JP4033318B2

JP4033318B2 - インクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4033318B2
Application number: JP22244499A
Authority: JP
Inventors: 静一加藤; 剛一大高; 田中　　誠; 栄二望月
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2000117982A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置として用いるインクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（圧力室、加圧液室、液室、インク流路等とも称される。）と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段を駆動することで吐出室内インクを加圧してノズル孔からインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
【０００３】
従来、吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段として、圧電素子を用いて吐出室の壁面を形成する振動板を変形させて吐出室内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにしたもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いて吐出室内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるようにしたもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）などが知られている。
【０００４】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘツドのうち、前者の圧電素子を用いる方式においては、吐出室に圧力を生じさせるために振動板に圧電素子のチップを貼り付ける工程が複雑であり、特にインクジェット記録装置では高速、高印字品質が求められてきており、これに対応するためにはマルチノズル化、ノズルの高密度化が不可欠であるが、圧電素子を微細に加工し、多数の圧電素子を振動板に接着することは、極めて煩雑で多くの時間がかかる。しかも、高密度化の結果、圧電素子を幅数十〜百数十μｍで加工する必要が生じてきているが、従前の機械加工における寸法、形状精度では加工品質にばらつきが発生するために印字品質のばらつきが大きくなる。
【０００５】
また、後者のインクを加熱する方式においては、圧電素子を用いる場合の問題は生じないものの、発熱抵抗体の急速な加熱、冷却の繰り返し、気泡消滅時の衝撃によって、発熱抵抗体がダメージを受けるために、総じてインクジェットヘッドの寿命が短くなる。
【０００６】
そこで、こうした問題を解決するものとして、特開平６−７１８８２号公報に記載されているように、吐出室の壁面を形成する振動板を静電気力（静電力）によって変形させることで吐出室内容積を変化させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドが提案されており、この静電気力を用いる方式にあっては、小型、高密度、高印字品質及び長寿命を達成できるという利点がある。
【０００７】
ところで、静電気力を利用したインクジェットヘッドにあっては、振動板に静電気力による変形を生じさせるために振動板及び振動板に対向して配置されている電極に外部回路から電圧を印加しなければならない。
【０００８】
そこで、例えば特開平９−３０７２１８号公報に記載されているように、振動板及び液室を形成する第１の基板と電極を形成する第２の基板とを接合して、振動板用の外部電極を第１の基板の上面に設け、電極用の外部電極（個別電極用外部電極）を第２の基板の凹部に形成して、このとき、振動板用外部電極と個別電極用外部電極との間に第１の基板の厚さ相当分の段差が生じるので、先端部が２つに分岐した特殊なＦＰＣケーブルを用いて外部回路と接続するようにすることが提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように振動板用外部電極と個別電極とを先端部が２つに分岐した特殊なＦＰＣケーブルで接続しなければならないので、接続作業が面倒で作業効率が悪く、また、ＦＰＣ自体のコストも高くなり、ヘッドのコスト高を招くという課題がある。
【００１０】
また、インクジェットヘッドの高密度化のために振動板及び電極を狭ピッチ化する場合、例えば振動板作成用の基板としてＳi基板を用いて異方性エッチングなどで振動板を形成した後、電極基板と接合しようとすると、接合不良や振動板の破損などによる歩留まりの低下を招くおそれがあり、またアライメントや接合回数が多く、量産性が低いという課題がある。
【００１１】
さらに、電極基板としてＳi基板を用いて電極としてＮ型やＰ型の不純物層を用いる（上記特開平６−７１８８２号公報参照）と、成膜時にパーテイクルの発生のおそれがある金属膜を用いる場合に比べて、振動板と電極間に狭ギャップを形成し易いし、電極上の電極保護膜として膜質の良い熱酸化膜を形成することができるなどの利点があるものの、接合リークや電極間のパンチスルーの発生により、信頼性が低下する。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、工程増加を招くことなく、外部回路への接続手段を容易に接続できるようにすることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室と、この吐出室の少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向した凹部の底面に配置された個別電極とを有し、振動板と個別電極との間で発生させる静電力によって振動板を変形させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの製造方法において、振動板及び振動板用外部電極を形成する単結晶シリコンからなる第１の基板と個別電極及び個別電極用外部電極を形成する第２の基板とを、振動板と個別電極との間で所定の間隔を設けて接合した後、第１の基板に振動板をエッチングにより形成するときに、この第１の基板のうち、少なくとも第２の基板の個別電極用外部電極を含む領域に対応する領域及び振動板用外部電極を形成する部分を含むコンタクト部をエッチングにより振動板と同じ厚さに形成する工程と、コンタクト部の振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程とを含む構成とした。
【００２２】
ここで、第２の基板がガラス基板からなり、第１の基板にＳｉＯ_２膜のギャップスペーサを形成し、若しくは第２の基板に凹部を形成して、振動板と個別電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、第１の基板と第２の基板とを陽極接合する構成とできる。
【００２３】
また、第２の基板が単結晶シリコン基板からなり、第１の基板及び第２の基板の少なくともいずれか一方にＳｉＯ_２膜のギャップスペーサを形成し、振動板と個別電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、第１の基板と第２の基板とを直接接合する構成とできる。
【００２４】
また、コンタクト部の振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程の前に、第１の基板の振動板用外部電極を形成する部分にドライエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜する構成とできる。
【００２５】
また、コンタクト部の振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程の前に、第１の基板のエッチングによる除去領域以外の領域にドライエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜する構成とできる。
【００２６】
また、振動板のコンタクト部の開口の短辺をｘ、コンタクト部の短辺をｙ、第１基板の厚さをａとしたとき、少なくとも（ａ／ｘ）＞１、（ａ／ｙ）＜１の関係を充足する構成とできる。
【００２９】
