JP2005246635A - 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記録装置、電界発光基板製造装置、マイクロアレイ製造装置及びカラーフィルタ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコン基板と電極ガラス基板と陽極接合した後に該シリコン基板に吐出室等の各部分を形成するプロセスにおいて、陽極接合時のシリコン基板とアクチュエータ電極部との等電位を確実に確保するとともに、シリコン基板に設けられたギャップ封止用の封止溝をレジスト膜で確実に覆うようにした液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】 シリコン基板からなる第１の基板１と、ガラス基板からなり、予め該ガラス基板上にアクチュエータ電極部２３を形成した第２の基板２とを陽極接合した後に、前記第１の基板の厚みを減らして少なくとも振動板１２を形成する製造方法であって、陽極接合前に、前記アクチュエータ電極部と短絡する等電位接点２５を前記第２の基板に形成する工程と、前記等電位接点が前記第１の基板に接触する窓１７を該第１の基板の絶縁膜に形成する工程とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液状の材料を吐出する液滴吐出ヘッドおよびその製造方法に関し、特にガラス基板との接合後に液滴吐出に必要な各部分をシリコン基板に形成する液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。そして、そのようにして製造した液滴吐出ヘッドを用いたカラーフィルタやＯＥＬ（Organic ElectoroLuminescenceの略称）表示基板（パネル）等の製造方法及び装置に関する。ここに、「液状の材料」とは、ノズルから吐出可能な粘度を有する材料をいい、材料が水性であると油性であるとを問わない。ノズルから吐出可能な流動性（粘度）備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。

最近の、静電駆動方式の液滴吐出ヘッドに要求される条件の一つとして、高密度化がある。一方、高密度化が増すにつれて、隣接の吐出室との間の側壁が薄くなるため、選択された吐出室の振動板を駆動し液状の材料（以下、液滴という）を吐出したときにその側壁も変形し、その変形が隣の駆動されていない（無駆動の）吐出室にも影響を与えるといった、いわゆるクロストークの問題が生じる。かかるクロストーク対策のために、吐出室等を形成するためのシリコン基板の厚さは側壁が変形しない程度の厚さ（側壁高さ）にすることが必要とされ、具体的にはシリコン基板の厚さは２００μｍ以下とされている。そのため、このような薄いシリコン基板では、逆にハンドリング中に割れや欠けが発生して歩留まりが低下するという問題がある。それに加えて、薄いシリコン基板では大口径化も難しくなり、ヘッドチップの取り個数を増加することも期待できない。

そこで、これらの問題を解決する一方策として、シリコン基板を電極ガラス基板（液滴吐出ヘッドを駆動するためのアクチュエータ電極を形成したガラス基板をいう）に陽極接合した後に、該シリコン基板に吐出室等の各部分を加工するプロセスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ガラス基板はシリコン基板に比べて厚いため、ガラス基板とシリコン基板を接合した後では上述のようなハンドリング中の割れや欠けが発生し難いため、歩留まりや大口径化に有利となるからである。
また、陽極接合時の強電界によるシリコン基板とアクチュエータ電極の放電短絡等を防止するために、陽極接合時に、シリコン基板とガラス基板上のアクチュエータ電極とを電気的に接続し等電位にする方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−６３０７２号公報 特開２００２−２８３５７９号公報

特許文献１に示すように、シリコン基板と電極ガラス基板とを陽極接合した後にシリコン基板に吐出室等の各部分をエッチングで加工する方法をとる場合には、異物やガス等が振動板とアクチュエータ電極との間のギャップに侵入しないようギャップを気密に封止する封止手段を設ける必要がある。封止手段として封止溝がシリコン基板に設けられるが、シリコン基板側に等電位接点と接触する窓をパターニングするときにこの封止溝周辺部の絶縁膜がエッチングされてしまうことがある。その結果、陽極接合後にシリコン基板とアクチュエータ電極が短絡して、駆動不能となる場合があった。また、封止剤を封止溝に注入する際に、封止剤がアクチュエータ側に十分入り込まない場合があり、液滴吐出ヘッドの気密不良による耐久性低下を引き起こすこともあった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、シリコン基板と電極ガラス基板と陽極接合した後に該シリコン基板に吐出室等の各部分を形成するプロセスにおいて、陽極接合時のシリコン基板とアクチュエータ電極部との等電位を確実に確保するとともに、シリコン基板に設けられたギャップ封止用の封止溝をレジスト膜で確実に覆うようにした液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを主たる目的としている。

前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板からなる第１の基板と、ガラス基板からなり、予め該ガラス基板上にアクチュエータ電極部を形成した第２の基板とを陽極接合した後に、前記第１の基板の厚みを減らして少なくとも振動板を形成する製造方法であって、陽極接合前に、
前記アクチュエータ電極部と短絡する等電位接点を前記第２の基板に形成する工程と、
前記等電位接点が前記第１の基板に接触する窓を該第１の基板の絶縁膜に形成する工程と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、陽極接合の際に、シリコン基板からなる第１の基板とガラス基板からなる第２の基板上のアクチュエータ電極部とが等電位接点を介して確実に等電位を確保できているため、シリコン基板（第１の基板）とアクチュエータ電極部との間で放電を起こすことはない。そのため、シリコン基板を電極ガラス基板（第２の基板）と一体化することで強度を確保できるため、シリコン基板をより薄くことができ、かつ、クロストークを起こすことなく、液滴吐出ヘッドの高密度化が可能となる。また、ハンドリングが容易となるため、歩留まりが向上し、また大口径のウェハを用いることができるため、チップの多数個取りが可能となり生産性が向上する。

