JP2007137015A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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】精度の高い基板を効率よく作製することによってスループットの改善、高歩留まりを図った液滴吐出ヘッド等を得る。
【解決手段】ノズル基板５と、キャビティ基板３と、吐出室１２と連通して供給口１４となる部分、吐出室１２に供給するリザーバ１３となるリザーバ凹部、吐出室１２とノズル穴１６を連通させるノズル連通穴１５となる部分、吐出室１２の一部となる第２の凹部１２ｂ及びリザーバ１３に液体を供給する液体供給口１０となる部分を有するリザーバ基板４とを少なくとも備え、第１の凹部１２ａと第２の凹部１２ｂとにより吐出室１２が形成された液滴吐出ヘッド１であって、リザーバ基板４の表面から所望の深さにエッチングの進行を停止させるエッチングストップ層１８を設け、エッチングストップ層１８によってリザーバ基板４に形成する被エッチング領域の深さを均一にするようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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するものである。

液滴吐出装置、例えば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は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野のプリント等に利用されている。液滴吐出装置は、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。

従来の静電駆動動方式のインクジェットヘッドは、３枚の基板を接合し、そのうちの１枚の基板に静電駆動用の電極を形成し、中央に位置する基板に複数の吐出室となる凹部及びリザーバ（インクキャビティ）となる凹部を形成していた。また、リザーバとなる凹部は、中央に位置する基板の複数の吐出室となる凹部が並んでいる平面と同一平面上に形成されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−５０６０１号公報（第５−６頁、図１）

吐出速度の高速化及びカラー化を目的として、ノズル列を複数有する構造の液滴吐出ヘッドが求められている。更に、近年、ノズル密度は高密度化すると共に長尺化して、１列当たりのノズル数が増加しており、液滴吐出装置内のアクチュエータ数は、ますます増加している。

液滴吐出ヘッドのノズルが高密度化してノズル間隔を狭くしていくと、吐出室も狭くなる。そのため、ある吐出室での振動が隣接する吐出室内の液体に影響を与える。この影響を抑えようとすると、吐出室の高さを低くしなければならない。
そこで、従来、吐出室となる部材と同じ基板上に形成していたリザーバと呼ばれる部分を独立した基板（以下、リザーバ基板という）で形成し、吐出室となる部分を形成した基板に積層した構造も提案されている。

上記のような構造の液滴吐出ヘッドを製造する際、リザーバ基板における部材形成にドライエッチング法を用いているが、ドライエッチングによるだけでは、加工時間や、一度に行える基板の数等を考慮すると、スループットを向上させるには限界がある。また、リザーバ基板には貫通穴も形成されるが、基板に貫通穴があると、ドライエッチングの際に基板を固定載置する支持台に満たされた基板冷却用ガスの気密を確保することができなくなる。そのため、さらに支持基板を用意しなければならなくなる。このため、リザーバ基板の部材形成を、ウエットエッチングも含めて行うことが考えられる。

