JP5863910B1 - 素子基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速描画可能な素子基板を高い歩留りで製造する。【解決手段】素子基板１の製造方法は、基板１４の所定の面上に、該所定の面の一部が露出するように第１および第２のレジスト１５，１６を形成する工程と、第１および第２のレジスト１５，１６をマスクとして基板１４にエッチングを施し基板１４に第１の凹部１７を形成する工程と、第２のレジスト１６を除去し、基板１４の、第１の凹部１７とは異なる部分を露出させる工程と、第１のレジスト１５をマスクとして基板１４にエッチングを施し、第１の凹部１７を深くするとともに第１の凹部１７に連通する第２の凹部１８を基板１４に形成する工程と、吐出口形成部材１１で第１および第２の凹部１７，１８の開口を覆い、圧力室３を第１の凹部１７と吐出口形成部材１２とで形成し、絞り部６を第２の凹部１８と吐出口形成部材１２とで形成する工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する素子基板を製造する方法に関する。

インクなどの液体を吐出して記録媒体に画像を記録する液体吐出装置には、一般に、素子基板を備える液体吐出ヘッドが搭載されている。
素子基板から液体を吐出させる機構として、圧電素子によって収縮する圧力室を利用したものが知られている。このような機構を備える素子基板では、圧力室の壁が振動板からなる。圧電素子に電圧を印加して圧電素子を変形させることにより当該振動板が撓み、圧力室が収縮および膨張する。圧力室の収縮により圧力室内の液体に圧力が作用し、圧力室に連通する吐出口から当該液体が吐出される。
素子基板には供給路が形成されており、液体は供給路から圧力室に供給される。供給路は、液体の流れ方向と交わる断面（以下「流路断面」という）が圧力室の流路断面よりも小さく形成されており、絞り部として機能する。供給路を絞り部として利用することで、圧力室に流入する液体の流路抵抗が一定に保たれ、素子基板の吐出特性が安定することが知られている。
近年、高速描画可能な液体吐出装置が求められている。高速描画を行うためには、各圧力室の吐出周期を短くする必要がある。吐出周期の短縮化に対応して、吐出に関わる液体の体積すなわち圧力室の容積を小さくして液体のコンプライアンスを低減させることが提案されている。コンプライアンスの低減により圧力室の固有周波数が上昇し、吐出周期が短縮化されても効率よく液体を吐出することが可能になる。
また、圧力室の小型化に対応して絞り部の流路断面をより小さくした構成が提案されている（特許文献１）。特許文献１に開示される素子基板では、振動板と吐出口形成部材との間に絞り部と圧力室とが形成されている。振動板と吐出口形成部材との間の距離を短くすることで絞り部の流路断面および圧力室の容積が小さくなる。したがって、素子基板の吐出特性の安定性を低下させることなく圧力室の周波数応答を速めることができる。

特表２０１２−５３２７７２号公報

特許文献１に開示される技術では、圧力室と、絞り部として機能する流入口および流出口は、振動板上のシリコン層に形成された穴溝を吐出口形成部材で塞ぐことによって形成される。圧力室および絞り部に対応する溝は、シリコン層を振動板とは反対の側からエッチングを施すことにより同時に形成される。そのため、絞り部に対応する溝の深さは、圧力室に対応する溝の深さと同じになる。絞り部の流路抵抗を確保するためには、絞り部に対応する溝の幅（液体の流れ方向および溝の深さ方向と交わる方向の寸法を言う。以下、同じ）が、圧力室に対応する溝の幅よりも狭くなければならない。
幅が狭く深い溝の形成は比較的困難であり、溝の幅にバラツキが生じやすい。溝の幅のバラツキは絞り部の流路抵抗がばらつき、所望の吐出特性に影響を与える。このような理由から、特許文献１に開示される製造方法では、より高い精度でシリコン層を加工することが必要とされ、歩留まりが悪いとの課題がある。
本発明の目的は、高速描画可能な素子基板を高い歩留りで製造することができる方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、吐出口から吐出される液体を貯留し吐出圧力を発生する圧力室と、圧力室に連通する絞り部と、を形成する流路形成部材と、を備える素子基板の製造方法であって、流路形成部材となる基板の所定の面上に、該所定の面の一部が露出するように第１および第２のレジストを形成する工程と、第１および第２のレジストをマスクとして基板にエッチングを施し該基板に第１の凹部を形成する工程と、第２のレジストを除去し、基板の、第１の凹部とは異なる部分を露出させる工程と、第１のレジストをマスクとして基板にエッチングを施し、第１の凹部を深くするとともに第１の凹部に連通する第２の凹部を基板に形成する工程と、吐出口形成部材で第１および第２の凹部の開口を覆い、圧力室を第１の凹部と吐出口形成部材とで形成し、絞り部を第２の凹部と吐出口形成部材とで形成する工程と、を含む。
本発明によれば、第１および第２のレジストをマスクとして基板にエッチングを施した後に、第２のレジストを除去し、第１のレジストのみをマスクとして基板にエッチングを施すので、同一基板上に第１の凹部と、第１の凹部よりも浅い第２の凹部を形成することができる。第１の凹部を圧力室とし第２の凹部を絞り部とするので、絞り部の流路幅を広くすることが可能になり、絞り部の流路幅のバラツキを抑制できる。その結果、簡単な加工で吐出特性の安定した素子基板を製造することが可能になる。

