JP4039799B2 - 液滴吐出ヘッド、画像形成装置及び液滴を吐出する装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、画像形成装置及び液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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（画像形成装置を含む。）に用いられるインクジェット記録装置における液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとして、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室（インク流路、インク室、液室、圧力室、加圧室、加圧液室などとも称される。）と、吐出室の壁面を形成する第一電極を兼ねる振動板と、これに対向する電極（第二電極）とを備え、振動板を静電力で変形変位させてノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
従来の静電型インクジェットヘッドとしては、例えば特開平６−７１８８２号公報や特開平５−５０６０１号公報に開示されているように、吐出室及び振動板を形成する第１基板と電極を設ける第２基板との陽極接合面のいずれか一方又は両方の面に振動室用の凹部或いは電極形成用の凹部若しくはシリコン酸化膜を形成することにより、振動板と電極との間のギャップ長を所定の長さに規定するようにしたものがある。
【０００４】
また、特開平６−２３９８６号公報に開示されているように、ノズル及び圧力室となるべきキャビティが形成された第一のシリコン基板と振動板となる第二のシリコン基板とを構成部材とし、高濃度Ｐ型シリコン層を形成した第二のシリコン基板と第一のシリコン基板とをシリコン−シリコンの直接接合法により接合し、接合後の第二のシリコン基板をアルカリ異方性エッチングしてＰ型シリコン層を残留させて振動板を形成したものがある。
【０００５】
さらに、特開平９−２６７４７９号公報に開示されているように、片側に高濃度ｐ型シリコン層を形成した第一のシリコン基板の高濃度ｐ型シリコン層と、ノズルが形成された第二のシリコン基板を向かい合わせて、常温からの昇温速度を摂氏５度／分以下とした直接接合により貼り合わせて振動板を形成したものもある。
【０００６】
また、静電型インクジェットヘッドの製造方法としては、例えば特開平９−２８６１０１号公報に開示されているように、ノズルを形成したシリコンウエハの貼り合わせ面に、シリコン酸化とＮa2Ｏ及び水からなる珪酸ナトリウム水溶液を希釈したものをスピンコートを用いてコートすることで珪酸ナトリウム層を形成し、形成後直ちにシリコンウエハと振動板を形成したシリコンウエハを貼り合わせ、貼り合わせ面の反対側より荷重をかけ、８０℃以上２００℃以下の大気中で加熱を行うことにより、接合ウエハを得る方法が知られている。
【０００７】
さらに、特開平１０−２８６９５４号公報に開示されているように、第一シリコン基板と第二シリコン基板を洗浄・乾燥後、第一シリコン基板の貼り合わせ面側に、スピンコートでポリシラザン層を形成し、形成後、直ちに第一シリコン基板と第二シリコン基板を貼り合わせ、貼り合わせ面の反対側より荷重をかけ、４５０℃の大気中で１時間加熱を行い接合ウエハを得る方法が知られている。その他、特開平９−２８６１０１号公報に記載されているように第１基板と第２基板とを陽極接合するもの、特開平６−８４４９号公報に記載されているように第１基板と第２基板とを直接接合するものなどが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１基板と第２基板の接合に水ガラス（珪酸ナトリウム溶液）を用いたものにあっては、この材料は低温で良好な接合性を示すが、水分の含有量が多いため膜中からの出ガス（水蒸気など）の影響が避けられない。また、上記第１基板と第２基板の接合にポリシラザンを利用したものにあっては、信頼性に優れるが、やはり出ガスの問題を内在している。
【０００９】
さらに、上記陽極接合を利用するものあっては、４００℃程度の温度下で、１００〜２０００Ｖという高電圧を印加することによる振動板へのストレス蓄積などの問題を有している。
【００１０】
そこで、上述したウェハ同士を直接的に接合する方式（直接接合）が使われている。ところが、静電気力駆動においては、電極間短絡防止、接触面の保護や、駆動信頼性を高めるために、個別電極及び／又は振動板に信頼性の高い絶縁膜を形成しなくてはいけない。このため、通常、シリコン酸化膜等の酸化膜を用いた絶縁膜が利用されている。
【００１１】
ところが、直接接合を用いた接合では、その接合面によって信頼性のある接合を得るために必要な温度が大きく異なる。例えば、もっとも低温で接合可能なのは、シリコンとシリコンの接合である。続いて、シリコン酸化膜とシリコンの接合が続き、これらの接合は８００℃〜１１００℃程度の接合温度で使用可能である。これに対して、シリコン酸化膜とシリコン酸化膜の接合においては、きわめて安定な界面同士の接合となるため、確実な接合を得るためには１２００℃以上での接合が必要になる。このような高い温度では、特殊な炉が必要になったり、ヘッドを構成する材料が限られたりするため、現実的な接合技術とはならない。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで信頼性の高い液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置及び液滴を吐出する装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室と、吐出室の壁面を形成し、シリコン基板に硼素を拡散して形成された振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、振動板を静電力で変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板との間の間隔を規定するスペーサ部を第２基板に設け、スペーサ部は、少なくとも第１基板との接合面にシリコン酸化膜を有し、シリコン酸化膜は、燐及び硼素を含まないシリコン酸化膜上に、燐を含むシリコン酸化膜、及び、硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜を順次積層して形成され、１０００℃以下の温度で軟化性を示す硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜で、第１の基板と接合される構成としたものである。
【００１５】
ここで、燐を含むシリコン酸化膜が硼素も含有する構成とできる。また、振動板と電極の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しないことが好ましい。
【００１８】
また、スペーサ部と第１の基板の接合面にはダミー溝が形成されている構成とできる。この場合、シリコン酸化膜は、電極間の隔壁幅と略同じ幅にパターニングされていることが好ましい。
【００２５】
また、振動板と電極との間に形成される振動室が密閉された空間であり、この空間が略真空状態である構成とできる。
【００３０】
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
【００３１】
【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。先ず、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００３２】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板を用いた第１基板である流路基板１と、この流路基板１の下側に設けた単結晶シリコン基板を用いた第２基板である電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第３基板であるノズル板３とを積層した構造を有し、インク滴を吐出する複数のノズル４、各ノズル４が連通するインク流路である吐出室６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００３３】
流路基板１にはノズル４が連通する複数の吐出室６及びこの吐出室６の壁面である底部をなす振動板１０（電極を兼ねている）を形成する凹部を形成している。この振動板１０の面外方向（電極基板２側）表面には電極間の短絡を防止するためのシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１を形成している。
【００３４】
ここで、流路基板１は、例えば（１１０）面方位の単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さに高濃度Ｐ型不純物（例えば硼素）を注入してエッチングストップ層となる高濃度硼素拡散層を形成し、電極基板２と接合した後、吐出室６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのアルカリエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度硼素拡散層がエッチングストップ層となって（エッチレートが極端に小さくなって）振動板１０が高精度に形成される。高濃度Ｐ型不純物としては、硼素（ボロン）の他、ガリウム、アルミニウムなどもあるが、半導体分野では硼素が一般的である。
【００３５】
また、流路基板１としては、ベース基板と活性層基板とを酸化膜を介して接合したＳＯＩ（Ｓilicon Ｏn Ｉnsulator）基板を用いることも可能である。現在、高性能な半導体デバイス製造を目的として、１〜３μｍほどのシリコン活性層（インクジェットヘッドではこの活性層を振動板１０に用いる。）を持つウェハを容易に入手でき、コストの低減を図れる。
【００３６】
また、電極基板２には、単結晶シリコン基板を用いて、熱酸化法などで酸化膜１２を形成し、この酸化膜１２に電極形成用の溝となるとともに流路基板１と電極基板２との間のギャップスペーサ部１３を形成する凹部（電極形成用溝）１４を形成して、この凹部１４底面に振動板１０に対向する電極１５を設け、振動板１０と電極１５との間に所定の（例えば０．２μｍ程度の）ギャップ１６を形成し、これらの振動板１０と電極１５とによって静電型マイクロアクチュエータを構成している。
【００３７】
電極基板２の電極１５としては、金、或いは、通常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、不純物をドープした多結晶シリコン膜などを用いることができる。また、電極１５は外部に延設して電極パッド部１５ａとし、この電極パッド部１５ａにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ２２をワイヤボンドなどによって搭載したＦＰＣケーブルを異方性導電膜などを介して接続する。
【００３８】
さらに、電極基板２には共通液室８へインクを供給するためのインク取り入れ口９を形成している。このインク取入れ口９にインク供給管を接着して接続することにより、共通液室８、吐出室６等には、図示しないインクタンクからインク取入れ口９を通して供給されたインクが充填されることが可能となる。なお、使用するインクは、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッドにヒーター等を付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３９】
ノズル板３には、多数のノズル４を形成するとともに、共通液室８と吐出室６を連通するための流体抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここでは、インク吐出面（ノズル表面側）には撥水性皮膜を成膜している。このノズル板３にはガラス基板、プラスチック板、ステンレス等の金属板、シリコン基板、エレクトロフォーミング（電鋳）工法によるニッケルメッキ膜、ポリイミド等の樹脂にエキシマレーザー加工をしたもの、金属と樹脂とを積層したもの等を用いることができる。
【００４０】
ここで、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側には、酸化膜１２上に１０００℃以下の温度で軟化性を示す組成を持つシリコン酸化膜１８を形成している。このシリコン酸化膜１８として、ここでは、硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜：Boro-Silicate Glass）を用いている。このシリコン酸化膜１８は、電極１５表面に形成するシリコン酸化膜である電極保護膜（絶縁膜）１７を一体に形成している。
【００４１】
なお、シリコン酸化膜１８としては、硼素を含まず、燐素を含むシリコン酸化膜（ＰＳＧ膜：Phospho-Silicate Glass）、或いは、燐及び硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜：BoroPhospho-Silicate Glass）を用いることもできる。また、流路基板１と電極基板２との間の接合層となるシリコン酸化膜１８は流路基板１の振動板１０の表面側（この例では絶縁膜１１表面側）に形成することもできる。
【００４２】
このように、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の少なくとも接合面側に１０００℃以下で軟化性を示す組成を持つシリコン酸化膜１８を設けることにより、シリコン酸化膜１８を成膜後、熱処理によりリフローさせることで、良好な直接接合が可能な表面性が得られる。具体的には、成膜直後にはＡＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さＲａ値が１〜３ｎｍ程度であったものが０．１〜０．２ｎｍとなり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られた。
【００４３】
これにより、低温（１０００℃）以下でシリコン基板同士を接合することが可能になるとともに、基板同士の密着性が向上する。さらに、第１基板及び第２基板にシリコン基板を用いた場合には、シリコン基板同士をシリコン酸化膜で接合することで、基板同士の熱膨張差を最小にすることができて、熱履歴による歪みの発生を抑えることができる。さらに、ヘッドを貫通する形でインク供給口（インク取り入れ口）を形成した場合にも、接合面へのインクによる腐食、染み込みを防止することができる。
【００４４】
また、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の少なくとも接合面側にシリコン酸化膜１８として燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜、例えばＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、或いはＢＰＳＧ膜などを用いることで、容易に１０００℃以下で軟化性を示す組成を持つシリコン酸化膜を形成することができ、シリコン酸化膜１８を成膜後、熱処理によりリフローさせることで、良好な直接接合が可能な表面性が得られる。
【００４５】
ここで、シリコン酸化膜中に第３の元素が入ると、シリコンと酸素の結合にとって変わる共有性の結合を持つものと、シリコンと酸素の結合中に電気的に修飾する形で進入存在するイオン結合性の元素がある。インクジェットヘッドに使用するシリコン酸化膜では、そのインクが高いアルカリ性を示すものが多く、イオン結合性の元素では、インクに対して溶出したり、接合に用いた場合は剥離したりする。また、共有結合性の元素を用いた場合でも、酸化物の電気陰性度が２．０以下である場合には、イオン結合性の元素と同様に、インクに対して溶出したり、接合に用いた場合は剥離したりするおそれがある。
【００４６】
したがって、インクジェットヘッドのスペーサ部或いは接合層として用いるシリコン酸化膜１８に含める元素としては、共有結合性の元素で、酸化物の電気陰性度が２．０以下であることが好ましい。具体的は、硼素、硫黄、燐、砒素、アンチモン、ゲルマニウム、鈴、チタン、ジルコニウム、ベリリウム、アルミニウムなどを挙げることができる。これらの元素を用いることで、インクへの溶出や接合部分の剥離を抑えることができ、一層信頼性が向上する。
【００４７】
すなわち、電気陰性度は、シリコン酸化膜（ガラス）の共有結合性を示す尺度となり、酸素原子の電気陰性度χ0から、金属原子の電気陰性度χmを引いた値（χ0−χm）≦２であると、その金属酸化物はシリコン酸化膜（ガラス）の骨格をなすような構造となる。逆に、（χ0−χm）＞２であると、その金属はシリコン酸化膜のシリコンと酸素で形成されるような骨格の隙間を浮遊するような形（網目修飾酸化物）になる。このような網目修飾酸化物は、シリコン酸化膜中で比較的自由に動くことができるので、インクのようなアルカリ性の高い溶液などが触れると、インク中に溶出してしまう。その際、シリコンと酸素の結合を切るような挙動があると、シリコン酸化膜はインクに溶けることになる。したがって、シリコン酸化膜としては、特にアルカリ性のインクを用いるインクジェットヘッドの場合、電気陰性度が２以下であること、金属元素は共有結合性を有していることが好ましい。
【００４８】
このインクジェットヘッドではノズル４を二列配置し、この各ノズル４に対応して吐出室６、振動板１０、電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室８を配置して、左右の吐出室６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００４９】
そして、電極１５の電極パッド部１５ａ側のギャップ１６開口は、エポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤２１にて気密封止している。これにより、ギャップ１６内に湿気や異物が侵入して振動板１０が変位しなくなったり、空気の流通による振動板１０の変位特性の変化を防止している。
【００５０】
このとき、振動板１０と電極１５との間に形成されるギャップ１６（振動板１０が変形する室としての振動室）を略真空状態にしておくことで、振動板変形時の振動室内の気体の圧縮などの余分なエネルギーが必要でなくなるため、低電圧駆動化を図れる。
【００５１】
このように構成したインクジェットヘッドの動作を簡単に説明すると、振動板１０を共通電極とし、電極１５を個別電極として、振動板１０と電極１５との間に駆動波形を印加することにより、振動板１０と電極１５との間に静電力（静電吸引力）が発生して、振動板１０が電極１５側に変形変位する。これにより、吐出室６の内容積が拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共通液室８から吐出室６にインクが充填される。
【００５２】
次いで、電極１５への電圧印加を断つと、静電力が作用しなくなり、振動板１０はそれ自身のもつ弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室６の内圧が上昇し、ノズル５からインク滴が吐出される。再び電極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板１０は電極１５側に引き込まれる。したがって、振動板１０と電極１５との間に記録画像に応じて駆動電圧を印加することで記録画像に応じてインク滴を吐出させることができる。
【００５３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２実施形態について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図６は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００５４】
このインクジェットヘッドは、スペーサ部１３の熱酸化膜１２上に不純物（燐及び硼素）を含まないシリコン酸化膜２８を形成し、このシリコン酸化膜２８上に１０００℃以下の温度で軟化性を示す組成を持つ燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を積層した２層構造としたものである。
【００５５】
ここで、不純物を含まないシリコン酸化膜２８としては燐及び硼素などを含まないＮＳＧ膜（Ｎon-doped Ｓilicate Ｇlass）、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８としてはＢＳＧ膜を用いているが、これに限られるものではない。例えば、不純物を含まないシリコン酸化膜２８としては、ＮＳＧ膜に代えて、熱酸化膜、塗布型のＳＯＧ膜（Ｓpin Ｏn Ｇlass）を用いることもできる。また、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８としては、ＢＳＧ膜に代えて、前述したＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜などを用いることもできる。
【００５６】
このように硼素及び／又は燐を含むシリコン酸化膜１８の下地層として、遮蔽層となる不純物を含まないシリコン酸化膜２８を設けることによって、硼素や燐が電極基板２や電極１５に拡散して、品質が劣化することを防止できる。
【００５７】
例えば、電極１５の材料としてドープドポリシリコンを用いた場合などは、電極１５とリフロー膜（硼素及び／又は燐を含むシリコン酸化膜、例えばＢＳＧ膜）１８との間に不純物を含まないシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）２８を介在させた構造とすることで、後工程での熱処理時にリフロー膜となるシリコン酸化膜１８に含まれる硼素や燐などの不純物が電極１５に再分布することが防止されて、個別電極１５の抵抗値などの電気特性の変動を抑制することができる。
【００５８】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第３実施形態について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図８は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００５９】
このインクジェットヘッドは、スペーサ部１３の熱酸化膜１２上に不純物（燐及び硼素）を含まないシリコン酸化膜（熱酸化膜、ＮＳＧ膜又はＳＯＧ膜など）２８を形成し、このシリコン酸化膜２８上に燐及び硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）１８ｂを形成し、さらにこのシリコン酸化膜１８ａ上に硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８ａを形成した多層構成としている。なお、ＢＰＳＧ膜１８ｂに代えて、燐を含むシリコン酸化膜（ＰＳＧ膜）とすることもできる。
【００６０】
このような膜構造とすることで、上記ＮＳＧ膜などの不純物を含まないシリコン酸化膜２８による不純物の拡散防止を行うことができるとともに、ＢＳＧ膜１８ａよりも流動性の高いＢＰＳＧ膜（あるいはＰＳＧ膜）１８ｂなどによる埋め込み効果の向上（例えばプロセス中についてしまう微細な表面傷はＢＰＳＧ膜１８ｂがリフローするときに埋められる）を図れ、インクなどの液体を通した場合のリークなどの発生を防止できる。なお、深い傷や幅の広い傷などは埋めきれないので、そのような傷が付かないような工程設計を行う必要はある。また、接合強度も前述のように十分な強度が得られる。
【００６１】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第４実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図１０は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００６２】
このインクジェットヘッドは、上記第１実施形態のインクジェットヘッドにおいて、ノズル板３をシリコン基板から形成し、このノズル板３の流路基板１との接合面に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜２９を形成して、ノズル板３と流路基板１とを燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜２９を介して接合したものである。
【００６３】
このシリコン酸化膜２９としては、ＣＶＤ等の方法で形成したＢＳＧ膜を用いているが、前述したように、ＢＳＧ膜に代えて、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＮＳＧ膜とＢＳＧ膜の２層構造膜、ＮＳＧ膜とＢＰＳＧ膜の２層構造膜、又は、ＮＳＧ膜とＢＰＳＧ膜及びＰＳＧとの３層構造膜などを用いることもできる。
【００６４】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第５実施形態について図１１乃至図１４を参照して説明する。なお、図１１は同ヘッドの分解斜視説明図、図１２は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図、図１３は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図１４は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００６５】
