JP2003266394A

JP2003266394A - シリコンデバイスの製造方法及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法並びにシリコンウェハ

Info

Publication number: JP2003266394A
Application number: JP2002070765A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Takahashi; 哲司高橋; Masami Murai; 正己村井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチングの際に外周面を確実に保護してエ
ッチングの信頼性を向上することができるシリコンデバ
イスの製造方法及びインクジェット式記録ヘッドの製造
方法並びにシリコンウェハを提供する。【解決手段】シリコンウェハ１００の少なくとも一方
面に当該シリコンウェハ１００をエッチングする際のマ
スクパターンとなるマスク膜５５を形成すると共に当該
シリコンウェハ１００の少なくとも外周面に前記マスク
膜５５とのエッチングの選択性を有する保護膜１１０を
スパッタリング法又は蒸着法により形成する工程と、前
記シリコンウェハ１００の他方面に前記薄膜パターンを
形成する工程と、前記薄膜パターンの面を保護するエッ
チング保護層を形成する工程と、前記マスク膜５５をパ
ターニングして前記シリコンウェハ１００のマスクパタ
ーンを形成する工程と、前記シリコンウェハ１００を前
記マスクパターン側からエッチングする工程とを具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上に
薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法に関
し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧
力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面の
圧電体層を形成して、圧電体層の変位によりインク滴を
吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関
すると共にシリコンデバイスに用いられるシリコンウェ
ハに関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【０００６】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることがで
きるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆
動が可能になるという利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなインクジェ
ット式記録ヘッドは、シリコンウェハに圧力発生室など
や圧電素子を形成後、複数に分割することで形成されて
いる。

【０００８】この圧力発生室等をシリコンウェハに形成
するには、シリコンウェハにマスクパターンとなるマス
ク膜を形成し、マスク膜をレジスト等で所定形状にエッ
チングすることによりマスクパターンを形成し、シリコ
ンウェハをマスクパターン側からエッチングすることで
形成することができる。

【０００９】しかしながら、マスク膜をエッチングする
ことによってマスクパターンを形成する際に、マスク膜
を保護するレジストをシリコンウェハの外周面を完全に
覆うように形成するのが困難である。また、外周面に形
成されたレジストは、ハンドリング時などに剥がれ易く
マスク膜の外周面が露出されてしまう虞がある。このよ
うに外周面が露出されたマスク膜は、マスクパターンを
形成する際に外周面のマスク膜も同時にエッチングされ
てしまいシリコンウェハの外周面を露出させてしまう。
また、このシリコンウェハをエッチングして圧力発生室
を形成する際に、シリコンウェハの露出された外周面も
同時にエッチングされてしまい、その後の取り扱い等に
よる異物の原因となってしまうという問題がある。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑み、エッチ
ングの際に外周面を確実に保護してエッチングの信頼性
を向上することができるシリコンデバイスの製造方法及
びインクジェット式記録ヘッドの製造方法並びにシリコ
ンウェハを提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、シリコン基板上に薄膜パターンを有
するシリコンデバイスの製造方法において、シリコンウ
ェハの少なくとも一方面に当該シリコンウェハをエッチ
ングする際のマスクパターンとなるマスク膜を形成する
と共に当該シリコンウェハの少なくとも外周面に前記マ
スク膜とのエッチングの選択性を有する保護膜をスパッ
タリング法又は蒸着法により形成する工程と、前記シリ
コンウェハの他方面に前記薄膜パターンを形成する工程
と、前記薄膜パターンの面を保護するエッチング保護層
を形成する工程と、前記マスク膜をパターニングして前
記シリコンウェハのマスクパターンを形成する工程と、
前記シリコンウェハを前記マスクパターン側からエッチ
ングする工程とを具備することを特徴とするシリコンデ
バイスの製造方法にある。

【００１２】かかる第１の態様では、保護膜をシリコン
ウェハの外周面にスパッタリング法又は蒸着法により形
成することで、シリコンウェハの外周面を確実に保護し
て、マスクパターンをエッチングにより形成する際に、
マスクパターンの外周面がエッチングされることがな
く、シリコンウェハの外周面のエッチングを確実に防止
することができる。