本発明によれば、高速描画可能な素子基板を高い歩留りで製造することができる。

第１の実施形態に係る素子基板の製造方法を説明するための図。 第１の実施形態で製造される素子基板の断面図。 第２の実施形態で用いられる基板および駆動層の断面図および平面図。 図３に示される基板および駆動層の断面図。 第２の実施形態を説明するための断面図。 第２の実施形態を説明するための断面図。 第２の実施形態を説明するための断面図。 第２の実施形態を説明するための断面図。 第２の実施形態を説明するための断面図。 第３の実施形態で用いられる基板および駆動層の断面図および平面図。 第３の実施形態での第１および第２のレジストを説明するための図。 第３の実施形態を説明するための平面図および斜視図。 第３の実施形態を説明するための平面図および斜視図。 第３の実施形態を説明するための平面図および斜視図。 第３の実施形態を説明するための平面図および斜視図。 比較例での第１および第２のレジストを説明するための図。 比較例を説明するための平面図及び斜視図。 比較例を説明するための平面図及び斜視図。 比較例を説明するための平面図及び斜視図。 比較例を説明するための平面図及び斜視図。 素子基板を備える液体吐出ヘッドの断面図。 第４の実施形態を説明するための断面図。 第４の実施形態を説明するための断面図。 第４の実施形態を説明するための断面図。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）ないし（ｇ）は本発明に係る素子基板の製造方法を説明するための図であり、特に本発明に深く関連する工程を側断面図で示している。図２（ａ）は本発明を用いて製造される素子基板の側断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示される素子基板をｘ−ｘ’面で切断したときの断面図である。
図２に示されるように、素子基板１は、液体を吐出する吐出口２と、吐出口２から吐出される液体を貯留し該液体に吐出圧力を作用させる圧力室３と、を含む。圧力室３の壁の１つは振動板４からなる。振動板４には作動部５が接合されており、作動部５が作動することで振動板４が変形し、圧力室３内の液体に圧力が作用する。
また、素子基板１は、圧力室３と連通する絞り部６と、絞り部６から不図示の共通液室まで延びる連通孔７と、を含む。液体は、共通液室から連通孔７および絞り部６を経て圧力室３に供給される。
絞り部６は圧力室３よりも浅く（絞り部６の深さＡは圧力室３の深さＢよりも小さく）、絞り部６の流路断面は圧力室３の流路断面よりも小さい。したがって、絞り部６は、絞り部６から圧力室３に流入する液体の流路抵抗を一定に保つように機能する。絞り部６内の液体は比較的大きな慣性を持つので、圧力室３内の液体に圧力が加えられた際に当該液体の多くが吐出口２へ向かう。
絞り部６は、圧力室３よりも幅が狭い（絞り部６の流路幅Ｃは圧力室３の流路幅Ｄよりも小さい）ことがより好ましい。絞り部６の流路断面を、圧力室３の流路断面よりもより小さくすることができ、絞り部６の機能をより向上させることができる。
なお、絞り部６の深さＢおよび流路幅Ｃは、圧力室３の流路断面の面積、圧力室３の体積、アクチュエータ部の特性、吐出口２の仕様、吐出される液体の粘度、吐出周波数、および加工精度などにより適宜設定される。

作動部５は、圧電素子８と、圧電素子８を挟んで向かい合う第１および第２の電極９，１０と、を含み、第１の電極９が振動板４に接合されている。第１の電極９は例えば共通電極であり、第２の電極１０は例えば個別電極である。第１の電極９および第２の電極１０は不図示の配線と接続されており、当該配線は素子基板１の外部の制御回路へ引き出されている。
素子基板１の作動時には、電気信号が制御回路から不図示の配線を通って第１の電極９および第２の電極１０に伝わる。これにより圧電素子８に電圧が印加され、圧電素子８が変形する。圧電素子８の変形に応じて振動板４が撓み、圧力室３が収縮および膨張する。圧力室３の収縮に伴って圧力室３内の液体に圧力が作用し、当該液体が吐出口２から吐出される。
吐出口２は、吐出口形成部材１１に形成された貫通穴からなる。吐出口形成部材１１は振動板４と間隔をおいて対向して配されている。吐出口形成部材１１と振動板４との間には流路形成部材１２が配されており、圧力室３および絞り部６は、振動板４と流路形成部材１２と吐出口形成部材１１とで画定されている。流路形成部材１２、振動板４、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０からなる部材はアクチュエータ基板１３とも呼ばれる。吐出口形成部材１１およびアクチュエータ基板１３は、吐出口２と作動部５とが対向するように積層されていることが好ましい。
なお、図２に示される例では、圧力室３の平面形状は略長方形であるが、圧力室３の平面形状はこの限りでなく、略平行四辺形や略台形あるいは略楕円形、略長円形など、様々な形状であってもよい。

