JP2008093941A

JP2008093941A - ノズル基板、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置の製造方法並びに液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置

Info

Publication number: JP2008093941A
Application number: JP2006277775A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yagi; 浩八木; Katsuharu Arakawa; 克治荒川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】そこで、本発明はこのような問題を解決するため、ノズル基板等を高い歩留まりで、吐出特性を良好に作製することができる製造方法等を得る。
【解決手段】シリコン基板６１の一方の面側からノズル４１となる凹部を形成する工程と、凹部を形成した面を支持基板６４対向させてシリコン基板６１を固定させる工程と、凹部を形成した面と反対側の面からシリコン基板６１を研削し、凹部を貫通させ、ノズル４１の吐出口を形成する工程とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、微細加工によってノズルが形成されるノズル基板、インク等の液滴の吐出を行う液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置の製造方法に関するものである。

例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。

ここで、微細加工素子の一例として液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物（紙等）との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤｓ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。

液滴吐出ヘッドによりノズルから液滴を吐出させる方法については、例えば液体を加熱し、発生した空気（気泡）の圧力で液滴を吐出させるものがある。また、液体をためておく吐出室を流路の一部に備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて（動作させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。さらに振動板を可動電極とし、振動板と距離を空けて対向する電極（固定電極）との間に電圧を印加させ、発生する静電気力（静電引力を用いることが多いので、以下、静電引力とする）を利用し、発生させた静電引力により振動板を変位させてその圧力により吐出させるものもある（例えば特許文献１参照）。

このような液滴吐出ヘッドにおいては、例えば、液体を液滴として吐出するためのノズルを有するノズル基板を、シリコン基板を加工して作製し、例えば吐出室を有する基板に積層させて、吐出室とノズルとを連通させる。

特開２０００−５２５５１号公報

このようなノズル基板を作製する場合、例えば、ノズル基板となるシリコン基板を所定の厚さに研削する工程がある場合がある。このとき、シリコン基板を支持基板に支持させるが、シリコン基板が支持基板からはみ出した場合、はみ出した部分は支持基板によりサポート（支持）されていないため、加工時の衝撃、振動等により、外周（外縁）部分にクラックが発生することがある。薄いシリコン基板は脆いため、発生したクラックが内部まで及ぶことがあり、歩留まりを悪くする。

