JP2007185831A

JP2007185831A - 液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置

Info

Publication number: JP2007185831A
Application number: JP2006004853A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamazaki; 成二山崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】電極基板とシリコン基板との接合基板間のギャップ内における異物の噛み込みによるシリコン基板の亀裂や割れを低減する。
【解決手段】電極基板と、液体を貯えて吐出させる吐出室が少なくとも形成されるシリコン基板とを、電極とシリコン基板との間にギャップを介して対向させて接合し、電極基板と接合されたシリコン基板に、吐出室を含む液体流路と電極の外部機器への接続部に対応した電極取出し口となる部分とをエッチングを利用して形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、ガラス基板２の表面に複数の電極形成溝９を形成し、ガラス基板２の端部を電極形成溝９が形成された面より凹んだ凹面１１に形成し、電極形成溝９から凹面１１に至る複数の電極８を成膜し、凹面１１に成膜された電極８を外部機器と接続する電極端子８ｂとした電極基板２Ａを、液滴吐出ヘッドの電極基板に用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクやその他の液体を吐出する液滴吐出ヘッド及びそれを備えた液滴吐出装置に関する。

液滴吐出を実現するヘッドとして、吐出前の液体を貯えて吐出させる吐出室を設け、吐出室の底面を構成する底壁を振動板とし、この振動板に対向配置した電極を利用して該振動板を変形させて吐出室内の圧力を高め、液体を加圧することで吐出室と連通するノズル孔から液滴を吐出させるものがある。このような液滴吐出ヘッドを製造する方法として、複数の電極が形成されたガラス基板に流路形成前のシリコン基板を接合した後、該シリコン基板を薄板化し、薄板化したシリコン基板に、吐出室等の流路、及び電極を外部機器と接続する接続部（又は電極端子部）に対応した電極取出し部を形成する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−３０６４４４号公報

上記の様な液滴吐出ヘッドの製造プロセスでは、電極基板の接続部に外部機器と繋がるケーブル等を接続できるようにするため、シリコン基板の対応部分を電極取出し口として除去し開放する工程がある。その除去は、シリコン基板の該当部をエッチングにより薄膜化した後、その膜を機械加工又はレーザ加工などにより除去することにより行っている。しかし、電極取出し口となる前の薄膜部分はその面積に比べて非常に薄い層となるため、電極基板とその薄膜部分のギャップ内に異物を噛んだ場合には、シリコン基板に予定外の亀裂や割れを生じさ、製造歩留まりを低下させる原因となっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、電極基板とシリコン基板の接合により形成されるそれら基板間のギャップにおける異物の噛み込みに起因するシリコン基板の亀裂や割れを低減させることが可能な、液滴吐出ヘッドの製造方法を提案すること、並びにその方法を利用して製造した液滴吐出ヘッドを提案するものである。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、ガラス基板に複数の電極を形成した電極基板と、液体を貯えて吐出させる吐出室が少なくとも形成されるシリコン基板とを、前記電極と前記シリコン基板との間にギャップを介して対向させて接合し、前記電極基板と接合された前記シリコン基板に、前記吐出室を含む液体流路と前記電極の外部機器への接続部に対応した電極取出し口となる部分とをエッチングを利用して形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、ガラス基板の表面に複数の電極形成溝を形成し、前記ガラス基板の端部を前記電極形成溝が形成された面より凹んだ凹面に形成し、前記電極形成溝から前記凹面に至る複数の電極を成膜し、前記凹面に成膜された前記電極を外部機器と接続する電極端子とした電極基板を、前記シリコン基板に接合される電極基板として用いるものである。
これによれば、電極取出し口に対応する部分における電極基板とシリコン基板のギャップが拡がり、液滴吐出ヘッドの製造中に薄膜化される当該部分での異物噛み込みによるシリコン基板の亀裂や割れが低減されて、製造歩留まりが向上する。

