流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法
【課題】クロストーク防止に十分なリザーバ容積の確保をしながらも、流路基板になるシリコン基板に高精度でノズルを加工形成できるようにした流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ノズル孔１１と、キャビティ１２と、所定の容積を有するリザーバ１３とで構成される液体流路を１つのシリコン基板からなる流路基板基材に形成する流路基板１の製造方法であって、流路基板基材の一方の面から、ノズル孔１１、キャビティ１２及びリザーバ１３になる部分を所定の深さまでエッチング加工する際、流路基板基材に貫通させるアライメント用貫通孔部を併せて形成しておき、ノズル孔を所定の深さまでエッチングした後、流路基板基材をアライメントして、流路基板基材の他方の面からノズル孔を貫通させることを特徴とする。
【解決手段】ノズル孔１１と、キャビティ１２と、所定の容積を有するリザーバ１３とで構成される液体流路を１つのシリコン基板からなる流路基板基材に形成する流路基板１の製造方法であって、流路基板基材の一方の面から、ノズル孔１１、キャビティ１２及びリザーバ１３になる部分を所定の深さまでエッチング加工する際、流路基板基材に貫通させるアライメント用貫通孔部を併せて形成しておき、ノズル孔を所定の深さまでエッチングした後、流路基板基材をアライメントして、流路基板基材の他方の面からノズル孔を貫通させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル孔と、キャビティと、リザーバとを１つのシリコン基板に形成する流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関し、特にリザーバ容積を確保するために、所定の厚みのあるシリコン基板を用い、そのシリコン基板に加工精度の高いノズル孔を形成する流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が急速に進歩している。この微細加工技術により形成される微細加工素子としては、たとえば、液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）やマイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのようなアクチュエータ、圧力センサ等がある。このうち、液滴吐出装置（インクジェット記録装置）のインク液滴を吐出させる方式には、静電気力を駆動手段に利用する方式（静電駆動方式）や、圧電振動子を駆動手段に利用する方式、発熱素子を駆動手段に利用する方式等がある。
【０００３】
このような液滴吐出装置に搭載されているインクジェットヘッドは、インク液滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合され、ノズル孔に連通する吐出室（キャビティ）、リザーバ等のインク流路が形成されたインク流路基板であるキャビティプレートとを備えるように構成されることが多い。そして、インクジェットヘッドには、印刷速度の高速化及びカラー化を目的として、ノズル列を複数有することが要求されている。また、ノズル密度の高密度化及び長尺化（１列当りのノズル数の増加）が進行し、それに伴いインクジェットヘッド内のアクチュエータ数も益々増加している。すなわち、インクジェットヘッドには、アクチュエータ数を増加させたとしても、インク吐出性能を向上させ、高い信頼性を実現することが要求されている。
【０００４】
そのようなものとして、「複数のノズル開口と圧力発生室とインク供給路とを有するインクジェットヘッドにおいて、同一基板内の一平面側に前記圧力発生室と前記インク供給路を、他平面側に前記ノズル開口を一体形成した流路基板に、前記流路基板と熱膨張係数を等しくする振動板が接合され、前記振動板上の前記圧力発生室に対応する位置に圧力発生素子が設けられている」インクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、「ノズル及びこのノズルがノズル連通路を介して連通する流路を形成する流路部材を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路部材は、シリコン基板にノズル厚さに相当するエッチングマスク層を用いてエッチングにより前記ノズルが形成された後、前記シリコン基板に前記エッチングマスク層と反対面からノズル連通路用マスクを用いてエッチングによりノズル連通路が形成され、更に液室用マスクを用いてエッチングにより液室が形成されたものである」インクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２２９１１４号公報（第２−３頁、第２図）
【特許文献２】特開２００３−３２６７２４号公報（第４頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インクジェットヘッドのインク吐出性能を向上させるためには、ノズルプレートに形成するノズル孔を高精度で加工することが要求される。また、アクチュエータ数を増加させたインクジェットヘッドには、１つのキャビティからインクが吐出されたときに、そのキャビティに隣接するキャビティが影響を受けてしまうという、いわゆるクロストークを防止するために十分なリザーバ容積の確保を可能としながらも、インク吐出性能を向上させることが要求される。
【０００８】
特許文献１に記載の技術では、面方位が（１００）のシリコン基板に、ノズル、キャビティ及びリザーバをＫＯＨウェットエッチングにて一体形成するようにしている。しかしながら、流路基板は面方位が（１００）のシリコン基板に限定されているので、ノズルの側壁角度が５４．７度となり、ノズルの高密度化が困難であるという問題があった。また、ウェットエッチングによるノズル形成工程では、サイドエッチング量の制御が難しく、ノズル径精度を確保するのが困難であるといった問題もあった。
【０００９】
特許文献２に記載の技術では、流路基板にノズル長さと等しい厚みをもつエッチングストップ層を形成し、ノズルをストップ層に、キャビティ、リザーバ及びノズル連通穴を流路基板に形成するようにしている。しかしながら、メニスカス制御の観点からノズル長は最低でも１０μｍ程度は必要であり、このような厚みのストップ層を形成するのは非常に困難であり、仮にできたとしてもコストがかかってしまうという問題があった。また、製造プロセスが曖昧（たとえば凹凸面へのマスク形成方法（図６のマスク３８等参照）や、２度目のウェットエッチングでの形状制御（ノズル貫通穴３７の側壁保護等）に関する記載がない）であるために、現実的ではなかった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、クロストーク防止に十分なリザーバ容積の確保をしながらも、流路基板になるシリコン基板に高精度でノズルを加工形成できるようにした流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る流路基板の製造方法は、ノズル孔と、ノズル孔に連通するキャビティと、キャビティに連通し、所定の容積を有するリザーバとで構成される液体流路を１つのシリコン基板に形成する流路基板の製造方法であって、シリコン基板の一方の面から、ノズル孔、キャビティ及びリザーバになる部分を所定の深さまでエッチング加工する際、シリコン基板に貫通させるアライメント用貫通孔部を併せて形成しておき、ノズル孔を所定の深さまでエッチングした後、シリコン基板をアライメントして、シリコン基板の他方の面からノズル孔を貫通させることを特徴とする。
【００１２】
ノズル孔、キャビティ及びリザーバを１つのシリコン基板に形成し、流路基板とするために、リザーバ容積を確保しようとすると、シリコン基板に所定の厚さ（たとえば、２００μｍ以上）が必要になる。そこで、流路基板となるシリコン基板に、ノズル孔、キャビティ及びリザーバを形成する際に、併せてアライメント用貫通孔部を形成しておくことで、所定の厚みのあるシリコン基板であっても、ノズル孔の加工精度を向上させることができる。また、アライメントマークを別途形成する手間を省略することができ、製造効率が向上する。さらに、高精度なアライメントが実現でき、吐出面側（シリコン基板の他方の面側）からノズル孔を貫通させる際に、加工面側（シリコン基板の一方の面側）から形成したノズル孔との軸線がズレることが無く、ノズル孔の加工精度が向上する。
【００１３】
本発明に係る流路基板の製造方法は、ノズル孔の径及びアライメント用貫通孔部の径を、シリコン基板の一方の面から他方の面に向かって段階的に小さくするように形成するものにおいて、シリコン基板の全面に酸化膜を形成し、ノズル孔、キャビティ、リザーバ及びアライメント用貫通孔部になる部分におけるシリコン基板の一方の面の酸化膜にフォトリソグラフィーにより、各部の膜厚を変化させてパターニングし、各部を順次ドライエッチングで加工する際に、アライメント用貫通孔部のみを貫通させ、熱酸化によりシリコン基板の加工部の内壁に酸化膜を形成してから、シリコン基板をアライメントして、シリコン基板の反対の面における酸化膜に、ノズル孔になる部分をフォトリソグラフィーによりパターニングし、ノズル孔をドライエッチングで貫通させることを特徴とする。
【００１４】
したがって、アライメント用貫通孔部の形成を流路と同時に行うことで、パターニング及びドライエッチング加工の工程を減少でき、製造に要する負担を軽減することができる。また、酸化膜の膜厚を各部で変更させて、各部のパターニング及びドライエッチング加工することができ、製造に要する負担を軽減することができるとともに、加工精度を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る流路基板の製造方法は、シリコン基板に貫通させたアライメント用貫通孔部の小さい方の開口面の平面形状から基準点を算出し、その基準点に基づいて、シリコン基板をアライメントすることを特徴とする。したがって、吐出面側からノズル孔を貫通させる際に、加工面側から形成したノズル孔との軸線がズレることが無くなり、高精度なアライメントが実現できる。
【００１６】
本発明に係る流路基板の製造方法は、平面形状を複数の頂点を有する１又は２以上の多角形状としたことを特徴とする。アライメントマークとして利用するアライメント用貫通孔部の平面形状を特段限定することなく種々の平面形状を利用して、アライメント用貫通孔部を加工形成することができるので、アライメント用貫通孔部の形成に余分な手間を要することがない。したがって、製造に要する手間や負担を軽減することができる。
【００１７】
本発明に係る流路基板の製造方法は、シリコン基板の一方の面からＩＣＰドライエッチングでノズル孔、キャビティ、リザーバ及びアライメント用貫通孔部になる部分を加工形成し、シリコン基板の他方の面からＲＩＥドライエッチングでノズル孔を貫通させることを特徴とする。したがって、ＩＣＰドライエッチングによってシリコン基板を垂直に加工することができるとともに、ＲＩＥドライエッチングによってノズル孔のエッチングマスクとなる酸化膜を高精度に開口することができ、ノズル孔を高精度に開口形成することができる。
【００１８】
本発明に係る流路基板の製造方法は、シリコン基板の厚さを２００μｍ以上としたことを特徴とする。これにより、クロストークを防止するために十分なリザーバ容積の確保をすることが可能となる。また、このような厚さのあるシリコン基板であっても、ノズル孔を高精度で加工することができる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の流路基板に、流路基板のキャビティ内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板を接合し、振動板を変形させてキャビティ内に圧力変化を与えるアクチュエータを形成することを特徴とする。したがって、ノズル孔を高精度で加工形成することができるために、インク液滴の飛行曲がりをなくし、安定性及び信頼性の高い液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００２０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、振動板基板に圧電素子を設け、振動板基板に設けた圧電素子とは反対側の面に流路基板を接合させることを特徴とする。したがって、加工精度が高く、かつ高出力な駆動を実現することが可能になる。
【００２１】
本発明に係るノズルプレートの製造方法は、振動板基板の流路基板の接合面とは反対側の面に、振動板に一定距離を隔てた電極を形成する電極用凹部が設けられた電極基板を接合することを特徴とする。したがって、加工精度が高く、かつ安価な液滴吐出ヘッドを提供することが可能になる。
【００２２】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする。したがって、上記の効果を有するとともに、インク液滴の吐出性能及び信頼性が高く、かつ安価な液滴吐出装置を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０を分解した状態を示す分解斜視図である。また、図２は、液滴吐出ヘッド１０の断面構成を示す縦断面図である。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１０の構成及び動作について説明する。この液滴吐出ヘッド１０は、圧電駆動方式のアクチュエータ（駆動手段）の代表として、流路基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例として表している。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００２４】
