JP2007276128A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出室を高密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を確保することができる液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】底壁を振動板１２とし液滴を溜めておく複数の吐出室１１と該複数の吐出室１１に供給する液体を溜めておくリザーバ３３を構成する第１リザーバ１４とが形成されるキャビティ基板１と、各吐出室１１それぞれに対応して形成され吐出室１１内の液滴を吐出する複数のノズル孔３１を有するノズル基板３とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、ノズル基板３は、ＳＯＩ基板で構成され、ノズル基板３においてキャビティ基板１の第１リザーバ１４と対向する位置に、第１リザーバ１４とともにリザーバ３３を構成する第２リザーバ３２となる凹部が、ＳＯＩ基板を構成するＳｉＯ₂ 層をエッチングストップ層としたエッチングにより形成されているものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタなどに使用される液滴吐出ヘッド、その製造方法及び液滴吐出装置に関する。

昨今の静電駆動方式のインクジェットプリンタでは、高解像度画像の高速印字、プリンタの省スペース化のために、インクジェットヘッドの多ノズル孔化及び小型化が進んでおり、それに伴って吐出室（圧力室などともいう）の高密度化が進んでいる。

従来の一般的な静電駆動方式のインクジェット記録装置（インクジェットヘッド）では、３枚の基板を接合して１枚の基板に静電駆動用の電極を形成し、真ん中の基板に複数の吐出室となる凹部及びリザーバ（共通インク室などともいう）となる凹部を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１１５１７９号公報

従来の一般的な静電駆動方式のインクジェット記録装置では（例えば、特許文献１参照）、吐出室を高密度化したときに流路としての吐出室の断面積が小さくなり、インク流路の流路抵抗が全体として高くなってインクの吐出性能が低下してしまうという問題点があった。

上記のように吐出室を高密度化すると、複数の吐出室間の隔壁の厚さが薄くなり吐出室同士の圧力干渉（いわゆるクロストーク）が発生する。このクロストークを防止するために、一般のインクジェットヘッドでは吐出室となる凹部及び各吐出室に共通のリザーバとなる凹部が形成される基板（キャビティ基板と呼ぶ）を薄くして吐出室間の隔壁の高さを低くしていた。しかし吐出室となる凹部及びリザーバとなる凹部が形成される基板を薄くすると、さらに吐出室の断面積が小さくなるため、益々インク流路の流路抵抗が高くなる。また、リザーバの高さも小さくなるため、十分なリザーバ容積を取ることができず、リザーバのコンプライアンス（振動の吸収度合い）が低くなり、リザーバの流路抵抗が高くなる。そして、このようにリザーバのコンプライアンスが低くなると、ある吐出室に圧力が加わった場合に、その圧力がリザーバに与える振動をリザーバで十分吸収できず、他の吐出室にも伝わってしまい、依然としてクロストークの問題を解消するのが困難であるという問題があった。