請求項２の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板からなる第１の基板と、ガラス基板からなり、予め該ガラス基板上にアクチュエータ電極部を形成した第２の基板とを陽極接合した後に、前記第１の基板の厚みを減らして少なくとも振動板を形成する製造方法であって、陽極接合前に、
前記アクチュエータ電極部と短絡する等電位接点を前記第２の基板に形成する工程と、
前記等電位接点が前記第１の基板に接触する窓を該第１の基板の絶縁膜に形成する工程と、
前記アクチュエータ電極部と前記振動板との間のギャップを封止するための封止溝を前記第１の基板に形成する工程と、
前記封止溝にギャップ封止材を供給する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、上述の請求項１の発明の効果に加えて、シリコン基板に設けられた封止溝にギャップ封止剤を供給することによって、振動板とアクチュエータ電極部との間のギャップを気密に封止することができるため、ギャップ内への異物やガス、湿気等の侵入を確実に防止することができ、液滴吐出ヘッドの耐久性が向上する。

請求項３の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ヘッドチップ毎に前記等電位接点を設けるものである。
請求項３の発明によれば、ヘッドチップ毎に等電位接点を設けることによって、ヘッドチップ毎に独立して等電位を確保することができる。そのため、例えばあるヘッドチップの等電位接点が接触不良により、放電を起こし壊れたとしても、他のヘッドチップには影響しないので、歩留まりを高くすることが可能となる。

請求項４の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記第１の基板の絶縁膜に前記窓を形成する際のレジストコート方法として、スプレーコート法を用いる。
第１の基板の絶縁膜に窓を開けるためのパターニングの際に、通常用いられるスピンコート法を用いると、封止溝のエッジ部でレジストが切れてしまい、封止溝周辺部の絶縁膜がエッチングされてしまう。その結果、陽極接合時にアクチュエータ電極部の短絡やギャップ封止剤の進入不良による耐久性低下などを引き起こす。そのため、請求項４の発明ではスプレーコート法を採用することとし、封止溝をレジストで確実に覆うことができるようにした。

請求項５の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記等電位接点及び前記アクチュエータ電極部を、同じＩＴＯ材料で形成する。
請求項５の発明によれば、等電位接点及びアクチュエータ電極部を透明導電性のＩＴＯ材料で形成するので、陽極接合後に放電したかどうかを確認しやすいうえに、一度にかつ同じ厚みで作製することができる。

請求項６の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記ヘッドチップ毎に切り離す際、前記等電位接点及び前記アクチュエータ電極部の短絡を絶つものである。
これによって、独立した吐出機能を有する液滴吐出ヘッドが得られる。

請求項７の発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルプレートと、キャビティプレートと、電極ガラス基板とを相互に接合した積層構造を有するものであって、
シリコン基板からなる前記キャビティプレートと前記電極ガラス基板とが陽極接合されており、前記電極ガラス基板上に設けられた等電位接点が前記キャビティプレートの絶縁膜に開口された窓を通じて該キャビティプレートに直接接触する構成としたものである。

請求項７の発明による液滴吐出ヘッドでは、電極ガラス基板上に設けられた等電位接点がキャビティプレートの絶縁膜に開口された窓を通じてキャビティプレートに直接接触する構成としたので、キャビティプレートを形成するためのシリコン基板とアクチュエータ電極部が形成された電極ガラス基板との陽極接合時の等電位を確実に確保することができる。また、キャビティプレートの薄型化が可能なので、高密度の液滴吐出ヘッドを実現できる。

請求項８の発明に係る液滴吐出ヘッドは、前記等電位接点を、前記電極ガラス基板に設けられた凹部内よりそのガラス基板面に延設する。
このように構成することにより、必要最小限の接点部及びこの接点部が入る窓の大きさとすることができる。

請求項９の発明に係る液滴吐出ヘッドは、前記等電位接点及び前記アクチュエータ電極部は、同じ導電性材料で形成され、ほぼ同じ厚みを有するものである。
この構成により、等電位接点とアクチュエータ電極部とを同時形成することができる。

請求項１０の発明に係る液滴吐出ヘッドは、前記キャビティプレートに封止溝を設け、前記電極ガラス基板に設けられた供給口を通じてギャップ封止剤を充填してなるものである。
この構成により、キャビティプレートの振動板と電極ガラス基板上のアクチュエータ電極部との間のギャップを気密に封止することができ、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができる。

請求項１１の発明に係る液滴吐出記録装置は、請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、ヘッド位置制御信号に基づいて前記液滴吐出ヘッドを移動させる走査駆動手段と、記録対象となる記録部材と前記液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段と、を有するものである。
上述のように、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができるので、かかる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出記録装置は長寿命化が可能となる。

請求項１２の発明に係る電界発光製造装置は、請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、該液滴吐出ヘッドに発光材料を含む溶液を供給する材料供給手段と、位置制御信号に基づいてノズルから電界発光基板に向けての前記溶液の吐出を制御する制御手段と、を有するものである。
上述のように、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができるので、かかる液滴吐出ヘッドを備えた電界発光製造装置は長寿命化が可能となる。

