JP2007069478A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧をかけたときの発生圧力が高く、絶縁耐性に優れた絶縁膜を備えた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】 シリコン基板２ａにボロン拡散層１２ａを形成し、ボロン拡散層１２ａを振動板１２として形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、ボロン拡散層１２ａを形成した後、シリコン基板１２ａを酸化して酸化膜（Ｂ₂Ｏ₃層４１）を形成する工程と、酸化膜をエッチングにより剥離する工程と、酸化膜を剥離した後、ボロン拡散層１２ａを平滑化する工程と、ボロン拡散層１２ａに絶縁膜１６を形成する工程とを有することを特徴とする。また、ボロン拡散層１２ａを形成した後、ボロン拡散層１２ａを平滑化する工程と、ボロン拡散層１２ａに絶縁膜１６を形成する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、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、特に絶縁信頼性及び発生圧力を向上させた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。

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の中には、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がある。さらに、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がある。

静電駆動方式のインクジェット記録装置では、振動板と個別電極とを帯電させることによって振動板を個別電極側に吸引して撓ませ、その反動を利用してインク液滴を吐出するようになっている。このように小型の装置において２つのもの（振動板及び個別電極）を帯電させることにより、駆動を行う機構を一般的に静電アクチュエータと呼んでいる。インクジェット記録装置等の静電アクチュエータを適用した装置では、一般的に帯電した２つのもの（振動板及び個別電極）の間に、絶縁破壊やショート等を防止するための絶縁膜を形成するようになっている。

従来、「振動板と該振動板とギャップを介して接合された電極基板上に前記振動板に対向して設けられた個別電極を有し、前記振動板と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させる静電型アクチュエータであって、短辺と長辺の長方形で構成された前記振動板と個別電極との間に空隙を形成しているギャップを有し、該ギャップの短辺は凹形状であって、かつ、少なくとも二つ以上のギャップ長を持つ階段状に形成されていることを特徴とする」静電アクチュエータ及びその製造方法が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この静電アクチュエータ及びその製造方法では、振動板を駆動するための個別電極を階段状に形成し、絶縁破壊やショートを防止するための絶縁膜を個別電極上に形成していた。また絶縁膜の材料として、酸化シリコンや窒化シリコンを用いていた。

また「半導体基板上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の単体膜からなる絶縁膜、もしくはこれらの単体膜のうちの選択された２以上の膜の積層膜からなる絶縁膜を化学気相成長法により堆積する工程と、前記絶縁膜に対して、酸素原子を含む雰囲気中においてプラズマ処理を施す工程とからなる」半導体装置の製造方法が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。この半導体装置の製造方法では、電界効果型トランジシタのゲート絶縁膜の材料として、酸化シリコンや窒化シリコンの他に酸窒化シリコンを用い、これをプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で形成するようにしていた。

さらに、「ウエハ上に堆積された第１絶縁膜に配線開口部を形成する工程と、前記配線開口部内に、銅の拡散に対してバリア性を有する第１導体膜及び銅を主成分とする第２導体膜を含む配線を形成する工程と、前記第１絶縁膜及び配線上に、前記第１導体膜を酸化から保護する第２絶縁膜を堆積した後、前記第２絶縁膜上に、酸素を含むガスを用いた化学気相成長法成によって第３絶縁膜を堆積する工程とからなる」半導体装置の製造方法が開示されている（たとえば、特許文献３参照）。この半導体装置の製造方法では、上述の半導体装置の製造方法と同様に、電界効果型トランジシタのゲート絶縁膜の材料として、酸化シリコンや窒化シリコンの他に酸窒化シリコンを用い、これをプラズマＣＶＤで形成するようにしていた。

特開２０００−３１８１５５号公報（第２頁、図２） 特開２００４−１５３０３７号公報（第２頁） 特開２００３−１４２５７９号公報（第２頁）

特許文献１に記載の静電アクチュエータ及びその製造方法では、絶縁膜の材料として酸化シリコンや窒化シリコンを用いているが、絶縁膜の材料として、たとえば酸化シリコンを用いた場合、同じ電圧をかけたときの発生圧力や絶縁耐性の値は製造方法によってバラツキはあるもののほぼ一定となってしまい、これ以上の発生圧力及び絶縁耐性の向上が望めないものであった。また、絶縁膜の材料として、たとえば窒化シリコン膜を用いた場合には、シリコンからなるキャビティ基板とホウ珪酸ガラスからなる電極基板とを陽極接合したときに、十分な接合強度が得られないという問題点があった。