しかしながら、ウエットエッチングによってリザーバを形成するような場合は、リザーバの深さによって供給口（リザーバと吐出室をつなぐ液体供給口）の長さが決まるので、供給口長さの精度がウエットエッチングの深さに依存することになってしまう。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、リザーバ基板などの部材形成を行う場合、液体の供給口等の長さを高精度に一定化し、精度の高い基板を効率よく作製することによって、高密度なノズル密度で長尺かつ多数列のノズル列を有するにもかかわらず、スループットの改善、高歩留まりを図った、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、デバイス、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置の製造方法及びデバイスの製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル穴を有するノズル基板と、液体を加圧する振動板を備えノズル穴に合わせて吐出室の一部となる第１の凹部を有するキャビティ基板と、吐出室と連通して供給口となる部分、吐出室に供給する液体をためるリザーバとなるリザーバ凹部、吐出室とノズル穴を連通させるノズル連通穴となる部分、吐出室の一部となる第２の凹部及びリザーバに液体を供給する液体供給口となる部分を有するリザーバ基板とを少なくとも備え、キャビティ基板とリザーバ基板とが接合されて第１の凹部と第２の凹部とにより吐出室が形成された液滴吐出ヘッドであって、リザーバ基板の表面から所望の深さにエッチングの進行を停止させるエッチングストップ層を設け、このエッチングストップ層によってリザーバ基板に形成する被エッチング領域の深さを均一にするようにしたものである。
従来はエッチングを行う時間によって制御していた被エッチング領域の深さを、基板表面からエッチングストップ層までの距離によって制御することができるようにしたため、高精度な被エッチング領域を備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ヘッドは、リザーバ基板に形成するエッチングストップ層の位置を、キャビティ基板側の面から供給口となる部分の深さに設定したものである。
供給口の長さを高精度に制御することができるため、吐出特性の良好な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ヘッドは、リザーバ基板に形成する第２の凹部の深さを供給口となる部分の深さと等しくしたものである。
供給口の深さと第２の凹部の深さを高精度に制御することができるため、吐出特性の良好な液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、キャビティ基板側の面へのパターニング及びエッチングが１回で済むため、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は、リザーバ基板に形成する第２の凹部の深さを供給口となる部分の深さよりも浅くしたものである。
リザーバの位置を吐出室の位置と立体的に重ねることができるので、リザーバの面積を大きくすることができ、流路のコンプライアンスを低減してノズル間のクロストークを抑制することができる。また、リザーバの配置をノズル連通穴側へずらすことで、液滴吐出ヘッドを小型化することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板のリザーバの底部をキャビティ基板側の面からエッチングストップ層までエッチングして空隙部を形成し、空隙部上に残ったエッチングストップ層を圧力緩衝用のダイアフラムとして利用するようにしたものである。
リザーバのコンプライアンスを低減してリザーバ内での圧力変動を抑制することによって、インク吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止し、良好な吐出特性を得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板のエッチングストップ層を酸化シリコン膜で形成したものである。
膜形成手段が多数あり、例えばエッチングストップ層を酸化シリコン膜で形成した場合は、製造コストを低く抑えることができる。また、酸化シリコン膜はエッチング耐性に優れているため、エッチングストップ層を薄くして膜形成時間を短くすることができる。さらに、長時間のオーバーエッチングにも耐えることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板のエッチングストップ層を窒化シリコン膜で形成したものである。
膜形成手段が多数あり、例えばエッチングストップ層を窒化シリコン膜で形成した場合は、製造コストを低く抑えることができる。また、窒化シリコン膜はエッチング耐性に優れているため、エッチングストップ層を薄くして膜形成時間を短くすることができる。また、長時間のオーバーエッチングにも耐えることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板にＳＯＩ（Silicon On Insuiator）を用いるものである。
エッチングストップ層を適切に形成することができる。

本発明に係る液滴吐出装置は、上記のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
高精度で吐出特性の良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するノズル穴を有するノズル基板と、液体を加圧する振動板を備えノズル穴に合わせて吐出室の一部となる第１の凹部を有するキャビティ基板と、吐出室と連通して供給口となる部分、吐出室に供給する液体をためるリザーバとなるリザーバ凹部、吐出室とノズル穴を連通させるノズル連通穴となる部分、吐出室の一部となる第２の凹部及びリザーバに液滴を供給する液滴供給口となる部分を有するリザーバ基板とを少なくとも備え、キャビティ基板とリザーバ基板とが接合されて第１の凹部と第２の凹部とにより吐出室が形成された液滴吐出ヘッドの製造方法であって、リザーバ基板のノズル連通穴となる部分の一部と、第２の凹部となる部分と、供給口となる部分と、液滴供給口となる部分とを、リザーバ基板のキャビティ基板側の面よりドライエッチングする第１の工程と、リザーバ基板のノズル連通穴の残りをリザーバ基板のノズル基板側の面よりドライエッチングする第２の工程と、リザーバ基板のリザーバ凹部をリザーバ基板のノズル基板側の面よりウエットエッチングする第３の工程よりなるものである。
加工形状に高アスペクト比かつ高精度を要求される第１、第２の工程にのみドライエッチングを適用し、加工形状に精度を要求されないが加工量が大きい第３の工程にはウエットエッチングを適用することで、所望の形状を良好なスループットで加工することができる。また、ノズル連通穴のドライエッチングマスクとして基板両面のマスク部材を利用するため、マスク部材の膜厚を薄くして膜形成時間を短くすることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するノズル穴を有するノズル基板と、液体を加圧する振動板を備えノズル穴に合わせて吐出室の一部となる第１の凹部を有するキャビティ基板と、吐出室と連通して供給口となる部分、吐出室に供給する液体をためるリザーバとなるリザーバ凹部、吐出室とノズル穴を連通させるノズル連通穴となる部分、吐出室の一部となる第２の凹部及びリザーバに液滴を供給する液滴供給口となる部分を有するリザーバ基板とを少なくとも備え、キャビティ基板とリザーバ基板とが接合されて第１の凹部と第２の凹部とにより吐出室が形成された液滴吐出ヘッドの製造方法であって、リザーバ基板のノズル連通穴となる部分と、第２の凹部となる部分と、供給口となる部分と、液滴供給口となる部分とを、リザーバ基板のキャビティ基板側の面よりドライエッチングする第１の工程と、リザーバ基板のリザーバとなる部分をノズル基板側の面よりウエットエッチングする第２の工程よりなるものである。
ノズル連通穴と供給口と第２の凹部と液滴供給穴は片面のみからの加工となるので、位置精度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、リザーバとなる部分の底部をキャビティ基板側の面よりエッチングストップ層に到るまでエッチングし、エッチングストップ層で閉じられた空隙部を形成する工程を含むものである。
エッチングストップ層を圧力緩衝用のダイアフラムとしてそのまま利用することができる。