なお、前記電極基板との接合により前記電極端子と対向することになる前記シリコン基板の表面を、周囲より凹んだ凹部に予め形成しておくことが好ましい。
これによれば、電極取出し口に対応する部分での電極基板とシリコン基板のギャップがさらに拡がり、その部分での異物を噛み込むことによるシリコン基板の亀裂や割れが低減される。
また、前記電極端子に装着される接続具を前記電極端子の配列方向に位置決めする側壁を、前記凹面を形成する際に併せて前記端部に形成することが好ましい。
このようにしておけば、電極基板に外部機器と接続する為の接続具を取り付ける際、側壁をガイドとして電極端子に容易に位置決めできる。

本発明の液滴吐出ヘッドは、ガラス基板に複数の電極が形成された電極基板と、液体を貯えて吐出させる可撓性の底面を有した吐出室が形成されたシリコン基板とが、前記電極と前記吐出室の底面とをギャップを介して対向させて接合されており、前記ギャップが密閉されてなる液滴吐出ヘッドであって、前記電極基板は、ガラス基板の表面に複数の電極形成溝が形成され、前記ガラス基板の端部が前記電極形成溝が形成された面より凹んだ凹面に形成され、前記電極形成溝から前記凹面に至る複数の電極が成膜され、前記凹面に成膜された前記電極が外部機器と接続される電極端子となっているものである。
このように、電極の外部機器との接続部である電極端子部が電極形成溝面より凹んだ凹面に形成されていれば、シリコン基板の電極取出し口形成工程において、加工途中のシリコン基板と電極基板との間のギャップ拡がり、その部分での異物を噛むことによるシリコン基板の亀裂や割れが低減される。

なお、前記電極端子に装着される接続具を前記電極端子の各電極の配列方向に位置決めする側壁が、前記電極形成溝が形成されている面と前記凹面との境界をなす段差面により形成されているのが好ましい。
これにより、フレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）などの接続具を、側壁をガイドとして電極端子に容易に装着できる。

本発明の液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドとして上記のヘッドを備えたものである。

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はフェイス吐出型の液滴吐出ヘッドを表している。図１に示すように、この液滴吐出ヘッドは、キャビティプレート１、電極基板２Ａ、ノズルプレート３の３つの基板が積層されてなる。
キャビティプレート１は、例えば、厚さ約５０μｍで、１１０面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）から構成されている。キャビティプレート１には、液滴が保持されて吐出圧が加えられる複数の吐出室（圧力室ともいう）５、各吐出室５に供給する液体をためておく各吐出室５に共通のリザーバ７などの流路が形成されている。なお、吐出室５の底面を構成する底壁は可撓性を有し、変形可能な振動板４として作用する。

キャビティプレート１の下面（電極基板２Ａと対向する面）には、絶縁膜となるＴＥＯＳ膜（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシランを用いてできるＳｉＯ₂ 膜をいう）を、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いて０．１μｍ程度成膜しているが、それは図示していない。このＴＥＯＳ膜は、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁膜破壊及び短絡を防止するためである。また、キャビティプレート１の上面（ノズルプレート３と対向する面）にも、液体保護膜となるＳｉＯ₂膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜しているが、それも図示していない。液体保護膜はインク等の液体によって流路が腐食するのを防ぐためである。また、液体保護膜の応力とキャビティプレート１の下面に成膜したＴＥＯＳ膜の応力とを相殺させ、振動板４の反りを小さくすることができる効果もある。
キャビティプレート１には、さらにキャビティプレート１の外部電極端子として共通電極１９が設けられているほか、電極基板２Ａの外部機器との接続部に対応した部分が電極取出し口２５として切り欠かれて開口されている。

電極基板２Ａは、ガラス基板２の表面に、キャビティプレート１の振動板４に対応する複数の電極（個別電極）８が形成されたものである。本実施の形態では、ガラス基板２として、厚さ１ｍｍ程度のホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いている。ガラス基板２中央域の表面には、キャビティプレート１に形成される各吐出室５に対応させて、深さ約０．２μｍの電極形成溝９がエッチングにより複数形成されている。また、ガラス基板２中央域より外側のガラス基板２端部には、電極形成溝９が形成された面より凹んだ凹面１１が形成されている。さらに、電極形成溝９から凹面１１に至る複数の電極８が、電極形成溝９の内部、電極形成溝９形成面と凹面１１との境界面、及び凹面１１に形成されている。そして、電極形成溝９の内部に形成された電極８を吐出室５に対向する対向電極８ａとし、ガラス基板２端部の凹面１１に成膜された電極を、外部機器との接続部となる電極端子８ｂとして、電極基板２Ａを構成している。