本発明は、吐出室を高密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を確保することができる液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ヘッドの製造方法並びに液滴吐出装置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、底壁を振動板とし液滴を溜めておく複数の吐出室と複数の吐出室に供給する液体を溜めておくリザーバを構成する第１リザーバとが形成されるキャビティ基板と、各吐出室それぞれに対応して形成され吐出室内の液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズル基板とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、ノズル基板は、絶縁層の両面にシリコン層が接合されたＳＯＩ基板で構成され、ノズル基板においてキャビティ基板の第１リザーバと対向する位置に、第１リザーバとともにリザーバを構成する第２リザーバとなる凹部が、第１リザーバとの対向面側から絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングにより形成されているものである。
これにより、リザーバの容積を拡大することができ、コンプライアンスを高めてリザーバ内における圧力変動を緩衝することが可能となり、吐出室間の圧力干渉（クロストーク）を防止することができる。また、絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングにより第２リザーバを形成するので、深さ精度高く第２リザーバを形成できる。また、第２リザーバを設けるにあたり、その分の厚みを出すために新たな基板を設けるのではなくノズル基板に設けるようにしたので、製造工数や製造コストの面で有効である。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔が、吐出方向の先端側の第１ノズル孔と、第１ノズル孔に連通し、第１ノズルより大きな孔径を有する第２ノズル孔とで構成され、第１ノズル孔と第２ノズル孔のどちらも絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングにより形成されているものである。
これにより、深さ精度高く第１ノズル孔及び第２ノズル孔を形成できる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板に対向し、各振動板を静電駆動する個別電極が形成された電極基板と、振動板の静電駆動を制御するドライバＩＣとを備え、ノズル基板は、ドライバＩＣを収容する収容部の一部を構成するＩＣ収容凹部を備えており、ＩＣ収容凹部は、絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングにより形成されているものである。
このようにノズル基板にＩＣ収容凹部を設けたことにより、ノズル基板内にドライバＩＣを収容できる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、底壁を振動板とし液滴を溜めておく複数の吐出室と複数の吐出室に供給する液体を溜めておくリザーバを構成する第１リザーバとが形成されるキャビティ基板と、各吐出室それぞれに対応して形成され吐出室内の液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズル基板とを少なくとも有し、ノズル基板においてキャビティ基板の第１リザーバと対向する位置に形成され、第１リザーバとともにリザーバを構成する第２リザーバとなる凹部が形成された液滴吐出ヘッドの製造方法であって、ノズル基板は、絶縁層の両面にシリコン層が接合されたＳＯＩ基板で構成され、ＳＯＩ基板を、キャビティ基板の第１リザーバとの対向面側から絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングすることにより凹部を形成するものである。
これにより、第２リザーバを深さ精度高く形成できる。また、第２リザーバを設けるにあたり、その分の厚みを出すために新たな基板を設けるのではなく、ノズル基板に設けるようにしたので、製造工数や製造コストの面で有効である。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズル孔は、吐出方向の先端側の第１ノズル孔と、第１ノズル孔に連通し、第１ノズル孔より大きな孔径を有する第２ノズル孔とで構成され、ノズル基板となるＳＯＩ基板をキャビティ基板との対向面側から絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングを行うことにより第２ノズル孔を形成し、ＳＯＩ基板において対向面とは反対側の面から絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングを行うことにより第１のノズル孔を形成するものである。
これにより、深さ精度高く第１ノズル孔及び第２ノズル孔を形成できる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記第２リザーバを形成するのと同じエッチング工程で絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングを行うことにより、振動板を駆動するドライバＩＣを収容するための収容空間の一部を構成するＩＣ収容凹部を形成するものである。
これにより、製造工数を簡略化できる。

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドを備えたものである。
これにより、液滴吐出ヘッド駆動時にクロストークが生じない、高性能の液滴吐出装置が得られる。

実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図２は組付状態のインクジェットヘッドの断面図である。図１はフェイス型のインクジェットヘッドを表している。図１、図２に示す本実施形態に係るインクジェットヘッドは、キャビティ基板１、電極基板２、ノズル基板３の３つの基板を貼り合わせた３層構造で構成されている。以下、各基板の構成について詳述する。

キャビティ基板１は、例えば厚さ約５０μｍで表裏面の面方位が（１１０）のシリコン単結晶基板で構成されている。このキャビティ基板１には後述のノズル孔３１のそれぞれに独立して連通する吐出室１１となる凹部１３と、各吐出室１１に共通のリザーバを構成する第１リザーバ１４となる貫通孔とが設けられている。また、吐出室１１を構成する凹部１３の底壁が可撓性を有し変形可能な振動板１２を構成している。本例の振動板１２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ている。このボロンドープ層は、振動板１２の所望の厚みと同じ厚みに形成される。これは、アルカリ性水溶液で単結晶シリコンを異方性エッチングを行った場合、ボロンを高濃度（約５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以上）にドープした部分では極端にエッチングレートが小さくなることを利用した、いわゆるエッチングストップ技術を用いたものであり、かかるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板１２の厚み及び吐出室１１の容積を高精度で形成することができるようになっている。

キャビティ基板１の少なくとも下面（電極基板３と対向する面）には、例えばＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）を原料としたプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法)によるＳｉＯ₂膜からなる絶縁膜（図示せず）が、例えば０．１μｍの厚さで形成されている。この絶縁膜は、インクジェットヘッドの駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するために設けられている。
また、キャビティ基板１のノズル基板３との接合面には、インクによるシリコンの腐食を防ぐために、例えばＴＥＯＳ膜からなるインク保護膜（図示せず）が形成されている。
さらに、キャビティ基板１には、中央部に後述するドライバＩＣ４を収容する空間を形成するためのＩＣ収容口４１が貫通形成され、端部にそのドライバＩＣ４から延びる電極基板２の配線の接続端部を開放する配線取出口４２が開口されている。なお、キャビティ基板１には、キャビティ基板１を電源などへ電気的に接続する共通電極１５も設けられている。