次に、本発明に係る素子基板の製造方法を図１（ａ）ないし（ｇ）を参照して説明する。図１（ａ）ないし（ｇ）では、わかりやすくするために、圧力室３、絞り部６および連通孔７となる領域が破線で示されている。
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板からなる基板１４上に、駆動層となる振動板４、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０を形成する。基板１４は、流路形成部材１２（図２参照）となる部材である。このとき、振動板４および第１の電極９を、後の工程で形成される連通孔７に対向する領域Ｅにおいて開口しておくことが好ましい。
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて第１のレジスト１５を基板１４の所定の面に形成する。このとき、基板１４のうち圧力室３、絞り部６および連通孔７に対応する部分が露出するように第１のレジスト１５が形成される。
第１のレジスト１５としては、一般的なフォトレジストや感光性ドライフィルムといった薄膜（有機系の感光性樹脂膜）が挙げられる。あるいは、第１のレジスト１５として、Ｃｒ、Ａｌ等の金属膜やＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴａＮ等の無機系の酸化膜および窒化膜等を用いることができる。
次に、図１（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて第２のレジスト１６を形成する。このとき、基板１４のうち圧力室３および連通孔７に対応する部分が露出するように第２のレジスト１６が形成される。言い換えれば、第２のレジスト１６は、基板１４のうち絞り部６に対応する部分を覆う。
第２のレジスト１６としては、第１のレジスト１５と同様、一般的なフォトレジストや感光性ドライフィルムといった薄膜（有機系の感光性樹脂膜）が挙げられる。あるいは、第２のレジスト１６として、Ｃｒ、Ａｌ等の金属膜やＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴａＮ等の無機系の酸化膜および窒化膜等を用いることができる。
第２のレジスト１６の材料を、形成済みの第１のレジスト１５を考慮して決定することが好ましい。具体的には、第１および第２のレジストの少なくとも一方を無機系の薄膜とし他方を有機系の薄膜とすることが好ましい。
本実施形態では、第１のレジスト１５としてＳｉＯ_２（無機系の薄膜）を使用し、第２のレジスト１６として、形成済の第１のレジスト１５を考慮して、ポジタイプのフォトレジスト（有機系の薄膜）を使用する。

次に、図１（ｄ）に示すように、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６をマスクとして、基板１４にエッチングを施し、第１の凹部１７を形成する（第１のエッチング工程）。第１の凹部１７は基板１４を貫通しないように基板１４の途中まで形成される。基板１４への凹部の形成は、深掘加工（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）とも呼ばれる。
次に、図１（ｅ）に示すように、第２のレジスト１６を剥離液等で除去し、基板１４の、第１の凹部１７とは異なる部分を露出させる。
次に、図１（ｆ）に示すように、残された第１のレジスト１５をマスクとして基板１４にエッチングを施し、第１の凹部１７を深くするとともに第２の凹部１８を基板１４に形成する（第２のエッチング工程）。第１の凹部１７は振動板４に達しており、基板１４からなる流路形成部材１２（図２参照）が完成する。
本実施形態では、第１および第２のエッチング工程において、基板１４にドライエッチングを施す。ドライエッチングは、プラズマ反応性イオンエッチング装置を使用して、ＳＦ_６ガスによるＳｉのエッチング処理とＣ_４Ｆ_８ガスによる側壁保護の形成と、を繰り返し行う処理である。ドライエッチングにより、第１の凹部１７および第２の凹部１８をより高い精度で形成することができる。
次に、図１（ｇ）に示すように、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１を、第１の凹部１７の開口および第２の凹部１８の開口を覆うように流路形成部材１２に取り付ける。圧力室３および連通孔７が第１の凹部１７と吐出口形成部材１１とで形成され、絞り部６が第２の凹部１８と吐出口形成部材１１とで形成される。吐出口形成部材１１は、吐出口と作動部５とが対向するように配置されることが好ましい。
なお、本実施形態においては、吐出口形成部材１１は、第１のレジスト１５を除去することなく流路形成部材１２に取り付けられているが、第１のレジスト１５を除去しても構わない。