本発明係る液滴吐出装置の製造方法は、上記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ものである。
高精度で吐出特性の良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を製造することができる。

実施の形態１．
図１は発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図２は図１を組み立てた状態の縦断面図である。なお、図において、図の上側を上とし、下側を下として説明する。
図１に示すように、液滴吐出ヘッド１は、電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４及びノズル基板５の４つの基板が下から上に積層されて形成されている。ここでは、電極基板２とキャビティ基板３は陽極接合により接合され、キャビティ基板３とリザーバ基板４、リザーバ基板４とノズル基板５とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合されている。

電極基板２は、ガラス基板を主な材料としているが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板２の表面には、後述するキャビティ基板３の吐出室１２となる第１の凹部１２ａに合わせて、複数の凹部６が形成されている。
そして、凹部６の内側（特に底部）には、各吐出室１２（振動板１１）と対向するように個別電極７が設けられ、さらにリード部８及び端子部９が一体となって設けられている（以下、これらを合わせて個別電極７として説明する場合がある）。

振動板１１と個別電極７との間には、振動板１１が撓むことができる一定のギャップ６ａが、凹部６によって形成されている。個別電極７は、例えばスパッタ法により、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を凹部６の内側に成膜することで形成される。電極基板２には、他にも外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路となる液体供給穴１０の一部となる貫通穴１０ａが設けられている。

キャビティ基板３は、シリコン基板を主要な材料としている。キャビティ基板３には、吐出室１２となる第１の凹部１２ａ（底壁が可動電極となる振動板１１となっている）が形成されている。さらに、キャビティ基板３の下面（電極基板２と対向する面）には、振動板１１と個別電極７との間を電気的に絶縁するために、酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜している（図示せず）。
ここで、キャビティ基板３にも、液体供給穴１０となる貫通穴１０ｂが設けられている（貫通穴１０ａ、貫通穴１０ｃと連通する）。また、封止材１７は、ギャップ６ａを外気と遮断し、水分、異物等がギャップ６ａに入り込むのを防ぐために設けられている。さらに、外部の電力供給手段（図示せず）から基板（振動板１１）に、個別電極７と反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極端子１９を備えている。

リザーバ基板４は、ＳＯＩ（Silicon On Insuiator）基板を主要な材料としている。実施の形態１では、特に表面が（１００）面方位の基板を用いるものとする。リザーバ基板４には、各吐出室１２に液体を供給するリザーバ（共通液室）１３となるリザーバ凹部１３ａが形成されている。また、リザーバ凹部１３ａの底面には、液体供給穴１０となる貫通穴１０ｃ（貫通穴１０ａ、１０ｂと連通する）が設けられている。

リザーバ１３の底面には、リザーバ１３から各吐出室１２に液体を供給するための供給口１４が形成されている。さらに、各吐出室１２とノズル基板５に設けられたノズル穴１６との間で、吐出室１２で加圧された液体をノズル穴１６に移送する流路となる複数のノズル連通穴１５が、各ノズル穴１６（各吐出室１２）に合わせて設けられている。
また、リザーバ基板４には、キャビティ基板３側の面に、キャビティ基板３に形成された第１の凹部１２ａと共に吐出室１２の一部を構成する第２の凹部１２ｂが形成されている。

