JP2006263933A

JP2006263933A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置

Info

Publication number: JP2006263933A
Application number: JP2005081180A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Matsushita; 友紀松下; Yasushi Matsuno; 靖史松野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】駆動性能及び耐久性の高い液滴吐出ヘッド及び対向電極にダメージを与えず駆
動性能の高い液滴吐出ヘッドを製造できる製造方法等を提供する。
【解決手段】振動板１４が形成されるキャビティ基板１１と、振動板１４とギャップを
隔てて対向し、振動板１４を静電気力によって駆動する対向電極１８と、キャビティ基板
１１の対向電極１８と対向する側の面に形成された絶縁膜３１とを備え、絶縁膜３１には
開口部３１ａ、３１ｂを設け、キャビティ基板１１には、ギャップを封止するための封止
用貫通孔２７が設けられ、絶縁膜３１が、金属酸化物又は金属窒化物からなるものである
。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置に関し、特に駆動性能
及び耐久性が高い液滴吐出ヘッド及びこの液滴吐出ヘッドを製造するのに適した製造方法
並びにこの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置に関する。

従来のインクジェットヘッド及びその製造方法では、シリコンからなる振動板基板（キ
ャビティ基板）と電極ガラス基板（電極基板）を接合した後に振動板基板を機械研削等に
より薄板化して、その後振動板基板にキャビティ等となる凹部をエッチングにより形成す
るようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

また従来のインクジェットヘッドの製造方法では、振動板等の形成される第一基板と個
別電極等の形成された第二基板を陽極接合し、第一基板をエッチングして振動板及びコン
タクト部の部分を薄くした後に、コンタクト部をドライエッチングすることによりコンタ
クト部を開口して、各個別電極用電圧印加端子部を露出させるようにしていた（例えば、
特許文献２参照）。
特開平１１−９９３号公報（図１、図３、図４）特開２００１−６３０７２号公報（図１、図７）

従来のインクジェットヘッドの製造方法では（例えば、特許文献２参照）、薄板化され
たコンタクト部がシリコンのみから形成されているため、コンタクト部をドライエッチン
グで開口するときにＣＦ系ガス（Ｃ_xＦ_y）を用いることが可能である。しかし、振動板に
比誘電率の高い金属酸化物又は金属窒化物からなる絶縁膜が形成されている場合には、Ｃ
Ｆ系ガスによるドライエッチングで絶縁膜の除去ができないという問題点があった。

例えば振動板に酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる絶縁膜が形成されている場合に
は、塩素系ガスでドライエッチングすることにより絶縁膜の除去が可能であるが、コンタ
クト部が開口したときにＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等からなる個別電
極（対向電極）が塩素系ガスに暴露されて、個別電極がダメージを受けてしまうという問
題点があった。
またアルゴン等を用いた逆スパッタによって酸化アルミニウムからなる絶縁膜を除去す
ることも可能であるが、塩素系ガスでドライエッチングする場合と同様に、コンタクト部
が開口したときにＩＴＯ等からなる個別電極がアルゴン等に暴露されてダメージを受けて
しまうという問題点があった。