本実施形態に係る製造方法では、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６をマスクとして基板１４にエッチングを施し、第２のレジスト１６の除去後に第１のレジスト１５をマスクとして基板１４にエッチングを施している。これにより、圧力室３の深さＢに対して絞り部６の深さＡを小さくすることができるので、絞り部６の流路幅Ｃを広くすることが可能になる。このため、流路幅Ｃにばらつきが生じにくくなり、絞り部６の流路抵抗を安定させることができる。その結果、簡単な加工で吐出特性の安定した素子基板１を歩留まり良く製造することが可能になる。
基板１４に第１および第２の凹部１７，１８を形成する際、基板１４にウェットエッチング（異方性エッチング）を施してもよいが、ドライエッチングを施すことがより好ましい。ドライエッチングによる深掘加工を用いることで、第１および第２の凹部１７，１８の側壁を振動板４に対してほぼ垂直に形成することができる。これにより、ウェットエッチングのように凹部の側壁が振動板４に対して傾斜することが無くなり、吐出口２をより高い面積効率で配置することが可能になる。
なお、本実施形態では、第２のレジスト１６を、第１のレジスト１５とは異なる材質とし、第１のレジスト１５を形成する工程とは異なる工程で形成しているが、本発明はこの形態に限られない。本発明は、第１および第２のレジスト１５，１６を１つのレジストとして同じ材質でかつ同じ工程で形成した形態であってもよい。この形態では、第１の凹部１７を形成した後で当該１つのレジストの一部（第２のレジスト１６に相当に相当する部分）を除去し、残ったレジスト（第１のレジスト１５に相当する部分）をマスクとして基板１４にエッチングを施せばよい。
また、本発明は、圧電素子によって収縮する圧力室を利用して液体を吐出する素子基板１の製造方法に限られず、発熱抵抗体が発する熱エネルギーを利用して液体を吐出する素子基板の製造方法にも適用することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図３ないし図９を参照して説明する。図３および図４は、第２の実施形態で用いられる基板１４および駆動層の概略図である。図３（ａ）は基板１４および駆動層の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示される基板１４および駆動層を矢印Ｆの方向から見た平面図である。図４（ａ）は図３に示される基板１４および駆動層をｙ−ｙ’面で切断したときの断面図であり、図４（ｂ）は図３に示される基板１４および駆動層をｚ−ｚ’面で切断したときの断面図である。
なお、わかりやすくするために、図３および図４には、素子基板１の圧力室３、絞り部６および連通孔７（図２参照）となる領域が破線で示されている。
図３および図４に示されるように、シリコン単結晶基板からなる基板１４上に駆動層となる振動板４、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０が形成されている。振動板４および第１の電極９を、後の工程で連通孔７に対向する領域Ｅにおいて開口している。

図５ないし図９を用いて、第２の実施形態に係る製造方法を詳細に説明する。図５ないし図９は、本実施形態を説明するための断面図であり、各断面図は図４に示される断面図に対応している。
まず、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１４の、振動板４が配された面とは反対側の面にフォトリソグラフィ技術を用いて第１のレジスト１５を形成する。このとき、第１のレジスト１５に開口部が設けられる。開口部の幅Ｄ１は圧力室３の流路幅Ｄ（図２参照）に対応し、開口部の幅Ｃ１は絞り部６の流路幅Ｃ（図２参照）に対応する。第１のレジスト１５として、第１の実施形態と同様にＳｉＯ_２を使用する。
次に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて第２のレジスト１６を基板１４上および第１のレジスト１５上に形成する。第２のレジスト１６として、第１の実施形態と同様にポジタイプのフォトレジストを使用する。第２のレジスト１６には、第１のレジスト１５の開口部のうち幅Ｄ１を有する部分を露出し幅Ｃ１を有する部分を覆うように開口部が形成される。第２のレジスト１６の開口部の幅Ｄ２は、第１のレジスト１５に形成された開口部の幅Ｄ１よりも広い。

次に、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６をマスクとして、基板１４にドライエッチングを施し、第１の凹部１７を形成する（第１のエッチング工程）。第１の凹部１７は、基板１４を貫通しないように基板１４の途中まで形成される。
基板１４のうち圧力室３に対応する部分では、第１のレジスト１５の開口部に対応してエッチングが進行し、第１の凹部１７は幅Ｄ１を有することになる。基板１４のうち絞り部６に対応する部分は第２のレジスト１６で覆われているので、当該部分ではエッチングは進行しない。
次に、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のレジスト１６を剥離液等で除去し、基板１４の、第１の凹部１７とは異なる部分を露出させる。
次に、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、残された第１のレジスト１５をマスクとして基板１４にドライエッチングを施し、第１の凹部１７を深くするとともに第２の凹部１８を形成する（第２のエッチング工程）。基板１４のうち圧力室３に対応する部分では、第１のレジスト１５の開口部に対応してエッチングが進行し、第１の凹部１７が幅Ｄ１のまま深くなる。基板１４のうち絞り部６に対応する部分においても、第１のレジスト１５の開口部に対応してエッチングが進行し、第２の凹部１８は幅Ｃ１を有することになる。第１の凹部１７は振動板４に達しており、基板１４からなる流路形成部材１２（図２参照）が完成する。
最後に、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１（図２参照）を、第１の凹部１７の開口および第２の凹部１８の開口を覆うように基板１４（流路形成部材１２）に取り付ける。圧力室３および連通孔７が第１の凹部１７と吐出口形成部材１１とで形成され、絞り部６が第２の凹部１８と吐出口形成部材１１とで形成される。吐出口形成部材１１は、吐出口と作動部５とが対向するように配置されることが好ましい。
なお、本実施形態においては、吐出口形成部材１１は、第１のレジスト１５を除去することなく流路形成部材１２に取り付けられているが、第１のレジスト１５を除去しても構わない。

