液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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】絶縁耐圧に優れた液滴吐出ヘッド等を提供する。
【解決手段】複数のギャップ段差部２０に電極部Ａがそれぞれ形成された第２の基板２と、壁面の一部が振動板１２からなる複数の吐出室１３を有し、振動板１２の吐出室と反対側の面上に絶縁膜１５が成膜された第１の基板１とを少なくとも備え、振動板１２及び絶縁膜１５をギャップＧを介して電極部Ａと対向させ、ギャップ段差部２０から電極部Ａを取り出す電極取り出し部２９を備えた液滴吐出ヘッドであって、ギャップ段差部２０の電極取り出し部２９の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜２５を形成した。この絶縁保護膜２５は、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に形成する。
【解決手段】複数のギャップ段差部２０に電極部Ａがそれぞれ形成された第２の基板２と、壁面の一部が振動板１２からなる複数の吐出室１３を有し、振動板１２の吐出室と反対側の面上に絶縁膜１５が成膜された第１の基板１とを少なくとも備え、振動板１２及び絶縁膜１５をギャップＧを介して電極部Ａと対向させ、ギャップ段差部２０から電極部Ａを取り出す電極取り出し部２９を備えた液滴吐出ヘッドであって、ギャップ段差部２０の電極取り出し部２９の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜２５を形成した。この絶縁保護膜２５は、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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】
従来の液滴吐出ヘッドの電極取り出し部の開口エッチング工程では、貫通穴形成の際に、事前に、エッチングカバー膜として、絶縁性が高く、エッチング耐性の強固な絶縁膜を成膜しておき、ドライエッチングによる電極部及び基板へのダメージを防止していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６３０７２号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術によれば、事前に、エッチングカバー膜として絶縁膜を成膜しておくので、ドライエッチングによる電極部及び基板へのダメージを防止することができるが、後工程において絶縁膜を除去しなければならず、絶縁膜で覆われていない部分で、インクジェットの駆動時に放電してしまう場合があった。このため、絶縁耐圧や長期駆動に対する耐久性が充分ではなかった。
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、絶縁耐圧や長期駆動に対する耐久性に優れ、信頼性が高い液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに液滴吐出装置及びそ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】
【０００６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数のギャップ段差部に電極部がそれぞれ形成された第２の基板と、壁面の一部が振動板からなる複数の吐出室を有し、振動板の吐出室と反対側の面上に絶縁膜が成膜された第１の基板とを少なくとも備え、振動板及び絶縁膜をギャップを介して電極部と対向させ、ギャップ段差部から電極部を取り出す電極取り出し部を備えた液滴吐出ヘッドであって、
ギャップ段差部の電極取り出し部の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成したものである。
第２の基板のギャップ段差部の電極取り出し部の近傍に絶縁保護膜を成膜したので、第１の基板に成膜した絶縁膜と併せて、電極取り出し部の近傍で絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れる。
【０００７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁保護膜を電極部のリード部の端部近傍に形成したものである。
第２の基板の電極部のリード部の端部近傍に絶縁保護膜を成膜したので、第１の基板に成膜した絶縁膜と併せて、リード部の端部近傍で絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れる。
【０００８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁保護膜をギャップ段差部の深さとほぼ同じ高さに成膜したものである。
電極部のリード部の端部で絶縁膜がギャップ段差部の深さとほぼ同じ高さだけ厚くなり、絶縁耐圧が非常に優れる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁保護膜がＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、及びＡｌ2 Ｏ3 膜のいずれかからなる膜である。
ＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、及びＡｌ2 Ｏ3 膜のいずれかから絶縁保護膜が形成されるため、絶縁耐圧が非常に優れる。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
長期駆動に対する耐久性に優れて信頼性が高い液滴吐出装置を提供することができる。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第２の基板に複数のギャップ段差部を形成してそれぞれのギャップ段差部に電極部を形成し、ギャップ段差部の電極取り出し部となる部分の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成する工程と、第１の基板に振動板となる部分を形成しその上に絶縁膜を成膜する工程と、第２の基板と第１の基板とを、電極部と、振動板となる部分及び絶縁膜とが、ギャップを介して対向するように接合して、絶縁保護膜と絶縁膜とを対向して配置させる工程と、第１、第２の接合基板をウエットエッチングによりエッチングして、第１の基板に振動板を壁面の一部とする吐出室を含む液体流路及び電極取り出し用貫通穴部を形成し、電極取り出し用貫通穴部をさらにドライエッチングして貫通させ電極取り出し部を形成する工程とを含むものである。
第２の基板のギャップ段差部の電極取り出し部の近傍、詳しくは、電極部のリード部の端部近傍に絶縁保護膜を成膜したので、電極取り出し用貫通穴部の開口エッチング工程で、エッチングガスの回り込みによって絶縁膜がわずかにエッチングされても、絶縁耐圧を十分確保することができる。
【００１２】
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ものである。
長期駆動に対する耐久性に優れて信頼性が高い液滴吐出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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の分解斜視図、図２は図１の液滴吐出ヘッドを組み立てた状態の縦断面図である。なお、本実施の形態１では、液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるフェイス型の液滴吐出ヘッドの場合を示している。
図１、図２に示すように、液滴吐出ヘッドは、振動板を有するキャビティ基板（第１の基板）１と、電極部を有するガラス基板（第２の基板）２と、ノズル孔を有するノズル基板（第３の基板）３とが積層された３層構造になっている。
【００１４】
３層構造の中間に位置するキャビティ基板１は、例えば厚み約５０μｍの、（１１０）を面方位とするシリコン（Ｓｉ）単結晶基板（以下、シリコン基板ともいう）で構成されている。このキャビティ基板１は、シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施して形成したもので、底壁が振動板１２となる吐出室１３、及び各ノズル孔３０に共通して吐出するための液体を溜めておくリザーバ１４を有する。
【００１５】