このインクジェットヘッドは、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に１０００℃以下で軟化性を示すシリコン酸化膜でもある燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を有し、このシリコン酸化膜１８を形成する下地部材である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー溝３１、３２を形成している。
【００６６】
このようなダミー溝３１、３２を設けることで、特に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８の膜厚のバラツキを低減してより確実に高い信頼性で流路基板１と電極基板２とを接合することができる。すなわち、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８のリフロー後の形状が、下地形状の影響を僅かに受け、接合面積が広い部分では、接合面積が狭い部分に比べて、僅かに膜厚が薄くなる。この膜厚差は１ｎｍ以下のレベルであるが、シリコン酸化膜を用いた接合では、接合不良となる可能性がある。そこで、このダミー溝３１、３２を設けることで、シリコン酸化膜を形成する下地部材の面積の均一化（接合面積の均一化）を図ることができ、シリコン酸化膜の膜厚ばらつきを低減することができる。
【００６７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第６実施形態について図１５を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
【００６８】
このインクジェットヘッドは、第２実施形態と第５実施形態とを組み合せたものであり、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に形成したシリコン酸化膜を、不純物を含まないシリコン酸化膜２８と燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８との２層構成とし、更にこれらのシリコン酸化膜２８、１８を形成する下地部材である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー溝３１、３２（３２のみ図示）を形成している。
【００６９】
このように硼素及び／又は燐を含むシリコン酸化膜の下に、遮蔽層となる不純物を含まないシリコン酸化膜を設けることによって、硼素及び／又は燐の電極や基板への拡散、品質劣化を防ぐことができるとともに、ダミー溝を設けることで、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜の膜厚のバラツキを低減してより確実に高い信頼性で流路基板と電極基板とを接合することができる。
【００７０】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第７実施形態について図１６を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
【００７１】
このインクジェットヘッドは、上記第３実施形態と第５実施形態とを組み合せたものであり、ノズル板３を燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜２９を介して流路基板１に接合し、更に流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を有し、このシリコン酸化膜１８を形成する下地部材である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー溝３１、３２（３２のみ図示）を形成している。
【００７２】
これによりノズル板の接合が容易になるとともに、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜の膜厚バラツキが低減して信頼性の高い接合を行うことができる。
【００７３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第８実施形態について図１７を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成し、更にシリコン酸化膜１８上に電極１５を形成することで、スペーサ部１３のみに燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成している。
【００７４】
したがって、電極１５表面には燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８がなく、また、振動板１０の電極側対向表面には熱酸化膜などの燐及び／又は硼素を含まない絶縁膜１１を形成しているので、振動板１０と電極１５の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しない。これにより、電気的な信頼性が向上する。
【００７５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第９実施形態について図１８を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２上に不純物を含まないシリコン酸化膜２８、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を順次積層形成し、更にシリコン酸化膜１８上に電極１５を形成することで、スペーサ部１３のみに、不純物を含まないシリコン酸化膜２８と燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８との積層膜を形成している。
【００７６】
したがって、電極１５表面には燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８がなく、また、振動板１０の電極側対向表面には熱酸化膜などの燐及び／又は硼素を含まない絶縁膜１１を形成しているので、振動板１０と電極１５の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しない。これにより、電気的な信頼性が向上する。
【００７７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１０実施形態について図１９を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、スペーサ部１３のみに燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成し、酸化膜１２上に直接電極１５を形成し、この電極１５上には別途保護膜３７を形成している。このヘッドは電極基板２の酸化膜１２上にシリコン酸化膜１８を形成した後に凹部１４を形成したものであり、シリコン酸化膜１８は電極間の隔壁幅と略同じにパターニングされる。
【００７８】
したがって、このヘッドにおいては、電極１５表面には燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８がなく、また、振動板１０の電極側対向表面には熱酸化膜などの燐及び／又は硼素を含まない絶縁膜１１を形成しているので、振動板１０と電極１５の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しないので、電気的な信頼性が向上する。それとともに、シリコン酸化膜１８を凹部１４を形成する前の平坦な酸化膜１２上に形成することができるので、シリコン酸化膜１８の膜厚バラツキが低減する。
【００７９】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１１実施形態について図２０乃至図２２を参照して説明する。なお、図２０は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図、図２１は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２２は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００８０】
このインクジェットヘッドは、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に１０００℃以下で軟化性を示すシリコン酸化膜でもある燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を有し、このシリコン酸化膜１８を形成する下地部材（下地層）である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー電極３５を形成している。このダミー電極３５は、幅が略均一になるように形成するとともに、電極１５とは電気的に分離させている。
【００８１】
このようなダミー電極３５を設けることで、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８の膜厚のバラツキを低減してより確実に高い信頼性で流路基板１と電極基板２とを接合することができる。すなわち、前述したように、シリコン酸化膜１８のリフロー後の形状が、下地形状の影響を僅かに受け、接合面積が広い部分では、接合面積が狭い部分に比べて、僅かに膜厚が薄くなる。そこで、このダミー電極３５を設けることで、接合面積の均一化を図ることができ、膜厚ばらつきを低減することができる。
【００８２】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１２実施形態について図２３及び図２４を参照して説明する。なお、図２３は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２４は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００８３】
このインクジェットヘッドは、上記第２実施形態と第１１実施形態とを組み合せたものであり、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に不純物を含まないシリコン酸化膜２８と燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８との積層膜を形成し、これらのシリコン酸化膜２８、１８を形成する下地部材（下地層）である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー電極３５を形成している。このダミー電極３５は、幅が略均一になるように形成するとともに、電極１５とは電気的に分離させている。
【００８４】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１３実施形態について図２５乃至図２８を参照して説明する。なお、図２５はダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図、図２６は図２５のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図２７は図２５のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、図２８は図２５のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
【００８５】
この例は、ダミー電極として複数に分割したダミー電極３６を飛び石状に配置したものである。このように、複数のダミー電極３６を設けることにより、個別電極１５とドライバ回路を接続する際に、ダミー電極３６を介して短絡してしまう可能性を防止することができる。
【００８６】
このとき、ダミー電極３６、３６の間隔（隙間）３７を０．５μｍ以下にすることで、硼素や燐を含んだシリコン酸化膜１８を堆積させる際にその隙間３７を確実に埋めることができ、気密性を確保することができる。このダミー電極３６の形成は、シリコン基板を熱酸化した酸化膜１２上で行うため、平坦性が高く、０．５μｍ以下のリソグラフィー、パターニングも問題無く実施することができる。
【００８７】
なお、第１２実施形態のように、シリコン酸化膜１８を形成する下地層としての不純物を含まないシリコン酸化膜２８として、塗布型シリコン酸化膜（ＳＯＧ膜）を用いる場合は、埋め込み性がよくなるので、ダミー電極３６、３６の隙間３７は１μｍ程度まで広げることができる。
【００８８】
このように構成することで、振動室内部（ギャップ１６内）は外気から完全に遮断されるため、製造工程での異物のギャップ１６内への進入を防ぐことができ、さらに、振動板１０の振動によりギャップ１６内の気体が外部と行き来することで生じる抵抗によるエネルギー損失を防ぐことができる。
【００８９】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１４実施形態及び第１５実施形態について図２９及び図３０を参照して説明する。なお、両図はいずれもダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図である。
図２９の第１４実施形態はライン状のダミー電極３８を複数配置した例であり、図３０の第１５実施形態は枠状のダミー電極３９を配置した例である。これらの各実施形態によっても燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８などの膜厚ばらつきを低減することができる。
【００９０】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１６実施形態について図３１を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、上記第１３実施形態において飛び石状に配置する複数のダミー電極３６のうちの一部のダミー電極３６、３６の隙間３８を他の隙間３７よりも広く（例えば１μｍ以上）し、あえてシリコン酸化膜１８による埋め込みが不可能な個所を形成したものである。
【００９１】
これにより、流路基板１と接合した状態でシリコン酸化膜１８上には凹部３９が生じ、この凹部３９によって隣接する振動室間（ギャップ間）、あるいは、別途設ける気体溜りとの気体の流路（直通溝）を形成することができる。
【００９２】
したがって、ギャップ内の気体が外部と行き来することで生じる抵抗によるエネルギー損失を防ぐことができる。また、この凹部３９で形成される連通溝を一旦外部に開口させ、水素や、ヘリウム、乾燥空気や、窒素などのような特殊な気体を振動室内（ギャップ内）に封じこめた後、封止したりすることも可能となる。
【００９３】
この場合、各ビットが開放している場合に比べ、共通開口部から気体の封じ込めができるので、後工程での封止作業も簡単になる。また、ダミー電極３６の配置や、隙間を工夫することで、気体流体抵抗のような働きを持たせることもでき、振動特性をコントロールしやすくなる。
【００９４】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１７実施形態について図３２及び図３３を参照して説明する。なお、図３２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３３は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【００９５】
このインクジェットヘッドは、電極基板２側の全面に電極１５表面を含めて燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＳＧ膜を用いている。）を形成するとともに、流路基板１の振動板１０の電極側表面にも燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＳＧ膜を用いている。）を形成している。
【００９６】
このように振動板１０側の電極対向側表面の保護膜と電極１５の保護膜とを同じ組成の膜とすることにより、接触帯電などの電気的トラブルを防止することができる。
【００９７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１８実施形態について図３４及び図３５を参照して説明する。なお、図３４は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３５は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【００９８】
このインクジェットヘッドは、電極基板２のスペーサ部１３のみに燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＳＧ膜を用いている。）を形成し、電極１５の材料（電極材料）にはシリコンを用いて、このシリコンを熱酸化することによって電極１５表面にシリコン酸化膜４１を形成している。また、流路基板１の振動板１０の電極側表面にも熱酸化膜４２を形成している。
【００９９】
このように振動板１０側の電極対向側表面の保護膜と電極１５の保護膜とを同じ組成の膜とすることにより、接触帯電などの電気的トラブルを防止することができるとともに、電極１５上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜を形成していないので電気的信頼性が更に向上する。
【０１００】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１９実施形態について図３６及び図３７を参照して説明する。なお、図３６は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３７は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【０１０１】
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２表面を平坦化し、この酸化膜１２上に電極１５を形成して、更に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＰＳＧ膜を用いている。）を形成し、このシリコン酸化膜１８に開口４４を形成することでギャップ１６及びスペーサ部１３を形成している。そして、電極１５の表面にはチタン窒化膜などの電極保護膜４７を設けている。
【０１０２】
このように構成した場合には、スペーサー部１３の全体が燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８で形成され、このシリコン酸化膜１８の膜厚が流路基板１の振動板１０と電極基板２の電極１５との間のギャップ長を規定することになり、高精度のギャップ形成が可能になる。また、電極保護膜４７に窒化チタン膜を用いることで、チタン酸化物は誘電率が非常に高いことから、駆動電圧の低電圧化を図れる。
【０１０３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２０実施形態について図３８及び図３９を参照して説明する。なお、図３８は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３９は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
【０１０４】
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２表面を平坦化し、この酸化膜１２上に電極１５及びダミー電極５１を形成して、更にこれらの電極１５及びダミー電極５１の間を不純物を含まないシリコン酸化膜５２（ここでは、ＳＯＧ膜を用いている。）で埋め込んで平坦化し、これらの上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＰＳＧ膜を用いている。）を形成し、このシリコン酸化膜１８に開口５４を形成することでギャップ１６及びスペーサ部１３を形成している。そして、電極１５の表面にはチタン窒化膜などの電極保護膜５７を設けている。
【０１０５】
このように構成した場合にも、スペーサー部１３の全体が燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８で形成され、このシリコン酸化膜１８の膜厚が流路基板１の振動板１０と電極基板２の電極１５との間のギャップ長を規定することになり、高精度のギャップ形成が可能になる。また、電極保護膜５７に窒化チタン膜を用いることで、チタン酸化物は誘電率が非常に高いことから、駆動電圧の低電圧化を図れる。
【０１０６】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２１実施形態について図４０及び図４１を参照して説明する。なお、図４０は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図４１は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【０１０７】
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２表面を平坦化し、この酸化膜１２上にポリシリコン膜からなる電極１５及びダミー電極６１を形成して、更にこれらの電極１５及びダミー電極６１の間を不純物を含まないシリコン酸化膜６２（ここでは、ＳＯＧ膜を用いている。）で埋め込みで平坦化し、これらの上に不純物を含まないシリコン酸化膜６３（ここでは、ＮＳＧ膜を用いている。）を形成し、さらに、このシリコン酸化膜６３上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＰＳＧ膜を用いている。）を形成して、このシリコン酸化膜１８に凹部６４を形成することで振動板１０と非平行になるギャップ６６及びスペーサ部１３を形成している。
【０１０８】
この場合、電極１５をポリシリコン膜で形成しているが、このポリシリコン膜の研磨レートがＳＯＧ膜６２に比べて非常に低いために、電極１５間の間隔が広いとＳＯＧ膜６２のみが研磨されて平坦化の平面精度が得られなくなるが、ダミー電極６１を設けることによって所要の平面精度が得られるようになる。
【０１０９】
なお、前記第４実施形態で説明したようにノズル板３としてシリコン基板を用いる場合においては、流路基板１との接合について、電極基板２と流路基板１との接合で説明した上記各他の実施形態、例えばダミー溝、ダミー電極、シリコン酸化膜の組成、種類、層構成などをそのまま適用することができる。
【０１１０】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第１実施形態について図４２乃至図４４を参照して説明する。この第１実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１実施形態の製造工程を説明するものであるが、適宜他の実施形態のヘッドについても説明する。
【０１１１】
まず、電極基板２の製造方法について説明する。はじめに、図４２（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）である電極基板２となるシリコン基板に、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。ここでは、安価に市場に出ているｐ型の単結晶シリコン基板を用いたが、ｎ型の基板であっても良い。また、グレードとしては、モニタウェハグレードでも問題ない。
【０１１２】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液（例えば、ダイキン工業製：ＢＨＦ-６３Ｕ、商品名など）を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込む。
【０１１３】
このときの掘り込み量は電極材料の厚さ（電極１５の厚み）と、電極１５と振動板１０との間に必要な空間量（ギャップ長）を足した分だけ掘り込むことになる。なお、この掘り込み量は約１μｍ程度と少ないので、弗化水素溶液を用いたウェットエッチングによる掘り込みにおいても、ウェハ面内の掘り込み量のばらつきは極めて小さくできる。
【０１１４】
続いて、電極材料となる窒化チタンを反応性スパッタにより約３００ｎｍの厚さに堆積し、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて所望の電極１５の形状に加工する。ここでは、窒化チタンのような導電性のセラミックスを電極として使用したが、前述したように、不純物がドーピングされた多結晶シリコンを電極に用いることもできるし、タングステンのような高融点金属を利用しても良い。
【０１１５】
次に、同図（ｂ１）に示すように、硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８をＣＶＤなどの手法を用いて、電極１５が形成されたウェハ全面に約１００ｎｍの厚さに堆積させる。この場合のＢＳＧ膜１８ａは、電極１５の保護、酸化防止の役目も併せ持つ。ここで、ＢＳＧ膜１８ａは、硼素濃度４．０％になるように成膜した。この硼素の濃度は、半導体プロセスで一般的に使われている濃度であり、この濃度に限定されるものではない。
【０１１６】
或いは、同図（ｂ２）に示すように、電極１５が形成されたウェハ全面にＮＳＧ膜２８ａを堆積した後、このＮＳＧ膜２８ａ上にＢＳＧ膜１８を積層した２層構成などとすることもできる（この形態は、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２実施形態として説明した。）。更に、ＮＳＧ膜２８ａ上にＢＰＳＧ膜１８ｂ及びＢＳＧ膜１８ａを順次積層した３層構成とすることもできる。
【０１１７】
