JP4204158B2 - Inkjet head manufacturing method - Google Patents

Description

【００１０】
ここで、振動板の厚さ（ｈ）を薄くすることは、振動板の剛性を低下し、インク吐出力の低下を引き起こすため、好ましくない。一方、振動板と個別電極のギャップに相当する電極間距離（ｔ）を短くすることは、振動板の変位量の減少に伴ってインクの吐出量を減少し、インクかすれ等の原因になるので、好ましくない。そのため、駆動電圧を大きくすることで、高密度化に対応しようとしたが、電源，駆動回路のコストが高くなる問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上述のごとき、問題点を解決し、高密度化に対応したインクジェットヘッドに対応できる静電型アクチュエータ・インクジェットヘッド及びそれらの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のインクジェットヘッドの製造方法は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、前記レジストに露光／現像処理を行い、該露光／現像処理後に前記レジストの軟化温度以上の温度の熱処理を加えることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、前記基板上にもしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、使用するレジスト／装置／露光条件／現像条件において個々の開口が解像しないような複数の開口をもつとともに、前記開口がギャップ形状に対応した開口率分布で配置されているフォトマスクを利用し、前記開口が解像しないような条件で露光／現像処理を行い、該露光／現像処理後にレジストの軟化温度以上の温度の熱処理を加えることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、所定の形状に加工されたレジストと前記基板もしくは基板上に形成された絶縁膜を同時にエッチングする工程終了後に、前記振動板が形成される基板と対向電極が形成される基板の接合面の少なくとも一部には２０００Å以上の厚みのレジストが残っていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、レジストの非平行ギャップに対応する部分の両側に、非平行ギャップ部分のレジスト勾配よりも大きな勾配で形成される段差をレジストに設けることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、前記基板上もしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、少なくとも非平行ギャップ形成領域に対応する部分においてギャップ形状に対応して段階的もしくは連続的な透過率分布を持つフォトマスクを利用して前記レジストに露光／現像処理を行い、前記露光処理は、縮小光学系からなる露光装置により行なうことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、前記基板上にもしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、使用するレジスト／装置／露光条件／現像条件において個々の開口が解像しないような複数の開口をもつとともに、前記開口がギャップ形状に対応した開口率分布で配置されているフォトマスクを利用し、前記開口が解像しないような条件で露光／現像処理を行い、前記露光処理は、縮小光学系からなる露光装置により行なうことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程と、前記基板上もしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、少なくとも非平行ギャップ形成領域に対応する部分においてギャップ形状に対応して段階的もしくは連続的な透過率分布を持つフォトマスクを利用して前記レジストに露光／現像処理を行う工程を有し、前記露光／現像処理は、前記基板上にもしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、処理するレジスト／露光装置／露光条件において解像限界以下となるような複数の開口を有しているとともに前記開口の開口率はギャップ形状に対応して徐々に変化するようなパターンを有するフォトマスクを利用して前記レジストに露光／現像処理を行い、該露光処理は、露光位置をずらして複数回行うことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項８の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程と、前記基板上にもしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、使用するレジスト／装置／露光条件／現像条件において個々の開口が解像しないような複数の開口をもつとともに、前記開口がギャップ形状に対応した開口率分布で配置されているフォトマスクを利用し、前記開口が解像しないような条件で露光／現像処理を行う工程を有し、前記露光／現像処理は、前記基板上にもしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、処理するレジスト／露光装置／露光条件において解像限界以下となるような複数の開口を有しているとともに前記開口の開口率はギャップ形状に対応して徐々に変化するようなパターンを有するフォトマスクを利用して前記レジストに露光／現像処理を行い、該露光処理は、露光位置をずらして複数回行うことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項９の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、前記基板上もしくは該基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、少なくとも非平行ギャップ形成領域に対応する部分においてギャップ形状に対応して段階的もしくは連続的な透過率分布を持つフォトマスクを利用して前記レジストに露光／現像処理を行い、前記レジストおよび前記基板もしくは該基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写するにあたり、前記レジストのエッチレートが前記基板もしくは該基板上に形成された絶縁層のエッチレートよりも大きいことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１０の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、前記ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、前記基板上にもしくは該基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、使用するレジスト／装置／露光条件／現像条件において個々の開口が解像しないような複数の開口をもつとともに、前記開口がギャップ形状に対応した開口率分布で配置されているフォトマスクを利用し、前記開口が解像しないような条件で露光／現像処理を行い、前記レジストおよび前記基板もしくは該基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写するにあたり、前記レジストのエッチレートが基板もしくは基板上に形成された絶縁層のエッチレートよりも大きいことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１１の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程を有し、前記レジストおよび前記基板もしくは該基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングする工程が枚様式の処理装置で複数枚の基板を処理する場合に所定の量に満たないエッチングを一旦行なったのちに最初の処理と処理順を逆にして所定量のエッチング処理を行なうことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１２の発明は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を構成する振動板と、振動板に対して非平行なギャップを介して個別電極が対向配置された電極基板を有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ記録液を前記ノズル吐出口から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程と、前記振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状をもったレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する第一のエッチング工程と、少なくとも電極形成部分が完全に開口されたエッチングマスクによって前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層をエッチングする第二のエッチング工程を有し、前記第二のエッチング工程により形成された凹部内に個別電極を形成することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１３の発明は、前記第一のエッチング工程よりも第二のエッチング工程を後に行うことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１４の発明は、前記第二のエッチング工程のエッチングマスクが、第一のエッチング工程終了後に基板上に残ったレジストであることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１５の発明は、前記第二のエッチング工程でエッチングされる材料がシリコン基板上に形成された熱酸化膜であり、エッチャントがバッファード沸酸であることを特徴とするものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による静電型アクチュエータの概略構成を示す図で、図中、１１は振動板、１２は電極基板、１３は静電力を発生するためのギャップ、１４は基板電極で、該基板電極１４は電極基板１２の上に形成され、前記ギャップ１３を介して前記振動板１１に対向して配設され、該基板電極１４と前記振動板１１との間に電圧が印加された時に該振動板を変位させる。振動板１１の材料としては、単結晶シリコン等の材料を用いることが耐久性等の観点で望ましいが、長期の耐久性を必要としないような目的であれば多結晶シリコンで形成してもよい。
【００３７】
振動板１１の厚さは、アクチュエータの使用目的，変位範囲，駆動する電圧等により最適に選択されるが、通常は、１.０μｍから２０μｍの範囲で設定されることが多い。振動板１１の形成方法としては、シリコンウエハーを材料として形成されることが多い。具体的には、シリコンウエハーを電極基板１２と接合し、その後に、所望の振動板厚さまでシリコンウエハーを研磨する方法、又は、振動板を形成するシリコンウエハーに予め不純物を拡散しておき、接合後に不純物領域でのエッチング速度の差を利用してエッチング停止し、所望の振動板厚さを得る方法、又は、同様に、不純物を拡散して電気化学的に所望の厚さでエッチングを停止させる方法等がある。あるいは、いわゆるＳＯＩウエハーと呼ばれる予め所定の厚さのシリコン薄膜が形成されているウエハーを用いて、振動板を形成させることもできる。
【００３８】
多結晶シリコンで振動板を形成する場合には、予めギャップ１３，基板電極１４を形成した電極基板１２のギャップ部をＡｌ（アルミニウム）等のいわゆる犠牲材料で平坦化し、その上にシリコン薄膜１１を成膜し、その後に、前記犠牲材料を除去することで形成することができる。この振動板１１に振動板電極（図示せず）を別途形成してもよいが、通常の場合、不純物の拡散によりシリコン振動板１１を低抵抗として、振動板と振動板電極を兼ねることが多い。このシリコン振動板は基板電極を向いている側に絶縁膜が形成されていてもよい。その場合、絶縁膜としてはＳｉＯ_２等酸化膜系の絶縁膜、Ｓｉ_３Ｎ_４等窒化膜系の絶縁膜を使用することができる。絶縁膜の形成方法としては成膜手法によることが多いが、振動板の表面を熱酸化し、表面に酸化膜の絶縁膜を形成してもよい。
【００３９】
電極基板１２としては単結晶シリコン，ガラス，セラミック等種々の材料を選択することができる。単結晶シリコンで電極基板を形成する場合には通常のシリコンウエハーを用いることができる。その厚さはシリコンウエハーの直径で異なるが、直径４インチのシリコンウエハーであれば厚さが５００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハーであれば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウエハー以外の材料を選択する場合には、振動板シリコンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板と接合する場合に、信頼性の点で有利である。例えば、ガラス材料であればコーニング社製♯７７４０，岩城硝子社製であればＳＷ３，ホーヤ社製であればＳＤ２等を用いることができる。
【００４０】
電極基板１２と振動板１１との接合は、接着剤による接合でもよいが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば、振動板１１が単結晶シリコンで形成され、電極基板１２がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができ、又、電極基板１２がガラスの場合、陽極接合が使用できる。電極基板１２がシリコンで形成されていて、陽極接合を用いる場合には、電極基板１２と振動板１１との間にパイレックスガラスを成膜して、この膜を介して陽極接合を行ってもよい。
【００４１】
ギャップ１３は、電極基板１２の上に形成された基板電極１４と振動板１１との振動板短手方向における間隔が、周辺部が中央部より小さくなるように形成されている。その短辺方向，長辺方向の長さ，ギャップ深さ等の寸法はアクチュエータの使用目的，変位範囲，駆動する電圧等により選択されるが、一般的には、短辺長さは５０〜５００μｍ，長辺長さは２００〜４０００μｍ，ギャップ深さとしては０.１〜５.０μｍの範囲で設定されることが多い。ギャップ１３の具体的な形成方法については後述する。
【００４２】
基板電極１４としては、通常、半導体素子の形成プロセス等で一般的に用いられているＡｌ，Ｃｒ，Ｎｉ等の金属材料が多く用いられる。また、不純物により低抵抗化した多結晶シリコン薄膜を用いてもよい。電極基板１２がＳｉウエハーなど導電性を有する材料で形成される場合には、電極基板１２と基板電極１４との間には絶縁層を形成する必要がある。この場合、絶縁層としてはＳｉＯ_２が用いられるのが一般的である。電極基板１２にガラス等の絶縁性材料を用いる場合には、基板電極１４との間に絶縁層を形成する必要はない。また、電極基板１２がシリコンの場合には、基板電極として、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、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、基板電極１４と電極基板１２とを電気的に絶縁する。種々の方法で形成した基板電極は、振動板との短絡を避けるために絶縁膜で覆う場合がある。その絶縁膜としてはＳｉＯ_２等酸化膜系の絶縁膜、Ｓｉ_３Ｎ_４等窒化膜系の絶縁膜を使用することができる。絶縁膜の形成方法としては成膜手法によることが多い。
【００４３】
本発明による静電型アクチュエータは、従来の静電型アクチュエータより低電圧で駆動可能である。静電型アクチュエータは振動板電極（振動板が兼ねることが多い）とこれに対向して配置される基板電極との間に発生する静電力と振動板の剛性力の釣り合いにより動作する。この静電力は２つの電極間の距離の二乗に反比例するために、電極間距離が小さいほどより小さい電圧で所望の静電力を得ることができる。
【００４４】
本発明による静電型アクチュエータでは、振動板電極と基板電極との間隔は周辺部が中央より小さくなっているために、駆動電圧の印加に従い、振動板の変位は距離が小さい周辺部から開始する。このときの変位開始電圧は振動板中央部の変位開始電圧より低い。振動板周辺部の変位開始に従い、振動板電極と基板電極との間隔は順次小さくなり、少しの電圧増加で大きな変位が得られる。よって、本発明による静電型アクチュエータは、従来の静電型アクチュエータに比べて低い電圧で駆動可能である。
【００４５】