この例ではさらに、電極基板２Ａには、電極端子８ｂに装着される接続具を複数の電極端子８ｂの配列方向に位置決めするのに利用する側壁１０が形成されている。この側壁１０は、電極形成溝９が形成されている面と凹面１１との境界をなす段差面により形成されており、通常は、凹面１１をエッチングにより形成する際に併せて形成しておく。ただし、側壁１０は必須のものではない。
なお、凹面１１の電極形成溝９形成面からの深さは特に限定するものではないが、電極形成溝９形成面より１μｍ以上とするようにしておくと、製造中、加工屑などが電極基板２Ａとシリコン基板（キャビティプレート１となるもの）の電極取出し口２５形成部のギャップに噛み込まれるのを効果的に低減できる。

本実施の形態では、電極８の材料として酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えばスパッタ法を用いて０．１μｍの厚さで成膜するものとする。その際、電極基板２Ａとシリコン基板の陽極接合時に、電極８とシリコン基板とを等電位にするためのパターン（以下、等電位接点２４という）も電極８と同時に成膜しておく。
なお、電極８の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよい。本実施の形態においては、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いることとする。
また、電極基板２Ａには、リザーバ７と連通して外部タンク（図示せず）からリザーバ７への流路となる吐出用の液体供給口１３も設けられている。

振動板４と電極８との間には、後述する図２に示すように、振動板４の動作空間となるギャップ１６が構成されるが、そのギャップ１６は電極形成溝９の深さ、電極８の厚さにより決まる。ギャップ１６の大きさ液滴吐出ヘッドの吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が必要となる。なお、この例におけるギャップ１６は、０．１μｍである。

ノズルプレート３は、例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板で構成され、電極基板２Ａ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と接合されている。図１から見て、ノズルプレート３の上面には、吐出室５で加圧されたインク等の液体を液滴として吐出するノズル孔１２が形成されている。また、キャビティプレート１のリザーバ７に対応する部分には、リザーバ７内の液体の圧力変動を吸収するためのダイアフラム１８が形成されている。さらに、ノズルプレート３の下面には、吐出室５とリザーバ７とを連通させるオリフィス６も形成されている。
なお、ここではノズル孔１２を有するノズルプレート３を上面とし、電極基板２Ａを下面として説明するが、実際には、ノズルプレート３の方が電極基板２Ａよりも下面となって用いられることが多い。

図２は図１の液滴吐出ヘッドの断面図である。図２（ａ）は吐出室５を長手方向に割断した部分の断面図、図２（ｂ）は等電位接点部分の拡大断面図を表している。
図２（ａ）に示す吐出室５は、吐出前の液体を溜めておき、吐出室５の底壁を構成する振動板４の変形を利用して、吐出室５内の圧力を高めて、液滴をノズル孔１２から吐出させる作用を果たす。本実施の形態で振動板４は、高濃度のボロン（Ｂ）をシリコン基板に拡散したボロンドープ層から構成し、その表面にＴＥＯＳ絶縁膜１４を被覆している。振動板４となるボロンドープ層の厚さは、例えば約０．８μｍである。所望の厚さの振動板４を形成するためには、ほぼ同じだけの厚さのボロンドープ層を、キャビティプレート１となるシリコン基板に形成する。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、ボロンをドーパントとしたときには高濃度（約５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上）の領域で極端にエッチングレートが小さくなる。したがって、ボロンドープ層を有したシリコン基板に、吐出室５及びリザーバ７を異方性ウェットエッチングで形成する場合に、ボロンドープ層が露出するとエッチングレートが極端に小さくなることを利用して振動板４の厚さを制御し、吐出室５の形状を高精度で形成することができる。
また、振動板４と電極８の間のギャップ１６には、異物、水分（水蒸気）等が浸入しないように、ギャップ１６を外気から遮断し、密閉する封止材２６がギャップ１６の端部に設けられている。

