JP2005125681A - 液滴吐出ヘッド製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置、電界発光表示パネル製造装置、マイクロアレイ製造装置及びカラーフィルタ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出特性のばらつきを抑え、できる限り均一にするような液滴吐出ヘッドの製造方法等を得、また、得られた液滴吐出ヘッドを用いて、記録する記録装置、生体分子等を吐出してマイクロアレイを製造する装置等を得る。
【解決手段】 ノズル１２が形成されたノズルプレート３と、ノズル１２と連通する流路内の液体を加圧するために振動する振動板４が形成されたキャビティプレート１との組み合わせを、ノズル孔１２Ａの径と振動板４の厚みとに基づいて決定する工程と、決定したノズルプレート３とキャビティプレート１とを積層し、接合する工程とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は液滴吐出ヘッド、その製造方法等に関するものである。特に吐出特性のばらつきを抑えるための構成に関するものである。そして、そのようにして製造した液滴吐出ヘッドを用いた、カラーフィルタや電界発光素子を用いた表示基板（パネル）等の製造装置等に関するものである。

液滴吐出方式（代表的なものとして、インクを吐出して印刷等を行うために用いるインクジェット方式がある）の装置は、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。液滴吐出方式では、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体を吐出するものである。この方式は、特に最近、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、有機電界発光（Organic ElectroLuminescence ：以下、ＯＥＬという）素子を用いた表示パネル（以下、電界発光表示パネル（ＯＬＥＤ）という）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造に利用されている。

ここで、液滴を吐出させるための方法として、液体が通る流路の一部で、吐出する液体（以下、単に液体という）を加熱して気体（バブル）を発生させた圧力によって、ヘッドに備えた各ノズルから液滴を吐出させる方法と、流路の一部に液体を溜めておく吐出室を備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底壁とする。この壁は他の壁とも一体形成されているが、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて形状変化させて吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法とがある。

近年、液滴吐出ヘッドが有する各ノズル間の間隔を狭くして高密度化させ、さらに液滴の吐出量を小さくすることで、よりきめ細かな印刷等を可能にし、液滴吐出によって製造される物（対象物）の品質を上げている。高密度になるほど各部材の寸法を高精度で形成しないと、製造された液滴吐出ヘッド間（特に異なるウェハ間で製造された液滴吐出ヘッド）で吐出性能（例えば液滴の吐出速度、吐出量）に大きなばらつきが生じる。対象物の品質を装置間でばらつきを抑え、均一にしようとするためには、各液滴吐出ヘッドの吐出特性のばらつきを抑えることが重要となる。そこで、吐出特性をできる限り均一にするために、部材形成の精度条件を厳しくし、さらに振動板等による駆動条件（回数等）等を装置毎に調整することで、吐出特性のばらつき抑制を図っていた（例えば特許文献１及び２参照）。

特開平１１−２７７３７号公報（図１） 特開２００２−２１１０１１号公報（図１）

通常、液滴吐出ヘッドの各部材の形成寸法は中心寸法（規定寸法）±公差が許容範囲とされている。中心寸法は吐出特性が考慮された上で設定されているが、公差は吐出特性ばかりではなく、加工限界も考慮されて設定されている。そのため、高密度化によって中心寸法が小さくなっても、公差もそれに比例して小さくなるというわけではない。したがって、高密度化が進むと、許容範囲内で形成された部材といっても、例えば、寸法が大きな方（公差のプラス側）に偏った部材で製造した液滴吐出ヘッドと寸法が小さな方（公差のマイナス側）に偏った部材で製造した液滴吐出ヘッドとの吐出特性のばらつきがますます大きくなることが予想される。設計通りの吐出特性に近づけるためには、各部材の形成寸法を中心寸法に近づけることが理想であるが、前述したように非常に困難であるし、それにより製造上の負荷が増大し、生産性にも問題が生じる。