また、第２の基板に形成する個別電極の振動板に対向する部分にはＰ型又はＮ型不純物層を形成し、コンタクト部には耐熱性の高い耐熱膜をシート状に形成し、両者の間に不純物層と金属膜との接続孔を配置した電極構成とする構成とできる。
【００３０】
また、振動板及び振動板用外部電極を形成する第１の基板となるシリコンウエハに個別電極及び個別電極用外部電極を形成する第２の基板を接合した後、第１の基板にエッチングを行い、シリコンウエハを個々のヘッドチップに切断した後、コンタクト部のうちの個別電極用外部電極に対応する領域を除去して開口を形成する構成とできる。
【００３１】
この場合、振動板用外部電極を形成するときに、この振動板用外部電極を形成する部分にシリコンに比較してドライエッチングのエッチング速度が遅い金属層を形成する構成とできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明を適用する静電型インクジェットヘッドの基本構成を説明する断面説明図、図２は図１の平面説明図である。
このインクジェットヘッドは、第１の基板１と、この第１の基板１の上側に設けた蓋部材２と、第１の基板１の下側に設けた電極基板３と、第１の基板１及び蓋部材２の前面側に設けたノズル板４とからなる。
【００３６】
第１の基板１には、ノズル板４に形成した複数のノズル孔５に連通するインク吐出溝６と、各インク吐出溝６が連通する吐出室７を形成する凹部８と、各吐出室７の底部となりその壁面を形成する変形可能な振動板１０と、各吐出室７にインクを供給するための共通インク流路１１を形成する凹部１２とを設けている。また、蓋部材２には、各吐出室７と共通インク流路１１とを連通する流体抵抗部を兼ねたインク供給路１３と、共通インク流路１１へ外部からインクを供給するためのインク供給口１４とを設けている。さらに、電極基板３には振動板１０に所定のギャップを置いて対向する電極１７を設け、この電極１７と振動板１０によってアクチュエータ部を構成する。
【００３７】
このインクジェットヘッドにおいては、振動板１０と電極１７との間に駆動電圧を印加することによって静電力（静電気力）によって振動板１０が変形して、吐出室７の内容積が変化することによってノズル孔５からインク滴が吐出される。
【００３８】
そこで、このような静電型インクジェットヘッドに本発明を適用した実施形態について図３以降を参照して説明する。なお、以下の説明においては、図示の簡略化のために振動板基板上に形成する液室やノズル孔、或いは振動板基板上に接合する液室やノズルを形成した液室形成部材などの図示は省略する。
【００３９】
また、振動板を形成する第１の基板となる振動板用基板には、ＫＯＨによる異方性エッチングで自発的なエッチストップが可能な高濃度ボロン層が形成された面方位（１１０）のＳi基板を用い、また電極基板を形成する第２の基板には、ガラス基板を用いた例で説明するが、これらの基板に限定されるものではない。例えば、振動板用基板にはＳＯＩ基板を用いても良いし、振動板を形成するためのエッチングはドライエッチングで行っても良く、更に、電極基板としてＳｉ基板を用いることもできる。
【００４０】
先ず、本発明の第１実施形態について図３乃至図１０を参照して説明する。なお、図３は電極基板と接合する前の振動板基板の上面図、図４は同振動板基板の製造工程を説明する図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図５は振動板基板と接合する前の電極基板の上面図、図６は同電極基板の製造工程を説明する図５のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図７は振動板基板と電極基板を接合して振動板を形成した状態の上面図、図８は同接合及び形成の製造工程を説明する図７のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図９は同振動板基板に外部電極を形成した状態の上面図、図１０は同外部電極形成の製造工程を説明する図９のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。
【００４１】
図３及び図４を参照して、接合前の振動板基板２０の製造工程について説明すると、所望の厚さ（例えば３μｍ）の振動板２５を形成する場合、図４（ａ）に示すように振動板用基板としての第１の基板であるＳｉ基板２１に３μｍの高濃度ボロン層２２を注入工程や不純物拡散工程などを経て形成し、その後、エッチングマスクとして例えばＬＰＣＶＤ−ＳiＮ膜２３を表裏面に成膜する。なお、エツチングマスクとしては、例えば、ＳiＯ₂膜でも良いし、ＳiＯ₂膜とＳiＮ膜の積層膜を用いることもできる。
【００４２】
次に、Ｓi基板２１に図３に示すように振動板２５とコンタクト部２６がＳiエッチングされるように図４（ｂ）に示すようにフオトレジスト２４をパターニングし、同図（ｃ）に示すようにパターンニング面上のＳiＮ２３膜及び裏面全面のＳiＮ膜２３をエッチングして除去した後、フォトレジスト２４を除去する。これによって、図３に示すようにＳi基板２１上に振動板２５及びコンタクト部２６が形成されるパターンをＳiＮ膜２３で形成した振動板基板２０が得られる。
【００４３】
ここで、コンタクト部２６とは、後述する図７に示すように、電極基板３０に形成した複数の電極３３の各個別電極用外部電極３４を含む領域に対応する領域及び振動板用外部電極を形成する部分をいうものとする。なお、このコンタクト部２６は複数の個別電極用外部電極３４を含む領域以上の大きさを有する領域であればよい。
【００４４】
次に、図５及び図６を参照して、接合前の電極基板３０の製造工程について説明すると、図５及び図６（ａ）に示すように、第２の基板であるガラス基板３１に、後述するように対向して配置される振動板２５と電極３３との間に所定にギャップ（対向間隔）を得るために凹部（以下、「ギャップ」という。）３２を形成する。このギャップ３２は、ガラス基板３１にギャップ３２に対応するパターンを形成して、例えばフッ酸で０．５μｍ深さにエッチングして形成する。
【００４５】
そして、図５及び図６（ｂ）に示すように、ギャップ３２中に電極３３及びこれに連続する個別電極用外部電極３４を形成する。これらの電極３３、３４は、電極となり得る金属、例えばニッケルを、例えばスパッタリング法により、例えば０．２μｍ厚で成膜した後、フォトリソグラフイ技術を用いてパターニングすることで形成できる。
【００４６】
なお、ここでは、電極３３、３４を形成する金属としてニッケルを用いているが、アルミや金などを用いることもでき、材料は特に限定されるものではない。例えば、通常の半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。また、第２の基板２にシリコン基板を用いる場合、不純物拡散領域を用いることができ、このとき、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極３３、３４と第２の基板２とを電気的に絶縁する。
【００４７】
その後、図５及び図６（ｃ）に示すように、電極３３及び個別電極用外部電極３４表面に絶縁性の電極保護膜３５を形成する。ここでは、電極保護膜として、例えばスパッタリング法により、例えばＳiＯ₂膜３５を、例えば０．１μｍ厚で成膜した後、フォトトリソグラフィ技術を用いてパターニングしている。これにより、図５に示すように、ギャップ３２に電極保護膜３５で被覆された電極３３及び個別電極用外部電極３４が形成された電極基板３０が得られる。
【００４８】
そこで、図７及び図８を参照して、上述した工程を得て製造した図３及び図５に示す振動板基板２０と電極基板３０の接合から振動板形成までの工程について説明する。先ず、図８（ａ）に示すように、振動板基板２０と電極基板３０とを陽極接合法で、例えば４００℃−５００Ｖ印加の条件で接合する。この状態で、振動板基板２０の振動板２５（実際には振動板になる前の状態である）と電極基板３０の電極３３が所定の間隔を置いて対向すると共に、振動板基板２０のコンタクト部２６と電極基板３０の複数の個別電極用外部電極３４が対向する。
【００４９】
その後、同図（ｂ）に示すように、ＫＯＨ液で振動板基板２０のＬＰＣＶＤ−ＳiＮ膜２３をマスクとして、第１の基板であるＳi基板２１を異方性エッチングすることにより、高濃度ボロン層２２で急激にエッチングレートが低下するので、振動板基板２０には厚さ３μｍの高濃度ボロン層２２である振動板２５とコンタクト部２６が精度良く形成される。そして、振動板基板２０のエッチングマスクとして使用したＬＰＣＶＤ−ＳiＮ膜２３を除去する。
【００５０】