ここでの重点は、シリコン酸化膜中に、燐及び／又は硼素を含有させることによって、軟化点を下げたシリコン酸化膜１８を形成することにある。この軟化点を下げるという目的を達成するだけであれば、ゲルマニウムなどの、燐、硼素以外の不純物を含有させる手法もある。ただし、電極１５となる材料（電極材料）との親和性やデバイスとしての信頼性を考えた場合、半導体プロセスで実績のある燐及び／又は硼素を用いることが本発明を達成する上でより利点が大きい。
【０１１８】
次いで、このシリコンウェハを窒素ガス雰囲気下で熱処理する。このとき温度は、９５０℃、２時間の処理を行った。この９５０℃という温度は、この次に行う直接接後の温度９００℃よりも５０℃だけ高い温度としている。もちろん、直接接合の温度がこれよりも低ければ、これよりも低い温度での熱処理で良い。ただし、ＢＳＧ膜１８ａがリフロー性を示す温度よりも低くなってはいけない。この熱処理によって、ＢＳＧ膜ａ１８中に存在する水分や水素ガスなどが放出され、接合時の出ガスによるボイドの発生を防ぐことができる。また、この処理によってＢＳＧ膜１８ａ表面がリフローを起こし、成膜直後にはＡＦＭを用いた表面評価で、Ｒａ値で１〜３ｎｍ程度あった表面の荒れが０．１〜０．２ｎｍとなり、非常に良好な直接接合性を持つようにできる。
【０１１９】
次に、流路基板１となる基板について説明する。ここでは、同図（ｃ）に示すように、流路基板１となるシリコン基板７１として、ｐ型の極性を持ち、（１１０）の面方位を持つ厚さ約５００μｍの両面研磨したシリコン基板を用いた。このようなシリコン基板を用いる目的は、シリコンのウェットエッチング速度の結晶面異方性を利用し、精度の良い加工形状を得るためのものである。
【０１２０】
このシリコン基板７１に固体拡散法により硼素を拡散し、高濃度硼素拡散層７２を形成する。例えば、シリコン基板７１と固体拡散源を向かい合わせて並べ７５０℃の炉の中にセットする。炉の中には０．２５％の酸素を混入した窒素を流しておく。炉の温度を８℃／分のレートで１１２５℃まで上昇させ、その状態で５０分保持した後、８℃／分のレートで７５０℃まで下げサンプルを取り出すことで、高濃度硼素拡散層７２が形成されたシリコン基板７１が得られる。なお、拡散方法は、この他にＢＢｒ3を用いた気相拡散法、イオン注入法、Ｂ2Ｏ3を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などを用いても良い。
【０１２１】
その後、シリコン基板７１表面に形成された酸化硼素層をフッ酸により除去する。酸化硼素層の下にシリコンと硼素の化合物層が形成されており、これを除去する場合は、さらに酸化することによってフッ酸で除去できるようになる。しかし、このように酸化してフッ酸で化合物層を除去しても硼素の拡散されたシリコン表面には荒れが生じているので、後に行う直接接合で接合できない。
【０１２２】
そこで、ＣＭＰ研磨により直接接合可能な表面性（ＡＦＭを用いた測定にてＲａ＝０．２ｎｍ以下）を得た。ＣＭＰ研磨では、最表面を１００ｎｍ以下の研磨量で、面内均一に研磨することができるので、高濃度硼素拡散層７２の変化は微量であり、また研磨量を見込んで拡散条件を決めることも容易である。また、酸化してフッ酸処理して化合物層を除去してからＣＭＰ研磨してもよいし、酸化してできた酸化膜（シリコンと硼素の化合物であり、酸化することで硼素を含んだシリコン酸化膜（ＢＳＧ）が得られる。）をＣＭＰ研磨して良好な表面性を有する酸化膜１１を形成してもよい。
【０１２３】
ここでは、ＣＭＰ研磨により良好な表面性がもたらされた後のシリコン基板７１（高濃度硼素拡散層７２）を熱酸化することにより良好な表面性（Ｒａ＝０．３ｎｍ以下）を有する酸化膜１１を形成した。
【０１２４】
なお、流路基板１となる基板としては、例えばシリコン基板７１の接合面になる面に、酸化硼素を含む有機溶剤をスピンコート法を用いて塗布し、拡散させたものでも良いし、ＢＢｒ3を用いた気相拡散法、高濃度の硼素をイオン注入（５×１０19原子／ｃｍ3以上）後これを活性化し、所定の深さ（振動板の厚さ）まで拡散させたものでも良い。また、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層を振動板として使用することも可能であるし、、高濃度不純物を拡散させた基板上に、シリコンをエピ成長させた基板のエピ層を振動板ととすることもできる。これらの基板を熱酸化し、振動板の接合面となる側に振動板（電極）保護のための酸化膜１１を形成して、流路基板１となる基板とすることができる。
【０１２５】
続いて、図４３（ａ）に示すように、流路基板１となるシリコン基板７１と電極基板２とを接合する。各基板７１、２をＲＣＡ洗浄で知られる基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸と過酸化水素水の熱混合液に浸漬し、接合面を親水化させることで直接接合をし易い表面状態とする。
【０１２６】
ここで、重要な点は、流路基板１となるシリコン基板７１の接合面である酸化膜１１の表面は良好な表面性（Ｒａ：０．３ｎｍ以下）であり、かつ電極基板２の接合面であるシリコン酸化膜１８表面も良好な表面性（Ｒａ：０．３ｎｍ以下）を持つことである。接合する両基板１、２の表面性が良くないと室温でプリボンドすることはなく、また信頼性の高い接合はできない。
【０１２７】
これらの各基板７１、２を静かにアライメントし各基板７１、２を接合する。具体的には、アライメントが完了した基板を真空チャンバー中に導入し、１×１０-3ｍbar以下の真空度になるまで減圧する。続いて、各基板７１、２のアライメントがずれない様な状態で、各ウェハを押さえつけることでプリ接合を完了した。
【０１２８】
このとき、真空下で接合するのは、凹部１４の溝パターンが多くあるウェハの接合で、空気を巻き込んだエアトラップボイドの発生を防止するためである。また、このとき位置ずれしないように押さえるとことと、押圧力は基板７１、２に歪みを与えたり、位置ずれを起こさない限り強く押さえることが重要である。さらに、この後、貼り合わせたウェハを窒素ガス雰囲気下で、ＢＳＧ膜１８ａがリフロー性を示す温度以上の９００℃、２時間焼成し強固な接合を得た。
【０１２９】
このように、シリコン酸化膜１８を形成した後、シリコン酸化膜１８がリフロー性を示す温度以上で個別に熱処理を施し、このリフロー性を示す温度未満の温度で第１基板である流路基板１と第２基板である電極基板２とを加熱して接合することにより、接合面を高い表面性にして接合することができ、信頼性が向上する。
【０１３０】
また、シリコン酸化膜１８を形成した後、接合面となる表面の平坦化処理（ここではＣＭＰ研磨処理）を行い、さらに第１基板と第２基板とを接合する際の接合温度以上の温度で個別に熱処理した後、第１基板と第２基板を加熱して接合することで、リフロー法で埋めきれないような「うねり」も埋めることができて更に表面性が良くなり、一層信頼性が向上する。
【０１３１】
次に、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板７１をウェハの初期厚さよりも低くするため、研磨、研削、ＣＭＰ等の手段によって、ウェハ厚さを薄くして、シリコン基板７１の厚さを所望の液室高さまで低くする。このような機械的、物理的あるいは、化学的手法によってウェハの厚さを薄くしても、ＢＳＧ膜１８ａによる接合によって接合した界面が剥離したり破壊されることはない。具体的には、シリコンウェハを貼り合わせた後、液室高さが９５±５μｍになるまで研磨し、その後の液室加工を施しても何ら問題にならなかった。
【０１３２】
続いて、接合した基板７１、２を熱処理する。このとき、同時に酸化雰囲気下で熱処理し、バッファ酸化膜を約５０ｎｍの厚さに形成する。更に、後工程でのエッチングバリア層となるシリコン窒化膜７４ａ、７４ｂをＣＶＤなどの方法で約１００ｎｍの厚さに形成する。
【０１３３】
ここでの、熱処理の目的は、シリコン基板７１を研磨したことによる応力を緩和させ、インクジェットヘッドに反りや、歪を生じさせないためのものである。すなわち、クロストークなどの問題から液室高さは低くする方がよく、そのため、上述したように基板を貼り合わせた後液室側の基板７１を研磨するが、このとき、シリコン基板７１の厚さが変化することで接合面に存在するシリコン酸化膜１８ａ、１１や電極基板２であるシリコン基板のそれぞれの応力バランスが変化して、貼り合わせた基板７１、２が反ってしまうことがある。これを防止するため、熱を加えることでシリコン酸化膜（低融点）の軟化（機械的変形がないレベルで）させ、応力を緩和することで、基板の反りを防ぐことができる。また、この熱処理によって、応力が緩和されることで、接合面にストレスが加わることが防止されて、接合信頼性（剥離防止など）をより高めることができる。
【０１３４】
次に、同図（ｃ）に示すように、フォトエッチングの手法を用いて、液室などを形成するためのパターニングを行い、フォトレジスト膜をマスクにして、シリコン窒化膜７４ａ、７４ｂ及びバッファ酸化膜を順次エッチングし、シリコン基板７１上に吐出液室などを形成する領域を形作るとともに、電極基板２にインク取り入れ口９を形成する領域を形作る。
【０１３５】
そして、この接合した基板７１、２を高濃度の水酸化カリウム溶液（例えば、９０℃に加熱したアルコール添加の１０％濃度ＫＯＨ溶液）中に浸漬し、シリコンの異方性エッチングを行うことで、シリコン基板７１には所望の吐出室６、共通液室８となる凹部などを形成する。このときの凹部深さは、エッチング液が高濃度硼素拡散層（５×１０19／ｃｍ3濃度層）７２に到達した時、エッチングレートが著しく低下することで、ほぼ自動的に停止した状態になり、高濃度硼素拡散層７２からなる振動板１０が形成され、流路基板１が得られる。また、電極基板２にはインク取り入れ口９を形成するための溝部７５が形成される。ここでは、この後、超純水を使ってリンス（約１０分間以上）した後、スピン乾燥等で乾燥させる。
【０１３６】
続いて、図４４（ａ）に示すように、溝部７５の酸化膜１２をフッ酸水溶液などでエッチング除去してインク取り入れ口９を形成し、シリコン窒化膜７４ａ及び７４ｂを熱燐酸溶液などによるウェットエッチング、或いはドライエッチングによって除去する。ただし、このシリコン窒化膜は無理に除去する必要はない。そのまま残しておいても問題にならない。
【０１３７】
そして、同図中の一点鎖線で示す位置をダイシングすることによって、ウェハからヘッドチップサイズに切り出す。その後、インク取り入れ口９に対応する流路基板１側の高濃度硼素拡散層７２を電極基板２側からドライエッチングで除去し、インク取り入れ口９を形成する。
【０１３８】
次に、同図（ｂ）に示すように、電極基板２側から吐出室６および共通液室８を保護するようにメタルマスクをかぶせて、電極パッド１５ａ上にある高濃度硼素拡散層７２、及び、電極１５を保護しているシリコン酸化膜１８をドライエッチングにより除去して保護膜１７を形成する。
【０１３９】
最後に、ノズル４及び流体抵抗部７を形成したノズル板３をエポキシ接着剤などを用いて流路基板１上に接合することでインクジェットヘッドが完成する。なお、ノズル板３は、１枚として用いたが、流体抵抗部や、連結穴を設けた別プレートを接合した後、更にノズルプレートを貼り付けた多層構造とすることもできる。
【０１４０】
ここで、前記第４実施形態に係るインクジェットヘッドのようにノズル板３としてシリコン基板を用いた場合には、図９に示すように、ノズル板３の接合面に、ＣＶＤ等の方法でＢＳＧ膜２９を堆積し、リフローさせた後、流路基板１と接合する。このときの成膜条件は、電極基板２上に形成したＢＳＧ膜１８ａと同じでかまわない。もちろん、この組成などはデバイスの構造や製造方法によって自由に変更できることは言うまでもない。
【０１４１】
そして、ノズル板３と流路基板１とを接合した後、インクジェットヘッドを窒素ガス雰囲気下で熱処理する。このときの熱処理は、８５０℃、２時間の処理を行った。もちろん、直接接合の温度がこれよりも低ければ、これよりも低い温度での熱処理で良い。
【０１４２】
この後、貼り合わせウェハをアライメントした後、流路基板１とノズル板３となる両シリコン基板を貼り合わせ、上述した流路基板１と電極基板２との接合で説明したと同様な条件で焼成した。このとき、先に接合した流路基板１及び電極基板２のウェハよりも低い温度で焼成することが好ましいが、少なくとも先に接合した基板と同じ温度で焼成するようにすれば、出ガスなどの問題も無く接合することができる。
【０１４３】
また、ここでは、電極となる基板から順次接合していったが、各基板を所望の形状に加工した後、接合面にＢＳＧ膜などを成膜し、ウェハ貼り合わせ用のアライナー（例えば、ＥＶ社４００シリーズ、カールズース社ＭＡ／ＳＢ−６など：いずれも商品名）を用いて一度に接合することも可能である。
【０１４４】
さらに、このようにして製造したインクジェットヘッドは、ヘッドを構成する主要部材がシリコンであるため、実使用時の温度上昇等によってもヘッドの膨張が略均一になり、ヘッドの反りや歪みの発生がなく、ラインヘッドと呼ばれる長尺ヘッド（例えばＡ４サイズヘッド）を作ることも可能となる。
【０１４５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第２実施形態について図４５乃至図４７を参照して説明する。この第２実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第５、第６実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１４６】
この実施形態では、図４５（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１４７】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４、ダミー溝３１、３２を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４及びダミー溝３１、３２（ダミー溝３２のみ図示）を掘り込む。
【０１４８】
その後は、上記図４２乃至図４４で説明した本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第１実施形態と同様にして、図４５（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８（第５実施形態に係るヘッドの場合）、又はＮＳＧ膜２８ａ及びＢＳＧ膜１８ａ（第６実施形態に係るヘッドの場合）を積層し、同図（ｃ）に示す流路基板１となるシリコン基板７１と電極基板２とを図４６（ａ）に示すように直接接合し、同図（ｂ）、（ｃ）に示すようにシリコン基板７１の研削、異方性エッチングによる流路パターンの形成を行い、図４７（ａ）、（ｂ）に示すように各チップに分割した後ノズル板３を接合して、インクジェットヘッドを完成する。
【０１４９】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第３実施形態について図４８を参照して説明する。この第３実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第８、第９実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１５０】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１５１】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込む。
【０１５２】
そして、第８実施形態に係るヘッドの場合には、同図（ｂ１）に示すように、電極基板２の全面に硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８ａを形成した後、凹部１４のＢＳＧ膜１８上に電極１５を形成する。また、第９実施形態に係るヘッドの場合には、同図（ｂ２）に示すように、電極基板２の全面にＮＳＧ膜２８を形成し、更にＮＳＧ膜２８ａ上の全面にＢＳＧ膜１８ａを積層した後、凹部１４のＢＳＧ膜１８ａ上に電極１５を形成する。
【０１５３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第４実施形態について図４９を参照して説明する。この第４実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１０実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１５４】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成し、更に酸化膜１２が形成されたウェハの全面に硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８ａを形成する。
【０１５５】
そして、同図（ｂ）に示すように、ＢＳＧ膜１８ａ上にフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、ＢＳＧ膜１８及び酸化膜１２に凹部１４を掘り込む。
【０１５６】
次いで、同図（ｃ）に示すように、凹部１４の底面に電極１５を形成し、同図（ｄ）に示すように、電極１５表面に保護膜３７を形成する。
【０１５７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第５実施形態について図５０を参照して説明する。この第５実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１１、第１２実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１５８】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１５９】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込み、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５を形成するための電極材料である窒化チタン膜８１を形成する。
【０１６０】
そして、第１１実施形態のヘッドの場合には、同図（ｂ１）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて窒化チタン膜８１を所望の電極１５及びダミー電極３５の電極形状に加工した後、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めてＢＳＧ膜１８ａを形成する。なお、ダミー電極の形状、配置パターンとしては他の実施形態のものを用いることもできる（以下の実施形態の説明でも同じである。）。
【０１６１】
また、第１２実施形態のヘッドの場合には、同図（ｂ２）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて窒化チタン膜８１を所望の電極１５及びダミー電極３５の電極形状に加工した後、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めてＳＮＧ膜２８ａを形成し、このＮＳＧ膜２８上にＢＳＧ膜１８を形成する。なお、ダミー電極の形状、配置パターンとしては他の実施形態のものを用いることもできる。
【０１６２】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの各実施形態で用いることのできる流路基板の製造方法について図５１を参照して説明する。
流路基板１となるシリコン基板７１は、前述したと同様に、ｐ型の極性を持ち、（１１０）の面方位を持つ厚さ約５００μｍの両面研磨したシリコン基板を用いている。このようなシリコン基板を利用する目的は、シリコンのウェットエッチング速度の結晶面異方性を利用し、精度の良い加工形状を得るためのものである。
【０１６３】
そこで、このシリコン基板７１に固体拡散法により硼素を拡散し、高濃度硼素拡散層７２を形成する。なお、拡散方法は、この他に、例えばＢＢｒ3を用いた気相拡散法、イオン注入法、Ｂ2Ｏ3を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などを用いても良い。
【０１６４】
そして、シリコン基板７１と固体拡散源を向かい合わせて並べ７５０℃の炉の中にセットする。炉の中には０．２５％の酸素を混入した窒素を流しておく。炉の温度を８℃／分のレートで１１２５℃まで上昇させ、その状態で５０分保持した後、８℃／分のレートで７５０℃まで下げサンプルを取り出すことで、シリコン基板７１に高濃度硼素拡散層７２が形成される。
【０１６５】
このとき、シリコン基板７１の振動板側（拡散面）には、酸化硼素の層９１が生成される。この酸化硼素の層９１は、ガラス様の性質を持ち、本発明で利用しているＢＳＧ膜と似た性質を持っているので、この膜を本発明の各実施形態のような接合用のシリコン酸化膜の代わりに使用することもできる。ところが、この酸化硼素の層（膜）９１は、空気中の水分などと反応し、析出物ができたり、酸化硼素自身が反応して別の物質に変化したりしやすい。発明者らの経験では、拡散処理後、１２時間を過ぎた酸化硼素膜は変質してしまっていた。
【０１６６】
そこで、拡散工程後の酸化硼素の膜９１の上に、ＣＶＤなどの方法でＮＳＧ膜９２を例えば５０ｎｍの厚さに成膜する。その後、８００〜１０００℃の温度で熱処理し、酸化硼素の層９１とＮＳＧ膜９２を反応させるとともに、リフローさせ表面を平坦化することにより、良好な表面性（Ｒａ：０．３ｎｍ以下)を有する酸化膜１１を得ることができる。なお、熱処理による硼素の再拡散が発生する場合、先の拡散時間を調整することで、再拡散を加味した振動板厚さの設計が可能になる。
【０１６７】
このように、振動板となるシリコン基板面に酸化硼素拡散源からの熱拡散によって酸化硼素層を形成した（或いは硼素酸化化合物を塗布してもよい。）後、この酸化硼素層上に不純物を含まないシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜やＳＯＧ膜など）を形成して、熱処理を加えて不純物を含まないシリコン酸化膜表面の平坦化を図ることにより、硼素拡散時に自然に生成する酸化硼素層を接合層として用いることが可能になって低コスト化を図れる。
【０１６８】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの各実施形態で用いることのできる流路基板の他の製造方法について図５２を参照して説明する。
この実施形態の流路基板は、流路基板１側にのみ、或いは電極基板２側とともに、接合用のシリコン酸化膜を形成したものである。
【０１６９】
すなわち、同図（ａ）に示すように、流路基板１となるシリコン基板７１は、前述したと同様に、ｐ型の極性を持ち、（１１０）の面方位を持つ厚さ約５００μｍの両面研磨したシリコン基板を用いている。このシリコン基板７１に固体拡散法により硼素を拡散し、高濃度硼素拡散層７２を形成する。なお、拡散方法は、この他に、例えばＢＢｒ3を用いた気相拡散法、イオン注入法、Ｂ2Ｏ3を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などを用いても良い。
【０１７０】
そして、このシリコン基板７１の振動板となる高濃度硼素拡散層７２の表面にＮＳＧ膜９３を形成した後、同図（ｂ）に示すようにＮＳＧ膜９３の表面にＢＳＧ膜９４を形成する。
【０１７１】
次に、本発明に係る各液滴吐出ヘッドに用いることができる多結晶シリコンからなる電極を有する電極基板の製造方法について図５３を参照して説明する。
同図（ａ）に示すように、ｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１７２】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込み、電極基板２の全面に電極１５又は電極１５及びダミー電極３５を形成するための電極材料である多結晶シリコン膜８２を形成する。
【０１７３】
その後、同図（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜８２に不純物である硼素イオンを注入し、同図（ｃ）に示すように、多結晶シリコン膜８２をパターニングして電極１５又は電極１５及びダミー電極３５を形成する。
【０１７４】
そして、ダミー電極３５を残さない場合には、同図（ｄ１）に示すように、ダミー電極３５を除去した後、電極基板２の全面に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成する。また、ダミー電極３５を残す場合には、同図（ｄ２）に示すように、そのまま電極基板２の全面に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成する。
【０１７５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第６実施形態について図５４を参照して説明する。この第６実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１９実施形態と同様な電極基板の製造工程を説明するものである。
【０１７６】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、電極基板となるシリコン基板２に熱酸化により酸化膜１２を０．５から１．０μｍの厚さで形成し、更に、個別電極１５となる窒化チタン膜８１を約０．３μｍの厚みで成膜する。そして、同図（ｂ）に示すように、窒化チタン膜８１を写真製版によってパターン形成して、ドライエッチング或いはウェットエッチングによってエッチングを行なうことで、電極１５及びダミー電極３５の形状に形成する。
【０１７７】
その後、同図（ｃ）に示すように、ギャップスペーサー膜となるＢＰＳＧ膜１８ｂを成膜し、成膜後９００℃〜１０５０℃の窒素雰囲気中でＢＰＳＧ膜１８ｂのアニール処理を行う。この場合のＢＰＳＧ膜１８ｂの膜厚は、駆動エアギャップ分と電極保護膜の１／２分を合わせた厚さに設定する。例えば駆動エアギャップ（ギャップ長）を０．２μｍ、保護絶縁膜４７の厚さを０．２μｍとした場合では、ＢＰＳＧ膜１８ｂの厚さは約０．３μｍとする。