図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１０は、流路基板（ノズルプレート）１と、振動板基板２とが積層されるように接合されることで構成されている。図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１０を構成する流路基板１には、インク流路になるリザーバ１３と、オリフィス１４と、キャビティ１２と、ノズル孔１１とが加工形成されている。そして、リザーバ１３に所定の容積を確保するために、流路基板１には所定の厚さ（たとえば、２００μｍ以上）が必要となる。
【００２５】
流路基板１は、たとえば厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板で構成されている。流路基板１には、複数のノズル孔１１が所定のピッチで垂直に貫通形成されている。各ノズル孔１１は、振動板基板２との接合面（加工面）から反対側の面（吐出面）に向かって段階的または徐々に小さくなるように形成されている。この実施の形態１では、段階的に小さくなるように形成されており、径の小さい孔から順に、第１ノズル孔１１ａ、第２ノズル孔１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃの３段構成となっている。このように構成することで、ノズル長が長くなることによる流路抵抗の増加を抑制することができる。また、吐出口に向かってノズル径が小さくなるので、整流作用によりインク吐出方向の直進性を高めることもできる。
【００２６】
また、流路基板１において、振動板基板２との接合面には、各ノズル孔１１に独立して連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル孔１１よりインクを吐出させるキャビティ１２になるキャビティ用凹部１２ａと、各キャビティ１２に供給するインクを溜めるリザーバ１３になるリザーバ用凹部１３ａと、各キャビティ１２とリザーバ１３とを連通する複数のオリフィス１４とが形成されている。なお、オリフィス１４の幅は、流路抵抗を調整するため、キャビティ用凹部１２ａの幅よりも小さく形成するとよい。
【００２７】
振動板基板２は、たとえば厚さ３０μｍのステンレスで構成されている。振動板基板２において、キャビティ１２と対向する部分が振動板２１となっており、振動板２１のキャビティ１２と反対側の面（吐出面）には圧電素子２２が設置されている。圧電素子２２は、たとえばピエゾ素子などからなる圧電体膜（ＰＺＴ）２３の両面に、上電極膜２４及び下電極膜２５が形成された構成を有している。この実施の形態１では、下電極膜２５を圧電素子２２の共通電極とし、上電極膜２４を圧電素子２２の個別電極としている場合を例に示しているが、駆動回路や配線の都合でこれらを逆にしてもよい。
【００２８】
また、振動板基板２には、外部のインクカートリッジ（図示省略）内のインクを流路基板１のリザーバ１３に供給するためのインク供給孔２６が貫通形成されている。このインク供給孔２６は、流路基板１に形成されるリザーバ１３に対応する位置に貫通形成するとよい。なお、以下の説明において、圧電素子２２と、この圧電素子２２の駆動により変位が生じる振動板２１とを合わせて圧電アクチュエータと称する場合がある。また、ここでは、振動板基板２がステンレスで構成されている場合を例に説明しているが、振動板基板２の構成材料を特に限定するものではない。
【００２９】
ここで、液滴吐出ヘッド１０の動作について説明する。液滴吐出ヘッド１０には、外部のインクカートリッジ内のインクがインク供給孔２６を通じてリザーバ１３内に供給されている。このインクは、各オリフィス１４を介してそれぞれのキャビティ１２に供給される。そして、ノズル孔１１の先端までインクで満たされていることになる。なお、この液滴吐出ヘッド１０の動作を制御するためのドライバＩＣ等の駆動制御回路（図示せず）が、圧電素子２２の各個別電極となる上電極膜２４と共通電極となる下電極膜２５との間に接続されている。したがって、この駆動制御回路により圧電素子２２に駆動信号（パルス電圧）が印加されると、下電極膜２５、圧電体膜及び振動板２１がたわみ変形し、キャビティ１２内の圧力が高まり、ノズル孔１１からインク滴が吐出される。
【００３０】
実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０によれば、ノズル孔１１、キャビティ１２及びリザーバ１３を１枚の流路基板１に形成したので、部材費と組立コストを低減することができる。また、キャビティ１２と振動板２１とを別々の基板で形成したので、キャビティ１２の底面を振動板２１とした構造と比較して、キャビティ１２の深さと振動板２１の厚みとに制約されることなく、流路基板１の厚みを自由に選択することができる。このため、十分な厚さの基板を流路基板１として選択することで、吐出に最適なキャビティ１２の深さを確保しながら、クロストーク防止に十分なリザーバ容積も確保することが可能となる。
【００３１】
流路基板１の厚みを自由に選択することができる結果、ノズル孔１１を構成精度に加工形成することが要求されることになる。つまり、ノズル孔１１は、厚みのある流路基板１（２００μｍ以上のシリコン基板）に貫通形成されるが、片側からノズル孔１１をＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングで貫通させようとすると、エッチング時間が長くなるために、特に第１ノズル孔１１ａの加工精度が低下してしまう。そこで、液滴吐出ヘッド１０は、反対面（吐出面）側からＩＣＰドライエッチングを行ない、第１ノズル孔１１ａを貫通させるようにしている。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の流路基板１の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。また、ここでは、流路基板１の製造方法について説明し、圧電素子２２を有する振動板基板２の製造方法については従来公知の製造方法を用いることができるため説明を省略する。
【００３３】
（ａ）厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板から構成される流路基板基材１００を用意し、この流路基板基材１００の外面に厚さ２．８μｍの熱酸化膜１０１を形成する。そして、振動板基板２と接着する側の面Ａの熱酸化膜１０１に、第２ノズル孔１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃ、キャビティ１２、オリフィス１４、リザーバ１３、第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになるそれぞれの部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃを、フォトリソグラフィー法により開口する。すなわち、流路基板基材１００に、両面アライメント用の貫通孔部２０（第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃで構成されるアライメント用貫通孔部）を形成するのである。
【００３４】
このとき、Ａ面における各部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃの熱酸化膜１０１の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。すなわち、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ＝０＜第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ＝第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ＜第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ＝リザーバ１３になる部分１１３＝第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ＜キャビティ１２になる部分１１２＝オリフィス１４になる部分１１４となるように熱酸化膜１０１の残し膜厚を決定する。
【００３５】
（ｂ）次に、Ａ面の第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａを、ＩＣＰドライエッチングで１００μｍ程、エッチング加工する。
（ｃ）それから、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを５０μｍ程エッチング加工する。
【００３６】
（ｄ）次に、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ及びリザーバ１３になる部分１１３を開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ及びリザーバ１３になる部分１１３を１７０μｍ程エッチング加工する。
（ｅ）そして、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、キャビティ１２になる部分１１２及びオリフィス１４になる部分１１４を開口させ、ＩＣＰドライエッチングでキャビティ１２になる部分１１２及びオリフィス１４になる部分１１４を８０μｍ程エッチングする加工する。
【００３７】
このとき、リザーバ１３になる部分１１３も同様にエッチングされ、キャビティ用凹部１２ａ、オリフィス１４及びリザーバ用凹部１３ａがそれぞれ所望の深さに形成されることになる。また、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ、第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃも同様にドライエッチングされ、流路基板基材１００を貫通する貫通穴部２０が形成される。
【００３８】
（ｆ）次に、熱酸化処理を行い、エッチング加工部の内壁に厚さ１μｍの熱酸化膜１０２を形成する。このとき、第１貫通孔部２０ａの底部に熱酸化膜１０１を残すようにしておくことで、Ａ面とは反対側の面（吐出面）をフラットにしてパターニングを容易にし、ＩＣＰドライエッチング加工時のＨｅリークも防止できる。
（ｇ）そして、この貫通孔部２０をアライメントマークとして、第１ノズル孔１１ａになる部分１１１ａの熱酸化膜１０１を、下面側から除去する。
【００３９】
つまり、貫通穴部２０を構成する第１貫通孔部２０ａをアライメントマークとして利用し、フォトリソグラフィー法で第１ノズル部１１ａとなる部分１１１ａを開口するのである。このとき、第１ノズル部１１ａのパターン精度を確保し、上面側（Ａ面側）の保護を不要とするため、熱酸化膜１０１の開口はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）ドライエッチングにより行なうことができる。また、フッ酸等のウェットエッチングで開口する場合は、上面側にドライフィルム等を貼付して、保護するとよい。
【００４０】
（ｈ）その後、第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをＩＣＰドライエッチングで２０μｍエッチング加工する。
（ｉ）第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをエッチング加工したら、第１ノズル孔１１ａと、第２ノズル孔１１ｂとの間に存在する熱酸化膜１０２を除去して、連通させることによって、ノズル孔１１が貫通形成される。そして、熱酸化膜１０１を除去した後に、再度、厚さ０．１μｍの熱酸化膜１０３をインク保護膜として形成する。以上のように、流路基板１が作製される。
【００４１】
このように作製された流路基板１に、圧電素子２２及びインク供給孔２６が形成された振動板基板２をエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接着し、液滴吐出ヘッド１０が作製される。以上のように、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の製造方法では、流路基板基材１００に貫通孔部２０を形成することによって、この貫通孔部２０（特に、第１貫通孔部２０ａ）をアライメントマークとして利用でき、流路基板基材１００の位置合わせ高精度で実行することができる。すなわち、ノズル孔１１を両側からエッチング加工する場合であっても、加工精度の向上を図ることができるのである。
【００４２】
また、流路基板基材１００に各部位（ノズル孔１１、キャビティ１２、オリフィス１４リザーバ１３及び貫通孔部２０）を形成する際には、その各部位（ノズル孔１１、キャビティ１２、オリフィス１４、リザーバ１３及び貫通孔部２０）のそれぞれに対応した開口パターンの全てが形成された熱酸化膜１０１を一つのマスク部材として利用できるので、各部位を形成する度に、その部位に対応したマスク部材を形成し直す方法に比べて、各部位の位置合わせ精度及び形状精度を向上させることができる。さらに、各部位全てをドライエッチングで形成するため、各部位を高精度に形成できる。
【００４３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０を分解した状態を示す分解斜視図である。また、図６は、液滴吐出ヘッド５０の断面構成を示す縦断面図である。図５及び図６に基づいて、液滴吐出ヘッド５０の構成及び動作について説明する。この液滴吐出ヘッド５０は、静電駆動方式のアクチュエータ（駆動手段）の代表として、流路基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例として表している。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００４４】