特許文献２及び特許文献３に記載の半導体の製造方法では、ゲート酸化膜の材料として酸窒化シリコンを用いているが、これをそのまま静電アクチュエータの絶縁膜に適用すると、発生圧力を上げることと、絶縁耐性を上げることを両立させるのが困難であるという問題点があった。また、絶縁膜の材料として酸窒化シリコン膜を用いた場合には、シリコンからなるキャビティ基板とホウ珪酸ガラスからなる電極基板を陽極接合したときに、十分な接合強度が得られないという問題点もあった。

本発明は、電圧をかけたときの発生圧力が高く、絶縁耐性に優れた絶縁膜を備えた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。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板にボロン拡散層を形成し、該ボロン拡散層を振動板として形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、ボロン拡散層を形成した後、該シリコン基板を酸化して酸化膜を形成する工程と、酸化膜をエッチングにより剥離する工程と、酸化膜を剥離した後、ボロン拡散層を平滑化する工程と、ボロン拡散層に絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする。

シリコン基板に形成したボロン拡散層を平滑化して、基板表面荒れを低減することによって、ボロン拡散層に形成する絶縁膜の絶縁耐圧が向上する。すなわち、ボロン拡散層には、基板表面に粗さ（基板表面荒れ）が残っており、その基板表面荒れにより絶縁膜が均一に形成できなかったのである。したがって、その基板表面荒れを低減することで、絶縁膜を均一に成膜でき、絶縁膜の絶縁耐圧を向上するとともに、発生圧力（液滴の吐出パワー）の向上を可能としている。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板にボロン拡散層を形成し、該ボロン拡散層を振動板として形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、ボロン拡散層を形成した後、該ボロン拡散層を平滑化する工程と、該ボロン拡散層に絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする。酸化膜を形成する工程を省略するようにしているので、上述のような効果とともに、製造工程を簡素化することもできる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ボロン拡散層の基板表面荒れを２ｎｍ以下にまで平滑にすることを特徴とする。ボロン拡散層の基板表面荒れを２ｎｍ以下にまで平滑化することで、その後に形成される絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることができる。すなわち、基板表面荒れが２ｎｍ以下である場合に、良好な絶縁耐圧を得ることができることが分かっているので、その絶縁耐圧を得られるようになる厚さまでボロン拡散層を平滑化するのである。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ボロン拡散層の平滑化を、ドライポリッシュにより行うことを特徴とする。すなわち、ボロン拡散層を、ドライポリッシュにより研磨することで平滑化しているのである。こうすることで、何ら新しい装置を用いることなく、ボロン拡散層を平滑化することができる。したがって、作業効率が高くなるとともに、コストパフォーマンスの高い液滴吐出ヘッドの製造方法が提供できる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ボロン拡散層の平滑化を、ミラーポリッシュにより行うことを特徴とする。すなわち、ボロン拡散層を、ミラーポリッシュにより研磨することで平滑化しているのである。こうすることで、何ら新しい装置を用いることなく、ボロン拡散層を平滑化することができる。したがって、作業効率が高くなるとともに、コストパフォーマンスの高い液滴吐出ヘッドの製造方法が提供できる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ボロン拡散層の平滑化を、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）により行うことを特徴とする。すなわち、ボロン拡散層を、上述のような研磨ではなく、ＲＩＥにより平滑化しているのである。こうすることで、何ら新しい装置を用いることなく、ボロン拡散層を平滑化することができる。したがって、作業効率が高くなるとともに、コストパフォーマンスの高い液滴吐出ヘッドの製造方法が提供できる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、絶縁膜は、少なくとも酸化シリコンよりも比誘電率が高い物質で形成することを特徴とする。こうすることにより、酸化シリコンで形成した絶縁膜に比べて、同じ電圧を印可したときの発生圧力を高くすることが可能となる。したがって、発生圧力が高くなれば、インク等の液滴の吐出パワーも高くなり、吐出性能に優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、絶縁膜を、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケート、酸窒化ハフニウムシリケート、窒化シリコン、ハフニウム−アルミニウム酸化物、ダイヤモンド、酸化ジルコニウムのいずれかで形成することを特徴とする。これらは、いずれも酸化シリコンよりも比誘電率が高い物質であるので、酸化シリコンに印加する電圧と同じ電圧を印可したときの発生圧力を酸化シリコンよりも高くすることが可能となる。

