JP2007007940A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出室等の加工精度が高く、また歩留まりの高い液滴吐出ヘッドの製造方法等を提供する。
【解決手段】 所定の加工が施されたガラス基板２ａにシリコン基板１ａを陽極接合した後に、該シリコン基板１ａを薄板化する工程と、該薄板化されたシリコン基板１ａの片面に窒化シリコン膜５１を形成した後に、該窒化シリコン膜５１の一部を除去して複数の開口部を形成する工程と、薄板化されたシリコン基板１ａの窒化シリコン膜５１上及び複数の開口部にＴＥＯＳ膜５２を形成する工程と、複数の開口部のうち、一部の開口部に形成されたＴＥＯＳ膜５２を除去する工程と、ＴＥＯＳ膜５２が除去された開口部からシリコン基板１ａをエッチングする工程と、残りのＴＥＯＳ膜５２を除去し、複数の開口部からさらにエッチングを行う工程とを有するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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に関し、特に加工精度及び歩留まりの高い液滴吐出ヘッドの製造方法及びこの液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法に関する。

従来のインクジェットヘッドの製造方法では、シリコンからなるキャビティ基板と個別電極等の形成された電極ガラス基板を接合してからキャビティ基板を薄板化し、その後キャビティ基板に吐出室となる凹部等をエッチングにより形成していた。このインクジェットヘッドの製造方法では、吐出室となる凹部等を形成するときのエッチングマスクとしてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、珪酸エチル）膜を用いていた。このＴＥＯＳ膜は、シリコンをアルカリエッチングする際のエッチングマスクとして広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また従来のシリコン薄膜の形成方法では、ＴＥＯＳ膜又は窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をエッチングマスクとして、シリコンからなるキャビティ基板をエッチングするようにしていた（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−８２５７２号公報（第２頁、図４、図５） 特開２０００−３２３４５０号公報（第２頁、図４、図５）

しかし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１参照）、ＴＥＯＳからなるエッチングマスクをプラズマＣＶＤによって形成しているものの、ＴＥＯＳ膜は窒化シリコン膜に比べて選択比（アルカリ性水溶液に対するエッチングマスクの耐性の度合い）が低いため、ＴＥＯＳ膜を厚く形成する必要があり、コストが増大してしまうという問題点があった。またＴＥＯＳ膜からなるエッチングマスクでは、シリコンをエッチングする際のサイドエッチング（シリコンが横方向にエッチングされる現象）量が多くなり、吐出室の幅の精度が低下したり、吐出室の間の隔壁に欠損が生じるという問題点があった。

また従来のシリコン薄膜の形成方法では（例えば、特許文献２参照）、エッチングマスクとして窒化シリコンのみを用いた場合、ハーフエッチング（エッチングマスクの一部を薄くする工程）を行うことが困難なため、吐出室とリザーバを異なる深さに形成することが難しいという問題点があった。また、ハーフエッチングを行わずに、吐出室とリザーバを同じ深さに形成すると、面積の大きいリザーバの底面が振動板（吐出室の底面）と同程度の厚みとなり、リザーバの底面が割れる等して歩留まりが低下するという問題点があった。