【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記シリコンウェハに前記保護膜を形成する工程で
は、当該保護膜を前記シリコンウェハの前記マスク膜が
形成される面の表面縁部から外周面まで連続して形成す
ることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にあ
る。

【００１４】かかる第２の態様では、保護膜を一方の表
面縁部から外周面まで連続して形成することで、さらに
保護膜を剥離し難くすることができる。

【００１５】本発明の第３の態様は、第２の態様におい
て、前記シリコンウェハの前記マスク膜が形成される面
の表面縁部は、面取りされていることを特徴とするシリ
コンデバイスの製造方法にある。

【００１６】かかる第３の態様では、面取りされた表面
縁部に保護膜を形成することで、さらに保護膜を剥離し
難くすることができる。

【００１７】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記シリコンウェハに前記マスク膜及
び前記保護膜を形成する工程では、前記マスク膜を形成
後、当該マスク膜上に前記保護膜を形成することを特徴
とするシリコンデバイスの製造方法にある。

【００１８】かかる第４の態様では、保護膜をマスク膜
上に形成でき、シリコンウェハを確実に保護することが
できる。

【００１９】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記保護膜が、ニッケル、金、白金及
び窒化珪素からなる群から選択された材料からなること
を特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。

【００２０】かかる第５の態様では、所定の保護膜を用
いることで、剥離し難い保護膜を容易且つ確実に形成す
ることができる。

【００２１】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記マスク膜が二酸化シリコンからな
ることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にあ
る。

【００２２】かかる第６の態様では、二酸化シリコンか
らなるマスク膜を容易且つ高精度に形成することができ
る。

【００２３】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記薄膜パターンの形成された前記シ
リコンウェハの前記保護膜が設けられていない領域を分
割する工程をさらに有することを特徴とするシリコンデ
バイスの製造方法にある。

【００２４】かかる第７の態様では、保護膜の設けられ
ていない複数のシリコンデバイスを同時に且つ高精度に
形成することができる。

【００２５】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記マスクパターンを形成する工程で
は、前記マスク膜をウェットエッチングすることにより
形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法
にある。

【００２６】かかる第８の態様では、ウェットエッチン
グによりマスクパターンを形成しても、保護膜によって
シリコンウェハの外周面を確実に保護することができ
る。

【００２７】本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか
の態様において、前記薄膜パターンを形成する工程で
は、当該薄膜パターンを成膜及びリソグラフィ法により
形成することを特徴とするシリコンデバイスの製造方法
にある。

【００２８】かかる第９の態様では、高精度な薄膜パタ
ーンを大量に且つ比較的容易に形成することができる。

【００２９】本発明の第１０の態様は、ノズル開口に連
通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路
形成基板上に振動板を介して設けられて前記圧力発生室
に圧力を付与する圧電素子とを具備するインクジェット
式記録ヘッドの製造方法において、シリコンウェハの少
なくとも一方面に、当該シリコンウェハをエッチングす
る際のマスクパターンとなるマスク膜を形成すると共に
当該シリコンウェハの少なくとも外周面に前記マスク膜
とのエッチングの選択性を有する保護膜をスパッタリン
グ法又は蒸着法により形成する工程と、前記シリコンウ
ェハの他方面に前記振動板及び前記圧電素子を形成する
工程と、前記振動板及び前記圧電素子の面を保護するエ
ッチング保護層を形成する工程と、前記マスク膜をパタ
ーニングして前記シリコンウェハのマスクパターンを形
成する工程と、前記シリコンウェハを前記マスクパター
ン側からエッチングして前記圧力発生室を形成する工程
と、前記シリコンウェハを分割して複数の前記流路形成
基板とする工程とを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３０】かかる第１０の態様では、保護膜をシリコ
ンウェハの外周面にスパッタリング法又は蒸着法により
形成することで、シリコンウェハの外周面を確実に保護
して、マスクパターンをエッチングにより形成する際
に、マスクパターンの外周面がエッチングされることが
なく、シリコンウェハの外周面のエッチングを確実に防
止することができる。

【００３１】本発明の第１１の態様は、第１０の態様に
おいて、前記シリコンウェハに前記保護膜を形成する工
程では、当該保護膜を前記シリコンウェハの前記マスク
膜が形成される面の表面縁部から外周面まで連続して形
成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの
製造方法にある。

