JP4665598B2

JP4665598B2 - シリコン基板の加工方法

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Publication number: JP4665598B2
Application number: JP2005138092A
Authority: JP
Inventors: 克治荒川; 良一備前
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-05-11
Also published as: JP2006315217A

Description

本発明はシリコン基板の加工方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法並びに液滴吐出装置の
製造方法に関し、特に加工の際にシリコン基板が割れたり、欠けたりすることがなく、加
工精度の高いシリコン基板の加工方法及びこのシリコン基板の加工方法を用いた液滴吐出
ヘッドの製造方法並びに液滴吐出装置の製造方法に関する。

インクジェット記録装置は、高速印字が可能、記録時の騒音が極めて小さい、インクの
自由度が高い、安価な普通紙を使用できる等の多くの利点を有する。近年、インクジェッ
ト記録装置の中でも、記録が必要なときにのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・
オン・デマンド方式のインクジェット記録装置が主流となっている。このインク・オン・
デマンド方式のインクジェット記録装置は、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
い等の利点がある。

このインク・オン・デマンド方式のインクジェット記録装置には、インク液滴を吐出さ
せる方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェッ
ト記録装置がある。また、駆動手段に圧電素子（ピエゾ素子）を利用した、いわゆる圧電
駆動方式のインクジェット記録装置や、発熱素子等を利用した、いわゆるバブルジェット
（登録商標）方式のインクジェット記録装置等がある。

上記のようなインクジェット記録装置では、一般にインクジェットヘッドのノズルから
インク液滴を吐出するようになっている。インクジェットヘッドにノズルを設ける方式に
は、インクジェットヘッドの側面側からインク液滴を吐出するサイドイジェクトタイプと
、インクジェットヘッドの表面側からインク液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプが
ある。
フェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドでは、ノズルの孔の部分の流路抵抗
を調整し、ノズルの長さが最適になるようにノズル基板の厚さを調整するのが望ましい。

このため、従来のフェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッド用ノズルプレート
の製造方法では、シリコン基板を所望の厚さに研削した後に、シリコン基板の両面からド
ライエッチングによって第１のノズル孔と、この第１のノズル孔に連通する第２のノズル
孔を形成するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

また従来のフェイスイジェクトタイプの噴射装置（液滴吐出ヘッド）のノズルの形成方
法では、シリコン基板の一方の面からＩＣＰ放電を用いた異方性ドライエッチングにより
、内径の異なる第１のノズル孔と第２のノズル孔を２段に形成した後に、反対側の面を異
方性ウェットエッチングにより掘り下げてノズルの長さを調整するようにしていた（例え
ば、特許文献２参照）。

さらにインクジェットヘッドにおいて水溶性インクを用いる場合、ノズルプレートのイ
ンクを吐出する面の撥水性が不十分であるとインクの液滴が付着しやすくなり、付着した
インクによってインクが吐出される際の直進性が失われて印字乱れ等が発生するという問
題点があった。

このため、従来のインクジェット記録ヘッドの表面処理方法では、ノズル孔内に充填剤
を熱又は溶剤により熔解させて充填し、ノズルプレート表面に撥水膜を形成した後、ノズ
ル孔内の充填剤を熱又は溶剤によって溶解させて除去することにより、ノズル孔の内部を
除いたノズルプレートの表面のみに撥水膜を形成するようにしていた（例えば、特許文献
３参照）。
特開平９−５７９８１号公報（図１、図２）特開平１１−２８８２０号公報（図１〜図４）特開昭６３−１２２５６０号公報（図２、図４）

従来のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では（例えば、特許文献１参
照）、ドライエッチングによって第１のノズル孔と第２のノズル孔を形成する前に、シリ
コン基板を研削して薄くするため、製造工程の途中でシリコン基板が割れたり、欠けてし
まうことがあるという問題点があった。またこのため、歩留まりが低くなり、製造コスト
が高くなってしまうという問題点があった。
さらにこのインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では、ドライエッチング
加工の際に、加工形状を安定させるためにノズルプレートの加工面の反対側からヘリウム
ガス等で冷却を行うが、ノズルの貫通時にヘリウムガス等が加工面側にリークしてエッチ
ングができなくなってしまうという問題点もあった。

また従来の噴射装置のノズル形成方法では（例えば、特許文献２参照）、第１のノズル
孔が開口する吐出面が、基板表面から深く下がった位置に形成されるため、インク液滴が
飛行中に曲がってしまうという問題点があった。またこのような構造では、ノズルの目詰
まりの原因となる紙粉、インク等を、ゴム片やフェルト片で吐出面から除去するワイピン
グ作業が困難になるという問題点があった。