そこで、本発明はこのような問題を解決するため、ノズル基板等を高い歩留まりで、吐出特性を良好に作製することができる製造方法等を得ることを目的とする。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板の一方の面側からノズルとなる凹部を形成する工程と、凹部を形成した面を支持基板に対向させてシリコン基板を固定させる工程と、凹部を形成した面と反対側の面からシリコン基板を研削し、凹部を貫通させ、ノズルの吐出口を形成する工程とを有する。
本発明によれば、シリコン基板を研削することで、所定の厚さのノズル基板を製造することができる。その際、支持基板をシリコン基板よりも大きいものにして、ノズル基板となるシリコン基板全体を支持することができるようにしたので、シリコン基板が支持基板からはみ出すことなく、シリコン基板の外周部分に起こり得るクラックを防止することができ、クラックが基板内部に及ぶことなく割れを防止し、歩留まりを高めることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法において、支持基板の外径は、シリコン基板の外径よりも１〜２ｍｍ大きいものにする。
本発明によれば、位置決め精度を考慮し、支持基板の外径が、シリコン基板の外径よりも１〜２ｍｍ大きくなるようにしたので、不用意に大きな支持基板にしなくても、割れを防止することができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルとなる凹部を形成する工程において、第１のノズル孔となる凹部と、第１のノズル孔に連通し、第１のノズル孔よりも径の大きい第２のノズル孔となる凹部を形成する。
本発明によれば、ノズルとなる凹部を２段で形成するようにしたので、２段構成のノズルが形成されるので、吐出する液体の直進性向上等、吐出特性を高めることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルとなる凹部を、異方性ドライエッチングにより形成する。
本発明によれば、ノズルとなる凹部を異方性ドライエッチングにより形成するので、高精度のノズルを形成することができる。また、複数のウェハを一度に加工することができるので、生産性を高めることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板全体を支持基板に支持させる前に、熱酸化によってシリコン基板にシリコン酸化膜を形成する。
本発明によれば、熱酸化によってシリコン基板に酸化シリコン膜を形成するため、ノズルの内壁に均一な酸化シリコン膜を形成することができ、吐出特性の高い液滴吐出ヘッドを製造することができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板を薄板化する工程において、途中まで研削を行った後、異方性ドライエッチングにより最終的な仕上げを行って凹部を貫通させるようにする。
本発明によれば、最終的な仕上げを異方性ドライエッチングで行うようにしたので、液体を吐出する吐出面を傷をつけることなく、平坦に仕上げることができ、吐出特性を高めることができ、さらには歩留まりも高くすることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板を薄板化する工程において、途中まで研削を行った後、ＣＭＰにより最終的な仕上げを行って凹部を貫通させる。
本発明によれば、最終的な仕上げをＣＭＰ（Chemichal Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）で行うようにしたので、液体を吐出する吐出面を傷をつけることなく、平坦に仕上げることができ、吐出特性を高めることができ、さらには歩留まりも高くすることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板を薄板化した後に、シリコン基板の薄板化された側の面に撥水性を有する保護膜を形成する工程をさらに有する。
本発明によれば、吐出面に撥水性を有する保護膜を形成することにより、吐出する液体による浸食等から保護し、吐出された液滴の直進性を向上させることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、保護膜を、常温スパッタにより形成する。
本発明によれば、例えばシリコン基板と支持基板の固定を、熱に弱い樹脂層を用いて行った場合でも、樹脂層が劣化するのを防止し、剥離しないようにすることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の方法で製造したノズル基板と、ノズル基板が有するノズルに液体を供給するための流路と、流路の一部に液体を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有する。
本発明によれば、上記の方法で製造したノズル基板で液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、吐出特性の高い液滴吐出ヘッドを製造することができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記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。
本発明によれば、上記の製造方法で製造した液滴吐出ヘッドを用いて液滴吐出装置を製造するようにしたので、吐出性能が高い装置を製造することができる。また、歩留まりも高くすることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の製造方法で製造されたものである。
本発明によれば、歩留まりがよく、生産性が高く、吐出特性がよい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装置は、上記の液滴吐出ヘッドが搭載されている。
本発明によれば、歩留まりがよく、生産性が高く、吐出特性がよい液滴吐出装置を得ることができる。

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を分解して表した図である。図１は液滴吐出ヘッドの一部を示している。また、図２は液滴吐出ヘッドの上面図と縦断面図とを表す図である。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いるデバイスの代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。（なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部位（部材）の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図における上側を上とし、下側を下として説明する）。

図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０、リザーバ基板３０及びノズル基板４０の４つの基板が下から順に積層されて構成される。ここで本実施の形態では、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板２０とリザーバ基板３０、リザーバ基板３０とノズル基板４０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。

第１の基板となる電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、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１０の表面には、後述するキャビティ基板２０に形成される吐出室２１となる凹部に合わせて、例えば深さ約０．３μｍを有する複数の凹部１１が形成されている。また、キャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向する凹部１１の内側（特に底部）には、固定電極となる個別電極１２が設けられている。個別電極１２は電極部、リード部及び端子部を有し、端子部を介してＩＣドライバ５０と電気的に接続され、ＩＣドライバ５０から電圧印加（電荷供給）等が行われる。この個別電極１２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０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。そして、振動板２２と個別電極１２との間は、凹部１１により振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（凹部１１等に囲まれた空間、空隙室）が形成される。

さらに、凹部１１には、後述するＦＰＣ５１からＩＣドライバ５０に各個別電極１２にそれぞれ個別の電荷供給制御を行うためのＳＥＧ信号を送信するためのリード線（配線）の役割を果たす信号リード線１３が設けられている、ＩＣドライバ５０が収容されたときに、ＩＣドライバ５０の直下となる部分に配される。また、電極基板１０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取り入れ口１４となる貫通穴が設けられている。