本発明は、駆動性能及び耐久性の高い液滴吐出ヘッド及び上記のように対向電極にダメ
ージを与えず駆動性能の高い液滴吐出ヘッドを製造できる製造方法並びに本発明に係る液
滴吐出ヘッドを搭載した印字性能等の高い液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板が形成されるキャビティ基板と、振動板とギャ
ップを隔てて対向し、振動板を静電気力によって駆動する対向電極と、キャビティ基板の
対向電極と対向する側の面に形成された絶縁膜とを備え、キャビティ基板には、ギャップ
を封止するための封止用貫通孔が設けられ、絶縁膜が、金属酸化物又は金属窒化物からな
るものである。
キャビティ基板に設けられた封止用貫通孔から封止材等を堆積して封止部を形成するこ
とにより、振動板と絶縁膜の間のギャップを封止することができる。これにより、ギャッ
プ内に水分等が入り込むのを防止することができ、駆動性能及び耐久性の高い液滴吐出ヘ
ッドを得ることができる。また例えば、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉ
ｃａｔｅ）からなる封止部を形成すれば、封止部を形成するＴＥＯＳがギャップの奥まで
入り込むことがないため、封止代を小さくすることができ、液滴吐出ヘッドを平面的に小
型化することが可能となる。
さらに、絶縁膜が比誘電率の高い金属酸化物又は金属窒化物から構成されているため、
振動板にかかる静電力を高くすることができ、液滴吐出ヘッドの駆動性能を向上させるこ
とが可能となる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、封止用貫通孔に封止部が形成され、該封止部によ
ってギャップが封止されているものである。
キャビティ基板に設けられた封止用貫通孔に封止部を形成することにより、ギャップ内
に水分等が入り込むのを確実に防止することが可能となる。また上記のように、封止部を
ＴＥＯＳ等で形成すれば、封止代を小さくすることができ、液滴吐出ヘッドを平面的に小
型化することが可能となる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板及び対向電極の組が複数組並列して配置さ
れ、封止用貫通孔が対向電極の長手方向に直交する方向に延びるように単一に形成されて
おり、振動板及び対向電極の間のギャップが、封止部によって一括して封止されているも
のである。
封止用貫通孔を対向電極の長手方向に直交する方向に延びるように単一に形成し、振動
板及び対向電極の間のギャップを封止部によって一括して封止するようにすれば、封止用
貫通孔をキャビティ基板に容易に形成することができ、また上記のようなＴＥＯＳ等から
なる封止部を容易に形成することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の絶縁膜が、酸化アルミニウム、酸化ジルコ
ニウム、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム又は五酸化タンタルからなるものである。
絶縁膜を比誘電率の高い酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、窒化
アルミニウム又は五酸化タンタルから構成することにより、振動板にかかる静電力を高く
することができ、液滴吐出ヘッドの駆動性能を向上させることが可能となる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の絶縁膜が、封止用貫通孔がギャップに連通
する部分に開口部を有し、該開口部は、封止用貫通孔がギャップに連通する部分よりも狭
く形成されているものである。
絶縁膜の開口部を、封止用貫通孔がギャップに連通する部分よりも狭く形成することに
より、キャビティ基板と対向電極が接触してショートするのを確実に防止することができ
る。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴が吐出されるノズルが形成され、キャビティ
基板に接合されるノズル基板を備え、キャビティ基板が、ノズル基板と接合されていない
露出部を有し、封止用貫通孔が、露出部に形成されているものである。
キャビティ基板がノズル基板と接合されていない露出部をするため、露出部に封止用貫
通孔を容易に設けることができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板の表面に絶縁膜を形成する工
程と、該絶縁膜に開口部を形成する工程と、シリコン基板と対向電極が形成された電極基
板を、絶縁膜と対向電極がギャップを隔てて対向するように接合する工程と、該電極基板
が接合されたシリコン基板をエッチングして、封止用貫通孔となる凹部を形成する工程と
、絶縁膜の開口部において封止用貫通孔がギャップと連通するように、封止用貫通孔とな
る凹部を加工して封止用貫通孔を貫通させる工程とを有するものである。
絶縁膜に開口部を形成し、この開口部の部分で封止用貫通孔がギャップと連通するよう
にすれば、例えば絶縁膜が金属酸化物や金属窒化物から構成されていても、ＣＦ系ガスに
よるドライエッチングで封止用貫通孔を貫通させることができ、ＩＴＯ等からなる対向電
極がダメージを受けるのを防止することができる。
またシリコン基板と電極基板を接合した後にシリコン基板をエッチングするため、シリ
コン基板が割れたり欠けたりするのを低減することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板が接合されたシリコン基板を
エッチングして、電極取出し部となる凹部を形成する工程と、絶縁膜の開口部において電
極取出し部が形成されるように、電極取出し部となる凹部を加工して電極取出し部の部分
のシリコン基板を除去する工程とを有するものである。
絶縁膜の開口部の部分に電極取出し部を形成するため、電極取出し部の部分のシリコン
基板を除去する際に、ＣＦ系ガスによるドライエッチングを用いることができ、ＩＴＯ等
からなる対向電極がダメージを受けるのを防止することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板が接合されたシリコン基板を
エッチングして、封止用貫通孔となる凹部を形成する工程と、電極基板が接合されたシリ
コン基板をエッチングして、電極取出し部となる凹部を形成する工程を同時に行うもので
ある。
封止用貫通孔となる凹部及び電極取出し部となる凹部を同時に形成するようにすれば、
製造工程を簡略化することができ、加工時間を短縮することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板が接合されたシリコン基板を
エッチングして、封止用貫通孔となる凹部を形成する工程と、電極基板が接合されたシリ
コン基板をエッチングして、電極取出し部となる凹部を形成する工程を、ウェットエッチ
ングで行うものである。
例えば水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングによって封止用貫通孔となる凹
部及び電極取出し部となる凹部を形成するようにすれば、これらの凹部を容易に形成する
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、封止用貫通孔となる凹部を加工して封
止用貫通孔を貫通させる工程と、電極取出し部となる凹部を加工して電極取出し部の部分
のシリコン基板を除去する工程を、ＲＩＥによるドライエッチングで行うものである。
封止用貫通孔を貫通させる工程及び電極取出し部の部分のシリコン基板を除去する工程
をＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によるドライエッチングで行う
ことにより、薄膜化されたシリコンをきれいに除去することができる。またＣＦ系のエッ
チングガスを用いることにより、対向電極にダメージを与えることを防止することができ
る。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板と電極基板を接合する工
程の後に、シリコン基板を薄板化する工程を有するものである。
シリコン基板と電極基板を接合した後にシリコン基板を薄板化するため、薄いシリコン
基板を単体で扱う工程がなくなり、シリコン基板が割れたり欠けたりするのを防止するこ
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、上記の開口部を、封止用貫通孔がギャ
ップに連通する部分よりも狭く形成するものである。
絶縁膜の開口部を、封止用貫通孔がギャップに連通する部分よりも狭く形成することに
より、キャビティ基板と対向電極が接触してショートするのを確実に防止することができ
る。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、絶縁膜を、酸化アルミニウム、酸化ジ
ルコニウム、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム又は五酸化タンタルから形成するもので
ある。
絶縁膜を比誘電率の高い酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、窒化
アルミニウム又は五酸化タンタルから構成することにより、振動板にかかる静電力を高く
することができ、液滴吐出ヘッドの駆動性能を向上させることが可能となる。