これによって、図７に示すように、振動板基板２０の振動板２５と電極基板３０の電極３３が所定の間隔を置いて対向すると共に、振動板基板２０のコンタクト部２６と電極基板３０の複数の個別電極用外部電極３４が対向する状態で接合された振動板基板２０及び電極基板３０からなる接合部材が得られる。
【００５１】
そこで、図９及び図１０を参照して、上述の工程で得られた振動板基板２０及び電極基板３０からなる接合部材に、振動板用外部電極２７を形成し、個別電極用外部電極３４を露出させる工程について説明する。なお、ここでは、振動板用基板２０のコンタクト部２６へのＳiエッチングによる振動板用外部電極２７の作製と個別電極用外部電極３４の露出を同時に行っているが、Ｓiエッチングはウエットエッチングであるとエッチング液がギャップ３２に侵入するので、ドライエッチングが好ましく、ここではドライエツチングを前提に説明する。
【００５２】
すなわち、まず、図１０（ａ）に示すように、振動板基板２０上に、Ｓiエッチング時に振動板基板２０のコンタクト部２６のうちの所望の領域に振動板用外部電極２７が残り、それ以外のコンタクト部２６だけがＳiエッチングされるようにパターンを形成したエッチング用メタルマスク３６をセットし、同図（ｂ）に示すように、例えばＳＦ₆を主体とするガスを用いてＳiドライエッチングを行なう。
【００５３】
これによって、同図（ｂ）及び図９に示すように、振動板基板２０のコンタクト部２６のうちの振動板用外部電極２７を形成する部分以外の部分が除去されて、振動板用外部電極２７が形成される。更に、引き続き、個別電極用外部電極３４上の電極保護膜（ＳiＯ₂膜）３５を除去するために、例えばＣＨＦ₃を主体とするガスを用いてＳiＯ₂ドライエッチングを行うことによって、電極基板３０のニッケルの個別電極用外部電極３４が露出する。ここで、振動板用外部電極２７と個別電極用外部電極３４とは、ギャップ３２の深さが０．５μｍ、電極３４の厚みが０．２μｍであるから、段差２μｍ以内の範囲になる。
【００５４】
この場合、振動板用外部電極２７は高濃度ボロン層２２で形成しているので、金属を被膜しなくても、例えばＦＰＣの電極とオーミック接触が得られることから、この段階で製造工程を完了することもできる。ただし、ここでは、振動板用外部電極２７上に金属を被膜した方がより好ましいので、図１０（ｃ）に示すように、振動板用外部電極２７のみに金属被膜されるようにパターンを形成したデポ用メタルマスク３７をセットし、金２８等を例えば抵抗加熱蒸着法で成膜し、製造工程を完了している。
【００５５】
これによって、振動板２５と同じ厚さの振動板用外部電極２７を振動板２５と同一平面上に設け、この振動板用外部電極２７と複数の電極３３の個別電極用外部電極３４との段差を２μｍ以内にしたインクジェットヘッド（アクチュエータ部）を得ることができる。
【００５６】
このように、振動板用外部電極を振動板と同一平面に設けることによって、振動板用外部電極と個別電極用外部電極との段差を小さくすることができ、小さい段差内に、振動板用外部電極と個別電極用外部電極が配置されるので、ＦＰＣ等のリード線を含む接続手段によって、振動板及び電極を容易に外部回路と接続することができるようになる。
【００５７】
ここで、振動板と同じ厚さの振動板用外部電極を振動板と同一平面に設け、個別電極用外部電極との段差を２μｍ以内にすることによって、振動板用外部電極と個別電極用外部電極の段差が極めて小さくなり、ＦＰＣ等のリード線を含む接続手段を容易に接続することができ、振動板及び電極を容易に外部回路と接続することができるようになる。
【００５８】
さらに、振動板用外部電極と個別電極用外部電極とを略一列に配置することによって、振動板用外部電極及び個別電極用外部電極を接続手段を用いて一括して接続することができ、接続作業が容易になり、従来のような先端部が２つに分岐した特殊な接続手段を用いる必要もなくなってコストの増加を招くことがない。
【００５９】
なお、上記実施形態のようにして振動板外部電極と個別電極用外部電極を形成した場合、振動板用外部電極は個別電極用外部電極に対して振動板との対向間隔(ここでは０．５μｍ)の段差内に位置することになる。振動板と電極の対向間隔は、振動板が変位できる距離を保ちつつ、出来るだけ狭くした方が駆動電圧の低電圧化が可能であるために実用的な範囲として２μｍ以内の範囲で形成することが好ましく、従って、振動板用外部電極と個別電極用外部電極も容易に２μｍ以内の段差内にすることができる。
【００６０】
この場合、振動板と振動板用外部電極を第１の基板に形成し、電極及び個別電極用外部電極を第２の基板に形成して、第１の基板のうち少なくとも第２の基板の個別電極用外部電極に対応する領域を含む領域が振動板用外部電極を残して除去されている構成とすることによって、第１の基板と第２の基板とを接合した後に振動板を形成することができるので、接合不良や振動板の破損による歩留りの低下を回避することができ、しかも振動板用外部電極の形成と個別電極用外部電極の露出を同時に行なうことができる。
【００６１】
また、上述したように、振動板及び振動板用外部電極を形成する第１の基板と電極及び個別電極用外部電極を形成する第２の基板とを、振動板と電極との間で所定の間隔を設けて接合した後、第１の基板に振動板を形成するときに、この第１の基板のうち、少なくとも第２の基板の複数の個別電極用外部電極を含む領域に対応する領域及び振動板用外部電極を形成する部分を含む振動板と同じ厚さのコンタクト部をエッチングで形成し、このコンタクト部のうちの振動板用外部電極を形成する部分以外の部分を除去して、振動板用外部電極を形成することによって、工程増加を招くことなく、振動板と同じ厚さの振動板用外部電極を振動板と同一平面に設けて個別電極用外部電極との段差を２μｍ以内にし、ＦＰＣ等のリード線を含む接続手段によって容易に外部回路と接続することができるインクジェットヘッドを得ることができる。
【００６２】
この場合、第１の基板として単結晶シリコン基板、第２の基板としてガラス基板を用いて、第２の基板に凹部を形成し、振動板と電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、第１の基板と第２の基板とを陽極接合することで、第１の基板と第２の基板を接合することもでき、或いは、第１の基板にＳiＯ₂膜のギャップスペーサを形成し、振動板と電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、第１の基板と第２の基板とを接合することもでき、いずれの場合にも上述した工程増加を招くことなく、接続手段によって容易に外部回路と接続することができるインクジェットヘッドを得ることができる。
【００６３】
また、第１の基板及び第２の基板としていずれも単結晶シリコン基板を用いて、記第１の基板又は第２の基板、或いは第１の基板及び第２の基板のいずれにも、ＳiＯ₂膜のギャップスペーサを形成し、振動板と電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、第１の基板と第２の基板とを直接接合することもでき、このようにしても、上述した工程増加を招くことなく、接続手段によって容易に外部回路と接続することができるインクジェットヘッドを得ることができると共に、ガラス基板を用いた場合に発生する恐れのある潜傷と称するエッチング欠陥を回避でき、精度良く狭ギャップを作成することができる。
【００６４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においては、振動板形成の工程までは上記第１実施形態と同様で、その後の外部電極形成方法が異なっているのみであるので、図示を省略する。
【００６５】
すなわち、振動板用外部電極２７に金属膜を被膜する場合には、コンタクト部２６へのＳiエッチングを行う前に、図１０（ｃ）に示すようなデポ用メタルマスク３７を用いて、コンタクト部２６のうちの振動板用外部電極２７として残す部分に、Ｓiエッチングに対しエッチング耐性のある金属膜（保護膜）としての金２８を被膜し、その後、Ｓi基板２１のコンタクト部２６をエッチングして振動板用外部電極２７以外の部分を除去することで、振動板用外部電極２７を形成すると共に個別電極用外部電極３４の電極保護膜３５を除去する。
【００６６】
これは、エッチング用メタルマスク３６を用いたＳiドライエツチングではサンプルの構造上マスク下へのサイドエッヂが発生しやすくなり、振動板用外部電極２７を制御性良く残すことが難しくなることがある。そこで、Ｓiエッチングに対してエッチング耐性のある金属膜（保護膜）で前もって被膜しておくことにより、振動板用外部電極２７のエッチングマージンが広がる。
【００６７】