そこで、本発明はこのような状況を解決するため、吐出特性のばらつきを抑え、できる限り均一にするような液滴吐出ヘッドの製造方法等を得ることを目的とする。また、得られた液滴吐出ヘッドを用いて、記録（印刷）する記録装置、生体分子等を吐出してマイクロアレイを製造する装置等を得ることを目的とする。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、部材が形成された複数の基板を積層して接合する液滴吐出ヘッドの製造方法において、形成された部材の寸法に基づいて、吐出性能を均一にするための基板の組み合わせを決定し、決定した基板同士を積層して接合するものである。
本発明においては、形成された部材の寸法に基づいて接合する基板の組み合わせを決定し、積層して接合することにより、寸法の偏りによってヘッド間に生じ得る吐出特性のばらつきを抑えることができる。また、吐出特性を均一にするために駆動条件の調整を行う場合であっても、その調整幅が小さく、容易に調整を行うことができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルと連通する流路内の液体を加圧するために振動する振動板が形成されたキャビティプレートとの組み合わせを、ノズルの孔の径と振動板の厚みとに基づいて決定する工程と、決定したノズルプレートとキャビティプレートとを積層し、接合する工程とを有するものである。
本発明においては、ノズルの孔（液滴の吐出口となる部分）の径と振動板の厚みとに基づいて組み合わせるノズルプレートとキャビティプレートとを決定し、決定したノズルプレートとキャビティプレートとを積層し、接合する。吐出特性に最も影響を及ぼすノズルの孔の径と振動板の厚みとを考慮してノズルプレートとキャビティプレートとを決定し、接合するようにしたので、効果的に吐出特性のばらつきを抑えることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルの孔の径が規定寸法より大きいものと振動板の厚みが規定寸法よりも厚いものとを組み合わせる。
本発明においては、他の条件が同じであれば、ノズルの孔の径が大きいほど吐出量が多くなる傾向があり、振動板の厚みが厚いほど吐出量が少なくなる傾向があることを利用して、ノズルの孔の径が規定寸法より大きいものと振動板の厚みが規定寸法よりも厚いものとを組み合わせて接合する。したがって、振動板の厚み、ノズルの孔の径と吐出量の関係が相まって、吐出特性のばらつきを抑えることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルの孔の径が規定寸法より小さいものと振動板の厚みが規定寸法よりも薄いものとを組み合わせる。
本発明においては、他の条件が同じであれば、ノズルの孔の径が小さいほど吐出量が少なくなる傾向があり、振動板の厚みが薄いほど吐出量が多くなる傾向があることを利用して、ノズルの孔の径が規定寸法より大きいものと振動板の厚みが規定寸法よりも厚いものとを組み合わせて接合する。したがって、振動板の厚み、ノズルの孔の径と吐出量の関係が相まって、吐出特性のばらつきを抑えることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、流路内の液体を加圧するための振動板を有するキャビティプレートと、キャビティプレートに積層して接合され、振動板の厚みとの関係で、吐出性能を均一にするための組み合わせが決定された孔径のノズルを有するノズルプレートとを備えたものである。
本発明においては、流路内の液体をノズルから吐出させるために、振動して液体を加圧する振動板を有するキャビティプレートと、吐出特性との関係において、その振動板の厚みと対応するノズルの孔の径を有するノズルプレートとを備えている。したがって、吐出特性に最も影響を及ぼすノズルの孔の径と振動板の厚みとをうまく組み合わせ、ヘッド間の吐出特性のばらつきを抑えた液滴吐出ヘッドを得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを有し、さらに、液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、ヘッド位置制御信号に基づいて液滴吐出ヘッドを移動させる走査駆動手段と、記録対象となる記録部材と液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段とを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、さらにその液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段、ヘッドを移動させる走査駆動手段、記録対象とヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段とを少なくとも備えることで、各ヘッド間、装置間の吐出特性のばらつきを抑えた液滴吐出装置を得ることができる。また、例えば、各装置間の吐出特性をさらに均一にするために駆動条件の調整を行う場合でも、容易に調整することができる。

また、本発明に係る電界発光表示パネル製造装置は、電界発光素子となる材料を含む液体を吐出する液滴吐出ヘッドとして、上記に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、液滴吐出装置と同様に、さらに液滴吐出ヘッドに発光材料を含む溶液を供給する材料供給手段と、位置制御信号に基づいてインクノズルから表示パネルに向けての溶液の吐出を制御する制御手段とを少なくとも備えている。したがって、各ヘッド間、装置間の吐出特性のばらつきを抑え、各装置とも素子形成のための材料をほぼ均一に成膜することができる。