本発明に係る液滴吐出装置は、上記のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載しているもので
ある。
上記の駆動性能及び耐久性の高い液滴吐出ヘッドを搭載しているため、印字性能及び耐
久性の高い液滴吐出装置を得ることができる。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、一部を断面図
で示している。また図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図
である。なお図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドは、ノズル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ものであり、また静電気力により
駆動される静電駆動方式のものである。
図１に示すように本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１０は、主にキャビティ基板１１
、電極基板１２及びノズル基板１３から構成されている。キャビティ基板１１の一方の面
には電極基板１２が接合されており、キャビティ基板１１の他方の面にはノズル基板１３
が接合されている（図２参照）。

キャビティ基板１１は、例えばシリコンからなり、底壁を振動板１４とする吐出室１５
となる凹部１５ａと、各々の吐出室１５に液滴を供給するためのリザーバ１７となる凹部
１７ａが形成されている。なお本実施形態１では、キャビティ基板１１は単結晶シリコン
からなるものとする。
本実施形態１では、キャビティ基板１１の対向電極１８（後に説明する）に対向する側
の面に、比誘電率の高い酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる絶縁膜３１を例えば厚さ
０．１μｍで形成している（図２参照）。これは、振動板１４の駆動時における絶縁破壊
及びショートを防止するためのものであり、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃｈａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎ
ａｎｃｅ）スパッタ等によって形成することができる。なお酸化アルミニウムの他に、比
誘電率の高い金属酸化物の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、
五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）若しくは比誘電率の高い金属窒化物の窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）等で絶縁膜３１を形成するようにしてもよい。これにより、振動板１４にかかる静
電力を高くすることができ、液滴吐出ヘッド１０の駆動性能を向上させることが可能とな
る。
またキャビティ基板１１の、吐出室１５となる凹部１５ａ及びリザーバ１７となる凹部
１７ａが形成されている面には、ＴＥＯＳ等からなる液滴保護膜（図示せず）を例えば厚
さ０．１μｍで形成している。これは、インク等の液滴によるキャビティ基板１１のエッ
チングを防止するためのものである。

キャビティ基板１１に接合される電極基板１２は、例えばホウ珪酸ガラスや単結晶シリ
コンを使用する。電極基板１２がホウ珪酸ガラスからなる場合には、キャビティ基板１１
と電極基板１２の接合は陽極接合により行う。また電極基板１２が単結晶シリコンからな
る場合には、キャビティ基板１１と電極基板１２の接合は直接接合により行うことができ
る。
電極基板１２には、対向電極１８を装着するための凹部１９を例えば０．３μｍエッチ
ングすることにより、振動板１４と対向電極１８を対向配置させるためのギャップＧ（図
２参照）を形成している。この凹部１９は、その内部に対向電極１８の駆動部１８ａ、リ
ード部１８ｂ及び端子部１８ｃを装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめ
の形状にパターン形成されている。対向電極１８は、凹部１９の内部に例えばＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を０．１μｍの厚さでスパッタし、電極パターンを形
成することで作製される。上記の例では、キャビティ基板１１と電極基板１２を接合した
後のギャップＧの長さは０．２μｍとなる。