本発明は、吐出室等の加工精度が高く、また歩留まりの高い液滴吐出ヘッドの製造方法及びこの液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法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の製造方法は、所定の加工が施されたガラス基板にシリコン基板を陽極接合した後に、該シリコン基板を薄板化する工程と、該薄板化されたシリコン基板の片面に第１のエッチングマスクを形成した後に、該第１のエッチングマスクの一部を除去して複数の開口部を形成する工程と、薄板化されたシリコン基板の第１のエッチングマスク上及び複数の開口部に第２のエッチングマスクを形成する工程と、複数の開口部のうち、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程と、第２のエッチングマスクが除去された開口部からシリコン基板をエッチングする工程と、残りの第２のエッチングマスクを除去し、複数の開口部からさらにエッチングを行う工程とを有するものである。
第２のエッチングマスクが除去された開口部からシリコン基板をエッチングするため、例えば第１のエッチングマスクに選択比の高い窒化シリコンを用いることで、この部分のエッチングを高精度に行うことができる。またこの後に、残りの第２のエッチングマスクを除去し、複数の開口部からさらにエッチングを行うことにより、ハーフエッチングを行うことなく底壁の厚みの違う凹部を形成することが可能となる。
さらに、ガラス基板にシリコン基板を陽極接合した後に、シリコン基板を薄板化するため、シリコン基板のハンドリングが容易となり、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。またこれにより、シリコン基板の大口径化が可能となり、１枚のシリコン基板から多数の液滴吐出ヘッドのチップを製造できるため、生産性を向上させることができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の第１のエッチングマスクが窒化シリコンからなり、第２のエッチングマスクがＴＥＯＳからなるものである。
第１のエッチングマスクを選択比の高い窒化シリコンで形成することにより、第２のエッチングマスクが除去された開口部からシリコン基板をエッチングする際に、精度の高いエッチングを行うことができる。また第２のエッチングマスクをＴＥＯＳから形成することにより、ハーフエッチングを行うことなく容易に深さの異なる凹部を形成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の製造方法は、液滴を溜めておくための吐出室となる凹部を前記シリコン基板に形成するために、第１のエッチングマスクの一部を除去する工程において、吐出室となる凹部の部分に開口部を形成し、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程において、吐出室となる凹部の部分の第２のエッチングマスクを除去するものである。
第１のエッチングマスク及び第２のエッチングマスクが除去された部分からエッチングを行うことにより、精度の高い吐出室を形成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の製造方法は、吐出室に液滴を供給するためのリザーバとなる凹部をシリコン基板に形成するために、第１のエッチングマスクの一部を除去する工程において、リザーバとなる凹部の部分に開口部を形成し、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程において、リザーバとなる凹部の部分の第２のエッチングマスクを残すものである。
初めのシリコン基板のエッチングの際にリザーバとなる凹部の部分の第２のエッチングマスクを残して、その後、第２のエッチングマスクを除去してエッチングを行うことにより、ハーフエッチングを行うことなく深さの浅いリザーバを形成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の製造方法は、ガラス基板にシリコン基板を陽極接合する前に、ガラス基板に電極を形成するための電極用凹部を形成して、該電極用凹部内に電極を形成する工程を有し、該電極を露出させるための電極取出し部をシリコン基板に形成するために、第１のエッチングマスクの一部を除去する工程において、該電極取出し部となる部分に開口部を形成し、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程において、電極取出し部となる部分の第２のエッチングマスクを除去するものである。
吐出室となる凹部と同時に電極取出し部となる部分を形成することにより、製造工程を簡略化することができ、製造時間を短縮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の製造方法は、ガラス基板にシリコン基板を陽極接合する前に、ガラス基板に大気開放穴を設け、該大気開放穴は、ガラス基板にシリコン基板を陽極接合した後に、電極用凹部内を大気開放するものである。
ガラス基板に大気開放穴を設けることにより、シリコン基板に吐出室となる凹部等を形成したときに、電極用凹部内が高圧となってシリコン基板の薄膜化された部分が割れ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、第２のエッチングマスクを形成した後に、大気開放穴を封止するものである。
第２のエッチングマスクを形成した後に大気開放穴を封止することにより、これ以降の工程で電極用凹部内にエッチング液等が浸入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、大気開放穴を、液滴吐出ヘッドのチップごとに設けるものである。
大気開放穴を液滴吐出ヘッドのチップごとに設けることにより、シリコン基板の薄膜化された部分が割れるのを効果的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、複数の開口部からさらにエッチングを行う工程の後に、大気開放穴の部分を液滴吐出ヘッドのチップとなる部分からダイシングにより切断するものである。
大気開放穴の部分を液滴吐出ヘッドのチップとなる部分からダイシングにより切断することにより、液滴吐出ヘッドのチップを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の製造方法は、第１のエッチングマスク及び第２のエッチングマスクを、プラズマＣＶＤによって形成するものである。
第１のエッチングマスク及び第２のエッチングマスクをプラズマＣＶＤによって形成することにより、熱ＣＶＤ等に比べて第１のエッチングマスク及び第２のエッチングマスクを低温で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、プラズマＣＶＤを、５００℃以下の条件で行うものである。
プラズマＣＶＤを５００℃以下の条件で行うことにより、ガラス基板が溶けるのを防止することができる。またシリコン基板にボロンドープ層を形成する場合に、ボロンがドライブイン（拡散）して振動板の加工精度が低下するのを防止することができる。