また、本発明に係る電界発光表示パネル製造装置において、発光材料は有機化合物である。
本発明においては、有機化合物を発光材料とする。したがって、発光特性がよい有機化合物を材料としているので、質のよい有機電界発光表示パネル（ＯＬＥＤ）を得ることができる。

また、本発明に係るマイクロアレイ製造装置は、生体分子を含む液体を吐出する液滴吐出ヘッドとして、上記に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、液滴吐出装置と同様に、さらに液滴吐出ヘッドとマイクロアレイ基板とを相対的に移動させる駆動手段と、液滴吐出ヘッドが有するノズルからマイクロアレイ群に向けての生体分子を含む液体の吐出を制御する制御手段とを少なくとも備えている。したがって、各ヘッド間、装置間の吐出特性のばらつきを抑え、各装置ともアレイ形成のための生体分子を均一に吐出することができる。

また、本発明に係るカラーフィルタ製造装置は、カラーフィルタを形成させる液体を吐出する液滴吐出ヘッドとして、上記に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、液滴吐出装置と同様に、さらに液滴吐出ヘッドにカラーフィルタを形成させる溶液を供給する材料供給手段と、位置制御信号に基づいてインクノズルからカラーフィルタ基板に向けての溶液の吐出を制御する制御手段とを少なくとも備えたものである。したがって、各ヘッド間、装置間の吐出特性のばらつきを抑え、各装置ともフィルタ形成のための液体を均一に吐出することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の第１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１はフェイス型の液滴吐出ヘッドを表している。図１において、第１の基板であるキャビティプレート１は（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板を含め、以下、単にシリコン基板という）で構成されている。キャビティプレート１には、吐出室５となる凹部（底壁が振動板４となる）及び各ノズル共通に吐出する液体を貯めておくためのリザーバ７となる凹部を形成する。これらの凹部はノズルプレート３に形成されるオリフィス６となる細溝と共に液体の流路となり、各部材は流路の一部となる。凹部の形成には、例えば異方性ウェットエッチングによる方法を用いる。リザーバ７はタンク（図示せず）から液体供給口１３を介して供給される液体を貯めておく。また、電極端子１９は電極８と同期し、キャビティプレート１に反対の電荷を供給する。

第２の基板となるガラス基板２は厚さ約１ｍｍであり、図１で見るとキャビティプレート１の下面に接合される。ここで、本実施の形態では、ガラス基板にホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いる。ガラス基板２には、キャビティプレート１に形成される各吐出室５に合わせ、エッチングにより深さ約０．２５μｍの凹部９を設ける。その内部に電極８、リード部１０及び端子部１１（以下、これらを合わせて電極部という）を設ける。本実施の形態では、電極部の材料として、酸化錫を不純物としてドープしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、スパッタリング法により凹部９内に例えば約０．１μｍの厚さで成膜する。したがって、振動板４（後述するＴＥＯＳ絶縁膜１４も含めて）と電極８との間で形成されるギャップ（空隙）Ｇは、約０．１５μｍとなる。ここでは電極部の材料としてＩＴＯを用いるが、例えばクロム等の金属等を材料に用いてもよい。

第３の基板となるノズルプレート３は例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板である。ガラス基板２とは反対の面（図１の場合には上面）でキャビティプレート１と接合している。ノズルプレート３には、吐出室５と連通するノズル１２が形成される。ノズル１２は、後述する図２で示すように、テーパ状に近づけるために２段で構成しており、内側（キャビティプレート１と接合される側）の径が外側の径（これはノズルプレート３の外面にある液滴の吐出口となるノズル孔１２Ａの径と同じである）よりも大きい。これは、液体流れの整流作用により、液体の直進性を高めるためである。また、内側の面（図１の場合には下面）にはオリフィス６となる細溝を設け、吐出室５となる凹部とリザーバ７となる凹部とを連通させる。１８はダイヤフラムである。なお、ここではノズル１２を有するノズルプレート３を上面とし、ガラス基板２を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズルプレート３の方がガラス基板２よりも下面となることが多い。