実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０では、流路基板１のリザーバ１３部分をドライエッチングのみを利用することで加工形成した場合を例に説明したが、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０では、流路基板１ａのリザーバ１３部分をドライエッチング及びウェットエッチングの両方を利用することで加工形成する場合を例に説明する。また、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０は、静電駆動方式であるために、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の振動板基板２に設けられていた圧電素子２２が削除されている。
【００４５】
図５及び図６に示すように、この液滴吐出ヘッド５０は、流路基板（ノズルプレート）１ａと、振動板基板（キャビティプレート）２ａと、電極基板３とが積層されるように接合されることで構成されている。図５及び図６に示すように、この液滴吐出ヘッド５０を構成する流路基板１ａには、インク流路になるリザーバ１３と、オリフィス１４と、キャビティ１２と、ノズル孔１１とが加工形成されている。そして、リザーバ１３に所定の容積を確保するために、流路基板１ａには所定の厚さ（たとえば、２００μｍ以上）が必要となる。
【００４６】
流路基板１ａは、流路基板１と同様に、たとえば厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板で構成されている。振動板基板２ａは、たとえば可撓性を有する（１１０）面方位のシリコン基板等で構成するとよい。また、振動板基板２ａの少なくとも電極基板３側の面には、たとえばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）を原料としたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）によるＳｉＯ2 膜からなる絶縁膜が、たとえば０．１μｍの厚さで形成されているものとする（図示せず）。この絶縁膜は、液滴吐出ヘッド５０の駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するために設けられている。
【００４７】
振動板基板２ａの流路基板１ａと反対側の面（吐出面）には、電極基板３が接合されている。電極基板３は、たとえば厚さ約１ｍｍのガラス材で構成するとよい。電極基板３には、振動板基板２の各振動板２１及び流路基板１ａの各キャビティ１２に対向する表面の位置に、それぞれ電極用凹部３１が形成されている。各電極用凹部３１は、たとえばエッチングにより約０．３μｍの深さで形成するとよい。そして、各電極用凹部３１の底面には、一般に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３２が、たとえば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。また、電極基板３には、振動板基板２ａに形成されるインク供給孔２６と連通するインク供給孔３４が形成される。このインク供給孔３４は、振動板基板２ａにインク供給孔２６を通じてリザーバ１３に連通している。
【００４８】
振動板２１と個別電極３２との間に形成されるギャップＧ（空隙）は、この電極用凹部３１の深さ、個別電極３２及び振動板２１を覆う絶縁膜の厚さにより決定することになる。このギャップＧは、液滴吐出ヘッド５０の吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が要求される。この実施の形態２では、ギャップＧが０．２μｍとなっている場合を例に説明する。このギャップＧの開放端部は、エポキシ接着剤等からなる封止材３３により気密に封止されている。これにより、異物や湿気等がギャップＧに侵入するのを防止することができ、液滴吐出ヘッド５０の信頼性を高く保持することができる。
【００４９】
なお、個別電極３２をＩＴＯで構成した場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、たとえばＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）あるいは金、銅等の金属を用いて構成してもよい。ただし、ＩＴＯは、透明であるので振動板２１の当接具合の確認が行いやすいことなどの理由から、一般にはＩＴＯが用いられることが好ましい。また、ここでは、振動板２１と、振動板２１に一定距離（ギャップＧ）を隔てて対向配置された個別電極３２とで静電アクチュエータが構成されており、振動板２１と個別電極３２との間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって振動板２１を変位させるようにしている。
【００５０】
ここで、液滴吐出ヘッド５０の動作について説明する。液滴吐出ヘッド５０には、外部のインクカートリッジ内のインクがインク供給孔３４及びインク供給孔２６を通じてリザーバ１３内に供給されている。このインクは、各オリフィス１４を介してそれぞれのキャビティ１２に供給される。そして、ノズル孔１１の先端までインクで満たされていることになる。なお、この液滴吐出ヘッド５０の動作を制御するためのドライバＩＣ等の駆動制御回路（図示せず）が、各個別電極３２と振動板基板２ａに設けられた図示省略の共通電極との間に接続されている。
【００５１】
したがって、この駆動制御回路により選択された個別電極３２に駆動信号（パルス電圧）が印加され、その個別電極３２をプラス（正）に帯電させる。一方、このとき、共通電極を介して振動板２１には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された個別電極３２に対応する位置における振動板２１を相対的にマイナス（負）に帯電させる。そのため、選択された個別電極３２と振動板２１との間には静電気力（クーロン力）が発生することになる。そうすると、振動板２１は、静電気力によって個別電極３２側に引き寄せられて撓むことになる。これによって、キャビティ１２の容積が増大する。
【００５２】
その後、個別電極３２へのパルス電圧をオフにすると、振動板２１と個別電極３２との間の静電気力がなくなり、振動板２１はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、キャビティ１２の容積が急激に減少するため、キャビティ１２内部の圧力が急激に上昇する。これにより、キャビティ１２内のインクの一部がインク滴となってノズル孔１１から吐出されることになる。このインク滴が、たとえば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、インク滴がリザーバ１３からオリフィス１４を通じてキャビティ１２内に補給され、初期状態に戻る。
【００５３】
この実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０によれば、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０とほぼ同様の作用効果を得ることが可能になる。また、駆動手段としてのアクチュエータを静電アクチュエータとしたため、実施の形態１の圧電アクチュエータを用いた場合に比べて、微細化が容易で、構造を単純なものとすることができる。したがって、高密度で多数のノズル孔１１を形成した液滴吐出ヘッド５０を比較的安価に作製することができる。
【００５４】
次に、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０の流路基板１ａの製造方法について、図７〜図９を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。また、ここでは、流路基板１ａの製造方法について説明し、振動板基板２ａ及び電極基板３の製造方法については従来公知の製造方法を用いることができるため説明を省略する。
【００５５】
（ａ）厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板から構成される流路基板基材１００ａを用意し、この流路基板基材１００ａの外面に厚さ２．８μｍの熱酸化膜１０１を形成する。そして、振動板基板２ａと接着する側の面Ａの熱酸化膜１０１に、第２ノズル孔１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃ、キャビティ１２、オリフィス１４、リザーバ１３、第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになるそれぞれの部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃを、フォトリソグラフィー法により開口する。すなわち、流路基板基材１００ａに、両面アライメント用の貫通孔部２０（第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃで構成される）を形成するのである。
【００５６】
このとき、Ａ面における各部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃの熱酸化膜１０１の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。すなわち、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ＝０＜第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ＝第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ＜第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ＝リザーバ１３になる部分１１３＝第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ＜キャビティ１２になる部分１１２＝オリフィス１４になる部分１１４となるように熱酸化膜１０１の残し膜厚を決定する。
【００５７】
（ｂ）次に、Ａ面の第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａを、ＩＣＰドライエッチングで１００μｍ程、エッチング加工する。
（ｃ）それから、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを５０μｍ程エッチング加工する。
【００５８】
（ｄ）次に、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃを開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃを１７０μｍ程エッチング加工する。
（ｅ）そして、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、キャビティ１２になる部分１１２、オリフィス１４になる部分１１４及びリザーバ１３になる部分１１３をそれぞれ開口させ、ＩＣＰドライエッチングでキャビティ１２になる部分１１２、オリフィス１４になる部分１１４及びリザーバ１３になる部分１１３を８０μｍ程エッチング加工する。
【００５９】
こうすることにより、キャビティ用凹部１２ａ及びオリフィス１４がそれぞれ所望の深さに形成されることになる。なお、リザーバ１３になる部分１１３については、まだ製造途中であり、ここではキャビティ１２及びオリフィス１４と同じ深さまでエッチング加工されている。また、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ、第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃも同様にドライエッチングされ、流路基板基材１００ａを貫通する貫通穴部２０が形成される。
【００６０】
（ｆ）そして、熱酸化膜１０１を除去した後に、再度、厚さ１．１μｍの熱酸化膜１０２を形成する。この熱酸化膜１０２は、次の（ｇ）の工程で、リザーバ１３の残部をウェットエッチングにより形成する際のマスク部材として用いられるものである。
（ｇ）次に、開口部１３１が形成されたシリコン製のマスク基板１３０を流路基板基材１００ａのＡ面側に密着させ、ＲＩＥにより熱酸化膜１０２をドライエッチングし、リザーバ１３に対応する部分に開口１４０を形成する。
【００６１】
ここでのエッチングとしてドライエッチングを用いることにより、流路基板基材１００ａ全体に形成された熱酸化膜１０２のうち、リザーバ１３が途中まで形成されて凹状となった部分の底面部分の熱酸化膜１０２から、リザーバ１３に対応する部分だけを的確にエッチング除去することが可能となる。このとき、第１貫通孔部２０ａの底部に熱酸化膜１０１を残すようにしておくことで、Ａ面とは反対側の面（吐出面）をフラットにしてパターニングを容易にし、ＩＣＰドライエッチング加工時のＨｅリークも防止できる。
【００６２】
（ｈ）そして、流路基板基材１００ａを２５％のＫＯＨ溶液によるウェットエッチングに浸漬し、リザーバ１３となる部分１１３を１７０μｍ程度エッチングしてリザーバ１３となるリザーバ用凹部１３ａをエッチング加工する。
（ｉ）そして、貫通孔部２０をアライメントマークとして、第１ノズル孔１１ａになる部分１１１ａの熱酸化膜１０１を、下面側から除去する。つまり、実施の形態１と同様に、貫通穴部２０を構成する第１貫通孔部２０ａをアライメントマークとして利用し、フォトリソグラフィー法で第１ノズル部１１ａとなる部分１１１ａを開口するのである。
【００６３】
（ｊ）その後、第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをＩＣＰドライエッチングで２０μｍエッチング加工する。
（ｋ）第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをエッチング加工したら、第１ノズル孔１１ａと、第２ノズル孔１１ｂとの間に存在する熱酸化膜１０２を除去して、連通させることによって、ノズル孔１１が貫通形成される。そして、熱酸化膜１０１を除去した後に、再度、厚さ０．１μｍの熱酸化膜１０３をインク保護膜として形成する。以上のように、流路基板１ａが作製される。
