後の熱処理時
にボロンやリンと反応して析出物を発生させてしまうわ
けだが、この現象は主に熱処理後の冷却時に起こる。

【００６２】本実施形態のように酸素ガス雰囲気で重ね
合わせてプリボンドすることにより後の熱処理により接
合された後、析出物が発生することを抑制できる。これ
は、熱処理時（主に昇温過程〜最高温度保持過程）にシ
リコン酸化膜２５の不安定なＰ₂Ｏ₅やＢ₂Ｏ₃分子の未結
合手がギャップ１６内の活性な酸素により終端され安定
した状態となるためと考えられる。

【００６３】また、酸素雰囲気で重ね合わせることに加
え、１２０℃以上の温度で、或いは基板を熱処理した後
直ちに室温（酸素雰囲気）で重ね合わせプリボンドする
ことにより、水分除去と膜の安定化が図れるため、析出
物が発生することをさらに抑制できる。

【００６４】さらにこの後、貼り合わせたウェハを酸素
ガス雰囲気下で、熱処理（９００℃、２時間）すること
によって、ギャップ内に析出物が発生することを抑制し
つつ強固な接合が得られた。ここでも酸素ガス雰囲気で
熱処理されること、及び９００℃という低温熱処理によ
り、析出物発生防止に対する信頼度をさらに向上するこ
とができる。

【００６５】その後、第１実施形態と同様にして第１基
板３１に流路及び振動板を形成し、ノズル板３を接合し
てインクジェットヘッドを完成する。

【００６６】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造
方法の第４実施形態について説明する。なお、図として
はここでも前記第１実施形態の説明で用いた図５及び図
６を準用するとともに図７をも参照する。この実施形態
では、図７（ａ）に示すように、図４（ｄ）で得られた
第２基板３２のシリコン酸化膜２５表面を疎水処理を施
して、疎水分子層２７を形成している。

【００６７】ここでは、疎水処理は、揮発性のＨＭＤＳ
（ヘキサメチルジシラザン)を用いて、密閉室内でＨＭ
ＤＳを揮発させ、その雰囲気中に電極基板２を３分間曝
すことによりシリコン酸化膜２５表面に疎水性分子層２
７を形成した。

【００６８】この疎水性分子層２７によって吸湿し易い
性質を持つシリコン酸化膜２５の表面及び膜中に水分が
付着及び侵入することを防止することができる。なお、
疎水処理方法としてＨＭＤＳをスピンコートなどで塗布
することができる。この疎水処理は図５（ｄ）の工程に
おいてシリコン酸化膜２５を融点以上の温度でリフロー
させる工程の後、直ちに行うことが好ましい。

【００６９】そして、同図（ｂ）に示すように、第２基
板３２及び第１基板３１を直接接合法により接合する。
この際、第１基板３１のみを硫酸過水やアンモニア過水
などの基板洗浄法を用いて洗浄及び乾燥した後、両基板
を重ね合わせたまま減圧下において押さえつけることで
プリボンドを完了した。

【００７０】その後、貼り合わせたウェハを窒素ガス雰
囲気下で、熱処理（９００℃、２時間）することによ
り、ギャップ内に析出物が発生することを抑制しつつ強
固な接合が得られた。ここで、接合後の電極基板２には
疎水分子層２７は熱処理により離脱、燃焼するため残存
していない。疎水分子層２７によりシリコン酸化膜２５
の表面及び膜中に水分が付着及び侵入することを防止し
た状態で熱処理（接合）を行っているので、ギャップ内
のシリコン酸化膜２５に析出物が発生することを抑制で
きる。

【００７１】その後、第１実施形態と同様にして第１基
板３１に流路及び振動板を形成し、ノズル板３を接合し
てインクジェットヘッドを完成する。

【００７２】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
を搭載したインクジェット記録装置について図８及び図
９を参照して簡単に説明する。なお、図８は同記録装置
の機構部の概略斜視説明図、図９は同機構部の側面説明
図である。このインクジェット記録装置は、記録装置本
体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、
キャリッジに搭載した本発明に係る製造方法を適用して
製造したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記
録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構
成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１
の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能
な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４
を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１
３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒
することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレ
イ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機
構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に
装着された排紙トレイ１１６に排紙する。