この場合、シリコンエッチングに対しエッチング耐性のある金属としては、上述した金の他に、アルミ、ニッケル等がある。また、金属膜を成膜するできるだけ直前にＨＦ系のエッチング液で洗浄することが好ましく、これにより、振動板用外部電極２７と金属膜（保護膜）間に自然酸化膜などの絶縁膜が介在する確率を低くすることができ、より良好なオーミック接触を得ることができる。
【００６８】
このようにコンタクト部の振動板用外部電極を形成する部分以外の部分を除去する工程の前に、振動板用外部電極を形成する部分にエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜することによって、保護膜を成膜した部分は確実にエッチングされずに残るので、振動板用外部電極を形成するためのコンタクト部のエッチングに対してエッチングマージンが増加し、また、金属膜（保護膜）の成膜前にＨＦ系のエッチング液で洗浄することも可能になり、振動板用外部電極と金属膜との間に絶縁膜が介在することを防止できて良好なオーミック接触が可能になる。
【００６９】
次に、本発明の第３実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は振動板基板に外部電極を形成した状態の上面図、図１２は同外部電極形成の製造工程を説明する図１１のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
この第３実施形態においても、振動板基板２０のコンタクト部２６へのＳiエッチングを行う前に、シリコンエッチングに対してエッチング耐性のある保護膜（金属膜）で振動板用外部電極として残す部分を含めてＳi基板を被覆するようにしている。
【００７０】
すなわち、まず、前記第１実施形態の図８（ｂ）の振動板形成の工程まで終了した後、金属膜を成膜するできるだけ直前に、ＨＦ系のエッチング液で洗浄した後、図１１及び図１２（ａ）に示すように、Ｓi基板２１のコンタクト部２６のうちのシリコン除去領域以外の全面に金属が被膜されるようにパターンを形成したデポ用メタルマスク３８を用いて、保護膜としての金２８を被膜する。
【００７１】
次に、同図（ｂ）に示すように、例えばＳＦ₆を主体とするガスを用いてＳiドライエッチングをして振動板基板２０のコンタクト部２６のうちの振動板用外部電極２７を形成する部分以外の部分を除去する。引き続き、電極基板３０の個別電極用外部電極３４上の保護膜（ＳiＯ₂膜）３５を除去するために、例えばＣＨＦ₃を主体とするガスを用いてＳiＯ₂ドライエッチングを行い、個別電極用外部電極３４を露出させる。
【００７２】
このとき、上記第１、第２実施形態では、エッチング用メタルマスク３６を用いてエッチングを行ってきたが、ここではエッチング耐性のある金２８でコンタクト部２６のうちのシリコン除去領域以外の全面が覆われているので、マスクレスでエッチングが可能となる。
【００７３】
このように、コンタクト部の振動板用外部電極形成する部分以外の部分を除去する工程の前に、第１の基板のエッチングによる除去領域以外の領域にエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜する構成とすることによって、マスクレスでのエッチングが可能になり、マスクを一枚低減することができ、コスト低下や工程短縮を図れ、アラインメントズレによる歩留まり低下を抑制できる。
【００７４】
また、振動板基板上に形成する液室材料として高剛性材料である金属系材料を用いる場合、エッチング耐性のある金属膜として、共晶接合や圧着接合やはんだ接合やろう付けなどにも用いられる材料を選択すれば、振動板−液室接合プロセスの簡略化や接合の容易化などの効果もある。上記条件に合う金属材料としては、金、銀、鋼、ニッケル等がある。更に、化学的に安定な金属でインクに接する部分が覆われているので、インクに浸食されることがなく、接液性が良いという効果もある。
【００７５】
次に、本発明の第４実施形態について参照して説明する。この実施形態においては、エッチング用メタルマスク３７を用いずに、マスクレスでエッチングを可能にした他の例である。
すなわち、前述した図９及び図１０に示すように、振動板２５（開口部）の短辺をｘ、コンタクト部２６（開口部）の短辺をｙ、振動板用Ｓi基板２１の厚さをａとするとき、図１０（ｂ）に示されるような構造において、コンタクト部２６をエッチングをする場合、Ｓi基板の厚さａが厚いので（通常数百μｍ)マイクロローデイング効果が顕著に現れる。出願人のスタンダードなＲＩＥ装置を用いて、コンタクト部２６の短辺ｙを変えたときには、ａ／ｙをアスペクト比と考えると、Ｓiの３μｍエッチングの条件でアスペクト比０．３以下できれいにエツチオフされたが、アスペクト比０．６以上ではほとんどエッチングされなかった。
【００７６】
その結果、エッチング条件や装置の違いやエッチングマージンなどを考慮すると、少なくともａ／ｘ＞1、ａ／ｙ＜1の関係を充足する構成に振動板用Ｓi基２１が形成されている場合には、マスクレスでエッチングが可能であることを確認している。上記の関係式はスタンダードなＲＩＥ装置にはほぼあてはまるが、最近量産装置としても導入が進んでいる高密度プラズマエッチング装置にはあてはまらないものと思われる。
【００７７】
ただし、高密度ブラズマエッチング装置はスタンダードなＲＩＥ装置に比べ非常に高価であるために、安価で量産実績のあるスタンダードなＲＩＥ装置で、マスクレスでエッチング可能なのはコスト低減に効果的である。また、高密度プラズマのエッチングチャンバーとスタンダードなＲＩＥのエッチングチャンバーを兼ね備えた装置ならば、振動板２５のエッチングを高密度プラズマで行い、コンタクト部２６のエッチングをスタンダードなＲＩＥで行うような組み合わせも考えられる。
【００７８】
なお、コンタクト部２６中に形成する振動板用外部電極２７については、コンタクト部２６のエッチングを行なう前にシリコンエッチングに対しエッチング耐性のある金属膜を被膜しておくことは言うまでもない。
【００７９】
このように、振動板の開口部の短辺をｘ、コンタクト部の短辺をｙ、第１基板の厚さをａとしたとき、少なくとも（ａ／ｘ）＞１、（ａ／ｙ）＜１の関係を充足する構成とすることにより、コンタクト部のエッチングをマスクレスで行なうことができ、マスクを１枚低減することができてコスト低下や工程の短縮を図ることができ、アライメントズレによる歩留り低下を抑制することができる。さらに、コンタクト部のエッチング時に発生するおそれがあるマスク下へのサイドエッチや液室部材との接合面の汚れなどを防止できる。
【００８０】
次に、本発明の第５実施形態について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、図１３は振動板基板に外部電極を形成した状態の上面図、図１４は同外部電極形成の製造工程を説明する図１３のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。
この実施形態は、コンタクト部２６中に形成する振動板用外部電極２７を寸法の制御性良く形成できるようにしたものである。
【００８１】
すなわち、まず、図１４（ａ）に示すように、振動板用外部電極２７とこの振動板用外部電極２７に最も隣接する個別電極用外部電極３４（これを符号「３４Ａ」で示す。）との間に、振動板２５形成時のエッチングを施さないように、エッチングマスクであるＬＰＣＶＤ−ＳiＮ膜２３をもパターニングしておき、その後、同図（ｂ）に示すように振動板用のＳi基板２１のエッチングを行って振動板２５及びコンタクト部２６を形成する。これによって、振動板用外部電極２７とこれに隣接する個別電極用外部電極３４Ａとの間にＳiの柱３９が残存形成される。
【００８２】
そこで、同図（ｃ）に示すようにデポ用メタルマスク３７を用いて、振動板用外部電極２７となる部分に例えば金２８を蒸着した後、同図（ｄ）に示すようにエッチング用マスク３６を用いてコンタクト部２６のＳｉと個別電極用外部電極３４のＳiＯ₂膜３５を除去する。
【００８３】
このように、振動板用外部電極２７とこれに隣接する個別電極用外部電極３４Ａとの間にＳiの柱３９を形成することによって、振動板用外部電極２７を寸法精度良く形成することができる。すなわち、前記各実施形態においては、振動板用外部電極２７とこれに隣接する個別電極用外部電極３４Ａとの間にＳiの柱３９がなかったので、デポ用メタルマスク３７に対する振動板用外部電極２７上に形成される金２８の寸法の拡がりが大きかった。
【００８４】