本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記のいずれか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ものである。
上記のいずれか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により、吐出室等の加工精度が高く、吐出性能等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を示した分解斜視図である。本実施形態１に係る液滴吐出ヘッドは、静電駆動方式のものであり、ノズル基板３に対して垂直方向に液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものであるとする。なお吐出方式は、ノズル基板３に平行に液滴を吐出するサイドイジェクトタイプのものであってもよい。また図１では、ノズル基板３にノズル２０が２列設けられており、吐出室５及び電極１１も２列設けられているものを示しているが、これらは１列若しくは３列以上設けるようにしてもよい。

本実施形態１の液滴吐出ヘッドは、主にキャビティ基板１、電極基板２及びノズル基板３が接合されることにより構成されている。キャビティ基板１は、例えば厚さが５０μｍの単結晶シリコンからなり、以下に示す所定の加工が施されている。なお図１では、キャビティ基板１として（１１０）面方位の単結晶シリコンを使用している。キャビティ基板１には、単結晶シリコンを異方性ウェットエッチングすることにより、底壁が振動板４となっている複数の吐出室５及び吐出室５に液滴を供給するためのリザーバ７が形成されている。
またキャビティ基板１の電極基板２側には、振動板４と電極１１の短絡及び絶縁膜破壊を防止するための絶縁膜が形成されている（図１において図示せず）。この絶縁膜は、例えばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、珪酸エチル）膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、厚さ０．１μｍで形成することができる。

電極基板２は、例えば厚さが１ｍｍのホウ珪酸系耐熱硬質ガラスからなり、キャビティ基板１の振動板４側に接合されている。この電極基板２には、キャビティ基板１の振動板４及び吐出室５の位置に合わせて、例えば深さが０．２μｍの電極用凹部１０ａがエッチングにより形成されている。この電極用凹部１０ａの内部には電極１１が形成されており、リード部１２及び端子部１３に繋がっている。なお電極用凹部１０ａは、少なくともリード部１２の部分まで形成されているものとする。電極１１、リード部１２及び端子部１３は、酸化錫をドープしたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、インジウム錫酸化物）等からなり、電極用凹部１０ａの内部に例えばスパッタにより厚さ０．１μｍで形成されている。

複数の電極１１はその長手方向がほぼ平行になるように設けられており、電極基板２の電極１１の長手方向に垂直な方向にずらした位置に等電位接点１５が設けられている。この等電位接点１５は、例えば電極１１と同じＩＴＯ等から形成されており、キャビティ基板１に形成された接点用凹部１０ｂから伸びた状態で形成されている。なお等電位接点１５については、後に説明する。
また電極基板２には、リザーバ７に液滴を供給するためのインク供給口１７が設けられている。

ノズル基板３は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン基板からなり、キャビティ基板１の電極基板２が接合された面の反対側の面に接合されている。ノズル基板３には、吐出室５と連通するノズル２０が形成されており、キャビティ基板１の接合された面の反対側の面から液滴を吐出するようになっている。またノズル基板３のキャビティ基板１の接合された面には、吐出室５とリザーバ７を連通するためのオリフィス２１が設けられている。なおオリフィス２１は、キャビティ基板１に設けるようにしてもよい。

図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの縦断面図である。なお図２（ａ）は吐出室５の長手方向の縦断面図であり、図２（ｂ）は接点用凹部１０ｂ（等電位接点１５）の長手方向の縦断面図である。また図２では、図１の液滴吐出ヘッドの右半分のみを示している。
まず、図２（ａ）を用いて本実施形態１の液滴吐出ヘッドの動作について説明する。吐出室５は、ノズル２０から吐出するための液滴を溜めており、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２０から液滴を吐出させる。 なお、振動板４を撓ませるために、電極１１と繋がった端子部１３と、キャビティ基板１に発振回路２３（図２（ａ）において模式的に図示）を接続し、電極１１と振動板４の間に電位差を生じさせるようにしている。また振動板４と電極１１の間のギャップは、封止材２２によって封止されている。

本実施形態１の液滴吐出ヘッドの振動板４は、ボロン・ドープ層４ａと絶縁膜４ｂとから構成されている。このボロン・ドープ層４ａは、ボロンを高濃度（約５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上）にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングストップ層となっている。ボロン・ドープ層４ａがエッチングストップ層として機能するため、振動板４の厚み及び吐出室５の容積を高精度で形成することができる。なお絶縁膜４ｂは、上述のようにＴＥＯＳ膜等から構成されている。