リザーバ基板４において、キャビティ基板３側の面から所望の深さに、供給口１４、液体供給口１０の貫通穴１０ｃ、及び吐出室１２の第２の凹部１２ｂが形成されている。すなわち、キャビティ基板３側の面から所望の深さ位置に（例えば供給口１４が所望の深さになるように）酸化シリコン膜からなるエッチングストップ層１８を設け（図２は基板製造後に一部残った層を示している）、供給口１４、液体供給口１０の貫通穴１０ｃ、及び吐出室１２の第２の凹部１２ｂにおいて、エッチングする際の深さを一定にして、構造体の深さが均一になるようにしてある。実施の形態１では、リザーバ基板４に形成するエッチングストップ層１８の位置を供給口１４の深さに設定することによって、供給口１４の深さと第２の凹部１２ｂの深さが同じになるようにしてある。この際、第２の凹部１２ｂの流路抵抗はその幅により調整してある。

ノズル基板５は、例えばシリコン基板を主要な材料としている。ノズル基板５には、複数のノズル穴１６が２段構成で形成されている。各ノズル穴１６は、各ノズル連通穴１５から移送された液体を液滴として外部に吐出する。

次に、液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。図２に示すように、共通液滴室であるリザーバ１３には、外部から液体供給穴１０を介して液体が供給されている。また、吐出室１２には、リザーバ１３から供給口１４を介して液体が供給されている。端子部に接続された発信回路（図示せず）によって、リード部８を介して個別電極７にパルス電圧を印加し、個別電極７がプラスに帯電すると、対応する振動板１１はマイナスに帯電され、振動板１１は静電気力によって個別電極７側に吸引されて撓む。次に、パルス電圧をＯＦＦにすると、振動板１１にかけられた静電気力がなくなり、振動板１１は復元する。このとき、吐出室１２の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室１２内の液体がノズル連通穴１５を通過してノズル穴１６から吐出される。そして、再びパルス電圧が印加され、振動板１１が個別電極７側に撓むことにより、液体がリザーバ１３から供給口１４を通じて吐出室１２内に供給される。
なお、キャビティ基板３と発振回路との接続は、キャビティ基板３の一部に設けられた共通電極１９で行われる。また、液滴吐出ヘッド１のリザーバ１３への液体の供給は、液体供給穴１０に接続された液体供給管（図示せず）によって行われる。

次に、液滴吐出ヘッド１のリザーバ基板４の製造方法について説明する。図３〜図５は液滴吐出ヘッド１のリザーバ基板４の製造工程を示す説明図である。なお、実際には、ウェハ単位で複数のリザーバ基板４を同時に形成するが、図３〜図５ではその一部分だけを示している。
まず、図３に示すように、面方位（１００）のシリコン基板を用いた支持基材４０ａと活性基材４０ｂを用意し、これらの基材を張り合わせることによってエッチングストップ層１８をこれらの基材の間に形成する。すなわち、表面をエッチングストップ層１８となる酸化シリコン膜１８ａで覆った支持基材４０ａと、活性基材４０ｂとを貼り合わせて熱処理し、支持基材４０ａの酸化シリコン膜１８ａと活性基材４０ｂのシリコンを結合させる。その後、活性基材４０ｂを所定の厚さまで研削、研磨する。

（ａ） こうすると、図４（ａ）に示すように、キャビティ基板３側の面Ｃより所望の距離に、酸化シリコン膜１８ａよりなるエッチングストップ層１８が形成される。こうして、面方位（１００）で、エッチングストップ層１８の厚みが例えば１μｍ、活性層（活性基材４０ｂ）の厚みが３０μｍよりなる厚み１８０μｍのＳＯＩ基板４０が形成される。
そして、このＳＯＩ基板４０に、熱酸化膜４１を形成する。
そして、フォトリソグラフィー法により、キャビティ基板３側の面Ｃに、ノズル連通穴となる部分１５ａ、第２の凹部となる部分１２０ｂ、供給口となる部分１４ａ及び貫通穴となる部分１００ｃをパターニングする。