【０１７８】
次いで、同図（ｄ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１８ｂに写真製版によって個別電極１５に対応する部分にパターン形成する。このとき、電極１５に対応する部分の開口は個別電極エリアより小さいものとする。そして、ウェットエッチング或いはドライエッチングにより、個別電極１５をエッチングストップ層としてＢＰＳＧ膜１８ｂのエッチングを行ってギャップ１６となる開口部４７を形成する。このとき、個別電極１５でエッチストップさせることにより、エッチング深さが高精度に制御できる。
【０１７９】
次に、エッチング後のレジストを除去した後熱酸化処理を行い、個別電極１５である窒化チタン膜８１を熱酸化することにより、電極１５表面にチタン酸化膜４７を形成し電極保護膜とする。窒化チタンの熱酸化は５００℃から６００℃の酸素雰囲気中で行う。
【０１８０】
この場合、駆動ギャップ長はギャップスペーサー膜となるＢＰＳＧ膜１８ｂの厚さと個別電極である窒化チタン８１を熱酸化して形成した電極保護膜４７との差で決定されるが、何れも成膜の工程によるものであり、高精度なギャップ形成が可能となる。また、個別電極１５と振動板１０間の電気絶縁性はギャップスペーサー膜としてのＢＰＳＧ膜１８ｂによって形成されることから、十分な絶縁性が保たれる。さらに、電極保護膜４７としてチタン酸化膜を用いることで十分な保護性が得られること、形成されたチタン酸化物の性質として、誘電率が非常に高いことから駆動電圧の低電圧化が実現できる。
【０１８１】
ここで、ここで、電極１５の材料として多結晶シリコンを用いる場合について説明する。なお、工程は上記図５４で説明した工程と同様であるので、同図を引用して（符号は同じものを用いる）説明する。
同図（ａ）に示すように、電極基板となるシリコン基板２に熱酸化により酸化膜１２を０．５から１．０μｍの厚さで形成し、更に、個別電極１５となる多結晶ポリシリコン膜８１を約０．３μｍの厚みで成膜する。そして、同図（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜８１をエッチングして電極１５及びダミー電極３５の形状に形成する。
【０１８２】
その後、同図（ｃ）に示すように、ギャップスペーサー膜となるＢＰＳＧ膜１８ｂを成膜し、成膜後９００℃〜１０５０℃の窒素雰囲気中でＢＰＳＧ膜１８ｂのアニール処理を行う。この場合のＢＰＳＧ膜１８ｂの膜厚は、駆動エアギャップ分と電極保護膜の１／２分を合わせた厚さに設定する。例えば駆動エアギャップ（ギャップ長）を０．２μｍ、保護絶縁膜４７の厚さを０．２μｍとした場合では、ＢＰＳＧ膜１８ｂの厚さは約０．３μｍとする。
【０１８３】
次いで、同図（ｄ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１８ｂに写真製版によって個別電極１５に対応する部分にパターン形成し、そして、ウェットエッチング或いはドライエッチングにより、個別電極１５をエッチングストップ層としてＢＰＳＧ膜１８ｂのエッチングを行ってギャップ１６となる開口部４４を形成する。
【０１８４】
その後、電極１５を形成しているポリシリコンを熱酸化することによって形成されるシリコン酸化膜を電極保護膜４７とすることができる。電極材料としての窒化チタン電極と比較して異なる点は、電極保護膜形成時のポリシリコンの熱酸化温度が８５０℃から９５０℃の高温域での酸化が必要となることである。
【０１８５】
このように、電極材料に多結晶シリコンを用いて、この多結晶シリコン上にシリコン酸化膜を形成することにより、多結晶シリコンの導電性を発揮させるドーパント（燐、硼素）によって増速酸化させることが可能になって比較的厚い酸化膜を形成することができるようになり、堆積膜よりも信頼性が向上する。また、多結晶シリコン自体を酸化してシリコン酸化膜を形成することによりギャップ精度を一層高くすることができる。
【０１８６】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第７実施形態について図５５及び図５６を参照して説明する。この第７実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第２１実施形態の電極基板の製造工程を説明するものである。
【０１８７】
まず、同図（ａ）に示すように、電極基板２として半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型の単結晶シリコンで、面方位が（１００）である基板を用いて、このシリコン基板にウェット或いはドライの熱酸化法によって保護膜となるシリコン酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。ここでは、安価に市場に出ているｐ型の単結晶シリコン基板を用いたが、ｎ型の基板であっても良い。また、グレードとしては、モニタウェハグレードでも問題ない。
【０１８８】
続いて、シリコン熱酸化膜１２が形成されたウェハ上に電極材料となるポリシリコン膜を約３００ｎｍの厚さに堆積し、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて所望の形状の電極１５及びダミー電極３５を形成する。このとき、広い接合エリアとなる部分にダミー電極３５を設置するようなパターンとする。
【０１８９】
なお、ここでは、電極材料としてポリシリコン膜を用いたが、窒化チタンのような導電性のセラミックス、不純物がドーピングされた多結晶シリコン、タングステンのような高融点金属を利用しても良いことは前述したとおりである。
【０１９０】
次に、同図（ｂ）に示すように、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めて厚さ３５０ｎｍのＳＯＧ膜６２を堆積させる。 ＳＯＧ膜はスピンコート法のため平坦化に適しており、ここでは直接接合などの後工程での熱処理温度に耐えうる無機のＳＯＧ膜を用いている。その後、９００℃−６０分の熱処理によりＳＯＧ膜６２中の水分を排出する。なお、１回のスピンコートで所望の厚さが堆積できない場合は、スピンコートとベークを繰り返し行っても良いし、加えてＢＰＳＧ膜などのリフロー膜を堆積してもよい。
【０１９１】
次いで、同図（ｃ１）に示すように、ＣＭＰ研磨を行うことにより電極基板２を平坦化する。スラリー液はＳＳ２５（キャボット社製：商品名）を超純水と１：１に希釈したもの、研磨パッドは硬いポリウレタンの発泡体／ポリエステル繊維不織布の積層構造を用いた。また、研磨条件は、テーブル速度／キャリア速度＝４０rpm／２９rpm、研磨加圧＝２５０ｇ／cm2で行った。
【０１９２】
このとき、研磨はＳＯＧ膜６２の研磨から進むことになるが、ポリシリコン膜の研磨レートがＳＯＧ膜６２に対して非常に低いため、ポリシリコン膜からなる個別電極１５及びダミー電極３５は研磨の停止膜として利用できる。つまり、ポリシリコン膜が露出すると、キャリアのトルクが急激に上昇することにより研磨の終点が検知でき、高精度に研磨量の制御が可能となる。ＣＭＰ研磨後、基板２は平坦化された。
【０１９３】
ここで、ダミー電極３５が形成されていない場合、同図（ｃ２）に示すように、個別電極１５のパターンが疎の部分７７でＳＯＧ膜６２が薄くなり、後の直接接合で、接合不良が発生しやすくなる。ダミー電極パターンを設けることにより、これを防止して膜厚の均一化を図れる。
【０１９４】
その後、同図（ｄ）に示すように、平坦化された電極基板２にＮＳＧ膜６３をＣＶＤ法により１５０ｎｍ堆積し、更にガス種を変更（燐濃度４．５％、硼素濃度４．０％)し、シリコン酸化膜としてＢＰＳＧ膜１８ｂを約２００ｎｍの厚さに堆積させる。そして、図５６にも示すように、レジストパターンの厚さに傾斜を付け、そのレジスト越しにドライエッチングを行う方法で、ＢＰＳＧ膜１８ｂにギャップ形状が非平行状態である凹部６４を形成する。
【０１９５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第８実施形態について図５７及び図５８を参照して説明する。この第８実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第２０実施形態の電極基板の製造工程を説明するものである。
【０１９６】
上述した第７実施形態と同様に、まず、同図（ａ）に示すように、電極基板２として半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型の単結晶シリコンで、面方位が（１００）である基板を用いて、このシリコン基板にウェット或いはドライの熱酸化法によって保護膜となるシリコン酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１９７】
続いて、シリコン熱酸化膜１２が形成されたウェハ上に電極材料となる窒化チタン膜を約３００ｎｍの厚さに堆積し、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて所望の形状の電極１５及びダミー電極３５を形成する。このとき、広い接合エリアとなる部分にダミー電極３５を設置するようなパターンとする。
【０１９８】
次に、同図（ｂ）に示すように、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めて厚さ３５０ｎｍのＳＯＧ膜５２を堆積させる。 その後、９００℃−６０分の熱処理によりＳＯＧ膜５２中の水分を排出する。なお、１回のスピンコートで所望の厚さが堆積できない場合は、スピンコートとベークを繰り返し行っても良いし、加えてＢＰＳＧ膜などのリフロー膜を堆積してもよい。
【０１９９】
次いで、同図（ｃ）に示すように、ＣＭＰ研磨を行うことにより電極基板２を平坦化する。このとき、研磨はＳＯＧ膜５２の研磨から進むことになるが、窒化チタン膜の研磨レートがＳＯＧ膜５２に対して非常に低いため、窒化チタン膜からなる個別電極１５及びダミー電極３５は研磨の停止膜として利用できる。
【０２００】
その後、同図（ｄ）に示すように、平坦化された電極基板２にＮＳＧ膜５３をＣＶＤ法により１５０ｎｍ堆積し、更にガス種を変更（燐濃度４．５％、硼素濃度４．０％)し、シリコン酸化膜としてＢＰＳＧ膜１８ｂを約２００ｎｍの厚さに堆積させる。
【０２０１】
次に、エッチング後のレジストを除去した後熱酸化処理を行い、個別電極１５である窒化チタン膜を熱酸化することにより、電極１５表面にチタン酸化膜５７を形成し電極保護膜とする。窒化チタンの熱酸化は５００℃から６００℃の酸素雰囲気中で行う。
【０２０２】
次に、本発明に係る液滴を吐出する装置を含む、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置について図５９及び図６０を参照して簡単に説明する。なお、図５９は同記録装置の機構部の概略斜視説明図、図６０は同機構部の側面説明図である。
【０２０３】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を適用したインクジェットヘッドであるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【０２０４】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向に摺動自在に保持している。
【０２０５】
このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明を適用したインクジェットヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４をノズル列方向を副走査方向（主走査方向と直交する方向）にして、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【０２０６】
記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０２０７】
また、キャリッジ１２３の上側にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１２５を交換可能に装着している。インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１２４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１２４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１２５から前記インク取り入れ口９を介してインクをヘッド１２４内に供給する。
【０２０８】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１３３に固定しており、主走査モータ１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０２０９】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０２１０】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【０２１１】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。
【０２１２】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０２１３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル４）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０２１４】
なお、上記各実施形態においては、本発明を適用した液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、各実施形態で説明した静電アクチュエータは、マイクロモータ、マイクロポンプ、マイクロリレーなどのマイクロアクチュエータ部などにも適用することができる。
【０２１５】
また、上記実施形態においては、主として本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、前述したように振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシュータ方式の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、振動板と液室とを同一基板から形成したが、振動板と液室形成基板とを別体にして接合することもできる。
【０２１６】
さらに、上記各実施形態においては、リフロー膜となる燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化膜を成膜する構成で説明したが、接合面（スペーサ部）を形成するシリコン酸化膜にホウ素や燐をイオン注入することで、シリコン酸化膜の接合面のみリフロー膜化して形成することなどもできる。
【０２１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板との間の間隔を規定するスペーサ部を第２基板に設け、スペーサ部は、少なくとも第１基板との接合面にシリコン酸化膜を有し、このシリコン酸化膜は、燐及び硼素を含まないシリコン酸化膜上に、燐を含むシリコン酸化膜、及び、硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜を順次積層して形成され、１０００℃以下の温度で軟化性を示す硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜で、第１の基板と接合される構成としたので、高品質の接合が可能になり、低コスト化及び信頼性の向上を図れる。
【０２１９】
ここで、燐を含むシリコン酸化膜が硼素も含有する構成とすることでも高品質の接合が可能になる。また、振動板と電極の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しないことで、対向側表面に熱酸化膜よりも若干品質の劣る堆積膜がないので、電気的信頼性が向上する。
【０２２２】
また、スペーサ部と第１の基板の接合面にはダミー溝が形成されている構成とすることで、接合信頼性が向上する。この場合、シリコン酸化膜は、電極間の隔壁幅と略同じ幅にパターニングされていることで、低温で高い信頼性の接合を行うことができる。
【０２２９】
また、振動板と電極との間に形成される振動室が密閉された空間であり、この空間が略真空状態である構成とすることで、振動特性の向上を図れる。
【０２３４】
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したので、信頼性の高い装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図５】本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図６】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図７】本発明の液滴吐出ヘッドの第３実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図８】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図９】本発明の液滴吐出ヘッドの第４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１０】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図１１】本発明の液滴吐出ヘッドの第５実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図１２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図１３】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１４】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図１５】本発明の液滴吐出ヘッドの第６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１６】本発明の液滴吐出ヘッドの第７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１７】本発明の液滴吐出ヘッドの第８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１８】本発明の液滴吐出ヘッドの第９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１９】本発明の液滴吐出ヘッドの第１０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２０】本発明の液滴吐出ヘッドの第１１実施形態に係るインクジェットヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図２１】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２２】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図２３】本発明の液滴吐出ヘッドの第１２実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２４】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図２５】本発明の液滴吐出ヘッドの第１３実施形態に係るインクジェットヘッドのダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図
【図２６】図２５のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図
【図２７】図２５のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図
【図２８】図２５のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図
【図２９】本発明の液滴吐出ヘッドの第１４実施形態に係るインクジェットヘッドのダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図
【図３０】本発明の液滴吐出ヘッドの第１５実施形態に係るインクジェットヘッドのダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図
【図３１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３２】本発明の液滴吐出ヘッドの第１７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３３】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図３４】本発明の液滴吐出ヘッドの第１８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３５】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図３６】本発明の液滴吐出ヘッドの第１９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３７】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図３８】本発明の液滴吐出ヘッドの第２０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３９】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図４０】本発明の液滴吐出ヘッドの第２１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図４１】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図４２】本発明の製造方法の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図４３】図４２に続く工程を説明する断面説明図
【図４４】図４４に続く工程を説明する断面説明図
【図４５】本発明の製造方法の第２実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図４６】図４５に続く工程を説明する断面説明図
【図４７】図４６に続く工程を説明する断面説明図
【図４８】本発明の製造方法の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図４９】本発明の製造方法の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図５０】本発明の製造方法の第５実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図５１】流路基板の製造方法の他の例を説明する断面説明図
【図５２】流路基板の製造方法の更に他の例を説明する断面説明図
【図５３】電極基板の製造方法の他の例を説明する断面説明図
【図５４】本発明の製造方法の第６実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図５５】本発明の製造方法の第７実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する振動板長手方向の断面説明図
【図５６】同じく振動板短手方向の断面説明図
【図５７】本発明の製造方法の第８実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する振動板長手方向の断面説明図
【図５８】同じく振動板短手方向の断面説明図
【図５９】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明図
【図６０】同記録装置の機構部の説明図
【符号の説明】
１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板、１２…酸化膜、１４…凹部、１５…電極、１６…ギャップ、１８…燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜。
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、画像形成装置及び液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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（画像形成装置を含む。）に用いられるインクジェット記録装置における液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとして、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室（インク流路、インク室、液室、圧力室、加圧室、加圧液室などとも称される。）と、吐出室の壁面を形成する第一電極を兼ねる振動板と、これに対向する電極（第二電極）とを備え、振動板を静電力で変形変位させてノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