本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を含むことを特徴とする。したがって、上記のいずれかの液滴吐出ヘッドの製造方法で製造方法された液滴吐出ヘッドが搭載されているため、上記のような効果を得ることが可能となる。さらに、製造工程の簡素化、コストパフォーマンスのよい液滴吐出装置を提供することが可能となる。

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。
図１は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１００の分解斜視図であり、図２は、液滴吐出ヘッド１００の要部の断面を示す縦断面図である。なお、この液滴吐出ヘッド１００は、静電気力により駆動される静電駆動方式の静電アクチュエータの代表として、ノズル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表している。

図１に示すように、液滴吐出ヘッド１００は、シリコン製のキャビティ基板２を電極基板１とシリコン製のノズル基板３とが上下から挟む構造になっている。そして、この液滴吐出ヘッド１００は、電極基板１、キャビティ基板２、ノズル基板３の順に積層接合して構成されている３層構造である。なお、ここでは液滴吐出ヘッド１００が３層構造である場合を例に説明するが、これに限定するものではなく、４層構造であってもよい。

［ノズル基板３］
ノズル基板３は、たとえば厚さ１００μｍ（マイクロメートル）のシリコン基板からなり、複数のノズル孔３２が形成されている。このノズル孔３２は、キャビティ基板２との接合面の反対面に開口するように形成されている。また、このノズル基板３には、細溝状のオリフィス３１が形成されている。このオリフィス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３１は、ノズル基板３ではなく、キャビティ基板２に形成するようにしてもよい。

図２に示すように、ノズル孔３２を２段に形成して液滴を吐出する際の直進性を向上させるようにしている。また、電極基板１、キャビティ基板２及びノズル基板３を接合するときに、シリコンからなる基板とホウ珪酸ガラスからなる基板を接合する場合は陽極接合により、シリコンからなる基板同士を接合する場合は直接接合によって接合することができる。また、シリコンからなる基板同士は、接着剤を用いて接合することもできる。なお、ノズル基板３をシリコン製に限定するものでない。たとえば、ノズル基板３をホウ珪酸ガラス等で形成してもよい。

［キャビティ基板２］
キャビティ基板２は、たとえば厚さ約５０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板と称する）で形成されている。このシリコン基板にドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれかあるいは双方を行い、底壁が振動板１２を形成する吐出室１３が複数形成される。この複数の吐出室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が形成される。この液滴吐出ヘッド１００では、リザーバ１４が単一の凹部から形成されている場合を例に示している。なお、キャビティ基板２には、図示省略の駆動回路が接続されるようになっている。この駆動回路は、ドライバＩＣ等の集積回路で構成するのが好ましい。また、この駆動回路が、液滴吐出ヘッド１００の内部に備えられていてもよく、外部に備えられていてもよい。

キャビティ基板２の電極基板１が接合される側の面には、絶縁膜１６が形成されている。ここでは、酸化アルミニウム（アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃））を成膜して絶縁膜１６を形成している場合を示すものとする。この絶縁膜１６は、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ装置を用いて成膜するようになっている。たとえば、絶縁膜１６は、ＥＣＲスパッタ装置で厚さ０．０８μｍ程度に成膜される。

この絶縁膜１６は、液滴吐出ヘッド１００の駆動時の絶縁破壊やショート（短絡）を防止するために形成されるものである。実施の形態では、絶縁膜１６の形成にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いた場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、絶縁性能が向上する物質であればよい。なお、この絶縁膜１６については後に詳述する（図３参照）。