またキャビティ基板１１に接合されるノズル基板１３は、例えば厚さ１００μｍのシリ
コン基板を用い、ノズル基板１３の表面に個々の吐出室１５と連通するノズル孔２２を設
け、さらに吐出室１５とリザーバ１７を連通するオリフィス１６となる細溝１６ａを設け
る。なお、このオリフィス１６となる細溝１６ａは、キャビティ基板１１に設けるように
してもよい。なお本実施形態１では、ノズル孔２２が単純な円筒状となっているが、イン
ク等の液滴の直進性を向上させるために２段形状にするようにしてもよい。

ここで図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの動作について説明する。対向電極１８に発
信回路（図示せず）によって、０Ｖから２４Ｖ程度のパルス電圧を印加し対向電極１８が
プラスに帯電すると、対応する振動板１４はマイナスに帯電し、振動板１４は静電気力に
よって対向電極１８側に吸引されて撓む。次にパルス電圧をオフにすると、振動板１４に
かけられた静電気力がなくなり振動板１４は復元する。このとき、吐出室１５の内部の圧
力が急激に上昇し、ノズル孔２２からインク等の液滴が吐出されることとなる。そして再
びパルス電圧が印加され、振動板１４が対向電極１８側に撓むことにより、液滴がリザー
バ１７よりオリフィス１６を通じて吐出室１５内に補給される。
なおキャビティ基板１１と発信回路との接続は、ドライエッチングによりキャビティ基
板１１の一部に開けられた共通電極（図示せず）で行われる。また液滴吐出ヘッド１０の
リザーバ１７への液滴の供給は、電極基板１２及びキャビティ基板１１に形成された液滴
供給口２３から行われる。

本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１０では、絶縁膜３１と対向電極１８の間はギャッ
プＧとなっている（図２参照）。なおギャップＧは絶縁膜３１と対向電極１８との間の空
隙であり、電極取出し部２４側まで伸びている。なお電極取出し部２４は、対向電極１８
と駆動回路を接続する部分である。
また本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１０では、キャビティ基板１１のノズル基板１
３が接合されている側の面にノズル基板１３と接合されていない露出部２５を有し、この
露出部２５にはギャップＧを封止する封止部２６を形成するための封止用貫通穴２７が設
けられている。この封止用貫通穴２７は、キャビティ基板２を上面側から下面側に貫通す
るように形成されている。
封止部２６は、上記のようにギャップＧに水分等が入り込んで振動板１４の底面や対向
電極１８の表面に水分が付着することにより、静電吸引力及び静電反発力が低下するのを
防止するためのものである。なお封止部２６は、例えばＴＥＯＳ−ＣＶＤで封止用貫通孔
２７からＴＥＯＳを封止用貫通孔１７の内部に堆積させることにより形成することができ
る。
本実施形態１では図１に示すように、振動板１４及び対向電極１８の組が複数組並列し
て配置され、封止用貫通孔２７が対向電極１８の長手方向に直交する方向に延びるように
単一に形成されており、振動板１４（絶縁膜３１）及び対向電極１８の間のギャップＧが
封止部２６によって一括して封止されている。このような構成の封止用貫通孔２７は、キ
ャビティ基板１１に容易に形成することができ、また上記のようなＴＥＯＳ等からなる封
止部２６を容易に形成することが可能となる。

図３は、封止用貫通孔２７の周辺部を示す縦断面図である。なお図３では、封止部２６
を省略して示している。
図３に示すように絶縁膜３１には開口部３１ａが形成されており、この開口部３１ａの
部分で封止用貫通孔２７がギャップＧに連通するようになっている。本実施形態１では図
３に示すように、絶縁膜３１の開口部３１ａが封止用貫通孔２７のギャップＧに連通する
部分よりも狭く形成されている。これにより、キャビティ基板１１と対向電極１８が接触
してショートするのを確実に防止することができる。

本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の振動板１４は、高濃度のボロンドープ層３４
から形成され、このボロンドープ層３４は振動板１４の厚さ（絶縁膜３１を除く）と同じ
厚さを有している。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッ
チングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０¹⁹ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ³以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。本実施形態１では、振動板
１４の部分を高濃度のボロンドープ層３４とし、アルカリ溶液による異方性エッチングに
よって吐出室１５となる凹部１５ａ等を形成する際に、ボロンドープ層３４が露出してエ
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ることによ
り、振動板１４を所望の厚さに形成している。