図２（ａ）には、液滴吐出ヘッドの振動板４を動作させる機器も示されている。ここでは、キャビティプレート１の共通電極１９と電極基板２Ａの電極端子１１とが、接続ケーブルを介して発振回路２２に接続されている。接続ケーブルには、例えばＦＰＣ（Flexible Printing Circuit)２３が利用でき、キャビティプレート１の共通電極１９と、電極基板２Ａの電極端子８ｂとに、それぞれＦＰＣ２３の接続端部２３ａが電気的接続を確保して装着されている。
発振回路２２は、例えば２４ｋＨｚで発振し、電極８に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷の供給及び停止を行う。すなわち、発振回路２２が発振駆動することで、例えば電極８に電荷を供給して正に帯電させ、振動板４を相対的に負に帯電させると、振動板４が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。その後、電荷の供給を停止すると振動板４は元に戻るが、そのときの吐出室５の容積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴２０が吐出する。この液滴２０が例えば記録対象となる記録紙２１に着弾することによって印刷等の記録が行われる。なお、このような方法は引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。

図２（ｂ）は等電位接点部分の拡大断面図を表している。本実施の形態では、図１に示したように、等電位接点２４を各ヘッドチップに独立して設け、それを利用して陽極接合時に、キャビティプレート１となるシリコン基板と電極８との間を等電位に保つようにしている。等電位接点２４となる部分については、電極基板２Ａに電極形成溝９を形成する際、エッチングせず残しておく。そして、電極８の成膜時、併せて等電位接点２４となるＩＴＯパターンを形成する。これにより、等電位接点２４は、電極基板２Ａの表面よりもそのＩＴＯパターンの分（０．１μｍ程度程）突出する。一方、キャビティプレート１となるシリコン基板においては、等電位接点２４に対応する部分のＴＥＯＳ膜（絶縁膜）１４を取り除き、シリコン基板（ボロンがドープされている場合にはボロンドープ層）を露出する窓を形成する。この窓を介してシリコン基板と等電位接点２４とを接触させることで、陽極接合時において、電極８とシリコン基板との等電位を確保することができる。なお、等電位接点２４と電極８の導通は後のウェハ裁断処理により遮断される。

図３はキャビティプレート１に接合前の電極基板２Ａを上方から見た図である。通常、液滴吐出ヘッドはウェハ単位で作られ、最終的に各液滴吐出ヘッド（ヘッドチップ）に切り離されるが、これは、その切断前の状態の電極基板２Ａを示している。なお、図中の破線１７が、電極基板２Ａ（ガラス基板２）の電極形成溝９が形成された面と凹面１１との境界を示している。また、各チップに切断前のこの段階では、各電極８と等電位接点２４とはＩＴＯパターンにより接続された状態となっている。

ダイシングライン２７は、ウェハに一体形成された複数の液滴吐出ヘッドを切り離す際のラインである。したがって、図３においてダイシングライン２７を含んでそれよりも外側にある部分は、完成した液滴吐出ヘッドには残らない。なお、図３の液滴吐出ヘッドでは、電極８を５つしか表していないが、実際には１つの液滴吐出ヘッドには多くのノズル孔１２が存在し、その数に応じた電極８が形成されている。
大気開放穴２８はこの液滴吐出ヘッドの外部と電極形成溝９とを連通させ、陽極接合によって形成されるギャップ１６が密閉された状態になるのを防ぐためのものである。たとえば、陽極接合時等、各基板への加熱等による酸素等の気体発生によってギャップ１６内が加圧されるのを防止する。なお、この大気開放穴２８は、サンドブラスト法や切削加工等により形成する。なお、大気開放穴２８は、最終的にはダイシングにより液滴吐出ヘッドと切り離されるので、完成した液滴吐出ヘッドには残らない。

次に、第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する。図４は液滴吐出ヘッドに使用される電極基板２Ａの製造方法を示す工程図、図５〜図７は図４の方法で製造された電極基板２Ａを利用して、液滴吐出ヘッドを製造する工程図である。なお、図５〜図７は振動板と電極とが一対だけ表された部分断面図である。