この場合、隣接する個別電極用外部電極３４Ａ上にまで金２８が成膜されると、その場所のＳiが貫通できなくなり、その個別電極用外部電極３４Ａが使えなくなることになる。また、金２８の寸法の拡がりを許容する場合、隣接する個別電極用外部電極３４Ａとの間隔を十分に確保しなければならず、ヘッドの面積が大きくなってしまうことになる。このとき、金２８の寸法の拡がりを補正するためには、マスク寸法を、拡がりを考慮して小さく設計する必要があり、マスク寸法が小さくなるにつれデポレートが減少し、成膜に時間がかかるなどの不都合を伴うことになる。
【００８５】
これに対して、本実施形態においては、マスクの変更なしに、振動板用外部電極２７上にマスク寸法通りの金２８を形成することができる。また、エッチング用メタルマスク３６を用いたＳiドライエッチングでのエツチングマージンも広がる。
【００８６】
このように、第１の基板をエッチングするときにコンタクト部のうちの振動板用外部電極を形成する部分とこれに隣接する個別電極用外部電極の間の部分を残すことによって、コンタクト部中に形成する振動板用外部電極への金属の成膜時やエッチング時においてマスクの密着性が向上し、振動板用外部電極を制御性良く形成することができる。
【００８７】
この場合、図１３及び図１４に示すように、振動板２５の短辺をｘ、コンタクト部２６の短辺をｙ、振動板用外部電極２７の短辺をｚ、振動板用Ｓi基板２１の厚さをａとしたとき、前記第４実施形態で説明したように、少なくともａ／ｘ＞１、ａ／ｚ＞１、ａ／ｙ＜１の関係を満たすような構成に振動板用Ｓi基板２１が形成されている場合にはマスクレスでのエッチングが可能になる。この場合、振動板用外部電極２７に金２８を蒸着しなくても、Ｓiドライエッチング時に振動板用外部電極２７が残るので、金２８を蒸着する工程はなくても良い。
【００８９】
次に、本発明の第６実施形態について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は電極基板の上面図、図１６は同電極基板の製造工程を説明する図１５のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
この実施形態は、電極基板にＳi基板を用いて、電極としてＮ型又はＰ型の不純物層を形成したものである。なお、振動板用Ｓi基板の作製方法は上記第１乃至第５実施形態で説明したのと同様である。
【００９０】
まず、図１６（ａ）に示すように、Ｓi基板４０上にギヤツプスペーサとなるＳiＯ₂膜４１を熱酸化膜法で例えば０．５μｍ形成した後、パターニングする。そして、同図（ｂ）に示すように、振動板基板のコンタクト部２６に形成する金属の支持台となるＳiＯ₂膜４２を熱酸化膜法で例えば０．２μｍ形成した後、フトレジスト４３でパターニングして不純物層を形成する箇所のＳiＯ₂膜４２を除去し、引き続き、例えばリンを注入してＮ型不純物層４４を形成する（Ｐ型不純物層を形成することもできる。）。
【００９１】
その後、同図（ｃ）に示すように、Ｎ型不純物層４４の活性化を兼ねて、保護膜であるＳiＯ₂膜４５を熱酸化方法で例えば０．１μｍ形成し、同図（ｄ）に示すように、Ｎ型不純物層４４の所望の位置に接続孔４６を形成する。さらに、同図（ｅ）に示すように金属膜を成膜するが、後で８００℃等の高温で直接接合をすることを考慮すると、金属膜としては耐熱性の高いＴiＮ膜４７などが良い。引き続き、例えばプラズマＣＶＤ法によるＳiＯ2膜４８を連続して形成し、酸化Ｓi膜４８とＴiＮ膜４７をパターニングする。
【００９２】
このときに形成されるＰＣＶＤ−ＳiＯ₂膜４８はコンタクト部２６をエッチングする際のエッチングカバー膜の役目をする。このように形成された不純物拡散層を電極とするＳi基板電極は、高精度で狭ギャップが形成でき、高品質の電極保護膜を備えているので、高信頼性、高歩留まりの電極基板となる。
【００９３】
ただし、このように不純物層を電極とする場合には問題点もある。これを図１７及び図１８を参照して説明する。図１７に示す最終工程後の上面図においてＨ−Ｈ線に沿った断面で接続孔４６の場所を拡大すると、図１８に示すようになる。
【００９４】
この図１８（ａ）に示すように、接続孔４６の周辺部分では段差があるためにステップカバレッジが悪く、ＴiＮ膜４７やＰＣＶＤ−ＳiＯ₂膜４８の膜厚が薄くなっていることが分る。しかも、ＰＣＶＤ−ＳiＯ₂膜４８は、熱酸化膜のように繊密な膜ではないので、微小なピンホールが生じていたり、ステップ部の膜質が悪くなるなどする。直接接合前の基板洗浄として、アンモニア過水や硫酸通水などで洗浄する場合などには、ＰＣＶＤ−ＳiＯ₂膜４８が多少エッチングされてしまい、場合によってはステップ部のＰＣＶＤ−ＳiＯ₂膜４８が完全に除去されてしまうことがある。
【００９５】
このような箇所が振動板基板のコンタクト部２６に現れていると、コンタクト部２６のＳiエッチングの際にＴiＮ膜４７はもとよりＮ型不純物層４４までエッチングされてしまうおそれがあり、このように状態になると、接合リークが増大してしまい、電極としての機能を果たすのが困難となる。
【００９６】
そこで、図１７に示すように、振動板２５と対向する箇所にはＮ型不純物層４４を、コンタクト部２６にはシート状のＴiＮ膜４７のみを形成し、Ｎ型不純物層４４とＴiＮ膜４７の接続孔４６は、振動板２５とコンタクト部２６の間に形成した構成にすることによって、上述したような問題点を解決することができる。
【００９７】
このように、第２の基板に形成する電極の振動板に対向する部分にはＰ型又はＮ型不純物層を形成し、コンタクト部には耐熱性の高い耐熱膜をシート状に形成し、両者の間に不純物層と金属膜との接続孔を配置した電極構成とすることによって、コンタクト部のエッチングの際にＳi基板に到達するようなオーバーエッチングの発生を防ぐことができ、電極基板の信頼性が向上する。
【００９８】
次に、本発明を適用した他のインクジェットヘッドについて図１９乃至図２１を参照して説明する。なお、図１９は同インクジェットヘッドの図２１のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図、図２０は同ヘッドの図２１のＪ−Ｊ線に沿う断面説明図、図２１は同ヘッドの平面説明図、図２２は図２１からノズルユニットを除いた状態の平面説明図である。
【００９９】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板を用いた第１の基板である振動板／液室基板（上述したインクジェットヘッドの振動板基板１に相当する。）５１と、この振動板／液室基板５１の下側に設けたシリコン基板を用いた第２の基板である電極基板５２と、振動板／液室基板１の上側に設けたノズルユニット５３とを備え、ノズルユニット５３は流路形成板５４、共通インク室形成板５５及びノズル板５６からなり、複数のインク滴を吐出するノズル孔５７、各ノズル孔５７が連通するインク流路である吐出室５８、各吐出室５８にインク供給路を兼ねた流体抵抗部５９を介して連通する共通インク室６０及びノズル孔５７と吐出室５８とを連通するノズル連通路６１などを形成している。
【０１００】
振動板／液室基板５１には、吐出室５８及びこの吐出室５８の壁面である底部をなす振動板（第1の電極）６５を形成する凹部６６を形成している。そして、振動板６５と同一平面に振動板用外部電極（共通電極パッド部）６７を設けている。振動板／液室基板５１は、上述したように、単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板５２と接合した後、凹部６６などをＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングし、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板６５と共に振動板用外部電極６７の部分が形成される。
【０１０１】
この振動板用外部電極（共通電極パッド部）６７は、上述したように振動板６５と同じ厚さの例えばＳｉ基板に注入拡散した高濃度ボロン層などからなり、この振動板用外部電極６７の上面には第１金属層６８を形成し、この第１金属層６８上に第２金属層６９を形成している。
【０１０２】
ここで、シリコンと接触する最下層の金属層である第１金属層６８にはＳｉとのオーミック性接触を示す金属、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ａｕなどを用いている。また、最表面層である第２金属層６９にはＳｉやＳｉＯ2の反応性イオンエッチングに耐性を有するＡｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＴｉＮなどを用いている。この第２金属層６９としては特に実装でコーティングする有機膜の溶剤に含まれるハロゲンによる腐食に耐えるＡｕやＰｔなどが好ましい。なお、金属層は２層構造に代えて、１層とすることも、３層以上とすることもできる。