電極基板２は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から製作されている。中でも、キャビティ基板１となるシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることにより、電極基板２とシリコン基板を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板２とシリコン基板との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく、電極基板２とシリコン基板を強固に接合することができるからである。

電極基板２には、キャビティ基板１の各振動板１２に対向する表面の位置にそれぞれ凹部２２が設けられている。各凹部２２は、エッチングにより例えば約０．２μｍの深さで形成されている。そして、各凹部２２の底面には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極２１が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。したがって振動板１２と個別電極２１との間に形成されるギャップ（振動板１２の動作空間）２３は、本実施形態の場合、０．１μｍとなっている。このギャップ２３の開放端部は、キャビティ基板１に設けた封止穴１６から注入されたエポキシ接着剤等からなる封止材２４により気密に封止される。これにより異物や湿気等がギャップ２３へ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッドの信頼性を高く保持することができる。
なお、個別電極２１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロムやＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ）あるいは金、銅等の金属を用いてもよい。ただ、ＩＴＯは透明であるので振動板の当接具合の確認が行いやすいことなどの理由から、一般にはＩＴＯが用いられている。

また、個別電極２１の一方の端部は電極端子部２１ａとなっており、キャビティ基板１のＩＣ収容口４１に対応する領域で、動作制御用のドライバＩＣ４と接続されている。
さらに、ドライバＩＣ４に対する信号線や電源線が、キャビティ基板１の配線取出口４２の領域まで配線され、そこで露出した状態とされる。そして、その配線の露出部が外部機器との接続に供される接続端部２５となっている。接続端部２５には、例えばＦＰＣ(Flexible Printed Circuit)のコネクタ部が接続され、それを介してドライバＩＣ４が、駆動回路を有した外部機器などに接続される。

電極基板２にはインクカートリッジ（図示せず）に接続されるインク供給孔２６が設けられている。インク供給孔２６は、キャビティ基板１の第１リザーバ１４に連通している。

ノズル基板３は、厚さ例えば約２１０μｍのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板で構成されている。このＳＯＩ基板は、絶縁層の両面にシリコン層が接合された構成を有するもので、本例では、例えば厚み３０μｍの第１シリコン層３ａと、厚み１μｍのＳｉＯ₂ 層３ｂと、厚み１８０μｍの第２シリコン層３ｃとで構成されている。このノズル基板３には、多数のノズル孔３１が所定のピッチで設けられている。各ノズル孔３１は、吐出方向の先端側の第１ノズル孔３１ａと、第２ノズル孔３１ｂよりも大きな孔径を有し後述の吐出室１１と連通する第２ノズル孔３１ｂとから構成されており、各ノズル孔３１は複数の吐出室１１にそれぞれ対応している。また、ノズル基板３において、第１リザーバ１４に対向する位置には、凹部で構成された第２リザーバ３２が形成されており、第１リザーバ１４を構成する貫通孔と共にリザーバ３３を形成している。第２リザーバ３２は、第１リザーバ１４との対向面側からＳｉＯ₂ 層３ｂをエッチングストップ層としたエッチングにより形成されており、深さ精度が高く形成されている。また、第２リザーバ３２の底部３３ａはダイアフラムとして機能する。このように、本例においては、ノズル基板３に第２リザーバ３２を設けてリザーバ３３の容積拡大を図り、また、第２リザーバ３２の底部３３ａをダイアフラムとして機能させてリザーバ３３内の液体の圧力変動を吸収することにより、リザーバ３３のコンプライアンスを高め、インクジェット駆動時のクロストークを吸収するようにしている。さらに、ノズル基板３の下面には、吐出室１１とリザーバ３３とを連通させる連通溝３５も形成されている。

また、ノズル基板３にも、中央部に後述するドライバＩＣ４を収容する空間としてのＩＣ収容凹部３４が形成されている。このＩＣ収容凹部３４も第２リザーバ３２と同様、ＳｉＯ₂ 層３ｂをエッチングストップ層としたエッチングにより形成される。なお、図示は省略するが、ノズル基板３のキャビティ基板１との接合面側の全面にはインクによるシリコンの腐食を防ぐために、例えば熱酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）からなるインク保護膜が形成されている。