まず、図４に従って電極基板２Ａの製造方法を説明する。
（ａ）約１ｍｍのガラス基板２を用意し、エッチングマスクとなるクロム（Ｃｒ）膜３１をガラス基板２の片面に０．１μｍ程度成膜する。
（ｂ）次に、成膜したクロム膜３１の表面にレジスト３２を塗布し、凹面１１を形成する為のレジストパターニングを施して、クロム膜３１を硝酸セリウムアンモニウム水溶液でエッチングしてパターニングする。
（ｃ）次に、レジストを付けた状態でガラス基板２をフッ化アンモニウム水溶液に浸し、ガラス基板２の端部を１μｍ以上エッチングして、中央域表面より凹んだ凹面１１を端部形成する。その後レジストを剥離する。
（ｄ）続いて、クロム膜３１面側にレジスト３２を塗布し、電極形成溝９を形成する為のレジストパターニングを施して、クロム膜３１を硝酸セリウムアンモニウム水溶液でエッチングしてパターニングする。
（ｅ）次に、レジストを付けた状態でガラス基板２をフッ化アンモニウム水溶液に浸し、電極８の形状パターンに合わせて０．２μｍの深さの電極形成溝９（等電位接点２４へ繋がる溝を含む）をエッチングにより形成する。なお、等電位接点となる部分については溝凹部を形成しないのでエッチングはしない。
（ｆ）電極形成溝９の形成後、電極形成溝９が形成されたガラス基板２の全面に導電部材を成膜する。導電部材としてはＩＴＯが好ましく、それをスパッタ法などを用いて０．１μｍの厚さに成膜する。なお、ＩＴＯに代えて他の導電部材を使用しても良い。
（ｇ）その後、成膜されたＩＴＯ膜をパターニングし、対向電極８ａ及び電極端子８ｂを備えた電極８、及び等電位接点２４を形成する。
（ｈ）最後に液体供給口１３及び大気連通穴２８をサンドブラスト法または切削加工により形成する。これにより、ガラス基板２を基材とした電極基板２Ａが作製される。

なお、上記の工程では含めなかったが、電極端子８ｂに装着されるＦＰＣやケーブルの接続具（又は接続部）を電極端子８ｂの配列方向に位置決めすることができる図１に符号１０で示す側壁を、凹面１１を形成する際に併せてガラス基板２の端部に形成することが好ましい。側壁１０は、例えば、ＦＰＣやケーブルの接続具を電極端子８ｂに装着する際に、その接続具の側部を側壁１０に接触させると、接続具の端子が自動的に電極端子８ｂの所定位置に位置決めされるような態様に形成する。

次に、図５〜図７の（ａ）〜（ｔ）に従って液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する。
（ａ）まず、図４のようにして作製された電極基板２Ａに接合されてキャビティプレート１となるシリコン基板４１を準備する。そのシリコン基板４１は、（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板とし、電極基板２Ａとの接合面側となる面を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みのシリコン基板４１を作製する。この基板４１を、酸素及び水蒸気雰囲気中において、１０７５℃の温度条件で４時間酸化することで、シリコン基板４１の両面に約１．２μｍのＳｉＯ₂膜４１Ａを成膜する。
（ｂ）シリコン基板４１の両面にレジストを塗布し、電極取出し口２５となる部分のＳｉＯ₂膜４１Ａを除去すべくレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、ＳｉＯ₂膜４１Ａをパターニングする。その後、シリコン基板４１からレジストを剥離する。
（ｃ）続いて、ウェットエッチングまたはドライエッチングを行い、電極取出し口２５となる部分のシリコンを１μｍ以上エッチングして凹部２５ａを形成する。本実施例では５μｍ程度エッチングする。
（ｄ）パターニングをした面と反対面にレジストを塗布した後、シリコン基板４１をふっ酸水溶液に浸し、鏡面側のＳｉＯ₂膜４１Ａをエッチングにて除去する。そして、レジストを剥離する。

（ｅ）次に、シリコン基板４１の振動板４となるボロンドープ層４２を形成する面を、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する。さらに縦型炉に石英ボートをセットして、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させて７時間保持することで、ボロンをシリコン基板４１の片側面に拡散させて、０．８μｍの厚さにボロンドープ層４２を形成する。ボロンドープ層４２の形成工程においては、炉へのシリコン基板４１（石英ボート）の投入温度を８００℃とし、さらにシリコン基板４１の取出し温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板４１内の酸素による酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過させることができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。なお、この時、シリコン基板４１の拡散面と反対面にはＳｉＯ₂膜４１Ａが残っているため、ボロンが反対面に回り込んでも、ＳｉＯ₂膜４１Ａがマスクとなって反対面にボロンが拡散されることが無い。