さらに従来のインクジェット記録ヘッドの表面処理方法では（例えば、特許文献３参照
）、撥水膜の材料に影響を与えない充填剤及び溶剤の選定が難しい、ノズル孔内の充填剤
が完全に除去できない、充填剤の充填及び除去の工程が必要となり製造工程が煩雑になる
等の問題点があった。

本発明は、加工中にシリコン基板が割れたり欠けたりすることがなく、撥水処理が容易
なシリコン基板の加工方法及びこのシリコン基板の加工方法を用いた液滴吐出ヘッドの製
造方法並びにこの液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。

本発明に係るシリコン基板の加工方法は、シリコン基板に、第１のノズル孔と、第１の
ノズル孔に連通し、第１のノズル孔よりも径の大きい第２のノズル孔からなるノズルとな
る凹部を形成する工程と、樹脂を用いてシリコン基板のノズルとなる凹部が形成されてい
る面に支持基板を貼り合わせる工程と、シリコン基板の支持基板が貼り合わせられた面の
反対面から、シリコン基板を薄板化する工程と、シリコン基板を薄板化した後に、支持基
板をシリコン基板から剥離する工程とを有し、シリコン基板に支持基板を貼り合わせる工
程において、樹脂がノズルとなる凹部に充填されるようにするものである。
ノズルとなる凹部を形成し、ノズルとなる凹部が形成されている面に支持基板を貼り合
わせて、支持基板が貼り合わせられた面の反対面からシリコン基板を薄板化するため、ノ
ズルとなる凹部を形成するときに厚いシリコン基板を使用することができ、シリコン基板
が割れたり欠けたりするのを防止することができる。またこの液滴吐出ヘッドの製造方法
では、薄板化したシリコン基板を加工する工程がなく、シリコン基板が割れたり欠けたり
するのを効果的に防止することができる。
さらに、シリコン基板に支持基板を貼り合わせる工程において、樹脂がノズルとなる凹
部に充填されるようにするため、シリコン基板を薄板化する際にノズルの先端部が欠ける
のを防止することができる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、支持基板をシリコン基板から剥離する工
程の後に、樹脂をシリコン基板から引き剥がす工程を有するものである。
支持基板をシリコン基板から剥離する工程の後に、樹脂をシリコン基板から引き剥がす
ようにすれば、ノズル内の樹脂も樹脂層と共に引き抜かれるため、ノズル内の充填剤の除
去といった工程が不要となり、シリコン基板の生産性が向上する。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、シリコン基板に支持基板を貼り合わせる
工程を、真空中で行うものである。
シリコン基板に支持基板を貼り合わせる工程を真空中で行うことにより、ノズルとなる
凹部に気泡等が溜まることなく、ノズルとなる凹部に樹脂を充填することが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、シリコン基板に支持基板を貼り合わせる
工程において、樹脂を支持基板にコーティングするものである。
樹脂を支持基板側にコーティングすることにより、ノズルとなる凹部に気泡等が溜まる
ことなく、ノズルとなる凹部に樹脂を充填することが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、シリコン基板を薄板化する工程において
、バックグラインダー、ポリッシャー及び／又はＣＭＰによってシリコン基板を研磨加工
するものである。
シリコン基板の薄板化工程をバックグラインダー、ポリッシャー及び／又はＣＭＰで行
うことにより、シリコン基板の表面をきれいに仕上げることが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、シリコン基板を薄板化する工程の後に、
支持基板がシリコン基板に貼り合わされた状態で、第１のノズル孔に充填している樹脂の
一部を除去する工程を有するものである。
シリコン基板を薄板化する工程の後に、支持基板がシリコン基板に貼り合わされた状態
で、第１のノズル孔に充填している樹脂の一部を除去することにより、例えばシリコン基
板の表面に撥インク膜を形成する際に、第１のノズル孔内の一部にも撥インク膜を形成す
ることが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、Ｏ₂プラズマ処理によって、第１のノズ
ル孔に充填している樹脂の一部を除去するものである。
Ｏ₂プラズマ処理によって第１のノズル孔に充填している樹脂の一部を除去すれば、容
易且つきれいに樹脂の一部を除去することが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、支持基板をシリコン基板から剥離する工
程の前に、シリコン基板の薄板化された側の面に耐インク保護膜及び撥インク膜を形成す
る工程を有するものである。
支持基板が樹脂によってシリコン基板に貼り付けられた状態で耐インク保護膜及び撥イ
ンク膜を形成することにより、ノズル内を除いたシリコン基板表面のみに耐インク保護膜
及び撥インク膜を形成することが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、耐インク保護膜を、常温スパッタにより
形成するものである。
耐インク保護膜を常温スパッタにより形成すれば、例えばシリコン基板と支持基板を熱
に弱い樹脂を用いて接着した場合でも、樹脂層が劣化するのを防止することができる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、シリコン基板に支持基板を貼り合わせる
工程において、シリコン基板と支持基板の間に、光によって分離する剥離層を形成するも
のである。
シリコン基板と支持基板の間に光によって分離する剥離層を形成することにより、例え
ばレーザー等の光によって容易に支持基板を剥離することが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、上記の支持基板が、透明材料からなるも
のである。
支持基板をガラス等の透明材料から構成すれば、レーザー等の光を剥離層に容易に照射
することが可能となり、容易に支持基板を剥離することが可能となる。