請求項１３の発明に係る電界発光基板製造装置は、前記発光材料を有機化合物とするものである。
これにより、発光の反応がよい電界発光基板を効率よく製造することができる。

請求項１４の発明に係るマイクロアレイ製造装置は、請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、該液滴吐出ヘッドとマイクロアレイ基板とを相対的に移動させる駆動手段と、前記液滴吐出ヘッドが有するノズルからマイクロアレイ群に向けての生体分子を含む液体の吐出を制御する制御手段と、を有するものである。

請求項１５の発明に係るカラーフィルタ製造装置は、請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、該液滴吐出ヘッドにカラーフィルタを形成させる溶液を供給する材料供給手段と、位置制御信号に基づいてノズルからカラーフィルタ基板に向けての前記溶液の吐出を制御する制御手段と、を有するものである。
上述のように、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができるので、かかる液滴吐出ヘッドを備えたカラーフィルタ製造装置は長寿命化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した斜視図で、一部を断面で表してある。図１はフェイス吐出型の液滴吐出ヘッドを表している。また、図示は省略するが、エッジ吐出型の液滴吐出ヘッドの場合でも同様に本発明を適用することができる。
この液滴吐出ヘッド１０は、３枚の基板１、２、３を相互に接合した積層構造となっている（図２参照）。以下、それぞれの基板１、２、３の構成について詳細に説明する。

図１において、第１の基板１であるキャビティプレート１１は例えば厚さ約１４０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（このシリコン基板を含め、以下、単にシリコン基板という）で構成されている。シリコン基板に異方性ウェットエッチングをし、キャビティプレート１１の各部分である、底壁が振動板１２となる吐出室１３、各ノズルに共通に吐出する液状の材料を貯めておくためのリザーバ１４を形成する。また、ギャップ封止剤を流入させるための封止溝１５を形成する。ここで、キャビティプレート１１の下面（ガラス基板２１と対向する面）には、絶縁膜となるＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜０．１μｍをプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により成膜している。これは、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁破壊及び短絡を防止するためである。

第２の基板２となるガラス基板２１は厚さ約１ｍｍであり、図１で見るとキャビティプレート１１の下面に接合される。ここでガラス基板２１となるガラスにはホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることにする。ガラス基板２１には、キャビティプレート１１に形成される各吐出室１３に合わせ、エッチングにより深さ約０．３μｍの凹部２２が設けられる。その内部に電極２３ａ、リード部２３ｂ及び端子部２３ｃ（以下、これらを合わせてアクチュエータ電極部２３という）を設けるので、その凹部２２のパターン形状は電極部形状よりも少し大きめに作製する。本実施の形態では、凹部２２内部に設けるアクチュエータ電極部２３の材料として、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、凹部２２内に例えば０．１μｍの厚さにスパッタ法を用いて成膜する。その際、等電位接点２５となるＩＴＯパターンも同時に成膜する。したがって、振動板１２と電極２３ａとの間で形成されるギャップ（空隙）は、この凹部２２の深さ、電極２３ａ及び振動板１２を覆うＴＥＯＳ膜の厚さにより決まることになる。このギャップは吐出特性に大きく影響する。ここで、アクチュエータ電極部２３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、本実施の形態では、後述するように等電位接点２５も同時に成膜できる、透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすい等の理由でＩＴＯを用いることとする。また、ガラス基板２１には、リザーバ１４と連通する液状材料供給口２６及びギャップ部分を封止するための封止ギャップ剤を供給する封止剤供給口２７を設ける。

第３の基板３となるノズルプレート３１は例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板である。ガラス基板２１とは反対の面（図１の場合には上面）でキャビティプレート１１と接合している。ノズルプレート３１上面には、吐出室１３と連通するノズル３２が形成される。下面にはオリフィス３３を設け、吐出室１３とリザーバ１４とを連通させる。ここではノズル３２を有するノズルプレート３１を上面とし、ガラス基板２１を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズルプレート３１の方がガラス基板２１よりも下面になることが多い。

図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。図２は全体の断面図、図３は等電位接点２５部分を拡大した断面図を表している。図２において、吐出室１３は、ノズル３２から吐出させる液状材料を溜めておく。吐出室１３の底壁である振動板１２を撓ませることにより、吐出室１３内の圧力を高め、ノズル３２から液滴を吐出させる。本実施の形態では、振動板１２は、高濃度のボロンドープ層で構成されている。所望の厚さの振動板１２を形成するために、同じだけの厚さのボロンドープ層を形成する。これはアルカリ性水溶液でシリコン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。したがって、本実施の形態では吐出室１３、リザーバ１４を異方性ウェットエッチングで形成する場合に、ボロンドープ層が露出するとエッチングレートが極端に小さくなることを利用した、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板１２の厚さ、吐出室１３の容積を高精度で形成する。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。