図４から図６は、図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの製造工程を示した縦断面図であ
る。なお図４から図６は、吐出室１５の長手方向の断面を示している。
まず、ホウ珪酸ガラス等からなる電極基板１２を、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、凹部１９を形成する。
そして凹部１９の内部に、例えばスパッタによってＩＴＯからなる対向電極１８を形成
する。
その後、ドリル等によって液滴供給口２３となる穴部２３ａを形成する（図４（ａ））
。なおこの時点では、穴部２３ａは電極基板１２を貫通しないように形成する。これは穴
部２３ａを貫通させてしまうと、後の製造工程においてギャップＧ（図２参照）の内部に
エッチング液が入り込み、振動板１４の駆動不良等が起こるからである。

次に、例えば面方位が（１１０）で酸素濃度の低いシリコン基板１１ａの両面を鏡面研
磨し、厚さが５２５μｍのシリコン基板１１ａを作製する（図４（ｂ）参照）。
それから、シリコン基板１１ａの表面に付着している微小粒子及び金属を除去するため
に、アンモニア水と過酸化水素水の混合液による洗浄（ＳＣ−１洗浄）と塩酸と過酸化水
素水の混合液による洗浄（ＳＣ−２洗浄）のコンビネーション洗浄を行う。
そして、吐出室１５等が形成される面の反対面にボロンドープ層３４を形成する（図４
（ｂ））。具体的には、シリコン基板１１ａ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し、この石英ボートを例えば縦型炉に入れる。そして縦型炉の
内部を、温度が１０５０℃の窒素雰囲気にして７時間保持し、シリコン基板１１ａにボロ
ンを拡散させて、ボロンドープ層３４を形成する。このとき、シリコン基板１１ａの投入
温度を８００℃とし、温度を１０５０℃まで上げた後に、シリコン基板１１ａの取出し時
の温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板１１ａの酸素欠陥の成長速度が早い
６００℃から８００℃の領域を素早く通過させることができ、酸素欠陥の成長を抑制する
ことができる。

なお上記のボロン拡散の工程において、ボロンドープ層３４の表面にＳｉＢ₂膜（図示
せず）が形成されるが、温度が６００℃の酸素及び水蒸気雰囲気中で１時間３０分程度酸
化することで、フッ酸水溶液でエッチング可能なＢ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂に化学変化させること
ができる。このようにＳｉＢ₂膜をＢ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂に化学変化させた後に、緩衝フッ酸溶
液によってＢ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂をエッチングして除去する。

その後、ボロンドープ層３４の表面をクリーニングするため、ボロンドープ層３４の表
面に１分間Ｏ₂プラズマ処理を施す。このＯ₂プラズマ処理の処理条件は、例えば、温度３
６０℃、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、Ｏ₂流量１０００ｃｍ³／分（１０００ｓ
ｃｃｍ）、高周波出力２５０Ｗである。このＯ₂プラズマ処理により、後に形成する絶縁
膜３１の絶縁耐性の均一性が向上する。
そして、シリコン基板１１ａのボロンドープ層３４が形成された面の全体に、ＣＶＤ又
はＥＣＲスパッタによって酸化アルミニウムからなる絶縁膜３１を形成する（図４（ｄ）
）。なお上記のように絶縁膜３１は、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、窒化アルミニ
ウム、五酸化タンタル等で形成するようにしてもよい。
それから、絶縁膜３１の表面にレジスト（図示せず）を塗布してパターニングを行った
後に、例えばバッファードフッ酸水溶液を用いて開口部３１ａ及び開口部３１ｂの部分の
絶縁膜３１を除去する（図４（ｄ））。なお開口部３１ａは、後の工程において封止用貫
通孔２７がギャップＧに連通する部分に対応し、開口部３１ｂは、後の工程において電極
取出し部２４が形成される部分に対応する。

次に、図４（ｄ）に示すシリコン基板１１ａと、図４（ａ）に示す電極基板１２を３６
０℃に加熱し、シリコン基板１１ａに陽極、電極基板１２に負極を接続して８００Ｖの電
圧を印加し陽極接合を行う（図５（ｅ））。
シリコン基板１１ａと電極基板１２を陽極接合した後に、２つの濃度の異なる水酸化カ
リウム水溶液で、図５（ｅ）の工程で得られた接合基板をエッチングすることにより、シ
リコン基板１１ａの全体を例えば厚さ１４０μｍになるまで薄板化する（図５（ｆ））。
具体的には、３８重量％の水酸化カリウム水溶液で１６４分エッチングした後に、３２重
量％の水酸化カリウム水溶液で１０分エッチングを行うようにすればよい。このように、
２種類の異なる濃度の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングを行うことにより、エッ
チングされる表面の表面荒れを抑制し、またエッチングされる表面の微小突起の発生も抑
えることができる。
なお図５（ｅ）におけるシリコン基板１１ａの薄板化の工程は、例えば機械研削で行う
ようにしてもよい。この場合、機械研削の後にシリコン基板１１ａの表面にできた加工変
質層をウェットエッチング等で除去するのが望ましい。