また本発明に係るシリコン基板の加工方法は、ノズルとなる凹部を形成する工程を、Ｃ
₄Ｆ₈及びＳＦ₆を用いたドライエッチングにより行うものである。
ノズルとなる凹部を形成する工程を、Ｃ₄Ｆ₈及びＳＦ₆を用いた異方性ドライエッチン
グで行うことにより、円筒状の第１のノズル孔及び第２のノズル孔を精密に形成すること
ができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかのシリコン基板の加工方法
を用いて液滴吐出ヘッドを製造するものである。
上記のいずれかのシリコン基板の加工方法を用いて液滴吐出ヘッドのノズル基板を製造
すれば、シリコン基板に割れや欠けが発生せず、高精度のノズル基板を製造することが可
能となり、また歩留まりも向上する。

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。
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れば、印字性能等の
高い液滴吐出装置を得ることができる。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドを示した縦断面図である。なお図１
では、駆動回路２１の部分を模式的に示している。また図１では、液滴吐出ヘッドの例と
して、静電駆動方式でフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを示している。
本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、主にキャビティ基板２、電極基板３、及びノ
ズル基板４が接合されることにより構成されている。ノズル基板４はシリコンからなり、
例えば円筒状の第１のノズル孔６と、第１のノズル孔６と連通し、第１のノズル孔６より
も径の大きい円筒状の第２のノズル孔７を有するノズル８が形成されている。第１のノズ
ル孔６は、液滴吐出面１０（キャビティ基板２との接合面１１の反対面）に開口するよう
に形成されており、第２のノズル孔７は、キャビティ基板２との接合面１１に開口するよ
うに形成されている。
なおノズル基板４は、後に示す所定の加工を施しやすいように単結晶シリコンを使用す
るのが望ましい。

キャビティ基板２は、例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板１２である吐出室
１３となる凹部が複数形成されている。なお複数の吐出室１３は、図１の紙面手前側から
紙面奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。またキャビティ基板２には、
各吐出室１３にインク等の液滴を供給するためのリザーバ１４となる凹部と、このリザー
バ１４と各吐出室１３を連通する細溝状のオリフィス１５となる凹部が形成されている。
図１に示す液滴吐出ヘッド１では、リザーバ１４は単一の凹部から形成されており、オリ
フィス１５は各吐出室１３に対して１つずつ形成されている。なおオリフィス１５は、ノ
ズル基板４の接合面１１に形成するようにしてもよい。
さらにキャビティ基板２の全面には、例えばＣＶＤ又は熱酸化によって酸化シリコン等
からなる絶縁膜１６（後述の液滴保護膜２４等）が形成されている。この絶縁膜１６は、
液滴吐出ヘッド１の駆動時の絶縁破壊やショートを防止し、また吐出室１３やリザーバ１
４の内部の液滴によりキャビティ基板２がエッチングされるのを防止するためのものであ
る。

キャビティ基板２の振動板１２側には、例えばホウ珪酸ガラスからなる電極基板３が接
合されている。電極基板３には、振動板１２と対向する複数の電極１７が形成されている
。この電極１７は、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタする
ことにより形成する。また電極基板３には、リザーバ１４と連通するインク供給孔１８が
形成されている。このインク供給孔１８は、リザーバ１４の底壁に設けられた孔と繋がっ
ており、リザーバ１４にインク等の液滴を外部から供給するために設けられている。
なお、キャビティ基板２が単結晶シリコンからなり、電極基板３がホウ珪酸ガラスから
なる場合には、キャビティ基板２と電極基板３の接合を陽極接合によって行うことができ
る。