（ｆ）ボロンドープ層４２の表面にはボロン化合物が形成されているが（図示なし）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂ に化学変化させることができる。その後、シリコン基板４１をふっ酸水溶液に１０分間浸すと、ボロン拡散部のＢ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂膜及び反対面側のＳｉＯ₂膜４１Ａがエッチング除去される。

（ｇ）続いて、ボロンドープ層４２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳ膜（絶縁膜）１４を、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で０．１μｍ成膜する。さらに、成膜したＴＥＯＳ膜１４の表面にレジストを塗布し、等電位接点２４に対応する接点となる部分（窓）をシリコン基板４１に露出させるためのレジストパターニングを施す。そして、ふっ酸水溶液でウェットエッチングを行ってＴＥＯＳ膜１４をパターニングし窓を形成する。その後、レジストを剥離する。

（ｈ）続いて、シリコン基板４１と電極基板２Ａを３６０℃に加熱した後、電極基板２Ａに負極、シリコン基板４１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して、シリコン基板４１と電極基板２Ａとの陽極接合を行う。この陽極接合時に、シリコン基板４１とガラス基板２の界面において、ガラスが電気化学的に分解され酸素が気体となって発生する場合がある。また加熱によって表面に吸着していたガス（気体）が発生する場合もある。しかしながら、これらの気体は大気開放穴２８から逃げるため、ギャップ１６内が正圧になることは無い。また、この陽極接合時、各電極８とシリコン基板４１は前述した等電位接点２４と窓を介して接触し、各電極８とシリコン基板４１は等電位となる。したがって、陽極接合中にギャップ１６内で放電が起こることもない。

（ｉ）陽極接合後、シリコン基板４１の厚みが約６０μｍになるまでシリコン基板４１表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、３２ｗ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板４１を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板４１の厚みを約５０μｍにする。
なお、この研削工程及び加工変質層除去工程においては、大気開放穴２８から液体がギャップに入り込まないように、片面保護治具、テープ等を用いて大気開放穴２８を塞ぎ、ギャップを保護する。

（ｊ）次に、ウェットエッチングを行った面に対し、ＴＥＯＳによるエッチングマスク（以下、ＴＥＯＳエッチングマスクという）４３をプラズマＣＶＤ法により成膜する。成膜条件としては、例えば、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³ ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で１．０μｍ成膜する。

（ｋ）続いて、大気開放穴２８に例えばエポキシ系接着剤２８Ａを流し込み、大気開放穴２８を封止する。これによりギャップ１６は密閉状態となるため、以後の工程で大気開放穴２８から液体等が入り込むことが無くなる。なお、大気開放穴２８の封止は、ＴＥＯＳエッチングマスクを成膜した後に行うのが好ましい。ＴＥＯＳエッチングマスクの成膜前に大気開放穴２８の封止を行うと、閉じこめられたギャップ１６内の気圧が、ＴＥＯＳエッチングマスク成膜時に膨張し、薄くなったシリコン基板を押し上げて、シリコン基板４１が割れる可能性があるからである。
さらに、ＴＥＯＳエッチングマスク４３にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液中に浸して、吐出室５となる部分のＴＥＯＳエッチングマスク４３が無くなるまで、その部分をエッチングする。その後レジストを剥離する。

（ｌ）続いて、リザーバ７および電極取出し口２５となる部分のＴＥＯＳエッチングマスク４３をエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、ふっ酸水溶液でそれらの部分のＴＥＯＳエッチングマスク４３を０．７μｍだけエッチングしてパターニングする。これによりリザーバ７および電極取出し口２５となる部分に残っているＴＥＯＳエッチングマスク４３の厚みは０．３μｍとなる。このようにするのは、リザーバ７となる部分と電極取出し口２５となる部分の底面に厚みを持たせ、それらの剛性を高めるためである。この後、レジストを剥離する。
なお、特開２００４−３０６４４４号公報にあるように、エッチングした場合に電極取出し口２５となる部分の中央部にシリコンの島が残るように、ＴＥＯＳエッチングマスク４３に対してレジストパターニングを施してもよい。