ここで、上記のように構成されたインクジェットヘッドの動作について概要を説明する。なお、インクジェットヘッドには、外部のインクカートリッジからインクがインク供給孔２６を通じてリザーバ３３内に供給され、さらにインクは個々の吐出室１１を経てノズル孔３１の先端まで満たされている。また、キャビティ基板１の共通電極１５と電極基板２の接続端子部２１ａとが、ＦＰＣを介して別体の駆動回路に接続されて、振動板１２と個別電極２１との電極間に、電荷を付加できる状態となっているものとする。なお、各個別電極２１への電圧供給はドライバＩＣ４により制御される。

ドライバＩＣ４は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極２１に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。例えば、個別電極２１に電荷を供給してプラスに帯電させると、振動板１２はマイナスに帯電し、静電気力により個別電極２１側に引き寄せられて撓む。これによって吐出室１１の容積が増大する。次に、その電荷供給を停止すると、静電気力がなくなり振動板１２はその弾性力により元に戻る。その際、吐出室１１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により、吐出室１１内のインクの一部がインク滴となってノズル孔３１から吐出され、例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって記録が行われる。そして、再びパルス電圧が印加され、振動板１２が個別電極２１側に撓むことにより、インクがリザーバ３３から連通溝３５を介して吐出室１１内に補給される。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。

上記のようなインクジェットヘッドの駆動時において、吐出室１１の圧力変動はリザーバ３３にも伝達される。しかし、リザーバ３３は、従来よりキャビティ基板に形成されている第１リザーバ１４に加え、更に第２リザーバ３２を形成した構成であるので、容積の拡大が図られ、コンプライアンスが高められている。したがって、リザーバ３３内における圧力変動を緩衝することができ、吐出室１１間の圧力干渉（クロストーク）を防止することができる。そのため、駆動ノズル孔以外の非駆動ノズル孔からインクが漏れ出たり、駆動ノズル孔から吐出に必要な吐出量が減少するといったような不具合をなくすことができる。

図３、図４は上記のノズル基板３の製造方法の一例を示す製造工程図である。これらの図の（ａ）〜（ｍ）に従って、ノズル基板３の製造方法を順に説明する。なお、以下に示す各種条件は一例であり、それらの条件に限定されるものではない。また、実際にはウエハから複数個分のインクジェットヘッドの部材を同時形成するが、図３、図４ではその一部だけ示している。
（ａ）両面研磨したＳＯＩ基板３０１を用意する。ここでは、例えば厚み３０μｍの第１シリコン層３ａと、厚み１μｍのＳｉＯ₂ 層３ｂと、厚み１８０μｍの第２シリコン層３ｃとで構成されたものを使用する。次に、酸素及び水蒸気雰囲気中、１０７５℃の条件で４時間酸化することで、ＳＯＩ基板の両面に約１．２μｍのＳｉＯ₂ 膜３０２を成膜する。
（ｂ）ＳＯＩ基板３０１の両面にレジストを塗布し、第２シリコン層３ｃ側に第２ノズル孔３１ｂの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 膜をパターニングする。そして両面のレジストを剥離する。
（ｃ）ＳＯＩ基板３０１の両面にレジストを塗布し、第２シリコン層３ｃ側に連通溝３５のレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液で０．８μｍエッチングして、ＳｉＯ₂ 膜３０２が約０．４μｍ残るようにパターニングする。そして両面のレジストを剥離する。
（ｄ）ＳＯＩ基板３０１の両面にレジストを塗布し、第１シリコン層３ａ側に第１ノズル孔３１ａの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３０２をパターニングする。そして両面のレジストを剥離する。

（ｅ）ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、第２ノズル孔３１ｂの深さが約１５０μｍになるまでエッチングする。エッチング条件は、エッチングプロセスがＳＦ₆流量４００ｃｍ³／ｍｉｎ（４００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３．５秒、チャンバー圧力８Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度２０℃で、デポジションプロセスがＣ₄Ｆ₈流量２００ｃｍ³／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度２０℃である。エッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約２７０サイクル行う。
（ｆ）ふっ酸水溶液にＳＯＩ基板３０１を浸し、連通溝３５に残っているＳｉＯ₂ 膜３０２をエッチングする。