【００３２】かかる第１１の態様では、保護膜を表面縁
部から外周面まで連続して形成することで、さらに保護
膜を剥離し難くすることができる。

【００３３】本発明の第１２の態様は、第１１の態様に
おいて、前記シリコンウェハの前記マスク膜が形成され
る面の表面縁部は、面取りされていることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３４】かかる第１２の態様では、面取りされた縁
部に保護膜を形成することで、さらに保護膜を剥離し難
くすることができる。

【００３５】本発明の第１３の態様は、第１０〜１２の
何れかの態様において、前記シリコンウェハに前記マス
ク膜及び前記保護膜を形成する工程では、前記マスク膜
を形成後、当該マスク膜上に前記保護膜を形成すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法に
ある。

【００３６】かかる第１３の態様では、保護膜をマスク
膜上に形成でき、シリコンウェハを確実に保護すること
ができる。

【００３７】本発明の第１４の態様は、第１０〜１３の
何れかの態様において、前記保護膜が、ニッケル、金、
白金及び窒化珪素からなる群から選択された材料からな
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造
方法にある。

【００３８】かかる第１４の態様では、所定の保護膜を
用いることで、剥離し難い保護膜を容易且つ確実に形成
することができる。

【００３９】本発明の第１５の態様は、第１０〜１４の
何れかの態様において、前記マスク膜が二酸化シリコン
からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法にある。

【００４０】かかる第１５の態様では、二酸化シリコン
からなるマスク膜を容易且つ高精度に形成することがで
きる。

【００４１】本発明の第１６の態様は、第１０〜１５の
何れかの態様において、前記マスクパターンを形成する
工程では、前記マスク膜をウェットエッチングすること
により形成することを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドの製造方法にある。

【００４２】かかる第１６の態様では、ウェットエッチ
ングによりマスクパターンを形成しても、保護膜によっ
てシリコンウェハの外周面を確実に保護することができ
る。

【００４３】本発明の第１７の態様は、第１０〜１６の
何れかの態様において、前記圧電素子を形成する工程で
は、当該圧電素子の各層を成膜及びリソグラフィ法によ
り形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドの製造方法にある。

【００４４】かかる第１７の態様では、高密度なノズル
開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ
比較的容易に形成することができる。

【００４５】本発明の第１８の態様は、シリコンデバイ
スに用いられるシリコンウェハであって、少なくとも外
周面にスパッタリング法又は蒸着法により形成され、且
つウェットエッチングする際のマスクとなるマスク膜と
のエッチングの選択性を有する保護膜を有することを特
徴とするシリコンウェハにある。

【００４６】かかる第１８の態様では、保護膜をシリコ
ンウェハの外周面にスパッタリング法又は蒸着法により
形成することで、シリコンウェハの外周面を確実に保護
して、マスクパターンをエッチングにより形成する際
に、シリコンウェハの外周がエッチングされることがな
い。

【００４７】本発明の第１９の態様は、第１８の態様に
おいて、少なくとも一方面にエッチングする際のマスク
パターンとなるマスク膜が形成されていることを特徴と
するシリコンウェハにある。

【００４８】かかる第１９の態様では、保護膜をマスク
膜上に形成でき、シリコンウェハを確実に保護すること
ができる。

【００４９】本発明の第２０の態様は、第１８又は１９
の態様において、前記保護膜が一方面の表面縁部から外
周面まで連続して形成されていることを特徴とするシリ
コンウェハにある。

【００５０】かかる第２０の態様では、保護膜を一方の
表面縁部から外周面まで連続して形成することで、さら
に保護膜を剥離し難くすることができる。

【００５１】本発明の第２１の態様は、第２０の態様に
おいて、前記保護膜の延設された縁部が面取りされてい
ることを特徴とするシリコンウェハにある。

【００５２】かかる第２１の態様では、面取りされた縁
部に保護膜を形成することで、さらに保護膜を剥離し難
くすることができる。

【００５３】本発明の第２２の態様は、第１８〜２１の
何れかの態様において、前記保護膜が、ニッケル、金、
白金及び窒化珪素からなる群から選択された材料からな
ることを特徴とするシリコンウェハにある。