液滴吐出ヘッドの作動時には、前述したように電気信号により圧電素子８が変形することで振動板４が変形する。その結果、圧力室３が収縮および膨張し、圧力室３の内部の液体に圧力が発生作用する。
素子基板１の吐出特性は、振動板４の振動領域の影響を受ける。振動板４の振動領域は、振動板４のうち圧力室３の壁をなす部分（以下「壁部分」と称す）の大きさに依存する。特に、振動板４の壁部分が長手軸を有する形状（例えば、略長方形、略平行四辺形、略台形、略楕円形および略長円形など）を有する場合、振動板４の振動領域は振動板４の壁部分の短手軸の寸法に支配される。また、絞り部６の流路幅のバラツキは流路抵抗のバラツキとなり吐出特性に影響を与える。
第２の実施形態においては、素子基板１の吐出特性への影響の高い、振動板４の壁部分の短手軸における寸法と絞り部６の流路幅を第１および第２のエッチング工程を通して１つのレジスト（第１のレジスト１５）の開口部によって決定している。このため、振動板４の壁部分の短手軸における寸法、および絞り部６の流路幅のばらつきが抑制され、吐出特性のバラツキをさらに低減できる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図１０ないし図１５を用いて説明する。図１０および図１１は、第３の実施形態で用いられる基板１４および駆動層の概略図である。図１０（ａ）は基板１４および駆動層の断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示される基板１４を矢印Ｆの方向から見た平面図である。
なお、わかりやすくするために、図１０には、素子基板１の圧力室３、絞り部６および連通孔７（図２参照）となる領域が破線で示されている。
図１０に示されるように、シリコン単結晶基板からなる基板１４上に駆動層となる振動板４、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０が形成されている。振動板４および第１の電極９を、後の工程で連通孔７に対向する領域Ｅにおいて開口している。
図１１は、第３の実施形態での第１および第２のレジスト１５，１６を説明するための図であり、圧力室３と絞り部６との連通部（以下、「連通部Ｇ」（図１０参照）と称す）に対応する部分を図１０に示される矢印Ｆの方向から見たときの平面図である。
なお、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６を示す部分にはハッチングが施されている。図１１（ａ）では第１のレジスト１５が示されており、図１１（ｂ）では第１のレジスト１５および第２のレジスト１６が示されている。図１１（ｂ）において、第１のレジスト１５の一部は第２のレジスト１６により覆われている。図１１（ｂ）には、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６の位置関係をわかりやすくするために、第１のレジスト１５の縁が破線でされている。
図１１（ａ）に示すように、第１のレジスト１５には開口部が設けられており、露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を境に開口幅が変化している。より具体的には、開口部は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を境に第１の開口部分と第２の開口部分とに分けられ、第１の開口部分は幅Ｄ１を有し、第２の開口部分は幅Ｄ１よりも狭い幅Ｃ１を有する。
図１１（ｂ）に示すように、第２のレジスト１６には開口部が設けられており、基板１４の、圧力室３に対応する部分が当該開口部から露出している。第２のレジスト１６は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆っており、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’は、露出幅変化部ｗ１−ｗ１’から距離Ｋだけ離れた位置にある。
なお、第１のレジスト１５の開口の幅Ｄ１および幅Ｃ１、並びに第２のレジスト１６の開口の幅Ｄ２は、第２の実施形態と同様に設定される。

図１２ないし図１５は、第３の実施形態に係る製造方法、特に第１および第２のレジスト１５，１６を形成する工程よりも後の工程を説明するための平面図および斜視図である。なお、図１２ないし図１５では、連通部Ｇ（図１０参照）のみが示されている。
図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１４の、駆動層と反対側の面には、フォトリソグラフィ技術を用いて第１のレジスト１５および第２のレジスト１６が形成されている。先述のとおり、第２のレジスト１６は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆い、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’よりも距離Ｋだけ離れたところに位置している。
まず、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６をマスクとして基板１４にドライエッチングを施し、第１の凹部１７を基板１４に形成する（第１のエッチング工程）。第１の凹部１７は基板１４を貫通せず基板１４の途中まで形成される。このとき、エッチングは、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’に沿って進行し、第１の凹部１７の、絞り部６側の壁は開口縁ｗ２−ｗ２’に沿って形成される。

次に、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のレジスト１６を剥離液等で除去し、基板１４の、第１の凹部１７とは異なる部分を露出させる。
次に、図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、残された第１のレジスト１５をマスクとして基板１４にドライエッチングを施し、第１の凹部１７を深くするとともに第２の凹部１８を形成する（第２のエッチング工程）。基板１４のうち圧力室３に対応する部分では第１のレジスト１５の開口部に対応してエッチングが進行し、第１の凹部１７は幅Ｄ１のまま深くなる。基板１４のうち絞り部６に対応する部分においても、第１のレジスト１５の開口部に対応してエッチングが進行し、第２の凹部１８は幅Ｃ１を有することになる。第１の凹部１７は振動板４に達しており、基板１４からなる流路形成部材１２（図２参照）が完成する。
最後に、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１（図２参照）を、第１の凹部１７の開口および第２の凹部１８の開口を覆うように基板１４（流路形成部材１２）に取り付ける。圧力室３が第１の凹部１７と吐出口形成部材１１とで形成され、絞り部６が第２の凹部１８と吐出口形成部材１１とで形成される。吐出口形成部材１１は、吐出口２と作動部５とが対向するように配置されることが好ましい。
なお、本実施形態においては、吐出口形成部材１１は、第１のレジスト１５を除去することなく流路形成部材１２に取り付けられているが、第１のレジスト１５を除去しても構わない。