振動板１２は、例えば厚みが約０．８μｍであって、同じ厚みの高濃度のボロンドープ層により形成されている。そして、アルカリ性水溶液でシリコン基板の異方性ウェットエッチングを行った場合、ボロンをドーパントとしたときには、高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ・ｃｍ-3以上）の領域で極端にエッチングレートが小さくなるので、このことを利用したいわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板１２の厚みや、吐出室１３の容積を精度よく形成する。
【００１６】
キャビティ基板１の下面（振動板１２となるボロンドープ層の下面）には、絶縁膜１５となるＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜０．１μｍが、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）により成膜されている。これは、液滴吐出ヘッドを駆動させたときの絶縁膜破壊及び短絡を防止するためである。
なお、リザーバ１４には液滴供給孔１６が形成され、キャビティ基板１上には共通電極の端子部１７が形成されている。
【００１７】
キャビティ基板１の下面に陽極接合されるガラス基板２は、例えば厚みが約１ｍｍであり、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスよりなる。ガラス基板２には、キャビティ基板１に形成されている各吐出室１３に合わせて、エッチングにより深さ約０．２μｍの電極凹部（ギャップ段差部）２０が設けられており、その内部には、個別電極２１、リード部２２及び端子部２３（以下、これらを合わせて電極部Ａという）を設けているので、電極凹部２０のパターン形状は電極部Ａの形状よりも少し大きめに作製してある。
【００１８】
電極凹部２０に設ける電極部Ａの材料としては、酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えば０．１μｍの厚みにスパッタ法を用いて成膜する。
したがって、振動板１２と個別電極２１との間で形成されるギャップＧは、電極凹部２０の深さ、個別電極２１の厚みにより決まることになる。このギャップＧは吐出特性に大きく影響する。
ここで、電極部Ａの材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態１では、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いている。
【００１９】
電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍には、絶縁保護膜２５が成膜されており、液滴吐出ヘッド駆動時の絶縁破壊及び短絡を防止している。この絶縁保護膜２５は、例えば、電極凹部２０の深さとほぼ同じ高さに形成する。絶縁保護膜２５を構成する材料は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 などの絶縁性の高い材料である。これは、電極取り出し部２９を形成する際に、シリコン基板（キャビティ基板１）の貫通穴となる部分（電極取り出し用貫通穴部）２９ａ（図１３（ｈ）参照）に残っているシリコン薄膜及びＴＥＯＳ絶縁膜をドライエッチングにより除去するとき、エッチングガスが回り込み、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に位置する絶縁膜１５が薄くなって、絶縁耐圧が低下するのを防ぐためである。
【００２０】
ガラス基板２には液滴供給穴２４が設けられており、サンドブラスト加工または切削加工により形成されて、キャビティ基板１のリザーバ１４に設けられた液滴供給穴１６と連通している。
【００２１】
キャビティ基板１の上面（図２の上側面）に接合されるノズル基板３は、例えば厚み約１８０μｍのシリコン基板からなり、ガラス基板２とは反対の面でキャビティ基板１に接合されている。ノズル基板３には、吐出室１３と連通するノズル孔３０が形成されており、下面にはオリフィス３１が設けられ、吐出室１３とリザーバ１４とを連通している。リザーバ１４と接する部分には、リザーバ１４のコンプライアンスを高め、液滴吐出ヘッド駆動時のクロストークを吸収するため、ダイヤフラム３２が形成されている。
ここでは、ノズル孔３０を有するノズル基板３を上面とし、ガラス基板２を下面として説明しているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板３の方が下面になることが多い。
【００２２】
上記の液滴吐出ヘッドにおいて、振動板１２と固定電極２１とからなるアクチュエータは、封止材５０によって個別電極２１毎に封止されている。これにより、アクチュエータを駆動させた際の個別電極２１と振動板１２との貼り付き等を防止することができる。
なお、ガラス基板２上に形成した電極部Ａの端子部２３は、キャビティ基板１上に形成した共通電極の端子部１７とともに、発振回路４０に接続されている。
【００２３】
上記のように構成した液滴吐出ヘッドの動作を説明する。
図２に示すように、吐出室１３にはノズル孔３０から吐出する吐出液体を溜めておく。そして、吐出室１３の底壁である振動板１２を撓ませ、吐出室１３内の圧力を高めて、ノズル孔３０から液滴を吐出させる。
【００２４】
この際、発振回路４０は、個別電極２１への電荷の供給及び停止を制御する。例えば、２４ｋＨｚで発振し、個別電極２１に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。
個別電極２１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板１２は負に帯電し、静電気力により個別電極２１に引き寄せられて撓む。これにより吐出室１３の体積は広がる。そして個別電極２１への電荷供給を止めると振動板１２は元に戻るが、そのときの吐出室１３の体積も元に戻って縮小されるため、その圧力により差分の液滴がノズル孔３０から吐出し、例えば液滴がインクである場合は、記録対象となる記録紙に着弾することによって記録が行われる。
なお、このような方法は引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００２５】
本発明によれば、ガラス基板２の電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に絶縁保護膜２５を成膜したので、キャビティ基板３上に成膜した絶縁膜１５と併せて、リード部２２の端部で絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００２６】
上記のように構成した液滴吐出ヘッドのガラス基板２の製造方法を、図３−図１１の製造工程図により説明する。図３−図８はガラス基板２の断面図であり、図９−図１１は上面図である。
なお、以下の説明で記載した数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
【００２７】
（ａ） 図３（ａ）に示すように、約１ｍｍの厚みのガラス基板２に、エッチングマスクとなるＣｒ膜（クロム膜）２０１を片面に０．１μｍ成膜する。
【００２８】
（ｂ） 図３（ｂ）に示すように、成膜したＣｒ膜２０１の表面にレジスト２０２を塗布し、凹部Ｂを作り込むためのレジストパターニングを施す。
【００２９】
（ｃ） 図３（ｃ）に示すように、硝酸セリウムアンモニウム水溶液でエッチングし、Ｃｒ膜２０１をパターニングする。
【００３０】
（ｄ） 図３（ｄ）に示すように、レジスト２０２を付けた状態でガラス基板２をフッ化アンモニウム水溶液に浸し、凹部（溝部）Ｂを深さ０．２μｍにエッチングする。
【００３１】
（ｅ） 図４（ｅ）に示すように、レジスト２０２を剥離し、次にＣｒ膜２０１を剥離する。形成された凹部Ｂは、図９に示すように、電極凹部（ギャップ段差部）２０のほか、これと連通する気相処理凹部２０ａも含む。気相処理凹部２０ａは、ギャップＧ内の水分除去を行った後、疎水処理を行うために用いられる。気相処理凹部２０ａは、点線イ、ロで示すダイシングラインの外側（図の上側及び右側）に位置しており、完成された液滴吐出ヘッドには残らない。
なお、図９の液滴吐出ヘッドでは、電極凹部２０を５箇所だけ示してあるが、実際には多くの電極凹部２０が存在する（以下の図１０、図１１においても同様）。
【００３２】
（ｆ） 図５（ｆ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚みの電極部Ａとなる部材ａをパターニング面の全面に成膜する。電極部Ａとなる部材ａとして、例えばＩＴＯを用いる。
【００３３】
（ｇ） パターニング面にレジスト２０３を塗布し、図５（ｇ）に示すように、電極凹部２０の内部にＩＴＯが残るようにレジストパターニングを行う。