（ｇ）ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、連通溝３５の深さが約２０μｍになるまでエッチングする。エッチング条件は、エッチングプロセスがＳＦ₆流量４００ｃｍ³／ｍｉｎ（４００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３．５秒、チャンバー圧力８Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度２０℃で、デポジションプロセスがＣ₄Ｆ₈流量２００ｃｍ³／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度２０℃である。エッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約５０サイクル行う。この時、第２ノズル孔３１ｂはＳｉＯ₂ 層でエッチングストップする為、深さ精度良く第２ノズル孔３１ｂを形成でき、第２シリコン層３ａの厚みと同じ深さで形成することができる。

（ｈ）ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、第１ノズル孔３１ａがＳｉＯ₂ 層３ｂでエッチングストップするまでエッチングする。エッチング条件は、エッチングプロセスがＳＦ₆流量４００ｃｍ³／ｍｉｎ（４００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３．５秒、チャンバー圧力８Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度２０℃で、デポジションプロセスがＣ₄Ｆ₈流量２００ｃｍ³／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度２０℃である。エッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約７５サイクル行う。このように第１ノズル孔３１ａを形成するエッチングの形成に際しても、ＳｉＯ₂ 層３ｂがエッチングストップ層として機能するため、深さ精度良く第１ノズル孔３１ａを形成でき、第１シリコン層３ａの厚みと同じ深さで形成することができる。

（ｉ）ＳＯＩ基板３０１をふっ酸水溶液に浸し、両面に残っているＳｉＯ₂ 膜３０２を全て除去する。この時、第１ノズル孔３１ａと第２ノズル孔３１ｂとの境界部分に残っているＳｉＯ₂ 層３ｂも除去される。
（ｊ）酸素及び水蒸気雰囲気中、１０７５℃の条件で８時間酸化することで、ＳＯＩ基板３０１の表面及びノズル孔３１の内周面に約１．７μｍのＳｉＯ₂ 膜３０３を成膜する。
（ｋ）ＳＯＩ基板３０１の第２シリコン層３ｃ側にレジストを塗布する。この時、貫通しているノズル孔３１からレジストが抜けていかないように、ＳＯＩ基板３０１の第１シリコン層３ｃ側の表面にはポリエステルテープを貼る。そして、ドライバＩＣ４を実装する部分に対応したＩＣ収容凹部３４及び第２リザーバ３２を形成するためのレジストパターニングを施し、ポリエステルテープを貼った状態でふっ酸水溶液でエッチングして、ＳｉＯ₂ 膜３０３をパターニングする。そしてポリエステルテープを剥がした後、レジストを剥離する。
（ｌ）ＳＯＩ基板３０１を２５ｗ％の水酸化カリウム水溶液に浸し、ＳｉＯ₂ 層３ｂでエッチングストップするまでエッチングする。これによりＩＣ収容凹部３４及び第２リザーバ３２が形成される。このようにエッチングストップ技術を用いてＩＣ収容凹部３４及び第２リザーバ３２を形成するので、ＩＣ収容凹部３４及び第２リザーバ３２の深さは第２シリコン層３ｃの厚みと同じになり、高い深さ精度で形成することができる。
（ｍ）そしてＳＯＩ基板３０１をふっ酸水溶液に浸す。これにより、ＳＯＩ基板３０１の全面のＳｉＯ₂ 膜３０３が剥離されるとともに、ＩＣ収容凹部３４及び第２リザーバ３２の底面部分から露呈したＳｉＯ₂ 層３ｂ部分も剥離される。そして、第２リザーバ３２の底部３３ａはリザーバダイアフラムとなる。以上によりノズル基板３が完成する。

図５、図６は、インクジェットヘッドの製造方法の一例を示す工程図である。ここでは、図４に示した製造工程で製造されたノズル基板３が接合される、キャビティ基板１と電極基板２との接合基板を製造するまでの工程について説明する。なお、実際にはウエハから複数個分のインクジェットヘッドの部材を同時形成するが、図５、図６ではその一部だけ示している。

（１）約１ｍｍのガラス基板２０１に対し、電極部（個別電極２１及び電極端子部２１ａからなる電極部をいう）の形状パターンに合わせて約０．２μｍの深さの凹部２２を形成する。凹部２２形成後、例えばスパッタリング法を用いて０．１μｍの厚さの個別電極２１及び電極端子部２１ａを形成する。その後、インク供給孔２６をサンドブラスト法または切削加工により形成して、電極基板２とする。
（２）（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板１０１の片面を鏡面研磨した２２０μｍの厚みの基板を作製する。そのシリコン基板１０１の鏡面側に、振動板１２の厚みと同等の高濃度ボロンドープ層を形成する（図示せず）。そして、そのボロンドープ層の表面にＴＥＯＳ絶縁膜を０．１μｍ成膜する（図示せず）。