４は、ワイヤ５を介してアクチュエータ電極部２３の端子部２３ｃと接続され、電極２３ａに電荷の供給及び停止を制御する発振回路である。発振回路４は例えば２４ｋＨｚで発振し、電極２３ａに０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。この発振回路４が駆動し、電極２３ａ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、静電気力により電極２３ａに引き寄せられて撓む。これにより吐出室１３の容積は広がる。そして、電極２３ａへの電荷供給を止めると振動板１２は元に戻るが、そのときの吐出室の容積も元に戻るから、その圧力により差分のインク滴６が吐出し、例えば記録対象となる記録紙７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。なお、キャビティプレート１１と発振回路４とについてもワイヤでキャビティプレート１１上の共通電極２０（図１参照）に接続される。また、端子部２３ｃとワイヤ５とは電極取り出し口１８を介して接続されている。また、図２において、１９はギャップ封止剤であり、上記封止溝１５、封止剤供給口２７、及びギャップ封止剤１９を合わせてギャップ封止手段と呼ぶ。

図４はガラス基板２１を上面から見た図であり、あるヘッドチップ（液滴吐出ヘッド１０）のガラス基板２１を表している。また、図５はウェハに対する複数のヘッドチップ（液滴吐出ヘッド１０）及びその等電位接点２５の配置関係を表した説明図である。
等電位接点２５は図５に示すように、各ヘッドチップに独立して設けられており、また図４に示すように、接続部２４を介して各アクチュエータ電極部２３と接続されており、陽極接合時にキャビティプレート１１とガラス基板２１上のアクチュエータ電極部２３との間を等電位にする。等電位接点２５となる部分については、ガラス基板２１の凹部２２を形成する際に同時に凹部２８をエッチングにより形成する。そして、その上に、アクチュエータ電極部２３の形成とともに導電性であるＩＴＯを０．１μｍ成膜する。すなわち、等電位接点２５は、図２、図３に示すように、凹部２８内からガラス基板２１の表面上に延設された部分を有し、この部分がガラス基板２１とキャビティプレート１１との陽極接合時の接点部２５ａとなっている。したがって、接点部２５ａはガラス基板２１の表面よりも０．１μｍだけ高くなっている。
一方、キャビティプレート１１において、この部分のＴＥＯＳ絶縁膜（０．１μｍ）１６を取り除いて窓１７を形成し、この窓１７を通じて接点部２５ａをキャビティプレート１１の主たる材料であるシリコン（すなわち、ボロンドープ面）と接触させることでガラス基板２１上のアクチュエータ電極部２３との等電位を確保する。
ダイシングライン１００は、ウェハに一体形成された複数の液滴吐出ヘッドを切り離す際のラインである。したがって、図４においてダイシングライン１００よりも右側にある部分は、完成された液滴吐出ヘッドには残らない。また、このダイシングによって等電位接点２５と各アクチュエータ電極部２３とを短絡させる接続部２４も除去されるので、等電位接点２５及び各アクチュエータ電極部２３は個々に分離される。なお、図４の液滴吐出ヘッドでは、アクチュエータ電極部２３は５つしか記載していないが、実際には１つの液滴吐出ヘッドには多くのノズル３２が存在し、その数に応じたアクチュエータ電極部が形成されている。

図６及び図７は第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図６、図７に基づいて、本発明における０．８μｍの振動板１２を有する液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドを同時形成するが、図６、図７ではその一部分だけを示している。

（ａ）まず、約１ｍｍのガラス基板６０に対し、電極部の形状パターンに合わせて０．３μｍの深さの凹部２２を形成する。等電位接点２５となる部分については、アクチュエータ電極部の凹部２２とともに凹部２８（図４参照）を同時形成する。ここで、等電位接点２５の形状については、アクチュエータ電極部とシリコン基板とを接触させて等電位にすることができればその形状は問わない。凹部２２、２８の形成後、例えばスパッタ法を用いてＩＴＯを０．１μｍの厚さのアクチュエータ電極部及び等電位接点２５を同時形成する。その状態は、例えば図４に示したとおり、各アクチュエータ電極部２３と等電位接点２５これが接続部２４で短絡した状態となっている。これにより、アクチュエータ電極部２３及び等電位接点２５が予め形成された電極ガラス基板６１が作製され、また等電位接点２５の接点部２５ａは凹部２８内より前方へ延設された状態となる。ここで、等電位接点２５部分に対応するＩＴＯとＴＥＯＳ絶縁膜１６とがそれぞれ厳密に０．１μｍの厚さに形成されていなくても、通常、スパッタ法による成膜で起こる程度の厚みの誤差範囲であれば、陽極接合により強電界が発生するため、機械的に接触していなくてもアクチュエータ電極部とシリコン基板との間では電気的な接続が確保され、等電位にすることができるので特に問題は生じない。
その後、ガラス基板２１にドリルで穴を掘り、液状材料供給口２６及び封止剤供給口２７を形成する。ただし、この時点では穴は貫通させない。（貫通させてしまうと、キャビティプレートを接合した後の工程で用いる薬液がギャップ内に入り込んでしまう）。

（ｂ）次に、（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板５０の両面を鏡面研磨し、５２５μｍの厚みの基板を作製する。そして、鏡面研磨した面（ボロンドープ層５１を形成する面）に付着している微小パーティクル（粒子等、大気中の浮遊物、人体からの発塵等）及び金属を除去するために、ＳＣ−１洗浄（アンモニア水と過酸化水素水の混合液による洗浄）とＳＣ−２洗浄（塩酸と過酸化水素水の混合液による洗浄）のコンビネーション洗浄を行う。なお、パーティクルや金属を除去できるのであれば、洗浄方法はＳＣ−１洗浄やＳＣ−２洗浄に特に限る必要はない。