また図２（ｂ）に示すように、絶縁膜４ｂの等電位接点１５に対応する部分は除去されており、この部分は開口部となっている。この開口部には、ＩＴＯ等からなる等電位接点１５が形成されており、キャビティ基板１のボロン・ドープ層４ａと接続されている。なお、上記のように等電位接点１５の延長線上にも接点用凹部１０ｂが形成されており、その内部にはＩＴＯ等からなる配線が形成されている。また等電位接点１５は、例えばこの接点用凹部１０ｂの先端からキャビティ基板１に乗り上げる形で形成されている（図１参照）。
なお本実施形態１では、図１に示すように等電位接点１５の形状を線状にしているが、等電位接点１５の形状はこれ以外の形状でもよい。

図３は、電極基板２となるガラス基板２ａをシリコン基板１ａ（キャビティ基板１となる基板）の接合される側から見た図である。図３は、ウェハ状のガラス基板２ａがダイシング（後述）によって切断される前の、個々の液滴吐出ヘッドとなる部分の周辺を示している。なお本実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法については後に詳述する。
図３に示すように本実施形態１では、大気開放穴３０及び等電位接点１５が個々の液滴吐出ヘッドとなる部分（チップ）ごとに設けられている。大気開放穴３０は、ガラス基板２ａを貫通するように形成されており、凹部３１を介してすべての電極用凹部１０ａと連通している。この大気開放穴３０は、ギャップ（電極用凹部１０ａの部分）を大気開放することにより、陽極接合の際に発生する酸素等の気体によってギャップ内が加圧されシリコン基板１ａの薄膜化された部分が割れるのを防止する機能を有する。なお大気開放穴３０とギャップ（電極用凹部１０ａの部分）は、製造工程の途中で封止材２２によって空間的に分離される。
また等電位接点１５は、陽極接合のときにキャビティ基板１と電極１１を等電位にする機能を有している。この等電位接点１５と複数の電極１１は、図３に示すように凹部３１の内部に設けられたＩＴＯ等の配線３２を介して電気的に接続されている。なお、等電位接点１５は、１つの液滴吐出ヘッドとなる部分に２つ以上設けてもよい。

ここで上述のように、等電位接点１５の部分には接点用凹部１０ｂを形成しないようにする。そして、例えば接点用凹部１０ｂの先端部からガラス基板２ａの表面に乗り上げる形でＩＴＯ等からなる等電位接点１５を形成する。なお等電位接点１５は、電極１１と同時に形成するのが望ましく、この場合、等電位接点１５は０．１μｍ（電極１１と同じ厚さ）だけガラス基板２ａから突出した状態となる。この等電位接点１５は、キャビティ基板１に形成された絶縁膜４ｂの開口部の部分でボロン・ドープ層４ａと接続される（図２（ｂ）参照）。
なお図３に示すダイシングライン１及びダイシングライン２は、シリコン基板１ａとガラス基板２ａを接合した接合基板（後述）から液滴吐出ヘッドのチップを切り出す際に切断される部分である。このダイシングライン１に沿って接合基板を切断することにより、大気開放穴３０の部分を液滴吐出ヘッドのチップから切り落とす。これにより、液滴吐出ヘッドの小型化が可能となる。またダイシングライン２に沿って接合基板を切断することにより、等電位接点１５と電極１１を接続する配線３３を切り落とし、キャビティ基板１と電極１１の電気的接続を断つようにする。これにより、ダイシングによって個々の液滴吐出ヘッドが切り出された後に、液滴吐出ヘッドの駆動が可能となる。

図４から図８は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面図である。なお図４から図８では、図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドを製造する工程を示している。また図４から図８は、主に吐出室５の長手方向の縦断面（図２（ａ）の断面）を示しているが、接点用凹部１０ｂの長手方向の縦断面（図２（ｂ）の断面）を示す場合はそれを明示する。さらに図４から図８は、個々の液滴吐出ヘッドのチップとなる部分の周辺部を示している。
以下、図４から図８を用いて本発明の静電アクチュエータの製造方法を用いた液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。