それから、シリコン基板１１ａのボロンドープ層３４と反対面の全面にプラズマＣＶＤ
によって例えば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。このプラズマＣＶＤによるＴＥ
ＯＳ膜の成膜条件は、例えば、温度３６０℃、高周波出力７００Ｗ、圧力３３．３Ｐａ（
０．２５Ｔｏｒｒ）、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³／分（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０
００ｃｍ³／分（１０００ｓｃｃｍ）である。このＴＥＯＳ膜は、後の水酸化カリウム水
溶液によるエッチングの際のエッチングマスクとなる。
そしてこのＴＥＯＳ膜に、吐出室１５となる凹部１５ａ、リザーバ１７となる凹部１７
ａ、封止用貫通孔２７となる凹部２７ａ及び電極取出し部２４となる凹部２４ａ（図５（
ｇ）参照）を形成するためのレジストをパターニングし、例えば緩衝フッ酸溶液によって
吐出室１５となる凹部１５ａの部分、リザーバ１７となる凹部１７ａの部分、封止用貫通
孔２７となる凹部２７ａの部分及び電極取出し部２４となる凹部２４ａの部分のＴＥＯＳ
膜をエッチング除去する。

その後、シリコン基板１１ａを３５重量％の水酸化カリウム水溶液で、吐出室１５とな
る凹部１５ａの部分、リザーバ１７となる凹部１７ａの部分、封止用貫通孔２７となる凹
部２７ａの部分及び電極取出し部２４となる凹部２４ａの部分の厚さが１０μｍになるま
でウェットエッチングして薄板化する。なおこのときリザーバ１７となる凹部１７ａの部
分は、ＴＥＯＳ膜をハーフエッチングすることによりエッチングを遅らせている。
さらに、シリコン基板１１ａを３重量％の水酸化カリウム水溶液でウェットエッチング
を行い、吐出室１５となる凹部１５ａの部分、封止用貫通孔２７となる凹部２７ａの部分
及び電極取出し部２４となる凹部２４ａにおいて、ボロンドープ層３４によるエッチング
ストップが十分効くまでエッチングを続ける（図５（ｇ））。ここでエッチングストップ
とは、エッチングされるシリコン基板１１ａの表面から気泡が発生しなくなった状態をい
うものとし、実際には気泡が発生しなくなるまでエッチングを行う。これにより、封止用
貫通孔２７となる凹部２７ａの部分及び電極取出し部２４となる凹部２４ａの部分のシリ
コン基板１１ａの厚さは、絶縁膜３１を除いた振動板１４の厚さ（ボロンドープ層３４の
厚さ）となる。
上記のように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を使用してエッチングを行
うことにより、吐出室１５の底壁である振動板１４の面荒れを０．０５μｍ以下に抑える
ことができ、液滴吐出ヘッド１０の吐出性能を安定化することができる。

シリコン基板１１ａのエッチングが終了した後に、接合基板をフッ酸水溶液でエッチン
グしてシリコン基板１１ａに形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。
また電極基板１２の液滴供給口２３となる穴部２３ａにレーザー加工を施し、液滴供給
口２３が電極基板１２を貫通するようにする（図６（ｈ））。
次にシリコン基板１１ａの吐出室１５となる凹部１５ａ等の形成された面に、例えばＣ
ＶＤによってＴＥＯＳからなる液滴保護膜（図示せず）を、厚さ０．１μｍで形成する。
このときの液滴保護膜の成膜条件は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力
６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³／分（１００ｓｃｃｍ）、
酸素流量１０００ｃｍ³／分（１０００ｓｃｃｍ）である。