次に、シリコン基板５０のボロンドープ層５１を形成する面をＢ₂Ｏ₃を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボードにセットする。そして、縦型炉にその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、そのまま温度を７時間保持し、ボロンをシリコン基板５０中に拡散させ、ボロンドープ層５１を形成する。ボロンドープ工程では、シリコン基板の投入温度を８００℃とし、シリコン基板の取り出し温度も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５１の表面にはボロン化合物（ＳｉＢ₆膜）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Ｂ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂に化学変化させることができる。Ｂ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂に化学変化させた状態で、Ｂ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂をふっ酸水溶液にてエッチング除去する。

そして、シリコン基板５０の両面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳ膜５２を、成膜時の処理温度は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２μｍ成膜する。

（ｃ）ボロンドープ面と反対面にレジストを塗布した後、ボロンドープ面側にレジストを塗布し、封止材を流し込む溝を作り込むための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ＴＥＯＳエッチングマスクをパターニングする。硫酸によるレジスト剥離後、シリコン基板５０を３５ｗ％の濃度の水酸化カリウム溶液に浸し、封止溝１５の深さが１００μｍになるまでエッチングを行う。

（ｄ）シリコン基板５０をふっ酸水溶液に浸し、両面のＴＥＯＳ膜を全面剥離する。そして、ボロンドープ面にプラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ絶縁膜１６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。
そのＴＥＯＳ絶縁膜１６に、陽極接合時にＩＴＯ電極からなる等電位接点２５が接する窓１７を開けるための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ＴＥＯＳ絶縁膜１６をパターニングする。この時レジストコートはスプレーレジストコート法により行われる。

図８はレジストコートを、（ａ）スピンコートで行った場合と（ｂ）スプレーコートで行った場合のレジストの付着状況を模式的に示したものである。
スピンコート法の場合は、基板を数千ｒｐｍで高速回転させながら数ｃｃのレジストを基板中央にノズルから吐出する。レジストは遠心力で基板面内に引き伸ばされるが、基板に段差部や溝等があると、その部分から先は引き伸ばしが難しくなる。本実施の形態では、シリコン基板５０のヘッドチップ毎に封止溝１５が形成されているため、封止溝１５のエッジ部でレジスト５３が切れてしまい、封止溝１５の部分にレジスト５３を被覆させることができない。その結果、ＴＥＯＳ絶縁膜１６のエッチング時に、封止溝周辺部のＴＥＯＳ絶縁膜１６もエッチングされてしまい、先に述べたように陽極接合後にキャビティプレートとアクチュエータ電極部が短絡して駆動不能になるなどの問題があった。

そこで、本実施の形態では、スプレーコート法を採用し、スプレーノズルをＸ、Ｙ方向にスキャンしながらスプレーノズルから約粒径１μｍ（但し、レジストの粘度により粒径は変化する）のレジストを噴霧し均一に塗布していく。なお、スプレーノズルを固定して基板側をスキャンさせてもよい。スプレーコート法は、レジストの塗布速度及び平坦性の点ではスピンコート法に劣るものの、封止溝１５のレジストコートとしてはスプレーコート法で十分満足のいく性能が得られる。すなわち、スプレーコート法の場合は、封止溝１５の内面も周辺部もほぼ均一な厚さでレジスト５３をコーティングすることができる。したがって、ＴＥＯＳ絶縁膜１６がエッチングされることはない。
また、スプレーコート法のほかにはディップコート法でもよい。ディップコート法は基板をレジストの貯槽に浸し、ゆっくり引き上げることで、基板表面にレジストをコーティングする方法であり、レジストが厚くなりやすい面もあるが封止溝のコーティングにはそれほど問題はない。

（ｅ）シリコン基板５０と電極ガラス基板６１を３６０℃に加熱した後、電極ガラス基板に負極、シリコン基板に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する。この時、電圧の昇圧レートを速くしすぎると、等電位接点２５に大電流が流れ、ＩＴＯ配線にダメージが加わってしまうため、電流が１０ｍＡを越えないように確認しながら、接合するとよい。

（ｆ）陽極接合後、シリコン基板表面を、シリコン基板の厚さが約１５０μｍになるまで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、３２ｗ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板の厚さは約１４０μｍとなる。
加工変質層除去後、全面エッチング面にＴＥＯＳエッチングマスク５４を、成膜時の処理温度は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１．５μｍ成膜する。

（ｇ）ＴＥＯＳエッチングマスク５４に吐出室１３、リザーバ１４、電極取り出し口を作り込むための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ＴＥＯＳエッチングマスク５４をパターニングする。なお、リザーバ部にはＴＥＯＳエッチングマスクを０．３μｍ程度残し、水酸化カリウム水溶液でのエッチングが遅れて始まるようにする。
接合済み基板を３５ｗ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層５１でのエッチングレート低下によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける。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、振動板の面荒れを抑制し、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。また、リザーバ部の残りＳｉ厚みは、エッチングが遅れて始まるため、約４０μｍとなる。