【００５４】かかる第２２の態様では、所定の保護膜を
用いることで、剥離し難い保護膜を容易且つ確実に形成
することができる。

【００５５】本発明の第２３の態様は、第１８〜２２の
何れかの態様において、前記マスク膜が二酸化シリコン
からなることを特徴とするシリコンウェハにある。

【００５６】かかる第２３の態様では、二酸化シリコン
からなるマスク膜を容易且つ高精度に形成することがで
きる。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００５８】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ’断面図
であり、図３は、シリコンウェハの斜視図及び断面図で
ある。

【００５９】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなり、その両面には予め熱酸化により形成した二酸化
シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０及びマ
スク膜５５が形成されている。

【００６０】この流路形成基板１０には、その他方面側
からマスク膜５５によって形成されたマスクパターンを
介して異方性エッチングすることにより、複数の隔壁に
よって区画された圧力発生室１２が形成されている。ま
た、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述す
る封止基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通孔５
１を介して連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室
となるリザーバ９０を構成する連通部１３が形成されて
いる。また、この連通部１３は、インク供給路１４を介
して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通
されている。

【００６１】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われ
る。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫ
ＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて
（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１
の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１
０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが
出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して
（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０である
という性質を利用して行われる。かかる異方性エッチン
グにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第
２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加
工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室
１２を高密度に配列することができる。

【００６２】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一
端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２よ
り浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するイン
クの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク
供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中ま
でエッチング（ハーフエッチング）することにより形成
されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時
間の調整により行われる。

【００６３】このような流路形成基板１０の厚さは、圧
力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択す
ればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１イ
ンチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流
路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよい
が、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列す
る場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下
と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力
発生室１２間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高く
できるからである。

【００６４】なお、このような流路形成基板１０は、図
３に示すように、シリコン単結晶基板からなるシリコン
ウェハ１００に複数個が一体的に形成され、詳しくは後
述するが、このシリコンウェハ１００に圧力発生室１２
等を形成した後、分割することによって複数の流路形成
基板１０となる。

【００６５】また、シリコンウェハ１００の表面には、
本実施形態では、例えば、熱酸化することにより形成さ
れた二酸化シリコンからなる膜が形成されており、この
二酸化シリコンからなる膜は、一方面に形成されたもの
が弾性膜５０となり、その他、他方面及び外周面により
形成されたものがシリコンウェハ１００に圧力発生室１
２等をエッチングに形成する際のマスク膜５５となる。

【００６６】このようなシリコンウェハ１００の少なく
とも外周面には、マスク膜５５とのエッチングの選択性
を有する保護膜１１０がスパッタリング法又は蒸着法に
より形成されている。

【００６７】また、シリコンウェハ１００の両側の面の
表面縁部には面取り面１０１が形成されており、本実施
形態では、保護膜１１０をマスク膜５５の表面縁部から
面取り面１０１上を介して外周面上まで連続して形成し
た。

【００６８】また、マスク膜５５は、本実施形態では、
二酸化シリコンからなるため、保護膜１１０としては、
ニッケル、金、白金及び窒化珪素などの材料を挙げるこ
とができる。

【００６９】なお、本実施形態では、このように保護膜
１１０が形成されたシリコンウェハ１００は、詳しくは
後述するが、圧電素子等の薄膜パターン及び圧力発生室
１２等を形成した後、保護膜１１０以外の領域を分割す
ることで複数の流路形成基板１０となる。

【００７０】さらに、流路形成基板１０の開口面側に
は、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で
連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２
０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されてい
る。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．
１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば
２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミッ
クス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０
は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆
い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強
板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路
形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するよ
うにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノ
ズルプレート２０との熱による変形が略同一となるた
め、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することが
できる。

【００７１】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要
がある。

【００７２】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの
圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極
膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電
素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００
は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を
含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか
一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７
０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。
そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極
及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加
により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本
実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電
極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極とし
ているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支
障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧
電体能動部が形成されていることになる。また、ここで
は、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により
変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと
称する。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極
膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を
兼ねるようにしてもよい。

【００７３】さらに、このような各圧電素子３００の上
電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード
電極８５がそれぞれ接続されている。このリード電極８
５は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出
され、流路形成基板１０の端部近傍の弾性膜５０上まで
それぞれ延設されて外部配線等に接続されている。