その後、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によってシリコン基板
１１ａの封止用貫通孔２７となる凹部２７ａの部分を加工して封止用貫通孔２７を貫通さ
せ、同時に電極取出し部２４となる凹部２４ａの部分のシリコン基板１１ａ除去して電極
取出し部２４を形成する。このＲＩＥはドライエッチングの一種であり、例えば出力２０
０Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ₄流量３０ｃｍ³／分（３０ｓｃｃｍ）の条
件で、シリコンマスクを用いて６０分行う。この条件では、封止用貫通孔２７となる凹部
２７ａの部分及び電極取出し部２４となる凹部２４ａの部分のシリコン基板１１ａをきれ
いに除去することができ、ＩＴＯからなる対向電極１８にダメージを与えることなくエッ
チングすることができる。なおエッチングガスとして、ＣＦ₄以外のＣＦ系ガスを用いる
こともできる。このＲＩＥのよるドライエッチングの工程では、絶縁膜３１の開口部３１
ａが封止用貫通孔２７のギャップＧに連通する部分よりも狭くなるように封止用貫通孔２
７を貫通させる（図３参照）。
本実施形態１では、対向電極１８としてＩＴＯを用いているが、Ｃｒ等の金属を用いる
こともできる。この場合、ＲＩＥによるドライエッチングの際に金属とエッチングガスが
反応して、反応生成物が対向電極１８の表面に再付着する。このため、Ｏ₂アッシングを
行って反応生成物を除去し、端子部１８ｃに接続するＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉ
ｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）の接続不良や抵抗の増大を防止するようにする。
それからシリコン基板１１ａに機械加工又はレーザー加工を行って、インク供給口２３
をリザーバ１７となる凹部１７ａまで貫通させる（図６（ｉ））。

次に、ギャップＧの空間に水等の液体が浸入しないように、例えば封止用貫通孔２７か
らプラズマＣＶＤを行ってＴＥＯＳからなる封止部２６を形成してギャップＧの空間を封
止する。なおこの封止部２６を、例えばＴＥＯＳと酸化アルミニウムの積層構造にしても
よい。これにより、酸化アルミニウムが水分透過防止層となり、水分の浸入を効果的に防
止することができる。
そして例えばシリコンからなる厚さ１００μｍのノズル基板１３を、エポキシ系接着剤
で接合基板に接合する（図６（ｊ））。なおノズル基板１３には、接合基板に接合する前
にオリフィス１６となる細溝１６ａやノズル孔２２を形成する。
最後にガラス基板１２ａの電極取出し部２４の部分をダイシングし、個々の液滴吐出ヘ
ッド１０を切り出して液滴吐出ヘッド１０が完成する。なお液滴吐出ヘッド１０が完成し
た状態では、シリコン基板１１ａはキャビティ基板１１となる。

本実施形態１では、キャビティ基板１１に設けられた封止用貫通孔２７からＴＥＯＳ等
を堆積して封止部２６を形成することにより、振動板１４と絶縁膜３１の間のギャップＧ
を封止している。これにより、ギャップＧ内に水分等が入り込むのを防止することができ
、駆動性能及び耐久性の高い液滴吐出ヘッド１０を得ることができる。また、プラズマＣ
ＶＤによってＴＥＯＳからなる封止部２６を形成しているため、封止部２６を形成するＴ
ＥＯＳがギャップの奥まで入り込むことがなく、封止代を小さくすることができ、液滴吐
出ヘッド１０を平面的に小型化することができる。
さらに、絶縁膜３１が比誘電率の高い酸化シリコン等の金属酸化物又は金属窒化物から
構成されているため、振動板１４にかかる静電力を高くすることができ、液滴吐出ヘッド
１０の駆動性能を向上させることが可能となる。
また本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の製造方法では、絶縁膜３１に開口部３１
ａ、３１ｂを形成して、開口部３１ａの部分で封止用貫通孔２７がギャップＧと連通する
ようにし、開口部３１ｂの部分に電極取出し部２４が形成されるようにしているため、絶
縁膜３１が金属酸化物や金属窒化物から構成されていても、ＣＦ系ガスによるドライエッ
チングで封止用貫通孔２７を貫通させることができ、ＩＴＯ等からなる対向電極１８がダ
メージを受けるのを防止することができる。
またシリコン基板１１ａと電極基板１２を接合した後にシリコン基板１１ａを薄板化し
てエッチングするため、シリコン基板１１ａが割れたり欠けたりするのを防止することが
できる。

実施形態２．
図７は、実施形態１に示す液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の１例を示した斜視
図である。図７に示す液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプリンタである。
実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１０は、上記のようにギャップＧに水
分等が入り込まず、また振動板１４の駆動性能が高いため、液滴吐出装置１００は印字性
能及び耐久性が高いものである。
なお実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１０は、図７に示すインジェット
プリンタの他に、液滴を種々変更することで、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、生体液体の吐出等にも適用することができる。