（ｈ）シリコンエッチングが終了したら、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板表面のＴＥＯＳエッチングマスクを剥離する。その後、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ₄流量３０ｃｍ³／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、Ｓｉマスクを用いてＲＩＥドライエッチングを５０分間行い、電極取り出し口１８部分のみにプラズマを当て、天板部５５を除去して開口する。

（ｉ）電極ガラス基板の液状材料供給口２６及び封止剤供給口２７部分にレーザ加工を施し、各供給口を貫通させる。
供給口貫通後、封止剤供給口２７にギャップ封止剤１９としてエポキシ樹脂を流し込み、ギャップを封止する。これによって、ギャップは密閉状態になる。電極取り出し口１８を開口する前にギャップを封止することで、開口時に異物やガスがギャップ内に入ることを防止することができる。

（ｊ）液状材料供給口２６とリザーバ１４を連通する穴を機械加工またはレーザ加工により貫通させる。
次に、各ヘッドチップ毎にノズル３２やオリフィス３３が予め形成されたノズルプレート７０をエポキシ系接着剤によりシリコン基板の上面に接着する。

（ｋ）最後に、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、ウェハに一体形成されている複数の液滴吐出ヘッド１０を個々に切り離して完成する。この時、陽極接合時には短絡していたＩＴＯ電極（アクチュエータ電極部及び等電位接点）は、インクキャビティ毎に分断される。

以上のように、第１の実施の形態によれば、前述のシリコン基板と電極ガラス基板を接合した後に、インクキャビティを形成する方法を用いることで、取り扱いが容易となるため、基板の割れを低減することができ、かつ基板の大口径化が可能となる。大口径化が可能となれば、一枚の基板から多くの液滴吐出ヘッドを取り出すことができるため、生産性を向上させることができる。
また、等電位をとるための窓をパターニングする際に、スプレーコート法によるレジストコートを行うので、先に形成済みの封止溝周辺部もレジストで覆うことができ、封止溝周辺部のＴＥＯＳ絶縁膜がエッチングされない。これにより、シリコンキャビティプレートとアクチュエータ電極部が短絡することを防止することができる。また、封止剤のアクチュエーター側への入り込み量を安定化させ、アクチュエータの気密不良による耐久性低下を防止することができる。
さらに、シリコン基板とガラス基板を陽極接合した後に、インクキャビティのパターニングを行うため、ガラス基板とインクキャビティとの合わせ精度が向上し、高密度化に対応することができる。

実施の形態２．
図９は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出方式（インクジェット方式）の印刷装置の主要な構成手段を表す図である。この液滴吐出印刷装置はいわゆるシリアル型の装置である。図９において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１１１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１１２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１１２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１１１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１１３により、ドラム１１１に圧着して保持される。そして、送りネジ１１４がドラム１１１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１１２が保持されている。送りネジ１１４が回転することによってに液滴吐出ヘッド１１２がドラム１１１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム１１１は、ベルト１１５等を介してモータ１１６により回転駆動される。また、プリント制御手段１１７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１１４、モータ１１６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、液滴吐出ヘッド１１２にある発振回路４を駆動させて振動板１２を振動させ、制御をしながら印刷を行わせる。

以上のように第２の実施の形態によれば、液滴吐出ヘッドを製造する工程において、封止剤を封入し、長寿命化を図った液滴吐出ヘッドを用いるようにしたので、同様に長寿命の印刷装置を得ることができる。しかも、上述の製造方法はキャビティプレートを薄く加工することができるので、振動板をさらに薄く形成することができ、ノズル、吐出室等の間隔を狭くすることができ、さらに高解像度の印刷をすることができる。

実施の形態３．
図１０は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いたＯＥＬを用いた表示パネル（以下、ＯＥＬ基板という）の製造装置を表す図である。図１０において、１２０は上述の実施の形態で説明したものと同様の液滴吐出ヘッドである。ここで、液滴吐出ヘッド１２０は３次元的に移動できるものとする。また、液滴吐出ヘッド１２０は第１の実施の形態で説明した液滴吐出ヘッドを複数つなぎ合わせたものであってもよい。

Ｙ方向駆動軸１２２にはＹ方向駆動モータ１２３が接続されている。Ｙ方向駆動モータ１２３は、例えばステッピングモータ等である。制御手段１２８からＹ軸方向の駆動信号が供給されると、Ｙ方向駆動軸１２２を回転させる。Ｙ方向駆動軸１２２が回転させられると、液滴吐出ヘッド１２０はＹ方向駆動軸１２２の方向に沿って移動する。Ｘ方向ガイド軸１２４は、基台１２７に対して動かないように固定されている。

設置台１２１は、製造すべきＯＥＬ用基板１３０を設置させるものである。設置台１２１には、ＯＥＬ用基板１３０を基準位置に固定するための機構が備えられている。設置台１２１には設置台駆動モータ１２５が備えられている。設置台駆動モータ１２５も、例えばステッピングモータ等である。制御手段１２８からＸ軸方向の駆動信号が供給されると、設置台１２１をＸ軸方向に移動させる。すなわち、設置台１２１をＸ軸方向に駆動し、液滴吐出ヘッド１２０をＹ軸方向に駆動させることで、液滴吐出ヘッド１２０をＯＥＬ用基板１３０上のいずれの場所にも自在に移動させることができる。また、ＯＥＬ用基板１３０に対する液滴吐出ヘッド１２０の相対速度も、各軸方向の駆動機構によって駆動する設置台１２１と液滴吐出ヘッド１２０の速度によって定まる。