従来の静電型インクジェットヘッドとしては、例えば特開平６−７１８８２号公報や特開平５−５０６０１号公報に開示されているように、吐出室及び振動板を形成する第１基板と電極を設ける第２基板との陽極接合面のいずれか一方又は両方の面に振動室用の凹部或いは電極形成用の凹部若しくはシリコン酸化膜を形成することにより、振動板と電極との間のギャップ長を所定の長さに規定するようにしたものがある。
【０００４】
また、特開平６−２３９８６号公報に開示されているように、ノズル及び圧力室となるべきキャビティが形成された第一のシリコン基板と振動板となる第二のシリコン基板とを構成部材とし、高濃度Ｐ型シリコン層を形成した第二のシリコン基板と第一のシリコン基板とをシリコン−シリコンの直接接合法により接合し、接合後の第二のシリコン基板をアルカリ異方性エッチングしてＰ型シリコン層を残留させて振動板を形成したものがある。
【０００５】
さらに、特開平９−２６７４７９号公報に開示されているように、片側に高濃度ｐ型シリコン層を形成した第一のシリコン基板の高濃度ｐ型シリコン層と、ノズルが形成された第二のシリコン基板を向かい合わせて、常温からの昇温速度を摂氏５度／分以下とした直接接合により貼り合わせて振動板を形成したものもある。
【０００６】
また、静電型インクジェットヘッドの製造方法としては、例えば特開平９−２８６１０１号公報に開示されているように、ノズルを形成したシリコンウエハの貼り合わせ面に、シリコン酸化とＮa2Ｏ及び水からなる珪酸ナトリウム水溶液を希釈したものをスピンコートを用いてコートすることで珪酸ナトリウム層を形成し、形成後直ちにシリコンウエハと振動板を形成したシリコンウエハを貼り合わせ、貼り合わせ面の反対側より荷重をかけ、８０℃以上２００℃以下の大気中で加熱を行うことにより、接合ウエハを得る方法が知られている。
【０００７】
さらに、特開平１０−２８６９５４号公報に開示されているように、第一シリコン基板と第二シリコン基板を洗浄・乾燥後、第一シリコン基板の貼り合わせ面側に、スピンコートでポリシラザン層を形成し、形成後、直ちに第一シリコン基板と第二シリコン基板を貼り合わせ、貼り合わせ面の反対側より荷重をかけ、４５０℃の大気中で１時間加熱を行い接合ウエハを得る方法が知られている。その他、特開平９−２８６１０１号公報に記載されているように第１基板と第２基板とを陽極接合するもの、特開平６−８４４９号公報に記載されているように第１基板と第２基板とを直接接合するものなどが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１基板と第２基板の接合に水ガラス（珪酸ナトリウム溶液）を用いたものにあっては、この材料は低温で良好な接合性を示すが、水分の含有量が多いため膜中からの出ガス（水蒸気など）の影響が避けられない。また、上記第１基板と第２基板の接合にポリシラザンを利用したものにあっては、信頼性に優れるが、やはり出ガスの問題を内在している。
【０００９】
さらに、上記陽極接合を利用するものあっては、４００℃程度の温度下で、１００〜２０００Ｖという高電圧を印加することによる振動板へのストレス蓄積などの問題を有している。
【００１０】
そこで、上述したウェハ同士を直接的に接合する方式（直接接合）が使われている。ところが、静電気力駆動においては、電極間短絡防止、接触面の保護や、駆動信頼性を高めるために、個別電極及び／又は振動板に信頼性の高い絶縁膜を形成しなくてはいけない。このため、通常、シリコン酸化膜等の酸化膜を用いた絶縁膜が利用されている。
【００１１】
ところが、直接接合を用いた接合では、その接合面によって信頼性のある接合を得るために必要な温度が大きく異なる。例えば、もっとも低温で接合可能なのは、シリコンとシリコンの接合である。続いて、シリコン酸化膜とシリコンの接合が続き、これらの接合は８００℃〜１１００℃程度の接合温度で使用可能である。これに対して、シリコン酸化膜とシリコン酸化膜の接合においては、きわめて安定な界面同士の接合となるため、確実な接合を得るためには１２００℃以上での接合が必要になる。このような高い温度では、特殊な炉が必要になったり、ヘッドを構成する材料が限られたりするため、現実的な接合技術とはならない。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで信頼性の高い液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置及び液滴を吐出する装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室と、吐出室の壁面を形成し、シリコン基板に硼素を拡散して形成された振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、振動板を静電力で変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板との間の間隔を規定するスペーサ部を第２基板に設け、スペーサ部は、少なくとも第１基板との接合面にシリコン酸化膜を有し、シリコン酸化膜は、燐及び硼素を含まないシリコン酸化膜上に、燐を含むシリコン酸化膜、及び、硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜を順次積層して形成され、１０００℃以下の温度で軟化性を示す硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜で、第１の基板と接合される構成としたものである。
【００１５】
ここで、燐を含むシリコン酸化膜が硼素も含有する構成とできる。また、振動板と電極の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しないことが好ましい。
【００１８】
また、スペーサ部と第１の基板の接合面にはダミー溝が形成されている構成とできる。この場合、シリコン酸化膜は、電極間の隔壁幅と略同じ幅にパターニングされていることが好ましい。
【００２５】
また、振動板と電極との間に形成される振動室が密閉された空間であり、この空間が略真空状態である構成とできる。
【００３０】
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
【００３１】
【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。先ず、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００３２】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板を用いた第１基板である流路基板１と、この流路基板１の下側に設けた単結晶シリコン基板を用いた第２基板である電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第３基板であるノズル板３とを積層した構造を有し、インク滴を吐出する複数のノズル４、各ノズル４が連通するインク流路である吐出室６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００３３】
流路基板１にはノズル４が連通する複数の吐出室６及びこの吐出室６の壁面である底部をなす振動板１０（電極を兼ねている）を形成する凹部を形成している。この振動板１０の面外方向（電極基板２側）表面には電極間の短絡を防止するためのシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１を形成している。
【００３４】
ここで、流路基板１は、例えば（１１０）面方位の単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さに高濃度Ｐ型不純物（例えば硼素）を注入してエッチングストップ層となる高濃度硼素拡散層を形成し、電極基板２と接合した後、吐出室６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのアルカリエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度硼素拡散層がエッチングストップ層となって（エッチレートが極端に小さくなって）振動板１０が高精度に形成される。高濃度Ｐ型不純物としては、硼素（ボロン）の他、ガリウム、アルミニウムなどもあるが、半導体分野では硼素が一般的である。
【００３５】
また、流路基板１としては、ベース基板と活性層基板とを酸化膜を介して接合したＳＯＩ（Ｓilicon Ｏn Ｉnsulator）基板を用いることも可能である。現在、高性能な半導体デバイス製造を目的として、１〜３μｍほどのシリコン活性層（インクジェットヘッドではこの活性層を振動板１０に用いる。）を持つウェハを容易に入手でき、コストの低減を図れる。
【００３６】
また、電極基板２には、単結晶シリコン基板を用いて、熱酸化法などで酸化膜１２を形成し、この酸化膜１２に電極形成用の溝となるとともに流路基板１と電極基板２との間のギャップスペーサ部１３を形成する凹部（電極形成用溝）１４を形成して、この凹部１４底面に振動板１０に対向する電極１５を設け、振動板１０と電極１５との間に所定の（例えば０．２μｍ程度の）ギャップ１６を形成し、これらの振動板１０と電極１５とによって静電型マイクロアクチュエータを構成している。
【００３７】
電極基板２の電極１５としては、金、或いは、通常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、不純物をドープした多結晶シリコン膜などを用いることができる。また、電極１５は外部に延設して電極パッド部１５ａとし、この電極パッド部１５ａにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ２２をワイヤボンドなどによって搭載したＦＰＣケーブルを異方性導電膜などを介して接続する。
【００３８】
さらに、電極基板２には共通液室８へインクを供給するためのインク取り入れ口９を形成している。このインク取入れ口９にインク供給管を接着して接続することにより、共通液室８、吐出室６等には、図示しないインクタンクからインク取入れ口９を通して供給されたインクが充填されることが可能となる。なお、使用するインクは、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッドにヒーター等を付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３９】
ノズル板３には、多数のノズル４を形成するとともに、共通液室８と吐出室６を連通するための流体抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここでは、インク吐出面（ノズル表面側）には撥水性皮膜を成膜している。このノズル板３にはガラス基板、プラスチック板、ステンレス等の金属板、シリコン基板、エレクトロフォーミング（電鋳）工法によるニッケルメッキ膜、ポリイミド等の樹脂にエキシマレーザー加工をしたもの、金属と樹脂とを積層したもの等を用いることができる。
【００４０】
ここで、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側には、酸化膜１２上に１０００℃以下の温度で軟化性を示す組成を持つシリコン酸化膜１８を形成している。このシリコン酸化膜１８として、ここでは、硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜：Boro-Silicate Glass）を用いている。このシリコン酸化膜１８は、電極１５表面に形成するシリコン酸化膜である電極保護膜（絶縁膜）１７を一体に形成している。
【００４１】
なお、シリコン酸化膜１８としては、硼素を含まず、燐素を含むシリコン酸化膜（ＰＳＧ膜：Phospho-Silicate Glass）、或いは、燐及び硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜：BoroPhospho-Silicate Glass）を用いることもできる。また、流路基板１と電極基板２との間の接合層となるシリコン酸化膜１８は流路基板１の振動板１０の表面側（この例では絶縁膜１１表面側）に形成することもできる。
【００４２】
このように、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の少なくとも接合面側に１０００℃以下で軟化性を示す組成を持つシリコン酸化膜１８を設けることにより、シリコン酸化膜１８を成膜後、熱処理によりリフローさせることで、良好な直接接合が可能な表面性が得られる。具体的には、成膜直後にはＡＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さＲａ値が１〜３ｎｍ程度であったものが０．１〜０．２ｎｍとなり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られた。
【００４３】
これにより、低温（１０００℃）以下でシリコン基板同士を接合することが可能になるとともに、基板同士の密着性が向上する。さらに、第１基板及び第２基板にシリコン基板を用いた場合には、シリコン基板同士をシリコン酸化膜で接合することで、基板同士の熱膨張差を最小にすることができて、熱履歴による歪みの発生を抑えることができる。さらに、ヘッドを貫通する形でインク供給口（インク取り入れ口）を形成した場合にも、接合面へのインクによる腐食、染み込みを防止することができる。
【００４４】
また、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の少なくとも接合面側にシリコン酸化膜１８として燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜、例えばＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、或いはＢＰＳＧ膜などを用いることで、容易に１０００℃以下で軟化性を示す組成を持つシリコン酸化膜を形成することができ、シリコン酸化膜１８を成膜後、熱処理によりリフローさせることで、良好な直接接合が可能な表面性が得られる。
【００４５】
ここで、シリコン酸化膜中に第３の元素が入ると、シリコンと酸素の結合にとって変わる共有性の結合を持つものと、シリコンと酸素の結合中に電気的に修飾する形で進入存在するイオン結合性の元素がある。インクジェットヘッドに使用するシリコン酸化膜では、そのインクが高いアルカリ性を示すものが多く、イオン結合性の元素では、インクに対して溶出したり、接合に用いた場合は剥離したりする。また、共有結合性の元素を用いた場合でも、酸化物の電気陰性度が２．０以下である場合には、イオン結合性の元素と同様に、インクに対して溶出したり、接合に用いた場合は剥離したりするおそれがある。
【００４６】
したがって、インクジェットヘッドのスペーサ部或いは接合層として用いるシリコン酸化膜１８に含める元素としては、共有結合性の元素で、酸化物の電気陰性度が２．０以下であることが好ましい。具体的は、硼素、硫黄、燐、砒素、アンチモン、ゲルマニウム、鈴、チタン、ジルコニウム、ベリリウム、アルミニウムなどを挙げることができる。これらの元素を用いることで、インクへの溶出や接合部分の剥離を抑えることができ、一層信頼性が向上する。
【００４７】
すなわち、電気陰性度は、シリコン酸化膜（ガラス）の共有結合性を示す尺度となり、酸素原子の電気陰性度χ0から、金属原子の電気陰性度χmを引いた値（χ0−χm）≦２であると、その金属酸化物はシリコン酸化膜（ガラス）の骨格をなすような構造となる。逆に、（χ0−χm）＞２であると、その金属はシリコン酸化膜のシリコンと酸素で形成されるような骨格の隙間を浮遊するような形（網目修飾酸化物）になる。このような網目修飾酸化物は、シリコン酸化膜中で比較的自由に動くことができるので、インクのようなアルカリ性の高い溶液などが触れると、インク中に溶出してしまう。その際、シリコンと酸素の結合を切るような挙動があると、シリコン酸化膜はインクに溶けることになる。したがって、シリコン酸化膜としては、特にアルカリ性のインクを用いるインクジェットヘッドの場合、電気陰性度が２以下であること、金属元素は共有結合性を有していることが好ましい。
【００４８】
このインクジェットヘッドではノズル４を二列配置し、この各ノズル４に対応して吐出室６、振動板１０、電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室８を配置して、左右の吐出室６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００４９】
そして、電極１５の電極パッド部１５ａ側のギャップ１６開口は、エポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤２１にて気密封止している。これにより、ギャップ１６内に湿気や異物が侵入して振動板１０が変位しなくなったり、空気の流通による振動板１０の変位特性の変化を防止している。
【００５０】
このとき、振動板１０と電極１５との間に形成されるギャップ１６（振動板１０が変形する室としての振動室）を略真空状態にしておくことで、振動板変形時の振動室内の気体の圧縮などの余分なエネルギーが必要でなくなるため、低電圧駆動化を図れる。
【００５１】
このように構成したインクジェットヘッドの動作を簡単に説明すると、振動板１０を共通電極とし、電極１５を個別電極として、振動板１０と電極１５との間に駆動波形を印加することにより、振動板１０と電極１５との間に静電力（静電吸引力）が発生して、振動板１０が電極１５側に変形変位する。これにより、吐出室６の内容積が拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共通液室８から吐出室６にインクが充填される。
【００５２】
次いで、電極１５への電圧印加を断つと、静電力が作用しなくなり、振動板１０はそれ自身のもつ弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室６の内圧が上昇し、ノズル５からインク滴が吐出される。再び電極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板１０は電極１５側に引き込まれる。したがって、振動板１０と電極１５との間に記録画像に応じて駆動電圧を印加することで記録画像に応じてインク滴を吐出させることができる。
【００５３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２実施形態について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図６は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００５４】
このインクジェットヘッドは、スペーサ部１３の熱酸化膜１２上に不純物（燐及び硼素）を含まないシリコン酸化膜２８を形成し、このシリコン酸化膜２８上に１０００℃以下の温度で軟化性を示す組成を持つ燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を積層した２層構造としたものである。
【００５５】
ここで、不純物を含まないシリコン酸化膜２８としては燐及び硼素などを含まないＮＳＧ膜（Ｎon-doped Ｓilicate Ｇlass）、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８としてはＢＳＧ膜を用いているが、これに限られるものではない。例えば、不純物を含まないシリコン酸化膜２８としては、ＮＳＧ膜に代えて、熱酸化膜、塗布型のＳＯＧ膜（Ｓpin Ｏn Ｇlass）を用いることもできる。また、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８としては、ＢＳＧ膜に代えて、前述したＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜などを用いることもできる。
【００５６】
このように硼素及び／又は燐を含むシリコン酸化膜１８の下地層として、遮蔽層となる不純物を含まないシリコン酸化膜２８を設けることによって、硼素や燐が電極基板２や電極１５に拡散して、品質が劣化することを防止できる。
【００５７】
例えば、電極１５の材料としてドープドポリシリコンを用いた場合などは、電極１５とリフロー膜（硼素及び／又は燐を含むシリコン酸化膜、例えばＢＳＧ膜）１８との間に不純物を含まないシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）２８を介在させた構造とすることで、後工程での熱処理時にリフロー膜となるシリコン酸化膜１８に含まれる硼素や燐などの不純物が電極１５に再分布することが防止されて、個別電極１５の抵抗値などの電気特性の変動を抑制することができる。
【００５８】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第３実施形態について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図８は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００５９】
このインクジェットヘッドは、スペーサ部１３の熱酸化膜１２上に不純物（燐及び硼素）を含まないシリコン酸化膜（熱酸化膜、ＮＳＧ膜又はＳＯＧ膜など）２８を形成し、このシリコン酸化膜２８上に燐及び硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）１８ｂを形成し、さらにこのシリコン酸化膜１８ａ上に硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８ａを形成した多層構成としている。なお、ＢＰＳＧ膜１８ｂに代えて、燐を含むシリコン酸化膜（ＰＳＧ膜）とすることもできる。
【００６０】
このような膜構造とすることで、上記ＮＳＧ膜などの不純物を含まないシリコン酸化膜２８による不純物の拡散防止を行うことができるとともに、ＢＳＧ膜１８ａよりも流動性の高いＢＰＳＧ膜（あるいはＰＳＧ膜）１８ｂなどによる埋め込み効果の向上（例えばプロセス中についてしまう微細な表面傷はＢＰＳＧ膜１８ｂがリフローするときに埋められる）を図れ、インクなどの液体を通した場合のリークなどの発生を防止できる。なお、深い傷や幅の広い傷などは埋めきれないので、そのような傷が付かないような工程設計を行う必要はある。また、接合強度も前述のように十分な強度が得られる。
【００６１】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第４実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図１０は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００６２】
このインクジェットヘッドは、上記第１実施形態のインクジェットヘッドにおいて、ノズル板３をシリコン基板から形成し、このノズル板３の流路基板１との接合面に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜２９を形成して、ノズル板３と流路基板１とを燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜２９を介して接合したものである。
【００６３】
このシリコン酸化膜２９としては、ＣＶＤ等の方法で形成したＢＳＧ膜を用いているが、前述したように、ＢＳＧ膜に代えて、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＮＳＧ膜とＢＳＧ膜の２層構造膜、ＮＳＧ膜とＢＰＳＧ膜の２層構造膜、又は、ＮＳＧ膜とＢＰＳＧ膜及びＰＳＧとの３層構造膜などを用いることもできる。
【００６４】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第５実施形態について図１１乃至図１４を参照して説明する。なお、図１１は同ヘッドの分解斜視説明図、図１２は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図、図１３は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図１４は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００６５】
このインクジェットヘッドは、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に１０００℃以下で軟化性を示すシリコン酸化膜でもある燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を有し、このシリコン酸化膜１８を形成する下地部材である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー溝３１、３２を形成している。
【００６６】
このようなダミー溝３１、３２を設けることで、特に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８の膜厚のバラツキを低減してより確実に高い信頼性で流路基板１と電極基板２とを接合することができる。すなわち、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８のリフロー後の形状が、下地形状の影響を僅かに受け、接合面積が広い部分では、接合面積が狭い部分に比べて、僅かに膜厚が薄くなる。この膜厚差は１ｎｍ以下のレベルであるが、シリコン酸化膜を用いた接合では、接合不良となる可能性がある。そこで、このダミー溝３１、３２を設けることで、シリコン酸化膜を形成する下地部材の面積の均一化（接合面積の均一化）を図ることができ、シリコン酸化膜の膜厚ばらつきを低減することができる。