（ｍ）次に、シリコン基板４１と電極基板２Ａとの接合済み基板を、３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室５の底面厚みが約５μｍになるまでウェットエッチングを行う。このとき、リザーバ７となる部分の電極取出し口２５となる部分はマスクされており、エッチングがまだ始まっていない。

（ｎ）続いて、ふっ酸水溶液に接合済み基板を浸して、リザーバ７となる部分および電極取出し口２５となる部分のＴＥＯＳエッチングマスク４３を除去する。

（ｏ）さらに、接合済み基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に２０分程度浸し、ボロンドープ層４２によるエッチングレート低下が表れるまでエッチングを続ける。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、形成される振動板４の面荒れを抑制し、振動板４の厚み精度を０．８０±０．０５μｍ以下にすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる。
このエッチングにより、リザーバ７及び電極取出し部２５となる部分の深さは約３０μｍとなる。従って、リザーバ部の厚みは約２０μｍとなり、電極取出し口部の厚みは約１５μｍ（５μｍの凹部２５ａがあるため）となる。この厚みのため、吐出室５より広い面積を有するこれらの部分でその強度が高まり、製造過程での割れが低減される。また、電極取出し口２５となる部分の、電極基板２とシリコン基板４１のギャップ１６が、他の部分のギャップ１６より拡大されているため、その部分における加工屑など異物の噛み込みも低減されて、シリコン基板４１が製造過程で割れることも低減される。従って、製造歩留まりを向上させることができる。
（ｐ）ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板４１表面のＴＥＯＳエッチングマスク４３を剥離する。

（ｑ）次に、シリコン基板４１の電極取出し口２５を開口させるため、電極取出し口２５となる部分の残留シリコンを除去する。そのため、電極取出し口２５となる部分が開口したシリコンマスクを接合済み基板のシリコン基板４１側の表面に取り付ける。そして、例えば、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ４流量３０ｃｍ³ ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチング（異方性ドライエッチング）を１時間行い、電極取出し口２５となる部分のみにプラズマを当てて開口する。これにより、シリコン基板４１は図１に示したキャビティプレート１の状態になる。また、電極８とシリコン基板４１とのギャップ１６も大気開放される。

（ｒ）次に、例えばエポキシ樹脂からなる封止材２６を、キャビティプレート１と電極基板２Ａの電極８との間で形成されるギャップ１６の開口端部に沿って流し込み、ギャップ１６を封止する。これによりギャップ１６は再び密閉状態となる。また、ギャップ１６と大気開放穴２８へ連通する溝も、この封止材２６によって遮断される。

（ｓ）その後、ノズル孔１２があらかじめ形成されたノズルプレート３を、例えばエポキシ系接着剤により、接合済み基板のキャビティプレート１側に接着する。
（ｔ）最後に、ダイシングライン２７に沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッド毎に裁断し、液滴吐出ヘッドが完成する。ここで、陽極接合時には短絡していた各電極８はそれぞれ分断され、ノズル孔１２毎に独立する。また、大気開放穴２８及びそこに連通していたガラス溝も切断されて除去される。

以上のような方法によれば、ガラス基板２とシリコン基板４１を接合した後に、接合されたシリコン基板４１に対して吐出室５等の各流路を形成するため、取り扱いが容易で、シリコン基板４１の割れも低減することができ、且つ基板の大口径化が可能となる。大口径化が可能となれば、一枚のシリコン基板から多くのインクジェットヘッドを取出すことができるため、生産性を向上させることができる。
また、電極基板２Ａの電極端子８ｂ部を凹面１１として深くし、キャビティプレート１となるシリコン基板４１の電極取出し口２５となる部分にザグリを入れて凹部２５ａとして、電極取出し口２５となる部分のギャップ１６を拡大しているため、製造過程でギャップ１６に異物が噛み込まれてシリコン基板４１が割れることも低減される。
さらに、電極基板２Ａの電極端子８ａにＦＰＣ２３を実装する際に、その接続端部２３ａを電極基板２Ａの凹面１１の側壁１０に当ててアライメントができるようにした場合には、電極端子８ｂに対するＦＰＣ２３の接続端部２３の位置決めが容易となる。
なお、上記に示した液滴吐出ヘッドの製造方法は一例であり、そこで使用した温度、圧力、時間、厚みなどの条件は、上記に説明したものに限られるものではない。