図２は液滴吐出ヘッドの側面からの断面図である。ノズル１２のノズル孔１２Ａから吐出させる液体を吐出室５で貯めておき、吐出室５の底壁である振動板４を撓ませることにより、吐出室５内の圧力を高め、ノズル孔１２Ａから液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態の振動板４は、高濃度のボロンドープ層で構成されている。これはアルカリ性水溶液でシリコンの異方性ウェットエッチングを行った場合、高濃度（約５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上）のボロン拡散領域で極端にエッチングレートが小さくなることを利用して振動板４の厚みをできる限り均一にするためである。また、振動板の剛性を調整する役割も果たす。具体的には、吐出室５となる凹部を異方性ウェットエッチング法で形成する場合に、ボロンドープ層においてエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板４の厚さ、吐出室５の容積を高精度に形成する。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態とし、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。また、キャビティプレート１の少なくとも下面（ガラス基板２と対向する面）には、例えばＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）を用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法による絶縁膜を０．１μｍ成膜する（以下、この膜をＴＥＯＳ絶縁膜１４という）。これは、液滴吐出ヘッド（振動板４）を振動（駆動）させた時の絶縁破壊及び短絡を防止するためである。

１５は、ワイヤ２１を介して端子部１１と接続され、電極８に電荷の供給及び停止を制御する発振回路である。発振回路１５は例えば２０ｋＨｚで発振し、電極８に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。この発振回路１５が駆動し、電極８に電荷を供給して正に帯電させると、振動板４は負に帯電し、静電気力により電極８に引き寄せられて撓む。これにより吐出室５の容積は広がる。そして、電極８への電荷供給を止めると振動板５は元に戻るが、そのとき吐出室５の容積も元に戻るから、その圧力により液滴１６が吐出し、例えば記録対象となる記録紙１７に着弾することによって記録が行われる。また、キャビティプレート１のシリコン基板と発振回路１５とは、電極端子１９を介して電気的に接続される。また、２２は電極８の部分に異物等が混入しないようにするための封止部である。

図３は液滴吐出ヘッドを構成する部材の主要な諸元値例を表す図である。図３では形成寸法によって３通りに分けられた液滴吐出ヘッドの諸元値について示している。ここで示す吐出量の値は吐出する液体の種類によっても異なるが、この諸元値は同種類の液体を用いた場合が想定されている。図３で示されている諸元値の中でも、吐出特性に最も影響を与えるのが振動板４の厚みとノズル１２のノズル孔１２Ａの径である。振動板４の厚みは、振動板４の剛性、それによる変形に影響し、ひいては吐出液体へに加える圧力に影響を与える。またノズル１２に形成されたノズル孔１２Ａの径は、液体が形成するメニスカスの大きさ等に影響を与える。この２つの諸元値については、形成寸法が少しずれただけでも、吐出特性（特に吐出量）が大きく異なるため、加工時には、作製条件を厳しくし、公差も小さくしている。また、振動板４の厚み及びノズル１２のノズル孔１２Ａの径は他の部材に比べると中心寸法も小さい。つまり、それだけ薄く、小さく形成しなければならない上に、公差も小さいので、その分、加工がさらに厳しくなる。とはいえ、他の部材の中心寸法に対する公差の割合と比べると大きい（許容範囲の割合が広くなる）。つまり、吐出特性との関係で最も厳しい加工をしなければならない振動板４の厚みとノズル孔１２Ａの径とが、加工限界等の制約で許容範囲が広くならざるを得ないことになる。

図４は振動板４の厚みと吐出量との関係を表す図である。ここでは、吐出室５の長さ（長手方向）を３．１ｍｍ、吐出室５の高さ（深さ）を１３９．２μｍ、電極８とキャビティプレート１との間に印加する駆動電圧を３０Ｖ、ギャップＧを０．１３μｍ、ノズル孔１２Ａの径を１７μｍとした場合の関係を表している。図４から考えると、一般に、許容範囲内においては振動板４の厚さが厚いほど吐出量が少ない。逆に薄いほど吐出量が多い傾向がある。

図５はノズル孔１２Ａの径と吐出量との関係を表す図である。ここでは、振動板４の厚みを０．８５μｍ、吐出室５の長さ（長手方向）を３．１ｍｍ、吐出室５の高さ（深さ）を１３９．２μｍ、電極８とキャビティプレート１との間に印加する駆動電圧を３０Ｖ、ギャップＧを０．１３μｍとした場合の関係を表している。図５から考えると、一般に、許容範囲内においてはノズル１２のノズル孔１２Ａの径が大きいほど吐出量が多い。逆に小さいほど吐出量が少ない傾向がある。なお、図４及び図５の数値は傾向を示すものであり、吐出量の値は吐出する液体の種類によっても異なる。