【００７４】このような圧電素子３００が形成された流
路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０上、弾性膜
５０上及びリード電極８５上には、リザーバ９０の少な
くとも一部を構成するリザーバ部３１を有する封止基板
３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施
形態では、封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生
室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように
流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生
室１２の共通のインク室となるリザーバ９０を構成して
いる。

【００７５】また、封止基板３０の圧電素子３００に対
向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程
度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられてい
る。

【００７６】このような封止基板３０としては、流路形
成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラ
ス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施
形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結
晶基板を用いて形成した。

【００７７】また、このような封止基板３０上には、封
止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基
板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性
が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からな
り、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が
封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の
材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ９０
に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部
４３となっているため、リザーバ９０の一方面は可撓性
を有する封止膜４１のみで封止されている。

【００７８】また、このリザーバ９０の長手方向略中央
部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ９
０にインクを供給するためのインク導入口４４が形成さ
れている。さらに、封止基板３０には、インク導入口４
４とリザーバ９０の側壁とを連通するインク導入路３６
が設けられている。

【００７９】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口４４からインクを取り込み、リザーバ
９０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満た
した後、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室１
２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０と
の間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧
電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生
室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が
吐出する。

【００８０】以下、このような本実施形態に係るインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。な
お、図４〜図７は、シリコンウェハ１００の圧力発生室
の幅方向を示す要部断面図である。

【００８１】まず、図３に示すシリコンウェハ１００を
製造する。

【００８２】詳しくは、図４（ａ）に示すように、流路
形成基板１０となるシリコン単結晶基板からなるシリコ
ンウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して、全面に
二酸化シリコンからなる膜を形成する。この二酸化シリ
コンからなる膜は、シリコンウェハ１００の一方面の表
面に形成されたものが弾性膜５０となり、その他、他方
面及び外周面に形成されたものが後の工程で所定の形状
にパターニングされてシリコンウェハ１００に圧力発生
室１２等を形成する際のマスクパターンとなるマスク膜
５５となる。

【００８３】次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン
ウェハ１００の少なくとも外周面にマスク膜５５をエッ
チングする際にマスク膜５５とのエッチングの選択性を
有する保護膜１１０をスパッタリング法又は蒸着法によ
り形成する。

【００８４】この保護膜１１０をスパッタリング法又は
蒸着法によって形成することで、保護膜１１０はマスク
膜５５の外周面であっても剥離し難く、ハンドリング時
などにも容易に剥離せずに、マスク膜５５が露出するの
を確実に防止している。

【００８５】本実施形態では、保護膜１１０がシリコン
ウェハ１００のハンドリング時などにさらに剥離し難く
するために、保護膜１１０をマスク膜５５の表面縁部か
ら面取り面１０１上を介して外周面まで連続して形成す
るようにした。

【００８６】このような工程で図３に示すように、シリ
コンウェハ１００上に弾性膜５０、マスク膜５５及び保
護膜１１０を形成し、このシリコンウェハ１００を用い
てインクジェット式記録ヘッドを製造する。

【００８７】詳しくは、図４（ｃ）に示すように、スパ
ッタリング法で下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成
後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形
成する。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐ
ｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル
−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大
気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度
の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。
すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸
化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、
圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を
用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少
ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適であ
る。

【００８８】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０を順次積層及びパターニングして
圧電素子３００を形成する。

【００８９】この圧電体層７０は、結晶が配向している
ことが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物
を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲ
ル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からな
る圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて
形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０
とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用す
る場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜
方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で
形成してもよい。

【００９０】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。

【００９１】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００９２】また、上電極膜８０は、導電性の高い材料
であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の
多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形
態では、白金をスパッタリングにより成膜している。

【００９３】次に、図５（ｂ）に示すように、リード電
極８５を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等
からなるリード電極８５を流路形成基板１０の全面に亘
って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニン
グする。

【００９４】次に、図６（ａ）に示すように、シリコン
ウェハ１００の圧電素子３００側に圧電素子３００を封
止する圧電素子保持部３２を有する封止基板３０となる
封止基板形成材１３０を接合する。