【００３４】
（ｈ） 図６（ｈ）に示すように、硝酸と塩酸の混合液を用いて、ＩＴＯからなる部材ａをエッチングして、電極部Ａを形成する。その後、レジスト２０３を剥離する。
なお、図１０に示すように、電極部Ａはその端子部２３の端部側で相互に連通しており、この連通した部分はダイシングされるので、完成された液滴吐出ヘッドには残らない。
【００３５】
（ｉ） パターニング面にレジスト２０４を塗布し、図７（ｉ）に示すように、電極部Ａの絶縁保護膜２５（図２参照）を成膜する部分、すなわちリード部２２の端部近傍だけが開口するように、レジストパターニングを行う。
【００３６】
（ｊ） 図７（ｊ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚みの絶縁保護部材２５０（ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 などの部材）をパターニング面全面に成膜する。
【００３７】
（ｋ） 絶縁保護部材２５０の下地のレジスト２０４を剥離する。これにより、図７（ｋ）に示すように、電極部Ａのリード部２２の端部近傍にのみ絶縁保護部材２５０、すなわち絶縁保護膜２５が残る。
【００３８】
（ｌ） 図８（ｌ）、図１１に示すように、インク供給穴２４及び大気開放穴２６をサンドブラスト法または切削加工により形成する。大気開放穴２６は気相処理溝２０ａに形成され、ガラス基板２の電極凹部２０と連通する。
【００３９】
次に、上記の図３−図１１に示した工程によって製造されたガラス基板２をシリコン基板（キャビティ基板１）と接合して、吐出室１３を含む液体流路等を形成する方法を、図１２−図１４の製造工程図を用いて説明する。
【００４０】
（ａ） 図１２（ａ）に示すように、図３−図７に示す方法で加工したガラス基板２を用意する。
【００４１】
（ｂ） （１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン製のキャビティ基板１の片面を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みの基板を作製する。
次に、キャビティ基板１にボロンドープ層１２０（振動板１２）を形成する側の面を、Ｂ2 Ｏ3 を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させてそのまま温度を７時間保持し、ボロンをキャビティ基板１中に拡散させてボロンドープ層１２０を形成する。ボロンドープ工程では、キャビティ基板１の投入温度を８００℃とし、キャビティ基板１の取出し温度も８００℃とする。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。ボロンドープ層１２０の表面にはボロン化合物が形成されるが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 に化学変化させることができる。Ｂ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 に化学変化させた状態で、Ｂ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 をふっ酸水溶液にてエッチング除去する。こうして、図１２（ｂ）に示すように、キャビティ基板１の表面にボロンドープ層１２０を形成する。
さらに、ボロンドープ層１２０を形成した側の面に、プラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳの絶縁膜１５を、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で、０．１μｍ成膜する。
【００４２】
（ｃ） キャビティ基板１とパターン形成済みのガラス基板２とを３６０℃に加熱した後、ガラス基板２に負極、キャビティ基板１に正極を接続し、８００Ｖの電圧を印加して、図１２（ｃ）に示すように陽極接合する。
陽極接合時には、キャビティ基板１とガラス基板２の界面でガラスが電気化学的に分解され、酸素が発生する。また、加熱によって、表面に吸着していたガスが発生する場合がある。このとき、大気開放穴２６は電極凹部２０と接続しており（図１１参照）、これらのガスは大気開放穴２６から逃げるため、ギャップＧ内が正圧になることはなく、陽極結合後に形成されたギャップＧが密閉されて陽極接合時に発生する酸素等によってギャップＧが加圧されるのを防ぐ。
【００４３】
（ｄ） 陽極接合後、図１２（ｄ）に示すように、キャビティ基板１の表面を、キャビティ基板１の厚みが約６０μｍになるまで研削加工する。その後、加工変質層を除去するために、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いて、キャビティ基板１を約１０μｍ研磨する。これにより、キャビティ基板１の厚みは約５０μｍとなる。
なお、研削工程及び加工変質層除去工程では、大気開放穴２６から液体がギャップＧ内に入り込まないように、片面保護治具やテープ等を用いて、大気開放穴２６を保護する（図１１参照）。
【００４４】
（ｅ） 図１３（ｅ）に示すように、研磨面に、プラズマＣＶＤを用いて、成膜時の処理温度が３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ３／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で、ＴＥＯＳエッチングマスク１０１を１．０μｍ成膜する。
次に、大気開放穴２６（図１１参照）にエポキシ系接着剤を流し込み、穴を封止する。これにより、ギャップＧは密閉状態となり、以後の工程で、大気開放穴２６から液体が入り込むことがなくなる。この工程は、ＴＥＯＳエッチングマスク１０１を成膜した後に行うのが望ましい。成膜前に大気開放穴２６を封止すると、閉じ込められたギャップＧ内の気体が、成膜時に熱膨張し、薄くなったキャビティ基板１を押し上げて、キャビティ基板１が割れてしまうことがある。
【００４５】
（ｆ） ＴＥＯＳエッチングマスク１０１にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし、後述する吐出室１３及び第２封止部（図示せず）に対応する部分をパターニングする。そして、レジストを剥離する。
さらに、ＴＥＯＳエッチングマスク１０１にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液で０．７μｍだけエッチングし、図１３（ｆ）に示すように、後述のリザーバ１４及び貫通穴となる部分（電極取り出し用貫通穴部）２９ａに対応する部分をパターニングする。リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａに対応する部分のＴＥＯＳエッチングマスク１０１の残りは０．３μｍとなる。これは、最終的にリザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａに厚みを持たせ、剛性を高めるためである。そして、レジストを剥離する。
【００４６】
（ｇ） 接合基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、図１３（ｇ）に示すように、吐出室１３の厚みが約５μｍになるまでエッチングを行う。このとき、リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａのエッチングはまだ始まらない。
【００４７】
（ｈ） リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａに対応する部分のＴＥＯＳエッチングマスク１０１を除去するため、ふっ酸水溶液に接合基板を浸す。そして接合基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に約２０分間浸し、ボロンドープ層１２０でのエッチングレート低下によるエッチングストップをさせる。前記２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、図１３（ｈ）に示すように、ボロンドープ層１２０から形成される振動板１２の面荒れを抑制し、振動板１２の厚み精度を０．８０±０．０５μｍ以下にすることができ、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる。
リザーバ１４、及び貫通穴となる部分２９ａの深さは約３０μｍとなる。従って、リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａの厚みは約２０μｍとなる。このため、強度が向上し、キャビティ基板１のエッチング中に、広い面積を持つリザーバ１４や貫通穴となる部分２９ａが割れることがなくなり、歩留まりを向上することができる。
