JP2010120169A

JP2010120169A - 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: JP2010120169A
Application number: JP2008293162A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Harada; 光明原田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】より簡便な方法で、吐出性能の高いノズルとなる穴を形成することができるノズル基板の製造方法等を得る。
【解決手段】シリコン基板５１に形成したフォトレジスト５２に対して露光及び現像を行って、ノズル３１を形成するためのシリコン露出部分周辺におけるフォトレジスト５２に対して、傾斜部分を設けたパターンを形成する工程と、フォトレジスト５２をマスクとして異方性ドライエッチングを行って、テーパ形状のノズル３１となる穴を形成する工程とを有する。
【選択図】図３

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等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。

ここで、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について考えてみる。ノズル基板は、主に異方性エッチングによる加工を基板に行って作製する。異方性エッチングとして、ドライエッチング（乾式エッチング）、ウェットエッチング（湿式エッチング）があるが、ノズルとなる穴を形成する場合には、通常、ドライエッチングを行う。そして、吐出性能を高めるため、ノズルの形状は、テーパ形状に近い、２段以上の段状に形成することが多い（例えば特許文献１参照）。

このとき、エッチングを行う部分以外の部分をエッチングしてしまわないように、酸化シリコン等の耐エッチング保護膜をマスクとし、エッチングを行う部分以外の部分を保護しながら行う。
特開平１１−２８８２０号公報

しかしながら、酸化シリコンによるマスクを形成して、基板にノズルを形成するには多くのコストを費やすことになる。例えば、形成するマスクの厚さによっても異なるが、ノズル基板の材料であるシリコンを酸化させてマスクとなる酸化シリコン膜を形成する熱酸化法では、酸化シリコン膜の成膜に１０〜１５時間の時間を要する。また、このとき、純水、酸素を含めた雰囲気内において、シリコン基板を高温（約８００℃以上）に晒すため、エネルギを費やすことになる。また、フォトリソグラフィ法によりエッチングを行う部分を開口する工程を行うため、マスクの形成にはさらに時間を要する。特に、前述したような段状にノズルを形成する場合には、各段の大きさに合わせた開口部分を形成し、エッチングを行うことになる。複数回フォトリソグラフィを行うことになり、その都度、レジスト形成、除去等を行うことになり、時間的、材料的コストが多く費やされることになるし、除去を行うための薬品（フッ酸系）の安全管理、設備等も必要となる。これは、例えばＣＶＤ等により酸化シリコンの膜を形成する方法等の場合でも同様である。

そこで、本発明はこのような問題を解決するため、より簡便な方法で、吐出性能の高いノズルとなる穴を形成することができるノズル基板の製造方法等を得ることを目的とする。また、そのノズル基板に基づく液滴吐出ヘッド等の製造方法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、シリコン基板に形成したフォトレジストに対して露光及び現像を行い、ノズルを形成するためのシリコン露出部分周辺におけるフォトレジストに対し、傾斜部分を設けたパターンを形成する工程と、フォトレジストをマスクとして異方性ドライエッチングを行って、テーパ形状のノズルとなる穴を形成する工程とを有するものである。
本発明によれば、ノズル基板の製造に関し、ノズルとなる穴を形成するためのマスクをフォトレジストにより形成してドライエッチングを行うようにしたので、酸化シリコンをマスクとして形成する必要がなく、酸化シリコン膜のマスクを形成及び除去等するために必要な時間を短縮等することができる。また、酸化シリコンに係る薬品等を用いなくてすむため、材料等を節約し、安全性を高めることができる。さらにノズル基板の製造に係るエネルギの消費量を減らし、省エネルギを図ることができる。また、フォトレジストに傾斜部分を設けたパターンを形成するようにしたので、テーパ形状のノズルを形成することができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、フォトレジストに対して露光を行う際の露光時間及び／又は焦点を調整してフォトレジストに設ける傾斜部分の角度を制御するものである。
本発明によれば、露光時間及び／又は焦点を調整して傾斜部分の角度を制御するようにしたので、ノズルに係るテーパ形状の角度を所望の角度にすることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法における異方性ドライエッチングは、ＩＣＰ放電によるドライエッチングである。
本発明によれば、ＩＣＰ放電によるドライエッチングを行うようにしたので、精度の高いエッチングを行うことができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法における異方性ドライエッチングは、シリコン基板の深さ方向のエッチングを促進するための第１のガスと、エッチングに係る側壁面を保護する保護膜を形成するための第２のガスとを導入して行うものである。
本発明によれば、第２のガスにより側壁面を保護しながら第１のガスにより深さ方向のエッチングを行うようにするので、不用意にノズル穴径を広げることなく、精度の高いエッチングを行うことで、ボッシュプロセスにより、ノズルをきれいなテーパ状に形成し、吐出する液滴の直進性を高め、吐出性能の高いノズル基板を形成することができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルとなる穴を形成した後に、シリコン基板を所定の厚さに研削する工程をさらに有する。
本発明によれば、ノズルとなる穴を形成した後に、シリコン基板を研削するようにしたので、薄板化を遅らせることで、製造過程中の基板の割れを防止し、歩留まりを向上させることできる。