【００９５】次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン
ウェハ１００を覆うレジスト１２０を形成すると共に所
定形状にパターニングする。

【００９６】このレジスト１２０は、マスク膜５５上で
所定形状にパターニングされることによってマスク膜５
５をエッチングする際のマスクパターンとなる。

【００９７】このレジスト１２０をパターニングするに
は、レジスト１２０を塗布し、所定のマスクを用いて露
光し、現像することにより所定の形状に形成することが
できる。

【００９８】また、レジスト１２０は、シリコンウェハ
１００の外周面上、本実施形態では、保護膜１１０の外
周面上に形成するのが困難であると共にハンドリングな
どによって容易に剥離してしまい、図６（ｂ）に示すよ
うに保護膜１１０の外周面には形成され難い。

【００９９】なお、マスク膜５５のエッチング工程で
は、封止基板形成材１３０に形成されたインク導入路３
６などの開口から内部がエッチング液に浸されてエッチ
ングされてしまうため、封止基板形成材１３０上に開口
を塞ぐ保護基板等を接合するのが好ましい。

【０１００】次に、図７（ａ）に示すように、シリコン
ウェハ１００のマスク膜５５をエッチングすることによ
り圧力発生室１２が形成される領域に開口５５ａを有す
るマスクパターンを形成する。

【０１０１】また、マスク膜５５のエッチングでは、シ
リコンウェハ１００の外周面にレジスト１２０が形成さ
れていないが、シリコンウェハ１００の外周面には保護
膜１１０が形成されているため、レジスト１２０が無い
状態であっても外周面のマスク膜５５が露出することな
く、マスク膜５５の外周面はエッチングされない。

【０１０２】なお、マスク膜５５のエッチングは、例え
ば、ウェットエッチングにより行うことができる。

【０１０３】次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン
ウェハ１００を例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液でエッ
チングすることによって圧力発生室１２及び図示しない
連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。

【０１０４】その後は、シリコンウェハ１００の封止基
板形成材１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設
されたノズルプレート２０を接合すると共に他方面の封
止基板形成材１３０上にコンプライアンス基板４０を接
合し、シリコンウェハ１００等の各基板を図１に示すよ
うな一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割す
ることによって本実施形態のインクジェット式記録ヘッ
ドが形成される。

【０１０５】なお、上述した圧電素子３００等の薄膜パ
ターン及び圧力発生室１２などが形成されたシリコンウ
ェハ１００は、保護膜１１０の形成された領域以外が分
割されるため、各インクジェット式記録ヘッドには保護
膜１１０が残らない。

【０１０６】以上説明したように、本実施形態では、シ
リコンウェハ１００の少なくとも外周面に、シリコンウ
ェハ１００をエッチングする際のマスクパターンとなる
マスク膜５５とのエッチングの選択性を有する保護膜１
１０をスパッタリング法又は蒸着法によって形成するこ
とで、シリコンウェハ１００の外周面を保護膜１１０で
確実に保護して、マスク膜５５をエッチングしてマスク
パターンを形成する際に外周面が同時にエッチングされ
るのを確実に防止することができる。

【０１０７】これにより、シリコンウェハ１００の外周
面を露出することなく、圧力発生室１２等をエッチング
することにより形成する際に、シリコンウェハ１００の
外周面が同時にエッチングされるのを確実に防止して、
その後の取り扱い等により異物が生じるのを確実に防止
することができる。

【０１０８】（他の実施形態）以上、本発明の実施形態
１を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。

【０１０９】例えば、上述した実施形態１のインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法では、シリコンウェハ１０
０にマスク膜５５を形成後、保護膜１１０をシリコンウ
ェハ１００の少なくとも外周面に形成するようにした
が、これに限定されず、例えば、シリコンウェハの少な
くとも外周面に保護膜を形成後、シリコンウェハを熱酸
化することにより、保護膜以外の領域に、弾性膜及びマ
スク膜を形成するようにしてもよい。

【０１１０】また、上述した実施形態１では、マスク膜
５５をエッチングすることによりマスクパターンを形成
する工程は、圧力発生室３００を形成すると共に封止基
板形成材１３０を接合した後に行うようにしたが、これ
に限定されず、マスクパターンの形成は、マスク膜５５
を形成した直後に行うようにしてもよい。このとき、シ
リコンウェハ１００の二酸化シリコンからなる弾性膜５
０の形成された面をレジスト等で保護する必要がある。