【００４８】
（ｉ） キャビティ基板１のエッチングが終了したら、キャビティ基板１をふっ酸水溶液に浸し、キャビティ基板１表面のＴＥＯＳエッチングマスク１０１を剥離する。
第２封止部となる部分（図示せず）、及び貫通穴となる部分２９ａに残っているシリコン薄膜（図１３（ｈ）参照）を除去するために、貫通穴部のみ開口したＳｉマスクをキャビティ基板１の表面に取り付け、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＳＦ6 流量３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１時間行い、貫通穴部のみにプラズマを当てる。次に、ＴＥＯＳの絶縁膜１５のみ残るため、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 流量３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１０分間行う。こうして、第２封止部となる部分（図示せず）及び貫通穴となる部分２９ａが貫通し、第２封止部（図示せず）及び貫通穴が形成され、ギャップＧ内は大気開放される。図１４（ｉ）に示すように、貫通穴となる部分２９ａが貫通して、電極取り出し部２９が形成される。
この開口エッチング工程では、キャビティ基板１の端部近傍（ガラス基板２のリード部２２の端部近傍の上側に相当）に位置するＴＥＯＳの絶縁膜１５や、ガラス基板２の絶縁保護膜２５にもエッチングガスが回り込む。しかしながら、図１４（ｉ）に示すように絶縁保護膜２５を予め成膜しているため、ＴＥＯＳの絶縁膜１５や絶縁保護膜２５がわずかにエッチングされても、絶縁耐圧を十分に確保することができる。
【００４９】
（ｊ） 個別電極封止部のみ開口したＳｉマスクをキャビティ基板１の表面に取り付け、プラズマＣＶＤを用いてガラス裏面から無機材料を堆積し、図１４（ｊ）に示すように、ギャップＧを封止材５０によって封止する。封止材５０に用いる無機材料として、例えば、ＴＥＯＳ膜を用いる。
【００５０】
（ｋ） 接合基板を真空チャンバーに入れた後、図１４（ｋ）に示すように、３６０℃の高温下で真空引きし、ギャップＧ内の水分を除去する。そして、第２封止部にエポキシ系樹脂を盛り、硬化させることで（図示せず）、ギャップＧは再び密閉状態になる。
【００５１】
次に、図１２−図１４に示した工程によって製造されたガラス基板２とキャビティ基板１との接合基板にノズル基板３を接合して、液滴吐出ヘッドを製造する方法を、図１５の製造工程図を用いて説明する。
【００５２】
（ａ） 図１５（ａ）に示すように、接合基板のキャビティ基板１側に、ノズル基板３をエポキシ系接着剤により接着する。
【００５３】
（ｂ） 図１５（ｂ）に示すように、ダイシングラインイ、ロに沿ってダイシングを行い、個々のヘッドに切断する。このとき、陽極接合時には短絡していたＩＴＯの電極部Ａは、インクキャビティ毎に分断される。また大気封止穴２６及びそこに連通する気相処理凹部２０ａも切断される。
こうして、ガラス基板２、キャビティ基板１、及びノズル基板３が積層された液滴吐出ヘッドが完成する。
【００５４】
本発明によれば、ガラス基板２の電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に絶縁保護膜２５を成膜したので、貫通穴となる部分２９ａの開口エッチング工程で、エッチングガスの回り込みにより絶縁膜１５がわずかにエッチングされても、絶縁耐圧を十分に確保することができる。
【００５５】
実施の形態２．
図１６は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を示す斜視図である。図１６に示す液滴吐出装置は、一般的なインクジェットプリンタである。
実施の形態１に示す液滴吐出ヘッドは、ガラス基板２の電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に絶縁保護膜２５を成膜したので、キャビティ基板１上に成膜した絶縁膜１５と併せて、リード部２２の端部近傍では絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れるので、長期駆動に対する耐久性に優れ、高精度で信頼性が高い液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。
なお、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドは、図１６に示すインクジェットプリンタの他に、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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを組み立てた状態の縦断面図。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図４】図２に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図５】図４に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図６】図５に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図７】図６に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図８】図７に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図９】図４の上面図。
【図１０】図６の上面図。
【図１１】図８の上面図。
【図１２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１３】図１２に続く液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１４】図１３に続く液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
１ キャビティ基板（第１の基板）、２ ガラス基板（第２の基板）、３ ノズル基板（第３の基板）、１２ 振動板、１３ 吐出室、１４ リザーバ、１５ 絶縁膜、２０ 電極凹部（ギャップ段差部）、２１ 個別電極、２２ リード部、２３ 端子部、２５ 絶縁保護膜、２９ 電極取り出し部、２９ａ 貫通穴となる部分（電極取り出し用貫通穴部）、３０ ノズル孔、Ａ 電極部、Ｇ ギャップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、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】
従来の液滴吐出ヘッドの電極取り出し部の開口エッチング工程では、貫通穴形成の際に、事前に、エッチングカバー膜として、絶縁性が高く、エッチング耐性の強固な絶縁膜を成膜しておき、ドライエッチングによる電極部及び基板へのダメージを防止していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６３０７２号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術によれば、事前に、エッチングカバー膜として絶縁膜を成膜しておくので、ドライエッチングによる電極部及び基板へのダメージを防止することができるが、後工程において絶縁膜を除去しなければならず、絶縁膜で覆われていない部分で、インクジェットの駆動時に放電してしまう場合があった。このため、絶縁耐圧や長期駆動に対する耐久性が充分ではなかった。
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、絶縁耐圧や長期駆動に対する耐久性に優れ、信頼性が高い液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに液滴吐出装置及びそ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】
【０００６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数のギャップ段差部に電極部がそれぞれ形成された第２の基板と、壁面の一部が振動板からなる複数の吐出室を有し、振動板の吐出室と反対側の面上に絶縁膜が成膜された第１の基板とを少なくとも備え、振動板及び絶縁膜をギャップを介して電極部と対向させ、ギャップ段差部から電極部を取り出す電極取り出し部を備えた液滴吐出ヘッドであって、