ここで図１に示す液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。キャビティ基板２と個々
の電極１７には駆動回路２１が接続されている。駆動回路２１によりキャビティ基板２と
電極１７の間にパルス電圧が印加されると、振動板１２が電極１７の側に撓み、リザーバ
１４の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室１３に流れ込む。そして、キャビティ
基板２と電極１７の間に印加されていた電圧がなくなると、振動板１２が元の位置に戻っ
て吐出室１３の内部の圧力が高くなり、ノズル８からインク等の液滴が吐出される。
なお本実施形態１では、液滴吐出ヘッドの例として静電駆動方式の液滴吐出ヘッドを示
しているが、本実施形態１で示すノズル基板４の製造方法は圧電駆動方式やバブルジェッ
ト（登録商標）方式等の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。

図２は、ノズル基板４を液滴吐出面１０側から見た上面図である。図２に示すように、
第１のノズル孔６がノズル基板４の液滴吐出面１０側に複数開口している。なお第２のノ
ズル孔７は、図２の個々のノズル孔６の紙面奥側に形成されている。またキャビティ基板
２の吐出室１３は、個々の第１のノズル孔６（ノズル８）ごとに形成されており、個々の
吐出室１３は図２のＡ−Ａ線方向に細長いものとする。
本実施形態１では、以下において主にノズル基板４を製造するためのシリコン基板の加
工方法について説明する。なお本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１では、第１のノズル
孔６と第２のノズル孔７の中心軸が高い精度で一致しているものとする。これにより、ノ
ズル８から液滴を吐出する際の液滴の直進性を向上させることができる。

図３から図９は、本発明の実施形態１に係るシリコン基板の加工方法を用いて液滴吐出
ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図である。なお図３から図７は、主にノズ
ル基板４の製造工程を示しており、図８及び図９は、キャビティ基板２及び電極基板３を
接合した接合基板５の製造工程を示している。また図３から図７は、図２のＡ−Ａ線に沿
った縦断面におけるノズル８の周辺部を示している。初めに図３から図７を用いてシリコ
ン基板３０からノズル基板４を製造し、このノズル基板４を接合基板に接合して液滴吐出
ヘッド１を製造する工程を説明する。
まず、例えば厚さが５２５μｍのシリコン基板３０を準備し、このシリコン基板３０の
全面にシリコン酸化膜３１を均一に成膜する（図３（Ａ））。このシリコン酸化膜３１は
、例えば熱酸化装置により温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で４時間熱酸化
することにより形成する。

次にシリコン基板３０の片面にレジスト３２をコーティングし、第２のノズル孔７とな
る部分７ａをパターニングして、第２のノズル孔７となる部分７ａのレジスト３２を除去
する（図３（Ｂ））。なおレジスト３２のコーティングされた面は、後にノズル基板４の
接合面１１となる。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ
酸水溶液でシリコン酸化膜３１をハーフエッチングし、第２のノズル孔７となる部分７ａ
のシリコン酸化膜３１を薄くする（図３（Ｃ））。なおこのときレジスト３２の形成され
ていない面のシリコン酸化膜３１も薄くなる。
それから、シリコン酸化膜３１の片面に形成されたレジスト３２を剥離する（図３（Ｄ
））。

その後、再度接合面１１となる面にレジスト３３をコーティングし、第１のノズル孔６
となる部分６ａをパターニングして、第１のノズル孔６となる部分６ａのレジスト３３を
除去する（図４（Ｅ））。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ
酸水溶液でシリコン酸化膜３１をハーフエッチングし、第１のノズル孔６となる部分６ａ
のシリコン酸化膜３１を除去する（図４（Ｆ））。なおこのときレジスト３３の形成され
ていない面のシリコン酸化膜３１もすべて除去される。
それから、図４（Ｅ）の工程で形成されたレジスト３３を剥離する（図４（Ｇ））。
次に、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）放電による
ドライエッチングによって第１のノズル孔６となる部分６ａから異方性エッチングを行い
、例えば深さ２５μｍの凹部６ｂを形成する（図４（Ｈ））。なおこの凹部６ｂは、第１
のノズル孔６となる凹部６ｃの元となるものである（図５（Ｊ）参照）。この異方性ドラ
イエッチングのエッチングガスとして、Ｃ₄Ｆ₈、ＳＦ₆を交互に使用することができる。
このとき、Ｃ₄Ｆ₈は凹部６ｂの側面方向にエッチングが進行しないように凹部６ｂの側面
を保護するために使用し、ＳＦ₆は凹部６ｂの垂直方向のエッチングを促進するために使
用する。