制御手段１２８は、液滴吐出ヘッド１２０の発振回路（図示せず）を発振させるための液滴吐出用の電圧を印加し、インク吐出の制御を行う。また、Ｙ方向駆動モータ１２３には、液滴吐出ヘッド１２０のＹ軸方向の移動を制御する駆動信号を送信する。設置台駆動モータ１２５には設置台１２１のＸ軸方向の移動を制御する駆動信号を送信する。

クリーニング機構部１２６は、液滴吐出ヘッド１２０を清掃する清掃用布を備えている。特に図示していないが、クリーニング機構部１２６にもＸ方向駆動モータが備えられている。そして、このＸ方向駆動モータを駆動することにより、クリーニング機構１２６は、Ｘ方向ガイド軸１２４に沿って移動する。このクリーニング機構１２６の移動も制御手段１２８によって制御される。ヒータ１２９は、照明の照射によりＯＥＬ用基板１３０を加熱し、インクの蒸発、乾燥等を行う。このヒータ１２９の照明の照射に関する制御も制御手段１２８が行う。

なお、本実施の形態では、液滴吐出ヘッド１２０はＹ軸方向にしか移動せず、Ｘ軸方向については設置台１２１が移動するようにした。これを逆にしてもよいし、また、液滴吐出ヘッド１２０又は設置台１２１のどちらか一方又は双方がＸ軸方向及びＹ軸方向の双方に移動できるようにしてもよい。

次に、本発明に係る部分のＯＥＬ基板の製造について説明する。ＯＥＬに発光層等を形成する方法として、例えば発光材料を蒸着させる方法も採ることができる。ただ、液滴吐出方式でＯＥＬ基板の製造を行うと、電界発光素子となる高分子有機化合物の塗布とパターニングとが一度で行える。また目的の位置に直接吐出するので、電界発光素子となる有機化合物を無駄にせず必要最小限の量を吐出するだけですむ。

そこで本実施の形態では、例えばガラス等の透明基板上にＩＴＯ電極、正孔注入層及び正孔輸送層を形成した後、例えば、赤、緑、青に発光する発光材料を溶媒に溶かした溶液を液滴吐出ヘッド１２０から基板上に吐出し、塗布する。そして、その溶液の溶媒を蒸発させて発光層を形成するようにする（通常は、加法原色の３色である赤、緑、青の発光材料を用いるので、以下はこれらの発光材料を念頭に説明するが、これに限定されるものではない）。ここで赤の発光層となる部分には、ローダミンＢをドープしたＰＰＶ（ポリ（ｐ・フェニレンビニレン））のキシレン溶液を用いる。また緑の発光層となる部分にはＭＥＨ・ＰＰＶのキシレン溶液を用いる。さらに青の発光層となる部分にはクマリンをドープしたＰＰＶのキシレン溶液を用いる。ここで、赤、青又は緑の発光層に用いる有機化合物及び溶液はさまざまあるので、特に上記に示したものでなくてもよい。また、中間色を発色するような材料を用いてもよい。

そして、電子注入層として例えばＰＰＶを溶媒に溶かして塗布した後にコーティング乾燥する。その後、例えばアルミニウムリチウム合金の陰極電極をパターニングして、ＯＥＬ基板を作製する。

以上のように第３の実施の形態によれば、液滴吐出方式のＯＥＬ基板製造装置を構成したので、真空蒸着等の高度の技術を用いなくても容易に基板を製造することができる。また、液滴吐出ヘッドを製造する工程において、封止剤を封入し、長寿命化を図った液滴吐出ヘッドを用いるようにしたので、同様に長寿命のＯＥＬ基板製造装置を得ることができる。しかも、上述の製造方法はキャビティプレートを薄く加工することができるので、振動板をさらに薄く形成することができ、ノズル、吐出室等の間隔を狭くすることができ、さらに高解像度のＯＥＬ基板を製造することができる。

実施の形態４．
上述の第３の実施の形態では、第１の実施の形態のような液滴吐出ヘッドをＯＥＬ基板の製造装置に利用することについて説明した。ただ、本発明はこれに限定されるものではない。ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）等、他のバイオ、ウィルス等の生体化学に関する分子（生体分子）のマイクロアレイ、物質検査のマイクロアレイ等を製造、検査等をするスポッタ等の装置にも利用することもできる。また、カラーフィルタを形成するための化合物を含む溶液、染料の吐出等、他のあらゆる工業用途、家庭用途に、上述の実施の形態のように製造した液滴吐出ヘッドを用いた印刷装置、記録装置を用いることができる。

液滴吐出ヘッドを分解して表した図。 液滴吐出ヘッドの断面図。 等電位接点部の拡大断面図。 ガラス基板を上面から見た図。 ウェハと複数のヘッドチップ及び等電位接点の配置関係を表した図。 液滴吐出ヘッドの製造工程図。 図６に続く製造工程図。 レジストの付着状況をスピンコート、スプレーコートの場合で比較した図。 液滴吐出印刷装置の主要な構成手段を表す図。 液滴吐出ヘッドを用いた製造装置の例を表す図。