ギャップ段差部の電極取り出し部の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成したものである。
第２の基板のギャップ段差部の電極取り出し部の近傍に絶縁保護膜を成膜したので、第１の基板に成膜した絶縁膜と併せて、電極取り出し部の近傍で絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れる。
【０００７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁保護膜を電極部のリード部の端部近傍に形成したものである。
第２の基板の電極部のリード部の端部近傍に絶縁保護膜を成膜したので、第１の基板に成膜した絶縁膜と併せて、リード部の端部近傍で絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れる。
【０００８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁保護膜をギャップ段差部の深さとほぼ同じ高さに成膜したものである。
電極部のリード部の端部で絶縁膜がギャップ段差部の深さとほぼ同じ高さだけ厚くなり、絶縁耐圧が非常に優れる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁保護膜がＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、及びＡｌ2 Ｏ3 膜のいずれかからなる膜である。
ＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、及びＡｌ2 Ｏ3 膜のいずれかから絶縁保護膜が形成されるため、絶縁耐圧が非常に優れる。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
長期駆動に対する耐久性に優れて信頼性が高い液滴吐出装置を提供することができる。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第２の基板に複数のギャップ段差部を形成してそれぞれのギャップ段差部に電極部を形成し、ギャップ段差部の電極取り出し部となる部分の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成する工程と、第１の基板に振動板となる部分を形成しその上に絶縁膜を成膜する工程と、第２の基板と第１の基板とを、電極部と、振動板となる部分及び絶縁膜とが、ギャップを介して対向するように接合して、絶縁保護膜と絶縁膜とを対向して配置させる工程と、第１、第２の接合基板をウエットエッチングによりエッチングして、第１の基板に振動板を壁面の一部とする吐出室を含む液体流路及び電極取り出し用貫通穴部を形成し、電極取り出し用貫通穴部をさらにドライエッチングして貫通させ電極取り出し部を形成する工程とを含むものである。
第２の基板のギャップ段差部の電極取り出し部の近傍、詳しくは、電極部のリード部の端部近傍に絶縁保護膜を成膜したので、電極取り出し用貫通穴部の開口エッチング工程で、エッチングガスの回り込みによって絶縁膜がわずかにエッチングされても、絶縁耐圧を十分確保することができる。
【００１２】
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ものである。
長期駆動に対する耐久性に優れて信頼性が高い液滴吐出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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の分解斜視図、図２は図１の液滴吐出ヘッドを組み立てた状態の縦断面図である。なお、本実施の形態１では、液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるフェイス型の液滴吐出ヘッドの場合を示している。
図１、図２に示すように、液滴吐出ヘッドは、振動板を有するキャビティ基板（第１の基板）１と、電極部を有するガラス基板（第２の基板）２と、ノズル孔を有するノズル基板（第３の基板）３とが積層された３層構造になっている。
【００１４】
３層構造の中間に位置するキャビティ基板１は、例えば厚み約５０μｍの、（１１０）を面方位とするシリコン（Ｓｉ）単結晶基板（以下、シリコン基板ともいう）で構成されている。このキャビティ基板１は、シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施して形成したもので、底壁が振動板１２となる吐出室１３、及び各ノズル孔３０に共通して吐出するための液体を溜めておくリザーバ１４を有する。
【００１５】
振動板１２は、例えば厚みが約０．８μｍであって、同じ厚みの高濃度のボロンドープ層により形成されている。そして、アルカリ性水溶液でシリコン基板の異方性ウェットエッチングを行った場合、ボロンをドーパントとしたときには、高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ・ｃｍ-3以上）の領域で極端にエッチングレートが小さくなるので、このことを利用したいわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板１２の厚みや、吐出室１３の容積を精度よく形成する。
【００１６】
キャビティ基板１の下面（振動板１２となるボロンドープ層の下面）には、絶縁膜１５となるＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜０．１μｍが、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）により成膜されている。これは、液滴吐出ヘッドを駆動させたときの絶縁膜破壊及び短絡を防止するためである。
なお、リザーバ１４には液滴供給孔１６が形成され、キャビティ基板１上には共通電極の端子部１７が形成されている。
【００１７】
キャビティ基板１の下面に陽極接合されるガラス基板２は、例えば厚みが約１ｍｍであり、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスよりなる。ガラス基板２には、キャビティ基板１に形成されている各吐出室１３に合わせて、エッチングにより深さ約０．２μｍの電極凹部（ギャップ段差部）２０が設けられており、その内部には、個別電極２１、リード部２２及び端子部２３（以下、これらを合わせて電極部Ａという）を設けているので、電極凹部２０のパターン形状は電極部Ａの形状よりも少し大きめに作製してある。
【００１８】
電極凹部２０に設ける電極部Ａの材料としては、酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えば０．１μｍの厚みにスパッタ法を用いて成膜する。
したがって、振動板１２と個別電極２１との間で形成されるギャップＧは、電極凹部２０の深さ、個別電極２１の厚みにより決まることになる。このギャップＧは吐出特性に大きく影響する。
ここで、電極部Ａの材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態１では、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いている。
【００１９】
電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍には、絶縁保護膜２５が成膜されており、液滴吐出ヘッド駆動時の絶縁破壊及び短絡を防止している。この絶縁保護膜２５は、例えば、電極凹部２０の深さとほぼ同じ高さに形成する。絶縁保護膜２５を構成する材料は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 などの絶縁性の高い材料である。これは、電極取り出し部２９を形成する際に、シリコン基板（キャビティ基板１）の貫通穴となる部分（電極取り出し用貫通穴部）２９ａ（図１３（ｈ）参照）に残っているシリコン薄膜及びＴＥＯＳ絶縁膜をドライエッチングにより除去するとき、エッチングガスが回り込み、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に位置する絶縁膜１５が薄くなって、絶縁耐圧が低下するのを防ぐためである。
【００２０】
ガラス基板２には液滴供給穴２４が設けられており、サンドブラスト加工または切削加工により形成されて、キャビティ基板１のリザーバ１４に設けられた液滴供給穴１６と連通している。