なお、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置は、
本発明の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変形するこ
とができる。例えば封止用貫通孔２７は、振動板１４及び対向電極１８の組ごとに複数形
成するようにしてもよい。

本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。封止用貫通孔の周辺部を示す縦断面図。図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの製造工程を示した縦断面図。図４の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。図５の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。実施形態１に示す液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の１例を示した斜視図。

符号の説明

１０液滴吐出ヘッド、１１キャビティ基板、１２電極基板、１３ノズル基板、
１４振動板、１５吐出室、１５ａ凹部、１６オリフィス、１６ａ細溝、１７
リザーバ、１７ａ凹部、１８対向電極、１８ａ駆動部、１８ｂリード部、１８ｃ
端子部、１９凹部、２２ノズル孔、２３液滴供給口、２４電極取出し部、２５
露出部、２６封止部、２７封止用貫通孔、３１絶縁膜、３４ボロンドープ層、
１００液滴吐出装置。

Claims

振動板が形成されるキャビティ基板と、前記振動板とギャップを隔てて対向し、前記振
動板を静電気力によって駆動する対向電極と、前記キャビティ基板の前記対向電極と対向
する側の面に形成された絶縁膜とを備え、
前記キャビティ基板には、前記ギャップを封止するための封止用貫通孔が設けられ、前
記絶縁膜は、金属酸化物又は金属窒化物からなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記封止用貫通孔に封止部が形成され、該封止部によって前記ギャップが封止されてい
ることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
前記振動板及び前記対向電極の組が複数組並列して配置され、前記封止用貫通孔は前記
対向電極の長手方向に直交する方向に延びるように単一に形成されており、前記振動板及
び前記対向電極の間のギャップは、前記封止部によって一括して封止されていることを特
徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
前記絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、窒化アルミニ
ウム又は五酸化タンタルからなることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド
。
前記絶縁膜は、前記封止用貫通孔が前記ギャップに連通する部分に開口部を有し、該開
口部は、前記封止用貫通孔が前記ギャップに連通する部分よりも狭く形成されていること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
液滴が吐出されるノズルが形成され、前記キャビティ基板に接合されるノズル基板を備
え、前記キャビティ基板は、前記ノズル基板と接合されていない露出部を有し、前記封止
用貫通孔は、前記露出部に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
載の液滴吐出ヘッド。
シリコン基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記シリコン基板と対向電極が形成された電極基板を、前記絶縁膜と前記対向電極がギ
ャップを隔てて対向するように接合する工程と、
該電極基板が接合されたシリコン基板をエッチングして、封止用貫通孔となる凹部を形
成する工程と、
前記絶縁膜の開口部において前記封止用貫通孔が前記ギャップと連通するように、前記
封止用貫通孔となる凹部を加工して前記封止用貫通孔を貫通させる工程と
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記電極基板が接合されたシリコン基板をエッチングして、電極取出し部となる凹部を
形成する工程と、
前記絶縁膜の開口部において前記電極取出し部が形成されるように、前記電極取出し部
となる凹部を加工して前記電極取出し部の部分のシリコン基板を除去する工程と
を有することを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記電極基板が接合されたシリコン基板をエッチングして、封止用貫通孔となる凹部を
形成する工程と、前記電極基板が接合されたシリコン基板をエッチングして、電極取出し
部となる凹部を形成する工程を同時に行うことを特徴とする請求項８記載の液滴吐出ヘッ
ドの製造方法。
前記電極基板が接合されたシリコン基板をエッチングして、封止用貫通孔となる凹部を
形成する工程と、前記電極基板が接合されたシリコン基板をエッチングして、電極取出し
部となる凹部を形成する工程を、ウェットエッチングで行うことを特徴とする請求項８又
は９記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記封止用貫通孔となる凹部を加工して前記封止用貫通孔を貫通させる工程と、前記電
極取出し部となる凹部を加工して前記電極取出し部の部分のシリコン基板を除去する工程
を、ＲＩＥによるドライエッチングで行うことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに
記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記シリコン基板と前記電極基板を接合する工程の後に、前記シリコン基板を薄板化す
る工程を有することを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製
造方法。
前記開口部を、前記封止用貫通孔が前記ギャップに連通する部分よりも狭く形成するこ
とを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記絶縁膜を、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、窒化アルミニ
ウム又は五酸化タンタルから形成することを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載
の液滴吐出ヘッドの製造方法。
請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載していることを特徴とする液滴
吐出装置。