【００６７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第６実施形態について図１５を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
【００６８】
このインクジェットヘッドは、第２実施形態と第５実施形態とを組み合せたものであり、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に形成したシリコン酸化膜を、不純物を含まないシリコン酸化膜２８と燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８との２層構成とし、更にこれらのシリコン酸化膜２８、１８を形成する下地部材である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー溝３１、３２（３２のみ図示）を形成している。
【００６９】
このように硼素及び／又は燐を含むシリコン酸化膜の下に、遮蔽層となる不純物を含まないシリコン酸化膜を設けることによって、硼素及び／又は燐の電極や基板への拡散、品質劣化を防ぐことができるとともに、ダミー溝を設けることで、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜の膜厚のバラツキを低減してより確実に高い信頼性で流路基板と電極基板とを接合することができる。
【００７０】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第７実施形態について図１６を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
【００７１】
このインクジェットヘッドは、上記第３実施形態と第５実施形態とを組み合せたものであり、ノズル板３を燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜２９を介して流路基板１に接合し、更に流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を有し、このシリコン酸化膜１８を形成する下地部材である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー溝３１、３２（３２のみ図示）を形成している。
【００７２】
これによりノズル板の接合が容易になるとともに、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜の膜厚バラツキが低減して信頼性の高い接合を行うことができる。
【００７３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第８実施形態について図１７を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成し、更にシリコン酸化膜１８上に電極１５を形成することで、スペーサ部１３のみに燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成している。
【００７４】
したがって、電極１５表面には燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８がなく、また、振動板１０の電極側対向表面には熱酸化膜などの燐及び／又は硼素を含まない絶縁膜１１を形成しているので、振動板１０と電極１５の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しない。これにより、電気的な信頼性が向上する。
【００７５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第９実施形態について図１８を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２上に不純物を含まないシリコン酸化膜２８、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を順次積層形成し、更にシリコン酸化膜１８上に電極１５を形成することで、スペーサ部１３のみに、不純物を含まないシリコン酸化膜２８と燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８との積層膜を形成している。
【００７６】
したがって、電極１５表面には燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８がなく、また、振動板１０の電極側対向表面には熱酸化膜などの燐及び／又は硼素を含まない絶縁膜１１を形成しているので、振動板１０と電極１５の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しない。これにより、電気的な信頼性が向上する。
【００７７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１０実施形態について図１９を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、スペーサ部１３のみに燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成し、酸化膜１２上に直接電極１５を形成し、この電極１５上には別途保護膜３７を形成している。このヘッドは電極基板２の酸化膜１２上にシリコン酸化膜１８を形成した後に凹部１４を形成したものであり、シリコン酸化膜１８は電極間の隔壁幅と略同じにパターニングされる。
【００７８】
したがって、このヘッドにおいては、電極１５表面には燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８がなく、また、振動板１０の電極側対向表面には熱酸化膜などの燐及び／又は硼素を含まない絶縁膜１１を形成しているので、振動板１０と電極１５の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しないので、電気的な信頼性が向上する。それとともに、シリコン酸化膜１８を凹部１４を形成する前の平坦な酸化膜１２上に形成することができるので、シリコン酸化膜１８の膜厚バラツキが低減する。
【００７９】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１１実施形態について図２０乃至図２２を参照して説明する。なお、図２０は同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図、図２１は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２２は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００８０】
このインクジェットヘッドは、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に１０００℃以下で軟化性を示すシリコン酸化膜でもある燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を有し、このシリコン酸化膜１８を形成する下地部材（下地層）である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー電極３５を形成している。このダミー電極３５は、幅が略均一になるように形成するとともに、電極１５とは電気的に分離させている。
【００８１】
このようなダミー電極３５を設けることで、燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８の膜厚のバラツキを低減してより確実に高い信頼性で流路基板１と電極基板２とを接合することができる。すなわち、前述したように、シリコン酸化膜１８のリフロー後の形状が、下地形状の影響を僅かに受け、接合面積が広い部分では、接合面積が狭い部分に比べて、僅かに膜厚が薄くなる。そこで、このダミー電極３５を設けることで、接合面積の均一化を図ることができ、膜厚ばらつきを低減することができる。
【００８２】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１２実施形態について図２３及び図２４を参照して説明する。なお、図２３は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２４は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図である。
【００８３】
このインクジェットヘッドは、上記第２実施形態と第１１実施形態とを組み合せたものであり、流路基板１と電極基板２との間のスペーサ部１３の接合面側に不純物を含まないシリコン酸化膜２８と燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８との積層膜を形成し、これらのシリコン酸化膜２８、１８を形成する下地部材（下地層）である酸化膜１２にはスペーサ部１３のうちの接合面積が広い部分（電極形成用溝：凹部１４が疎な部分）にダミー電極３５を形成している。このダミー電極３５は、幅が略均一になるように形成するとともに、電極１５とは電気的に分離させている。
【００８４】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１３実施形態について図２５乃至図２８を参照して説明する。なお、図２５はダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図、図２６は図２５のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図２７は図２５のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、図２８は図２５のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
【００８５】
この例は、ダミー電極として複数に分割したダミー電極３６を飛び石状に配置したものである。このように、複数のダミー電極３６を設けることにより、個別電極１５とドライバ回路を接続する際に、ダミー電極３６を介して短絡してしまう可能性を防止することができる。
【００８６】
このとき、ダミー電極３６、３６の間隔（隙間）３７を０．５μｍ以下にすることで、硼素や燐を含んだシリコン酸化膜１８を堆積させる際にその隙間３７を確実に埋めることができ、気密性を確保することができる。このダミー電極３６の形成は、シリコン基板を熱酸化した酸化膜１２上で行うため、平坦性が高く、０．５μｍ以下のリソグラフィー、パターニングも問題無く実施することができる。
【００８７】
なお、第１２実施形態のように、シリコン酸化膜１８を形成する下地層としての不純物を含まないシリコン酸化膜２８として、塗布型シリコン酸化膜（ＳＯＧ膜）を用いる場合は、埋め込み性がよくなるので、ダミー電極３６、３６の隙間３７は１μｍ程度まで広げることができる。
【００８８】
このように構成することで、振動室内部（ギャップ１６内）は外気から完全に遮断されるため、製造工程での異物のギャップ１６内への進入を防ぐことができ、さらに、振動板１０の振動によりギャップ１６内の気体が外部と行き来することで生じる抵抗によるエネルギー損失を防ぐことができる。
【００８９】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１４実施形態及び第１５実施形態について図２９及び図３０を参照して説明する。なお、両図はいずれもダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図である。
図２９の第１４実施形態はライン状のダミー電極３８を複数配置した例であり、図３０の第１５実施形態は枠状のダミー電極３９を配置した例である。これらの各実施形態によっても燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８などの膜厚ばらつきを低減することができる。
【００９０】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１６実施形態について図３１を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、上記第１３実施形態において飛び石状に配置する複数のダミー電極３６のうちの一部のダミー電極３６、３６の隙間３８を他の隙間３７よりも広く（例えば１μｍ以上）し、あえてシリコン酸化膜１８による埋め込みが不可能な個所を形成したものである。
【００９１】
これにより、流路基板１と接合した状態でシリコン酸化膜１８上には凹部３９が生じ、この凹部３９によって隣接する振動室間（ギャップ間）、あるいは、別途設ける気体溜りとの気体の流路（直通溝）を形成することができる。
【００９２】
したがって、ギャップ内の気体が外部と行き来することで生じる抵抗によるエネルギー損失を防ぐことができる。また、この凹部３９で形成される連通溝を一旦外部に開口させ、水素や、ヘリウム、乾燥空気や、窒素などのような特殊な気体を振動室内（ギャップ内）に封じこめた後、封止したりすることも可能となる。
【００９３】
この場合、各ビットが開放している場合に比べ、共通開口部から気体の封じ込めができるので、後工程での封止作業も簡単になる。また、ダミー電極３６の配置や、隙間を工夫することで、気体流体抵抗のような働きを持たせることもでき、振動特性をコントロールしやすくなる。
【００９４】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１７実施形態について図３２及び図３３を参照して説明する。なお、図３２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３３は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【００９５】
このインクジェットヘッドは、電極基板２側の全面に電極１５表面を含めて燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＳＧ膜を用いている。）を形成するとともに、流路基板１の振動板１０の電極側表面にも燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＳＧ膜を用いている。）を形成している。
【００９６】
このように振動板１０側の電極対向側表面の保護膜と電極１５の保護膜とを同じ組成の膜とすることにより、接触帯電などの電気的トラブルを防止することができる。
【００９７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１８実施形態について図３４及び図３５を参照して説明する。なお、図３４は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３５は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【００９８】
このインクジェットヘッドは、電極基板２のスペーサ部１３のみに燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＳＧ膜を用いている。）を形成し、電極１５の材料（電極材料）にはシリコンを用いて、このシリコンを熱酸化することによって電極１５表面にシリコン酸化膜４１を形成している。また、流路基板１の振動板１０の電極側表面にも熱酸化膜４２を形成している。
【００９９】
このように振動板１０側の電極対向側表面の保護膜と電極１５の保護膜とを同じ組成の膜とすることにより、接触帯電などの電気的トラブルを防止することができるとともに、電極１５上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜を形成していないので電気的信頼性が更に向上する。
【０１００】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第１９実施形態について図３６及び図３７を参照して説明する。なお、図３６は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３７は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【０１０１】
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２表面を平坦化し、この酸化膜１２上に電極１５を形成して、更に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＰＳＧ膜を用いている。）を形成し、このシリコン酸化膜１８に開口４４を形成することでギャップ１６及びスペーサ部１３を形成している。そして、電極１５の表面にはチタン窒化膜などの電極保護膜４７を設けている。
【０１０２】
このように構成した場合には、スペーサー部１３の全体が燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８で形成され、このシリコン酸化膜１８の膜厚が流路基板１の振動板１０と電極基板２の電極１５との間のギャップ長を規定することになり、高精度のギャップ形成が可能になる。また、電極保護膜４７に窒化チタン膜を用いることで、チタン酸化物は誘電率が非常に高いことから、駆動電圧の低電圧化を図れる。
【０１０３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２０実施形態について図３８及び図３９を参照して説明する。なお、図３８は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３９は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
【０１０４】
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２表面を平坦化し、この酸化膜１２上に電極１５及びダミー電極５１を形成して、更にこれらの電極１５及びダミー電極５１の間を不純物を含まないシリコン酸化膜５２（ここでは、ＳＯＧ膜を用いている。）で埋め込んで平坦化し、これらの上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＰＳＧ膜を用いている。）を形成し、このシリコン酸化膜１８に開口５４を形成することでギャップ１６及びスペーサ部１３を形成している。そして、電極１５の表面にはチタン窒化膜などの電極保護膜５７を設けている。
【０１０５】
このように構成した場合にも、スペーサー部１３の全体が燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８で形成され、このシリコン酸化膜１８の膜厚が流路基板１の振動板１０と電極基板２の電極１５との間のギャップ長を規定することになり、高精度のギャップ形成が可能になる。また、電極保護膜５７に窒化チタン膜を用いることで、チタン酸化物は誘電率が非常に高いことから、駆動電圧の低電圧化を図れる。
【０１０６】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２１実施形態について図４０及び図４１を参照して説明する。なお、図４０は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図４１は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図である。
【０１０７】
このインクジェットヘッドは、電極基板２の酸化膜１２表面を平坦化し、この酸化膜１２上にポリシリコン膜からなる電極１５及びダミー電極６１を形成して、更にこれらの電極１５及びダミー電極６１の間を不純物を含まないシリコン酸化膜６２（ここでは、ＳＯＧ膜を用いている。）で埋め込みで平坦化し、これらの上に不純物を含まないシリコン酸化膜６３（ここでは、ＮＳＧ膜を用いている。）を形成し、さらに、このシリコン酸化膜６３上に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８（ここではＢＰＳＧ膜を用いている。）を形成して、このシリコン酸化膜１８に凹部６４を形成することで振動板１０と非平行になるギャップ６６及びスペーサ部１３を形成している。
【０１０８】
この場合、電極１５をポリシリコン膜で形成しているが、このポリシリコン膜の研磨レートがＳＯＧ膜６２に比べて非常に低いために、電極１５間の間隔が広いとＳＯＧ膜６２のみが研磨されて平坦化の平面精度が得られなくなるが、ダミー電極６１を設けることによって所要の平面精度が得られるようになる。
【０１０９】
なお、前記第４実施形態で説明したようにノズル板３としてシリコン基板を用いる場合においては、流路基板１との接合について、電極基板２と流路基板１との接合で説明した上記各他の実施形態、例えばダミー溝、ダミー電極、シリコン酸化膜の組成、種類、層構成などをそのまま適用することができる。
【０１１０】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第１実施形態について図４２乃至図４４を参照して説明する。この第１実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１実施形態の製造工程を説明するものであるが、適宜他の実施形態のヘッドについても説明する。
【０１１１】
まず、電極基板２の製造方法について説明する。はじめに、図４２（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）である電極基板２となるシリコン基板に、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。ここでは、安価に市場に出ているｐ型の単結晶シリコン基板を用いたが、ｎ型の基板であっても良い。また、グレードとしては、モニタウェハグレードでも問題ない。
【０１１２】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液（例えば、ダイキン工業製：ＢＨＦ-６３Ｕ、商品名など）を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込む。
【０１１３】
このときの掘り込み量は電極材料の厚さ（電極１５の厚み）と、電極１５と振動板１０との間に必要な空間量（ギャップ長）を足した分だけ掘り込むことになる。なお、この掘り込み量は約１μｍ程度と少ないので、弗化水素溶液を用いたウェットエッチングによる掘り込みにおいても、ウェハ面内の掘り込み量のばらつきは極めて小さくできる。
【０１１４】
続いて、電極材料となる窒化チタンを反応性スパッタにより約３００ｎｍの厚さに堆積し、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて所望の電極１５の形状に加工する。ここでは、窒化チタンのような導電性のセラミックスを電極として使用したが、前述したように、不純物がドーピングされた多結晶シリコンを電極に用いることもできるし、タングステンのような高融点金属を利用しても良い。
【０１１５】
次に、同図（ｂ１）に示すように、硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８をＣＶＤなどの手法を用いて、電極１５が形成されたウェハ全面に約１００ｎｍの厚さに堆積させる。この場合のＢＳＧ膜１８ａは、電極１５の保護、酸化防止の役目も併せ持つ。ここで、ＢＳＧ膜１８ａは、硼素濃度４．０％になるように成膜した。この硼素の濃度は、半導体プロセスで一般的に使われている濃度であり、この濃度に限定されるものではない。
【０１１６】
或いは、同図（ｂ２）に示すように、電極１５が形成されたウェハ全面にＮＳＧ膜２８ａを堆積した後、このＮＳＧ膜２８ａ上にＢＳＧ膜１８を積層した２層構成などとすることもできる（この形態は、本発明を適用したインクジェットヘッドの第２実施形態として説明した。）。更に、ＮＳＧ膜２８ａ上にＢＰＳＧ膜１８ｂ及びＢＳＧ膜１８ａを順次積層した３層構成とすることもできる。
【０１１７】
ここでの重点は、シリコン酸化膜中に、燐及び／又は硼素を含有させることによって、軟化点を下げたシリコン酸化膜１８を形成することにある。この軟化点を下げるという目的を達成するだけであれば、ゲルマニウムなどの、燐、硼素以外の不純物を含有させる手法もある。ただし、電極１５となる材料（電極材料）との親和性やデバイスとしての信頼性を考えた場合、半導体プロセスで実績のある燐及び／又は硼素を用いることが本発明を達成する上でより利点が大きい。
【０１１８】
次いで、このシリコンウェハを窒素ガス雰囲気下で熱処理する。このとき温度は、９５０℃、２時間の処理を行った。この９５０℃という温度は、この次に行う直接接後の温度９００℃よりも５０℃だけ高い温度としている。もちろん、直接接合の温度がこれよりも低ければ、これよりも低い温度での熱処理で良い。ただし、ＢＳＧ膜１８ａがリフロー性を示す温度よりも低くなってはいけない。この熱処理によって、ＢＳＧ膜ａ１８中に存在する水分や水素ガスなどが放出され、接合時の出ガスによるボイドの発生を防ぐことができる。また、この処理によってＢＳＧ膜１８ａ表面がリフローを起こし、成膜直後にはＡＦＭを用いた表面評価で、Ｒａ値で１〜３ｎｍ程度あった表面の荒れが０．１〜０．２ｎｍとなり、非常に良好な直接接合性を持つようにできる。
【０１１９】
次に、流路基板１となる基板について説明する。ここでは、同図（ｃ）に示すように、流路基板１となるシリコン基板７１として、ｐ型の極性を持ち、（１１０）の面方位を持つ厚さ約５００μｍの両面研磨したシリコン基板を用いた。このようなシリコン基板を用いる目的は、シリコンのウェットエッチング速度の結晶面異方性を利用し、精度の良い加工形状を得るためのものである。