図１のように、通常、液滴吐出ヘッドは３つの基板を重ね合わせた３層構造になっている。そのため、ノズル１２を形成したノズルプレート３と振動板４を形成したキャビティプレート１とを別個に作製した後に接合することができる。そこで、本実施の形態では、図４及び５に見られるような傾向を鑑み、従来、許容範囲内の寸法で形成されたノズルプレート３とキャビティプレート１とを区別なく接合していたのを、振動板４が厚く形成されたキャビティプレート１とノズル孔１２Ａの径が大きいノズルプレート３とを接合して液滴吐出ヘッドを製造するようにする。また、振動板４が薄く形成されたキャビティプレート１とノズル孔１２Ａの径が小さいノズルプレート３とを接合して液滴吐出ヘッドを製造するようにする。このようにして、互いのプレートは中心寸法で作製されたものでなくても、最終的に製造された液滴吐出ヘッド全体としてばらつきを抑え、各ヘッドの吐出特性を所望のものに近づけるようにする。

図６は第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドのキャビティプレート１の作製工程を表す図である。図６に基づいてキャビティプレート１をはじめとする液滴吐出ヘッド製造例について説明する。なお、実際には、シリコンウェハにより複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を形成することとなるが、図６ではその一部分だけを表して説明する。

まず、キャビティプレート１となるシリコン基板５１（この時点では、通常ウェハ状である）の両面を研磨し、厚さを１４０μｍにする。そして、シリコン基板５１に付着した微小パーティクル（粒子等、大気中の浮遊物、人体からの発塵等）を洗浄するためのＳＣ−１洗浄（アンモニア水と過酸化水素水の混合液による洗浄）及びシリコン基板５１に付着した金属を洗浄するためのＳＣ−２洗浄（塩酸と過酸化水素水の混合液による洗浄）のコンビネーション洗浄を行い、加工精度に影響を与える異物の除去を行う（図６（ａ））。ここで、特にパーティクルや金属を除去できるのであれば、洗浄方法はＳＣ−１洗浄やＳＣ−２洗浄に限る必要はない。

洗浄した後、シリコン基板５１を熱酸化炉に入れ、酸素及び水蒸気雰囲気中で例えば摂氏１０７５℃、４時間の条件で熱酸化処理を施してシリコン基板５１表面に１．２μｍの酸化膜５２を成膜する（図６（ｂ））。ここで、シリコン基板５１を熱酸化炉内に投入し、取出しするタイミングは、熱酸化炉内が摂氏８００℃（又はそれ以上）の時に行う。その後、シリコン基板５１膜側に、吐出室５及びリザーバ７を形成するためのレジストパターニングを施す。そして、フッ酸系エッチング液で酸化膜５２のエッチングを行う。その後、レジストを剥離するとパターニングされた酸化膜５２ができる（図６（ｃ））。

次にボロンドーブ層を形成する面５３（以下、面５３という）に成膜されている酸化膜５２を剥離する。そこで、面５３の反対の面５４（以下、裏面５４という）にレジストをコーティングする。そのレジストを保護膜として、面５３側の酸化膜５２をフッ酸系エッチング液でエッチングする。その後、レジストを剥離する（図６（ｄ））。

面５３に付着している異物を除去するため、再度ＳＣ−１洗浄及びＳＣ−２洗浄を行った後、面５３をＢ₂ Ｏ₃ を主成分とする固体の拡散源に対向させ、石英ボードにセットする。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て温度を摂氏１０５０℃に上昇させて６時間保持し、ボロン（ホウ素）をシリコン基板５１中に拡散させ、ボロンドーブ層５５（ボロンの濃度は、１．０×１０²⁰ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3である。）を形成する（図６（ｅ））。ここでも、シリコン基板５１を炉内に投入し、取出しするタイミングは、炉内の温度が摂氏８００℃（又はそれ以上）の時に行う。