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ものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造したノズル基板を用いて液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、液滴吐出ヘッド製造全体における時間の短縮、省エネルギ等を図ることができる。また、ノズルをテーパ状に形成することができるため、吐出する液滴の直進性を高め、吐出性能が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ものである。
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、製造時間の短縮、省エネルギ等を図ることができる。また、ノズルをテーパ状に形成することができるため、吐出する液滴の直進性を高め、吐出性能が高い装置を製造することができる。

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、上記の製造方法で製造することにより、ノズルをテーパ状に形成することができるため、吐出する液滴の直進性を高め、吐出性能が高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、上記の製造方法で製造することにより、ノズルをテーパ状に形成することができるため、吐出する液滴の直進性を高め、吐出性能が高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は静電アクチュエータとして、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドを表している（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、図の上側を上とし、下側を下として説明する）。図１において、電極基板１０は厚さ約１ｍｍであり、図１では、キャビティ基板２０の下面に、振動板２２と対向して接合される。本実施の形態では、電極基板１０を構成する基板として硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを材料とする。電極基板１０には、キャビティ基板２０に形成される各吐出室２１に合わせ、例えば深さ約０．２５μｍの溝部１１を設け、その内側（特に底部）に各吐出室２２と対向する個別電極１２Ａ、リード部１２Ｂ及び端子部１２Ｃ（以下、特に区別しないときはこれらを合わせて電極部１２という）を設けている。本実施の形態では、電極部１２の材料として、酸化錫を不純物としてインジウムにドープしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えばスパッタ等により溝部１１の底面に例えば０．１μｍの厚さで成膜する。液体供給口１３は、外部のタンク（図示せず）から液滴吐出ヘッドにインク等の液体を供給するための取り入れ口となる。

キャビティ基板２０は、例えば表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板を含め、以下、単にシリコン基板という）を材料としている。キャビティ基板２０には、吐出室２１となる凹部（底壁が被駆動部となる振動板２２となる）及び各ノズル共通に吐出する液体を貯めておくためのリザーバ２３となる凹部を形成している。凹部の形成には、例えば異方性ウェットエッチング法（以下、ウェットエッチングという）を用いる。リザーバ２３は液体供給口１３を介して供給される液体を一旦貯め、各吐出室２２に液体を供給する。また、キャビティ基板１上に設けられた共通電極端子２４は、電極部１２に供給される電荷とは反対の電荷をキャビティ基板２０に供給するためのものである。また、個別電極１２Ａと振動板２２とを絶縁させるため、振動板２２の下面には絶縁膜２５が成膜されている。