【０１２０】
このシリコン基板７１に固体拡散法により硼素を拡散し、高濃度硼素拡散層７２を形成する。例えば、シリコン基板７１と固体拡散源を向かい合わせて並べ７５０℃の炉の中にセットする。炉の中には０．２５％の酸素を混入した窒素を流しておく。炉の温度を８℃／分のレートで１１２５℃まで上昇させ、その状態で５０分保持した後、８℃／分のレートで７５０℃まで下げサンプルを取り出すことで、高濃度硼素拡散層７２が形成されたシリコン基板７１が得られる。なお、拡散方法は、この他にＢＢｒ3を用いた気相拡散法、イオン注入法、Ｂ2Ｏ3を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などを用いても良い。
【０１２１】
その後、シリコン基板７１表面に形成された酸化硼素層をフッ酸により除去する。酸化硼素層の下にシリコンと硼素の化合物層が形成されており、これを除去する場合は、さらに酸化することによってフッ酸で除去できるようになる。しかし、このように酸化してフッ酸で化合物層を除去しても硼素の拡散されたシリコン表面には荒れが生じているので、後に行う直接接合で接合できない。
【０１２２】
そこで、ＣＭＰ研磨により直接接合可能な表面性（ＡＦＭを用いた測定にてＲａ＝０．２ｎｍ以下）を得た。ＣＭＰ研磨では、最表面を１００ｎｍ以下の研磨量で、面内均一に研磨することができるので、高濃度硼素拡散層７２の変化は微量であり、また研磨量を見込んで拡散条件を決めることも容易である。また、酸化してフッ酸処理して化合物層を除去してからＣＭＰ研磨してもよいし、酸化してできた酸化膜（シリコンと硼素の化合物であり、酸化することで硼素を含んだシリコン酸化膜（ＢＳＧ）が得られる。）をＣＭＰ研磨して良好な表面性を有する酸化膜１１を形成してもよい。
【０１２３】
ここでは、ＣＭＰ研磨により良好な表面性がもたらされた後のシリコン基板７１（高濃度硼素拡散層７２）を熱酸化することにより良好な表面性（Ｒａ＝０．３ｎｍ以下）を有する酸化膜１１を形成した。
【０１２４】
なお、流路基板１となる基板としては、例えばシリコン基板７１の接合面になる面に、酸化硼素を含む有機溶剤をスピンコート法を用いて塗布し、拡散させたものでも良いし、ＢＢｒ3を用いた気相拡散法、高濃度の硼素をイオン注入（５×１０19原子／ｃｍ3以上）後これを活性化し、所定の深さ（振動板の厚さ）まで拡散させたものでも良い。また、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層を振動板として使用することも可能であるし、、高濃度不純物を拡散させた基板上に、シリコンをエピ成長させた基板のエピ層を振動板ととすることもできる。これらの基板を熱酸化し、振動板の接合面となる側に振動板（電極）保護のための酸化膜１１を形成して、流路基板１となる基板とすることができる。
【０１２５】
続いて、図４３（ａ）に示すように、流路基板１となるシリコン基板７１と電極基板２とを接合する。各基板７１、２をＲＣＡ洗浄で知られる基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸と過酸化水素水の熱混合液に浸漬し、接合面を親水化させることで直接接合をし易い表面状態とする。
【０１２６】
ここで、重要な点は、流路基板１となるシリコン基板７１の接合面である酸化膜１１の表面は良好な表面性（Ｒａ：０．３ｎｍ以下）であり、かつ電極基板２の接合面であるシリコン酸化膜１８表面も良好な表面性（Ｒａ：０．３ｎｍ以下）を持つことである。接合する両基板１、２の表面性が良くないと室温でプリボンドすることはなく、また信頼性の高い接合はできない。
【０１２７】
これらの各基板７１、２を静かにアライメントし各基板７１、２を接合する。具体的には、アライメントが完了した基板を真空チャンバー中に導入し、１×１０-3ｍbar以下の真空度になるまで減圧する。続いて、各基板７１、２のアライメントがずれない様な状態で、各ウェハを押さえつけることでプリ接合を完了した。
【０１２８】
このとき、真空下で接合するのは、凹部１４の溝パターンが多くあるウェハの接合で、空気を巻き込んだエアトラップボイドの発生を防止するためである。また、このとき位置ずれしないように押さえるとことと、押圧力は基板７１、２に歪みを与えたり、位置ずれを起こさない限り強く押さえることが重要である。さらに、この後、貼り合わせたウェハを窒素ガス雰囲気下で、ＢＳＧ膜１８ａがリフロー性を示す温度以上の９００℃、２時間焼成し強固な接合を得た。
【０１２９】
このように、シリコン酸化膜１８を形成した後、シリコン酸化膜１８がリフロー性を示す温度以上で個別に熱処理を施し、このリフロー性を示す温度未満の温度で第１基板である流路基板１と第２基板である電極基板２とを加熱して接合することにより、接合面を高い表面性にして接合することができ、信頼性が向上する。
【０１３０】
また、シリコン酸化膜１８を形成した後、接合面となる表面の平坦化処理（ここではＣＭＰ研磨処理）を行い、さらに第１基板と第２基板とを接合する際の接合温度以上の温度で個別に熱処理した後、第１基板と第２基板を加熱して接合することで、リフロー法で埋めきれないような「うねり」も埋めることができて更に表面性が良くなり、一層信頼性が向上する。
【０１３１】
次に、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板７１をウェハの初期厚さよりも低くするため、研磨、研削、ＣＭＰ等の手段によって、ウェハ厚さを薄くして、シリコン基板７１の厚さを所望の液室高さまで低くする。このような機械的、物理的あるいは、化学的手法によってウェハの厚さを薄くしても、ＢＳＧ膜１８ａによる接合によって接合した界面が剥離したり破壊されることはない。具体的には、シリコンウェハを貼り合わせた後、液室高さが９５±５μｍになるまで研磨し、その後の液室加工を施しても何ら問題にならなかった。
【０１３２】
続いて、接合した基板７１、２を熱処理する。このとき、同時に酸化雰囲気下で熱処理し、バッファ酸化膜を約５０ｎｍの厚さに形成する。更に、後工程でのエッチングバリア層となるシリコン窒化膜７４ａ、７４ｂをＣＶＤなどの方法で約１００ｎｍの厚さに形成する。
【０１３３】
ここでの、熱処理の目的は、シリコン基板７１を研磨したことによる応力を緩和させ、インクジェットヘッドに反りや、歪を生じさせないためのものである。すなわち、クロストークなどの問題から液室高さは低くする方がよく、そのため、上述したように基板を貼り合わせた後液室側の基板７１を研磨するが、このとき、シリコン基板７１の厚さが変化することで接合面に存在するシリコン酸化膜１８ａ、１１や電極基板２であるシリコン基板のそれぞれの応力バランスが変化して、貼り合わせた基板７１、２が反ってしまうことがある。これを防止するため、熱を加えることでシリコン酸化膜（低融点）の軟化（機械的変形がないレベルで）させ、応力を緩和することで、基板の反りを防ぐことができる。また、この熱処理によって、応力が緩和されることで、接合面にストレスが加わることが防止されて、接合信頼性（剥離防止など）をより高めることができる。
【０１３４】
次に、同図（ｃ）に示すように、フォトエッチングの手法を用いて、液室などを形成するためのパターニングを行い、フォトレジスト膜をマスクにして、シリコン窒化膜７４ａ、７４ｂ及びバッファ酸化膜を順次エッチングし、シリコン基板７１上に吐出液室などを形成する領域を形作るとともに、電極基板２にインク取り入れ口９を形成する領域を形作る。
【０１３５】
そして、この接合した基板７１、２を高濃度の水酸化カリウム溶液（例えば、９０℃に加熱したアルコール添加の１０％濃度ＫＯＨ溶液）中に浸漬し、シリコンの異方性エッチングを行うことで、シリコン基板７１には所望の吐出室６、共通液室８となる凹部などを形成する。このときの凹部深さは、エッチング液が高濃度硼素拡散層（５×１０19／ｃｍ3濃度層）７２に到達した時、エッチングレートが著しく低下することで、ほぼ自動的に停止した状態になり、高濃度硼素拡散層７２からなる振動板１０が形成され、流路基板１が得られる。また、電極基板２にはインク取り入れ口９を形成するための溝部７５が形成される。ここでは、この後、超純水を使ってリンス（約１０分間以上）した後、スピン乾燥等で乾燥させる。
【０１３６】
続いて、図４４（ａ）に示すように、溝部７５の酸化膜１２をフッ酸水溶液などでエッチング除去してインク取り入れ口９を形成し、シリコン窒化膜７４ａ及び７４ｂを熱燐酸溶液などによるウェットエッチング、或いはドライエッチングによって除去する。ただし、このシリコン窒化膜は無理に除去する必要はない。そのまま残しておいても問題にならない。
【０１３７】
そして、同図中の一点鎖線で示す位置をダイシングすることによって、ウェハからヘッドチップサイズに切り出す。その後、インク取り入れ口９に対応する流路基板１側の高濃度硼素拡散層７２を電極基板２側からドライエッチングで除去し、インク取り入れ口９を形成する。
【０１３８】
次に、同図（ｂ）に示すように、電極基板２側から吐出室６および共通液室８を保護するようにメタルマスクをかぶせて、電極パッド１５ａ上にある高濃度硼素拡散層７２、及び、電極１５を保護しているシリコン酸化膜１８をドライエッチングにより除去して保護膜１７を形成する。
【０１３９】
最後に、ノズル４及び流体抵抗部７を形成したノズル板３をエポキシ接着剤などを用いて流路基板１上に接合することでインクジェットヘッドが完成する。なお、ノズル板３は、１枚として用いたが、流体抵抗部や、連結穴を設けた別プレートを接合した後、更にノズルプレートを貼り付けた多層構造とすることもできる。
【０１４０】
ここで、前記第４実施形態に係るインクジェットヘッドのようにノズル板３としてシリコン基板を用いた場合には、図９に示すように、ノズル板３の接合面に、ＣＶＤ等の方法でＢＳＧ膜２９を堆積し、リフローさせた後、流路基板１と接合する。このときの成膜条件は、電極基板２上に形成したＢＳＧ膜１８ａと同じでかまわない。もちろん、この組成などはデバイスの構造や製造方法によって自由に変更できることは言うまでもない。
【０１４１】
そして、ノズル板３と流路基板１とを接合した後、インクジェットヘッドを窒素ガス雰囲気下で熱処理する。このときの熱処理は、８５０℃、２時間の処理を行った。もちろん、直接接合の温度がこれよりも低ければ、これよりも低い温度での熱処理で良い。
【０１４２】
この後、貼り合わせウェハをアライメントした後、流路基板１とノズル板３となる両シリコン基板を貼り合わせ、上述した流路基板１と電極基板２との接合で説明したと同様な条件で焼成した。このとき、先に接合した流路基板１及び電極基板２のウェハよりも低い温度で焼成することが好ましいが、少なくとも先に接合した基板と同じ温度で焼成するようにすれば、出ガスなどの問題も無く接合することができる。
【０１４３】
また、ここでは、電極となる基板から順次接合していったが、各基板を所望の形状に加工した後、接合面にＢＳＧ膜などを成膜し、ウェハ貼り合わせ用のアライナー（例えば、ＥＶ社４００シリーズ、カールズース社ＭＡ／ＳＢ−６など：いずれも商品名）を用いて一度に接合することも可能である。
【０１４４】
さらに、このようにして製造したインクジェットヘッドは、ヘッドを構成する主要部材がシリコンであるため、実使用時の温度上昇等によってもヘッドの膨張が略均一になり、ヘッドの反りや歪みの発生がなく、ラインヘッドと呼ばれる長尺ヘッド（例えばＡ４サイズヘッド）を作ることも可能となる。
【０１４５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第２実施形態について図４５乃至図４７を参照して説明する。この第２実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第５、第６実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１４６】
この実施形態では、図４５（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１４７】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４、ダミー溝３１、３２を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４及びダミー溝３１、３２（ダミー溝３２のみ図示）を掘り込む。
【０１４８】
その後は、上記図４２乃至図４４で説明した本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第１実施形態と同様にして、図４５（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８（第５実施形態に係るヘッドの場合）、又はＮＳＧ膜２８ａ及びＢＳＧ膜１８ａ（第６実施形態に係るヘッドの場合）を積層し、同図（ｃ）に示す流路基板１となるシリコン基板７１と電極基板２とを図４６（ａ）に示すように直接接合し、同図（ｂ）、（ｃ）に示すようにシリコン基板７１の研削、異方性エッチングによる流路パターンの形成を行い、図４７（ａ）、（ｂ）に示すように各チップに分割した後ノズル板３を接合して、インクジェットヘッドを完成する。
【０１４９】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第３実施形態について図４８を参照して説明する。この第３実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第８、第９実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１５０】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１５１】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込む。
【０１５２】
そして、第８実施形態に係るヘッドの場合には、同図（ｂ１）に示すように、電極基板２の全面に硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８ａを形成した後、凹部１４のＢＳＧ膜１８上に電極１５を形成する。また、第９実施形態に係るヘッドの場合には、同図（ｂ２）に示すように、電極基板２の全面にＮＳＧ膜２８を形成し、更にＮＳＧ膜２８ａ上の全面にＢＳＧ膜１８ａを積層した後、凹部１４のＢＳＧ膜１８ａ上に電極１５を形成する。
【０１５３】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第４実施形態について図４９を参照して説明する。この第４実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１０実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１５４】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成し、更に酸化膜１２が形成されたウェハの全面に硼素を含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ膜）１８ａを形成する。
【０１５５】
そして、同図（ｂ）に示すように、ＢＳＧ膜１８ａ上にフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、ＢＳＧ膜１８及び酸化膜１２に凹部１４を掘り込む。
【０１５６】
次いで、同図（ｃ）に示すように、凹部１４の底面に電極１５を形成し、同図（ｄ）に示すように、電極１５表面に保護膜３７を形成する。
【０１５７】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第５実施形態について図５０を参照して説明する。この第５実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１１、第１２実施形態の製造工程を説明するものである。
【０１５８】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１５９】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込み、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５を形成するための電極材料である窒化チタン膜８１を形成する。
【０１６０】
そして、第１１実施形態のヘッドの場合には、同図（ｂ１）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて窒化チタン膜８１を所望の電極１５及びダミー電極３５の電極形状に加工した後、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めてＢＳＧ膜１８ａを形成する。なお、ダミー電極の形状、配置パターンとしては他の実施形態のものを用いることもできる（以下の実施形態の説明でも同じである。）。
【０１６１】
また、第１２実施形態のヘッドの場合には、同図（ｂ２）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて窒化チタン膜８１を所望の電極１５及びダミー電極３５の電極形状に加工した後、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めてＳＮＧ膜２８ａを形成し、このＮＳＧ膜２８上にＢＳＧ膜１８を形成する。なお、ダミー電極の形状、配置パターンとしては他の実施形態のものを用いることもできる。
【０１６２】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの各実施形態で用いることのできる流路基板の製造方法について図５１を参照して説明する。
流路基板１となるシリコン基板７１は、前述したと同様に、ｐ型の極性を持ち、（１１０）の面方位を持つ厚さ約５００μｍの両面研磨したシリコン基板を用いている。このようなシリコン基板を利用する目的は、シリコンのウェットエッチング速度の結晶面異方性を利用し、精度の良い加工形状を得るためのものである。
【０１６３】
そこで、このシリコン基板７１に固体拡散法により硼素を拡散し、高濃度硼素拡散層７２を形成する。なお、拡散方法は、この他に、例えばＢＢｒ3を用いた気相拡散法、イオン注入法、Ｂ2Ｏ3を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などを用いても良い。
【０１６４】
そして、シリコン基板７１と固体拡散源を向かい合わせて並べ７５０℃の炉の中にセットする。炉の中には０．２５％の酸素を混入した窒素を流しておく。炉の温度を８℃／分のレートで１１２５℃まで上昇させ、その状態で５０分保持した後、８℃／分のレートで７５０℃まで下げサンプルを取り出すことで、シリコン基板７１に高濃度硼素拡散層７２が形成される。
【０１６５】
このとき、シリコン基板７１の振動板側（拡散面）には、酸化硼素の層９１が生成される。この酸化硼素の層９１は、ガラス様の性質を持ち、本発明で利用しているＢＳＧ膜と似た性質を持っているので、この膜を本発明の各実施形態のような接合用のシリコン酸化膜の代わりに使用することもできる。ところが、この酸化硼素の層（膜）９１は、空気中の水分などと反応し、析出物ができたり、酸化硼素自身が反応して別の物質に変化したりしやすい。発明者らの経験では、拡散処理後、１２時間を過ぎた酸化硼素膜は変質してしまっていた。
【０１６６】
そこで、拡散工程後の酸化硼素の膜９１の上に、ＣＶＤなどの方法でＮＳＧ膜９２を例えば５０ｎｍの厚さに成膜する。その後、８００〜１０００℃の温度で熱処理し、酸化硼素の層９１とＮＳＧ膜９２を反応させるとともに、リフローさせ表面を平坦化することにより、良好な表面性（Ｒａ：０．３ｎｍ以下)を有する酸化膜１１を得ることができる。なお、熱処理による硼素の再拡散が発生する場合、先の拡散時間を調整することで、再拡散を加味した振動板厚さの設計が可能になる。
【０１６７】
このように、振動板となるシリコン基板面に酸化硼素拡散源からの熱拡散によって酸化硼素層を形成した（或いは硼素酸化化合物を塗布してもよい。）後、この酸化硼素層上に不純物を含まないシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜やＳＯＧ膜など）を形成して、熱処理を加えて不純物を含まないシリコン酸化膜表面の平坦化を図ることにより、硼素拡散時に自然に生成する酸化硼素層を接合層として用いることが可能になって低コスト化を図れる。
【０１６８】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの各実施形態で用いることのできる流路基板の他の製造方法について図５２を参照して説明する。
この実施形態の流路基板は、流路基板１側にのみ、或いは電極基板２側とともに、接合用のシリコン酸化膜を形成したものである。
【０１６９】
すなわち、同図（ａ）に示すように、流路基板１となるシリコン基板７１は、前述したと同様に、ｐ型の極性を持ち、（１１０）の面方位を持つ厚さ約５００μｍの両面研磨したシリコン基板を用いている。このシリコン基板７１に固体拡散法により硼素を拡散し、高濃度硼素拡散層７２を形成する。なお、拡散方法は、この他に、例えばＢＢｒ3を用いた気相拡散法、イオン注入法、Ｂ2Ｏ3を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などを用いても良い。
【０１７０】
そして、このシリコン基板７１の振動板となる高濃度硼素拡散層７２の表面にＮＳＧ膜９３を形成した後、同図（ｂ）に示すようにＮＳＧ膜９３の表面にＢＳＧ膜９４を形成する。
【０１７１】
次に、本発明に係る各液滴吐出ヘッドに用いることができる多結晶シリコンからなる電極を有する電極基板の製造方法について図５３を参照して説明する。
同図（ａ）に示すように、ｐ型（ｎ型でもよい。）の単結晶シリコンで、結晶面方位が（１００）であるシリコン基板を電極基板２として用いて、ウェットあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となる酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１７２】
続いて、酸化膜１２が形成されたウェハにフォトレジストを塗布し、電極１５及びスペーサ部１３を形成するための凹部１４を形成するためのパターニングを行い、フォトレジストパターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水素溶液を用いて、酸化膜１２に凹部１４を掘り込み、電極基板２の全面に電極１５又は電極１５及びダミー電極３５を形成するための電極材料である多結晶シリコン膜８２を形成する。
【０１７３】
その後、同図（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜８２に不純物である硼素イオンを注入し、同図（ｃ）に示すように、多結晶シリコン膜８２をパターニングして電極１５又は電極１５及びダミー電極３５を形成する。
【０１７４】
そして、ダミー電極３５を残さない場合には、同図（ｄ１）に示すように、ダミー電極３５を除去した後、電極基板２の全面に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成する。また、ダミー電極３５を残す場合には、同図（ｄ２）に示すように、そのまま電極基板２の全面に燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜１８を形成する。
【０１７５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第６実施形態について図５４を参照して説明する。この第６実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１９実施形態と同様な電極基板の製造工程を説明するものである。
【０１７６】
この実施形態では、同図（ａ）に示すように、電極基板となるシリコン基板２に熱酸化により酸化膜１２を０．５から１．０μｍの厚さで形成し、更に、個別電極１５となる窒化チタン膜８１を約０．３μｍの厚みで成膜する。そして、同図（ｂ）に示すように、窒化チタン膜８１を写真製版によってパターン形成して、ドライエッチング或いはウェットエッチングによってエッチングを行なうことで、電極１５及びダミー電極３５の形状に形成する。
【０１７７】
その後、同図（ｃ）に示すように、ギャップスペーサー膜となるＢＰＳＧ膜１８ｂを成膜し、成膜後９００℃〜１０５０℃の窒素雰囲気中でＢＰＳＧ膜１８ｂのアニール処理を行う。この場合のＢＰＳＧ膜１８ｂの膜厚は、駆動エアギャップ分と電極保護膜の１／２分を合わせた厚さに設定する。例えば駆動エアギャップ（ギャップ長）を０．２μｍ、保護絶縁膜４７の厚さを０．２μｍとした場合では、ＢＰＳＧ膜１８ｂの厚さは約０．３μｍとする。
【０１７８】
次いで、同図（ｄ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１８ｂに写真製版によって個別電極１５に対応する部分にパターン形成する。このとき、電極１５に対応する部分の開口は個別電極エリアより小さいものとする。そして、ウェットエッチング或いはドライエッチングにより、個別電極１５をエッチングストップ層としてＢＰＳＧ膜１８ｂのエッチングを行ってギャップ１６となる開口部４７を形成する。このとき、個別電極１５でエッチストップさせることにより、エッチング深さが高精度に制御できる。
【０１７９】
次に、エッチング後のレジストを除去した後熱酸化処理を行い、個別電極１５である窒化チタン膜８１を熱酸化することにより、電極１５表面にチタン酸化膜４７を形成し電極保護膜とする。窒化チタンの熱酸化は５００℃から６００℃の酸素雰囲気中で行う。
【０１８０】