第２の基板となるキャビティ基板２０は、シリコン単結晶基板（以下、シリコン基板という）を主要な材料としている。キャビティ基板２０には、吐出室２１となる凹部（底壁がボロンドープ層で形成され、た可動電極となる振動板２２となっている）が形成されている。また、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、振動板２２と個別電極１２との間を電気的に絶縁するための絶縁膜２３が成膜されている。絶縁膜２３は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍのＴＥＯＳ膜により成膜する。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜としているが、例えばＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。さらに、キャビティ基板２０にも液体取り入れ口１４となる貫通穴が設けられている（電極基板１０に設けられた貫通穴と連通する）。さらに、外部の電力供給手段（図示せず）から基板（振動板２２）に個別電極１２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２５を備えている。また、ＩＣドライバを収容するためのドライバ収容部２６となる貫通穴を有している。

リザーバ基板３０は例えばシリコン基板を主要な材料とする。リザーバ基板３０には、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）３１となる凹部が形成されている。この凹部の底面にも、液体取り入れ口１４となる貫通穴（電極基板１０に設けられた貫通穴と連通する）が設けられている。また、凹部の底面には、リザーバ３１から各吐出室２１に液体を供給するための供給口３２が各吐出室２１の位置に合わせて形成されている。そして、各吐出室２１とノズル基板４０に設けられたノズル４１との間の流路となり、吐出室２１で加圧された液体がノズル４１に移送する流路となる複数のノズル連通孔３３が各ノズル（各吐出室２１）に合わせて設けられている。また、ＩＣドライバを収容するためのドライバ収容部２６となる貫通穴（キャビティ基板２０に設けられた貫通穴と連通する）を有している。

ノズル基板４０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板４０には、複数のノズル４１が形成されている。各ノズル４１は、各ノズル連通孔３３から移送された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態のノズル基板４０は、２段で形成されたノズル４１を複数有しているものとする。ノズル基板４０の外側（図１の場合には上面）の面で円形になるように開口した、液体の吐出側となる小さい方の口径（約２０μｍ）の円柱状のノズル孔を第１ノズル孔４１Ａとする。また、内側（キャビティ基板２０と対向する面、図１の場合には下面）の面で円形になるように開口した、液体の供給側になる大きい方の口径（約５０μｍ）の円柱状のノズル孔を第２ノズル孔４１Ｂとする。ここで第１ノズル孔４１Ａと第２ノズル孔４１Ｂにより形成される円の中心は同じ（同心円）であるとする。ノズル４１を複数段で形成すると、液滴を吐出する際の直進性向上が期待できる。ここで、振動板２２によりリザーバ３１側の液体に加わる圧力を緩衝するためのダイヤフラムを設けるようにしてもよい。ここで、ノズル基板４０が蓋となって、ドライバ収容部２６に収容したＩＣドライバ５０が保護される。

ＩＣドライバ５０は、液滴吐出ヘッドにある複数の個別電極１２に対して、それぞれ独立して電圧を印加し、電荷供給、維持、放電等を行うための手段である。本実施の形態では、２つのＩＣドライバ５０を収容するようにしているが、この数について限定するものではない。また、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）５１は、駆動制御手段（図示せず）からの信号を液滴吐出ヘッド側に送信するための配線が設けられている。配線は、共通電極端子２５を介して液滴吐出ヘッド内の全振動板２２に対して共通した電荷供給制御を行うためのＣＯＭ信号を送信するＦＰＣ配線５１ａ及び信号リード線１３を介してＩＣドライバ５０に前述したＳＥＧ信号を送信するＦＰＣ配線５１ｂからなる。

図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。振動板２２と個別電極１２との間に形成されたギャップ（空間、空隙）は、封止材２４による封止により、ドライバ収容部２６の空間と連通することなく、外気と遮断されている。

ドライバＩＣ５０に選択された個別電極１２には約４０Ｖの電圧が印可され、正に帯電する。このとき、振動板２２は相対的に負に帯電する（ここでは、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）等、共通電極端子２５を介してキャビティ基板２０には負の極性を有する電荷が供給される）。そのため、選択された個別電極１２と振動板２２との間では静電気力が発生し、個別電極１２に引き寄せられて撓む。これにより吐出室２１の容積は広がる。そして電荷供給を止めると振動板２２は元に戻ろうとする。そのとき吐出室２１の容積も元に戻り、その圧力で加圧された液体がノズル４１から液滴として吐出する。この液滴が例えば記録紙に着弾することによって印刷等が行われる。