【００６４】
このように作製された流路基板１ａに、振動板基板２ａと電極基板３とが接合された接合基板をエッチングポーラス樹脂等の接着剤を用いて接着し、液滴吐出ヘッド５０が作製される。以上のように、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０の製造方法では、流路基板基材１００ａに貫通孔部２０を形成することによって、この貫通孔部２０（特に、第１貫通孔部２０ａ）をアライメントマークとして利用でき、流路基板基材１００ａの位置合わせ高精度で実行することができる。すなわち、ノズル孔１１を両側からエッチング加工する場合であっても、加工精度の向上を図ることができるのである。
【００６５】
また、エッチング量の多いリザーバ１３を形成するに際し、キャビティ１２の深さまではキャビティ１２を製造する工程と同時にドライエッチングで形成し、リザーバ１３の残部についてはウェットエッチングで形成するようにしたので、実施の形態１に比べて効率良く高スループットでリザーバ１３を形成することができる。さらに、リザーバ１３の残部をウェットエッチングにより形成する際のマスク部材として熱酸化膜１０２を用いるようにしたため、緻密で均一性の良好なマスクを良好なスループットで形成できる。
【００６６】
次に、貫通孔部２０の形状について詳細に説明する。図１０は、貫通孔部２０の形状を示す平面図である。図１０に基づいて、貫通孔部２０の形状、特に第１貫通孔部２０ａの開口形状について説明する。流路基板１及び流路基板１ａに形成する貫通孔部２０は、実施の形態１及び実施の形態２で説明したように、第１貫通孔部２０ａと、第２貫通孔部２０ｂと、第３貫通孔部２０ｃとで構成されている。そして、この貫通孔部２０を両面アライメントマークとして利用することで、ノズル孔１１を高精度に加工することが可能になっている。
【００６７】
上述したように、貫通孔部２０は、ＩＣＰドライエッチングで形成されている。貫通孔部２０が形成される流路基板１及び流路基板１ａは、リザーバ１３容積を確保するために、所定の厚み（２００μｍ以上）を有したシリコン基板等の流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａで形成されている。このような厚みのあるシリコン基板にノズル孔１１をエッチングで加工形成する場合、深く加工する部位（第１ノズル孔１１ａ）ほど、エッチング時間が長くなり、加工精度が低下してしまう。そこで、実施の形態１及び実施の形態２では、第１ノズル孔１１ａになる部分１１１ａについては、Ａ面（加工面）とは反対側の面（吐出面）側からエッチングすることで、高精度に加工するようにしている。
【００６８】
このとき問題となるのが、流路基板１及び流路基板１ａの位置合わせ（アライメント）である。つまり、流路基板１及び流路基板１ａに加工形成されている第２ノズル孔１１ａ及び第３ノズル孔１１ｃと、第１ノズル孔１１ａとを軸ズレさせずに加工形成しなければ、ノズル孔１１全体としての加工精度が低下することになってしまうため、アライメントが非常に重要になってくる。そのために、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０及び実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０では、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに両面アライメントマークとしての貫通孔部２０を、各部位と同時に形成しているのである。
【００６９】
貫通孔部２０（特に第１貫通孔部２０ａ）の平面形状を、たとえば図１０（ａ）に示すように、四辺（Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ）で構成される四角形状とし、この貫通孔部２０を１つのウエハ内に２ヶ所以上形成する。そして、アライメント装置等を使用して、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに形成した貫通孔部２０を認識し、画像処理等で貫通孔部２０の四辺を検出する。四辺を検出したら、その四辺を延長した破線ａ、ｂ、ｃ及びｄを求める。
【００７０】
次に、破線ａ、ｂ、ｃ及びｄの交点（四角形の各頂点）ａ−ｂ、ｂ−ｃ、ｃ−ｄ及びｄ−ａの座標を求める。それから、交点ａ−ｂ及び交点ｃ−ｄを結ぶ線（ア）と、交点ｂ−ｃ及び交点ｄ−ａを結ぶ線（イ）との交点（中心点）Ｅの座標を求める。このＥ点をアライメントの基準とする。このような方法でアライメントの基準点Ｅを求めることで、貫通孔部２０の平面形状の精度が低くても、たとえばエッチング後の四角形の頂点が丸くなったとしても、基準点Ｅを正確に求めることができる。
【００７１】
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、貫通孔部２０の平面形状が予定より小さくなった場合（図で示す破線Ｆ）や、大きくなった場合（図で示す破線Ｇ）であっても、基準点Ｅを正確に求めることができるのである。この基準点Ｅは、貫通孔部２０のできあがり平面形状にかかわらず、ズレることがないために、正確に算出することができれば、高精度なアライメントを実現することができるのである。ここでは、貫通孔部２０の平面形状が四角形状である場合を例に説明したが、基準点Ｅを算出することができる形状であればよい。
【００７２】
たとえば、貫通孔部２０の平面形状を、図１０（ｃ）に示すような形状としてもよい。図１０（ｃ）に示すように、各頂点が貫通孔部２０の平面形状の中心を向くような大小２パターンのＶ字形状とし、この貫通孔部２０を１つのウエハ内に２ヶ所以上形成する。そして、アライメント装置等を使用して、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに形成した貫通孔部２０を認識し、大小２パターンの各頂点の座標を少なくとも２つ以上（たとえば、Ａ１及びＡ２、Ｂ１及びＢ２、Ｃ１及びＣ２、Ｄ１及びＤ２）を求める。
【００７３】
それから、頂点Ａ１、頂点Ａ２、頂点Ｃ１及び頂点Ｃ２を結ぶ線（ア’）と、頂点Ｂ１、頂点Ｂ２、頂点Ｄ１及び頂点Ｄ２を結ぶ線（イ’）との交点（中心点）Ｅの座標を求める。このＥ点をアライメントの基準とする。このような方法でアライメントの基準点Ｅを求めることで、より正確に基準点Ｅを算出することができる。なお、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに形成した貫通孔部２０は、ウエハから個々の液滴吐出ヘッド１０及び液滴吐出ヘッド５０をダイシングする際に、切り落とされることになる。
【００７４】
実施の形態３．
図１１は、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１０又は実施の形態２の液滴吐出ヘッド５０を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。図１１に示す液滴吐出装置１５０は、一般的なインクジェットプリンタである。なお、この液滴吐出装置１５０は、周知の製造方法によって製造することができる。実施の形態１で得られた液滴吐出ヘッド１０及び実施の形態２で得られた液滴吐出ヘッド５０は、１枚の流路基板１及び流路基板１ａに、インク流路（リザーバ１３、オリフィス１４、キャビティ１２及びノズル孔１１）が形成されているものである。
【００７５】
なお、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１０及び実施の形態２の液滴吐出ヘッド５０は、図１１に示す液滴吐出装置１５０の他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。また、本発明の流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法は、本発明の実施の形態１〜実施の形態３で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図４】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図５】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図６】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図７】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図８】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図９】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図１０】貫通孔部の形状を示す平面図である。
【図１１】実施の形態１の液滴吐出ヘッド又は実施の形態２の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 流路基板、１ａ 流路基板、２ 振動板基板、２ａ 振動板基板、３ 電極基板、１０ 液滴吐出ヘッド、１１ ノズル孔、１１ａ 第１ノズル孔、１１ｂ 第２ノズル孔、１１ｃ 第３ノズル孔、１２ キャビティ、１２ａ キャビティ用凹部、１３ リザーバ、１３ａ リザーバ用凹部、１４ オリフィス、２０ 貫通孔部、２０ａ 第１貫通孔部、２０ｂ 第２貫通孔部、２０ｃ 第３貫通孔部、２１ 振動板、２２ 圧電素子、２４ 上電極膜、２５ 下電極膜、２６ インク供給孔、３１ 電極用凹部、３２ 個別電極、３３ 封止材、３４ インク供給孔、５０ 液滴吐出ヘッド、１００ 流路基板基材、１００ａ 流路基板基材、１０１ 熱酸化膜、１０２ 熱酸化膜、１０３ 熱酸化膜、１１１ａ 第１ノズル孔になる部分、１１１ｂ、１１１ｂ 第２ノズル孔になる部分、１１１ｃ 第３ノズルになる部分、１１２ キャビティになる部分、１１３ リザーバになる部分、１１４ オリフィスになる部分、１２０ａ 第１貫通孔部になる部分、１２０ｂ、 第２貫通孔部になる部分、１２０ｃ 第３貫通孔部になる部分、１３０ マスク基板、１３１ 開口部、１４０ 開口、１５０ 液滴吐出装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル孔と、キャビティと、リザーバとを１つのシリコン基板に形成する流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関し、特にリザーバ容積を確保するために、所定の厚みのあるシリコン基板を用い、そのシリコン基板に加工精度の高いノズル孔を形成する流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が急速に進歩している。この微細加工技術により形成される微細加工素子としては、たとえば、液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）やマイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのようなアクチュエータ、圧力センサ等がある。このうち、液滴吐出装置（インクジェット記録装置）のインク液滴を吐出させる方式には、静電気力を駆動手段に利用する方式（静電駆動方式）や、圧電振動子を駆動手段に利用する方式、発熱素子を駆動手段に利用する方式等がある。
【０００３】
このような液滴吐出装置に搭載されているインクジェットヘッドは、インク液滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合され、ノズル孔に連通する吐出室（キャビティ）、リザーバ等のインク流路が形成されたインク流路基板であるキャビティプレートとを備えるように構成されることが多い。そして、インクジェットヘッドには、印刷速度の高速化及びカラー化を目的として、ノズル列を複数有することが要求されている。また、ノズル密度の高密度化及び長尺化（１列当りのノズル数の増加）が進行し、それに伴いインクジェットヘッド内のアクチュエータ数も益々増加している。すなわち、インクジェットヘッドには、アクチュエータ数を増加させたとしても、インク吐出性能を向上させ、高い信頼性を実現することが要求されている。
【０００４】
そのようなものとして、「複数のノズル開口と圧力発生室とインク供給路とを有するインクジェットヘッドにおいて、同一基板内の一平面側に前記圧力発生室と前記インク供給路を、他平面側に前記ノズル開口を一体形成した流路基板に、前記流路基板と熱膨張係数を等しくする振動板が接合され、前記振動板上の前記圧力発生室に対応する位置に圧力発生素子が設けられている」インクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、「ノズル及びこのノズルがノズル連通路を介して連通する流路を形成する流路部材を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路部材は、シリコン基板にノズル厚さに相当するエッチングマスク層を用いてエッチングにより前記ノズルが形成された後、前記シリコン基板に前記エッチングマスク層と反対面からノズル連通路用マスクを用いてエッチングによりノズル連通路が形成され、更に液室用マスクを用いてエッチングにより液室が形成されたものである」インクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２２９１１４号公報（第２−３頁、第２図）
【特許文献２】特開２００３−３２６７２４号公報（第４頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インクジェットヘッドのインク吐出性能を向上させるためには、ノズルプレートに形成するノズル孔を高精度で加工することが要求される。また、アクチュエータ数を増加させたインクジェットヘッドには、１つのキャビティからインクが吐出されたときに、そのキャビティに隣接するキャビティが影響を受けてしまうという、いわゆるクロストークを防止するために十分なリザーバ容積の確保を可能としながらも、インク吐出性能を向上させることが要求される。