（ｂ） 次に、図４（ｂ）に示すように、キャビティ基板３側の面ＣをＩＣＰでエッチングストップ層１８までドライエッチングする。
この際、ノズル連通穴となる部分１５ａ、第２の凹部となる部分１２０ｂ、供給口となる部分１４ａ及び貫通穴となる部分１００ｃの深さを同じにすることで、キャビティ基板側の面Ｃのパターンニング及びエッチングを１回で完了させる。
次に、熱酸化膜４１を剥離し、また、ノズル連通穴となる部分１５ａ、第２の凹部となる部分１２０ｂ、供給口となる部分１４ａ及び貫通穴となる部分１００ｃに位置するエッチングストップ層１８を除去する。

（ｃ） 次に、図４（ｃ）に示すように、再度、熱酸化膜４２を形成する。そして、ノズル基板４側の面Ｎに、ノズル連通穴となる部分１６ａをフォトリソグラフィー法で開口する。

（ｄ） 次に、図４（ｄ）に示すように、ノズル基板５側の面Ｎのノズル連通穴となる部分１６ａを、ＩＣＰでエッチングストップ層１８に相当する位置までドライエッチングする。
次に、熱酸化膜４２を剥離する。こうすると、ノズル穴となる部分１６ａは、キャビティ基板３側の面Ｃとノズル基板５側の面Ｎの両面からのドライエッチングによって貫通することになる。

（ｅ） 次に、図５（ｅ）に示すように、再度、熱酸化膜４３を形成し、フォトリソグラフィー法でノズル基板５側の面Ｎにリザーバとなる部分１３ａを開口する。

（ｆ） 次に、図５（ｆ）に示すように、ＫＯＨでリザーバとなる部分１３ａをエッチングストップ層１８までウエットエッチングする。
次に、熱酸化膜４３を剥離し、リザーバとなる部分１３ａの底面に位置するエッチングストップ層１８を除去する。

（ｇ） 次に、図５（ｇ）に示すように、再度、ドライ酸化で液滴保護膜４４を形成する。その際に、貫通穴となる部分１００ｃに残っていたシリコン塊は抜け落ちる。
こうして、リザーバ基板４が完成する。

上記のようにして完成したリザーバ基板４について、図２のように、電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の順に積層して接合し、ダイシングを行い、ウェハ単位で製造された接合体を各液滴吐出ヘッド（ヘッドチップ）に切り離す。これにより液滴吐出ヘッド１が完成する。

以上のように、実施の形態１によれば、従来はエッチング時間で制御していた被エッチング領域の深さを、基板の表面からエッチングストップ層１８までの距離によって制御することができるため、より高度な構造体を得ることができる。特に、供給口１４の長さ及び吐出室１２の第２の凹部１２ｂの深さを高精度に制御することができるため、より吐出特性の良好な液滴吐出ヘッド１を得ることができる。
また、キャビティ基板３側の面Ｃへのパターニング及びエッチングが１回で済むため、加工時間を短縮することが可能となる。

さらに、エッチングストップ層１８はエッチング耐性に優れているために、エッチングストップ層１８を薄くして膜形成時間を短くすることができる。また、長時間のオーバーエッチングにも耐えることができる。
また、工程がシンプルなので、工程管理が容易である。また、ノズル連通穴１４のドライエッチングマスクとして基板両面のマスク部材を利用するため、マスク部材の膜厚を薄くして膜形成時間を短くすることができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの縦断面図である。なお、実施の形態１と同一部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
リザーバ基板４には、各吐出室１２に液体を供給するリザーバ１３となるリザーバ凹部１３ａが形成されているが、実施の形態２では、リザーバ１３の底面積は実施の形態１で示した場合よりを大きくしてあり、リザーバ１３の底面をノズル連通穴１５側へ拡大することにより、リザーバ１３の底面積（リザーバの全体体積）が実施の形態１に示した場合よりも大きくなるようにしたものである。

リザーバ基板４のキャビティ基板３側の面Ｃには、キャビティ基板３に形成される第１の凹部１２ａとともに吐出室１２の一部を構成する第２の凹部１２ｂが形成されている。なお、実施の形態２では第２の凹部１２ｂの深さを供給口１４の深さよりも浅くして、第２の凹部１２ｂの上部に一定の厚みを有する上壁１２ｃを形成し、この上壁１２ｃの上部においてリザーバ１３のノズル連通穴１５側の底面が立体的に重なるようにしてある。
リザーバ１３の底部１３０にはこの底部１３０を貫通した空隙部１３１が設けられており、その上面を圧力緩衝用の窒化シリコン膜よりなるダイアフラム１８ａが覆っている。なお、ダイアグラム１８ａは、空隙部１３１の上面に設けたエッチングストップ層１８の一部をそのまま圧力緩衝用のダイアフラム１８ａとして利用したものである。