次に、シリコン基板１０１と電極部パターン形成後の電極基板２とを３６０℃に加熱した後、電極基板２に負極、シリコン基板１０１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加してそれらの基板を陽極接合する。なお、シリコン基板１０１のＴＥＯＳ絶縁膜と電極基板２の個別電極２１との間には、凹部２２に起因するギャップ２３が形成される。

（３）陽極接合後、シリコン基板１０１の表面を、その厚みが約６０μｍになるまで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、３２ｗ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板１０１を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板１０１の厚みは約５０μｍとなる。
（４）電極基板２とシリコン基板１０１との接合済み基板を水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングし、シリコン基板１０１に吐出室１１を形成する。このエッチング工程では、ボロンドープ層でのエッチングレートの低下を利用してエッチングをストップさせる。これにより、吐出室１１の底面を構成する振動板１２の面荒れを抑制し、その厚み精度を０．８０±０．０５μｍ以下にして、インクジェットヘッドの吐出性能を安定化することができる。
また、シリコン基板１０１には、ＩＣ収容口４１、封止穴１６、第１リザーバ１４などの貫通孔を形成し、キャビティ基板１とする。これらの貫通孔は、吐出室１１を形成する際のウェットエッチングと同時にシリコン基板１０１をエッチングすることにより途中まで形成し、シリコン基板１０１表面にそれら貫通孔部分が開口したシリコンマスクを取り付けて、ＲＩＥドライエッチングを行い、それらの貫通穴部のみにプラズマを当てて、残存部を除去し開口する。これにより、キャビティ基板１が完成する。

（５）接合済み基板を乾燥し、ギャップ２３内部の水分を除去した後、エポキシなどの封止材２４を封止穴１６に流し込み、ギャップ２３を封止する。これによって、ギャップ２３は密閉状態となる。
（６）ＩＣ収容口４１を利用して、電極基板２の電極端子部２１ａにドライバＩＣ４を実装する。
（７）ノズル基板３をエポキシ系接着剤によりキャビティ基板１に接着する。そして、ダイシングを行い、個々のヘッドに切断し、インクジェットヘッドとする。

このように本実施の形態１によれば、吐出室１１に供給する液滴を溜めておくリザーバ３３を、従来よりキャビティ基板に形成されている第１リザーバ１４に加え、更にもう一つの第２リザーバ３２をノズル基板３に設けた構成としたので、リザーバ３３の容積が拡大されてコンプライアンスを高めることができる。したがって、リザーバ３３内における圧力変動を緩衝することができ、吐出室１１間の圧力干渉（クロストーク）を防止することができる。ここで、第２リザーバ３２を設けるに際し、第２リザーバ専用の新たな基板を設けるのではなくノズル基板３に設けたので、製造コストや製造工数の面からも有効である。また、ノズル基板３にＳＯＩ基板（構造）を用いるため、各部をエッチングする際に、ＳｉＯ₂ 層３ｂでエッチングストップさせることが可能となり、ノズル孔３１やリザーバ３３を高い深さ精度で製造することができる。

また、本実施の形態１では、シリコン基板１０１と電極基板２とを接合した後に、シリコン基板１０１に吐出室１１等の各部位を形成してキャビティ基板１としているため、シリコン基板１０１の取り扱いが容易となる。これにより、シリコン基板１０１の割れを低減することができ、その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、生産性を向上させることができる。

なお、図２には、ドライバＩＣ４の放熱に関する構成を特に図示していないが、放熱が必要な場合は、ドライバＩＣ４とノズル基板３との間に熱伝導性部材を充填してドライバＩＣ４の熱をノズル基板５に熱を逃すように構成してもよい。

実施の形態２
図７は実施の形態１の液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を用いた液滴吐出装置の概略構成図である。図７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７において、被印刷物であるプリント紙４１０が支持されるドラム４０１と、プリント紙４１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド４０２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４０２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４１０は、ドラム４０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ４０３により、ドラム４０１に圧着して保持される。そして、送りネジ４０４がドラム４０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド４０２が保持されている。送りネジ４０４が回転することによって液滴吐出ヘッド４０２がドラム４０１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム４０１は、ベルト４０５等を介してモータ４０６により回転駆動される。また、プリント制御手段４０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ４０４、モータ４０６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振動板１２を振動させ、プリント紙４１０に印刷を行わせる。