【０００８】
特許文献１に記載の技術では、面方位が（１００）のシリコン基板に、ノズル、キャビティ及びリザーバをＫＯＨウェットエッチングにて一体形成するようにしている。しかしながら、流路基板は面方位が（１００）のシリコン基板に限定されているので、ノズルの側壁角度が５４．７度となり、ノズルの高密度化が困難であるという問題があった。また、ウェットエッチングによるノズル形成工程では、サイドエッチング量の制御が難しく、ノズル径精度を確保するのが困難であるといった問題もあった。
【０００９】
特許文献２に記載の技術では、流路基板にノズル長さと等しい厚みをもつエッチングストップ層を形成し、ノズルをストップ層に、キャビティ、リザーバ及びノズル連通穴を流路基板に形成するようにしている。しかしながら、メニスカス制御の観点からノズル長は最低でも１０μｍ程度は必要であり、このような厚みのストップ層を形成するのは非常に困難であり、仮にできたとしてもコストがかかってしまうという問題があった。また、製造プロセスが曖昧（たとえば凹凸面へのマスク形成方法（図６のマスク３８等参照）や、２度目のウェットエッチングでの形状制御（ノズル貫通穴３７の側壁保護等）に関する記載がない）であるために、現実的ではなかった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、クロストーク防止に十分なリザーバ容積の確保をしながらも、流路基板になるシリコン基板に高精度でノズルを加工形成できるようにした流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る流路基板の製造方法は、ノズル孔と、ノズル孔に連通するキャビティと、キャビティに連通し、所定の容積を有するリザーバとで構成される液体流路を１つのシリコン基板に形成する流路基板の製造方法であって、シリコン基板の一方の面から、ノズル孔、キャビティ及びリザーバになる部分を所定の深さまでエッチング加工する際、シリコン基板に貫通させるアライメント用貫通孔部を併せて形成しておき、ノズル孔を所定の深さまでエッチングした後、シリコン基板をアライメントして、シリコン基板の他方の面からノズル孔を貫通させることを特徴とする。
【００１２】
ノズル孔、キャビティ及びリザーバを１つのシリコン基板に形成し、流路基板とするために、リザーバ容積を確保しようとすると、シリコン基板に所定の厚さ（たとえば、２００μｍ以上）が必要になる。そこで、流路基板となるシリコン基板に、ノズル孔、キャビティ及びリザーバを形成する際に、併せてアライメント用貫通孔部を形成しておくことで、所定の厚みのあるシリコン基板であっても、ノズル孔の加工精度を向上させることができる。また、アライメントマークを別途形成する手間を省略することができ、製造効率が向上する。さらに、高精度なアライメントが実現でき、吐出面側（シリコン基板の他方の面側）からノズル孔を貫通させる際に、加工面側（シリコン基板の一方の面側）から形成したノズル孔との軸線がズレることが無く、ノズル孔の加工精度が向上する。
【００１３】
本発明に係る流路基板の製造方法は、ノズル孔の径及びアライメント用貫通孔部の径を、シリコン基板の一方の面から他方の面に向かって段階的に小さくするように形成するものにおいて、シリコン基板の全面に酸化膜を形成し、ノズル孔、キャビティ、リザーバ及びアライメント用貫通孔部になる部分におけるシリコン基板の一方の面の酸化膜にフォトリソグラフィーにより、各部の膜厚を変化させてパターニングし、各部を順次ドライエッチングで加工する際に、アライメント用貫通孔部のみを貫通させ、熱酸化によりシリコン基板の加工部の内壁に酸化膜を形成してから、シリコン基板をアライメントして、シリコン基板の反対の面における酸化膜に、ノズル孔になる部分をフォトリソグラフィーによりパターニングし、ノズル孔をドライエッチングで貫通させることを特徴とする。
【００１４】
したがって、アライメント用貫通孔部の形成を流路と同時に行うことで、パターニング及びドライエッチング加工の工程を減少でき、製造に要する負担を軽減することができる。また、酸化膜の膜厚を各部で変更させて、各部のパターニング及びドライエッチング加工することができ、製造に要する負担を軽減することができるとともに、加工精度を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る流路基板の製造方法は、シリコン基板に貫通させたアライメント用貫通孔部の小さい方の開口面の平面形状から基準点を算出し、その基準点に基づいて、シリコン基板をアライメントすることを特徴とする。したがって、吐出面側からノズル孔を貫通させる際に、加工面側から形成したノズル孔との軸線がズレることが無くなり、高精度なアライメントが実現できる。
【００１６】
本発明に係る流路基板の製造方法は、平面形状を複数の頂点を有する１又は２以上の多角形状としたことを特徴とする。アライメントマークとして利用するアライメント用貫通孔部の平面形状を特段限定することなく種々の平面形状を利用して、アライメント用貫通孔部を加工形成することができるので、アライメント用貫通孔部の形成に余分な手間を要することがない。したがって、製造に要する手間や負担を軽減することができる。
【００１７】
本発明に係る流路基板の製造方法は、シリコン基板の一方の面からＩＣＰドライエッチングでノズル孔、キャビティ、リザーバ及びアライメント用貫通孔部になる部分を加工形成し、シリコン基板の他方の面からＲＩＥドライエッチングでノズル孔を貫通させることを特徴とする。したがって、ＩＣＰドライエッチングによってシリコン基板を垂直に加工することができるとともに、ＲＩＥドライエッチングによってノズル孔のエッチングマスクとなる酸化膜を高精度に開口することができ、ノズル孔を高精度に開口形成することができる。
【００１８】
本発明に係る流路基板の製造方法は、シリコン基板の厚さを２００μｍ以上としたことを特徴とする。これにより、クロストークを防止するために十分なリザーバ容積の確保をすることが可能となる。また、このような厚さのあるシリコン基板であっても、ノズル孔を高精度で加工することができる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の流路基板に、流路基板のキャビティ内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板を接合し、振動板を変形させてキャビティ内に圧力変化を与えるアクチュエータを形成することを特徴とする。したがって、ノズル孔を高精度で加工形成することができるために、インク液滴の飛行曲がりをなくし、安定性及び信頼性の高い液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００２０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、振動板基板に圧電素子を設け、振動板基板に設けた圧電素子とは反対側の面に流路基板を接合させることを特徴とする。したがって、加工精度が高く、かつ高出力な駆動を実現することが可能になる。
【００２１】
本発明に係るノズルプレートの製造方法は、振動板基板の流路基板の接合面とは反対側の面に、振動板に一定距離を隔てた電極を形成する電極用凹部が設けられた電極基板を接合することを特徴とする。したがって、加工精度が高く、かつ安価な液滴吐出ヘッドを提供することが可能になる。
【００２２】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする。したがって、上記の効果を有するとともに、インク液滴の吐出性能及び信頼性が高く、かつ安価な液滴吐出装置を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０を分解した状態を示す分解斜視図である。また、図２は、液滴吐出ヘッド１０の断面構成を示す縦断面図である。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１０の構成及び動作について説明する。この液滴吐出ヘッド１０は、圧電駆動方式のアクチュエータ（駆動手段）の代表として、流路基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例として表している。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００２４】
図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１０は、流路基板（ノズルプレート）１と、振動板基板２とが積層されるように接合されることで構成されている。図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１０を構成する流路基板１には、インク流路になるリザーバ１３と、オリフィス１４と、キャビティ１２と、ノズル孔１１とが加工形成されている。そして、リザーバ１３に所定の容積を確保するために、流路基板１には所定の厚さ（たとえば、２００μｍ以上）が必要となる。
【００２５】
流路基板１は、たとえば厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板で構成されている。流路基板１には、複数のノズル孔１１が所定のピッチで垂直に貫通形成されている。各ノズル孔１１は、振動板基板２との接合面（加工面）から反対側の面（吐出面）に向かって段階的または徐々に小さくなるように形成されている。この実施の形態１では、段階的に小さくなるように形成されており、径の小さい孔から順に、第１ノズル孔１１ａ、第２ノズル孔１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃの３段構成となっている。このように構成することで、ノズル長が長くなることによる流路抵抗の増加を抑制することができる。また、吐出口に向かってノズル径が小さくなるので、整流作用によりインク吐出方向の直進性を高めることもできる。
【００２６】
また、流路基板１において、振動板基板２との接合面には、各ノズル孔１１に独立して連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル孔１１よりインクを吐出させるキャビティ１２になるキャビティ用凹部１２ａと、各キャビティ１２に供給するインクを溜めるリザーバ１３になるリザーバ用凹部１３ａと、各キャビティ１２とリザーバ１３とを連通する複数のオリフィス１４とが形成されている。なお、オリフィス１４の幅は、流路抵抗を調整するため、キャビティ用凹部１２ａの幅よりも小さく形成するとよい。
【００２７】
振動板基板２は、たとえば厚さ３０μｍのステンレスで構成されている。振動板基板２において、キャビティ１２と対向する部分が振動板２１となっており、振動板２１のキャビティ１２と反対側の面（吐出面）には圧電素子２２が設置されている。圧電素子２２は、たとえばピエゾ素子などからなる圧電体膜（ＰＺＴ）２３の両面に、上電極膜２４及び下電極膜２５が形成された構成を有している。この実施の形態１では、下電極膜２５を圧電素子２２の共通電極とし、上電極膜２４を圧電素子２２の個別電極としている場合を例に示しているが、駆動回路や配線の都合でこれらを逆にしてもよい。
【００２８】
また、振動板基板２には、外部のインクカートリッジ（図示省略）内のインクを流路基板１のリザーバ１３に供給するためのインク供給孔２６が貫通形成されている。このインク供給孔２６は、流路基板１に形成されるリザーバ１３に対応する位置に貫通形成するとよい。なお、以下の説明において、圧電素子２２と、この圧電素子２２の駆動により変位が生じる振動板２１とを合わせて圧電アクチュエータと称する場合がある。また、ここでは、振動板基板２がステンレスで構成されている場合を例に説明しているが、振動板基板２の構成材料を特に限定するものではない。
【００２９】
ここで、液滴吐出ヘッド１０の動作について説明する。液滴吐出ヘッド１０には、外部のインクカートリッジ内のインクがインク供給孔２６を通じてリザーバ１３内に供給されている。このインクは、各オリフィス１４を介してそれぞれのキャビティ１２に供給される。そして、ノズル孔１１の先端までインクで満たされていることになる。なお、この液滴吐出ヘッド１０の動作を制御するためのドライバＩＣ等の駆動制御回路（図示せず）が、圧電素子２２の各個別電極となる上電極膜２４と共通電極となる下電極膜２５との間に接続されている。したがって、この駆動制御回路により圧電素子２２に駆動信号（パルス電圧）が印加されると、下電極膜２５、圧電体膜及び振動板２１がたわみ変形し、キャビティ１２内の圧力が高まり、ノズル孔１１からインク滴が吐出される。
【００３０】
実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０によれば、ノズル孔１１、キャビティ１２及びリザーバ１３を１枚の流路基板１に形成したので、部材費と組立コストを低減することができる。また、キャビティ１２と振動板２１とを別々の基板で形成したので、キャビティ１２の底面を振動板２１とした構造と比較して、キャビティ１２の深さと振動板２１の厚みとに制約されることなく、流路基板１の厚みを自由に選択することができる。このため、十分な厚さの基板を流路基板１として選択することで、吐出に最適なキャビティ１２の深さを確保しながら、クロストーク防止に十分なリザーバ容積も確保することが可能となる。
【００３１】