次に、実施の形態２のリザーバ基板４の製造方法について説明する。図７〜図９は液滴吐出ヘッド１のリザーバ基板４の製造工程を示す説明図である。
まず、図３に示した場合と同様に、面方位（１００）のシリコン基板を用いた支持基材４０ａと活性基材４０ｂを用意し、表面をエッチングストップ層１８となる窒化シリコン膜で覆った支持基材４０ａと、活性基材４０ｂとを貼り合わせて熱処理し、支持基材４０ａの窒化膜と活性基材４０ｂのシリコンを結合させる。その後、活性基材４０ｂを所定の厚さまで研削、研磨する。

（ａ） こうすると、図７（ａ）に示すように、キャビティ基板３側の面Ｃより所望の距離に、窒化シリコン膜よりなるエッチングストップ層１８０が形成される。
こうして、面方位（１００）で、エッチングストップ層１８の厚みが例えば０．５μｍ、活性層（活性基材４０ｂ）の厚みが３０μｍよりなる厚み１８０μｍのＳＯＩ基板４０が形成される。
そして、このＳＯＩ基板４０に、熱酸化膜４５を形成する。

そして、フォトリソグラフィー法により、キャビティ基板３側の面Ｃに、ノズル連通穴となる部分１５ａ、第２の凹部となる部分１２０ｂ、供給口となる部分１４ａ、空隙部となる部分１３０ａ（ダイアフラムを構成することになる部分）及び貫通穴となる部分１００ｃをパターニングする。この場合、残し膜厚として、ノズル連通穴となる部分１５ａの厚みは０であり、供給口となる部分１４ａ、空隙部となる部分１３０ａ及び貫通穴となる部分１００ｃの厚みはともに同じ厚さであってノズル連通穴となる部分１５ａの厚みよりも厚く、第２の凹部となる部分１２０ｂの厚みは供給口となる部分１４ａの厚さよりもさらに厚い。

（ｂ） 次に、図７（ｂ）に示すように、キャビティ基板３側の面Ｃからノズル連通穴となる部分１５ａをＩＣＰでエッチングストップ層１８０までドライエッチングする。
次に、ノズル連通穴となる部分１５ａのエッチングストップ層１８０である窒化膜を除去する。

（ｃ） 次に、図７（ｃ）に示すように、キャビティ基板３側の面Ｃ側からノズル連通穴となる部分１５ａを、ＩＣＰによってさらに１２０μｍ程ドライエッチングする。

（ｄ） 次に、図８（ｄ）に示すように、熱酸化膜４５を適量エッチングして、供給口となる部分１４ａ、空隙部となる部分１３０ａ及び貫通穴となる部分１００ｃを開口させる。こうして、ＩＣＰで２０μｍ程度ドライエッチングする。
次に、熱酸化膜４５を適量エッチングして、第２の凹部となる部分１２０ｂを開口させる。

（ｅ） 次に、図８（ｅ）に示すように、ＩＣＰで２０μｍ程ドライエッチングする。この場合、供給口となる部分１４ａ、空隙部となる部分１３０ａ及び貫通穴となる部分１００ｃは、エッチングストップ層１８０によってエッチングが止まっている。この際、ノズル連通穴となる部分１５ａが貫通するが、この貫通穴はキャビティ基板３側の面Ｃからのみのドライエッチングで形成される。
次に、熱酸化膜４５を剥離する。

（ｆ） 次に、図８（ｆ）に示すように、再度、熱酸化膜４６を形成する。その後、フォトリソグラフィー法によって、ノズル基板５側の面Ｎにリザーバとなる部分１３ａを開口する。