【０１０３】
一方、電極基板５２にはギャップスペーサとなるＳiＯ₂膜７１を形成し、このＳiＯ₂膜７１に形成した凹部（ギャップ）７２の底面に電極７３を設け、この電極７３を延設して個別電極用外部電極（個別電極パッド部）７４を一体に設け、電極７３の表面には酸化膜やなどの電極保護膜である絶縁保護膜（パッシベーション酸化膜）７５を成膜している。
【０１０４】
この場合、振動板６５と同一平面に設けた共通電極パッド部（振動板用外部電極）６７と電極基板５２のギャップ７２の底面に設けた個別電極パッド部（個別電極用外部電極）７４とは段差が２μm以内になり、また、略一列に配置される。なお、共通電極パッド部（振動板用外部電極）６７上に形成した金属層６８，６９を含めて段差が２μm以内になることが好ましい。
【０１０５】
ノズルユニット５３の流路形成板５４にはインク供給路５９を形成する通孔及びノズル連通路６１を形成する通孔を、共通インク室形成板５５には共通インク室６０を形成する貫通孔及びノズル連通路６１を形成する通孔を、ノズル板５６にはノズル孔５７を形成している。なお、ノズル板５６の表面には撥水性処理を施している。また、ノズルユニット５３には共通インク室６０に外部からインクを供給するためのインク供給口部７６を設けている。
【０１０６】
このように、振動板用外部電極を振動板と同一平面に設けることによって、振動板用外部電極と個別電極用外部電極との段差を小さくすることができ、小さい段差内に、振動板用外部電極と個別電極用外部電極が配置されるので、ＦＰＣ等のリード線を含む接続手段によって、振動板及び電極を容易に外部回路と接続することができるようになり、特に個別電極用外部電極との段差を２μｍ以内にすることによって、一層ＦＰＣ等のリード線を含む接続手段を容易に接続することができ、振動板及び電極を容易に外部回路と接続することができるようになる。
【０１０７】
さらに、振動板用外部電極と個別電極用外部電極とを略一列に配置することによって、振動板用外部電極及び個別電極用外部電極を接続手段を用いて一括して接続することができ、接続作業が容易になり、従来のような特殊な接続手段を用いる必要もなくなってコストの増加を招くことがない。
【０１０８】
この場合、振動板と振動板用外部電極を第１の基板に形成し、振動板用外部電極上には金属層を形成することで、エッチングによって振動板と共に振動板用外部電極を形成することが可能になり、或いは、実装時の耐性を高めることができる。そして、この振動板用外部電極部分の金属層は多層構造とすることで、エッチング耐性と実装時の耐性の両者の得ることができる。ここで、多層構造の金属層の内の第１の基板と接触する層にシリコンとオーミック性接触が可能な金属を用いることで接触抵抗を低減することができ、金属層の内の最表面層にハロゲン系エッチング活性種に耐性を有する金属を用いることで、コストを低減して且つエッチング耐性を得ることができる。
【０１０９】
次に、このインクジェットヘッドの製造工程について図２３以降をも参照して説明する。なお、説明では外部電極部（パッド部）を介して隣り合うチップの振動板用外部電極側付近のみ図示する。
先ず、図２３を参照して振動板／液室基板と電極基板の接合までの工程を説明する。同図（ａ）に示すように、電極基板となる単結晶シリコンウエハ８１にウエット酸化プロセスなどでギャップスペーサとなる熱酸化膜８２を例えば２μｍ厚で形成する。
【０１１０】
そして、同図（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて有機レジスト膜をパターニングし、緩衝フッ酸で酸化膜８２をエッチングしてギャップとなる凹部７２を形成する。次いで、同図（ｃ）に示すように、Ｎ₂を添加したＡｒでＴiターゲットをスパッタしてＴiＮ膜を成膜し、ＴiＮ膜上にプラズマＣＶＤで酸化膜を成膜し、フォトリソグラフィで有機レジストをパターニングした後酸化膜をエッチングし、アッシングする。さらに、過酸化水素とアンモニアの混合液でエッチングして、電極７３及び個別電極用外部電極７４となるＴiＮ電極８４を形成し、絶縁保護膜となる酸化膜８５で被覆する。
【０１１１】
一方、同図（ｄ）に示すように、振動板／液室基板となる結晶面方位（１１０）の単結晶シリコンウエハ９１に１Ｅ２０ｃｍ^-3以上の高濃度のボロン（Ｂ）を振動板の厚みに対応した深さに拡散してボロン拡散層９２、９３を形成する。なお、振動板／液室基板に振動板厚さに対応したｎ形ドナー不純物を含んだ活性層を有するＳＯＩウエハを用いることもできる。
【０１１２】
そこで、同図（ｅ）に示すように、シリコンウエハ８１にシリコンウエハ９１を真空中で重ね、大気解放後１０００℃で加熱して、シリコンウエハ８１、９１を直接接合する。
【０１１３】
次に、直接接合した後の外部電極形成までの工程について図２４乃至図２７を参照して説明する。なお、図２４は断面説明図、図２５（ａ）は同図（ｂ）のＫ−Ｋ線に沿う断面説明図、同図（ｂ）は平面説明図、図２６（ａ）は同図（ｂ）のＬ−Ｌ線に沿う断面説明図、同図（ｂ）は平面説明図、図２７（ａ）は同図（ｃ）のＭ−Ｍ線に沿う断面説明図、同図（ｂ）は同図（ｃ）のＮ−Ｎ線に沿う断面説明図、同図（ｃ）は平面説明図である。
【０１１４】
先ず、図２４に示すように、シリコンウエハ９１を研磨して振動板／液室基板５１の厚さ（例えば８０μｍ）にし、ＳiＮ膜を熱ＣＶＤで成膜し、フォトリソグラフィでパターニングし、ＳiＮ膜マスク９４を形成する。
【０１１５】
次いで、ＫＯＨ水溶液でＳｉの異方性エッチングを行うことによって、図２５に示すように、高濃度ボロン層９２でエッチング速度が急速に低下し、吐出用凹部６６と、高濃度ボロン層９２の厚さで規定される振動板６５並びに振動板用外部電極６７を形成するためのコンタクト部９６が形成される。なお、ＳＯＩウエハを用いた場合にはシリコンエッチングが進行し、酸化膜でエッチングが停止することにより振動板及びコンタクト部を形成することができる。
【０１１６】
そして、マルチターゲットのスパッタ装置や多蒸着源の蒸着装置を用いてコンタクト部９６のうちの振動板用外部電極６７となる部分の上に多層構造の金属層を形成する。すなわち、図２６に示すように、シリコンウエハ９１上に隣り合うチップの振動板用外部電極に対応する開口９８ａを有するにメタルマスク９８を配置し、第１金属層６８を形成する。この第１金属層６８はシリコンウエハ９１の高濃度ボロン層９２に接するので、オーミック性接触を示す金属、例えば上述したようにＡｌ、Ｔi、Ａｕなどを用いる。
【０１１７】
そして、この第１金属層６８上に第２金属層６９を形成する。この第２金属層６９としては、上述したようにＳｉやＳｉＯ₂の反応性イオンエッチングに耐性を有するＡｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＴｉＮなど、好ましくは実装でコーティングする有機膜の溶剤に含まれるハロゲンによる腐食に耐えるＡｕやＰｔなどである。
【０１１８】
このように金属層を多層構造とすることで、通常の金属に比べて５０〜１００程度もコストの高い貴金属の使用量を低減することができ、しかもシリコンとのオーミック性接触を取ることができる。例えば、Ｎiは耐性に優れるものの、シリコンとのオーミック性が取れないので、オーミック性の良好な金属をシリコンとの間に介在させることで、最表面層を安価な金属で形成することができる。
【０１１９】
そして、メタルマスク９８を取り除くことによって、図２７に示すようにコンタクト部９６の振動板用外部電極形成部分に第１、第２金属層１０１、１０２が積層成膜され、個別電極用外部電極７４に対応する領域がコンタクト部９６で覆われた部材が得られる。
【０１２０】
次に、ヘッドチップへの分割から個別電極用外部電極部の形成までの工程について図２８乃至図３０を参照して説明する。なお、図２８（ａ）は同図（ｂ）のＯ−Ｏ線に沿う断面説明図、同図（ｂ）は平面説明図、図２９（ａ）は同図（ｂ）のＰ−Ｐ線に沿う断面説明図、同図（ｂ）は平面説明図、図３０（ａ）は同図（ｃ）のＱ−Ｑ線に沿う断面説明図、同図（ｂ）は同図（ｃ）のＲ−Ｒ線に沿う断面説明図、同図（ｃ）は平面説明図である。
【０１２１】
先ず、前述したシリコンウエハ８１、９１を接合した部材にダイシングを行うことで、図２８に示すように、シリコンウエハ８１、９１を個々のヘッドチップに分割することで、シリコンウエハ９１から形成した振動板／液室基板５１とシリコンウエハ８１から形成した電極基板５２とを接合したヘッドチップが得られる。
【０１２２】