その後、シリコン酸化膜３１をハーフエッチングして、第２のノズル孔７となる部分７
ａのシリコン酸化膜３１を除去する（図５（Ｉ））。なおこのとき、シリコン酸化膜３１
のその他の部分も薄くなる。
そして、再度ＩＣＰ放電によるドライエッチングによって第２のノズル孔７となる部分
７ａ（凹部６ｂを含む）から例えば深さ４０μｍだけ異方性ドライエッチングを行い、第
１のノズル孔６となる凹部６ｃ及び第２のノズル孔７となる凹部７ｂを形成する（図５（
Ｊ））。
それからシリコン基板３０に残ったシリコン酸化膜３１を例えばフッ酸水溶液ですべて
除去した後、シリコン基板３０の全面に例えば厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜３４を均
一に成膜する（図５（Ｋ））。このシリコン酸化膜３４は、例えば熱酸化装置により温度
１０００℃、酸素雰囲気中で２時間熱酸化することにより形成する。なお図５（Ｋ）では
熱酸化によりシリコン酸化膜３４を成膜するため、第１のノズル孔６となる凹部６ｃ及び
第２のノズル孔７となる凹部７ｂの内壁にも均一にシリコン酸化膜３４を形成することが
できる。

次に、例えばガラス等の透明材料からなる支持基板４０の片面に剥離層４１をスピンコ
ートし、その上に樹脂からなる樹脂層４２をスピンコートする。そして支持基板４０の剥
離層４１及び樹脂層４２をスピンコートした面と、シリコン基板３０の第２のノズル孔７
となる凹部７ｂ等が形成されている面を向かい合わせて樹脂層４２を硬化させることによ
り、第１の支持基板４０とシリコン基板３０を貼り合わせる（図５（Ｌ））。なお図５（
Ｌ）以降の工程では、シリコン基板３０の向きが図３から図５までと上下逆になっている
。
本実施形態１では、図５（Ｌ）の支持基板４０とシリコン基板３０の貼り合わせを真空
中で行い、樹脂層４２を構成する樹脂が第１のノズル孔６となる凹部６ｃ及び第２のノズ
ル孔７となる凹部７ｂに充填されるようにする。このように支持基板４０とシリコン基板
３０の貼り合わせを真空中で行うことにより、第１のノズル孔６となる凹部６ｃ及び第２
のノズル孔７となる凹部７ｂに気泡等が溜まることを防止することができる。

ここで、図５（Ｌ）の工程における剥離層４１及び樹脂層４２について説明する。
剥離層４１は、レーザー光等の光が当てられることにより剥離層４１内部やシリコン基
板３１との界面において剥離（層内剥離又は界面剥離という）を起こすものである（図６
（Ｏ）参照）。即ち剥離層４１は、一定の強度の光を受けることにより剥離層４１を構成
する材料の原子又は分子間の結合力が消失若しくは減少することにより、アブレーション
（ａｂｌａｔｉｏｎ、切除又は除去）を生じる。剥離層４１は一定の強度の光を受けると
、剥離層４１を構成する材料の成分が気体となることにより剥離を起こす。これにより、
以下の図６（Ｏ）の工程において薄板化されたシリコン基板３０（ノズル基板４）から支
持基板４０を取り外すことができる。
なお支持基板４０は、光を透過するガラス等からなるものを用いるのが望ましい。これ
によりシリコン基板３０から支持基板４０を剥離するときに、支持基板４０の裏面（シリ
コン基板３０が接合された面の反対面）から剥離層４１に光を照射して十分な剥離エネル
ギーを与えることが可能となる。

剥離層４１を構成する材料は、上記のような機能を有するものであれば特に限定されな
いが、例えば非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ、アモルファスシリコン）、酸化ケイ素、ケイ酸
化合物や、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化セラミックス、光の照射
によって原子間結合が切断される有機高分子材料、又はアルミニウム、リチウム、チタン
、マンガン、インジウム、錫、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジウム、プラセ
オジム、ガドリニウム、サマリウム等の金属、若しくは上記の金属を少なくとも１種以上
含んだ合金等が挙げられる。これらの材料のうち、剥離層４１の構成材料として非晶質シ
リコンを用いるのが好ましく、この非晶質シリコンの中に水素が含まれているのがさらに
好ましい。このような材料を用いることにより、剥離層４１が光を受けた場合に水素が放
出されて剥離層４１に内圧が発生し、剥離を促進させることができる。この場合の剥離層
４１の水素の含有量は、２重量％以上が好ましく、２〜２０重量％であるとさらに好まし
い。