研削等、シリコン基板に加工を行う際、支持基板上にシリコン基板を載置するが、例えば、シリコン基板の外周部分が支持基板からはみ出すようなことがあると、その部分に対して非常に力が加わりやすくなるため、クラックが発生しやすく、そのクラックがノズル基板４０として必要な部分にも及ぶことがある。そこで、本実施の形態では、ノズル基板４０の製造（作製）の際に行われる研削工程において、ノズル基板４０となるシリコン基板よりも大きな外径を有する支持基板により、シリコン基板全体（すべての部分）を支持基板に支持させることにより、衝撃、振動等による外周部分のクラック発生を防止する。

図３及び図４は実施の形態１のノズル基板４０の作製方法を表す図である。次に図３及び図４に基づいて、本発明におけるノズル基板４０の作製方法の手順について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドのノズル基板４０を同時形成するが、図３及び図４ではその一部分だけを示している。特に限定するものではないが、ここではシリコン基板６１として、表面が（１００）面方位のシリコン基板を用いるものとする。

まず、シリコン基板６１に、エッチングを行う際、シリコン基板６１を保護するための膜（レジスト）となる酸化シリコン膜６２を例えば約１．２μｍ成膜する（図３（ａ））。成膜方法については特に限定しないが、ここでは、例えば、高温（約１０７５℃）で酸素及び水蒸気雰囲気中にシリコン基板６１を晒して成膜する熱酸化による方法を用いる。

そして、酸化シリコン膜６２を選択的にエッチングしてパターニングを行うため、フォトリソグラフィ法を用い、レジスト膜となる感光剤を塗布し、露光、現像により、第１ノズル孔４１Ａとなる部分のレジスト膜を除去する。そして、例えばフッ酸水溶液、緩衝フッ酸水溶液（ＢＨＦ：例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液とを１：６で混合した液体）等に浸積し、第１ノズル孔４１Ａとなる部分の酸化シリコン膜６２をエッチングにより除去してシリコンを露出させる（図３（ｂ））。

さらに、第２ノズル孔４１Ｂとなる部分の酸化シリコン膜６２について、ハーフエッチングによる除去を行う。除去方法については第１ノズル孔４１Ａとなる部分の場合と同様であるが、第２ノズル孔４１Ｂとなる部分については、少し酸化シリコン膜６２を残すため、シリコンが露出していない（図３（ｃ））。次に、ドライエッチングを行い、第１ノズル孔４１Ａの部分に対して、例えば口径約２０μｍ、深さ約５０μｍの凹部（孔）を形成する（図３（ｄ））。ドライエッチングにより形成することで、複数のウェハを同時に加工することができ、生産性が高く、高精度に形成することができる。ドライエッチングの種類等については特に限定しないが、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングを行うようにしてもよい。この場合、エッチングに用いるガスとして、例えばフッ素系のＣ₄Ｆ₈（クタフルオロシクロブタン）で側壁面の保護を行いつつ、ＳＦ₆（６フッ化硫黄）で深さ方向へのエッチングを交互に繰り返し、ドライエッチングを行う。そして、フォトリソグラフィ法等により、ハーフエッチングにより残されていた第２ノズル孔４１Ｂとなる部分となる部分の酸化シリコン膜６２を除去する（図３（ｅ））。

そして、ドライエッチングを行い、第２ノズル孔４１Ｂの部分に対して口径約５０μｍ、深さ５０μｍの凹部（孔）を形成する。第１ノズル孔４１Ａの部分についてはさらに５０μｍ深い部分まで凹部が形成される（図３（ｆ））。ここでもドライエッチングの種類等については特に限定しない。ドライエッチングが終了すると、保護膜として成膜していた酸化シリコン膜６２を除去する（図３（ｇ））。酸化シリコン膜６２の除去は、例えば前述したフッ酸水溶液等で全面をウェットエッチングすることで行う。