（ｇ） 次に、図９（ｇ）に示すように、ＫＯＨで、リザーバとなる部分１３ａをエッチングストップ層１８０までウエットエッチングする。

（ｈ） 次に、図９（ｈ）に示すように、キャビティ基板３側の面Ｃからドライエッチングによってエッチングストップ層１８０の一部を除去する。すなわち、供給口となる部分１４ａ及び貫通穴となる部分１００ｃに位置するエッチングストップ層１８０を除去する。この際、空隙部となる部分１３０ａに位置するエッチングストップ層１８０ａ（ダイアフラム１８ａとなる部分）は、マスクをしてエッチングされないようにしておく。
次に、熱酸化膜４６を剥離する。その際に、貫通孔となる部分１００ｃに残っていたシリコン塊は抜け落ちる。

（ｉ） 次に、図９（ｉ）に示すように、再度、ドライ酸化で液滴保護膜４７を形成する。その際に、貫通穴となる部分１００ｃに残っていたシリコン塊は抜け落ちる。
こうして、リザーバ基板４が完成する。

完成したリザーバ基板４について、図６に示すように、電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の順に積層して接合し、ダイシングを行い、ウェハ単位で製造された接合体を各液滴吐出ヘッド（ヘッドチップ）に切り離す。これにより液滴吐出ヘッド１が完成する。

以上のように、実施の形態２によれば、供給口１４の深さと第２の凹部１２ｂの深さを高精度に制御することができるため、吐出特性の良い液滴吐出ヘッド１を得ることができる。
また、リザーバ１３の面積を大きくしたので、流路のコンプライアンスを低減して、ノズル間のクロストークを抑制することができる。また、実施の形態１と比較して、リザーバ１３の底面積を変えずに位置をノズル連通穴１５側へずらせば、液滴吐出ヘッド１を小型化することも可能である。
さらに、リザーバ１３の底面にダイアフラム１８ａを設け、リザーバ１３のコンプライアンスを低減してリザーバ１３内での圧力変動を抑制するようにしたので、液滴吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止し、良好な吐出特性を得ることができる。
また、ノズル連通穴１５ａと、第２の凹部１２０ｂと、供給口１４ａと、貫通穴１００ｃは、片面からのみの加工となるので、位置精度を向上させることができる。

実施の形態３．
図１０は実施の形態１及び２に係る液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の斜視図、図１１は液滴吐出装置の要部の斜視図である。図１０及び図１１に示す液滴吐出装置は、液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とするプリンタ１５０である。また、いわゆるシリアル型の装置である。
図１１において、プリンタ１５０は、被印刷物であるプリント紙１６０が支持されるドラム１５１と、プリント紙１６０にインクを吐出して記録を行う液滴吐出ヘッド１５２とによって主に構成されている。
また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１５２にインクを供給するための液滴供給手段がある。プリント紙１６０は、ドラム１５１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１５３により、ドラム１５１に圧着して保持される。そして、送りネジ１５４がドラム１５１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１５２が保持されている。送りネジ１５４が回転することによって、液滴吐出ヘッド１５２がドラム１５１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム１５１は、ベルト１５５等を介してモータ１５６により回転駆動される。また、プリント制御手段１５７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１５４及びモータ１５６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板１１を振動させ、制御をしながらプリント紙１６０に印刷を行わせる。

ここでは、液体をインクとしてプリント紙１６０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に電気配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解状態を示す斜視図。 図１の組み立て状態を示す縦断面図。 実施の形態１に係るリザーバ基板となる部分の製造工程を示す説明図。 実施の形態１に係るリザーバ基板の製造工程を示す断面図。 実施の形態１に係るリザーバ基板の製造工程を表す図。 本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの組み立て状態を示す縦断面図。 実施の形態２に係るリザーバ基板の製造工程を示す断面図。 実施の形態２に係るリザーバ基板の製造工程を示す断面図。 実施の形態２に係るリザーバ基板の製造工程を示す断面図。 液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の斜視図。 液滴吐出装置の主要な構成手段を示す斜視図。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド、２ 電極基板、３ キャビティ基板、４ リザーバ基板、５ ノズル基板、１１ 振動板、１２ 吐出室、１２ａ 第１の凹部、１２ｂ 第２の凹部、１３ リザーバ、１４ 供給口、１５ ノズル連通穴、１６ ノズル穴、１８ エッチングストップ層、１８ａ 圧力緩衝用のダイアフラム、１３０ リザーバの底部、１３１ 空隙部、１５０ プリンタ（液滴吐出装置）、Ｃ キャビティ基板側の面、Ｎ ノズル基板側の面。