このとき、振動板／液室基板５１には上述したような工程を経て振動板６５、凹部６６、コンタクト部９６、コンタクト部９６のうちの振動板用外部電極（共通電極パッド部）となる部分に第１、第２金属層６８、６９が形成されている。一方、電極基板５２には電極７３及び個別電極用外部電極（個別電極パッド部）７４などが形成されている。そして、電極基板５２の個別電極用外部電極（個別電極パッド部）７４上には振動板／液室基板５１のコンタクト部９６にて覆われている。
【０１２３】
このようにシリコンウエハで形成した後複数のヘッドチップに分割することで低コスト化を図れる。そして、チップ化する際にダイシングを使用するとブレードを冷却するために水などの液体を用いるのが一般的であり、コンタクト部９６の領域で個別電極用外部電極７４に対応する領域の開口をダイシングの前に行うと、デバイスのギャップ７２内に冷却水が侵入して、振動板６５と個別電極７３の貼り付きが発生するおそれがあるので、コンタクト部９６のうちの個別電極用外部電極７４に対応する領域を開口する前にダイシングを行って各ヘッドチップに分割するようにしている。
【０１２４】
その後、図２９に示すように、エッチング用治具（エッチングマスク）１０５に装着する。エッチングマスク１０５としては、石英、アルミナなどのＲＩＥ中にエッチングされて反応生成物が生じない物質のものを用いる。そして、シリコンのＲＩＥを例えばＳＦ₆の混合ガスなどのハロゲン系ガスでエッチングして、コンタクト部９６のうちの少なくとも個別電極用外部電極７４に対応する領域を開口し、ＴiＮ電極８４からなる個別電極用外部電極７４上の酸化膜８５をＣＨ₃の混合ガスによりエッチングして個別電極用外部電極（ＴiＮ膜８４）７４を露出させ、電極７３上に酸化膜８５からなる絶縁保護膜７５を残存させる。
【０１２５】
このように、エッチングマスクにエッチングプロセスでの生成物が生じない材質のものを用いることで、個別電極用外部電極７４と接続手段との電気的接続の信頼性を向上することができる。
【０１２６】
ここで、マスクの材質と反応生成物の堆積について確認したところ、表１に示すような結果が得られた。なお、同表に示すように、ステンレスをフッ素樹脂ライニングした場合にも堆積は見られなかった。
【０１２７】
【表１】

【０１２８】
以上のようにして酸化膜を除去することで、図３０に示すようなヘッドチップが得られた。そこで、前述したように、振動板／液室基板５１上のノズルユニット５３をエポキシ系接着剤で接着接合し、ＦＰＣを異方性導電膜を介して振動板用外部電極６７の第２金属層６９表面及び個別電極用外部電極７４表面に熱圧着して接続する。このとき、振動板用外ｎ部電極６７及び個別電極用外部電極７４は略一列に並び段差も小さいので、分岐した特殊なＦＰＣを用いることなく一括して圧着することができる。
【０１２９】
なお、上記各実施形態においては、振動板と電極とが平行に対向するインクジェットヘッドの例で説明したが、振動板と電極とが非平行な状態で対向する、つまり、ギャップが断面形状で振動板側の辺と電極側の辺が非平行になる形状、例えば、ギャップがリニアに大きくなる形状、或いは曲面形状を有するインクジェットヘッドにも同様に適用することができる。また、前述したように、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置（画像記録装置）に上記各実施形態のインクジェットヘッドを搭載することができる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法によれば、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室と、この吐出室の少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向した凹部の底面に配置された個別電極とを有し、振動板と個別電極との間で発生させる静電力によって振動板を変形させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの製造方法において、振動板及び振動板用外部電極を形成する単結晶シリコンからなる第１の基板と個別電極及び個別電極用外部電極を形成する第２の基板とを、振動板と個別電極との間で所定の間隔を設けて接合した後、第１の基板に振動板をエッチングにより形成するときに、この第１の基板のうち、少なくとも第２の基板の個別電極用外部電極を含む領域に対応する領域及び振動板用外部電極を形成する部分を含むコンタクト部をエッチングにより振動板と同じ厚さに形成する工程と、コンタクト部の振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程とを含む構成としたので、工程増加を招くことなく、ＦＰＣ等の接続手段を容易に接続することができる振動板用外部電極を有するインクジェットヘッドを得ることができる。
【０１３９】
ここで、第２の基板がガラス基板からなり、第１の基板にＳｉＯ_２膜のギャップスペーサを形成し、若しくは第２の基板に凹部を形成して、振動板と個別電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、第１の基板と第２の基板とを陽極接合する構成とすることで、工程増加を招くことなく、ＦＰＣ等の接続手段を容易に接続することができる振動板用外部電極を有するインクジェットヘッドを得ることができる。
【０１４０】
また、第２の基板が単結晶シリコン基板からなり、第１の基板及び第２の基板の少なくともいずれか一方にＳｉＯ_２膜のギャップスペーサを形成し、振動板と個別電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、第１の基板と第２の基板とを直接接合する構成とすることで、工程増加を招くことなく、ＦＰＣ等の接続手段を容易に接続することができる振動板用外部電極を有するインクジェットヘッドを得ることができると共に、精度の良い狭ギャップを形成することができる。
【０１４１】
また、コンタクト部の振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程の前に、第１の基板の振動板用外部電極を形成する部分にドライエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜する構成とすることで、エッチングマージンを増加し、良好なオーミック接触が可能になる。
【０１４２】
また、コンタクト部の振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程の前に、第１の基板のエッチングによる除去領域以外の領域にドライエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜する構成とすることで、マスクレスでのエッチングが可能になって、コスト低下、工程の短縮を図れ、歩留まりの低下を抑制することができ、さらに、振動板基板上に形成する液室の接合が容易になり、接液性も向上する。
【０１４３】
また、振動板のコンタクト部の開口の短辺をｘ、コンタクト部の短辺をｙ、第１基板の厚さをａとしたとき、少なくとも（ａ／ｘ）＞１、（ａ／ｙ）＜１の関係を充足する構成とすることで、マスクレスでのエッチングが可能になって、コスト低下、工程の短縮を図れ、歩留まりの低下を抑制することができ、さらに、サイドエッチや振動板基板上に形成する液室の接合面の汚れを防止できる。
【０１４６】
また、第２の基板に形成する個別電極の振動板に対向する部分にはＰ型又はＮ型不純物層を形成し、コンタクト部には耐熱性の高い耐熱膜をシート状に形成し、両者の間に不純物層と金属膜との接続孔を配置した電極構成とする構成とすることで、電極基板の信頼性を向上することができる。
【０１４７】
また、振動板及び振動板用外部電極を形成する第１の基板となるシリコンウエハに個別電極及び個別電極用外部電極を形成する第２の基板を接合した後、第１の基板にエッチングを行い、シリコンウエハを個々のヘッドチップに切断した後、コンタクト部のうちの個別電極用外部電極に対応する領域を除去して開口を形成する構成とすることで、信頼性の高いインクジェットヘッドを低コストで得ることができる。
【０１４８】
この場合、振動板用外部電極を形成するときに、この振動板用外部電極を形成する部分にシリコンに比較してドライエッチングのエッチング速度が遅い金属層を形成する構成とすることで、第１の基板で振動板用外部電極を形成するとき第１の基板が腐食することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する静電気力型インクジェットヘッドの基本構成を説明する断面説明図
【図２】図１の平面説明図