又、本発明による静電型アクチュエータは、振動板と基板電極との間に絶縁膜が形成されているため、振動板が基板電極と触れても短絡することがない。よって、本発明による静電型アクチュエータでは振動板の一部が対向する基板電極と触れるような動作も可能である。図１においては、説明を簡明にするために、アクチュエータを１つだけ示したが、同一基板上に、図示の静電型アクチュエータを複数個等しい間隔で配置し、静電アクチュエータアレーとして形成することも可能である。
【００４６】
図２は、本発明による静電型アクチュエータのギャップ形状の実施例を示す断面図で、振動板２１は単結晶シリコンで形成され、その厚さは８μｍである。電極基板２２は単結晶シリコンの（１００）ウエハー，厚さ５２５μｍのものを用いた。ギャップ２３の形状は振動板２１に向かって滑らかな凹形状に形成されている。その短辺長さは１３０μｍ，長辺長さは３０００μｍ，ギャップ２３の深さとしては０.３μｍである。基板電極２４は、厚さ３０００オングストロームのＴｉＮ薄膜であり、ＲＦスパッタ法により形成した。基板電極２４の下地にはシリコンの熱酸化膜（図示せず）が１μｍの厚さで形成されている。又、基板電極２４はプラズマＣＶＤ法で成膜したシリコンの窒化膜（厚さ５０００オングストローム）で保護される。振動板２１と電極基板２２との接合はシリコンの熱酸化膜を介した直接接合で行われた。
【００４７】
図５は、図２に示した静電型アクチュエータのギャップ形成のプロセスを具体的に示したもので、図５（Ａ）〜図５（Ｅ）に示すプロセスから成る。
図５（Ａ）：シリコンウエハーからなる電極基板材料５２にフォトレジスト（ＯＦＰＲ−８００）５５を厚さ１μｍに形成する。
【００４８】
図５（Ｂ）：次いで、フォトマスク５６を用いてフォトレジスト５５を露光する。このフォトマスク５６は光が透過する領域は透過した光が散乱するように形成されており、そのため、フォトレジスト５５の露光領域はマスク５６の中央部で深く、マスク５６の周辺部で浅く露光される。
【００４９】
図５（Ｃ）：露光の光強度，露光時間を調整し、レジスト５５の露光領域が電極基板材料５２に到達しないようにすると、現像後のレジスト形状は拡散マスクでの露光領域を反映して、図５（Ｃ）に示すように、滑らかな凹形状になる。
【００５０】
図５（Ｄ）：このレジスト層５５と電極基板材料５２を深さ方向に異方性ドライエッチするとエッチングの進行に従い、レジスト層５５の滑らかな凹形状が電極基板材料５２に転写される。エッチングガスとしてはＳＦ_６，Ｏ_２の混合ガスを用いた。エッチングの条件はレジスト層５５のエッチングレートと電極基板材料５２のエッチングレートが等しくなるように調整した。こうすることにより、レジスト層５５に形成したギャップ５３の深さと電極基板材料５２に形成される深さが等しく得られる。又、２つの材料のエッチングレート比を意識的に変えて、電極基板材料５２に形成されるギャップ深さを調整することも可能である。
【００５１】
図５（Ｅ）：エッチング終了後、電極基板材料５２上に残ったレジスト層５５を除去して、本発明による静電型アクチュエータを構成するギャップ形状５３が完成した。図５（Ｄ）では、振動板との接合面の保護のためにギャップの周辺にレジスト層を残してあるが、接合に問題がない場合にはレジスト層を残す必要はない。
【００５２】
図３は、本発明によるギャップ形状の他の実施例を説明するための断面図で、この実施例においては、振動板３１は単結晶シリコンで形成され、その厚さは５μｍである。電極基板３２はコーニング社製パイレックスガラス♯７７４０の、厚さ１μｍのものを用いた。ギャップ３３はその形状が振動板３１に向かって周辺部が滑らかな凸形状に形成されている。その短辺長さは１３０μｍ，長辺長さは３０００μｍ，ギャップ３３の深さとしては０.５μｍである。
【００５３】
基板電極３４は厚さ３０００オングストロームのＡｌ薄膜であり、ＲＦスパッタ法により形成した。又、基板電極３４はプラズマＣＶＤ法で成膜したシリコンの窒化膜（厚さ５０００オングストローム）で保護されている。振動板３１と電極基板３２との接合は陽極接合で行われた。
【００５４】
図６は、図３に示した静電型アクチュエータのギャップ形成プロセスを具体的に示したもので、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）に示すプロセスより成る。
図６（Ａ）：パイレックスガラス♯７７４０からなる電極基板材料６２にフォトレジスト（ＯＦＰＲ−８００）６５を厚さ１μｍに形成する。
図６（Ｂ）：次いで、フォトマスクを用いてギャップとなる領域のフォトレジスト６５を露光除去する。
図６（Ｃ）：フォトレジスト６５を開口した後に改めてフォトレジスト６６を塗布する。レジスト６６は段差のある形状に塗布されるので、レジスト６６の開口部の周辺で形状が振動板側に向かって滑らかな凸形状に変化する。
【００５５】
図６（Ｄ）：このレジスト層（６５，６６）と電極基板材料６２を深さ方向に異方性ドライエッチングすると、エッチングの進行に従い、レジスト層（６５，６６）の滑らかな凸形状が電極基板材料６２に転写される。エッチングガスとしてはＣＦ_４，Ｏ_２の混合ガスを用いた。エッチングの条件はレジスト層（６５，６６）のエッチングレートと電極基板材料６２のエッチングレートが等しくなるように調整した。こうすることに、よりレジスト層（６５，６６）に形成したギャップ形状６３の深さと電極基板材料６２に形成される深さが等しく得られる。又、２つの材料のエッチングレート比を意識的に変えて、電極基板材料６２に形成されるギャップ深さを調整することも可能である。
【００５６】
図６（Ｅ）：エッチング終了後、電極基板材料６２上に残ったレジスト層を除去して、本発明による静電型アクチュエータを構成するギャップ形状が完成した。図６（Ｄ）では振動板との接合面の保護のためにギャップの周辺にレジスト層６５を残してあるが、接合に問題がない場合にはレジスト層を残す必要はない。
【００５７】
図４は、本発明によるギャップ形状の更に他の実施例を説明するための断面図で、振動板４１は、単結晶シリコンで形成され、その厚さは８μｍである。電極基板４２は単結晶シリコンの（１００）ウエハー，厚さ５２５μｍのものを用いた。ギャップ４３の形状は振動板４１に向かってギャップの短辺の開口部の周辺で形状が滑らかな凸形状に、又、開口部の中央部で滑らかな凸形状に形成されている。その短辺長さは１３０μｍ，長辺長さは３０００μｍ，ギャップ深さとしては０.３μｍである。基板電極４４は厚さ３０００オングストロームのＴｉＮ薄膜であり、ＲＦスパッタ法により形成した。基板電極４４の下地にはシリコンの熱酸化膜（図示せず）が１μｍの厚さで形成されている。又、基板電極３４はプラズマＣＶＤ法で成膜したシリコン窒化膜（厚さ５０００オングストローム）で保護されている。振動板４１と電極基板４２との接合はシリコンの熱酸化膜を介した直接接合で行われた。
【００５８】
図７は、図４に示した静電型アクチュエータのギャップ形成プロセスを具体的に示したもので、図７（Ａ）〜図７（Ｆ）に示すプロセスより成る。
図７（Ａ）：シリコンウエハーからなる電極基板材料７２にフォトレジスト（ＯＦＰＲ−８００）７６を厚さ１μｍに形成する。
図７（Ｂ）：次いで、フォトマスクを用いてギャップとなる領域のフォトレジストを露光除去する。
図７（Ｃ）：フォトレジストを開口した後に改めてフォトレジスト７６を塗布する。塗布後にこのレジスト層（７５，７６）を熱処理することによりレジスト７６は熱による流動性を得て、その表面張力とのバランスによりレジスト７５の開口部の周辺で形状が滑らかな凸形状又は開口部の中央部で滑らかな凸形状に変化する。
【００５９】
図７（Ｄ）：このレジスト層（７５，７６）と電極基板材料７２を深さ方向に異方性ドライエッチングすると、エッチングの進行に従い、レジスト層（７５，７６）の滑らかな凹凸形状が電極基板材料７２に転写される。エッチングガスとしてはＳＦ_６，Ｏ_２の混合ガスを用いた。エッチングの条件はレジスト層（７５，７６）のエッチングレートと電極基板材料７２のエッチングレートが等しくなるように調整した。こうすることによりレジスト層（７５，７６）に形成したギャップ形状の深さと電極基板材料７２に形成される深さが等しく得られる。又、２つの材料のエッチングレート比を意識的に変えて、電極基板材料７２に形成されるギャップ７３の深さを調整することも可能である。
【００６０】
図７（Ｅ）：エッチング終了後、電極基板材料７２上に残ったレジスト層７５を除去して、本発明による静電型アクチュエータを構成するギャップ形状が完成した。なお、図７（Ｅ）では振動板との接合面の保護のためにギャップの周辺にレジスト層７５を残してあるが、接合に問題がない場合にはレジスト層を残す必要はない。
【００６１】
図８は、本発明による静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの一例を示す断面図で、図８（Ａ）は正面図、図８（Ｂ）は側面図である。図８において、８１は本アクチュエータの振動板を兼ねた液吐出用の液室形成部材であり、シリコンの（１１０）ウエハーを基板として異方性エッチングの手法により形成した。８２は電極基板部材であり、シリコンの（１００）ウエハーを用いて形成されている。８３は滑らかな凹形状のギャップで、その深さは０.８μｍである。８４はギャップ内に形成された基板電極で、厚さ０.３μｍのＴｉＮ薄膜で形成されている。この基板電極８４はプラズマＣＶＤの手法で形成した厚さ０.１５μｍのＳｉＮ膜で保護されている（図示せず）。８５は振動板と電極基板接合のための酸化膜で、厚さ０.２μｍである。振動板と電極基板との接合は酸化膜を介したシリコンの直接合法で行った。８６はインク吐出のための加圧液室で短辺長は１３０μｍ，長辺長は３５００μｍである。８７は流体抵抗用流路でその断面積は１２００μｍ^２，長さは２００μｍである。８８は共通流路に開口されたインク供給用開口部で直径０.５ｍｍである。８９は加圧液室に連通する共通液室で長さ１５００μｍである。この共通液室８９は複数の加圧液室に連通することもできる。９０は単結晶シリコンの振動板で厚さは３μｍである。この振動板９０は液室８６を形成する液室形成部材の一部であり、加圧液室，共通液室を形成する過程で形成される。その方法は振動板となる部分にボロン元素（Ｂ）を高濃度に拡散させ、液室を形成する異方性エッチングを振動板領域で停止させることで形成した。９１はインク吐出のためのノズルでその直径は２５μｍである。９２はノズル部を含むノズルプレートで、Ｎｉの電鋳法により形成され、インク吐出の表面が疎水性に処理されている。
【００６２】
本インクジェットヘッドでは静電力によりシリコン振動板９０を振動させて加圧液室８６内部の圧力を上昇させ、その上昇力によりインク滴をノズル部９１より吐出させる。吐出後、新たなインクは外部に連通する共通液室８９から液体抵抗流路８７を介して加圧液室８６に補充される。吐出されるインク量は振動板９０の変位により制御できる。
本インクジェットヘッドにおいて、振動板９０の変位はギャップ周辺の振動板／基板電極間の間隔の小さいところから始まるので、低電圧で駆動できる。又、振動板９０と基板電極８４との間には絶縁膜があるので振動板を基板電極に接するまで振動板を変位させることもできる。
【００６３】
なお、図８においては、説明を簡略化するために、インクジェットヘッドを１つだけ示したが、同一基板上に本インクジェットヘッドを複数等しい間隔で配置し、インクジェットヘッドアレーとして形成することも可能である。
【００６４】
図９は、本発明によって製造されたインクジェットヘッドのアクチュエータ部の要部断面で、該アクチュエータの主要部は、従来のものと同様に、支持基板１２０，絶縁膜１２１，対向電極１２２，絶縁膜１２３，接着層１２４，隔膜１１０，振動板１１１から構成される。振動板１１１と対向電極１２２間（正確には絶縁膜１２３との間）には微少なギャップが形成されていて、振動板１１１と対向電極１２２間に電圧を加えると、静電力により振動板１１１が対向電極１２２側に変位し、その後、電圧を０に戻したときに変位している振動板１１１がその弾性力によって元の位置に戻ろうとする力によりインクを噴射させるものである。振動板１１１と対向電極１２２間のギャップは絶縁膜１２１中に堀込まれたくぼみとスペーサとしても用いられている接着層１２４とによって作られた間隔から対向電極１２２の厚みの差をとった大きさとなる。
【００６５】
図９に示したアクチュエータでは、駆動電圧の低電圧化と噴射インク滴量の複数段階制御を目的として、片側においてはギャップ端から中心部に行くに従い振動板と対向電極間隔が徐々に広がるように、残り部分においては振動板と対向電極が平行となるようなギャップ形状となっている。対向電極１２２上の絶縁膜１２３は振動板１１１と対向電極１２２の短絡を防ぐものであり、同機能の絶縁膜を振動板側に形成してもよい。また、振動板と対向電極が接触しないような駆動方式で動作させる場合には省略する事も可能である。また、図９に示した例においては、絶縁層１２１に窪みを掘ったが、支持基板に窪みを掘りその上に均一な厚みで絶縁層を形成しても同様なギャップを形成することが可能である。さらに、支持基板としてガラス等の絶縁性の基板を用いた場合には、絶縁膜１２１は省略可能である。また、対向電極形成基板側に形成されたような窪みを振動板側に形成してギャップ作成することも可能である。更に、ギャップ形状はあくまで１例であり、目的に応じて他のギャップ形状にすることも可能である。
【００６６】
図９に示した例においては、支持基板として＜１００＞シリコンウェハを用い、絶縁膜１２１としては前記シリコンウェハ上に熱酸化により概ね２μｍ成長させた熱酸化膜を用いた。また、対向電極としてはＡｌ、その上の絶縁膜としてはプラズマＣＶＤ法により成長させたＳｉＯ₂膜を用いた。ギャップスペーサを兼ねる接着層１２４には感光性ポリイミドをもちいて熱圧着による接着をおこなった。隔壁１１０および振動板１１１には＜１１０＞シリコンウェハが用いられていて、さらに振動板１１１にはエッチングストップのために高濃度（６Ｅ１９／ｃｍ３以上）のボロンドープがされている。ただし、これらはあくまで１実施例であり、同様な機能を持つ他材料を用いてもかまわない。
【００６７】
本発明は、振動板とそれにギャップを挟んで対向する電極間のギャップ形成法に関するものであることから他部品の図示は省略したが、従来技術と同様に図９の構成のアクチュエータにインク供給路，流体抵抗，ノズルプレート等の部品と組み付けることにより、インクジェットヘッドが作成される。
【００６８】
図１０（Ａ），（Ｂ）、図１１（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）、図１２（Ｇ），（Ｈ），（Ｉ），図１３は本発明によるインクジェットヘッド製造プロセスのフローを説明するための概略図である。
【００６９】
図１０（Ａ）：支持基板１２０となる＜１００＞シリコンウェハ上に絶縁膜１２１となる熱酸化膜を２.０μｍ成長させ、フォトレジスト１３０をスピンコート／プリベークを行ったのち、個々の開口は解像しない多数の開口がギャップ形状に対応した開口率分布で配置されているフォトマスク１４０を利用して露光処理を行う（以下、このようなフォトマスクをグラデーションマスクと呼ぶ）。
【００７０】
本実施例においては、レジスト１３０としては、ＴＳＭＲ ＣＲＢ−２（粘度５０ｃｐ品）を用い概ね２０００ｒｐｍでスピンコートすることにより２.８μｍ程度の厚を得た。塗布後は９０℃ ６０ｓｅｃのプリベークをおこない、露光はｇ線ステッパー（型式：ＮＳＲ１７５５Ｇ７Ａ、ＮＡ：０.５４、λ：４３６ｎｍ）にて装置的な露光量（透過率１００％，パターンボケの問題がないような広いパターンでの露光量）７００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカスオフセット量は１０μｍの条件でおこなった。
【００７１】
図１４は、ギャップ部分のマスクパターンのイメージを示す図で、所定のピッチで多数の開口Ａが開いていてギャップ形状に対応して開口率を変化させている。図１４はあくまで概念図であり、実際のマスクでの開口の数は通常もっと多い。本実施例においては、開口のピッチはウェハ上で１.６μｍ相当のピッチとした（ウェハ上では実際には開口しない条件で処理する）。この開口ピッチであれば、前記レジスト／露光装置／露光条件において個々の開口は解像しない。また、１／５の縮小露光系を用いているので、ウェハ状で１.６μｍピッチとなるような開口はフォトマスク上では８μｍピッチの開口となっている。このように、縮小露光系を用いているので、フォトマスク上での開口ピッチはウェハ上より大きくなるので、フォトマスクの寸法バラツキ（＝開口率のバラツキ）は等倍露光系を用いたときよりも小さくなる。また、上記開口ピッチはあくまで１例であり、露光装置・露光条件・所望のパターン形状によって望ましい開口ピッチは変わってくる。
また、本実施例においては、グラデーションマスクを用いたが、ギャップ形状に対応した透過率分布を持つようなフォトマスクを用いても良い。そのようなフォトマスクは、たとえば、露光する波長の光に対し半透明の材料を用いその膜厚分布により透過率分布を制御することでも得られる。特に特殊な材料でなくとも、膜厚が薄ければ半透明になるので、例えばポリシリコン等でもかまわない。