実施の形態２
図８は実施の形態１で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の概略構成図である。図８の液滴吐出装置はインクジェット方式による印刷を目的とするプリンタである。図８において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２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１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させ、また、図示していない発振駆動回路を駆動させて液滴吐出ヘッド１０２の振動板を駆動させ、プリント紙１１０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１１０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、染料または顔料を含む液体、有機ＥＬ等の表示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。

実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。図１の液滴吐出ヘッドの断面図であり、吐出室の部分を長手方向に割断した部分の断面図（ａ）、等電位接点部分を拡大した部分断面図（ｂ）。図１の液滴吐出ヘッドを構成する電極基板の一部を上面から見た図。電極基板の製造工程図。実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程図。図５に引き続く液滴吐出ヘッドの製造工程図。図６に引き続く液滴吐出ヘッドの製造工程図。液滴吐出ヘッドを備えた実施の形態２に係る液滴吐出装置の概略構成図。

符号の説明

１キャビティプレート、２ガラス基板、２Ａ電極基板、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、８ａ対向電極、８ｂ電極端子、９電極形成溝、１０側壁、１１ガラス基板端部の凹面、１２ノズル孔、１３液体供給口、１４ＴＥＯＳ膜（絶縁膜）、１６ギャップ、１８ダイアフラム、１９共通電極、２０液滴、２１記録紙、２２発振回路、２３ＦＰＣ、２３ａＦＰＣの接続端部、２４等電位接点、２５電極取出し口、２５ａ電極取出し口となる凹部、２６封止材、２７ダイシングライン、２８大気開放穴、４１シリコン基板、４１Ａシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）、４２ボロンドープ層、４３ＴＥＯＳエッチングマスク、１００プリンタ、１０２液滴吐出ヘッド。

Claims

ガラス基板に複数の電極を形成した電極基板と、液体を貯えて吐出させる吐出室が少なくとも形成されるシリコン基板とを、前記電極と前記シリコン基板との間にギャップを介して対向させて接合し、前記電極基板と接合された前記シリコン基板に、前記吐出室を含む液体流路と前記電極の外部機器への接続部に対応した電極取出し口となる部分とをエッチングを利用して形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
ガラス基板の表面に複数の電極形成溝を形成し、前記ガラス基板の端部を前記電極形成溝が形成された面より凹んだ凹面に形成し、前記電極形成溝から前記凹面に至る複数の電極を成膜し、前記凹面に成膜された前記電極を外部機器と接続する電極端子とした電極基板を、前記シリコン基板に接合される電極基板として用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記電極基板との接合により前記電極端子と対向することになる前記シリコン基板の表面を、周囲より凹んだ凹部に予め形成しておく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。
前記電極端子に装着される接続具を前記電極端子の配列方向に位置決めする側壁を、前記凹面を形成する際に併せて前記端部に形成することを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
ガラス基板に複数の電極が形成された電極基板と、液体を貯えて吐出させる可撓性の底面を有した吐出室が形成されたシリコン基板とが、前記電極と前記吐出室の底面とをギャップを介して対向させて接合されており、前記ギャップが密閉されてなる液滴吐出ヘッドであって、前記電極基板は、
ガラス基板の表面に複数の電極形成溝が形成され、前記ガラス基板の端部が前記電極形成溝が形成された面より凹んだ凹面に形成され、前記電極形成溝から前記凹面に至る複数の電極が成膜され、前記凹面に成膜された前記電極が外部機器と接続される電極端子となっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記電極端子に装着される接続具を前記電極端子の各電極の配列方向に位置決めする側壁が、前記電極形成溝が形成されている面と前記凹面との境界をなす段差面により形成されていることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
液滴吐出ヘッドとして請求項４または５記載のヘッドを備えた液滴吐出装置。