【０１１１】また、上述した実施形態１では、インクジ
ェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、こ
れに限定されず、例えば、半導体等、シリコン基板上に
薄膜パターンを有するシリコンデバイスの製造方法にも
適用することができる。

【０１１２】さらに、上述した実施形態１では、弾性膜
５０、マスク膜５５及び保護膜１１０の形成されたシリ
コンウェハ１００を用いてインクジェット式記録ヘッド
を形成する工程を説明したが、シリコンウェハ１００
は、インクジェット式記録ヘッドに限らず、様々なシリ
コンデバイスに用いることができる。

【０１１３】なお、このように様々なシリコンデバイス
に用いられるシリコンウェハとしては、少なくとも外周
面にシリコンウェハをエッチングする際のマスクパター
ンとのエッチングの選択性を有する保護膜のみがスパッ
タリング法又は蒸着法により形成されていればよい。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
コンウェハの少なくとも外周面に、シリコンウェハをエ
ッチングする際のマスクパターンとなるマスク膜とのエ
ッチングの選択性を有する保護膜をスパッタリング法又
は蒸着法によって形成することで、シリコンウェハの外
周面を保護膜で確実に保護して、マスクパターン形成時
などにマスク膜の外周面が同時にエッチングされるのを
確実に防止することができる。これによりシリコンウェ
ハをエッチングする際にシリコンウェハの外周面が同時
にエッチングされるのを防止して、その後の取り扱い等
により異物が生じるのを確実に防止することができると
共にエッチングの信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及びそのＡ−Ａ’断面図で
ある。

【図３】本発明の実施形態１に係るシリコンウェハの斜
視図及び要部断面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示すシリコンウェハの要部断面図
である。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示すシリコンウェハの要部断面図
である。