本実施の形態２の液滴吐出装置は、実施の形態１の液滴吐出装置（インクジェットヘッド）を用いているため、インクジェット駆動時にクロストークが生じない、高性能の液滴吐出装置が得られる。

なお、本実施の形態１、２ではインクを吐出する液滴吐出ヘッドの例を示したが、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、染料や顔料を含む液体、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。

本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。 図１のインクジェットヘッドの吐出室及びリザーバを示す部分断面図。 図１に示されたノズル基板の製造方法を示す製造工程図。 図４に続くノズル基板の製造工程図。 実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す製造工程図。 図５に続く製造工程図。 実施の形態１のインクジェットヘッドを備えたプリンタの構成図。

符号の説明

１ キャビティ基板、２ 電極基板、３ ノズル基板、３ａ 第１シリコン層、３ｂ ＳｉＯ₂ 層、３ｃ 第２シリコン層、１１ 吐出室、１２ 振動板、１３ 凹部、１４ 第１リザーバ、１５ 共通電極、２１ 個別電極、３１ ノズル孔、３１ａ 第１ノズル孔、３１ｂ 第２ノズル孔、３２ 第２リザーバ、３３ リザーバ、３３ａ 底部、３４ ＩＣ収容凹部、４０１ ドラム、４０２ 液滴吐出ヘッド、４０３ 紙圧着ローラ、４０４ 送りネジ、４０５ ベルト、４０６ モータ、４０７ プリント制御手段、４１０ プリント紙。

Claims (7)

1. 底壁を振動板とし液滴を溜めておく複数の吐出室と該複数の吐出室に供給する液体を溜めておくリザーバを構成する第１リザーバとが形成されるキャビティ基板と、
   前記各吐出室それぞれに対応して形成され前記吐出室内の液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズル基板とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、
   前記ノズル基板は、絶縁層の両面にシリコン層が接合されたＳＯＩ基板で構成され、前記ノズル基板において前記キャビティ基板の前記第１リザーバと対向する位置に、前記第１リザーバとともに前記リザーバを構成する第２リザーバとなる凹部が、前記第１リザーバとの対向面側から前記絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングにより形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記ノズル孔は、吐出方向の先端側の第１ノズル孔と、前記第１ノズル孔に連通し、第１ノズルより大きな孔径を有する第２ノズル孔とで構成され、第１ノズル孔と第２ノズル孔のどちらも前記絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングにより形成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。
3. 前記振動板に対向し、前記各振動板を静電駆動する個別電極が形成された電極基板と、前記振動板の静電駆動を制御するドライバＩＣとを備え、前記ノズル基板は、前記ドライバＩＣを収容する収容部の一部を構成するＩＣ収容凹部を備えており、該ＩＣ収容凹部は、前記絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 底壁を振動板とし液滴を溜めておく複数の吐出室と該複数の吐出室に供給する液体を溜めておくリザーバを構成する第１リザーバとが形成されるキャビティ基板と、前記各吐出室それぞれに対応して形成され前記吐出室内の液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズル基板とを少なくとも有し、該ノズル基板において前記キャビティ基板の前記第１リザーバと対向する位置に形成され、前記第１リザーバとともに前記リザーバを構成する第２リザーバとなる凹部が形成された液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記ノズル基板は、絶縁層の両面にシリコン層が接合されたＳＯＩ基板で構成され、該ＳＯＩ基板を、前記キャビティ基板の前記第１リザーバとの対向面側から前記絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングすることにより前記凹部を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記ノズル孔は、吐出方向の先端側の第１ノズル孔と、前記第１ノズル孔に連通し、第１より大きな孔径を有する第２ノズル孔とで構成され、前記ノズル基板となるＳＯＩ基板を前記キャビティ基板との対向面側から前記絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングを行うことにより前記第２ノズル孔を形成し、前記ＳＯＩ基板において前記対向面とは反対側の面から前記絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングを行うことにより前記第１のノズル孔を形成することを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記第２リザーバを形成するのと同じエッチング工程で前記絶縁層をエッチングストップ層としたエッチングを行うことにより、振動板を駆動するドライバＩＣを収容するための収容空間の一部を構成するＩＣ収容凹部を前記ノズル基板に形成することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
   

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