ノズル基板３０は、電極基板１０とは反対の面（図１の場合には上面）でキャビティ基板２０と接合されている。本実施の形態のノズル基板３０は、吐出室２１と連通する、円形のテーパ状（概ね円錐台形状）のノズル３１を複数有しているものとする。ここで、液体の吐出側となる、ノズル基板３０の外側（図１の場合には上面）の面における開口部分の方が口径（約２０μｍ）が小さいものとする。そして、ノズル基板３０について、内側の面にはオリフィス３２となる細溝を設け、吐出室２１とリザーバ２３とを連通させ、リザーバ２３に溜めた液体を吐出室２１に供給するための連通溝とする。ここでは、特に図示していないが、例えば、振動板２２の加圧により、リザーバ２３に溜められた液体に伝播する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。図１ではノズル基板３０が上面となり、電極基板２０を下面としているが、実際に用いられる場合には、通常、ノズル基板３０の方が電極基板２０よりも下面となる。

図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。端子部１２Ｃは電極取出し口２６において、外部に露出している。そして、発振回路４１は、直接又はワイヤ、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）等の配線４２を介して電気的に端子部１２Ｃ、共通電極端子２４と接続され、個別電極１２Ａ、キャビティ基板２０（振動板２２）に電荷（電力）の供給及び停止を制御する回路である。発振回路４１は、発振することで、個別電極１２Ａに例えばパルス電圧を印加して電荷供給を行う。発振回路４１が発振駆動し、各個別電極１２Ａに選択的に電荷を供給して正又は負に帯電させ、また、振動板２２を相対的に逆相負に帯電させる。このとき、静電気力により振動板２２は個別電極１２Ａ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。電荷供給を止めると振動板２２は元に戻るが、そのとき吐出室２１の容積も元に戻り、その圧力により液滴が吐出する。この液滴が例えば吐出対象物に着弾して印刷等が行われる。端子部１２Ｃを外部に露出させることで、個別電極１２Ａと振動板２２との間の空間（ギャップ）が外気と連通するのを防ぐために、封止材２７により封止及び外気の遮断をしている。

本実施の形態は、ノズル基板３０について、酸化シリコンをマスクとする代わりに、フォトリソグラフィ法により、酸化シリコンの開口部分（ドライエッチングを行う部分）を形成する際に用いるフォトレジストをマスクとしてノズル３１の形成を行う。これにより、酸化シリコンの形成及び除去フォトリソグラフィ等の工程を行ってマスクを形成することなく、ノズル基板３０の作製時間の短縮をはかることができる。そして、フォトレジストによるマスク形成にあたり、露光時間等を制御することにより、ノズル３１を形成するためにシリコンを露出させた部分周辺のフォトレジストをダレさせる（傾斜部分を設ける）ようにする。これにより、異方性ドライエッチング法（以下、ドライエッチングという）を用いた際に、ノズル中心と外側部分とにおけるシリコンのエッチング時間に差を設け、ノズル３１をテーパ形状に形成できるようにする。これにより、吐出性能が高いノズル基板３０、ノズル基板３０を有する液滴吐出ヘッドを得るようにする。

図３は実施の形態１のノズル基板３０の作製方法を表す図である。次に図３に基づいて、本発明におけるノズル基板３０の作製方法の手順について説明する。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３０を同時に形成するが、図３ではその一部分となるノズル３１を形成する部分だけを示すものとする。ここで、以下では具体的な数値を挙げて説明するが、これらの数値は一例を表すものであり、これらの値に限定するものではない。

ここで、シリコン基板５１として、例えば表面が（１００）面方位のシリコン基板を用いるものとする（図３（ａ））。そして、例えば所定の回転速度でシリコン基板５１を回転させ、スピンコート法によりシリコン基板５１の表面に感光性樹脂を塗布した後、焼き固め（プリベーク）を行ってシリコン基板５１の表面にフォトレジスト５２を形成する（図３（ｂ））。ここで、形成するフォトレジスト５２の厚さについては、特に限定するものではない。しかし、フォトレジスト５２が薄く、傾斜部分の長さが短いと傾斜による効果が発揮できなくなる。そこで、ノズル３１をテーパ形状に形成するための有効なダレ（傾斜部分）をフォトレジスト５２に形成するため、本実施の形態では、例えばスピンコート法及びプリベークを複数回行って約５〜１０μｍの厚さとなるようにフォトレジスト５２を形成するものとする。また、フォトレジスト５２の材料についても特に限定するものではないが、ドライエッチングを行う際、シリコンとの選択比が１０〜２０となるような材料とする。