【００７２】
図１０（Ｂ）：つづいて現像処理をおこなうと、前述した開口ピッチ及び露光条件では個々の開口パターンは解像せずに、概ね平滑化された露光量分布に対応したレジスト残膜厚分布が得られる。微視的に見ると、レジスト表面には概ね平滑化されているものの多少残っている光強度分布に対応して、開口ピッチと同ピッチのさざ波状の凹凸が残るが、本実施例の条件ではその凹凸の高さは概ね２００Å以下であり、特性上はなんら問題無いレベルである（図１７に、模式図を拡大して示す）。また、レジストの種類、露光装置／露光条件、マスク設計等によっては、この凹凸が問題になる場合もあるが、その場合は現像後にレジストの軟化点以上の温度（例えば２００℃）でベーク熱処理をおこなうことにより、その凹凸を小さくすることも可能である。また、一度で露光する場合の半分の露光量（本実施例においては３５０ｍＪ／ｃｍ２）で露光をおこなったのち、開口ピッチの半分（本実施例においては０.８μｍ）露光位置をずらしてもう一度残り半分の露光（本実施例においては３５０ｍＪ／ｃｍ２）を行うことにより、それぞれの露光で光強度の強いところと弱いところが互いに打ち消し合い、凹凸をなだらかにすることも可能である。
【００７３】
本実施例においては、図１５に示すような感度曲線のレジストを用いて図１６に示すような開口率分布を持つフォトマスクを用いることにより、図１０（Ｂ）に示したように斜面と平行な底面の逆台形形状の窪みを持つようなレジスト形状を形成した。また、本発明の方法によると、開口率の分布を変えることにより、本実施例のレジスト形状だけでなく、比較的自由なレジスト形状を得ることができる。
【００７４】
図１１（Ｃ）：レジスト１３０および絶縁膜を同時にエッチングする事によりレジストの形状が絶縁膜に転写されていく。本実施例においては、ＣＦ４／Ｏ２ガス系を用いたＲＩＥにより、レジストのエッチレート約９０００Å／ｍｉｎ，酸化膜のエッチレート約３０００Å／ｍｉｎの条件でのエッチングを行った。
【００７５】
図１１（Ｄ）：本実施例においてはレジストを完全にエッチングすることにより、レジスト形状を深さ方向に１／３に縮小したような窪みが絶縁膜１２１に形成される。プラズマ発光の強度変化からエッチングのエンドポイントを検出し、さらに、レジスト厚さの分布に応じて所定量のオーバーエッチング（実施例においては１０％とした）を行う。前記エッチレートでエッチングを行うことにより、オーバーエッチング時に絶縁膜の段差上部分も若干エッチングされるが、一方でオーバーエッチング時には絶縁膜は形状を変えずに全体的に膜減りするのみなので、（もとのレジスト形状と）ギャップ深さ・幅はレジストと酸化膜のエッチレート比のみで決定される。レジスト上に形成される開口ピッチに対応したさざ波状の凹凸の高さもレジスト上での高さの１／３程度の７０Å以下となり、特性にほとんど影響を与えない大きさとすることができた。このように、レジストのエッチレートがレジスト形状を転写される絶縁膜もしくは基板のエッチレートよりも大きくなる条件でエッチングを行うことにより、レジスト形成段階で生じる凹凸の高さより絶縁膜もしくは基板上での凹凸を小さくすることができる。
【００７６】
図１１（Ｅ）：洗浄後に対向電極１２２となる材料をスパッタ法により成膜する。本実施例においてはＡｌを２０００Å成膜した。成膜方法、材料、厚みはこれに限ったものではない。
【００７７】
図１１（Ｆ）：フォトリソ／エッチング工程により対向電極１２２のパターン形成を行う。
【００７８】
図１１（Ｇ）：レジスト除去／洗浄後、絶縁膜１２３をＰＥ−ＣＶＤ法により成膜する。本実施例ではＴＥＯＳ＋Ｏ₂ガスを用いてシリコン酸化膜を１５００Å成膜した。成膜方法、材料、厚みはこれに限ったものではない。
【００７９】
図１１（Ｈ）：接着層２５０を塗布・パターン形成を行う。本実施例においては、接着層として感光性ポリイミドを用いているので、フォトリソ工程に準じたプロセスでパターン形成が可能である。
【００８０】
図１２（Ｉ）：振動板形成領域１２０に少なくとも６Ｅ１９／ｃｍ３以上のボロンドープを行った振動板／隔壁形成基板１１０となる＜１１０＞シリコンウェハと対向電極が形成された基板とを熱圧着により接着する。
【００８１】
図１３：隔壁となる部分をマスクして＜１１０＞ＫＯＨによりシリコンを異方性エッチングする。高濃度にボロンが拡散された領域でＫＯＨでのエッチングがストップし、隔壁１１０が形成されると同時に振動板１１１が形成される。
【００８２】
図１８は本発明の他の実施例によって製造されたインクジェットヘッドアクチュエータ部の要部断面で、本実施例も、前述の実施例と同様に、支持基板１２０，絶縁膜１２１，対向電極１２２，絶縁膜１２３，隔膜１１０，振動板１１１から構成されているが、接着層を用いずに絶縁膜１２１を介して支持基板１２０と振動板１１１が直接接合により接合されている。本実施例のアクチュエータでは、噴射インク滴量の複数段階制御のさらなる多値化を目的として、一方の端から他方の端に行くに従い振動板と対向電極間隔が徐々に広がるようなギャップ形状となっている。また、絶縁膜１２３に掘られた窪みの形状は非平行ギャップを形成するために底面が斜面になっているとともに、振動板と対向電極１２２上の絶縁膜１２３がぶつからないようなスペースを確保できる程度の深さが最低でも必要であり、窪みの両端部においてはそれに必要な比較的急峻な傾きの段差が形成されている。
【００８３】
本実施例においては、支持基板として＜１００＞シリコンウェハを用い、絶縁膜１２１としては前記シリコンウェハ上に熱酸化により概ね２μｍ成長させた熱酸化膜を用いた。また、対向電極としてはＴｉＮ、その上の絶縁膜としてはプラズマＣＶＤ法により成長させたＳｉＯ₂膜を用いた。隔壁１１０および振動板１１１には＜１１０＞シリコンウェハが用いられていて、さらに振動板１１１にはエッチングストップのために高濃度（６Ｅ１９／ｃｍ３以上）のボロンドープがされている。振動板１１１と支持基板１２０は熱酸化膜を介した直接接合により接合した。ただし、これらはあくまで１実施例であり、同様な機能を持つ他材料を用いてもかまわない。また、本実施例のギャップ形状はあくまで１例であり、目的に応じて他のギャップ形状にすることも可能である。
【００８４】
本発明は、振動板とそれにギャップを挟んで対向する電極間のギャップ形成法に関するものであることから他部品の図示は省略したが、従来技術と同様に、図１８の構成のアクチュエータにインク供給路，流体抵抗，ノズルプレート等の部品と組み付けることにより、インクジェットヘッドが作成される。
【００８５】
図１９（Ａ），（Ｂ）、図２０（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）、図２１（Ｇ），（Ｈ）は、本実施例のプロセスのフローを説明するための概略図である。
【００８６】
図１９（Ａ）：支持基板１２０となる＜１００＞シリコンウェハ上に絶縁膜１２１となる熱酸化膜を２.０μｍ成長させ、フォトレジスト１３０をスピンコート／プリベークを行ったのち、グラデーションマスクを利用して露光処理を行う。本実施例においては、レジスト１３０はＴＳＭＲ ＣＲＢ−２（粘度５０ｃｐ品）を用い概ね２０００ｒｐｍでスピンコートすることにより２.８μｍ程度の厚を得た。塗布後は９０℃ ６０ｓｅｃのプリベークをおこない、露光はｇ線ステッパー（型式：ＮＳＲ１７５５Ｇ７Ａ、ＮＡ：０.５４、λ：４３６ｎｍ）にて装置的な露光量（透過率１００％，パターンボケの問題がないような広いパターンでの露光量）７００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカスオフセット量は１０μｍの条件でおこなった。
【００８７】
グラデーションマスクの設計は前記実施例と同様に１.６μｍピッチで多数の開口を配置したが、ギャップ形状が異なることに対応し開口率分布は前記実施例と異なり図２２に示すような分布とした。
つづいて現像処理をおこなうことにより、図示されるような底部がなだらかな斜面になっていて、その両端に底部の傾斜と比較し急峻な（本実施例では垂直に近い）傾きの段差を持つようなレジスト形状が得られる。本実施例においては前記段差は小さい方で約１.２μｍとなっている。
【００８８】
図１９（Ｂ）：レジスト１３０および絶縁膜を同時にエッチングする事によりレジストの形状が絶縁膜に転写されていく。本実施例においては、ＣＦ４／Ｏ２ガス系を用いたＲＩＥにより、レジストのエッチレート約８０００Å／ｍｉｎ，酸化膜のエッチレート約３２００Å／ｍｉｎの条件でのエッチングを行った。また、本実施例においては枚葉式のＲＩＥ装置を用いていたが、枚葉式の装置において複数枚（通常２５枚）ウェハの連続処理をおこなうと、処理順に応じて徐々にエッチレートが変化していくことがある。そこで、本実施例においては、まず、所定の深さが得られるエッチング時間の概ね半分の時間エッチングの連続処理を行った後、最初のエッチングとは処理するウェハの順番を逆にして残り半分程度のエッチングの連続処理を行った。
【００８９】
図２０（Ｃ）：本実施例においては段差上部のレジストが４０００Å程度残る程度までエッチングを行うことによりエッチングされた部分のレジスト形状を深さ方向に１／２.５に縮小したような窪みが絶縁膜１２１に形成される。本実施例においては段差上部のレジストを２０００Å以上残すことによりその部分の酸化膜表面がエッチングダメージを受けて荒れることが無いので、その面を接合面として振動板のシリコン面との直接接合が可能である。なお、レジストの残厚が２０００Å未満になると、レジストが残っていても表面荒れが生じてしまうことが実験により確認されている。
また、前工程で底部のなだらかな斜面の両側にほぼ垂直な段差を持つレジスト形状を形成していたので、エッチングレートのバラツキによりレジストのエッチング量がばらついても、振動板の振動領域幅を規定する窪み上部の幅のバラツキはわずかである。ちなみに、振動の変位は振動板の振動領域幅の概ね４乗に比例するので、その寸法バラツキを小さくおさえることは重要である。
【００９０】
図２０（Ｄ）：レジスト除去および洗浄後に対向電極２３０となる材料をスパッタ法により成膜する。本実施例においてはＴｉＮを２０００Å成膜した。成膜方法、材料、厚みはこれに限ったものではない。
【００９１】
図２０（Ｅ）：フォトリソ／エッチング工程によって対向電極１２２のパターン形成を行う。本実施例においては、対向電極１２２となる部分以外に直接接合の接合面となる段差上部の部分にも対向電極材料１２２ａであるＴｉＮを残すようにパターン形成を行った。
【００９２】
図２０（Ｆ）：レジスト除去／洗浄後、絶縁膜１２３をＰＥ−ＣＶＤ法により成膜した後、対向電極１２２及びその側面を覆うようなレジストパターンをフォトリソ工程により形成する。本実施例では絶縁膜には、ＴＥＯＳ＋Ｏ₂ガスを用いてシリコン酸化膜を１５００Å成膜した。成膜方法、材料、厚みはこれに限ったものではない。
【００９３】
図２１（Ｇ）：前工程でパターン形成したレジストをマスクに段差上部分に残っていた絶縁膜をエッチングする。エッチングはバッファーフッ酸を用いてウェットで行っても良いし、例えばＣＨＦ３＋ＣＦ４ガスを用いてドライエッチングで行っても良い。いずれにしてもこの段階では下のＴｉＮ層でエッチングがストップするので、直接接合面となる酸化膜表面はエッチングダメージを受けない。
つづいて、レジスト除去を行った後、前工程でパターニングされた絶縁膜１２３をマスクとして、アンモニア水＋過酸化水素水＋純水のエッチャントによりＴｉＮをエッチングする。このエッチャントでは酸化膜はほとんどエッチングおよびダメージを受けないため、段差上部の酸化膜表面は直接接合可能な表面性が保たれる。
【００９４】
図２１（Ｈ）：振動板形成領域１２０に少なくとも６Ｅ１９／ｃｍ３以上のボロンドープを行った振動板／隔壁形成基板１１０となる＜１１０＞シリコンウェハと対向電極が形成された基板を直接接合により接合する。次に隔壁となる部分をマスクして＜１１０＞ＫＯＨによりシリコンを異方性エッチングする。高濃度にボロンが拡散された領域でＫＯＨでのエッチングがストップし、隔壁１１０が形成されると同時に振動板１１１が形成され本実施例のアクチュエータ主要部が完成する。
【００９５】
図２３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は更に他の実施例の製造プロセスを説明するための概略図であるが、その出来上がりの形状は前記実施例の図２１（Ｈ）と概ね等しい形状となる。
【００９６】
図２３（Ａ）：支持基板１２０となる＜１００＞シリコンウェハ上に絶縁膜１２１となる熱酸化膜を２.０μｍ成長させ、フォトレジスト１３０をスピンコート／プリベークを行ったのち、グラデーションマスクを利用して露光処理を行う。 本実施例においては、レジストはＴＳＭＲ ＣＲＢ−２（粘度５０ｃｐ品）を用い概ね２０００ｒｐｍでスピンコートすることにより２.８μｍ程度の厚を得た。塗布後は９０℃ ６０ｓｅｃのプリベークをおこない、露光はｇ線ステッパー（型式：ＮＳＲ１７５５Ｇ７Ａ、ＮＡ：０.５４、λ：４３６ｎｍ）にて装置的な露光量（透過率１００％，パターンボケの問題がないような広いパターンでの露光量）７００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカスオフセット量は１０μｍの条件でおこなった。
【００９７】
グラデーションマスクの設計は先の実施例と同様に１.６μｍピッチで多数の開口を配置したが、ギャップ形状が異なることに対応し開口率分布は先の実施例と異なり図２２に示すような分布とした。つづいて現像処理をおこなうことにより、図示されるような底部がなだらかな斜面になっていて、その両端に底部の傾斜と比較し急峻な（本実施例では垂直に近い）傾きの段差を持つようなレジスト形状が得られる。本実施例においては前記段差は小さい方で約１.２μｍとなっている。
【００９８】
図２３（Ｂ）：レジスト１３０および絶縁膜を同時にエッチングする事によりレジストの形状が絶縁膜に転写されていく。本実施例においては、ＣＦ４／Ｏ２ガス系を用いたＲＩＥにより、レジストのエッチレート約８０００Å／ｍｉｎ，酸化膜のエッチレート約３２００Å／ｍｉｎの条件でのエッチングをおこなう。エッチング量としては概ね底面のなだらかな斜面のレジストがちょうどすべてエッチングされる程度のエッチング量とした。
【００９９】
図２３（Ｃ）：バッファードフッ酸により、絶縁膜１２１（熱酸化膜）を約４０００Åエッチングを行う。ＢＨＦによる熱酸化膜のエッチングは非常に均一であり、エッチング量のバラツキはウェハ内±１％以下、ロット内で±１.５％以下程度に抑えることが可能であるので段差深さのバラツキを小さすることができる。また、ＢＨＦによるエッチングでは多少サイドエッチが入るがこの条件では概ね１μｍ以下であり特性上はほとんど問題にならない。また、工程短縮のためにドライエッチのみで段差形成する場合でも、レジストと絶縁膜の選択比を所定の値に制御する必要のある非平行段差を形成するステップと選択比を厳密に制御する必要のない全体的に均一に段差を深くするステップでエッチング条件を変えることにより、段差深のバラツキを少なくすることが可能である。
【０１００】
本実施例においてはＢＨＦによるウェットエッチのマスクには非平行ギャップ形成のためにグラデーションマスクにより形成されたレジストのレジストと絶縁膜を同時にエッチングする工程後に残った部分を利用したが、別途形成してもかまわない。
また、先にウェットエッチにより均一な段差を形成した後、グラデーションマスクを利用して非平行ギャップを形成することも可能であるが、図２４に示すように、先に形成した段差によりレジスト膜厚に分布ができるため、その点に注意してマスク設計をする必要がある。以下、前記実施例と同様にしてインクジェットヘッドが形成される。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明には、インクジェットヘッド製造方法によれば、振動板基板もしくは電極基板の少なくとも一方の基板において、ギャップの位置に対応して、前記基板上もしくは前記基板上に形成された絶縁層上に所定の形状のレジストを形成する工程と、前記レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写する工程により、階段形状の段差や非平行形ギャップ形状をフォトリソ／エッチングといった通常の半導体製造で使用されている技術によって作成することにより大量生産が可能となる。
【０１１３】
更には、露光／現像処理後にレジストの軟化温度以上の温度の熱処理を加えることにより透過率の段階的な変化や開口ピッチに対応したレジストの微細な凹凸を小さくすることができるので、より高性能・高信頼性のインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【０１１４】
また、所定の形状に加工されたレジストと基板もしくは基板上に形成された絶縁膜を同時にエッチングする工程終了後に、振動板が形成される基板と対向電極が形成される基板の少なくとも一部に２０００Å以上の厚みのレジストを残すことによりその部分に表面荒れが発生しないので、後の工程で平坦化等特別な処理をすることなく振動板形成基板と対向電極形成基板を直接接合する事が可能となり、特性のバラツキの少ないインクジェットヘッドの製造が可能となる。