流路基板１の厚みを自由に選択することができる結果、ノズル孔１１を構成精度に加工形成することが要求されることになる。つまり、ノズル孔１１は、厚みのある流路基板１（２００μｍ以上のシリコン基板）に貫通形成されるが、片側からノズル孔１１をＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングで貫通させようとすると、エッチング時間が長くなるために、特に第１ノズル孔１１ａの加工精度が低下してしまう。そこで、液滴吐出ヘッド１０は、反対面（吐出面）側からＩＣＰドライエッチングを行ない、第１ノズル孔１１ａを貫通させるようにしている。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の流路基板１の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。また、ここでは、流路基板１の製造方法について説明し、圧電素子２２を有する振動板基板２の製造方法については従来公知の製造方法を用いることができるため説明を省略する。
【００３３】
（ａ）厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板から構成される流路基板基材１００を用意し、この流路基板基材１００の外面に厚さ２．８μｍの熱酸化膜１０１を形成する。そして、振動板基板２と接着する側の面Ａの熱酸化膜１０１に、第２ノズル孔１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃ、キャビティ１２、オリフィス１４、リザーバ１３、第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになるそれぞれの部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃを、フォトリソグラフィー法により開口する。すなわち、流路基板基材１００に、両面アライメント用の貫通孔部２０（第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃで構成されるアライメント用貫通孔部）を形成するのである。
【００３４】
このとき、Ａ面における各部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃの熱酸化膜１０１の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。すなわち、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ＝０＜第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ＝第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ＜第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ＝リザーバ１３になる部分１１３＝第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ＜キャビティ１２になる部分１１２＝オリフィス１４になる部分１１４となるように熱酸化膜１０１の残し膜厚を決定する。
【００３５】
（ｂ）次に、Ａ面の第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａを、ＩＣＰドライエッチングで１００μｍ程、エッチング加工する。
（ｃ）それから、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを５０μｍ程エッチング加工する。
【００３６】
（ｄ）次に、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ及びリザーバ１３になる部分１１３を開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ及びリザーバ１３になる部分１１３を１７０μｍ程エッチング加工する。
（ｅ）そして、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、キャビティ１２になる部分１１２及びオリフィス１４になる部分１１４を開口させ、ＩＣＰドライエッチングでキャビティ１２になる部分１１２及びオリフィス１４になる部分１１４を８０μｍ程エッチングする加工する。
【００３７】
このとき、リザーバ１３になる部分１１３も同様にエッチングされ、キャビティ用凹部１２ａ、オリフィス１４及びリザーバ用凹部１３ａがそれぞれ所望の深さに形成されることになる。また、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ、第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃも同様にドライエッチングされ、流路基板基材１００を貫通する貫通穴部２０が形成される。
【００３８】
（ｆ）次に、熱酸化処理を行い、エッチング加工部の内壁に厚さ１μｍの熱酸化膜１０２を形成する。このとき、第１貫通孔部２０ａの底部に熱酸化膜１０１を残すようにしておくことで、Ａ面とは反対側の面（吐出面）をフラットにしてパターニングを容易にし、ＩＣＰドライエッチング加工時のＨｅリークも防止できる。
（ｇ）そして、この貫通孔部２０をアライメントマークとして、第１ノズル孔１１ａになる部分１１１ａの熱酸化膜１０１を、下面側から除去する。
【００３９】
つまり、貫通穴部２０を構成する第１貫通孔部２０ａをアライメントマークとして利用し、フォトリソグラフィー法で第１ノズル部１１ａとなる部分１１１ａを開口するのである。このとき、第１ノズル部１１ａのパターン精度を確保し、上面側（Ａ面側）の保護を不要とするため、熱酸化膜１０１の開口はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）ドライエッチングにより行なうことができる。また、フッ酸等のウェットエッチングで開口する場合は、上面側にドライフィルム等を貼付して、保護するとよい。
【００４０】
（ｈ）その後、第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをＩＣＰドライエッチングで２０μｍエッチング加工する。
（ｉ）第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをエッチング加工したら、第１ノズル孔１１ａと、第２ノズル孔１１ｂとの間に存在する熱酸化膜１０２を除去して、連通させることによって、ノズル孔１１が貫通形成される。そして、熱酸化膜１０１を除去した後に、再度、厚さ０．１μｍの熱酸化膜１０３をインク保護膜として形成する。以上のように、流路基板１が作製される。
【００４１】
このように作製された流路基板１に、圧電素子２２及びインク供給孔２６が形成された振動板基板２をエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接着し、液滴吐出ヘッド１０が作製される。以上のように、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の製造方法では、流路基板基材１００に貫通孔部２０を形成することによって、この貫通孔部２０（特に、第１貫通孔部２０ａ）をアライメントマークとして利用でき、流路基板基材１００の位置合わせ高精度で実行することができる。すなわち、ノズル孔１１を両側からエッチング加工する場合であっても、加工精度の向上を図ることができるのである。
【００４２】
また、流路基板基材１００に各部位（ノズル孔１１、キャビティ１２、オリフィス１４リザーバ１３及び貫通孔部２０）を形成する際には、その各部位（ノズル孔１１、キャビティ１２、オリフィス１４、リザーバ１３及び貫通孔部２０）のそれぞれに対応した開口パターンの全てが形成された熱酸化膜１０１を一つのマスク部材として利用できるので、各部位を形成する度に、その部位に対応したマスク部材を形成し直す方法に比べて、各部位の位置合わせ精度及び形状精度を向上させることができる。さらに、各部位全てをドライエッチングで形成するため、各部位を高精度に形成できる。
【００４３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０を分解した状態を示す分解斜視図である。また、図６は、液滴吐出ヘッド５０の断面構成を示す縦断面図である。図５及び図６に基づいて、液滴吐出ヘッド５０の構成及び動作について説明する。この液滴吐出ヘッド５０は、静電駆動方式のアクチュエータ（駆動手段）の代表として、流路基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例として表している。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００４４】
実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０では、流路基板１のリザーバ１３部分をドライエッチングのみを利用することで加工形成した場合を例に説明したが、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０では、流路基板１ａのリザーバ１３部分をドライエッチング及びウェットエッチングの両方を利用することで加工形成する場合を例に説明する。また、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０は、静電駆動方式であるために、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の振動板基板２に設けられていた圧電素子２２が削除されている。
【００４５】
図５及び図６に示すように、この液滴吐出ヘッド５０は、流路基板（ノズルプレート）１ａと、振動板基板（キャビティプレート）２ａと、電極基板３とが積層されるように接合されることで構成されている。図５及び図６に示すように、この液滴吐出ヘッド５０を構成する流路基板１ａには、インク流路になるリザーバ１３と、オリフィス１４と、キャビティ１２と、ノズル孔１１とが加工形成されている。そして、リザーバ１３に所定の容積を確保するために、流路基板１ａには所定の厚さ（たとえば、２００μｍ以上）が必要となる。
【００４６】
流路基板１ａは、流路基板１と同様に、たとえば厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板で構成されている。振動板基板２ａは、たとえば可撓性を有する（１１０）面方位のシリコン基板等で構成するとよい。また、振動板基板２ａの少なくとも電極基板３側の面には、たとえばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）を原料としたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）によるＳｉＯ2 膜からなる絶縁膜が、たとえば０．１μｍの厚さで形成されているものとする（図示せず）。この絶縁膜は、液滴吐出ヘッド５０の駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するために設けられている。
【００４７】
振動板基板２ａの流路基板１ａと反対側の面（吐出面）には、電極基板３が接合されている。電極基板３は、たとえば厚さ約１ｍｍのガラス材で構成するとよい。電極基板３には、振動板基板２の各振動板２１及び流路基板１ａの各キャビティ１２に対向する表面の位置に、それぞれ電極用凹部３１が形成されている。各電極用凹部３１は、たとえばエッチングにより約０．３μｍの深さで形成するとよい。そして、各電極用凹部３１の底面には、一般に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３２が、たとえば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。また、電極基板３には、振動板基板２ａに形成されるインク供給孔２６と連通するインク供給孔３４が形成される。このインク供給孔３４は、振動板基板２ａにインク供給孔２６を通じてリザーバ１３に連通している。
【００４８】
振動板２１と個別電極３２との間に形成されるギャップＧ（空隙）は、この電極用凹部３１の深さ、個別電極３２及び振動板２１を覆う絶縁膜の厚さにより決定することになる。このギャップＧは、液滴吐出ヘッド５０の吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が要求される。この実施の形態２では、ギャップＧが０．２μｍとなっている場合を例に説明する。このギャップＧの開放端部は、エポキシ接着剤等からなる封止材３３により気密に封止されている。これにより、異物や湿気等がギャップＧに侵入するのを防止することができ、液滴吐出ヘッド５０の信頼性を高く保持することができる。
【００４９】
なお、個別電極３２をＩＴＯで構成した場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、たとえばＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）あるいは金、銅等の金属を用いて構成してもよい。ただし、ＩＴＯは、透明であるので振動板２１の当接具合の確認が行いやすいことなどの理由から、一般にはＩＴＯが用いられることが好ましい。また、ここでは、振動板２１と、振動板２１に一定距離（ギャップＧ）を隔てて対向配置された個別電極３２とで静電アクチュエータが構成されており、振動板２１と個別電極３２との間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって振動板２１を変位させるようにしている。
【００５０】
ここで、液滴吐出ヘッド５０の動作について説明する。液滴吐出ヘッド５０には、外部のインクカートリッジ内のインクがインク供給孔３４及びインク供給孔２６を通じてリザーバ１３内に供給されている。このインクは、各オリフィス１４を介してそれぞれのキャビティ１２に供給される。そして、ノズル孔１１の先端までインクで満たされていることになる。なお、この液滴吐出ヘッド５０の動作を制御するためのドライバＩＣ等の駆動制御回路（図示せず）が、各個別電極３２と振動板基板２ａに設けられた図示省略の共通電極との間に接続されている。
【００５１】