【００７３】印字機構部１１２は、図示しない左右の側
板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と
従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方
向（図９で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキ
ャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マ
ゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐
出するインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複
数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列
し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。ま
たキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを
供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能
に装着している。

【００７４】インクカートリッジ１２５は上方に大気と
連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへイン
クを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多
孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジ
ェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持
している。

【００７５】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出する
ノズルを有する１個のヘッドでもよい。

【００７６】ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙
搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に
嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッ
ド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャ
リッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査
モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動
プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装
し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に
固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転により
キャリッジ１２３が往復駆動される。

【００７７】一方、給紙カセット１１４にセットした用
紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給
紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ロ
ーラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１
３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１
３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送
ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及
び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を
規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１
３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【００７８】そして、キャリッジ１２３の主走査方向の
移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された
用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙
ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。こ
の印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙
１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送
コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排
紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１
４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６
とを配設している。

【００７９】記録時には、キャリッジ１２３を移動させ
ながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動するこ
とにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して
１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記
録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記
録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を
終了させ用紙１１３を排紙する。

【００８０】また、キャリッジ１２３の移動方向右端側
の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良
を回復するための回復装置１４７を配置している。回復
装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手
段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこ
の回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘ
ッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に
保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出す
ることにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、
安定した吐出性能を維持する。

【００８１】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド１２４の吐出口を密封し、チューブを
通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸
い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニ
ング手段により除去され吐出不良が回復される。また、
吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜
（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体
に吸収保持される。

【００８２】このようにこのインクジェット記録装置で
は低温で信頼性の高い接合を行ったインクジェットヘッ
ドを記録ヘッドに搭載しているので、安定した信頼性の
高い記録を行うことができるようになる。

【００８３】なお、上記各実施形態においては、本発明
を適用した液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適
用した例で説明したが、これに限るものではなく、例え
ば、インク以外の液滴、例えば、液体レジストを液滴と
して吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴とし
て吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することができ
る。

【００８４】また、可動部分とこれに対向する電極とを
備えた静電型アクチュエータにおいて、可動部分を形成
する第１基板と電極を設ける第２基板とを接合して構成
する場合にも本発明を適用することができる。このよう
な静電型アクチュエータは、例えば、液滴吐出ヘッド以
外にも、マイクロモータ、マイクロポンプ、マイクロリ
レーなどに適用される。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドの製造方法によれば、第１基板及び第２基板
の少なくともいずれかの接合面に燐及び／又はホウ素を
含むシリコン酸化膜を形成し、第１基板と第２基板とを
不活性ガス雰囲気で重ね合わせた後、或いは、摂氏１２
０℃以上で重ね合わせた後、若しくは不活性ガス雰囲気
で且つ摂氏１２０℃以上で重ねあわせた後に、熱処理を
施して第１基板と第２基板とを接合するので、シリコン
酸化膜表面に燐及び／又はホウ素の析出物が発生するこ
とを防止しつつ低温接合を行なうことができる。この場
合、熱処理は不活性ガス雰囲気で行うことで、接合後の
析出物の発生防止に対する信頼度が向上する。

【００８６】また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造
方法によれば、第１基板及び第２基板の少なくともいず
れかの接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化
膜を形成し、第１基板と第２基板とを酸素雰囲気で重ね
合わせた後、或いは、酸素雰囲気で且つ摂氏１２０℃以
上で重ね合わせた後、熱処理を施して第１基板と第２基
板とを接合するので、シリコン酸化膜表面に燐及び／又
はホウ素の析出物が発生することを防止しつつ低温接合
を行なうことができる。この場合、熱処理は酸素雰囲気
で行うことで、接合後の析出物の発生防止に対する信頼
度が向上する。