まず、例えばホウ珪酸系耐熱硬質ガラスからなるガラス基板２ａを両面研磨して厚さを１ｍｍにしてから（図４（ａ））、ガラス基板２ａの片面にスパッタによって例えば厚さ０．１μｍのクロム膜４０を成膜する（図４（ｂ））。
次に、クロム膜４０の表面に電極用凹部１０ａ、接点用凹部１０ｂ、凹部３１を作り込むためのレジストパターニングを施し（図３参照）、硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液と過塩素酸水溶液の混合液を用いて電極用凹部１０ａ、接点用凹部１０ｂ、凹部３１の部分のクロム膜４０を除去する（図４（ｃ））。なお図４（ｃ）では、電極用凹部１０ａとなる部分のクロム膜４０が除去された状態を示している。

そして、クロム膜４０をエッチングマスクとしてフッ化アンモニウム水溶液を用いてガラス基板２ａをエッチングし、電極用凹部１０ａ、接点用凹部１０ｂ、凹部３１を形成する（図４（ｄ））。なお図４（ｄ）において、接点用凹部１０ｂ、凹部３１は図示していない。その後、例えば有機剥離液を用いて図４（ｃ）の工程で形成したレジストを剥離する。
それから、硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液と過塩素酸水溶液の混合液を用いてガラス基板２ａの表面に形成されたクロム膜４０をすべて除去する（図４（ｅ））。
次に、ガラス基板２ａの電極用凹部１０ａ等が形成されている面の全体に酸化錫をドープしたＩＴＯを例えば厚さ０．１μｍでスパッタし、ＩＴＯ膜４１を成膜する（図４（ｆ））。

その後、ＩＴＯ膜４１の表面にレジストを電極１１（リード部１２及び端子部１３を含む）、配線３２、等電位接点１５の形状（図３参照）にパターニングした後、ＩＴＯ膜４１を硝酸と塩酸の混合液を用いてエッチングして電極１１（リード部１２及び端子部１３を含む）、配線３２、等電位電極１５を形成する（図５（ｇ）、図５（ｇ’））。なお図５（ｇ’）は、接点用凹部１０ｂの長手方向の縦断面（図２（ｂ）の断面）を示している。この際、上記のように電極１１は電極用凹部１０ａ内に、配線３２は凹部３１内に形成する。また等電位接点１５はガラス基板２ａに乗り上げる形に形成する。
そして、ガラス基板２ａにサンドブラストや切削加工等によって大気開放穴３０及びインク供給口１７となる貫通孔を形成する（図５（ｈ））。なお大気開放穴３０は、図３に示すように凹部３１を介して電極用凹部１０ａと連通するようにする。
これにより、図３に示すようなガラス基板２ａが完成する。

次に、例えば面方位が（１１０）で酸素濃度の低いシリコン基板１ａの片面を鏡面研磨し、厚さが２２０μｍのシリコン基板１ａを作製し、吐出室５等が形成される面の反対面にボロン・ドープ層４ａを形成する（図５（ｉ））。具体的には、シリコン基板１ａ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１ａにボロンを拡散させて、ボロン・ドープ層５０を形成する。このとき、シリコン基板１ａ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１ａの取出し時の温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板１ａ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４ａの表面にＳｉＢ₆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ＳｉＢ₆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。

そして、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって厚さ０．１μｍのＴＥＯＳからなる絶縁膜４ｂをシリコン基板１ａのボロン・ドープ層４ａ側の面に形成する（図５（ｊ））。このときの絶縁膜４ｂ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。
それから、ボロン・ドープ層４ａの形成された側の面に、等電位接点１５を形成するための開口部５０の形状にレジストをパターニングする。そしてシリコン基板１ａをエッチングすることにより開口部５０の部分の絶縁膜４ｂを除去する（図５（ｊ’））。なお図５（ｊ’）は、接点用凹部１０ｂの長手方向の縦断面（図２（ｂ）の断面）を示している。

次に、図５（ｊ’）に示されるシリコン基板１ａと図５（ｈ）までの加工が施されたガラス基板２ａを陽極接合により接合して接合基板を形成する（図６（ｋ）、図６（ｋ’））。この陽極接合は、例えばシリコン基板１ａとガラス基板２ａを３６０℃に加熱した後に、シリコン基板１ａとガラス基板２ａの間に８００Ｖの電圧を印加して行う。なお、陽極接合の際にＩＴＯ等の損傷を防止するため例えば１０ｍＡ以上の電流が流れないようにするのが望ましい。この陽極接合の際に、開口部５０において等電位接点１５がキャビティ基板１のボロン・ドープ層４ａと接続されるようにする（図６（ｋ’）参照）。なお図６（ｋ’）は、接点用凹部１０ｂの長手方向の縦断面（図２（ｂ）の断面）を示している。 図６（ｋ）、図６（ｋ’）に示す陽極接合の際には、シリコン基板１ａとガラス基板２ａの界面でガラスが電気分解されて酸素が発生したり、加熱によってシリコン基板１ａ及びガラス基板２ａの表面からガスが発生するが、ギャップ（電極用凹部１０ａの部分）が予め大気開放穴３０により大気開放されているため、酸素等の気体がギャップ内に溜まることがない。このため、ギャップ内の圧力が高くなるのを防止することができる（図３参照）。