【図３】本発明の第１実施形態を説明する振動板基板の上面図
【図４】同振動板基板の製造工程を説明する図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図
【図５】電極基板の上面図
【図６】同電極基板の製造工程を説明する図５のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図
【図７】振動板基板と電極基板を接合して振動板を形成したときの上面図
【図８】同接合及び形成の製造工程を説明する図７のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図
【図９】外部電極を形成したときの上面図
【図１０】同外部電極形成の製造工程を説明する図９のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図
【図１１】本発明の第３実施形態を説明する上面図
【図１２】同実施形態の製造工程を説明する図１１のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図
【図１３】本発明の第５実施形態を説明する上面図
【図１４】同実施形態の製造工程を説明する図１３のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図
【図１５】本発明の第６実施形態を説明する上面図
【図１６】同実施形態の製造工程を説明する図１５のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図
【図１７】本発明の第６実施形態の他の例を説明する上面図
【図１８】同実施形態の製造工程を説明する図１７のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図
【図１９】本発明に係る他のインクジェットヘッドの図２１のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図
【図２０】同ヘッドの図２１のＪ−Ｊ線に沿う断面説明図
【図２１】同ヘッドの平面説明図
【図２２】図２１からノズルユニットを除いた状態の平面説明図
【図２３】同ヘッドの振動板／液室基板と電極基板の接合までの工程を説明する説明図
【図２４】同じく直接接合した後の外部電極形成までの工程を説明する断面説明図
【図２５】同じく（ａ）は（ｂ）のＫ−Ｋ線に沿う断面説明図、（ｂ）は平面説明図
【図２６】同じく（ａ）は（ｂ）のＬ−Ｌ線に沿う断面説明図、（ｂ）は平面説明図
【図２７】同じく（ａ）は（ｃ）のＭ−Ｍ線に沿う断面説明図、（ｂ）は（ｃ）のＮ−Ｎ線に沿う断面説明図、（ｃ）は平面説明図
【図２８】同じく（ａ）はヘッドチップへの分割から個別電極用外部電極部の形成までの工程を説明する（ｂ）のＯ−Ｏ線に沿う断面説明図、（ｂ）は平面説明図
【図２９】同じく（ａ）は（ｂ）のＰ−Ｐ線に沿う断面説明図、（ｂ）は平面説明図
【図３０】同じく（ａ）は同図（ｃ）のＱ−Ｑ線に沿う断面説明図、（ｂ）は（ｃ）のＲ−Ｒ線に沿う断面説明図、（ｃ）は平面説明図
【符号の説明】
１…第１の基板、２…蓋部材、３…電極基板、５…ノズル孔、７…吐出室、１０…振動板、１６…電極、２０…振動板基板、２１…Ｓi基板（第１の基板）、２５…振動板、２６…コンタクト部、２７…振動板用外部電極、２８…金、３０…電極基板、３１…ガラス基板、３２…ギャップ、３３…電極、３４…個別電極用外部電極、３５…保護膜、３９…柱、５１…振動板／液室基板、５２…電極基板、５３…ノズルユニット、５７…ノズル孔、５８…吐出室、６５…振動板、６７…振動板用外部電極、６８…第１金属層、６９…第２金属層、７３…電極、７４…個別電極用外部電極、８１、９１…シリコンウエハ。

Claims

インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室と、この吐出室の少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向した凹部の底面に配置された個別電極とを有し、前記振動板と前記個別電極との間で発生させる静電力によって前記振動板を変形させて前記インク滴を吐出させるインクジェットヘッドの製造方法において、
前記振動板及び振動板用外部電極を形成する単結晶シリコンからなる第１の基板と前記個別電極及び個別電極用外部電極を形成する第２の基板とを、前記振動板と個別電極との間で所定の間隔を設けて接合した後、
前記第１の基板に前記振動板をエッチングにより形成するときに、この第１の基板のうち、少なくとも前記第２の基板の個別電極用外部電極を含む領域に対応する領域及び前記振動板用外部電極を形成する部分を含むコンタクト部を前記エッチングにより前記振動板と同じ厚さに形成する工程と、
前記コンタクト部の前記振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、前記振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程とを
含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第２の基板がガラス基板からなり、前記第１の基板にＳｉＯ_２膜のギャップスペーサを形成し、若しくは前記第２の基板に凹部を形成して、前記振動板と個別電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、前記第１の基板と前記第２の基板とを陽極接合することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第２の基板が単結晶シリコン基板からなり、前記第１の基板及び第２の基板の少なくともいずれか一方にＳｉＯ_２膜のギャップスペーサを形成し、前記振動板と個別電極との間で所定の間隔が形成される状態にして、前記第１の基板と前記第２の基板とを直接接合することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記コンタクト部の前記振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、前記振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程の前に、前記第１の基板の前記振動板用外部電極を形成する部分にドライエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記コンタクト部の前記振動板と同じ厚さに残存したシリコンのうち、前記振動板用外部電極を形成する領域以外の領域をドライエッチングにて除去して開口を形成する工程の前に、前記第１の基板のエッチングによる除去領域以外の領域にドライエッチングに対して耐性を有する保護膜を成膜することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項４又は５に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板のコンタクト部の開口の短辺をｘ、前記コンタクト部の短辺をｙ、前記第１基板の厚さをａとしたとき、少なくとも（ａ／ｘ）＞１、（ａ／ｙ）＜１の関係を充足することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第２の基板に形成する前記個別電極の前記振動板に対向する部分にはＰ型又はＮ型不純物層を形成し、前記コンタクト部には耐熱性の高い耐熱膜をシート状に形成し、両者の間に不純物層と金属膜との接続孔を配置した電極構成とすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項１乃至７のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板及び振動板用外部電極を形成する第１の基板となるシリコンウエハに前記個別電極及び個別電極用外部電極を形成する第２の基板を接合した後、前記第１の基板にエッチングを行い、前記シリコンウエハを個々のヘッドチップに切断した後、前記コンタクト部のうちの前記個別電極用外部電極に対応する領域を除去して開口を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板用外部電極を形成するときに、この振動板用外部電極を形成する部分にシリコンに比較してドライエッチングのエッチング速度が遅い金属層を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。