【０１１５】
また、レジストの非平行ギャップに対応する部分の両側に、非平行ギャップ部分のレジスト勾配よりも大きな勾配で形成される段差をレジストに設けることにより、エッチング量がばらつきに起因するギャップ幅のバラツキを小さくすることが可能となり特性バラツキの少ないインクジェットヘッドの製造が可能となる。
【０１１６】
また、基板上にもしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、ギャップ形状に対応して開口率が徐々に変化する複数の開口部が形成されたフォトマスクを利用し縮小光学系をもった露光装置によりレジストに露光／現像処理を行うことから、フォトマスク上では開口の大きさや開口のピッチがウェハ上よりも大きく作成する事になることから、フォトマスク作成時の相対的なバラツキを小さくすることができるので、特性バラツキの小さなインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【０１１７】
また、基板上もしくは基板上に形成された絶縁層上にレジストを塗布後、ギャップ形状に対応して開口率が徐々に変化する複数の開口部が形成されたフォトマスクを利用して露光処理を行なうにあたって、露光位置をずらして複数回の露光処理を行うことにより、マスクの開口ピッチに対応したレジストの微細な凹凸を小さくすることができるので、より高性能・高信頼性のインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【０１１８】
また、レジストおよび基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングすることにより前記レジスト形状を所定の比率で前記基板もしくは前記絶縁層に転写にあたり、前記レジストのエッチレートを基板もしくは基板上に形成された絶縁層のエッチレートよりも大きくすることにより、レジスト上に比べ基板もしくは基板上でのマスクの開口ピッチに対応したレジストの微細な凹凸は小さくすることができるので、より高性能・高信頼性のインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【０１１９】
また、レジストおよび基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングする工程が枚様式の処理装置で複数枚の基板を処理する場合に所定の量に満たないエッチングを一旦行なったのちに最初の処理と処理順を逆にして所定量のエッチング処理を行なうことにより処理順によるエッチングスピードの変動の影響を小さくすることができるので、特性バラツキの小さなインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【０１２０】
また、非平行形状を形成する為のレジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングする第一のエッチング工程と全体を均一にエッチングする第二のエッチング工程のそれぞれに対して最適なエッチング条件を選択することによりより高精度のギャップ形成が可能となるので、特性バラツキの小さなインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【０１２１】
また、レジストおよび前記基板もしくは基板上に形成された絶縁層を同時にエッチングする第一のエッチング工程よりも第二のエッチング工程を後に行うことにより、第一のエッチング工程前のレジスト膜厚がより均一に塗布可能となりギャップ形状をより精密に制御することが可能となるので、特性バラツキの小さなインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【０１２２】
また、第二のエッチング工程のエッチングマスクとして第一のエッチング工程終了後に基板上に残ったレジストを用いることにより工程を短縮することができるので、製造コストの低減が可能となる。
【０１２３】
また、第二のエッチング工程で形成される段差がシリコン基板上に形成された熱酸化膜のバッファー沸酸によるエッチングにより形成されることからきわめて均一性が高く高精度のエッチングが可能となるので、特性バラツキの小さなインクジェットヘッドを製造する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 静電型アクチュエータの概略構成を示した図である。
【図２】 ギャップ形状の一例を示すための図である。
【図３】 ギャップ形状の他の例を示すための図である。
【図４】 ギャップ形状の更に他の例を示すための図である。
【図５】 図２に示した静電型アクチュエータのギャップ形成のプロセスを具体的に示した図である。
【図６】 図３に示した静電型アクチュエータのギャップ形成のプロセスを具体的に示した図である。
【図７】 図４に示した静電型アクチュエータのギャップ形状のプロセスを具体的に示した図である。
【図８】 静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの一例を示す断面図である。
【図９】 本発明によって製造されたインクジェットヘッドのアクチュエータ部の要部断面である。
【図１０】 本発明によるインクジェットヘッド製造プロセスのフローを説明するための概略図である。
【図１１】 本発明によるインクジェットヘッド製造プロセスの一部のフローを説明するための概略図である。
【図１２】 図１１に示したインクジェットヘッド製造プロセスの続きのフローを説明するための概略図である。
【図１３】 図１２に示したインクジェットヘッド製造プロセスの続きのフローを説明するための概略図である。
【図１４】 ギャップ部分のマスクパターンのイメージを示す図である。
【図１５】 レジストの感度曲線を示す図である。
【図１６】 フォトマスクの開口率分布の例を示す図である。
【図１７】 露光部の凹凸を模式図を拡大して示す図である。
【図１８】 本発明の他の実施例によって製造されたインクジェットヘッドアクチュエータ部の要部断面である。
【図１９】 図１８に示したインクジェットヘッドアクチュエータの製造プロセスのフローを説明するための概略図である。
【図２０】 図１９の続きのプロセスのフローを説明するための概略図である。
【図２１】 図２０の続きのプロセスのフローを説明するための概略図である。
【図２２】 フォトマスクの開口率分布の他の例を示す図である。
【図２３】 本発明の更に他の実施例の製造プロセスを説明するための概略図である。
【図２４】 レジスト膜厚の分布に段差がある場合の例を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１…振動板、１２，２２，３２，４２…電極基板、１３，２３，３３，４３…ギャップ、１４，２４，３４，４４…基板電極、１１０…隔膜、１１１…振動板、１２０…支持基板、１２１…絶縁膜、１２２…対向電極、１２３…絶縁膜、１２４…接着層、１３０…フォトレジスト。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention,INkjet HeadDeMore particularly, the head for on-demand inkjet printersDeIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Various methods have been proposed for driving a head for an ink jet printer using an electrostatic actuator that ejects ink droplets directly from a nozzle onto a recording medium. The driving method is roughly divided into two methods, a non-contact driving method for driving the diaphragm and the individual electrodes so as not to be in direct contact with each other, and a contact driving method in which the individual electrodes are in direct contact with the diaphragm. These are disclosed in JP-A-7-214770.
[0003]
However, each driving method has advantages and disadvantages. In particular, in the contact driving method, a stable and constant ink discharge amount with small variations between individual heads can be obtained (digitally), but the ink discharge weight. It is difficult to control the discharge characteristics such as the above in various ways and to cope with multiple gradations. In order to solve the technical problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-39235 discloses an ink jet in which gaps in the longitudinal direction of a diaphragm of an electrostatic ink jet head and individual electrodes are formed in multiple stages.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
There is an on-demand ink jet head as an application product of an electrostatic actuator. As described above, the electrostatic ink jet head driving method is roughly divided into a non-contact driving method in which the diaphragm and the individual electrode are not in direct contact with each other, and an individual electrode in direct contact with the diaphragm. Two types of contact driving methods have been proposed. In the case of the non-contact driving method, the electrical and mechanical stress on the individual electrodes and the diaphragm is small, so there is a merit that the life of the head is relatively long. Due to factors such as uneven spring constants, it has been difficult to keep the amount of ink ejected from each nozzle constant.
[0005]
On the other hand, the contact driving method in which the individual electrode is in direct contact with the diaphragm is different from the non-contact driving method in that it is always driven with a voltage higher than the voltage with which the diaphragm contacts the individual electrode. Therefore, the ink discharge amount is stabilized (Japanese Patent Laid-Open No. 7-214770). However, when such contact driving is performed, a stable and constant ink discharge amount with small variations between the heads can be obtained (digitally), but the discharge characteristics such as the ink discharge weight are controlled more variously. It was difficult to deal with multiple gradations.
[0006]
In order to solve the above technical problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-39235 discloses an ink jet in which a longitudinal gap between a diaphragm of an electrostatic ink jet head and individual electrodes is formed in multiple stages. However, the electrostatic ink jet head described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-39235 has a relatively large portion and a small portion between the diaphragm and the electrode, and these change gradually. With this structure, the drive voltage can be lowered and the ink droplet discharge amount can be controlled stepwise. In the trend of higher density, there has been a problem that the drive voltage increases due to the following reasons, and the cost of the drive circuit increases.
[0007]
In order to perform high-speed and high-quality printing with an inkjet head, it is essential to increase the density of nozzles. However, in an inkjet head that drives a diaphragm by electrostatic attraction, the nozzle pitch is narrowed and the density is increased. In order to achieve this, it is necessary to shorten the short side length of each diaphragm in the nozzle pitch direction. Here, from equation (1), the amount of displacement of the diaphragm due to electrostatic attraction is proportional to the fourth power of the diaphragm short side length. Therefore, if the short side length of the diaphragm is shortened for the purpose of increasing the density, the displacement The amount is significantly reduced.