【００８７】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、第１基板及び第２基板の少なくともいずれかの
接合面に燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化膜を形
成し、このシリコン酸化膜表面を疎水処理した後、第１
基板と第２基板とを重ね合わせ、更に熱処理を施して第
１基板と第２基板とを接合するので、シリコン酸化膜表
面に燐及び／又はホウ素の析出物が発生することを防止
しつつ低温接合を行なうことができる。

【００８８】そして、本発明に係るいずれかの液滴吐出
ヘッドの製造方法においては、熱処理は９００℃以下の
温度で行うことで、接合後の析出物の発生防止に対する
信頼度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法で製造
したインクジェットヘッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図

【図３】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図

【図４】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明
図

【図５】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第１
実施形態の説明に供する断面説明図

【図６】図５に続く工程を説明する断面説明図

【図７】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第４
実施形態の説明に供する断面説明図

【図８】本発明を適用したインクジェットヘッドを搭載
したインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明
図

【図９】同記録装置の機構部の説明図

【符号の説明】

１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズ
ル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０
…振動板、１２…酸化膜、１４…凹部、１５…電極、１
６…ギャップ、２５…燐及び／又はホウ素を含むシリコ
ン酸化膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で
変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法
において、前記振動板を設ける第１基板と前記電極を設
ける第２基板がいずれもシリコン基板からなり、少なく
ともいずれかの基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含
むシリコン酸化膜を形成し、前記第１基板と第２基板と
を不活性ガス雰囲気で重ね合わせた後、熱処理を施して
前記第１基板と第２基板とを接合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】液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で
変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法
において、前記振動板を設ける第１基板と前記電極を設
ける第２基板がいずれもシリコン基板からなり、少なく
ともいずれかの基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含
むシリコン酸化膜を形成し、前記第１基板と第２基板と
を摂氏１２０℃以上で重ね合わせた後、熱処理を施して
前記第１基板と第２基板とを接合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３】液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で
変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法
において、前記振動板を設ける第１基板と前記電極を設
ける第２基板がいずれもシリコン基板からなり、少なく
ともいずれかの基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含
むシリコン酸化膜を形成し、前記第１基板と第２基板と
を不活性ガス雰囲気で且つ摂氏１２０℃以上で重ね合わ
せた後、熱処理を施して前記第１基板と第２基板とを接
合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４】請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドの製造方法において、前記熱処理は不活性ガ
ス雰囲気で行うことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造
方法。
【請求項５】液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で
変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法
において、前記振動板を設ける第１基板と前記電極を設
ける第２基板がいずれもシリコン基板からなり、少なく
ともいずれかの基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含
むシリコン酸化膜を形成し、前記第１基板と第２基板と
を酸素雰囲気で重ね合わせた後、熱処理を施して前記第
１基板と第２基板とを接合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】液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で
変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法
において、前記振動板を設ける第１基板と前記電極を設
ける第２基板がいずれもシリコン基板からなり、少なく
ともいずれかの基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含
むシリコン酸化膜を形成し、前記第１基板と第２基板と
を酸素雰囲気で且つ摂氏１２０℃以上で重ね合わせた
後、熱処理を施して前記第１基板と第２基板とを接合す
ることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】請求項５又は６に記載の液滴吐出ヘッド
の製造方法において、前記熱処理は酸素雰囲気で行うこ
とを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で
変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法
において、前記振動板を設ける第１基板と前記電極を設
ける第２基板がいずれもシリコン基板からなり、少なく
ともいずれかの基板の接合面に燐及び／又はホウ素を含
むシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜表面を
疎水処理した後、前記第１基板と第２基板とを重ね合わ
せ、更に熱処理を施して前記第１基板と第２基板とを接
合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９】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において、前記熱処理は９００℃
以下の温度で行うことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製
造方法。