第３の実施形態においては、振動板４の振動端が、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’によって、ほぼ直線状に形成される。このため、駆動時の振動板４の振動による振動板４の端部にかかる応力を均一化することができ、応力による振動板４の亀裂の発生を防止できる。その結果、振動板４の耐久性が向上し、高周波吐出を行う素子基板の安定化および長寿命化を実現することができる。
なお、第１のレジスト１５の開口端ｗ１−ｗ１’と第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’の距離Ｋは、第１および第２のレジスト１５，１６を形成する際のアライメント精度やエッチングの加工精度等を考慮して適宜、設定できる。
また、本実施形態では、圧力室３の平面形状を略長方形にするため、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’は直線状に形成されている。圧力室３の形状に応じて、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’を、略長円形、楕円形等に応じた曲線状にすることもできる。

（比較例）
ここで、第３の実施形態に対する比較例を、図１６ないし図２０を用いて説明する。図１６は、比較例における第１および第２のレジスト１５，１６を説明するための図であり、連通部Ｇ（図１０参照）に対応する部分を図１０に示される矢印Ｆの方向から見たときの平面図である。
なお、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６を示す部分にはハッチングが施されている。図１１に示される拡大図と同様に、図１６（ａ）では第１のレジスト１５が示されており、図１６（ｂ）では第１のレジスト１５および第２のレジスト１６が示されている。図１６（ｂ）において、第１のレジスト１５の一部は第２のレジスト１６により覆われている。第１のレジスト１５および第２のレジスト１６の位置関係をわかりやすくするために、図１６（ｂ）には第１のレジスト１５の縁が破線でされている。
図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、比較例では、第３の実施形態とは逆に、第２のレジスト１６は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆っていない。そして、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’は第１のレジスト１５の露出幅変化部ｗ１−ｗ１’より距離Ｌだけ離れたところに位置している。したがって、圧力室３は、幅Ｄ１を有する部分と、幅Ｃ１を有する部分と、を含むことになる。
図１７ないし図２０は、比較例に係る製造方法、特に第１および第２のレジスト１５，１６を形成する工程よりも後の工程を説明するための平面図および斜視図である。なお、図１７ないし図２０では、連通部Ｇのみが示されている。
図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１４の、駆動層と反対側の面には、フォトリソグラフィ技術を用いて第１のレジスト１５および第２のレジスト１６が形成されている。先述のとおり、第２のレジスト１６は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆っておらず、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’は、第１のレジスト１５の露出幅変化部ｗ１−ｗ１’よりも距離Ｌだけ離れたところに位置している。
まず、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、第１のレジスト１５および第２のレジスト１６をマスクとして基板１４にドライエッチングを施し、第１の凹部１７を基板１４に形成する（第１のエッチング工程）。第１の凹部１７は基板１４を貫通せず基板１４の途中まで形成される。
このとき、エッチングは、第２のレジスト１６の開口縁ｗ２−ｗ２’に沿って進行し、第１の凹部１７の、絞り部６側の壁は開口縁ｗ２−ｗ２’に沿って形成される。したがって、第１の凹部１７は、幅Ｄ１を有する部分と、幅Ｃ１を有する部分Ｍと、を含むことになる。

次に、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のレジスト１６を剥離液等で除去し、基板１４の、第１の凹部１７とは異なる部分を露出させる
次に、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、残された第１のレジスト１５をマスクとして基板１４にドライエッチングを施し、第１の凹部１７を深くするとともに第２の凹部１８を形成する（第２のエッチング工程）。基板１４のうち圧力室３に対応する部分では、第１のレジスト１５の開口に対応してエッチングが進行する。したがって、第１の凹部１７は、幅Ｄ１を有する部分と幅Ｃ１を有するＭ部を含んだ形状となる。基板１４のうち絞り部６に対応する部分は、第１のレジスト１５の開口に対応してエッチングが進行し、第２の凹部１８は幅Ｃ１を有する形状となる。第１の凹部１７は振動板４に達しており、基板１４からなる流路形成部材１２（図２参照）が完成する。
最後に、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１（図２参照）を、第１の凹部１７の開口および第２の凹部１８の開口を覆うように基板１４（流路形成部材１２）に取り付ける。圧力室３が第１の凹部１７と吐出口形成部材１１とで形成され、絞り部６が第２の凹部１８と吐出口形成部材１１とで形成される。
比較例においては、圧力室３が幅Ｃ１を有する部分Ｍを含み、振動板４の振動端が凸部を有する形状となる。このような凸部を振動板４が有する場合、振動板４の振動により当該凸部に歪が発生し、応力により振動板４に亀裂が発生する虞がある。特に、高吐出力、高周波吐出を行う素子基板においては振動板４の凸部に亀裂がより発生しやすくなり、耐久性が低下する可能性がある。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図２１ないし図２４を用いて説明する。図２１は、第４の実施形態に係る製造方法を用いて製造される素子基板１を含む液体吐出ヘッドの断面図である。
図２１に示されるように、素子基板１は、圧力室３と、各圧力室３に対応して設けられた吐出口２と、圧力室３の壁をなす振動板４と、１つの圧力室３に対して複数設けられた絞り部６，１９と、を備える。振動板４には作動部５が接合されており、作動部５が作動することで振動板４が変形し、圧力室３内の液体に圧力が作用する。液体は、絞り部６から圧力室３に供給され、圧力室３から絞り部１９を経て回収される。なお、絞り部６は液体供給用絞り部とも称され、絞り部１９は液体回収用絞り部とも称される。
作動部５は、圧電素子８と、圧電素子８を挟んで向かい合う第１の電極９および第２の電極１０と、を含み、第１の電極９が振動板４に接合されている。第１の電極９および第２の電極１０は、バンプ２０を介して配線基板２１の配線２２と電気的に接続され、配線２２により素子基板１の外部の制御回路へ引き出されている。
より具体的には、第２の電極１０は引き出し配線２３で電気的に引き出され、バンプパッド２４を介してバンプ２０と接続される。第１の電極９は各圧力室３に対応した圧電素子８の下に延在しており、素子基板１の端部でまとめてバンプ２０により接続されている。バンプ２０には例えばＡｕバンプなどを使用することができる。配線２２は保護膜２５により保護されていてもよい。作動部５は保護膜２６により保護されていてもよい。素子基板１と配線基板２１との間に構造体２７が配されていてもよい。