[0008]
Therefore, in order to secure the required amount of ink droplet discharge by increasing the displacement, the thickness of the diaphragm is reduced or the diaphragm and the individual electrodes are separated from the expressions (1) and (2). It is necessary to narrow the gap length or increase the driving voltage.
[0009]
[Expression 1]

[0010]
Here, it is not preferable to reduce the thickness (h) of the diaphragm because the rigidity of the diaphragm is lowered and the ink ejection force is lowered. On the other hand, shortening the distance (t) between the electrodes, which corresponds to the gap between the diaphragm and the individual electrodes, reduces the amount of ink ejected as the displacement of the diaphragm decreases, causing ink smearing. It is not preferable. For this reason, an attempt was made to cope with higher density by increasing the drive voltage, but there was a problem that the cost of the power supply and drive circuit was increased.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrostatic actuator / inkjet head that solves the above-described problems and can be applied to an inkjet head that is compatible with high density, and a method of manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  Claim 1Inkjet headThe manufacturing method ofA diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. That process has the resist to perform the exposure / development process, heat treatment of the exposure / a temperature above the softening temperature of the after development the resistWith featuresDoIs.
[0013]
  The invention of claim 2A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. A plurality of openings so that individual openings are not resolved in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. And using a photomask in which the openings are arranged with an aperture ratio distribution corresponding to the gap shape, exposure / development processing is performed under conditions such that the openings do not resolve, and a resist is formed after the exposure / development processing. Apply heat treatment at a temperature higher than the softening temperature ofIt is characterized by this.
[0014]
  The invention of claim 3A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. A substrate on which the diaphragm is formed and a substrate on which the counter electrode is formed after the step of simultaneously etching the resist processed into a predetermined shape and the substrate or the insulating film formed on the substrate are completed. Resist with a thickness of 2000 mm or more remains on at least a part of the bonding surface ofIt is characterized by.
[0015]
  The invention of claim 4A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. Have that step, on opposite sides of the portion corresponding to the non-parallel gap of the resist, providing a step formed by the large gradient than the resist gradient non-parallel gap portions resistIt is characterized by.
[0016]
  The invention of claim 5A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And a stepwise or continuous transmittance corresponding to the gap shape at least in a portion corresponding to the non-parallel gap forming region after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. An exposure / development process is performed on the resist using a photomask having a distribution, and the exposure process is performed by an exposure apparatus including a reduction optical system.It is characterized by.
[0017]
  The invention of claim 6A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. A plurality of openings so that individual openings are not resolved in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. And an exposure / development process is performed under such conditions that the aperture is not resolved, using a photomask in which the aperture is arranged with an aperture ratio distribution corresponding to the gap shape. To be performed by an exposure apparatus comprising the systemIt is characterized by.
[0018]
  The invention of claim 7A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And a stepwise or continuous transmittance distribution corresponding to the gap shape at least in a portion corresponding to the non-parallel gap forming region after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. A step of performing exposure / development processing on the resist using a photomask having the resist, and the exposure / development processing is performed after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. Uses a photomask having a plurality of openings that are less than the resolution limit in the resist / exposure apparatus / exposure conditions and a pattern in which the aperture ratio of the openings gradually changes corresponding to the gap shape. Then, exposure / development processing is performed on the resist, and the exposure processing is performed a plurality of times while shifting the exposure position.It is characterized by.
[0019]
  The invention of claim 8A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And a plurality of openings so that individual openings do not resolve in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used after applying a resist on the substrate or on an insulating layer formed on the substrate. And an exposure / development process using a photomask in which the openings are arranged with an aperture ratio distribution corresponding to a gap shape, and the openings are not resolved. Has a plurality of openings which are below the resolution limit in the resist / exposure apparatus / exposure conditions to be processed after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate, and The resist is exposed / developed using a photomask having a pattern in which the aperture ratio gradually changes in accordance with the gap shape. Be carried out several times by shifting theIt is characterized by.
[0020]
  The invention of claim 9A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. After applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate, at least in a portion corresponding to the non-parallel gap forming region, stepwise or continuous transmission corresponding to the gap shape The resist is exposed / developed using a photomask having a rate distribution, and the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate are simultaneously etched to form the resist shape at a predetermined ratio. In transferring to the substrate or the insulating layer, the etch rate of the resist is larger than the etch rate of the substrate or the insulating layer formed on the substrate.It is characterized by.
[0021]
  The invention of claim 10A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or an insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and And simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate to form the resist shape on the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio. A plurality of processes including a step of copying, and after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate, individual openings are not resolved in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used And using the photomask in which the opening is arranged with an aperture ratio distribution corresponding to the gap shape, exposure / development processing is performed under the condition that the opening is not resolved, and the resist and the substrate Alternatively, when the resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the insulating layer formed on the substrate, the etching rate of the resist is the insulating material formed on the substrate or the substrate. Greater than layer etch rateIt is characterized by.
[0022]
  The invention of claim 11A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate at the same time when the plurality of substrates are processed by a single-type processing apparatus. Once done, reverse the order of processing with the first and perform a certain amount of etching.It is characterized by.
[0023]
  The invention of claim 12A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap on at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate. A first etching step of transferring the resist shape to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate, and at least an electrode A second etching step of etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate with an etching mask having a completely opened portion, and forming individual electrodes in the recesses formed by the second etching step FormingIt is characterized by.
[0024]
  The invention of claim 13Performing the second etching step after the first etching step.It is characterized by.
[0025]
  The invention of claim 14The etching mask of the second etching process is a resist remaining on the substrate after the first etching process is completed.It is characterized by.
[0026]
  The invention of claim 15The material etched in the second etching step is a thermal oxide film formed on a silicon substrate, and the etchant is buffered hydrofluoric acid.It is characterized by.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electrostatic actuator according to the present invention, in which 11 is a diaphragm, 12 is an electrode substrate, 13 is a gap for generating an electrostatic force, 14 is a substrate electrode, The substrate electrode 14 is formed on the electrode substrate 12 and is disposed to face the diaphragm 11 with the gap 13 interposed therebetween. When a voltage is applied between the substrate electrode 14 and the diaphragm 11, The diaphragm is displaced. As the material of the diaphragm 11, it is desirable to use a material such as single crystal silicon from the viewpoint of durability, but it may be formed of polycrystalline silicon for the purpose of not requiring long-term durability. .
[0037]
The thickness of the diaphragm 11 is optimally selected depending on the purpose of use of the actuator, the displacement range, the driving voltage, and the like, but is usually set in the range of 1.0 μm to 20 μm. As a method of forming the diaphragm 11, a silicon wafer is often used as a material. Specifically, a silicon wafer is bonded to the electrode substrate 12 and then the silicon wafer is polished to a desired vibration plate thickness, or impurities are diffused in advance on the silicon wafer forming the vibration plate, and then bonded. Later, etching is stopped by utilizing the difference in etching rate in the impurity region to obtain a desired diaphragm thickness, or similarly, the impurity is diffused and electrochemically stopped at the desired thickness. There are methods. Alternatively, the diaphragm can be formed by using a wafer called a so-called SOI wafer on which a silicon thin film having a predetermined thickness is formed in advance.
[0038]
When the diaphragm is formed of polycrystalline silicon, the gap portion of the electrode substrate 12 on which the gap 13 and the substrate electrode 14 are previously formed is planarized with a so-called sacrificial material such as Al (aluminum), and the silicon thin film 11 is formed thereon. It can be formed by forming a film and then removing the sacrificial material. A diaphragm electrode (not shown) may be separately formed on the diaphragm 11. However, in the normal case, the silicon diaphragm 11 has a low resistance due to diffusion of impurities, and often serves as the diaphragm and the diaphragm electrode. . This silicon diaphragm may have an insulating film formed on the side facing the substrate electrode. In that case, the insulating film is SiO.₂Iso-oxide-based insulating film, Si₃N₄An isonitride insulating film can be used. Although the insulating film is often formed by a film forming method, the surface of the diaphragm may be thermally oxidized to form an oxide insulating film on the surface.
[0039]
As the electrode substrate 12, various materials such as single crystal silicon, glass, and ceramic can be selected. When the electrode substrate is formed from single crystal silicon, a normal silicon wafer can be used. Although the thickness varies depending on the diameter of the silicon wafer, the thickness of a silicon wafer having a diameter of 4 inches is often about 500 μm, and the thickness of a silicon wafer having a diameter of 6 inches is often about 600 μm. When a material other than a silicon wafer is selected, a smaller difference in thermal expansion coefficient from that of the diaphragm silicon is advantageous in terms of reliability when joining to the diaphragm. For example, Corning # 7740 can be used for glass materials, SW3 can be used for Iwaki Glass, and SD2 can be used for Hoya.
[0040]
The electrode substrate 12 and the vibration plate 11 may be bonded by an adhesive, but more reliable physical bonding, for example, the vibration plate 11 is formed of single crystal silicon and the electrode substrate 12 is formed of silicon. In this case, a direct bonding method through an oxide film can be used, and when the electrode substrate 12 is glass, anodic bonding can be used. When the electrode substrate 12 is formed of silicon and anodic bonding is used, Pyrex glass may be formed between the electrode substrate 12 and the vibration plate 11 and anodic bonding may be performed via this film. .
[0041]
The gap 13 is formed so that the distance between the substrate electrode 14 formed on the electrode substrate 12 and the diaphragm 11 in the diaphragm lateral direction is smaller in the peripheral part than in the central part. The dimensions of the short side direction, the length in the long side direction, the gap depth and the like are selected depending on the purpose of use of the actuator, the displacement range, the driving voltage, etc. Generally, the short side length is 50 to 500 μm. The long side length is often set in the range of 200 to 4000 μm, and the gap depth is set in the range of 0.1 to 5.0 μm. A specific method for forming the gap 13 will be described later.
[0042]
As the substrate electrode 14, a metal material such as Al, Cr, Ni or the like generally used in a process for forming a semiconductor element is usually used. Alternatively, a polycrystalline silicon thin film whose resistance is reduced by impurities may be used. When the electrode substrate 12 is formed of a conductive material such as a Si wafer, it is necessary to form an insulating layer between the electrode substrate 12 and the substrate electrode 14. In this case, the insulating layer is SiO₂Is generally used. When an insulating material such as glass is used for the electrode substrate 12, it is not necessary to form an insulating layer between the substrate electrode 14. When the electrode substrate 12 is silicon, an impurity diffusion region can be used as the substrate electrode. In this case, the impurity used for the diffusion is an impurity having a conductivity type opposite to that of the substrate silicon, a pn junction is formed around the diffusion region, and the substrate electrode 14 and the electrode substrate 12 are electrically insulated. The substrate electrode formed by various methods may be covered with an insulating film in order to avoid a short circuit with the diaphragm. The insulating film is SiO.₂Iso-oxide-based insulating film, Si₃N₄An isonitride insulating film can be used. As a method for forming an insulating film, a film forming method is often used.
[0043]
The electrostatic actuator according to the present invention can be driven at a lower voltage than conventional electrostatic actuators. The electrostatic actuator operates by a balance between an electrostatic force generated between a diaphragm electrode (often serving as a diaphragm) and a substrate electrode disposed opposite thereto, and the rigidity of the diaphragm. Since this electrostatic force is inversely proportional to the square of the distance between the two electrodes, a desired electrostatic force can be obtained with a smaller voltage as the distance between the electrodes is smaller.
[0044]
In the electrostatic actuator according to the present invention, the distance between the diaphragm electrode and the substrate electrode is smaller in the periphery than in the center, so that the displacement of the diaphragm starts from the periphery where the distance is small as the drive voltage is applied. . The displacement start voltage at this time is lower than the displacement start voltage at the center of the diaphragm. As the displacement starts at the periphery of the diaphragm, the distance between the diaphragm electrode and the substrate electrode is gradually reduced, and a large displacement can be obtained with a slight voltage increase. Therefore, the electrostatic actuator according to the present invention can be driven at a lower voltage than the conventional electrostatic actuator.
[0045]
In addition, since the electrostatic actuator according to the present invention has an insulating film formed between the diaphragm and the substrate electrode, there is no short circuit even if the diaphragm touches the substrate electrode. Therefore, the electrostatic actuator according to the present invention can be operated such that a part of the diaphragm touches the opposing substrate electrode. In FIG. 1, only one actuator is shown for the sake of simplicity, but a plurality of the illustrated electrostatic actuators are arranged at equal intervals on the same substrate to form an electrostatic actuator array. Is also possible.
[0046]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the gap shape of the electrostatic actuator according to the present invention. The diaphragm 21 is made of single crystal silicon and has a thickness of 8 μm. The electrode substrate 22 was a single crystal silicon (100) wafer having a thickness of 525 μm. The shape of the gap 23 is formed in a smooth concave shape toward the diaphragm 21. The short side length is 130 μm, the long side length is 3000 μm, and the depth of the gap 23 is 0.3 μm. The substrate electrode 24 was a TiN thin film having a thickness of 3000 angstroms, and was formed by RF sputtering. A silicon thermal oxide film (not shown) having a thickness of 1 μm is formed on the base of the substrate electrode 24. The substrate electrode 24 is protected by a silicon nitride film (thickness 5000 angstroms) formed by plasma CVD. The diaphragm 21 and the electrode substrate 22 were joined directly by a silicon thermal oxide film.
[0047]
FIG. 5 specifically shows the gap forming process of the electrostatic actuator shown in FIG. 2, and includes the processes shown in FIGS. 5 (A) to 5 (E).
FIG. 5A: A photoresist (OFPR-800) 55 is formed to a thickness of 1 μm on an electrode substrate material 52 made of a silicon wafer.