ボロンドーブ層５５のシリコン基板５１表面にはボロン化合物が形成される。これを酸素及び水蒸気雰囲気中において、例えば摂氏６００℃の条件で１時間３０分酸化させ、Ｂ₂ Ｏ₃ ＋ＳｉＯ₂ に化学変化させる。Ｂ₂ Ｏ₃ ＋ＳｉＯ₂ となることにより、フッ酸水溶液でのエッチングを行うことができる。そして、裏面５４に保護膜となるレジストをコーティングした後、Ｂ₂ Ｏ₃ ＋ＳｉＯ₂ をフッ酸水溶液でエッチングして除去する。その後レジストを剥離する。

次に、プラズマＣＶＤにより、成膜時の処理温度が摂氏３６０℃、高周波出力が７００Ｗ、圧力が３３．３Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）、ガス流量がＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で保護膜をボロンドープ層表面に３．０μｍ成膜する（図６（ｆ））。そして、シリコン基板５１を３５重量パーセントの濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸し、パターニングしていない部分の厚さが約１０μｍになるまでウェットエッチングを行う（図６（ｇ））。その後、さらにシリコン基板５１を３重量パーセントの濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドーブ層５５が現れてエッチングストップとみなすことができるまでエッチングを続ける（図６（ｈ））。このボロンドーブ層５５が、吐出室５の振動板４となる。このように２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、振動板４の面荒れを抑制することができる。

そして、フッ酸水溶液で酸化膜５２をエッチングする（図６（ｉ））。次に圧力が６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、Ｏ₂ 流量が１０００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）、高周波出力が２５０Ｗ、処理温度が摂氏３６０℃、処理時時間が１分間の条件でＯ₂ プラズマ処理を施す。その後、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ絶縁膜１４をシリコン基板５１全面に成膜する。成膜時の処理温度が摂氏３６０℃、高周波出力が２５０Ｗ、圧力が６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量が、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で０．１μｍ成膜する（図６（ｊ））。このようにＴＥＯＳ絶縁膜１４成膜前にＯ₂ プラズマ処理を施すことにより、シリコン基板５１表面がクリーニングされ、ＴＥＯＳ絶縁膜１４の絶縁耐圧の均一性を向上させることができる。その後、窒素雰囲気中、処理温度が摂氏１０００℃、処理時間が１時間の条件でＴＥＯＳ絶縁膜１４上にアニール処理を施す。アニール処理を行い、高温にさらすことでＴＥＯＳ絶縁膜１４の緻密性を向上させ、絶縁耐圧をさらに向上させることができる。

次にガラス基板２の作製について説明する。まず、ガラス基板２の表面にＣｒの膜を０．０３μｍ形成する。その上に、さらにＡｕの膜を０．０７μｍ形成する。そして、その膜の上にキャビティプレート１の振動板４とほぼ同じ間隔、形状になるような凹部９や電極部の溝を設けるためのフォトレジストパターンを形成する。その後、ヨウ素ヨウ化カリウム等のＡｕエッチング液及び硝酸第２セリウムアンモニウム等のＣｒエッチング液でエッチングを行う。このエッチングにより露出しているＡｕ／Ｃｒの膜は除去される。その後、フォトレジストパターンを除去し、フッ酸系エッチング液でエッチングを行うと、ガラス基板２のＡｕ／Ｃｒの膜を除去した部分がエッチングされ、凹部９が形成される。その後、ヨウ素ヨウ化カリウム等のＡｕエッチング液及び硝酸第２セリウムアンモニウム等のＣｒエッチング液でエッチングを行い、Ａｕ／Ｃｒの膜を完全に除去した後、スパッタ法によるスパッタリングを行って、電極部となるＩＴＯを成膜する。そして電極部の溝内部にのみＩＴＯを残すためのフォトレジストパターンを形成し、硝酸と塩酸の混合液でＩＴＯのエッチングを行う。

次にノズルプレート３の作製について説明する。シリコン基板に、成膜した酸化膜にパターニングを行う。ここで、ノズルを２段階で形成するために、ハーフエッチングを行う。そして、ＩＣＰドライエッチング又は上記のようなウェットエッチングを施すことにより、吐出室５の位置に合わせて２段のノズル１２を形成し、ノズル孔１２Ａを開ける。また、ノズル形成と同時又は別のエッチング工程によってオリフィス６となる細溝及びダイヤフラム１８を形成する。