シリコン基板１ａとガラス基板２ａを陽極接合した後に、例えば研削加工によってシリコン基板１ａを厚さが６０μｍになるまで薄板化する。そして、例えば３２重量％の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板１ａを１０μｍエッチングし、研削加工の際に発生した加工変質層を除去する（図６（ｌ））。これにより、シリコン基板１ａの厚さは５０μｍとなる。なお図６（ｌ）のシリコン基板１ａの薄板化の工程は、すべてエッチングによって行うようにしてもよい。なお図６（ｌ）の研削及びエッチングの工程では、大気開放穴３０からエッチング液等が浸入しないように、保護治具やテープ等によって大気開放穴３０を閉塞するようにする。

それから、シリコン基板１ａの表面全体にプラズマＣＶＤによって厚さ０．１μｍの窒化シリコン膜５１を形成する（図６（ｍ））。このプラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜５１の成膜条件は、例えば、温度５００℃以下、圧力１．３ｋＰａ以下（１０Ｔｏｒｒ以下）、ガス流量比ＮＨ₃／ＳｉＨ₄が１５以上である。この窒化シリコン膜５１は、後の水酸化カリウム水溶液によるエッチングの際の第１のエッチングマスクとなる。

そしてこの窒化シリコン膜５１に、吐出室５となる凹部５ａ、リザーバ７となる凹部７ａ及び電極取出し部を形成するためのレジストをパターニングし、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、反応性イオンエッチング）によって吐出室５となる凹部５ａの部分５ａ’、リザーバ７となる凹部７ａの部分７ａ’及び電極取出し部の部分の窒化シリコン膜５１をエッチング除去し、窒化シリコン膜５１に複数の開口部を形成する（図６（ｎ））。なおここで電極取出し部とは、端子部１３が露出している部分をいうものとする（図２（ｂ）参照）。それから、窒化シリコン膜５１に形成されたレジストを剥離する。
なお図６（ｎ）のレジストをパターニングする工程では、図６（ｌ）の工程と同様に、大気開放穴３０からエッチング液等が浸入しないように、保護治具やテープ等によって大気開放穴３０を閉塞するようにする。

次にプラズマＣＶＤによって、窒化シリコン膜５１上及び吐出室５となる凹部５ａの部分５ａ’、リザーバ７となる凹部７ａの部分７ａ’及び電極取出し部の部分に形成された開口部に、ＴＥＯＳ膜５２を厚さ０．２μｍで成膜する。このＴＥＯＳ膜５２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／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）である。このＴＥＯＳ膜５２は、後の水酸化カリウム水溶液によるエッチングの際の第２のエッチングマスクとなる。
それから、大気開放穴３０に例えばエポキシ系接着剤を流し込み、大気開放穴３０を封止する（図６（ｏ））。これによりギャップが密封状態となるため、これ以降の製造工程においてエッチング液等の液体がギャップ内に浸入するのを防止することができる。

そして、ＴＥＯＳ膜５２にレジストをパターニングし、吐出室５となる凹部５ａの部分５ａ’及び電極取出し部の部分の開口部に形成されたＴＥＯＳ膜５２をフッ酸水溶液等でエッチングして除去する（図７（ｐ））。なおこの際、リザーバ７となる凹部７ａの部分７ａ’の開口部に形成されたＴＥＯＳ膜５２はエッチングせずに残すようにする。
その後、シリコン基板１ａを３５重量％の水酸化カリウム水溶液で、吐出室５となる凹部５ａの部分５ａ’及び電極取出し部を形成する部分の厚さが１０μｍになるまでエッチングして薄板化する（図７（ｑ））。なおこのときリザーバ７となる凹部７ａの部分７ａ’は、ＴＥＯＳ膜５２を残すことによりエッチングを遅らせている。また図７（ｑ）におけるエッチングでは、下層のエッチングマスクが窒化シリコン膜５１となっており、実質的なエッチングマスクが窒化シリコン膜５１となるため、吐出室５となる凹部５ａの部分５ａ’のエッチングを高精度に行うことができる。