さらに、耐インク保護及び絶縁のための酸化シリコン膜６３を全面に成膜する（図４（ｈ））。ここでは、前述の熱酸化法により成膜する。熱酸化法を用いることで基板全体に均一な成膜を行うことができる。ただ、之に限定するものではなく、例えばＴＥＯＳ（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル））を用いてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法により酸化シリコン膜を形成するようにしてもよい。また、例えばＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム（アルミナ））のような別の材料を用いてもよい。

そして、酸化シリコン膜６３を成膜したシリコン基板６１を、例えば厚さ約１ｍｍのホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを材料とするウェハ状の支持基板６４に載置し、加圧して固定する（図４（ｉ））。ノズル４１を形成するために加工した側の面が支持基板６４側に対向するように載置する。ここで、本実施の形態においては、シリコン基板６１の外径よりも大きい外径の支持基板６４によりシリコン基板６１の全体を支持し、シリコン基板６１が支持基板６４からはみ出すことがないようにする。

ここで、通常、位置決め（アライメント）における基板の位置ずれは±０．５〜１ｍｍ程度生じるものと考えられる。そこで、本実施の形態では、支持基板６４の外径が、シリコン基板６１の外径よりも１〜２ｍｍ大きくなるようにする。この１〜２ｍｍ大きくすることについて、支持基板６４の外径をこれよりさらに拡げることを妨げるものではないが、位置決めの精度を考慮すると、基本的には１〜２ｍｍよりも大きな外径にすることはないと考えられる。支持基板６４の外径を、シリコン基板６１の外径よりも１〜２ｍｍ大きくするためには、例えば、支持基板６４の外径を大きくするか又は外径が支持基板６４の外径より１〜２ｍｍ小さいシリコン基板６１を用いて上記のような工程でノズル４１を形成する。

また、例えば、オリフラ（オリエンテーションフラット）を有する基板の場合も、オリフラ部分からシリコン基板６１が支持基板６４からはみ出さないようにする。シリコン基板６１のすべての部分が支持基板６４上で支持されていることで、研磨等の際に、シリコン基板６１に加わる衝撃、振動等によるクラックが基板外周部分に発生しない。そのため、外周部分に発生したクラックが内部（ノズル基板４０として必要な部分）にまで及ぶことなく、高い歩留まりを維持することができる。

そして、支持基板６４には、載置されたシリコン基板６１を固定し、支持するために、両面テープ６５が付されている。この両面テープ６５については特に限定するものでないが、例えば、紫外線照射により接着強度（粘着強度）が弱まるＵＶ硬化型接着層を両面に備えた両面テープを用いるようにしてもよい。

以上のようにして、支持基板６４に載置し、固定したシリコン基板６１に対して、形成したノズル４１により基板両面が貫通するまで研削を行い、薄板化する（図４（ｊ））。ここで、適当な位置まで研削しておいて、ノズル４１を貫通させる最後の仕上げ部分については、例えば、ＣＭＰによる研磨、ドライエッチング等を行うようにしてもよい。これらの工程を行うことにより、ノズル４１の吐出部分周辺について、傷等をつけずに、平坦に吐出面を形成することができる。

研削して薄板化した基板を、例えば前述したＵＶ硬化型接着層を両面に備えた両面テープ６５の場合には、紫外線（ＵＶ）を照射して接着強度を弱めることで、支持基板６４及び両面テープ６５とシリコン基板６１とを剥離する。これによりノズル基板４０が完成する（図４（ｋ））。ここで、例えば液滴吐出面側については、研削等により酸化シリコン膜６３が研削されてしまっているので、支持基板６４からシリコン基板６１を剥離する前に、新たに吐出面を保護し、撥水性を高めるための保護膜を形成するようにしてもよい。
このとき、例えば熱に弱い樹脂の両面テープ６５で固定している場合には、加熱を行うとシリコン基板６１が支持基板６４から剥離してしまうことがあるので、常温スパッタ法を用いるようにしてもよい。

図５及び図６は第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１の製造工程を表す図である。図５及び図６に基づいて液滴吐出ヘッド１製造工程について説明する。なお、実際には、ウェハ単位で複数個分の液滴吐出ヘッド１の部位等を同時形成するが、図５及び図６ではその一部分だけを示している。