【００２１】
キャビティ基板１の上面（図２の上側面）に接合されるノズル基板３は、例えば厚み約１８０μｍのシリコン基板からなり、ガラス基板２とは反対の面でキャビティ基板１に接合されている。ノズル基板３には、吐出室１３と連通するノズル孔３０が形成されており、下面にはオリフィス３１が設けられ、吐出室１３とリザーバ１４とを連通している。リザーバ１４と接する部分には、リザーバ１４のコンプライアンスを高め、液滴吐出ヘッド駆動時のクロストークを吸収するため、ダイヤフラム３２が形成されている。
ここでは、ノズル孔３０を有するノズル基板３を上面とし、ガラス基板２を下面として説明しているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板３の方が下面になることが多い。
【００２２】
上記の液滴吐出ヘッドにおいて、振動板１２と固定電極２１とからなるアクチュエータは、封止材５０によって個別電極２１毎に封止されている。これにより、アクチュエータを駆動させた際の個別電極２１と振動板１２との貼り付き等を防止することができる。
なお、ガラス基板２上に形成した電極部Ａの端子部２３は、キャビティ基板１上に形成した共通電極の端子部１７とともに、発振回路４０に接続されている。
【００２３】
上記のように構成した液滴吐出ヘッドの動作を説明する。
図２に示すように、吐出室１３にはノズル孔３０から吐出する吐出液体を溜めておく。そして、吐出室１３の底壁である振動板１２を撓ませ、吐出室１３内の圧力を高めて、ノズル孔３０から液滴を吐出させる。
【００２４】
この際、発振回路４０は、個別電極２１への電荷の供給及び停止を制御する。例えば、２４ｋＨｚで発振し、個別電極２１に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。
個別電極２１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板１２は負に帯電し、静電気力により個別電極２１に引き寄せられて撓む。これにより吐出室１３の体積は広がる。そして個別電極２１への電荷供給を止めると振動板１２は元に戻るが、そのときの吐出室１３の体積も元に戻って縮小されるため、その圧力により差分の液滴がノズル孔３０から吐出し、例えば液滴がインクである場合は、記録対象となる記録紙に着弾することによって記録が行われる。
なお、このような方法は引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００２５】
本発明によれば、ガラス基板２の電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に絶縁保護膜２５を成膜したので、キャビティ基板３上に成膜した絶縁膜１５と併せて、リード部２２の端部で絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００２６】
上記のように構成した液滴吐出ヘッドのガラス基板２の製造方法を、図３−図１１の製造工程図により説明する。図３−図８はガラス基板２の断面図であり、図９−図１１は上面図である。
なお、以下の説明で記載した数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
【００２７】
（ａ） 図３（ａ）に示すように、約１ｍｍの厚みのガラス基板２に、エッチングマスクとなるＣｒ膜（クロム膜）２０１を片面に０．１μｍ成膜する。
【００２８】
（ｂ） 図３（ｂ）に示すように、成膜したＣｒ膜２０１の表面にレジスト２０２を塗布し、凹部Ｂを作り込むためのレジストパターニングを施す。
【００２９】
（ｃ） 図３（ｃ）に示すように、硝酸セリウムアンモニウム水溶液でエッチングし、Ｃｒ膜２０１をパターニングする。
【００３０】
（ｄ） 図３（ｄ）に示すように、レジスト２０２を付けた状態でガラス基板２をフッ化アンモニウム水溶液に浸し、凹部（溝部）Ｂを深さ０．２μｍにエッチングする。
【００３１】
（ｅ） 図４（ｅ）に示すように、レジスト２０２を剥離し、次にＣｒ膜２０１を剥離する。形成された凹部Ｂは、図９に示すように、電極凹部（ギャップ段差部）２０のほか、これと連通する気相処理凹部２０ａも含む。気相処理凹部２０ａは、ギャップＧ内の水分除去を行った後、疎水処理を行うために用いられる。気相処理凹部２０ａは、点線イ、ロで示すダイシングラインの外側（図の上側及び右側）に位置しており、完成された液滴吐出ヘッドには残らない。
なお、図９の液滴吐出ヘッドでは、電極凹部２０を５箇所だけ示してあるが、実際には多くの電極凹部２０が存在する（以下の図１０、図１１においても同様）。
【００３２】
（ｆ） 図５（ｆ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚みの電極部Ａとなる部材ａをパターニング面の全面に成膜する。電極部Ａとなる部材ａとして、例えばＩＴＯを用いる。
【００３３】
（ｇ） パターニング面にレジスト２０３を塗布し、図５（ｇ）に示すように、電極凹部２０の内部にＩＴＯが残るようにレジストパターニングを行う。
【００３４】
（ｈ） 図６（ｈ）に示すように、硝酸と塩酸の混合液を用いて、ＩＴＯからなる部材ａをエッチングして、電極部Ａを形成する。その後、レジスト２０３を剥離する。
なお、図１０に示すように、電極部Ａはその端子部２３の端部側で相互に連通しており、この連通した部分はダイシングされるので、完成された液滴吐出ヘッドには残らない。
【００３５】
（ｉ） パターニング面にレジスト２０４を塗布し、図７（ｉ）に示すように、電極部Ａの絶縁保護膜２５（図２参照）を成膜する部分、すなわちリード部２２の端部近傍だけが開口するように、レジストパターニングを行う。
【００３６】
（ｊ） 図７（ｊ）に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚みの絶縁保護部材２５０（ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 などの部材）をパターニング面全面に成膜する。
【００３７】
（ｋ） 絶縁保護部材２５０の下地のレジスト２０４を剥離する。これにより、図７（ｋ）に示すように、電極部Ａのリード部２２の端部近傍にのみ絶縁保護部材２５０、すなわち絶縁保護膜２５が残る。
【００３８】
（ｌ） 図８（ｌ）、図１１に示すように、インク供給穴２４及び大気開放穴２６をサンドブラスト法または切削加工により形成する。大気開放穴２６は気相処理溝２０ａに形成され、ガラス基板２の電極凹部２０と連通する。
【００３９】
次に、上記の図３−図１１に示した工程によって製造されたガラス基板２をシリコン基板（キャビティ基板１）と接合して、吐出室１３を含む液体流路等を形成する方法を、図１２−図１４の製造工程図を用いて説明する。
【００４０】
（ａ） 図１２（ａ）に示すように、図３−図７に示す方法で加工したガラス基板２を用意する。
【００４１】
（ｂ） （１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン製のキャビティ基板１の片面を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みの基板を作製する。
次に、キャビティ基板１にボロンドープ層１２０（振動板１２）を形成する側の面を、Ｂ2 Ｏ3 を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を１０５０℃に上昇させてそのまま温度を７時間保持し、ボロンをキャビティ基板１中に拡散させてボロンドープ層１２０を形成する。ボロンドープ工程では、キャビティ基板１の投入温度を８００℃とし、キャビティ基板１の取出し温度も８００℃とする。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。ボロンドープ層１２０の表面にはボロン化合物が形成されるが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 に化学変化させることができる。Ｂ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 に化学変化させた状態で、Ｂ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 をふっ酸水溶液にてエッチング除去する。こうして、図１２（ｂ）に示すように、キャビティ基板１の表面にボロンドープ層１２０を形成する。
さらに、ボロンドープ層１２０を形成した側の面に、プラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳの絶縁膜１５を、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で、０．１μｍ成膜する。