また樹脂層４２は、シリコン基板３０の凹凸を吸収し、且つシリコン基板３０と支持基
板４０を接合するためのものである。樹脂層４２を構成する材料としては、シリコン基板
３０と第１の支持基板４０を接合する機能を有するものであれば特に限定されないが、例
えば熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤等の硬化性接着剤を用いることができる。なお樹脂
層４２は、耐ドライエッチング性の高い材料を主材料としているものが望ましい。

本実施形態１では、剥離層４１と樹脂層４２は別々の層として形成されているが、例え
ばこれらの層を１つの層から構成するようにしてもよい。これは例えば、シリコン基板３
０と支持基板４０を接着する機能を有し、且つ光エネルギーや熱エネルギーによって剥離
を引き起こす機能を持った層を形成することで実現できる。なおこのような機能を持った
材料については、例えば特開２００２−３７３８７１号公報を参照されたい。

ここで製造工程の説明に戻り、シリコン基板３０と支持基板４０を接合した後に、シリ
コン基板３０の支持基板４０が接合された面の反対面からバックグラインダー、ポリッシ
ャー、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｍｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）等によ
って研磨加工を行い、第１のノズル孔６となる凹部６ｃの先端のシリコン酸化膜３４が除
去されるまでシリコン基板３０を薄板化する（図６（Ｍ））。なおこのとき、例えばバッ
クグラインダーで第１のノズル孔６となる凹部６ｃの先端のシリコン酸化膜３４の付近ま
でシリコン基板３０を薄板化し、薄板化の仕上げをポリッシャー又はＣＭＰによって行う
ようにすれば、シリコン基板３０の表面を鏡面状に仕上げることができる。

次に、シリコン基板３０の支持基板４０が接合された面の反対面に、スパッタ装置を用
いて酸化シリコンからなる耐インク保護膜３５を、例えば厚さ０．１μｍで形成する。な
お本実施形態１では、耐インク保護膜３５を形成するのにＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｏｒｎＣ
ｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ装置等の常温スパッタ装置を用いる。
これは、ＥＣＲスパッタ装置を用いて緻密な耐インク保護膜３５を形成するためと、樹脂
層４２が熱によって劣化するのを防止するためである。なお樹脂層４２が劣化しない温度
（約２００℃以下）のものであれば、他のスパッタ装置や他の方法で耐インク保護膜３５
を形成してもよい。
そしてシリコン基板３０の耐インク保護膜３５の表面に、例えば蒸着やディッピング（
浸漬）等によって、撥インク膜３６を形成する（図６（Ｎ））。撥インク膜３６の材料と
しては、フッ素原子を含有した撥インク材料を用いることができる。この段階でシリコン
基板３０自体の加工は終了し、ノズル基板４が完成する。なお図６（Ｎ）の工程では、樹
脂が第１のノズル孔６及び第２のノズル孔７に充填されているため、ノズル８の内部が撥
インク処理されることがない。

次に、支持基板４０側からレーザー光等を照射して剥離層４１の部分から支持基板４０
を剥離して（図６（Ｏ））、その後、樹脂層４２をシリコン基板３０からゆっくりと引き
剥がす（図６（Ｐ））。この際、樹脂層４２をシリコン基板３０の外周部から剥がし取る
ようにする。なお図６（Ｐ）の工程では、ノズル８の内部の樹脂も樹脂層４２と共に引き
抜かれる。
それから、シリコン基板３０（ノズル基板４）の第２のノズル孔７が形成されている面
に接着剤等を転写して接着剤層３７を形成し、電極基板３が接合されたキャビティ基板２
と、シリコン基板３０を接合する（図７（Ｑ））。
最後に、例えばキャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が接合された接合基
板をダイシング（切断）により分離して、液滴吐出ヘッド１が完成する。

図８及び図９は、キャビティ基板２及び電極基板３を接合した接合基板の製造工程を示
す縦断面図である。以下、キャビティ基板２及び電極基板３を接合した接合基板の製造工
程について簡単に説明する。なお、キャビティ基板２及び電極基板３の製造方法は、図８
及び図９に示されるものに限定されるものではない。
まず、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板を、例えば金・クロムのエッチングマスク
を使用してフッ酸によってエッチングすることにより凹部１９を形成する。なおこの凹部
１９は、電極１７の形状より少し大きい溝状のものであって複数形成するものとする。
そして凹部１９の内部に、例えばスパッタによってＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯ
ｘｉｄｅ）からなる電極１７を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔１８となる孔部１８ａを形成して電極基板３を
形成する（図８（ａ））。