Claims (13)

1. 液体を吐出するノズル穴を有するノズル基板と、液体を加圧する振動板を備え前記ノズル穴に合わせて吐出室の一部となる第１の凹部を有するキャビティ基板と、前記吐出室と連通して供給口となる部分、前記吐出室に供給する液体をためるリザーバとなるリザーバ凹部、前記吐出室とノズル穴を連通させるノズル連通穴となる部分、前記吐出室の一部となる第２の凹部及び前記リザーバに液体を供給する液体供給口となる部分を有するリザーバ基板とを少なくとも備え、前記キャビティ基板とリザーバ基板とが接合されて前記第１の凹部と第２の凹部とにより吐出室が形成された液滴吐出ヘッドであって、
   前記リザーバ基板の表面から所望の深さにエッチングの進行を停止させるエッチングストップ層を設け、該エッチングストップ層によって前記リザーバ基板に形成する被エッチング領域の深さを均一にするようにしたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記リザーバ基板に形成するエッチングストップ層の位置を、前記キャビティ基板側の面から供給口となる部分の深さに設定したことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記リザーバ基板に形成する第２の凹部の深さを前記供給口となる部分の深さと等しくしたことを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記リザーバ基板に形成する第２の凹部の深さを前記供給口となる部分の深さよりも浅くしたことを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記リザーバ基板のリザーバの底部を前記キャビティ基板側の面からエッチングストップ層までエッチングして空隙部を形成し、該空隙部上に残ったエッチングストップ層を圧力緩衝用のダイアフラムとして利用す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。
6. 前記リザーバ基板のエッチングストップ層を酸化シリコン膜で形成した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。
7. 前記リザーバ基板のエッチングストップ層を窒化シリコン膜で形成した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。
8. 前記リザーバ基板にＳＯＩ（Silicon On Insuiator）を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
10. 液体を吐出するノズル穴を有するノズル基板と、液体を加圧する振動板を備えノズル穴に合わせて吐出室の一部となる第１の凹部を有するキャビティ基板と、前記吐出室と連通して供給口となる部分、前記吐出室に供給する液体をためるリザーバとなるリザーバ凹部、前記吐出室とノズル穴を連通させるノズル連通穴となる部分、前記吐出室の一部となる第２の凹部及びリザーバに液滴を供給する液滴供給口となる部分を有するリザーバ基板とを少なくとも備え、前記キャビティ基板とリザーバ基板とが接合されて前記第１の凹部と第２の凹部とにより吐出室が形成される液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記リザーバ基板のノズル連通穴となる部分の一部と、前記第２の凹部となる部分と、前記供給口となる部分と、前記液滴供給口となる部分とを、前記リザーバ基板のキャビティ基板側の面よりドライエッチングする第１の工程と、前記リザーバ基板のノズル連通穴の残りを前記リザーバ基板のノズル基板側の面よりドライエッチングする第２の工程と、前記リザーバ基板のリザーバ凹部を該リザーバ基板のノズル基板側の面よりウエットエッチングする第３の工程よりなることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. 液体を吐出するノズル穴を有するノズル基板と、液体を加圧する振動板を備えノズル穴に合わせて吐出室の一部となる第１の凹部を有するキャビティ基板と、前記吐出室と連通して供給口となる部分、前記吐出室に供給する液体をためるリザーバとなるリザーバ凹部、前記吐出室とノズル穴を連通させるノズル連通穴となる部分、前記吐出室の一部となる第２の凹部及びリザーバに液滴を供給する液滴供給口となる部分を有するリザーバ基板とを少なくとも備え、前記キャビティ基板とリザーバ基板とが接合されて前記第１の凹部と第２の凹部とにより吐出室が形成される液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記リザーバ基板のノズル連通穴となる部分と、前記第２の凹部となる部分と、供給口となる部分と、液滴供給口となる部分とを、前記リザーバ基板のキャビティ基板側の面よりドライエッチングする第１の工程と、前記リザーバ基板のリザーバとなる部分を前記ノズル基板側の面よりウエットエッチングする第２の工程よりなることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記リザーバとなる部分の底部を前記キャビティ基板側の面よりエッチングストップ層に到るまでエッチングし、エッチングストップ層で閉じられた空隙部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
13. 請求項１０〜１２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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