符号の説明

１ 第１の基板、２ 第２の基板、３ 第３の基板、４ 発振回路、５ ワイヤ、６ インク滴、７ 記録紙、１０ 液滴吐出ヘッド、１１ キャビティプレート、１２ 振動板、１３ 吐出室、１４ リザーバ、１５ 封止溝、１６ ＴＥＯＳ絶縁膜、１７ 窓、１８ 電極取り出し口、１９ ギャップ封止剤、２０ 共通電極、２１ ガラス基板、２２ 凹部、２３ アクチュエータ電極部、２３ａ 電極、２３ｂ リード部、２３ｃ 端子部、２４ 接続部、２５ 等電位接点、２５ａ 等電位接点の接点部、２６ 液状材料供給口、２７ 封止剤供給口、２８ 凹部、３１ ノズルプレート、３２ ノズル、３３ オリフィス、５０ シリコン基板、５１ ボロンドープ層、５２ ＴＥＯＳ膜、５３ レジスト、５４ ＴＥＯＳエッチングマスク、５５ 天板部、６０ ガラス基板、６１ 電極ガラス基板、７０ ノズルプレート、１００ ダイシングライン、１１０ プリント紙、１１１ ドラム、１１２ 液滴吐出ヘッド、１１３ 紙圧着ローラ、１１４ 送りネジ、１１５ ベルト、１１６ モータ、１１７ プリント制御手段、１２０ 液滴吐出ヘッド、１２１ 設置台、１２２ Ｙ方向駆動軸、１２３ Ｙ方向駆動モータ、１２４ Ｘ方向ガイド軸、１２５ 設置台駆動モータ、１２６ クリーニング機構部、１２７ 基台、１２８ 制御手段、１２９ ヒータ、１３０ ＯＥＬ用基板

Claims (15)

1. シリコン基板からなる第１の基板と、ガラス基板からなり、予め該ガラス基板上にアクチュエータ電極部を形成した第２の基板とを陽極接合した後に、前記第１の基板の厚みを減らして少なくとも振動板を形成する製造方法であって、陽極接合前に、
   前記アクチュエータ電極部と短絡する等電位接点を前記第２の基板に形成する工程と、
   前記等電位接点が前記第１の基板に接触する窓を該第１の基板の絶縁膜に形成する工程と、
   を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
2. シリコン基板からなる第１の基板と、ガラス基板からなり、予め該ガラス基板上にアクチュエータ電極部を形成した第２の基板とを陽極接合した後に、前記第１の基板の厚みを減らして少なくとも振動板を形成する製造方法であって、陽極接合前に、
   前記アクチュエータ電極部と短絡する等電位接点を前記第２の基板に形成する工程と、
   前記等電位接点が前記第１の基板に接触する窓を該第１の基板の絶縁膜に形成する工程と、
   前記アクチュエータ電極部と前記振動板との間のギャップを封止するための封止溝を前記第１の基板に形成する工程と、
   前記封止溝にギャップ封止剤を供給する工程と、
   を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
3. ヘッドチップ毎に前記等電位接点を設けることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記第１の基板の絶縁膜に前記窓を形成する際のレジストコート方法として、スプレーコート法を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記等電位接点及び前記アクチュエータ電極部は、同じＩＴＯ材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記ヘッドチップ毎に切り離す際、前記等電位接点及び前記アクチュエータ電極部の短絡を絶つことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. ノズルプレートと、キャビティプレートと、電極ガラス基板とを相互に接合した積層構造を有するものであって、
   シリコン基板からなる前記キャビティプレートと前記電極ガラス基板とが陽極接合されており、前記電極ガラス基板上に設けられた等電位接点が前記キャビティプレートの絶縁膜に開口された窓を通じて該キャビティプレートに直接接触してなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 前記等電位接点は、前記電極ガラス基板に設けられた凹部内よりそのガラス基板面に延設してなることを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッド。
9. 前記等電位接点及び前記アクチュエータ電極部は、同じ導電性材料で形成され、ほぼ同じ厚みを有することを特徴とする請求項７または８記載の液滴吐出ヘッド。
10. 前記キャビティプレートに封止溝を設け、前記電極ガラス基板に設けられた供給口を通じてギャップ封止剤を充填してなることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
11. 請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、
    該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、
    ヘッド位置制御信号に基づいて前記液滴吐出ヘッドを移動させる走査駆動手段と、
    記録対象となる記録部材と前記液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段と、
    を有することを特徴とする液滴吐出記録装置。
12. 請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、
    該液滴吐出ヘッドに発光材料を含む溶液を供給する材料供給手段と、
    位置制御信号に基づいてノズルから電界発光基板に向けての前記溶液の吐出を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする電界発光基板製造装置。
13. 前記発光材料は、有機化合物であることを特徴とする請求項１２記載の電界発光基板製造装置。
14. 請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、
    該液滴吐出ヘッドとマイクロアレイ基板とを相対的に移動させる駆動手段と、
    前記液滴吐出ヘッドが有するノズルからマイクロアレイ群に向けての生体分子を含む液体の吐出を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とするマイクロアレイ製造装置。
15. 請求項７乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、
    該液滴吐出ヘッドにカラーフィルタを形成させる溶液を供給する材料供給手段と、
    位置制御信号に基づいてノズルからカラーフィルタ基板に向けての前記溶液の吐出を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
    

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