そして、例えばステッパ等の装置を用いて露光を行い、例えば紫外線（光）を感光性樹脂に照射する。ここで、ノズル３１となる開口部分のパターンを形成する（パターニングする）ための露光に関し、本実施の形態では、フォーカス（焦点）、露光時間（露光に係るエネルギ）等を変化させるようにする。これにより、特にパターニングによりシリコンが露出する部分（開口する部分）とフォトレジスト５２が形成される部分との境界におけいて、紫外線の照射に係る調整を行いながら露光を行う。数値等を特に限定するものではないが、例えば、露光エネルギー２００ｍＪ／ｃｍ²において、フォーカスオフセットを約±３μｍ振るようにして、通常の最良状態（ベストフォーカス）からずらし、また、オーバー露光を行うようにする。

ここで、例えば露光エネルギーを調整することにより、フォトレジスト５２に設けるダレ（傾斜部分）の角度を調整することができる。例えば、通常の露光では、シリコンを吐出する部分とフォトレジスト５２を残す部分との境界においてはフォトレジスト５２が垂直に形成される。これに対し、一例として、約１０ｍＪ／ｃｍ²のオーバー露光に対して開口部分におけるフォトレジスト５２を垂直方向から約５°傾斜させることができる。５０ｍＪ／ｃｍ²とすると約２５°傾斜させることができる。また、フォトレジスト５２における感度限界が、露光による傾斜角度を制御できる上限として機能することになるが、このように露光に係る制御を行うことで、ノズル３１のテーパ形状における角度を調整することができる。

オリフィス３２となる部分については特に限定しないが、例えば、ノズル３１となる部分と同様にすると、シリコン基板５１をドライエッチングすることで、オリフィス３２となる部分も貫通することになる。そこで、パターニングを行っても所定の深さだけレジストを除去し、シリコンを露出させないようにするように紫外線の照射に係る調整を行うようにする。

そして、露光後、例えばスプレー現像等による現像を行う。さらに、水洗等を行って、パターニングを行う。このとき、ノズル３１となる開口部分周辺のフォトレジストにはダレ（傾斜部分）が形成されている（図３（ｃ））。ここで、フォトレジスト５２において、シリコンとの選択比を向上させるために、リフロー（例えば１７０℃で１０分等）等、フォトレジスト５２の加熱を行うようにしてもよい。

そして、シリコン基板５１についてドライエッチングを行ってノズル３１を形成する（図３（ｄ））。ドライエッチングについては、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、ドライエッチングに用いる第１のガスとして、例えばＳＦ₆（６フッ化硫黄）で深さ方向へのドライエッチングを行い、第２のガスとして、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、エッチングと保護を交互に繰り返してボッシュプロセスのドライエッチングをを行うようにする。

ここで、フォトレジスト５２をマスクとして用いているが、シリコンよりも速度は遅いものの、フォトレジスト５２もエッチングされる（その選択比は前述したように１０〜２０となる）。そのため、フォトレジスト５２において、傾斜により薄くなった部分から順にエッチングされ、シリコンが露出する。露出した部分からシリコンのエッチングが行われるため、ノズル３１となる部分の中心から外側に向けて時間差でエッチングされていく。そのため、フォトレジスト５２のダレ（傾斜部分）に応じて、ノズル３１となる部分の穴がテーパ状に形成されていくことになる。

ドライエッチングにより、ノズル３１となる部分がシリコン基板５１を貫通した後、所定の厚さになるまでシリコン基板５１を研磨する。そして、シリコン基板５１に形成した複数のノズル基板３０を切断する等により個片化してノズル基板３０を作製する（図３（ｅ））。ここで、例えば耐インク保護及び絶縁のための膜（例えば酸化シリコン、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム（アルミナ））等の膜）を全面に成膜するようにしてもよい。また、本実施の形態では、研磨によりシリコン基板５１の厚さを調整するようにしているが、これに限定するものではなく、例えばウェットエッチング等によりシリコン基板５１の厚さを薄くしてもよい。この場合に、ダイヤフラム等も同じ工程で形成することができる。