このようにして作製したキャビティプレート１、ガラス基板２及びノズルプレート３を接合する。キャビティプレート１とノズルプレート３とを接合する際には、前述したように、振動板４が厚く形成されたキャビティプレート１とノズル孔１２Ａの径が大きいノズルプレート３とを組み合わせ、また、振動板４が薄く形成されたキャビティプレート１とノズル孔１２Ａの径が小さいノズルプレート３とを組み合わせて、所定の吐出特性にできるだけ近づけるようにして接合する。各諸元値（特にキャビティプレート１における振動板４の厚み、ノズルプレート３におけるノズル孔１２Ａの径）は各部材形成後に行う検査で計測されるので、適切なプレートを選択して接合することができる。

接合して得られた接合体をダイシングによって切断し、さらに、発信回路１５と端子部１１、電極端子１９とをワイヤ２１で電気的に接続して液滴吐出ヘッドができる。また、電極８に異物等が混入して駆動に影響を与えないように、封止部２２で封止を行う。ここで、上述の製造方法は一例であり、例えばキャビティプレート１と電極基板２とを先に接合させた上で、キャビティプレート１上の部材形成を行うような工程で液滴吐出ヘッドを製造してもよい。

以上のように第１の実施の形態によれば、吐出特性のばらつきを抑えるように配慮した上で、キャビティプレート１とノズルプレート３との組み合わせを決定し、接合して液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、吐出特性のばらつきを抑えることができる。また、吐出特性を均一にするために駆動条件の調整を行う場合であっても、その調整幅が小さく、容易に調整を行うことができる。そして、その際、振動板４の厚さが中心寸法よりも厚く形成されたキャビティプレート１とノズル孔１２Ａの径の大きさが中心寸法よりも大きく形成されたノズルプレート３とを組み合わせ、振動板４の厚さが中心寸法よりも薄く形成されたキャビティプレート１とノズル孔１２Ａの径の大きさが中心寸法よりも小さく形成されたノズルプレート３とを組み合わせるようにすることで、より効率よくばらつきを抑えることができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態では、フェイス吐出型の液滴吐出ヘッドについて説明したが、本発明ではこれに限定するものでなく、液滴吐出ヘッドの側面からの吐出を行う、いわゆるエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。

また、上述の実施の形態では、キャビティプレート１とノズルプレート３との組み合わせについて決定したが、電極基板２において、例えば、凹部９の深さ、電極８の厚さ等に基づいて組み合わせを考慮するようにしてもよい。

実施の形態３．
図７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一例である記録（印刷）装置の主要な構成手段を表す図である。この液滴吐出装置はいわゆるシリアル型の装置である。図７において、装置は、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１１１と、プリント紙１１０に液体を吐出し、記録を行う、上述の実施の形態で説明した液滴吐出ヘッド１１２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１１２に液体を供給するための液体タンクがある。プリント紙１１０は、ドラム１１１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１１３により、ドラム１１１に圧着して保持される。そして、送りネジ１１４がドラム１１１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１１２が保持されている。送りネジ１１４が回転することによって液滴吐出ヘッド１１２がドラム１１１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム１１１は、ベルト１１５等を介してモータ１１６により回転駆動される。また、プリント制御手段１１７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１１４、モータ１１６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、液滴吐出ヘッド１１２に接続された発振回路を駆動させて振動板を振動させる制御をしながら印刷を行わせる。

以上のように第３の実施の形態によれば、上述の実施の形態１及び２の液滴吐出ヘッドを用いて装置を構成するようにしたので、各装置間での吐出特性のばらつきを抑え、均一にすることができる。そのため、例えば着弾ずれ、スポット径のばらつきを小さくすることができる。また、吐出特性を均一にするため、液滴吐出ヘッドの駆動条件を調整する場合にも、ばらつきが小さいので調整を容易に行うことができる。