（ａ）シリコン基板７１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨し、例えば２２０μｍの厚さの基板（キャビティ基板２０となる）を作製する。次に、シリコン基板７１のボロンドープ層を形成する面を、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７１中に拡散させ、ボロンドープ層を形成する。取り出したボロンドープ層の表面にはボロン化合物（ＳｉＢ₆：ケイ化６ホウ素）が形成されているが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化させると、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。Ｂ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂に化学変化させた状態で、Ｂ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂を、ふっ酸水溶液にて異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）して除去する。ボロンドープ層を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により、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）の条件で例えば、絶縁膜２３を０．１μｍ成膜する。

（ｂ）電極基板１０については、上記（ａ）、（ｂ）とは別工程で作製する。約１ｍｍのガラスの基板の一方の面に対し、約０．３μｍの深さの凹部１１を形成する。凹部１１の形成後、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１２、リード線１３を同時に形成する。最後に液体取り入れ口１４となる穴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、電極基板１０を作製する。そして、シリコン基板７１と電極基板１０を３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板７１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合を行う。

（ｃ）陽極接合後の接合済み基板に対し、シリコン基板７１の厚さが例えば約６０μｍになるまでシリコン基板７１表面の研削加工を行う。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により、シリコン基板７１に対して約１０μｍのウェットエッチングを行う。これによりシリコン基板７１の厚さを約５０μｍにする。

（ｄ）次に、ウェットエッチングを行った面に対し、ＴＥＯＳによる酸化シリコンのハードマスク（以下、ＴＥＯＳハードマスクという）７２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１．５μｍ成膜する。ＴＥＯＳを用いた成膜は比較的低温で行うことができ、基板の加熱をできる限り抑えられる点で都合がよい。

（ｅ）ＴＥＯＳハードマスク７２を成膜した後、吐出室２１、ドライバ収容部２６（貫通穴）となる部分のＴＥＯＳハードマスク７２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、ふっ酸水溶液を用いてＴＥＯＳハードマスク７２が無くなるまで、それらの部分をエッチングしてＴＥＯＳハードマスク７２をパターニングし、それらの部分について、シリコン基板７１を露出させる。エッチングした後にレジストを剥離する。

（ｆ）次に、接合済み基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸し、吐出室２１、ドライバ収容部２６となる部分の厚さが約１０μｍになるまでウェットエッチングを行う。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浸し、ボロンドープ層が露出し、エッチングの進行が極度に遅くなるエッチングストップが十分効いたものと判断するまでウェットエッチングを続ける。このように、前記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、吐出室２１となる部分に形成される振動板２２の面荒れを抑制し、厚さ精度を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。

（ｇ）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７１表面のＴＥＯＳハードマスク７２を剥離する。次に、ドライバ収容部２６となる部分のボロンドープ層を除去するため、ドライバ収容部２６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７１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３０分間行い、ドライバ収容部２６となる部分のみにプラズマを当てて、開口する。ここで、例えば接合済み基板とシリコンマスクとのアライメント精度を高めるため、シリコンマスクの装着は、接合済み基板とシリコンマスクとにピンを通すピンアライメントにより行うようにするとよい。

（ｈ）さらに共通電極端子２５となる部分を開口したマスクを、接合済み基板のシリコン基板７１側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２５を形成する。

（ｉ）さらに、例えば、ギャップへの水分透過等を防ぐために、ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ、蒸着、スパッタ等により、封止材２４を堆積させて封止を行う。堆積させる封止材２４の厚さについては、特に限定しないが、ギャップの幅が約０．２μｍであることから、例えば最薄部分で約２〜３μｍ又はそれ以上、他の基板との接合に影響しない範囲で堆積できればよい。

（ｊ）あらかじめ別工程で作製していたリザーバ基板３０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基板２０側から接着し、接合する。また、ドライバＩＣ５０を個別電極１２、信号リード線１３と接続する。さらに別工程で作製していたノズル基板４０についても同様に、例えばエポキシ系接着剤により、接合したリザーバ基板３０側から接着する。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々のチップに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。