[0048]
FIG. 5B: Next, the photoresist 55 is exposed using the photomask 56. The photomask 56 is formed so that the light transmitting region scatters the transmitted light. Therefore, the exposure region of the photoresist 55 is exposed deeply in the central portion of the mask 56 and shallowly in the peripheral portion of the mask 56. The
[0049]
FIG. 5C: When the exposure light intensity and exposure time are adjusted so that the exposure region of the resist 55 does not reach the electrode substrate material 52, the resist shape after development reflects the exposure region on the diffusion mask. As shown in FIG. 5C, a smooth concave shape is obtained.
[0050]
FIG. 5D: When the resist layer 55 and the electrode substrate material 52 are anisotropically dry-etched in the depth direction, the smooth concave shape of the resist layer 55 is transferred to the electrode substrate material 52 as the etching progresses. The etching gas is SF₆, O₂The mixed gas was used. The etching conditions were adjusted so that the etching rate of the resist layer 55 and the etching rate of the electrode substrate material 52 were equal. By doing so, the depth of the gap 53 formed in the resist layer 55 is equal to the depth formed in the electrode substrate material 52. It is also possible to adjust the gap depth formed in the electrode substrate material 52 by intentionally changing the etching rate ratio between the two materials.
[0051]
FIG. 5E: After the etching is completed, the resist layer 55 remaining on the electrode substrate material 52 is removed, and the gap shape 53 constituting the electrostatic actuator according to the present invention is completed. In FIG. 5D, the resist layer is left around the gap to protect the joint surface with the diaphragm, but it is not necessary to leave the resist layer if there is no problem in joining.
[0052]
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the gap shape according to the present invention. In this embodiment, the diaphragm 31 is made of single crystal silicon and has a thickness of 5 μm. The electrode substrate 32 was made of Corning Pyrex glass # 7740 with a thickness of 1 μm. The gap 33 is formed in a convex shape having a smooth peripheral portion toward the diaphragm 31. The short side length is 130 μm, the long side length is 3000 μm, and the depth of the gap 33 is 0.5 μm.
[0053]
The substrate electrode 34 was an Al thin film having a thickness of 3000 angstroms and was formed by RF sputtering. The substrate electrode 34 is protected by a silicon nitride film (thickness 5000 angstroms) formed by plasma CVD. The diaphragm 31 and the electrode substrate 32 were joined by anodic bonding.
[0054]
FIG. 6 specifically shows a gap forming process of the electrostatic actuator shown in FIG. 3, and includes the processes shown in FIGS. 6 (A) to 6 (E).
FIG. 6A: Photoresist (OFPR-800) 65 is formed to a thickness of 1 μm on electrode substrate material 62 made of Pyrex glass # 7740.
FIG. 6B: Next, the photoresist 65 in the region to be the gap is exposed and removed using a photomask.
6C: After opening the photoresist 65, a photoresist 66 is applied again. Since the resist 66 is applied in a stepped shape, the shape changes to a smooth convex shape toward the diaphragm side around the opening of the resist 66.
[0055]
6D: When this resist layer (65, 66) and the electrode substrate material 62 are anisotropically dry-etched in the depth direction, the smooth convex shape of the resist layer (65, 66) becomes an electrode as the etching proceeds. Transferred to the substrate material 62. CF as etching gas₄, O₂The mixed gas was used. The etching conditions were adjusted so that the etching rate of the resist layers (65, 66) and the etching rate of the electrode substrate material 62 were equal. By doing so, the depth of the gap shape 63 formed in the resist layer (65, 66) and the depth formed in the electrode substrate material 62 can be equally obtained. It is also possible to adjust the gap depth formed in the electrode substrate material 62 by intentionally changing the etching rate ratio between the two materials.
[0056]
FIG. 6E: After the etching was completed, the resist layer remaining on the electrode substrate material 62 was removed to complete the gap shape constituting the electrostatic actuator according to the present invention. In FIG. 6D, the resist layer 65 is left around the gap in order to protect the joint surface with the diaphragm. However, if there is no problem in joining, it is not necessary to leave the resist layer.
[0057]
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining still another embodiment of the gap shape according to the present invention. The vibration plate 41 is made of single crystal silicon and has a thickness of 8 μm. The electrode substrate 42 was a single crystal silicon (100) wafer having a thickness of 525 μm. The shape of the gap 43 is formed in a convex shape with a smooth shape around the opening on the short side of the gap toward the diaphragm 41, and with a smooth convex shape in the center of the opening. The short side length is 130 μm, the long side length is 3000 μm, and the gap depth is 0.3 μm. The substrate electrode 44 was a TiN thin film having a thickness of 3000 angstroms, and was formed by RF sputtering. A silicon thermal oxide film (not shown) having a thickness of 1 μm is formed on the base of the substrate electrode 44. The substrate electrode 34 is protected by a silicon nitride film (thickness 5000 angstroms) formed by plasma CVD. The diaphragm 41 and the electrode substrate 42 were joined by direct joining via a silicon thermal oxide film.
[0058]
FIG. 7 specifically shows the gap formation process of the electrostatic actuator shown in FIG. 4, and includes the processes shown in FIGS. 7 (A) to 7 (F).
FIG. 7A: A photoresist (OFPR-800) 76 is formed to a thickness of 1 μm on an electrode substrate material 72 made of a silicon wafer.
FIG. 7B: Next, the photoresist in the region that becomes the gap is exposed and removed using a photomask.
FIG. 7C: After opening the photoresist, a photoresist 76 is applied again. By applying heat treatment to the resist layer (75, 76) after coating, the resist 76 obtains fluidity by heat, and a convex shape or opening having a smooth shape around the opening of the resist 75 due to balance with the surface tension. It changes to a smooth convex shape at the center.
[0059]
FIG. 7D: When this resist layer (75, 76) and the electrode substrate material 72 are anisotropically dry-etched in the depth direction, the smooth uneven shape of the resist layer (75, 76) becomes an electrode as the etching progresses. Transferred to the substrate material 72. The etching gas is SF₆, O₂The mixed gas was used. The etching conditions were adjusted so that the etching rate of the resist layers (75, 76) and the etching rate of the electrode substrate material 72 were equal. By doing so, the depth of the gap shape formed in the resist layer (75, 76) and the depth formed in the electrode substrate material 72 can be obtained equally. It is also possible to adjust the depth of the gap 73 formed in the electrode substrate material 72 by intentionally changing the etching rate ratio between the two materials.
[0060]
FIG. 7E: After the etching is completed, the resist layer 75 remaining on the electrode substrate material 72 is removed, and the gap shape constituting the electrostatic actuator according to the present invention is completed. In FIG. 7E, the resist layer 75 is left around the gap in order to protect the joint surface with the diaphragm. However, if there is no problem in joining, it is not necessary to leave the resist layer.
[0061]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of an inkjet head using the electrostatic actuator according to the present invention. FIG. 8A is a front view, and FIG. 8B is a side view. In FIG. 8, reference numeral 81 denotes a liquid chamber forming member for discharging liquid that also serves as a diaphragm of the actuator, and is formed by anisotropic etching using a silicon (110) wafer as a substrate. An electrode substrate member 82 is formed using a silicon (100) wafer. Reference numeral 83 denotes a smooth concave gap having a depth of 0.8 μm. Reference numeral 84 denotes a substrate electrode formed in the gap, which is formed of a TiN thin film having a thickness of 0.3 μm. The substrate electrode 84 is protected by a SiN film having a thickness of 0.15 μm formed by plasma CVD (not shown). 85 is an oxide film for bonding the diaphragm and the electrode substrate, and has a thickness of 0.2 μm. The diaphragm and the electrode substrate were joined by a direct method of silicon through an oxide film. Reference numeral 86 denotes a pressurized liquid chamber for ejecting ink having a short side length of 130 μm and a long side length of 3500 μm. 87 is a flow path for fluid resistance, and its cross-sectional area is 1200 μm.², The length is 200 μm. Reference numeral 88 denotes an ink supply opening which is opened in the common flow path and has a diameter of 0.5 mm. A common liquid chamber 89 communicates with the pressurized liquid chamber and has a length of 1500 μm. The common liquid chamber 89 can communicate with a plurality of pressurized liquid chambers. Reference numeral 90 denotes a single crystal silicon diaphragm having a thickness of 3 μm. The diaphragm 90 is a part of a liquid chamber forming member that forms the liquid chamber 86, and is formed in the process of forming the pressurized liquid chamber and the common liquid chamber. The method was formed by diffusing boron element (B) at a high concentration in a portion to be a vibration plate and stopping anisotropic etching for forming a liquid chamber in the vibration plate region. No. 91 is a nozzle for discharging ink, and its diameter is 25 μm. Reference numeral 92 denotes a nozzle plate including a nozzle portion, which is formed by Ni electroforming, and the surface of ink ejection is treated to be hydrophobic.
[0062]
In this ink jet head, the silicon diaphragm 90 is vibrated by an electrostatic force to increase the pressure inside the pressurized liquid chamber 86, and ink drops are ejected from the nozzle portion 91 by the increasing force. After ejection, new ink is replenished from the common liquid chamber 89 communicating with the outside to the pressurized liquid chamber 86 through the liquid resistance channel 87. The amount of ink ejected can be controlled by the displacement of the diaphragm 90.
In this ink jet head, the displacement of the vibration plate 90 starts from a position where the distance between the vibration plate / substrate electrodes around the gap is small, so that it can be driven at a low voltage. Further, since there is an insulating film between the diaphragm 90 and the substrate electrode 84, the diaphragm can be displaced until the diaphragm comes into contact with the substrate electrode.
[0063]
In FIG. 8, only one inkjet head is shown to simplify the description, but a plurality of inkjet heads may be arranged on the same substrate at equal intervals to form an inkjet head array. is there.
[0064]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part of an actuator part of an ink jet head manufactured according to the present invention. The main parts of the actuator are the same as the conventional ones, such as a support substrate 120, an insulating film 121, a counter electrode 122, and an insulating film 123. , Adhesive layer 124, diaphragm 110, and diaphragm 111. A minute gap is formed between the diaphragm 111 and the counter electrode 122 (precisely between the insulating film 123). When a voltage is applied between the diaphragm 111 and the counter electrode 122, the diaphragm 111 is caused by electrostatic force. Is displaced toward the counter electrode 122, and then the ink is ejected by the force of the vibrating plate 111, which is displaced when the voltage is returned to 0, to return to the original position by its elastic force. The gap between the diaphragm 111 and the counter electrode 122 is a size obtained by taking the difference in thickness of the counter electrode 122 from the interval formed by the recess formed in the insulating film 121 and the adhesive layer 124 also used as a spacer. Become.
[0065]
In the actuator shown in FIG. 9, for the purpose of lowering the drive voltage and controlling the amount of ejected ink droplets in multiple steps, on one side, the distance between the diaphragm and the counter electrode gradually increases from the gap end toward the center. The remaining portion has a gap shape such that the diaphragm and the counter electrode are parallel to each other. The insulating film 123 on the counter electrode 122 prevents a short circuit between the diaphragm 111 and the counter electrode 122, and an insulating film having the same function may be formed on the diaphragm side. Further, it can be omitted when the driving method is such that the diaphragm and the counter electrode do not contact each other. Further, in the example shown in FIG. 9, a recess is dug in the insulating layer 121, but a similar gap can be formed even if a recess is dug in the support substrate and an insulating layer is formed with a uniform thickness thereon. It is. Further, when an insulating substrate such as glass is used as the support substrate, the insulating film 121 can be omitted. It is also possible to create a gap by forming a recess on the diaphragm side on the counter electrode forming substrate side. Furthermore, the gap shape is merely an example, and other gap shapes can be used according to the purpose.
[0066]
In the example shown in FIG. 9, a <100> silicon wafer was used as the support substrate, and a thermal oxide film grown approximately 2 μm on the silicon wafer by thermal oxidation was used as the insulating film 121. Also, Al is used as the counter electrode, and the SiO 2 film grown thereon is formed by plasma CVD as the insulating film.₂A membrane was used. The adhesive layer 124 also serving as a gap spacer was bonded by thermocompression bonding using photosensitive polyimide. A <110> silicon wafer is used for the partition 110 and the diaphragm 111, and the diaphragm 111 is further doped with boron at a high concentration (6E19 / cm3 or more) to stop etching. However, these are only examples, and other materials having the same function may be used.
[0067]
Since the present invention relates to a method of forming a gap between a diaphragm and electrodes facing each other with a gap therebetween, illustration of other parts is omitted, but an ink supply path is connected to an actuator having the configuration shown in FIG. , Fluid resistance, nozzle plate, and other components are assembled to form an ink jet head.
[0068]
10 (A), (B), FIG. 11 (C), (D), (E), (F), FIG. 12 (G), (H), (I), and FIG. 13 are ink jet heads according to the present invention. It is the schematic for demonstrating the flow of a manufacturing process.
[0069]
FIG. 10A: A thermal oxide film to be an insulating film 121 is grown on a <100> silicon wafer to be a support substrate 120 by 2.0 μm, and a photoresist 130 is spin coated / prebaked, and then each opening is opened. An exposure process is performed using a photomask 140 in which a large number of openings that are not resolved are arranged in an aperture ratio distribution corresponding to the gap shape (hereinafter, such a photomask is referred to as a gradation mask).
[0070]
In this example, TSMR CRB-2 (viscosity 50 cp product) was used as the resist 130 and spin-coated at about 2000 rpm to obtain a thickness of about 2.8 μm. After coating, pre-baking is performed at 90 ° C. for 60 seconds, and exposure is performed with a g-line stepper (model: NSR1755G7A, NA: 0.54, λ: 436 nm), and there is no problem of apparatus exposure (transmittance 100%, pattern blur) The exposure amount in such a wide pattern) was 700 mJ / cm 2, and the focus offset amount was 10 μm.