次に、例えば厚さが５２５μｍのシリコン基板２ａの両面を鏡面研磨した後に、シリコ
ン基板２ａの片面にプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）によってＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）からなる
厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜２２を形成する（図８（ｂ））。なおシリコン酸化膜２
２を形成する前に、エッチングストップのためのボロンドープ層を形成するようにしても
よい。振動板１２をボロンドープ層から形成することにより、厚み精度の高い振動板１２
を形成することができる。
それから、図８（ｂ）に示すシリコン基板２ａと、図８（ａ）に示す電極基板３を例え
ば３６０℃に加熱し、シリコン基板２ａに陽極、電極基板３に陰極を接続して８００Ｖ程
度の電圧を印加して陽極接合を行う（図８（ｃ））
シリコン基板２ａと電極基板３を陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で図３（
ｃ）の工程で得られた接合基板をエッチングすることにより、シリコン基板２ａの全体を
例えば厚さ１４０μｍになるまで薄板化する（図８（ｄ））。

それから、シリコン基板２ａの上面（電極基板３が接合されている面の反対面）の全面
にプラズマＣＶＤによって例えば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。
そしてこのＴＥＯＳ膜に、吐出室１３となる凹部１３ａ、リザーバ１４となる凹部１４
ａ及びオリフィスとなる凹部１５ａとなる部分を形成するためのレジストをパターニング
し、この部分のＴＥＯＳ膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板２ａを水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、吐
出室１３となる凹部１３ａ、リザーバ１４となる凹部１４ａ及びオリフィスとなる凹部１
５ａを形成する（図９（ｅ））。このとき、電極取出し部２３となる部分もエッチングし
て薄板化しておく。なお図９（ｅ）のウェットエッチングの工程では、例えば初めに３５
重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用
することができる。これにより、振動板１２の面荒れを抑制することができる。

シリコン基板２ａのエッチングが終了した後に、接合基板をフッ酸水溶液でエッチング
してシリコン基板２ａに形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。また電極基板３のインク供給
孔１８となる孔部１８ａにレーザー加工を施し、インク供給孔１８が電極基板３を貫通す
るようにする（図９（ｆ））。
次に、シリコン基板２ａの吐出室１３となる凹部１３ａ等の形成された面に、例えばＣ
ＶＤによってＴＥＯＳ等からなる液滴保護膜２４を、例えば厚さ０．１μｍで形成する（
図９（ｇ））。
それからＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）等によって電極取出し
部２３を開放する。またシリコン基板２ａに機械加工又はレーザー加工を行って、インク
供給孔１８をリザーバ１４となる凹部１４ａまで貫通させる。これにより、キャビティ基
板２と電極基板３が接合された接合基板５が完成する。この接合基板５は、図７（Ｑ）の
工程において、ノズル基板４と接合されることとなる。
なお電極取出し部２３に、振動板１２と電極１７の間の空間を封止するための封止剤（
図示せず）を塗布するようにしてもよい。

本実施形態１では、シリコン基板３０の一方の面をエッチングすることによりノズル８
となる凹部を形成し、ノズル８となる凹部が形成されている面に支持基板４０を貼り合わ
せて、支持基板４０が貼り合わせられた面の反対面からシリコン基板３０を薄板化するた
め、ノズル８となる凹部を形成するときに厚いシリコン基板３０を使用することができ、
シリコン基板３０が割れたり欠けたりするのを防止することができる。また薄板化したシ
リコン基板３０を加工する工程がないため、シリコン基板３０が割れたり欠けたりするの
を効果的に防止することができる。
さらに、シリコン基板３０に支持基板４０を貼り合わせる工程において、樹脂が第１の
ノズル孔６となる凹部６ｃ及び第２のノズル孔７となる凹部７ｂに充填されるようにする
ため、シリコン基板３０を薄板化する際にノズル８の先端部が欠けるのを防止することが
できる。
また厚いシリコン基板３０に非貫通状態でノズル８となる凹部を形成するため、ヘリウ
ムガス等が加工面側にリークしてエッチングができなくなるのを防止することができる。