それから、例えばフッ酸水溶液を用いて残りのＴＥＯＳ膜５２をすべて除去する（図７（ｒ））。
次に、シリコン基板１ａを３重量％の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行い、吐出室５となる凹部５ａとなる部分５ａ’及び電極取出し部を形成する部分において、ボロンドープ層４ａ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７（ｓ））。この図７（ｓ）の工程では、吐出室５となる凹部５ａの部分５ａ’、リザーバ７となる凹部７ａの部分７ａ’及び電極取出し部の部分に形成された開口部からエッチングが行われるが、リザーバ７となる凹部７ａの部分７ａ’は図７（ｐ）の工程においてＴＥＯＳ膜５２を残しエッチングを遅らせているため、この部分のシリコンを厚く残すことができる（図７（ｓ）参照）。
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１ａ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。これにより吐出室５となる凹部５ａ、リザーバ７となる凹部７ａ及び電極取出し部の部分が形成されることとなる。
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５の底壁である振動板４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。なおここでは、振動板４の厚さを０．８μｍとしている。

それから、熱燐酸水溶液を用いてシリコン基板１ａに形成されている窒化シリコン膜５１をすべて除去する（図７（ｔ））。
その後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によってシリコン基板１ａの電極取出し部の部分を除去する（図７（ｕ））。このＲＩＥはドライエッチングの一種であり、例えば出力２００Ｗ、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３０分行う。この際、ギャップの内部が大気解放される。

そして、エポキシ系樹脂等の封止材２２を電極取出し部の端部に沿って流し込み、振動板４と電極１１の間のギャップ（電極用凹部１０ａの部分）を封止する（図８（ｖ））。これによって振動板４と電極１１の間のギャップは、再び密封されることとなる。また封止材２２の形成される位置は、図３におけるダイシングライン２の左側であるため、封止材２２によって振動板４と電極１１の間のギャップ（電極用凹部１０ａの部分）と大気開放穴３０は空間的に分離されることとなる。

それから、シリコン基板１ａにエポキシ系接着剤等を用いてノズル基板３を接着する（図８（ｗ））。
最後に、図３に示すダイシングライン１及びダイシングライン２に沿ってダイシングを行って個々のチップに分割することにより複数の液滴吐出ヘッドが完成する（図８（ｘ））。この工程では、上記のようにダイシングライン１に沿ってダイシングを行うことにより、大気開放穴３０は液滴吐出ヘッドのチップから切断される。またダイシングライン２に沿ってダイシングを行うことにより、等電位接点１５と電極１１の電気的接続が断たれる（図３参照）。なおこのダイシングの工程において、等電位接点１５も切断するようにしてもよい。

本実施形態１では、窒化シリコン膜５１及びＴＥＯＳ膜５２が除去された開口部からシリコン基板１ａをエッチングするため、吐出室５となる凹部５ａのエッチングを高精度に行うことができる。またこの後に、残りのＴＥＯＳ膜５２を除去し、複数の開口部からさらにエッチングを行うことにより、ハーフエッチングを行うことなく底壁の厚みの違う凹部を形成することが可能となる。
さらに、ガラス基板２ａにシリコン基板１ａを陽極接合した後に、シリコン基板１ａを薄板化するため、シリコン基板１ａのハンドリングが容易となり、シリコン基板１ａが割れたり欠けたりするのを防止することができる。またこれにより、シリコン基板１ａの大口径化が可能となり、１枚のシリコン基板１ａから多数の液滴吐出ヘッドのチップを製造できるため、生産性を向上させることができる。
またガラス基板２ａに大気開放穴３０を設けることにより、シリコン基板１ａに吐出室５となる凹部５ａ等を形成したときに、ギャップ（電極用凹部１０ａの部分）内が高圧となってシリコン基板１ａの薄膜化された部分が割れるのを防止することができる。

実施形態２．
図９は、本発明の実施形態２に係る液滴吐出装置の例を示した図である。図９に示される液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプリンタであり、実施形態１に示される液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを備えている。実施形態１に示される液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドは、吐出室５の加工精度が高い液滴吐出ヘッドであるため、本実施形態２に係る液滴吐出装置１００は、印字性能等の高いものである。なお図９に示すような液滴吐出装置１００は、周知の製造方法を用いて製造することができる。