制御回路からの電気信号が配線基板２１を通って圧電素子８に印加されると、振動板４が変形し、圧力室３が収縮および膨張する。圧力室３の収縮により圧力室３の内部の液体に圧力が作用し、その圧力により吐出口２から液体を吐出させることができる。液体の供給側の絞り部６および回収側の絞り部１９は、圧力室３で発生した圧力が吐出口２へ向かうよう、吐出口２よりも大きな慣性を持っている。
配線基板２１は、二次元に配置された複数の素子基板１と接合されており、複数の素子基板１の剛性を保つ機能も有している。また、配線基板２１は、絞り部６に連通した供給側の連通孔７および絞り部１９に連通した回収側の連通孔２８が形成されている。液体は絞り部６から圧力室３に供給されて、圧力室３を通り絞り部１９から回収される。このように、素子基板１は、循環流れの一部を形成している。言い換えれば、配線基板２１は、素子基板１へ液体を供給するとともに素子基板１から液体を回収する機能と、素子基板１を配列支持する機能と、液体吐出部へ電気制御信号を印加する機能とを有している。

図２１に示される素子基板１の製造方法を、図２２ないし図２４を用いて説明する。図２２は、振動板４、作動部５、保護膜２６および構造体２７を形成する方法を説明するための図である。
まず、シリコン製の基板１４を用意する（図２２（ａ））。基板１４に振動板４となるシリコン酸化膜を形成し（図２２（ｂ））、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０を形成する（図２２（ｃ））。続いてエッチングにより、第２の電極１０のパターニング（図２２（ｄ））、圧電素子８のパターニング（図２２（ｅ））、第１の電極９のパターニング（図２２（ｆ））を行い、保護膜２６を形成する（図２２（ｇ））。
その後、保護膜２６のパターニングを行い（図２２（ｈ））、振動板４をなすシリコン窒化膜のパターニングを行う（図２２（ｉ））。引き出し配線２３およびバンプパッド２４を形成し（図２２（ｊ））、感光性樹脂のパターニングを行い構造体２７を形成する（図２２（ｋ））。

図２３は、配線２２、保護膜２５、連通孔７および２８並びにバンプ２０を配線基板２１に形成する方法を説明するための図である。まず、シリコン製の配線基板２１を用意する（図２３（ａ））。配線基板２１にシリコン酸化膜２９を形成し（図２３（ｂ））、配線２２のパターニングを行い（図２３（ｃ））、保護膜２５を形成する（図２３（ｄ））。
配線基板２１の、配線２２が形成された面と反対側の面上のシリコン酸化膜２９のパターニングを行う（図２３（ｅ））。シリコン酸化膜２９をマスクとして供給側の連通孔７と回収側の連通孔２８を配線基板２１の途中まで深掘エッチングを行い（図２３（ｆ））、保護膜２５のパターニングを行う（図２３（ｇ））。保護膜２５が形成された側から配線基板２１にエッチングを施し（図２３（ｈ））、連通孔７を貫通させるとともに連通孔２８を貫通させる（図２３（ｉ））。その後、バンプ２０を配置する（図２３（ｊ））。