以上のように実施の形態１によれば、ノズル基板４０を作製する際に行う研削等の工程において、位置決め（アライメント）の誤差を考慮し、支持基板６４をシリコン基板６１よりも大きいものにし、ノズル基板４０となるシリコン基板６１全体を支持することができるようにするようにしたので、シリコン基板６１の外周部分に起こり得るクラックを防止することができ、クラックが基板内部に及ぶことなく、歩留まりを高めることができる。また、位置決め精度を考慮し、支持基板６４の外径が、シリコン基板６１の外径よりも１〜２ｍｍ大きくなるようにすることにより、不用意に大きな支持基板６４にせずにすむ。

実施の形態２．
図７は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置（プリンタ１００）の外観図である。また、図８は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図７及び図８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。また、いわゆるシリアル型の装置である。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、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４を振動させ、制御をしながらプリント紙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、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。

上述した実施の形態では、ノズル基板の作製の際に用いる支持基板について、ノズル基板となるシリコン基板よりも大きな支持基板でシリコン基板全体を支持し、研削する方法について説明した。特にノズル基板における作製の際に限定するものではなく、液滴吐出ヘッド製造の工程において、シリコン基板を支持する際に、上記の実施の形態のような支持基板を用いることができる。また、液滴吐出ヘッドだけでなく、他の加工素子においても適用することができる。

実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。液滴吐出ヘッドの断面を表す図である。実施の形態１のノズル基板４０の作製方法（その１）を表す図である。実施の形態１のノズル基板４０の作製方法（その２）を表す図である。実施の形態１の液滴吐出ヘッドの製造工程（その１）を表す図である。実施の形態１の液滴吐出ヘッドの製造工程（その２）を表す図である。液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。

符号の説明

１液滴吐出ヘッド、１０電極基板、１１凹部、１２個別電極、１２ａギャップ、１３信号リード線、１４液体取り入れ口、２０キャビティ基板、２１吐出室、２２振動板、２３絶縁膜、２４封止材、２５共通電極端子、２６ドライバ収容部、３０リザーバ基板、３１リザーバ、３２供給口、３３ノズル連通孔、４０ノズル基板、４１ノズル、４１Ａ第１ノズル孔、４１Ｂ第２ノズル孔、５０ドライバＩＣ、５１ＦＰＣ５１ａ，５１ｂＦＰＣ配線、６１シリコン基板、６２、６３酸化シリコン膜、６４支持基板、６５両面テープ、７１シリコン基板、７２ＴＥＯＳハードマスク、１００プリンタ、１０１ドラム、１０２液滴吐出ヘッド、１０３紙圧着ローラ、１０４送りネジ、１０５ベルト、１０６モータ、１０７プリント制御手段、１１０プリント紙。

Claims

シリコン基板の一方の面側からノズルとなる凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成した面を支持基板に対向させて前記シリコン基板を固定させる工程と、
前記凹部を形成した面と反対側の面から前記シリコン基板を研削し、前記凹部を貫通させ、前記ノズルの吐出口を形成する工程と
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
前記支持基板の外径は、前記シリコン基板の外径よりも１〜２ｍｍ大きいものにすることを特徴とする請求項１記載のノズル基板の製造方法。
前記ノズルとなる凹部を形成する工程において、第１のノズル孔となる凹部と、前記第１のノズル孔に連通し、前記第１のノズル孔よりも径の大きい第２のノズル孔となる凹部を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のノズル基板の製造方法。
前記ノズルとなる凹部を、異方性ドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
前記シリコン基板全体を前記支持基板に支持させる前に、熱酸化によって前記シリコン基板にシリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
前記シリコン基板を薄板化する工程において、途中まで研削を行った後、異方性ドライエッチングにより最終的な仕上げを行って前記凹部を貫通させるようにすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
前記シリコン基板を薄板化する工程において、途中まで研削を行った後、ＣＭＰにより最終的な仕上げを行って前記凹部を貫通させるようにすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
前記シリコン基板を薄板化した後に、前記シリコン基板の薄板化された側の面に撥水性を有する保護膜を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
前記保護膜を、常温スパッタ法により形成することを特徴とする請求項８記載のノズル基板の製造方法。
請求項１〜９のいずれかに記載の方法で製造したノズル基板と、
該ノズル基板が有する前記ノズルに液体を供給するための流路と、該流路の一部に液体を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
請求項１０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。
請求項１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法で製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１２記載の液滴吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする液滴吐出装置。