本発明の実施形態１に示される液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッドは、図９に示すようなインクジェットプリンタの他に、有機ＥＬ表示装置の製造や、液晶表示装置のカラーフィルタの製造、ＤＮＡデバイスの製造等にも使用することができる。

なお本発明に係る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は、上記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更することができる。例えば、エッチングマスクとして窒化シリコン膜５１やＴＥＯＳ膜５２以外のものを用いることもできる。

本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドを示した分解斜視図。 図１に示す液滴吐出ヘッドの縦断面図。 電極基板となるガラス基板をシリコン基板の接合される側から見た図。 本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面図。 図４の続きの製造工程を示す縦断面図。 図５の続きの製造工程を示す縦断面図。 図６の続きの製造工程を示す縦断面図。 図７の続きの製造工程を示す縦断面図。 本発明の実施形態２に係る液滴吐出装置の例を示した図。

符号の説明

１ キャビティ基板、２ 電極基板、３ ノズル基板、４ 振動板、５ 吐出室、７ リザーバ、１０ａ 電極用凹部、１０ｂ 接点用凹部、１１ 電極、１２ リード部、１３ 端子部、１５ 等電位接点、１７ インク供給口、２０ ノズル、２１ オリフィス、２２ 封止材、２３ 発振回路、３０ 大気開放穴、１００ 液滴吐出装置。

Claims (12)

1. 所定の加工が施されたガラス基板にシリコン基板を陽極接合した後に、該シリコン基板を薄板化する工程と、
   該薄板化されたシリコン基板の片面に第１のエッチングマスクを形成した後に、該第１のエッチングマスクの一部を除去して複数の開口部を形成する工程と、
   前記薄板化されたシリコン基板の第１のエッチングマスク上及び複数の開口部に第２のエッチングマスクを形成する工程と、
   前記複数の開口部のうち、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程と、
   前記第２のエッチングマスクが除去された開口部から前記シリコン基板をエッチングする工程と、
   残りの第２のエッチングマスクを除去し、前記複数の開口部からさらにエッチングを行う工程と
   を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第１のエッチングマスクが窒化シリコンからなり、前記第２のエッチングマスクがＴＥＯＳからなることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
3. 液滴を溜めておくための吐出室となる凹部を前記シリコン基板に形成するために、前記第１のエッチングマスクの一部を除去する工程において、前記吐出室となる凹部の部分に開口部を形成し、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程において、前記吐出室となる凹部の部分の第２のエッチングマスクを除去す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の製造方法。
4. 前記吐出室に液滴を供給するためのリザーバとなる凹部を前記シリコン基板に形成するために、前記第１のエッチングマスクの一部を除去する工程において、前記リザーバとなる凹部の部分に開口部を形成し、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程において、前記リザーバとなる凹部の部分の第２のエッチングマスクを残すことを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記ガラス基板にシリコン基板を陽極接合する前に、前記ガラス基板に電極を形成するための電極用凹部を形成して、該電極用凹部内に電極を形成する工程を有し、該電極を露出させるための電極取出し部を前記シリコン基板に形成するために、前記第１のエッチングマスクの一部を除去する工程において、該電極取出し部となる部分に開口部を形成し、一部の開口部に形成された第２のエッチングマスクを除去する工程において、前記電極取出し部となる部分の第２のエッチングマスクを除去することを特徴とする請求項３又は４記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記ガラス基板に前記シリコン基板を陽極接合する前に、前記ガラス基板に大気開放穴を設け、該大気開放穴は、前記ガラス基板に前記シリコン基板を陽極接合した後に、電極用凹部内を大気開放することを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記第２のエッチングマスクを形成した後に、前記大気開放穴を封止することを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記大気開放穴を、液滴吐出ヘッドのチップごとに設けることを特徴とする請求項６又は７記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記複数の開口部からさらにエッチングを行う工程の後に、前記大気開放穴の部分を液滴吐出ヘッドのチップとなる部分からダイシングにより切断する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。
10. 前記第１のエッチングマスク及び前記第２のエッチングマスクを、プラズマＣＶＤによって形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記プラズマＣＶＤを、５００℃以下の条件で行うことを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
12. 請求項１〜１１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。
    

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