したがって、この駆動制御回路により選択された個別電極３２に駆動信号（パルス電圧）が印加され、その個別電極３２をプラス（正）に帯電させる。一方、このとき、共通電極を介して振動板２１には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された個別電極３２に対応する位置における振動板２１を相対的にマイナス（負）に帯電させる。そのため、選択された個別電極３２と振動板２１との間には静電気力（クーロン力）が発生することになる。そうすると、振動板２１は、静電気力によって個別電極３２側に引き寄せられて撓むことになる。これによって、キャビティ１２の容積が増大する。
【００５２】
その後、個別電極３２へのパルス電圧をオフにすると、振動板２１と個別電極３２との間の静電気力がなくなり、振動板２１はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、キャビティ１２の容積が急激に減少するため、キャビティ１２内部の圧力が急激に上昇する。これにより、キャビティ１２内のインクの一部がインク滴となってノズル孔１１から吐出されることになる。このインク滴が、たとえば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、インク滴がリザーバ１３からオリフィス１４を通じてキャビティ１２内に補給され、初期状態に戻る。
【００５３】
この実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０によれば、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０とほぼ同様の作用効果を得ることが可能になる。また、駆動手段としてのアクチュエータを静電アクチュエータとしたため、実施の形態１の圧電アクチュエータを用いた場合に比べて、微細化が容易で、構造を単純なものとすることができる。したがって、高密度で多数のノズル孔１１を形成した液滴吐出ヘッド５０を比較的安価に作製することができる。
【００５４】
次に、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０の流路基板１ａの製造方法について、図７〜図９を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。また、ここでは、流路基板１ａの製造方法について説明し、振動板基板２ａ及び電極基板３の製造方法については従来公知の製造方法を用いることができるため説明を省略する。
【００５５】
（ａ）厚さ３００μｍ、面方位（１００）のシリコン基板から構成される流路基板基材１００ａを用意し、この流路基板基材１００ａの外面に厚さ２．８μｍの熱酸化膜１０１を形成する。そして、振動板基板２ａと接着する側の面Ａの熱酸化膜１０１に、第２ノズル孔１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃ、キャビティ１２、オリフィス１４、リザーバ１３、第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになるそれぞれの部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃを、フォトリソグラフィー法により開口する。すなわち、流路基板基材１００ａに、両面アライメント用の貫通孔部２０（第１貫通孔部２０ａ、第２貫通孔部２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃで構成される）を形成するのである。
【００５６】
このとき、Ａ面における各部分１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１４、１１３、１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃの熱酸化膜１０１の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。すなわち、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ＝０＜第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ＝第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ＜第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ＝リザーバ１３になる部分１１３＝第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃ＜キャビティ１２になる部分１１２＝オリフィス１４になる部分１１４となるように熱酸化膜１０１の残し膜厚を決定する。
【００５７】
（ｂ）次に、Ａ面の第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａを、ＩＣＰドライエッチングで１００μｍ程、エッチング加工する。
（ｃ）それから、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、及び第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂを５０μｍ程エッチング加工する。
【００５８】
（ｄ）次に、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃを開口させ、ＩＣＰドライエッチングで第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃを１７０μｍ程エッチング加工する。
（ｅ）そして、熱酸化膜１０１を適量エッチング除去して、キャビティ１２になる部分１１２、オリフィス１４になる部分１１４及びリザーバ１３になる部分１１３をそれぞれ開口させ、ＩＣＰドライエッチングでキャビティ１２になる部分１１２、オリフィス１４になる部分１１４及びリザーバ１３になる部分１１３を８０μｍ程エッチング加工する。
【００５９】
こうすることにより、キャビティ用凹部１２ａ及びオリフィス１４がそれぞれ所望の深さに形成されることになる。なお、リザーバ１３になる部分１１３については、まだ製造途中であり、ここではキャビティ１２及びオリフィス１４と同じ深さまでエッチング加工されている。また、第２ノズル孔１１ｂになる部分１１１ｂ、第３ノズル孔１１ｃになる部分１１１ｃ、第１貫通孔部２０ａになる部分１２０ａ、第２貫通孔部２０ｂになる部分１２０ｂ及び第３貫通孔部２０ｃになる部分１２０ｃも同様にドライエッチングされ、流路基板基材１００ａを貫通する貫通穴部２０が形成される。
【００６０】
（ｆ）そして、熱酸化膜１０１を除去した後に、再度、厚さ１．１μｍの熱酸化膜１０２を形成する。この熱酸化膜１０２は、次の（ｇ）の工程で、リザーバ１３の残部をウェットエッチングにより形成する際のマスク部材として用いられるものである。
（ｇ）次に、開口部１３１が形成されたシリコン製のマスク基板１３０を流路基板基材１００ａのＡ面側に密着させ、ＲＩＥにより熱酸化膜１０２をドライエッチングし、リザーバ１３に対応する部分に開口１４０を形成する。
【００６１】
ここでのエッチングとしてドライエッチングを用いることにより、流路基板基材１００ａ全体に形成された熱酸化膜１０２のうち、リザーバ１３が途中まで形成されて凹状となった部分の底面部分の熱酸化膜１０２から、リザーバ１３に対応する部分だけを的確にエッチング除去することが可能となる。このとき、第１貫通孔部２０ａの底部に熱酸化膜１０１を残すようにしておくことで、Ａ面とは反対側の面（吐出面）をフラットにしてパターニングを容易にし、ＩＣＰドライエッチング加工時のＨｅリークも防止できる。
【００６２】
（ｈ）そして、流路基板基材１００ａを２５％のＫＯＨ溶液によるウェットエッチングに浸漬し、リザーバ１３となる部分１１３を１７０μｍ程度エッチングしてリザーバ１３となるリザーバ用凹部１３ａをエッチング加工する。
（ｉ）そして、貫通孔部２０をアライメントマークとして、第１ノズル孔１１ａになる部分１１１ａの熱酸化膜１０１を、下面側から除去する。つまり、実施の形態１と同様に、貫通穴部２０を構成する第１貫通孔部２０ａをアライメントマークとして利用し、フォトリソグラフィー法で第１ノズル部１１ａとなる部分１１１ａを開口するのである。
【００６３】
（ｊ）その後、第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをＩＣＰドライエッチングで２０μｍエッチング加工する。
（ｋ）第１ノズル孔１１ａとなる部分１１１ａをエッチング加工したら、第１ノズル孔１１ａと、第２ノズル孔１１ｂとの間に存在する熱酸化膜１０２を除去して、連通させることによって、ノズル孔１１が貫通形成される。そして、熱酸化膜１０１を除去した後に、再度、厚さ０．１μｍの熱酸化膜１０３をインク保護膜として形成する。以上のように、流路基板１ａが作製される。
【００６４】
このように作製された流路基板１ａに、振動板基板２ａと電極基板３とが接合された接合基板をエッチングポーラス樹脂等の接着剤を用いて接着し、液滴吐出ヘッド５０が作製される。以上のように、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０の製造方法では、流路基板基材１００ａに貫通孔部２０を形成することによって、この貫通孔部２０（特に、第１貫通孔部２０ａ）をアライメントマークとして利用でき、流路基板基材１００ａの位置合わせ高精度で実行することができる。すなわち、ノズル孔１１を両側からエッチング加工する場合であっても、加工精度の向上を図ることができるのである。
【００６５】
また、エッチング量の多いリザーバ１３を形成するに際し、キャビティ１２の深さまではキャビティ１２を製造する工程と同時にドライエッチングで形成し、リザーバ１３の残部についてはウェットエッチングで形成するようにしたので、実施の形態１に比べて効率良く高スループットでリザーバ１３を形成することができる。さらに、リザーバ１３の残部をウェットエッチングにより形成する際のマスク部材として熱酸化膜１０２を用いるようにしたため、緻密で均一性の良好なマスクを良好なスループットで形成できる。
【００６６】
次に、貫通孔部２０の形状について詳細に説明する。図１０は、貫通孔部２０の形状を示す平面図である。図１０に基づいて、貫通孔部２０の形状、特に第１貫通孔部２０ａの開口形状について説明する。流路基板１及び流路基板１ａに形成する貫通孔部２０は、実施の形態１及び実施の形態２で説明したように、第１貫通孔部２０ａと、第２貫通孔部２０ｂと、第３貫通孔部２０ｃとで構成されている。そして、この貫通孔部２０を両面アライメントマークとして利用することで、ノズル孔１１を高精度に加工することが可能になっている。
【００６７】
上述したように、貫通孔部２０は、ＩＣＰドライエッチングで形成されている。貫通孔部２０が形成される流路基板１及び流路基板１ａは、リザーバ１３容積を確保するために、所定の厚み（２００μｍ以上）を有したシリコン基板等の流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａで形成されている。このような厚みのあるシリコン基板にノズル孔１１をエッチングで加工形成する場合、深く加工する部位（第１ノズル孔１１ａ）ほど、エッチング時間が長くなり、加工精度が低下してしまう。そこで、実施の形態１及び実施の形態２では、第１ノズル孔１１ａになる部分１１１ａについては、Ａ面（加工面）とは反対側の面（吐出面）側からエッチングすることで、高精度に加工するようにしている。
【００６８】
このとき問題となるのが、流路基板１及び流路基板１ａの位置合わせ（アライメント）である。つまり、流路基板１及び流路基板１ａに加工形成されている第２ノズル孔１１ａ及び第３ノズル孔１１ｃと、第１ノズル孔１１ａとを軸ズレさせずに加工形成しなければ、ノズル孔１１全体としての加工精度が低下することになってしまうため、アライメントが非常に重要になってくる。そのために、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０及び実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド５０では、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに両面アライメントマークとしての貫通孔部２０を、各部位と同時に形成しているのである。
【００６９】
貫通孔部２０（特に第１貫通孔部２０ａ）の平面形状を、たとえば図１０（ａ）に示すように、四辺（Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ）で構成される四角形状とし、この貫通孔部２０を１つのウエハ内に２ヶ所以上形成する。そして、アライメント装置等を使用して、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに形成した貫通孔部２０を認識し、画像処理等で貫通孔部２０の四辺を検出する。四辺を検出したら、その四辺を延長した破線ａ、ｂ、ｃ及びｄを求める。
【００７０】
次に、破線ａ、ｂ、ｃ及びｄの交点（四角形の各頂点）ａ−ｂ、ｂ−ｃ、ｃ−ｄ及びｄ−ａの座標を求める。それから、交点ａ−ｂ及び交点ｃ−ｄを結ぶ線（ア）と、交点ｂ−ｃ及び交点ｄ−ａを結ぶ線（イ）との交点（中心点）Ｅの座標を求める。このＥ点をアライメントの基準とする。このような方法でアライメントの基準点Ｅを求めることで、貫通孔部２０の平面形状の精度が低くても、たとえばエッチング後の四角形の頂点が丸くなったとしても、基準点Ｅを正確に求めることができる。
【００７１】
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、貫通孔部２０の平面形状が予定より小さくなった場合（図で示す破線Ｆ）や、大きくなった場合（図で示す破線Ｇ）であっても、基準点Ｅを正確に求めることができるのである。この基準点Ｅは、貫通孔部２０のできあがり平面形状にかかわらず、ズレることがないために、正確に算出することができれば、高精度なアライメントを実現することができるのである。ここでは、貫通孔部２０の平面形状が四角形状である場合を例に説明したが、基準点Ｅを算出することができる形状であればよい。