また、本実施の形態では、ノズル３１となる部分の穴をドライエッチングにより貫通させているが、これに限定しない。例えば、ドライエッチングにより途中まで穴を形成し、最終的に研磨、ウェットエッチング等により、その穴を貫通させるようにしてもよい。以上のような製造方法により、ノズル基板３０におけるノズル３１をテーパ形状に形成することができる。

図４は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図４に基づいて他の基板の作製をはじめとする液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。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部材を同時形成するが、図４ではその一部分だけを示している。

電極基板１０となる約１ｍｍのガラスの基板の一方の面に対し、電極部１２の形状パターンに合わせて０．２μｍの深さの溝部１１を形成する。そして、例えばスパッタ等の方法を用いて、０．１μｍの厚さのＩＴＯを溝部１１の内側（特に底壁）に成膜し、電極部１２を形成する。さらに液体供給口１３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１０が作製される（図４（ａ））。

キャビティ基板２０となる基板については、まず例えば表面が（１１０）面方位の酸素濃度の低いシリコン基板６１の片面を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みにする。次に、シリコン基板６１にボロンドープ層６２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、例えば、温度を１０５０℃に上昇させて７時間保持してボロンをシリコン基板６１中に拡散させ、ボロンドープ層６２を形成する。このとき、ボロンドープ層６２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、フッ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、フッ酸水溶液にてウェットエッチングして除去する。そして、さらにボロンドープ層６２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜２５を成膜する（図４（ｂ））。絶縁膜２５は、例えばプラズマＣＶＤ法により、成膜時の処理温度を３６０℃、高周波出力を２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量におけるＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル））の流量１００ｃｍ³／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で０．１μｍ成膜する。

次にシリコン基板６１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。そして、陽極接合後の接合済み基板において、シリコン基板６１の厚みが約６０μｍになるまでシリコン基板６１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、例えば３２ｗ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板６１を約１０μｍウェットエッチングする。これによりシリコン基板６１の厚みを約５０μｍにする（図４（ｃ））。

ウェットエッチングを行った面に対し、例えばエッチングマスクとなる酸化シリコン膜６３を、ＴＥＯＳによるプラズマＣＶＤ法で成膜する。酸化シリコン膜６３の成膜条件としては、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。さらに、フォトリソグラフィ法を用い、酸化シリコン膜６３において、吐出室２１、リザーバ２３及び電極取出し口２６となる部分をエッチングにより除去する（図４（ｄ））。ここで、例えば吐出室２１及び電極取出し口２６となる部分についてはシリコンを露出させ、リザーバ２３についてはハーフエッチングにより酸化シリコン膜６３を残す。これはリザーバ２３となる部分についてはシリコンを残すことにより、剛性を持たせるようにするためである。

次に、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２１となる部分の厚みが約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６２において、エッチングストップが十分効いたものと判断するまで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ウェットエッチングを行うことによって、形成される振動板２２の面荒れを抑制し、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（図４（ｅ））。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板を例えばフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板６１表面の酸化シリコン膜６３を除去する（図４（ｆ））。

シリコン基板７１の電極取出し口２６となる部分のシリコン（ボロンドープ層７２）を除去し、開口する。除去の方法については、特に限定しないが、例えばピン等で突いて壊すこともできる。また、ドライエッチングを行って開口することもできる。その後、電極取出し口２６の端部にあるキャビティ基板２０と各凹部１１との間で形成されるギャップの開口部に沿って、例えばエポキシ樹脂を流し込んだり、酸化シリコンを堆積等させたりして封止材２７を形成して封止し、ギャップを外気から遮断する（図４（ｇ））。ここで、特に図示はしないが、例えば、キャビティ基板２０の上面に、液体保護のための酸化シリコン膜を、例えばＴＥＯＳを用い、プラズマＣＶＤ法により形成するようにしてもよい。