図２４は、振動板４、作動部５、保護膜２６および構造体２７が形成された基板１４と、配線２２、保護膜２５、連通孔７および２８並びにバンプ２０が形成された配線基板２１と、を接合し、圧力室３を形成する方法を説明するための図である。まず、図２２および図２３で説明した方法を用いて製造された基板１４と配線基板２１とを用意する（図２４（ａ））。基板１４と配線基板２１とを、バンプ２０を介して電気的に接続するとともに、感光性フィルム接合を行う（図２４（ｂ））。
次に、基板１４の、配線基板２１の側とは反対側の面を所望の厚さにまで研磨する（図２４（ｃ））。その後、第１のレジスト１５を形成し（図２４（ｄ））、第２のレジスト１６を形成する（図２４（ｅ））。ここで、第３の実施形態と同様に、第２のレジスト１６の開口端が第１のレジスト１５の露出幅変化部よりも圧力室の側に位置するように第１のレジスト１５および第２のレジスト１６の開口部を形成する。
次に、第１および第２のレジスト１５，１６をマスクとして基板１４にエッチングを施す（図２４（ｆ））。その後、第２のレジスト１６を除去し、残った第１のレジスト１５をマスクとして基板１４にエッチングを施す（図２４（ｇ））。振動板４まで達する穴が基板１４に形成され、基板１４からなる流路形成部材１２（図２参照）が完成する。
最後に、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１を流路形成部材１２に取り付ける（図２４（ｈ））。圧力室３、絞り部６および絞り部１９が流路形成部材１２と吐出口形成部材１１とで形成され、素子基板１が完成する。
素子基板１が液体の循環流れの一部を形成している場合、吐出口２と圧力室３、および供給側の絞り部６、回収側の絞り部１９の流路抵抗の関係を、循環流れを形成していない系に比べてより厳密に管理する必要がある。このため、圧力室３、および供給側の絞り部６、回収側の絞り部１９の加工バラツキをより低減することが求められる。

第４の実施形態においては、絞り部６，１９を圧力室３よりも浅くすることができるので、絞り部６，１９の流路幅を広くすることが可能になる。このため、圧力室３、絞り部６および絞り部１９の加工バラツキをより低減することが可能になり、液体の循環流れの一部を形成する素子基板を歩留まり良く製造することが可能になる。
また、絞り部６および絞り部１９の振動板４側には、流路形成部材１２の一部（以下、「構造体３０」という）が配置されているので、構造体２７をなす感光性樹脂が液体に接して膨潤することによる振動板４の変形を抑制する効果もある。さらに構造体３０を配置することにより、振動板４が変形して供給側の絞り部６および回収側の絞り部１９の断面積が変化したり、振動板４が破損したりしてしまうのを防止するという効果もある。

以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明は、当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ 素子基板
２ 吐出口
３ 圧力室
６ 絞り部
１１ 吐出口形成部材
１２ 流路形成部材
１４ 第１の基板
１５ 第１のレジスト
１６ 第２のレジスト
１７ 第１の凹部
１８ 第２の凹部

Claims (12)

1. 液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、
   前記吐出口から吐出される液体を貯留し吐出圧力を発生する圧力室と、前記圧力室に連通する絞り部と、を形成する流路形成部材と、
   を備える素子基板の製造方法であって、
   前記流路形成部材となる基板の所定の面上に、該所定の面の一部が露出するように第１および第２のレジストを形成する工程と、
   前記第１および第２のレジストをマスクとして前記基板にエッチングを施し該基板に第１の凹部を形成する工程と、
   前記第２のレジストを除去し、前記基板の、前記第１の凹部とは異なる部分を露出させる工程と、
   前記第１のレジストをマスクとして前記基板にエッチングを施し、前記第１の凹部を深くするとともに前記第１の凹部に連通する第２の凹部を前記基板に形成する工程と、
   前記吐出口形成部材で前記第１および第２の凹部の開口を覆い、前記圧力室を前記第１の凹部と前記吐出口形成部材とで形成し、前記絞り部を前記第２の凹部と前記吐出口形成部材とで形成する工程と、を含む、素子基板の製造方法。
2. 前記第１のレジストに開口部を設け、前記開口部を用いて前記圧力室の流路幅と前記絞り部の流路幅とを決定することを含む、請求項１に記載の素子基板の製造方法。
3. 前記圧力室の１つに対して前記絞り部を複数設け、前記複数の絞り部のうち一部の絞り部を液体供給用絞り部とし他の絞り部を液体回収用絞り部とすることを含む、請求項１または２に記載の素子基板の製造方法。
4. 前記基板の、前記所定の面とは反対の側の面上に振動板、第１の電極、圧電素子および第２の電極をこの順に形成することを含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の素子基板の製造方法。
5. 前記第１のレジストに露出幅変化部を設けることと、
   前記露出幅変化部を覆うように前記第２のレジストを形成することと、を含む、請求項４に記載の素子基板の製造方法。
6. 前記基板を、シリコン単結晶基板で形成することを含む、請求項４または５に記載の素子基板の製造方法。
7. 前記第１および第２のレジストの少なくとも一方が、無機系の薄膜である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の素子基板の製造方法。
8. 前記無機系の薄膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜および金属膜のうちの少なくとも１つの膜である、請求項７に記載の素子基板の製造方法。
9. 前記第および前記第２のレジストの少なくとも一方が、有機系の薄膜であることを含む、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の素子基板の製造方法。
10. 前記有機系の薄膜は、感光性樹脂膜である、請求項９に記載の素子基板の製造方法。
11. 前記基板に前記第１の凹部を形成する際に、前記基板にドライエッチングを施すことを含む、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の素子基板の製造方法。
12. 前記第１の凹部を深くするとともに前記第２の凹部を前記基板に形成する際に、前記基板にドライエッチングを施すことを含む、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の素子基板の製造方法。
    

Images