[0071]
FIG. 14 is a diagram showing an image of the mask pattern of the gap portion. A large number of openings A are opened at a predetermined pitch, and the aperture ratio is changed corresponding to the gap shape. FIG. 14 is merely a conceptual diagram, and the number of openings in an actual mask is usually larger. In the present embodiment, the pitch of the openings is set to a pitch equivalent to 1.6 μm on the wafer (processing is performed under the condition that the openings are not actually opened on the wafer). With this opening pitch, the individual openings are not resolved in the resist / exposure device / exposure conditions. In addition, since a 1/5 reduction exposure system is used, the opening having a pitch of 1.6 μm in the wafer shape is an opening of 8 μm pitch on the photomask. As described above, since the reduced exposure system is used, the opening pitch on the photomask is larger than that on the wafer, so that the dimensional variation of the photomask (= the variation in the aperture ratio) is more than that when the 1 × exposure system is used. Becomes smaller. The opening pitch is only an example, and the desired opening pitch varies depending on the exposure apparatus, exposure conditions, and desired pattern shape.
In this embodiment, the gradation mask is used. However, a photomask having a transmittance distribution corresponding to the gap shape may be used. Such a photomask can also be obtained, for example, by using a translucent material with respect to light having a wavelength to be exposed and controlling the transmittance distribution by the film thickness distribution. Even if it is not a special material, it becomes translucent if the film thickness is thin, so polysilicon, for example, may be used.
[0072]
FIG. 10B: When the development process is subsequently performed, the resist residual film thickness distribution corresponding to the generally smoothed exposure amount distribution is obtained without resolving the individual opening patterns under the above-described opening pitch and exposure conditions. can get. When viewed microscopically, the surface of the resist is roughly smoothed but has a ripple-like unevenness with the same pitch as the opening pitch corresponding to the remaining light intensity distribution, but under the conditions of this example, The height of the irregularities is approximately 200 mm or less, which is a level that causes no problem in characteristics (the schematic diagram is enlarged and shown in FIG. 17). Depending on the type of resist, exposure apparatus / exposure conditions, mask design, etc., this unevenness may become a problem. In this case, a baking heat treatment is performed at a temperature higher than the softening point of the resist (eg, 200 ° C.) after development. By performing this, it is possible to reduce the unevenness. In addition, after the exposure is performed at half the exposure amount (350 mJ / cm 2 in this embodiment) when the exposure is performed at one time, the exposure position is shifted half (0.8 μm in this embodiment), and the remaining one is left again. By performing half exposure (350 mJ / cm 2 in this embodiment), it is possible to cancel out the strong and weak portions of the light intensity in each exposure and smooth the unevenness.
[0073]
In this embodiment, by using a resist having a sensitivity curve as shown in FIG. 15 and a photomask having an aperture ratio distribution as shown in FIG. 16, parallel to the slope as shown in FIG. 10B. A resist shape having an inverted trapezoidal depression on the bottom surface was formed. Further, according to the method of the present invention, by changing the aperture ratio distribution, not only the resist shape of this embodiment but also a relatively free resist shape can be obtained.
[0074]
FIG. 11C: By simultaneously etching the resist 130 and the insulating film, the shape of the resist is transferred to the insulating film. In this embodiment, etching was performed by RIE using a CF4 / O2 gas system under conditions of a resist etch rate of about 9000 kg / min and an oxide film etch rate of about 3000 kg / min.
[0075]
FIG. 11D: In this embodiment, by completely etching the resist, a depression that is reduced to 1/3 of the resist shape in the depth direction is formed in the insulating film 121. The etching end point is detected from the change in the intensity of the plasma emission, and a predetermined amount of over-etching (10% in the embodiment) is performed according to the resist thickness distribution. By performing the etching at the etching rate, the upper part of the step of the insulating film is slightly etched at the time of overetching. On the other hand, at the time of overetching, the insulating film is only reduced as a whole without changing its shape. And the gap depth and width are determined only by the etch rate ratio between the resist and the oxide film. The height of the ripple-shaped irregularities corresponding to the opening pitch formed on the resist was 70% or less, which is about 1/3 of the height on the resist, and the size could hardly be affected. In this way, by performing etching under the condition that the etch rate of the resist is higher than the etch rate of the insulating film or substrate to which the resist shape is transferred, the height of the unevenness generated in the resist formation stage is higher than that on the insulating film or substrate. Unevenness can be reduced.
[0076]
FIG. 11E: A material to be the counter electrode 122 after cleaning is formed by a sputtering method. In this example, 2000 Å of Al was deposited. The film forming method, material, and thickness are not limited to these.
[0077]
FIG. 11F: Pattern formation of the counter electrode 122 is performed by a photolithography / etching process.
[0078]
FIG. 11G: After resist removal / cleaning, the insulating film 123 is formed by PE-CVD. In this embodiment, TEOS + O₂A 1500 nm silicon oxide film was formed using a gas. The film forming method, material, and thickness are not limited to these.
[0079]
FIG. 11H: The adhesive layer 250 is applied and patterned. In this embodiment, since photosensitive polyimide is used as the adhesive layer, the pattern can be formed by a process according to the photolithography process.
[0080]
FIG. 12 (I): <110> silicon wafer and substrate on which the counter electrode is formed are bonded by thermocompression bonding to the diaphragm / partition board forming substrate 110 in which at least 6E19 / cm3 or more of boron is doped in the diaphragm forming region 120. To do.
[0081]
FIG. 13: Silicon is anisotropically etched with <110> KOH while masking a portion to be a partition wall. Etching with KOH stops in the region where boron is diffused at a high concentration, and the diaphragm 111 is formed at the same time as the partition 110 is formed.
[0082]
FIG. 18 is a cross-sectional view of an essential part of an ink-jet head actuator manufactured according to another embodiment of the present invention. This embodiment also has a support substrate 120, an insulating film 121, a counter electrode 122, an insulating material, as in the above-described embodiment. The film 123, the diaphragm 110, and the vibration plate 111 are configured. The support substrate 120 and the vibration plate 111 are directly bonded to each other through the insulating film 121 without using an adhesive layer. The actuator of this embodiment has a gap shape in which the distance between the diaphragm and the counter electrode gradually increases from one end to the other end for the purpose of further multi-level control of the number of ejected ink droplets. ing. Further, the shape of the recess dug in the insulating film 123 has a sloped bottom surface to form a non-parallel gap, and a space can be secured so that the insulating film 123 on the diaphragm and the counter electrode 122 does not collide. A depth of a certain degree is required at the minimum, and a step having a relatively steep slope necessary for the both ends of the depression is formed.
[0083]
In this example, a <100> silicon wafer was used as the support substrate, and a thermal oxide film grown approximately 2 μm on the silicon wafer by thermal oxidation was used as the insulating film 121. Further, TiN is used as the counter electrode, and the insulating film thereon is SiO grown by the plasma CVD method.₂A membrane was used. A <110> silicon wafer is used for the partition 110 and the diaphragm 111, and the diaphragm 111 is further doped with boron at a high concentration (6E19 / cm3 or more) to stop etching. The diaphragm 111 and the support substrate 120 were joined by direct joining via a thermal oxide film. However, these are only examples, and other materials having the same function may be used. In addition, the gap shape of the present embodiment is only an example, and other gap shapes can be used according to the purpose.
[0084]
Since the present invention relates to a method of forming a gap between a diaphragm and electrodes facing each other with a gap therebetween, illustration of other parts is omitted, but as in the prior art, ink is supplied to an actuator having the configuration of FIG. An ink jet head is created by assembling with parts such as a path, fluid resistance, and a nozzle plate.
[0085]
FIGS. 19A, 19B, 20C, 20D, 20E, and 21F are used to explain the process flow of this embodiment. FIG.
[0086]
FIG. 19A: A thermal oxide film to be an insulating film 121 is grown to 2.0 μm on a <100> silicon wafer to be a support substrate 120, a photoresist 130 is spin coated / prebaked, and then a gradation mask is used. Then, an exposure process is performed. In this example, the resist 130 was obtained by spin coating at approximately 2000 rpm using TSMR CRB-2 (viscosity 50 cp product) to obtain a thickness of about 2.8 μm. After coating, pre-baking is performed at 90 ° C. for 60 seconds, and exposure is performed with a g-line stepper (model: NSR1755G7A, NA: 0.54, λ: 436 nm), and there is no problem of apparatus exposure (transmittance 100%, pattern blur) The exposure amount in such a wide pattern) was 700 mJ / cm 2, and the focus offset amount was 10 μm.
[0087]
The gradation mask was designed with a large number of openings arranged at a pitch of 1.6 μm as in the previous embodiment. However, the aperture ratio distribution is different from that in the previous embodiment, as shown in FIG. .
Subsequently, by performing development processing, the bottom as shown in the figure has a gentle slope, and at both ends thereof, there is a steep step (close to the vertical in this embodiment) that is steeper than the slope of the bottom. Resist shape can be obtained. In this embodiment, the level difference is about 1.2 μm on the smaller side.
[0088]
FIG. 19B: By simultaneously etching the resist 130 and the insulating film, the shape of the resist is transferred to the insulating film. In this embodiment, etching was performed by RIE using a CF 4 / O 2 gas system under the conditions of a resist etch rate of about 8000 kg / min and an oxide film etch rate of about 3200 kg / min. In this embodiment, a single-wafer type RIE apparatus is used. However, when continuous processing of a plurality of (usually 25) wafers is performed in a single-wafer type apparatus, the etch rate gradually changes in accordance with the processing order. There are things to do. Therefore, in this embodiment, first, after performing a continuous etching process for approximately half the etching time for obtaining a predetermined depth, the order of the wafers to be processed is reversed from the first etching, and the remaining half. The etching was continuously processed.
[0089]
FIG. 20C: In this embodiment, the etching is performed to such an extent that the resist at the upper part of the step remains about 4000 mm, so that the etched shape of the resist shape is reduced to 1 / 2.5 in the depth direction. An insulating film 121 is formed. In this embodiment, by leaving 2000 mm or more of resist at the upper part of the step, the surface of the oxide film is not damaged due to etching damage, so that the surface can be directly bonded to the silicon surface of the diaphragm. It is. It has been confirmed by experiments that when the residual thickness of the resist is less than 2000 mm, the surface becomes rough even if the resist remains.
Also, since the resist shape was formed with steps that were almost perpendicular to both sides of the gentle slope at the bottom in the previous process, even if the resist etching amount varies due to variations in the etching rate, the vibration area width of the diaphragm is specified. There is little variation in the width of the upper part of the depression. Incidentally, since the displacement of the vibration is approximately proportional to the fourth power of the vibration region width of the diaphragm, it is important to reduce the dimensional variation.
[0090]
FIG. 20D: A material to be the counter electrode 230 after resist removal and cleaning is formed by sputtering. In this example, a TiN film of 2000 mm was formed. The film forming method, material, and thickness are not limited to these.
[0091]
FIG. 20E: The counter electrode 122 is patterned by a photolithography / etching process. In this example, the pattern formation was performed so that TiN as the counter electrode material 122a was left not only in the portion to be the counter electrode 122 but also in the upper portion of the step serving as the joint surface for direct bonding.
[0092]
FIG. 20F: After resist removal / washing, an insulating film 123 is formed by PE-CVD, and then a resist pattern that covers the counter electrode 122 and its side surfaces is formed by a photolithography process. In this embodiment, the insulating film is TEOS + O₂A 1500 nm silicon oxide film was formed using a gas. The film forming method, material, and thickness are not limited to these.
[0093]
FIG. 21G: The insulating film remaining on the step is etched using the resist patterned in the previous step as a mask. Etching may be performed wet using buffered hydrofluoric acid, or may be performed by dry etching using, for example, CHF3 + CF4 gas. In any case, since the etching is stopped at the lower TiN layer at this stage, the oxide film surface which is the direct bonding surface is not subjected to etching damage.
Subsequently, after removing the resist, TiN is etched with an etchant of ammonia water + hydrogen peroxide solution + pure water using the insulating film 123 patterned in the previous step as a mask. In this etchant, the oxide film is hardly etched or damaged, so that the surface of the oxide film at the upper part of the step maintains a surface property that allows direct bonding.
[0094]
FIG. 21H: The <110> silicon wafer and the substrate on which the counter electrode is formed are bonded by direct bonding to the vibration plate forming region 120 to be a vibration plate / partition wall forming substrate 110 in which boron doping of at least 6E19 / cm3 or more is performed. . Next, silicon is anisotropically etched with <110> KOH while masking a portion to be a partition wall. Etching with KOH is stopped in the region where boron is diffused at a high concentration, and the diaphragm 110 is formed at the same time as the partition 110 is formed, and the actuator main part of this embodiment is completed.
[0095]
FIGS. 23A, 23B, and 23C are schematic views for explaining a manufacturing process of still another embodiment, but the finished shape is substantially the same as FIG. 21H of the above embodiment. It becomes a shape.
[0096]
FIG. 23A: A thermal oxide film to be an insulating film 121 is grown on a <100> silicon wafer to be a support substrate 120 by 2.0 μm, and a photoresist 130 is spin coated / prebaked, and then a gradation mask is used. Then, an exposure process is performed. In this example, TSMR CRB-2 (viscosity 50 cp product) was used as a resist and spin-coated at approximately 2000 rpm to obtain a thickness of about 2.8 μm. After coating, pre-baking is performed at 90 ° C. for 60 seconds, and exposure is performed with a g-line stepper (model: NSR1755G7A, NA: 0.54, λ: 436 nm), and there is no problem of apparatus exposure (transmittance 100%, pattern blur) The exposure amount in such a wide pattern) was 700 mJ / cm 2, and the focus offset amount was 10 μm.
[0097]
In the design of the gradation mask, a large number of openings are arranged at a pitch of 1.6 μm as in the previous embodiment. However, the aperture ratio distribution differs from the previous embodiment in correspondence to the difference in the gap shape, as shown in FIG. It was. Subsequently, by performing development processing, the bottom as shown in the figure has a gentle slope, and at both ends thereof, there is a steep step (close to the vertical in this embodiment) that is steeper than the slope of the bottom. Resist shape can be obtained. In this embodiment, the level difference is about 1.2 μm on the smaller side.