【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示すシリコンウェハの要部断面図
である。

【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示すシリコンウェハの要部断面図
である。

【符号の説明】

１０流路形成基板１２圧力発生室２０ノズルプレート２１ノズル開口３０封止基板３１リザーバ部３２圧電素子保持部４０コンプライアンス基板６０下電極膜７０圧電体層８０上電極膜８５リード電極９０リザーバ１００シリコンウェハ１０１面取り面１１０保護膜１２０レジスト１３０封止基板形成材３００圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ａ 41/08 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｂ 41/09 41/08 Ｃ 41/22 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG12 AG44 AG47 AG82 AG88 AP02 AP13 AP25 AP34 AP52 AP54 AQ01 AQ02 AQ10 5F043 AA02 BB01 GG10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板上に薄膜パターンを有する
シリコンデバイスの製造方法において、シリコンウェハの少なくとも一方面に当該シリコンウェ
ハをエッチングする際のマスクパターンとなるマスク膜
を形成すると共に当該シリコンウェハの少なくとも外周
面に前記マスク膜とのエッチングの選択性を有する保護
膜をスパッタリング法又は蒸着法により形成する工程
と、前記シリコンウェハの他方面に前記薄膜パターンを
形成する工程と、前記薄膜パターンの面を保護するエッ
チング保護層を形成する工程と、前記マスク膜をパター
ニングして前記シリコンウェハのマスクパターンを形成
する工程と、前記シリコンウェハを前記マスクパターン
側からエッチングする工程とを具備することを特徴とす
るシリコンデバイスの製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記シリコンウェハ
に前記保護膜を形成する工程では、当該保護膜を前記シ
リコンウェハの前記マスク膜が形成される面の表面縁部
から外周面まで連続して形成することを特徴とするシリ
コンデバイスの製造方法。
【請求項３】請求項２において、前記シリコンウェハ
の前記マスク膜が形成される面の表面縁部は、面取りさ
れていることを特徴とするシリコンデバイスの製造方
法。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記シ
リコンウェハに前記マスク膜及び前記保護膜を形成する
工程では、前記マスク膜を形成後、当該マスク膜上に前
記保護膜を形成することを特徴とするシリコンデバイス
の製造方法。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記保
護膜が、ニッケル、金、白金及び窒化珪素からなる群か
ら選択された材料からなることを特徴とするシリコンデ
バイスの製造方法。
【請求項６】請求項１〜５の何れかにおいて、前記マ
スク膜が二酸化シリコンからなることを特徴とする特徴
とするシリコンデバイスの製造方法。
【請求項７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記薄
膜パターンの形成された前記シリコンウェハの前記保護
膜が設けられていない領域を分割する工程をさらに有す
ることを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
【請求項８】請求項１〜７の何れかにおいて、前記マ
スクパターンを形成する工程では、前記マスク膜をウェ
ットエッチングすることにより形成することを特徴とす
るシリコンデバイスの製造方法。
【請求項９】請求項１〜８の何れかにおいて、前記薄
膜パターンを形成する工程では、当該薄膜パターンを成
膜及びリソグラフィ法により形成することを特徴とする
シリコンデバイスの製造方法。
【請求項１０】ノズル開口に連通する圧力発生室が画
成される流路形成基板と、該流路形成基板上に振動板を
介して設けられて前記圧力発生室に圧力を付与する圧電
素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方
法において、シリコンウェハの少なくとも一方面に、当
該シリコンウェハをエッチングする際のマスクパターン
となるマスク膜を形成すると共に当該シリコンウェハの
少なくとも外周面に前記マスク膜とのエッチングの選択
性を有する保護膜をスパッタリング法又は蒸着法により
形成する工程と、前記シリコンウェハの他方面に前記振
動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記振動板及
び前記圧電素子の面を保護するエッチング保護層を形成
する工程と、前記マスク膜をパターニングして前記シリ
コンウェハのマスクパターンを形成する工程と、前記シ
リコンウェハを前記マスクパターン側からエッチングし
て前記圧力発生室を形成する工程と、前記シリコンウェ
ハを分割して複数の前記流路形成基板とする工程とを具
備することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの
製造方法。
【請求項１１】請求項１０において、前記シリコンウ
ェハに前記保護膜を形成する工程では、当該保護膜を前
記シリコンウェハの前記マスク膜が形成される面の表面
縁部から外周面まで連続して形成することを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】請求項１１において、前記シリコンウ
ェハの前記マスク膜が形成される面の表面縁部は、面取
りされていることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法。
【請求項１３】請求項１０〜１２の何れかにおいて、
前記シリコンウェハに前記マスク膜及び前記保護膜を形
成する工程では、前記マスク膜を形成後、当該マスク膜
上に前記保護膜を形成することを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１４】請求項１０〜１３の何れかにおいて、
前記保護膜が、ニッケル、金、白金及び窒化珪素からな
る群から選択された材料からなることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１５】請求項１０〜１４の何れかにおいて、
前記マスク膜が二酸化シリコンからなることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１６】請求項１０〜１５の何れかにおいて、
前記マスクパターンを形成する工程では、前記マスク膜
をウェットエッチングすることにより形成することを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１７】請求項１０〜１６の何れかにおいて、
前記圧電素子を形成する工程では、当該圧電素子の各層
を成膜及びリソグラフィ法により形成することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１８】シリコンデバイスに用いられるシリコ
ンウェハであって、少なくとも外周面にスパッタリング
法又は蒸着法により形成され、且つウェットエッチング
する際のマスクとなるマスク膜とのエッチングの選択性
を有する保護膜を有することを特徴とするシリコンウェ
ハ。
【請求項１９】請求項１８において、少なくとも一方
面にエッチングする際のマスクパターンとなるマスク膜
が形成されていることを特徴とするシリコンウェハ。
【請求項２０】請求項１８又は１９において、前記保
護膜が一方面の表面縁部から外周面まで連続して形成さ
れていることを特徴とするシリコンウェハ。
【請求項２１】請求項２０において、前記保護膜の延
設された表面縁部が面取りされていることを特徴とする
シリコンウェハ。
【請求項２２】請求項１８〜２１の何れかにおいて、
前記保護膜が、ニッケル、金、白金及び窒化珪素からな
る群から選択された材料からなることを特徴とするシリ
コンウェハ。
【請求項２３】請求項１８〜２２の何れかにおいて、
前記マスク膜が二酸化シリコンからなることを特徴とす
るシリコンウェハ。