封止が完了すると、例えば、共通電極端子２４となる部分を開口したマスクを、接合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２４を形成する。そして、別工程で作製した前述のノズル基板３０を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板２０側から接着し、接合する（図４（ｈ））。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、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３０の製造に関し、ノズル３１を形成するためのマスクをフォトレジスト５２により形成してドライエッチングを行うようにしたので、酸化シリコンをマスクとして形成する必要がない。そのため、酸化シリコン膜のマスクを形成及び除去等するために必要な時間を短縮し、材料（薬品等）を用いなくてすむ。また、例えば、高温の雰囲気内で酸化シリコン膜を形成する必要がない等、ノズル基板の製造に係るエネルギの消費量を減らし、省エネルギを図ることができる。そして、酸化シリコンの除去等に必要な薬品等を用いることがなく、安全性を高めることができる。

さらに、フォトレジスト５２によるマスク形成を行う際、フォトレジスト５２に対する露光時間、フォーカス等を制御して、フォトレジスト５２のノズル３１を形成する部分にダレを生じさせるようにした上で、ドライエッチングを行うようにしたので、テーパ形状のノズル３１を形成することができる。このとき、露光時間、フォーカス等を調整するようにしたので、ダレの傾斜角度を調整し、ノズル３１のテーパ形状の角度も所望の角度に調整することができる。このため、吐出性能を高めることができる。そして、このノズル３１を有するノズル基板３０を用いて製造する液滴吐出ヘッドの品質を高めることができる。ドライエッチングの際、ＩＣＰ放電を用い、ボッシュプロセスにより行うようにしたので、シリコン基板５１に対して、深く、きれいなエッチングを行うことができる。また、ドライエッチングを行った後に、シリコン基板５１の研削を行うようにしたので、薄板化をできる限り後の工程で行うことで、基板の割れをできるだけ防ぎ、歩留まりを向上させることできる。

実施の形態２．
上述の実施の形態における液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板を積層して構成したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、リザーバ２３の容積を大きくするため、リザーバ２３となる凹部を独立した基板に形成し、４つの基板を積層した構成の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。

上述の実施の形態では、振動板２２と個別電極１２との間に発生する静電力により振動板２２を変位させて液体を加圧し、ノズル３１から液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドについて説明した。本発明はこれに限定するものではない。例えば、気体を発生させたり、圧電素子を用いる等、他の加圧方法による液滴吐出ヘッドについても適用することができる。

実施の形態３．
図５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の外観図である。また、図６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５及び図６の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６において、被印刷物であるプリント紙１００が支持されるドラム１０１と、プリント紙１００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２２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、ＯＬＥＤ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。その他、布等の染料の吐出等にも利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図である。実施の形態１に係るノズル基板３０の作製に係る工程図である。液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。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

１０電極基板、１１溝部、１２電極部、１２Ａ個別電極、１２Ｂリード部、１２Ｃ端子部、１３液体供給口、２０キャビティ基板、２１吐出室、２２振動板、２３リザーバ、２４共通電極端子、２５絶縁膜、２６電極取出し口、２７封止材、３０ノズル基板、３１ノズル、３２オリフィス、４１発振回路、４２配線、５１シリコン基板、５２フォトレジスト、６１シリコン基板、６２ボロンドープ層、６３酸化シリコン膜、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

シリコン基板に形成したフォトレジストに対して露光及び現像を行い、ノズルを形成するためのシリコン露出部分周辺におけるフォトレジストに対し、傾斜部分を設けたパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストをマスクとして異方性ドライエッチングを行って、テーパ形状のノズルとなる穴を形成する工程と
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
前記フォトレジストに対して露光を行う際の露光時間及び／又は焦点を調整して前記フォトレジストに設ける傾斜部分の角度を制御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。
前記異方性ドライエッチングは、ＩＣＰ放電によるドライエッチングであ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。
前記異方性ドライエッチングは、前記シリコン基板の深さ方向のエッチングを促進するための第１のガスと、前記エッチングに係る側壁面を保護する保護膜を形成するための第２のガスとを導入して行うことを特徴とする請求項３記載のノズル基板の製造方法。
前記ノズルとなる穴を形成した後に、前記シリコン基板を所定の厚さに研削する工程をさらに有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。
請求項１〜５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６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６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８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。