【００７２】
たとえば、貫通孔部２０の平面形状を、図１０（ｃ）に示すような形状としてもよい。図１０（ｃ）に示すように、各頂点が貫通孔部２０の平面形状の中心を向くような大小２パターンのＶ字形状とし、この貫通孔部２０を１つのウエハ内に２ヶ所以上形成する。そして、アライメント装置等を使用して、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに形成した貫通孔部２０を認識し、大小２パターンの各頂点の座標を少なくとも２つ以上（たとえば、Ａ１及びＡ２、Ｂ１及びＢ２、Ｃ１及びＣ２、Ｄ１及びＤ２）を求める。
【００７３】
それから、頂点Ａ１、頂点Ａ２、頂点Ｃ１及び頂点Ｃ２を結ぶ線（ア’）と、頂点Ｂ１、頂点Ｂ２、頂点Ｄ１及び頂点Ｄ２を結ぶ線（イ’）との交点（中心点）Ｅの座標を求める。このＥ点をアライメントの基準とする。このような方法でアライメントの基準点Ｅを求めることで、より正確に基準点Ｅを算出することができる。なお、流路基板基材１００及び流路基板基材１００ａに形成した貫通孔部２０は、ウエハから個々の液滴吐出ヘッド１０及び液滴吐出ヘッド５０をダイシングする際に、切り落とされることになる。
【００７４】
実施の形態３．
図１１は、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１０又は実施の形態２の液滴吐出ヘッド５０を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。図１１に示す液滴吐出装置１５０は、一般的なインクジェットプリンタである。なお、この液滴吐出装置１５０は、周知の製造方法によって製造することができる。実施の形態１で得られた液滴吐出ヘッド１０及び実施の形態２で得られた液滴吐出ヘッド５０は、１枚の流路基板１及び流路基板１ａに、インク流路（リザーバ１３、オリフィス１４、キャビティ１２及びノズル孔１１）が形成されているものである。
【００７５】
なお、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１０及び実施の形態２の液滴吐出ヘッド５０は、図１１に示す液滴吐出装置１５０の他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。また、本発明の流路基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法は、本発明の実施の形態１〜実施の形態３で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図４】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図５】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図６】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図７】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図８】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図９】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの流路基板の製造工程を示した縦断面図である。
【図１０】貫通孔部の形状を示す平面図である。
【図１１】実施の形態１の液滴吐出ヘッド又は実施の形態２の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 流路基板、１ａ 流路基板、２ 振動板基板、２ａ 振動板基板、３ 電極基板、１０ 液滴吐出ヘッド、１１ ノズル孔、１１ａ 第１ノズル孔、１１ｂ 第２ノズル孔、１１ｃ 第３ノズル孔、１２ キャビティ、１２ａ キャビティ用凹部、１３ リザーバ、１３ａ リザーバ用凹部、１４ オリフィス、２０ 貫通孔部、２０ａ 第１貫通孔部、２０ｂ 第２貫通孔部、２０ｃ 第３貫通孔部、２１ 振動板、２２ 圧電素子、２４ 上電極膜、２５ 下電極膜、２６ インク供給孔、３１ 電極用凹部、３２ 個別電極、３３ 封止材、３４ インク供給孔、５０ 液滴吐出ヘッド、１００ 流路基板基材、１００ａ 流路基板基材、１０１ 熱酸化膜、１０２ 熱酸化膜、１０３ 熱酸化膜、１１１ａ 第１ノズル孔になる部分、１１１ｂ、１１１ｂ 第２ノズル孔になる部分、１１１ｃ 第３ノズルになる部分、１１２ キャビティになる部分、１１３ リザーバになる部分、１１４ オリフィスになる部分、１２０ａ 第１貫通孔部になる部分、１２０ｂ、 第２貫通孔部になる部分、１２０ｃ 第３貫通孔部になる部分、１３０ マスク基板、１３１ 開口部、１４０ 開口、１５０ 液滴吐出装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔と、
前記ノズル孔に連通するキャビティと、
前記キャビティに連通し、所定の容積を有するリザーバとで構成される液体流路を１つのシリコン基板に形成する流路基板の製造方法であって、
前記シリコン基板の一方の面から、前記ノズル孔、前記キャビティ及び前記リザーバになる部分を所定の深さまでエッチング加工する際、前記シリコン基板に貫通させるアライメント用貫通孔部を併せて形成しておき、
前記ノズル孔を所定の深さまでエッチングした後、
前記シリコン基板をアライメントして、前記シリコン基板の他方の面から前記ノズル孔を貫通させる
ことを特徴とする流路基板の製造方法。
【請求項２】
前記ノズル孔の径及び前記アライメント用貫通孔部の径を、
前記シリコン基板の一方の面から他方の面に向かって段階的に小さくするように形成するものにおいて、
前記シリコン基板の全面に酸化膜を形成し、
前記ノズル孔、前記キャビティ、前記リザーバ及び前記アライメント用貫通孔部になる部分における前記シリコン基板の一方の面の前記酸化膜にフォトリソグラフィーにより、各部の膜厚を変化させてパターニングし、
各部を順次ドライエッチングで加工する際に、前記アライメント用貫通孔部のみを貫通させ、
熱酸化により前記シリコン基板の加工部の内壁に酸化膜を形成してから、
前記シリコン基板をアライメントして、前記シリコン基板の反対の面における前記酸化膜に、前記ノズル孔になる部分をフォトリソグラフィーによりパターニングし、前記ノズル孔をドライエッチングで貫通させる
ことを特徴とする請求項１に記載の流路基板の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン基板に貫通させた前記アライメント用貫通孔部の小さい方の開口面の平面形状から基準点を算出し、
その基準点に基づいて、前記シリコン基板をアライメントする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流路基板の製造方法。
【請求項４】
前記平面形状を複数の頂点を有する１又は２以上の多角形状とした
ことを特徴とする請求項３に記載の流路基板の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン基板の一方の面からＩＣＰドライエッチングで前記ノズル孔、前記キャビティ、前記リザーバ及び前記アライメント用貫通孔部になる部分を加工形成し、
前記シリコン基板の他方の面からＲＩＥドライエッチングで前記ノズル孔を貫通させる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流路基板の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン基板の厚さを２００μｍ以上とした
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流路基板の製造方法。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれかに記載の流路基板に、
前記流路基板のキャビティ内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板を接合し、
前記振動板を変形させて前記キャビティ内に圧力変化を与えるアクチュエータを形成する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記振動板基板に圧電素子を設け、
前記振動板基板に設けた前記圧電素子とは反対側の面に前記流路基板を接合させる
ことを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記振動板基板の前記流路基板の接合面とは反対側の面に、前記振動板に一定距離を隔てた電極を形成する電極用凹部が設けられた電極基板を接合する
ことを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記請求項７〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造する
ことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【請求項１】
ノズル孔と、
前記ノズル孔に連通するキャビティと、
前記キャビティに連通し、所定の容積を有するリザーバとで構成される液体流路を１つのシリコン基板に形成する流路基板の製造方法であって、
前記シリコン基板の一方の面から、前記ノズル孔、前記キャビティ及び前記リザーバになる部分を所定の深さまでエッチング加工する際、前記シリコン基板に貫通させるアライメント用貫通孔部を併せて形成しておき、
前記ノズル孔を所定の深さまでエッチングした後、
前記シリコン基板をアライメントして、前記シリコン基板の他方の面から前記ノズル孔を貫通させる
ことを特徴とする流路基板の製造方法。
【請求項２】
前記ノズル孔の径及び前記アライメント用貫通孔部の径を、
前記シリコン基板の一方の面から他方の面に向かって段階的に小さくするように形成するものにおいて、
前記シリコン基板の全面に酸化膜を形成し、
前記ノズル孔、前記キャビティ、前記リザーバ及び前記アライメント用貫通孔部になる部分における前記シリコン基板の一方の面の前記酸化膜にフォトリソグラフィーにより、各部の膜厚を変化させてパターニングし、
各部を順次ドライエッチングで加工する際に、前記アライメント用貫通孔部のみを貫通させ、
熱酸化により前記シリコン基板の加工部の内壁に酸化膜を形成してから、
前記シリコン基板をアライメントして、前記シリコン基板の反対の面における前記酸化膜に、前記ノズル孔になる部分をフォトリソグラフィーによりパターニングし、前記ノズル孔をドライエッチングで貫通させる
ことを特徴とする請求項１に記載の流路基板の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン基板に貫通させた前記アライメント用貫通孔部の小さい方の開口面の平面形状から基準点を算出し、
その基準点に基づいて、前記シリコン基板をアライメントする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流路基板の製造方法。
【請求項４】
前記平面形状を複数の頂点を有する１又は２以上の多角形状とした
ことを特徴とする請求項３に記載の流路基板の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン基板の一方の面からＩＣＰドライエッチングで前記ノズル孔、前記キャビティ、前記リザーバ及び前記アライメント用貫通孔部になる部分を加工形成し、
前記シリコン基板の他方の面からＲＩＥドライエッチングで前記ノズル孔を貫通させる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流路基板の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン基板の厚さを２００μｍ以上とした
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流路基板の製造方法。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれかに記載の流路基板に、
前記流路基板のキャビティ内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板を接合し、
前記振動板を変形させて前記キャビティ内に圧力変化を与えるアクチュエータを形成する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記振動板基板に圧電素子を設け、
前記振動板基板に設けた前記圧電素子とは反対側の面に前記流路基板を接合させる
ことを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記振動板基板の前記流路基板の接合面とは反対側の面に、前記振動板に一定距離を隔てた電極を形成する電極用凹部が設けられた電極基板を接合する
ことを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記請求項７〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造する
ことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２７３００１（Ｐ２００８−２７３００１Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１８１０７（Ｐ２００７−１１８１０７）
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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