[0098]
FIG. 23B: By simultaneously etching the resist 130 and the insulating film, the shape of the resist is transferred to the insulating film. In this embodiment, etching is performed by RIE using a CF 4 / O 2 gas system under conditions of a resist etch rate of about 8000 Å / min and an oxide film etch rate of about 3200 Å / min. The etching amount was such that the resist on the gentle slope on the bottom surface was almost completely etched.
[0099]
FIG. 23C: The insulating film 121 (thermal oxide film) is etched by about 4000 mm with buffered hydrofluoric acid. Etching of the thermal oxide film by BHF is very uniform, and variations in the etching amount can be suppressed to ± 1% or less in the wafer and ± 1.5% or less in the lot. Can be small. In addition, etching by BHF causes side etching to some extent, but under this condition, it is approximately 1 μm or less, and there is almost no problem in characteristics. Even when steps are formed only by dry etching to shorten the process, it is necessary to strictly control the step and the selection ratio for forming a non-parallel step where the selectivity ratio between the resist and the insulating film needs to be controlled to a predetermined value. It is possible to reduce the variation in the depth of the step by changing the etching conditions in the step of deepening the step uniformly and entirely.
[0100]
In this embodiment, the wet etching mask using BHF is the portion remaining after the step of simultaneously etching the resist and the insulating film formed by the gradation mask to form a non-parallel gap. It doesn't matter.
In addition, it is possible to form a non-parallel gap using a gradation mask after forming a uniform step by wet etching first, but as shown in FIG. Therefore, it is necessary to design the mask paying attention to this point. Thereafter, an ink jet head is formed in the same manner as in the above embodiment.
[0110]
【The invention's effect】
  In the present invention,According to the inkjet head manufacturing method, a resist having a predetermined shape is formed on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate. A step of transferring the resist shape to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate; Mass production is possible by creating a non-parallel gap shape by a technique used in normal semiconductor manufacturing such as photolithography / etching.
[0113]
  Furthermore,By performing heat treatment at a temperature higher than the softening temperature of the resist after exposure / development processing, the resist can be stepped and the fine irregularities of the resist corresponding to the opening pitch can be reduced. Can be manufactured.
[0114]
  Also,After the step of simultaneously etching the resist processed into a predetermined shape and the substrate or the insulating film formed on the substrate, at least part of the substrate on which the diaphragm is formed and the substrate on which the counter electrode is formed is 2000 mm or more. By leaving the resist with a thickness, the surface does not become rough, so it is possible to directly bond the diaphragm forming substrate and the counter electrode forming substrate without any special treatment such as flattening in the subsequent process. Ink jet heads with less variation can be manufactured.
[0115]
  Also,By providing the resist with a step formed at a gradient larger than the resist gradient of the non-parallel gap portion on both sides of the portion corresponding to the non-parallel gap of the resist, variation in gap width due to variation in etching amount is reduced. This makes it possible to manufacture an ink jet head with little variation in characteristics.
[0116]
  Also,After applying a resist on a substrate or an insulating layer formed on the substrate, a reduction optical system is provided by using a photomask in which a plurality of openings whose aperture ratio gradually changes corresponding to the gap shape is formed. The exposure / development process is performed on the resist by the exposure apparatus, and the size of the aperture and the pitch of the aperture are created larger than those on the wafer on the photomask. Since it can be made small, it becomes possible to manufacture an ink jet head with small variation in characteristics.
[0117]
  Also,After applying a resist on a substrate or an insulating layer formed on the substrate, an exposure process is performed using a photomask having a plurality of openings whose opening ratio gradually changes corresponding to the gap shape. By shifting the exposure position and performing the exposure process multiple times, the fine irregularities of the resist corresponding to the opening pitch of the mask can be reduced, so that a higher performance and higher reliability inkjet head can be manufactured. Is possible.
[0118]
  Also,By simultaneously etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate to transfer the resist shape to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio, the resist etch rate was formed on the substrate or the substrate. By making it higher than the etching rate of the insulating layer, the fine irregularities of the resist corresponding to the opening pitch of the mask on the substrate or the substrate can be made smaller than on the resist, so that higher performance and higher reliability can be achieved. An ink jet head can be manufactured.
[0119]
  Also,The process of etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate at the same time is performed when the plurality of substrates are processed by a single-type processing apparatus, and after the etching less than a predetermined amount is performed, By performing a predetermined amount of etching processing with the processing order reversed, it is possible to reduce the influence of fluctuations in the etching speed due to the processing order, and thus it is possible to manufacture an ink jet head with small variation in characteristics.
[0120]
  Also,Optimal etching for each of the first etching step for simultaneously etching the resist for forming a non-parallel shape and the substrate or the insulating layer formed on the substrate and the second etching step for uniformly etching the whole. Since the gap can be formed with higher accuracy by selecting the conditions, it is possible to manufacture an ink jet head with small characteristic variation.
[0121]
  Also,By performing the second etching step after the first etching step that simultaneously etches the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate, the resist film thickness before the first etching step is applied more uniformly. This makes it possible to control the gap shape more precisely, making it possible to manufacture an ink jet head with small variation in characteristics.
[0122]
  Also,Since the process can be shortened by using the resist remaining on the substrate after completion of the first etching process as the etching mask of the second etching process, the manufacturing cost can be reduced.
[0123]
  Also,Since the step formed in the second etching process is formed by etching the thermal oxide film formed on the silicon substrate with buffered hydrofluoric acid, it is extremely uniform and enables highly accurate etching. It is possible to manufacture a small inkjet head.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]StillnessIt is the figure which showed schematic structure of the electric type actuator.
[Figure 2]GiCap-shapedoneIt is a figure for showing an example.
[Fig. 3]GiCap-shapedotherIt is a figure for showing an example.
[Fig. 4]GiCap-shapedYet anotherIt is a figure for showing an example.
5 is a diagram specifically showing a process of forming a gap of the electrostatic actuator shown in FIG. 2. FIG.
6 is a diagram specifically showing a process of forming a gap of the electrostatic actuator shown in FIG. 3. FIG.
7 is a diagram specifically showing a process of gap shape of the electrostatic actuator shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an example of an inkjet head using an electrostatic actuator.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of an actuator part of an inkjet head manufactured according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic view for explaining the flow of an inkjet head manufacturing process according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic view for explaining a partial flow of an inkjet head manufacturing process according to the present invention.
12 is a schematic view for explaining a subsequent flow of the inkjet head manufacturing process shown in FIG. 11. FIG.
13 is a schematic view for explaining a subsequent flow of the inkjet head manufacturing process shown in FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a diagram showing an image of a mask pattern in a gap portion.
FIG. 15 is a diagram showing a sensitivity curve of a resist.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an aperture ratio distribution of a photomask.
FIG. 17 is an enlarged view of a schematic diagram showing unevenness of an exposed portion.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a main part of an inkjet head actuator unit manufactured according to another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic view for explaining the flow of the manufacturing process of the inkjet head actuator shown in FIG. 18;
FIG. 20 is a schematic diagram for explaining a flow of a process subsequent to FIG. 19;
FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the flow of a process subsequent to FIG. 20;
FIG. 22 is a diagram showing another example of the aperture ratio distribution of the photomask.
FIG. 23 is a schematic view for explaining a manufacturing process of still another embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing an example when there is a step in the resist film thickness distribution;
[Explanation of symbols]
11, 21, 31, 41 ... diaphragm, 12, 22, 32, 42 ... electrode substrate, 13, 23, 33, 43 ... gap, 14, 24, 34, 44 ... substrate electrode, 110 ... diaphragm, 111 ... vibration Plate 120, support substrate 121, insulating film 122, counter electrode 123, insulating film 124, adhesive layer 130, photoresist.

Claims (15)

A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. That process has the resist to perform the exposure / development process, the exposure / manufacture method after development processing ink jet head is characterized in that the heat treatment of the resist softening temperature or higher. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. A plurality of openings so that individual openings are not resolved in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. And using a photomask in which the openings are arranged with an aperture ratio distribution corresponding to the gap shape, exposure / development processing is performed under conditions such that the openings do not resolve, and a resist is formed after the exposure / development processing. A method for producing an ink jet head, comprising applying a heat treatment at a temperature equal to or higher than a softening temperature of the ink jet head. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. A substrate on which the diaphragm is formed and a substrate on which the counter electrode is formed after the step of simultaneously etching the resist processed into a predetermined shape and the substrate or the insulating film formed on the substrate are completed. A method of manufacturing an ink-jet head, wherein a resist having a thickness of 2000 mm or more remains on at least a part of the bonding surface. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. That process has, on both sides of the portion corresponding to the non-parallel gap of the resist, a manufacturing method of an ink jet head and providing a step formed by the large gradient than the resist gradient non-parallel gap portions in the resist. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And a stepwise or continuous transmittance corresponding to the gap shape at least in a portion corresponding to the non-parallel gap forming region after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. A method of manufacturing an ink-jet head, wherein exposure / development processing is performed on the resist using a photomask having a distribution, and the exposure processing is performed by an exposure apparatus including a reduction optical system. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. A plurality of openings so that individual openings are not resolved in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. And an exposure / development process is performed under such conditions that the aperture is not resolved, using a photomask in which the aperture is arranged with an aperture ratio distribution corresponding to the gap shape. A method of manufacturing an ink jet head, characterized in that the method is performed by an exposure apparatus comprising a system. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And a stepwise or continuous transmittance distribution corresponding to the gap shape at least in a portion corresponding to the non-parallel gap forming region after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. A step of performing exposure / development processing on the resist using a photomask having the resist, and the exposure / development processing is performed after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate. Uses a photomask having a plurality of openings that are less than the resolution limit in the resist / exposure apparatus / exposure conditions and a pattern in which the aperture ratio of the openings gradually changes corresponding to the gap shape. Then, an exposure / development process is performed on the resist, and the exposure process is performed a plurality of times while shifting the exposure position. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. At least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate is formed on or on the substrate corresponding to the position of the gap. Forming a resist having a predetermined shape on the insulating layer formed, and simultaneously etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate to form the resist shape at a predetermined ratio in the substrate or the insulating layer. A plurality of processes in which individual openings are not resolved in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used after applying a resist on the substrate or on an insulating layer formed on the substrate. A step of performing exposure / development processing under a condition such that the opening is not resolved, using a photomask having an opening and the opening being arranged with an aperture ratio distribution corresponding to a gap shape; / Development processing is performed by applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate and then processing the resist / exposure apparatus / exposure conditions. The resist is subjected to exposure / development processing using a photomask having a plurality of openings that are below the boundary and having a pattern in which the aperture ratio of the openings gradually changes corresponding to the gap shape. And the exposure process is performed a plurality of times while shifting the exposure position. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. After applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate, at least in a portion corresponding to the non-parallel gap forming region, stepwise or continuous transmission corresponding to the gap shape The resist is exposed / developed using a photomask having a rate distribution, and the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate are simultaneously etched to form the resist shape at a predetermined ratio. A method for manufacturing an ink jet head, wherein an etch rate of the resist is higher than an etch rate of the substrate or an insulating layer formed on the substrate in transferring to the substrate or the insulating layer. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or an insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and And simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate to form the resist shape on the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio. A plurality of processes including a step of copying, and after applying a resist on the substrate or an insulating layer formed on the substrate, individual openings are not resolved in the resist / apparatus / exposure conditions / development conditions used And using the photomask in which the opening is arranged with an aperture ratio distribution corresponding to the gap shape, exposure / development processing is performed under the condition that the opening is not resolved, and the resist and the substrate Alternatively, when the resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the insulating layer formed on the substrate, the etching rate of the resist is the insulating material formed on the substrate or the substrate. An inkjet head manufacturing method, wherein the etching rate is higher than a layer etch rate. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. At least the diaphragm substrate or electrode substrate In one of the substrates, a resist having a predetermined shape is formed on the substrate or an insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap, and the resist and the substrate or the substrate are formed. Etching the insulating layer simultaneously to transfer the resist shape to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio, and simultaneously etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate. When processing a plurality of substrates with a processing apparatus having a single-sheet process, after performing etching less than a predetermined amount, a predetermined amount of etching processing is performed by reversing the processing sequence from the first processing. A method for manufacturing an inkjet head. A diaphragm that forms part of a liquid chamber that communicates with a nozzle that discharges the recording liquid; and an electrode substrate on which individual electrodes are arranged to face each other with a non-parallel gap to the diaphragm, In a method of manufacturing an ink jet recording head, a driving voltage is applied between the attached common electrode and the individual electrode, the diaphragm is deformed by an electrostatic force, a recording liquid is discharged from the nozzle discharge port, and recording is performed on a recording medium. Forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap in at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate; and The resist shape is transferred to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate. And forming a resist having a predetermined shape on the substrate or the insulating layer formed on the substrate corresponding to the position of the gap on at least one of the diaphragm substrate and the electrode substrate. A first etching step of transferring the resist shape to the substrate or the insulating layer at a predetermined ratio by simultaneously etching the resist and the substrate or the insulating layer formed on the substrate, and at least an electrode A second etching step of etching the substrate or the insulating layer formed on the substrate with an etching mask having a completely opened portion, and forming individual electrodes in the recesses formed by the second etching step A method of manufacturing an ink jet head, comprising: forming an ink jet head. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 12, wherein the second etching step is performed after the first etching step. 13. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 12 , wherein the etching mask in the second etching step is a resist remaining on the substrate after the first etching step. 13. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 12 , wherein the material etched in the second etching step is a thermal oxide film formed on a silicon substrate, and the etchant is buffered hydrofluoric acid.

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