実施形態２．
図１０は、本発明の実施形態２に係るシリコン基板の加工方法を用いて液滴吐出ヘッド
を製造する際の製造工程を示した縦断面図である。なお、図６（Ｍ）までの製造工程及び
図６（Ｏ）以降の製造工程は実施形態１と同様であるため説明を省略する。
本実施形態２では、実施形態１の図６（Ｍ）の工程においてシリコン基板３０を薄板化
した後に、シリコン基板３０をドライエッチング装置（図示せず）にセットし、Ｏ₂プラ
ズマ処理によって第１のノズル孔６の先端に充填している樹脂を厚みａだけ除去する（図
１０（Ｍ’））。この厚みａは、例えば数μｍから１０μｍ程度である。
その後、図６（Ｎ）の工程と同様に、シリコン基板３０の表面に耐インク保護膜３５及
び撥インク膜３６を形成する（図１０（Ｎ’））。このとき、第１のノズル孔６の樹脂が
除去された部分にも撥インク処理が施される。なお除去する樹脂の厚さａを調整すること
により、第１のノズル孔６内の撥インク領域を調整することができる。

本実施形態２では、第１のノズル孔６に充填している樹脂の一部を除去することにより
、例えばシリコン基板３０の表面に撥インク膜３６を形成する際に、第１のノズル孔６内
の一部にも撥インク膜３６を形成することが可能となる。
第１のノズル孔６内の一部に撥インク膜３６を形成する理由は以下の通りである。すな
わち、インク等の液滴のメニスカス（ノズル８の先端部の液滴又は液滴が空気に触れてい
る部分）からの増粘により、メニスカスが不安定になる場合がある。そのため本実施形態
２のように、ノズル８内の撥インク領域を調整しメニスカスの位置を吐出面１０からノズ
ル８内に引き込むことにより、ノズル８内のメニスカスが安定し液滴の吐出安定性が向上
するという効果がある。

実施形態３．
図１１は、実施形態１又は実施形態２の製造方法で得られた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。図１１に示す液滴吐出装置１００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１００は、周知の製造方法によ
って製造することができる。
実施形態１又は実施形態２で得られた液滴吐出ヘッド１は、上記のように割れや欠けが
なく、液滴吐出装置１００は吐出性能が高いものである。
なお実施形態１又は実施形態２の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１は、図１１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。
また実施形態１又は実施形態２の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１は、圧電駆動方
式の液滴吐出装置や、バブルジェット（登録商標）方式の液滴吐出装置にも使用できる。

なお、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置は、
本発明の実施形態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。例えば図５（Ｌ）の製造工程において、必ずしも剥離層４１を形成する必要
はない。

本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドを示した縦断面図。ノズル基板を液滴吐出面側から見た上面図。本発明の実施形態１に係るシリコン基板の加工方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図。図３の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。図４の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。図５の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。図６の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。キャビティ基板と電極基板を接合した接合基板の製造工程を示す縦断面図。図８の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。本発明の実施形態２に係るシリコン基板の加工方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図。実施形態１又は実施形態２の製造方法で得られた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。

符号の説明

１液滴吐出ヘッド、２キャビティ基板、３電極基板、４ノズル基板、６第１
のノズル孔、７第２のノズル孔、８ノズル、１０液滴吐出面、１１接合面、１２
振動板、１３吐出室、１４リザーバ、１５オリフィス、１６絶縁膜、１７電
極、１８インク供給孔、２１駆動回路、１００液滴吐出装置。

Claims

シリコン基板に、第１のノズル孔と、前記第１のノズル孔に連通し、前記第１のノズル孔よりも径の大きい第２のノズル孔からなるノズルとなる凹部を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記ノズルとなる凹部に樹脂が充填されるようにして前記樹脂を用いて前記凹部が形成されている面に透明材料からなる支持基板を貼り合わせる工程と、
前記シリコン基板の前記支持基板が貼り合わせられた面の反対面から、前記シリコン基板を薄板化する工程と、
前記シリコン基板を薄板化する工程の後に、前記支持基板が前記シリコン基板に貼り合わされた状態で、前記第１のノズル孔に充填している前記樹脂の一部をＯ2プラズマ処理によって除去した後、前記シリコン基板の薄板化された側の面に耐インク保護膜及び撥インク膜を形成する工程と、
前記耐インク保護膜及び撥インク膜を形成する工程後に前記支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程と、を有し、
前記シリコン基板に支持基板を貼り合わせる工程において、前記シリコン基板と前記支持基板の間に水素含有量２〜２０重量％である剥離層を形成することを特徴とするシリコン基板の加工方法。
前記支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程の後に、前記樹脂を前記シリコン基板から引き剥がす工程を有することを特徴とする請求項１記載のシリコン基板の加工方法。
前記シリコン基板に支持基板を貼り合わせる工程を、真空中で行うことを特徴とする請求項１又は２記載のシリコン基板の加工方法。
前記シリコン基板に支持基板を貼り合わせる工程において、前記樹脂を前記支持基板にコーティングすることを特徴とする請求項３記載のシリコン基板の加工方法。