【００４２】
（ｃ） キャビティ基板１とパターン形成済みのガラス基板２とを３６０℃に加熱した後、ガラス基板２に負極、キャビティ基板１に正極を接続し、８００Ｖの電圧を印加して、図１２（ｃ）に示すように陽極接合する。
陽極接合時には、キャビティ基板１とガラス基板２の界面でガラスが電気化学的に分解され、酸素が発生する。また、加熱によって、表面に吸着していたガスが発生する場合がある。このとき、大気開放穴２６は電極凹部２０と接続しており（図１１参照）、これらのガスは大気開放穴２６から逃げるため、ギャップＧ内が正圧になることはなく、陽極結合後に形成されたギャップＧが密閉されて陽極接合時に発生する酸素等によってギャップＧが加圧されるのを防ぐ。
【００４３】
（ｄ） 陽極接合後、図１２（ｄ）に示すように、キャビティ基板１の表面を、キャビティ基板１の厚みが約６０μｍになるまで研削加工する。その後、加工変質層を除去するために、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いて、キャビティ基板１を約１０μｍ研磨する。これにより、キャビティ基板１の厚みは約５０μｍとなる。
なお、研削工程及び加工変質層除去工程では、大気開放穴２６から液体がギャップＧ内に入り込まないように、片面保護治具やテープ等を用いて、大気開放穴２６を保護する（図１１参照）。
【００４４】
（ｅ） 図１３（ｅ）に示すように、研磨面に、プラズマＣＶＤを用いて、成膜時の処理温度が３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ３／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で、ＴＥＯＳエッチングマスク１０１を１．０μｍ成膜する。
次に、大気開放穴２６（図１１参照）にエポキシ系接着剤を流し込み、穴を封止する。これにより、ギャップＧは密閉状態となり、以後の工程で、大気開放穴２６から液体が入り込むことがなくなる。この工程は、ＴＥＯＳエッチングマスク１０１を成膜した後に行うのが望ましい。成膜前に大気開放穴２６を封止すると、閉じ込められたギャップＧ内の気体が、成膜時に熱膨張し、薄くなったキャビティ基板１を押し上げて、キャビティ基板１が割れてしまうことがある。
【００４５】
（ｆ） ＴＥＯＳエッチングマスク１０１にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし、後述する吐出室１３及び第２封止部（図示せず）に対応する部分をパターニングする。そして、レジストを剥離する。
さらに、ＴＥＯＳエッチングマスク１０１にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液で０．７μｍだけエッチングし、図１３（ｆ）に示すように、後述のリザーバ１４及び貫通穴となる部分（電極取り出し用貫通穴部）２９ａに対応する部分をパターニングする。リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａに対応する部分のＴＥＯＳエッチングマスク１０１の残りは０．３μｍとなる。これは、最終的にリザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａに厚みを持たせ、剛性を高めるためである。そして、レジストを剥離する。
【００４６】
（ｇ） 接合基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、図１３（ｇ）に示すように、吐出室１３の厚みが約５μｍになるまでエッチングを行う。このとき、リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａのエッチングはまだ始まらない。
【００４７】
（ｈ） リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａに対応する部分のＴＥＯＳエッチングマスク１０１を除去するため、ふっ酸水溶液に接合基板を浸す。そして接合基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に約２０分間浸し、ボロンドープ層１２０でのエッチングレート低下によるエッチングストップをさせる。前記２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、図１３（ｈ）に示すように、ボロンドープ層１２０から形成される振動板１２の面荒れを抑制し、振動板１２の厚み精度を０．８０±０．０５μｍ以下にすることができ、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる。
リザーバ１４、及び貫通穴となる部分２９ａの深さは約３０μｍとなる。従って、リザーバ１４及び貫通穴となる部分２９ａの厚みは約２０μｍとなる。このため、強度が向上し、キャビティ基板１のエッチング中に、広い面積を持つリザーバ１４や貫通穴となる部分２９ａが割れることがなくなり、歩留まりを向上することができる。
【００４８】
（ｉ） キャビティ基板１のエッチングが終了したら、キャビティ基板１をふっ酸水溶液に浸し、キャビティ基板１表面のＴＥＯＳエッチングマスク１０１を剥離する。
第２封止部となる部分（図示せず）、及び貫通穴となる部分２９ａに残っているシリコン薄膜（図１３（ｈ）参照）を除去するために、貫通穴部のみ開口したＳｉマスクをキャビティ基板１の表面に取り付け、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＳＦ6 流量３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１時間行い、貫通穴部のみにプラズマを当てる。次に、ＴＥＯＳの絶縁膜１５のみ残るため、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 流量３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１０分間行う。こうして、第２封止部となる部分（図示せず）及び貫通穴となる部分２９ａが貫通し、第２封止部（図示せず）及び貫通穴が形成され、ギャップＧ内は大気開放される。図１４（ｉ）に示すように、貫通穴となる部分２９ａが貫通して、電極取り出し部２９が形成される。
この開口エッチング工程では、キャビティ基板１の端部近傍（ガラス基板２のリード部２２の端部近傍の上側に相当）に位置するＴＥＯＳの絶縁膜１５や、ガラス基板２の絶縁保護膜２５にもエッチングガスが回り込む。しかしながら、図１４（ｉ）に示すように絶縁保護膜２５を予め成膜しているため、ＴＥＯＳの絶縁膜１５や絶縁保護膜２５がわずかにエッチングされても、絶縁耐圧を十分に確保することができる。
【００４９】
（ｊ） 個別電極封止部のみ開口したＳｉマスクをキャビティ基板１の表面に取り付け、プラズマＣＶＤを用いてガラス裏面から無機材料を堆積し、図１４（ｊ）に示すように、ギャップＧを封止材５０によって封止する。封止材５０に用いる無機材料として、例えば、ＴＥＯＳ膜を用いる。
【００５０】
（ｋ） 接合基板を真空チャンバーに入れた後、図１４（ｋ）に示すように、３６０℃の高温下で真空引きし、ギャップＧ内の水分を除去する。そして、第２封止部にエポキシ系樹脂を盛り、硬化させることで（図示せず）、ギャップＧは再び密閉状態になる。
【００５１】
次に、図１２−図１４に示した工程によって製造されたガラス基板２とキャビティ基板１との接合基板にノズル基板３を接合して、液滴吐出ヘッドを製造する方法を、図１５の製造工程図を用いて説明する。
【００５２】
（ａ） 図１５（ａ）に示すように、接合基板のキャビティ基板１側に、ノズル基板３をエポキシ系接着剤により接着する。
【００５３】
（ｂ） 図１５（ｂ）に示すように、ダイシングラインイ、ロに沿ってダイシングを行い、個々のヘッドに切断する。このとき、陽極接合時には短絡していたＩＴＯの電極部Ａは、インクキャビティ毎に分断される。また大気封止穴２６及びそこに連通する気相処理凹部２０ａも切断される。
こうして、ガラス基板２、キャビティ基板１、及びノズル基板３が積層された液滴吐出ヘッドが完成する。
【００５４】
本発明によれば、ガラス基板２の電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に絶縁保護膜２５を成膜したので、貫通穴となる部分２９ａの開口エッチング工程で、エッチングガスの回り込みにより絶縁膜１５がわずかにエッチングされても、絶縁耐圧を十分に確保することができる。
【００５５】
実施の形態２．