この場合、駆動ギャップ長はギャップスペーサー膜となるＢＰＳＧ膜１８ｂの厚さと個別電極である窒化チタン８１を熱酸化して形成した電極保護膜４７との差で決定されるが、何れも成膜の工程によるものであり、高精度なギャップ形成が可能となる。また、個別電極１５と振動板１０間の電気絶縁性はギャップスペーサー膜としてのＢＰＳＧ膜１８ｂによって形成されることから、十分な絶縁性が保たれる。さらに、電極保護膜４７としてチタン酸化膜を用いることで十分な保護性が得られること、形成されたチタン酸化物の性質として、誘電率が非常に高いことから駆動電圧の低電圧化が実現できる。
【０１８１】
ここで、ここで、電極１５の材料として多結晶シリコンを用いる場合について説明する。なお、工程は上記図５４で説明した工程と同様であるので、同図を引用して（符号は同じものを用いる）説明する。
同図（ａ）に示すように、電極基板となるシリコン基板２に熱酸化により酸化膜１２を０．５から１．０μｍの厚さで形成し、更に、個別電極１５となる多結晶ポリシリコン膜８１を約０．３μｍの厚みで成膜する。そして、同図（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜８１をエッチングして電極１５及びダミー電極３５の形状に形成する。
【０１８２】
その後、同図（ｃ）に示すように、ギャップスペーサー膜となるＢＰＳＧ膜１８ｂを成膜し、成膜後９００℃〜１０５０℃の窒素雰囲気中でＢＰＳＧ膜１８ｂのアニール処理を行う。この場合のＢＰＳＧ膜１８ｂの膜厚は、駆動エアギャップ分と電極保護膜の１／２分を合わせた厚さに設定する。例えば駆動エアギャップ（ギャップ長）を０．２μｍ、保護絶縁膜４７の厚さを０．２μｍとした場合では、ＢＰＳＧ膜１８ｂの厚さは約０．３μｍとする。
【０１８３】
次いで、同図（ｄ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１８ｂに写真製版によって個別電極１５に対応する部分にパターン形成し、そして、ウェットエッチング或いはドライエッチングにより、個別電極１５をエッチングストップ層としてＢＰＳＧ膜１８ｂのエッチングを行ってギャップ１６となる開口部４４を形成する。
【０１８４】
その後、電極１５を形成しているポリシリコンを熱酸化することによって形成されるシリコン酸化膜を電極保護膜４７とすることができる。電極材料としての窒化チタン電極と比較して異なる点は、電極保護膜形成時のポリシリコンの熱酸化温度が８５０℃から９５０℃の高温域での酸化が必要となることである。
【０１８５】
このように、電極材料に多結晶シリコンを用いて、この多結晶シリコン上にシリコン酸化膜を形成することにより、多結晶シリコンの導電性を発揮させるドーパント（燐、硼素）によって増速酸化させることが可能になって比較的厚い酸化膜を形成することができるようになり、堆積膜よりも信頼性が向上する。また、多結晶シリコン自体を酸化してシリコン酸化膜を形成することによりギャップ精度を一層高くすることができる。
【０１８６】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第７実施形態について図５５及び図５６を参照して説明する。この第７実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第２１実施形態の電極基板の製造工程を説明するものである。
【０１８７】
まず、同図（ａ）に示すように、電極基板２として半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型の単結晶シリコンで、面方位が（１００）である基板を用いて、このシリコン基板にウェット或いはドライの熱酸化法によって保護膜となるシリコン酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。ここでは、安価に市場に出ているｐ型の単結晶シリコン基板を用いたが、ｎ型の基板であっても良い。また、グレードとしては、モニタウェハグレードでも問題ない。
【０１８８】
続いて、シリコン熱酸化膜１２が形成されたウェハ上に電極材料となるポリシリコン膜を約３００ｎｍの厚さに堆積し、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて所望の形状の電極１５及びダミー電極３５を形成する。このとき、広い接合エリアとなる部分にダミー電極３５を設置するようなパターンとする。
【０１８９】
なお、ここでは、電極材料としてポリシリコン膜を用いたが、窒化チタンのような導電性のセラミックス、不純物がドーピングされた多結晶シリコン、タングステンのような高融点金属を利用しても良いことは前述したとおりである。
【０１９０】
次に、同図（ｂ）に示すように、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めて厚さ３５０ｎｍのＳＯＧ膜６２を堆積させる。 ＳＯＧ膜はスピンコート法のため平坦化に適しており、ここでは直接接合などの後工程での熱処理温度に耐えうる無機のＳＯＧ膜を用いている。その後、９００℃−６０分の熱処理によりＳＯＧ膜６２中の水分を排出する。なお、１回のスピンコートで所望の厚さが堆積できない場合は、スピンコートとベークを繰り返し行っても良いし、加えてＢＰＳＧ膜などのリフロー膜を堆積してもよい。
【０１９１】
次いで、同図（ｃ１）に示すように、ＣＭＰ研磨を行うことにより電極基板２を平坦化する。スラリー液はＳＳ２５（キャボット社製：商品名）を超純水と１：１に希釈したもの、研磨パッドは硬いポリウレタンの発泡体／ポリエステル繊維不織布の積層構造を用いた。また、研磨条件は、テーブル速度／キャリア速度＝４０rpm／２９rpm、研磨加圧＝２５０ｇ／cm2で行った。
【０１９２】
このとき、研磨はＳＯＧ膜６２の研磨から進むことになるが、ポリシリコン膜の研磨レートがＳＯＧ膜６２に対して非常に低いため、ポリシリコン膜からなる個別電極１５及びダミー電極３５は研磨の停止膜として利用できる。つまり、ポリシリコン膜が露出すると、キャリアのトルクが急激に上昇することにより研磨の終点が検知でき、高精度に研磨量の制御が可能となる。ＣＭＰ研磨後、基板２は平坦化された。
【０１９３】
ここで、ダミー電極３５が形成されていない場合、同図（ｃ２）に示すように、個別電極１５のパターンが疎の部分７７でＳＯＧ膜６２が薄くなり、後の直接接合で、接合不良が発生しやすくなる。ダミー電極パターンを設けることにより、これを防止して膜厚の均一化を図れる。
【０１９４】
その後、同図（ｄ）に示すように、平坦化された電極基板２にＮＳＧ膜６３をＣＶＤ法により１５０ｎｍ堆積し、更にガス種を変更（燐濃度４．５％、硼素濃度４．０％)し、シリコン酸化膜としてＢＰＳＧ膜１８ｂを約２００ｎｍの厚さに堆積させる。そして、図５６にも示すように、レジストパターンの厚さに傾斜を付け、そのレジスト越しにドライエッチングを行う方法で、ＢＰＳＧ膜１８ｂにギャップ形状が非平行状態である凹部６４を形成する。
【０１９５】
次に、本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第８実施形態について図５７及び図５８を参照して説明する。この第８実施形態は本発明を適用したインクジェットヘッドの第２０実施形態の電極基板の製造工程を説明するものである。
【０１９６】
上述した第７実施形態と同様に、まず、同図（ａ）に示すように、電極基板２として半導体用として販売されている厚さ約６２５μｍのｐ型の単結晶シリコンで、面方位が（１００）である基板を用いて、このシリコン基板にウェット或いはドライの熱酸化法によって保護膜となるシリコン酸化膜１２を約２μｍの厚さに形成する。
【０１９７】
続いて、シリコン熱酸化膜１２が形成されたウェハ上に電極材料となる窒化チタン膜を約３００ｎｍの厚さに堆積し、リソグラフィー及びドライエッチングの手法を用いて所望の形状の電極１５及びダミー電極３５を形成する。このとき、広い接合エリアとなる部分にダミー電極３５を設置するようなパターンとする。
【０１９８】
次に、同図（ｂ）に示すように、電極基板２の全面に電極１５及びダミー電極３５表面を含めて厚さ３５０ｎｍのＳＯＧ膜５２を堆積させる。 その後、９００℃−６０分の熱処理によりＳＯＧ膜５２中の水分を排出する。なお、１回のスピンコートで所望の厚さが堆積できない場合は、スピンコートとベークを繰り返し行っても良いし、加えてＢＰＳＧ膜などのリフロー膜を堆積してもよい。
【０１９９】
次いで、同図（ｃ）に示すように、ＣＭＰ研磨を行うことにより電極基板２を平坦化する。このとき、研磨はＳＯＧ膜５２の研磨から進むことになるが、窒化チタン膜の研磨レートがＳＯＧ膜５２に対して非常に低いため、窒化チタン膜からなる個別電極１５及びダミー電極３５は研磨の停止膜として利用できる。
【０２００】
その後、同図（ｄ）に示すように、平坦化された電極基板２にＮＳＧ膜５３をＣＶＤ法により１５０ｎｍ堆積し、更にガス種を変更（燐濃度４．５％、硼素濃度４．０％)し、シリコン酸化膜としてＢＰＳＧ膜１８ｂを約２００ｎｍの厚さに堆積させる。
【０２０１】
次に、エッチング後のレジストを除去した後熱酸化処理を行い、個別電極１５である窒化チタン膜を熱酸化することにより、電極１５表面にチタン酸化膜５７を形成し電極保護膜とする。窒化チタンの熱酸化は５００℃から６００℃の酸素雰囲気中で行う。
【０２０２】
次に、本発明に係る液滴を吐出する装置を含む、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置について図５９及び図６０を参照して簡単に説明する。なお、図５９は同記録装置の機構部の概略斜視説明図、図６０は同機構部の側面説明図である。
【０２０３】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を適用したインクジェットヘッドであるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【０２０４】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向に摺動自在に保持している。
【０２０５】
このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明を適用したインクジェットヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４をノズル列方向を副走査方向（主走査方向と直交する方向）にして、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【０２０６】
記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０２０７】
また、キャリッジ１２３の上側にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１２５を交換可能に装着している。インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１２４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１２４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１２５から前記インク取り入れ口９を介してインクをヘッド１２４内に供給する。
【０２０８】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１３３に固定しており、主走査モータ１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０２０９】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０２１０】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【０２１１】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。
【０２１２】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０２１３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル４）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０２１４】
なお、上記各実施形態においては、本発明を適用した液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、各実施形態で説明した静電アクチュエータは、マイクロモータ、マイクロポンプ、マイクロリレーなどのマイクロアクチュエータ部などにも適用することができる。
【０２１５】
また、上記実施形態においては、主として本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、前述したように振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシュータ方式の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、振動板と液室とを同一基板から形成したが、振動板と液室形成基板とを別体にして接合することもできる。
【０２１６】
さらに、上記各実施形態においては、リフロー膜となる燐及び／又はホウ素を含むシリコン酸化膜を成膜する構成で説明したが、接合面（スペーサ部）を形成するシリコン酸化膜にホウ素や燐をイオン注入することで、シリコン酸化膜の接合面のみリフロー膜化して形成することなどもできる。
【０２１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板を設ける第１基板と電極を設ける第２基板との間の間隔を規定するスペーサ部を第２基板に設け、スペーサ部は、少なくとも第１基板との接合面にシリコン酸化膜を有し、このシリコン酸化膜は、燐及び硼素を含まないシリコン酸化膜上に、燐を含むシリコン酸化膜、及び、硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜を順次積層して形成され、１０００℃以下の温度で軟化性を示す硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜で、第１の基板と接合される構成としたので、高品質の接合が可能になり、低コスト化及び信頼性の向上を図れる。
【０２１９】
ここで、燐を含むシリコン酸化膜が硼素も含有する構成とすることでも高品質の接合が可能になる。また、振動板と電極の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しないことで、対向側表面に熱酸化膜よりも若干品質の劣る堆積膜がないので、電気的信頼性が向上する。
【０２２２】
また、スペーサ部と第１の基板の接合面にはダミー溝が形成されている構成とすることで、接合信頼性が向上する。この場合、シリコン酸化膜は、電極間の隔壁幅と略同じ幅にパターニングされていることで、低温で高い信頼性の接合を行うことができる。
【０２２９】
また、振動板と電極との間に形成される振動室が密閉された空間であり、この空間が略真空状態である構成とすることで、振動特性の向上を図れる。
【０２３４】
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したので、信頼性の高い装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図５】本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図６】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図７】本発明の液滴吐出ヘッドの第３実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図８】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図９】本発明の液滴吐出ヘッドの第４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１０】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図１１】本発明の液滴吐出ヘッドの第５実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図１２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図１３】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１４】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図１５】本発明の液滴吐出ヘッドの第６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１６】本発明の液滴吐出ヘッドの第７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１７】本発明の液滴吐出ヘッドの第８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１８】本発明の液滴吐出ヘッドの第９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１９】本発明の液滴吐出ヘッドの第１０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２０】本発明の液滴吐出ヘッドの第１１実施形態に係るインクジェットヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図２１】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２２】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図２３】本発明の液滴吐出ヘッドの第１２実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２４】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明図
【図２５】本発明の液滴吐出ヘッドの第１３実施形態に係るインクジェットヘッドのダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図
【図２６】図２５のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図
【図２７】図２５のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図
【図２８】図２５のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図
【図２９】本発明の液滴吐出ヘッドの第１４実施形態に係るインクジェットヘッドのダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図
【図３０】本発明の液滴吐出ヘッドの第１５実施形態に係るインクジェットヘッドのダミー電極の配置パターンを説明する上面説明図
【図３１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３２】本発明の液滴吐出ヘッドの第１７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３３】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図３４】本発明の液滴吐出ヘッドの第１８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３５】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図３６】本発明の液滴吐出ヘッドの第１９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３７】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図３８】本発明の液滴吐出ヘッドの第２０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３９】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図４０】本発明の液滴吐出ヘッドの第２１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図４１】同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図
【図４２】本発明の製造方法の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図４３】図４２に続く工程を説明する断面説明図
【図４４】図４４に続く工程を説明する断面説明図
【図４５】本発明の製造方法の第２実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図４６】図４５に続く工程を説明する断面説明図
【図４７】図４６に続く工程を説明する断面説明図
【図４８】本発明の製造方法の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図４９】本発明の製造方法の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図５０】本発明の製造方法の第５実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図５１】流路基板の製造方法の他の例を説明する断面説明図
【図５２】流路基板の製造方法の更に他の例を説明する断面説明図
【図５３】電極基板の製造方法の他の例を説明する断面説明図
【図５４】本発明の製造方法の第６実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する断面説明図
【図５５】本発明の製造方法の第７実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する振動板長手方向の断面説明図
【図５６】同じく振動板短手方向の断面説明図
【図５７】本発明の製造方法の第８実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する振動板長手方向の断面説明図
【図５８】同じく振動板短手方向の断面説明図
【図５９】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明図
【図６０】同記録装置の機構部の説明図
【符号の説明】
１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板、１２…酸化膜、１４…凹部、１５…電極、１６…ギャップ、１８…燐及び／又は硼素を含むシリコン酸化膜。
Claims (8)
- 液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する吐出室と、吐出室の壁面を形成し、シリコン基板に硼素を拡散して形成された振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板を設ける第１基板と前記電極を設ける第２基板との間の間隔を規定するスペーサ部を前記第２基板に設け、
前記スペーサ部は、少なくとも前記第１基板との接合面にシリコン酸化膜を有し、
前記シリコン酸化膜は、燐及び硼素を含まないシリコン酸化膜上に、燐を含むシリコン酸化膜、及び、硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜を順次積層して形成され、
１０００℃以下の温度で軟化性を示す前記硼素を含み燐を含まないシリコン酸化膜で、前記第１の基板と接合される
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記燐を含むシリコン酸化膜が硼素も含有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板と電極の各対向側表面には燐及び／又は硼素が含まれているシリコン酸化膜を有しないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記スペーサ部と前記第１の基板の接合面にはダミー溝が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記シリコン酸化膜は、前記電極間の隔壁幅と略同じ幅にパターニングされていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板と前記電極との間に形成される振動室が密閉された空間であり、この空間が略真空状態であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１ないし６のいずれかの液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
- 液滴吐出ヘッドを備えて液滴を吐出する装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１ないし６のいずれかの液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴を吐出する装置。
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