実施の形態４．
上記の第３の実施の形態では、本発明の液滴吐出ヘッドを備えた印刷装置によりインク吐出による印刷の例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明の液滴吐出ヘッドを電界発光表示パネル製造装置に備え、有機又は無機の電界発光素子となる材料を含んだ液体をこの液滴吐出ヘッドにより表示パネル上に吐出させ、定着させることにより電界発光表示パネルを製造することができる。ここで、高分子の材料では蒸着法を用いることができないので、液滴吐出による製造が特に有効である。また、生体分子を含む溶液を吐出する装置に、この液滴吐出ヘッドを溶液吐出のために備えることにより、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、タンパク質等の生体分子のマイクロアレイを製造したり、生体に関する検査をしたりするための装置を得ることができる。また、液晶等を用いた表示装置に用いられるカラーフィルタの製造装置を得ることができる。これらの装置は、業務用途として使われることが多い関係上、特に各ノズル間の吐出特性のばらつきが少ないことが要求されるが、本発明の液滴吐出ヘッドを備えたこれらの装置はその要求を満たすことができる。また、染料の吐出等、他のあらゆる工業用途、家庭用途に、上述の実施の形態の液滴吐出ヘッドを備えた装置を用いることができる。

液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。 液滴吐出ヘッドの側面からの断面図である。 液滴吐出ヘッドを構成する部材の主要な諸元値例を表す図である。 振動板４の厚みと吐出量との関係を表す図である。 ノズル孔１２Ａの径と吐出量との関係を表す図である。 液滴吐出ヘッドのキャビティプレート１の作製工程を表す図である。 液滴吐出装置の主要な構成手段を表す図である。

符号の説明

１ キャビティプレート、２ ガラス基板、３ ノズルプレート、４ 振動板、５ 吐出室、６ オリフィス、７ リザーバ、８ 電極、９ 凹部、１０ リード部、１１ 端子部、１２ ノズル、１２Ａ ノズル孔、１３ 液体供給口、１４ 絶縁膜、１５ 発振回路、１６ 液滴、１７ 記録紙、１８ ダイヤフラム、１９ 電極端子、２１ ワイヤ、２２ 封止部、５１ シリコン基板、５２ 酸化膜、５３ 面、５４ 裏面、５５ ボロンドープ層、１１０ プリント紙、１１１ ドラム、１１２ 液滴吐出ヘッド、１１３ 紙圧着ローラ、１１４ 送りネジ、１１５ ベルト、１１６ モータ、１１７ プリント制御手段

Claims (10)

1. 部材が形成された複数の基板を積層して接合する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
   形成された部材の寸法に基づいて、吐出性能を均一にするための基板の組み合わせを決定し、決定した基板同士を積層し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。
2. ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルと連通する流路内の液体を加圧するために振動する振動板が形成されたキャビティプレートとの組み合わせを、前記ノズルの孔の径と振動板の厚みとに基づいて決定する工程と、
   決定したノズルプレートとキャビティプレートとを積層し、接合する工程と
   を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記ノズルの孔の径が規定寸法より大きいものと振動板の厚みが規定寸法よりも厚いものとを組み合わせる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。
4. 前記ノズルの孔の径が規定寸法より小さいものと振動板の厚みが規定寸法よりも薄いものとを組み合わせる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。
5. 流路内の液体を加圧するための振動板を有するキャビティプレートと、
   該キャビティプレートに積層して接合され、前記振動板の厚みとの関係で、吐出性能を均一にするための組み合わせが決定された孔径のノズルを有するノズルプレートと
   を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを有し、
   該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、
   ヘッド位置制御信号に基づいて前記液滴吐出ヘッドを移動させる走査駆動手段と、
   記録対象となる記録部材と前記液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段と
   を少なくとも備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
7. 電界発光素子となる材料を含む液体を液滴吐出ヘッドから吐出し、パネルに形成する電界発光表示パネル製造装置において、
   前記液滴吐出ヘッドとして、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする電界発光表示パネル製造装置。
8. 前記電界発光素子となる材料は、有機化合物であることを特徴とする請求項７記載の電界発光表示パネル製造装置。
9. 生体分子を含む液体を液滴吐出ヘッドから吐出し、アレイに形成するマイクロアレイ製造装置において、
   前記液滴吐出ヘッドとして、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたことを特徴とするマイクロアレイ製造装置。
10. カラーフィルタを形成する液体を液滴吐出ヘッドから基板へ吐出し、フィルタ基板に形成するカラーフィルタ製造装置において、
    前記液滴吐出ヘッドとして、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたことを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
    

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