図１６は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を示す斜視図である。図１６に示す液滴吐出装置は、一般的なインクジェットプリンタである。
実施の形態１に示す液滴吐出ヘッドは、ガラス基板２の電極凹部２０の電極取り出し部２９の近傍、詳しくは、電極部Ａのリード部２２の端部近傍に絶縁保護膜２５を成膜したので、キャビティ基板１上に成膜した絶縁膜１５と併せて、リード部２２の端部近傍では絶縁膜が厚くなり、絶縁耐圧に優れるので、長期駆動に対する耐久性に優れ、高精度で信頼性が高い液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。
なお、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドは、図１６に示すインクジェットプリンタの他に、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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを組み立てた状態の縦断面図。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図４】図２に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図５】図４に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図６】図５に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図７】図６に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図８】図７に続く液滴吐出ヘッドのガラス基板の製造工程を示す断面図。
【図９】図４の上面図。
【図１０】図６の上面図。
【図１１】図８の上面図。
【図１２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１３】図１２に続く液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１４】図１３に続く液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
１ キャビティ基板（第１の基板）、２ ガラス基板（第２の基板）、３ ノズル基板（第３の基板）、１２ 振動板、１３ 吐出室、１４ リザーバ、１５ 絶縁膜、２０ 電極凹部（ギャップ段差部）、２１ 個別電極、２２ リード部、２３ 端子部、２５ 絶縁保護膜、２９ 電極取り出し部、２９ａ 貫通穴となる部分（電極取り出し用貫通穴部）、３０ ノズル孔、Ａ 電極部、Ｇ ギャップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のギャップ段差部に電極部がそれぞれ形成された第２の基板と、
壁面の一部が振動板からなる複数の吐出室を有し、前記振動板の前記吐出室と反対側の面上に絶縁膜が成膜された第１の基板とを少なくとも備え、
前記振動板及び絶縁膜をギャップを介して前記電極部と対向させ、前記ギャップ段差部から前記電極部を取り出す電極取り出し部を備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記ギャップ段差部の前記電極取り出し部の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁保護膜を前記電極部のリード部の端部近傍に形成したことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁保護膜を前記ギャップ段差部の深さとほぼ同じ高さに成膜したことを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記絶縁保護膜は、ＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、及びＡｌ2 Ｏ3 膜のいずれかからなる膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
第２の基板に複数のギャップ段差部を形成してそれぞれのギャップ段差部に電極部を形成し、前記ギャップ段差部の電極取り出し部となる部分の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成する工程と、
第１の基板に振動板となる部分を形成しその上に絶縁膜を成膜する工程と、
前記第２の基板と前記第１の基板とを、前記電極部と、前記振動板となる部分及び絶縁膜とが、ギャップを介して対向するように接合して、前記絶縁保護膜と前記絶縁膜とを対向して配置させる工程と、
前記の第１、第２の接合基板をウエットエッチングによりエッチングして、前記第１の基板に振動板を壁面の一部とする吐出室を含む液体流路及び電極取り出し用貫通穴部を形成し、前記電極取り出し用貫通穴部をさらにドライエッチングして貫通させ電極取り出し部を形成する工程とを、
含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項６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】
複数のギャップ段差部に電極部がそれぞれ形成された第２の基板と、
壁面の一部が振動板からなる複数の吐出室を有し、前記振動板の前記吐出室と反対側の面上に絶縁膜が成膜された第１の基板とを少なくとも備え、
前記振動板及び絶縁膜をギャップを介して前記電極部と対向させ、前記ギャップ段差部から前記電極部を取り出す電極取り出し部を備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記ギャップ段差部の前記電極取り出し部の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁保護膜を前記電極部のリード部の端部近傍に形成したことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁保護膜を前記ギャップ段差部の深さとほぼ同じ高さに成膜したことを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記絶縁保護膜は、ＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、及びＡｌ2 Ｏ3 膜のいずれかからなる膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
第２の基板に複数のギャップ段差部を形成してそれぞれのギャップ段差部に電極部を形成し、前記ギャップ段差部の電極取り出し部となる部分の近傍にエッチング耐性を有する絶縁保護膜を形成する工程と、
第１の基板に振動板となる部分を形成しその上に絶縁膜を成膜する工程と、
前記第２の基板と前記第１の基板とを、前記電極部と、前記振動板となる部分及び絶縁膜とが、ギャップを介して対向するように接合して、前記絶縁保護膜と前記絶縁膜とを対向して配置させる工程と、
前記の第１、第２の接合基板をウエットエッチングによりエッチングして、前記第１の基板に振動板を壁面の一部とする吐出室を含む液体流路及び電極取り出し用貫通穴部を形成し、前記電極取り出し用貫通穴部をさらにドライエッチングして貫通させ電極取り出し部を形成する工程とを、
含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項６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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１２５６３９（Ｐ２０１０−１２５６３９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３００５２５（Ｐ２００８−３００５２５）
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【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２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【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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