振動板１２は、高濃度のボロン拡散層で形成するとよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板１２の部分を高濃度のボロン拡散層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室１３を形成する際に、ボロン拡散層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板１２を所望の厚さに形成することができる。つまり、ボロン拡散層を熱拡散により形成し、このボロン拡散層をエッチングストップ層とし、ウェットエッチングを用いて所望の厚さ（たとえば、０．６μｍ）の振動板１２を形成することができるのである。

［電極基板１］
キャビティ基板２の振動板１２側には、たとえばホウ珪酸ガラスからなる電極基板１が接合されるようになっている。ここでは、電極基板１がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、これに限定するものではない。たとえば、電極基板１を単結晶シリコンで形成してもよい。電極基板１には、振動板１２と対向する複数の個別電極１７（対向電極）が形成されている。この個別電極１７は、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）をＥＣＲスパッタ装置で０．１μｍの厚さに作製するとよい。

また、電極基板１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、電極基板１には、各個別電極１７を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状の空間部２１（ギャップ）がパターン形成されている。

この空間部２１は、各振動板１２に対向する位置に細長い一定の深さを有するように形成されている。なお、この空間部２１は、電極基板１に凹部を形成する他に、キャビティ基板２に凹部を形成したり、スペーサを挟むことによって設けることも可能である。また、キャビティ基板２が単結晶シリコンからなり、電極基板１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１との接合を陽極接合によって行うこと一般的となっている。

個別電極１７は、その一端が図示省略の駆動回路と接続されており、この駆動回路から駆動信号が供給されるようになっている。この個別電極１７は、一定の間隔の隙間をもって振動板１２に対向しており、空間部２１の底面に沿って電極基板１の末端（電極取出部２７）まで伸びている。そして、この個別電極１７は、電極取出部２７で駆動回路と接続されるようになっている。

次に、液滴吐出ヘッド１００の動作について説明する。液滴吐出ヘッド１００のキャビティ基板２と各個別電極１７とには、上述したように、図示省略の駆動回路が接続されている。そして、この駆動回路によりキャビティ基板２と個別電極１７との間にパルス電圧が印加される。そうすると、キャビティ基板２と個別電極１７との間に電位差が生じ、静電気力が発生する。そのために、振動板１２が個別電極１７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。その後、キャビティ基板２と個別電極１７との間に印加されていたパルス電圧がなくなると、振動板１２が元の状態位置に復元して吐出室１３の内部の圧力が高くなり、ノズル孔３２からインク液滴が吐出される。

図３は、キャビティ基板２の断面を拡大した詳細断面図である。上述したように、キャビティ基板２の電極基板１が接合される側の面には、厚さ０．０８μｍの絶縁膜１６が形成されている。上述したように、振動板１２をボロン拡散層で形成し、その振動板１２の表面（キャビティ基板２の電極基板１が接合される面）にＥＣＲスパッタ装置で絶縁膜１６を形成するようにしている。ここでは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）で絶縁膜１６を形成している。

絶縁膜１６は、一般的に酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）で形成されることが多い。しかしながら、ここでは、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）ではなく、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）で絶縁膜１６を形成している場合を示している。それは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）に比べて比誘電率が高いからである。したがって、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）に比べて比誘電率が高い物質で絶縁膜１６を形成すればよく、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）で形成するものに限定するものではない。

たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）に比べて比誘電率が高い物質として、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）や酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＮ）、酸窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ハフニウム−アルミニウム酸化物（ＨｆＡｌＯ_x）、ダイヤモンド、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等が存在する。これらの物質は、一般的にＨｉｇｈ−ｋ材と呼ばれる絶縁材料であり、酸化シリコンよりも比誘電率が高いものである。したがって、これらの物質を用いて絶縁膜１６を形成してもよい。なお、絶縁耐性が低く実際の適用は困難であるが、圧電材料（ＰＺＴ）やバリウム−チタン酸化物（ＢａＴｉＯ₃ ）等の強誘電体を用いて絶縁膜１６を形成することも考えられる。また、絶縁膜１６を、高誘電率膜と酸化シリコン膜の２層構造としてもよい。

図４は、基板表面荒れ（Ｒｍａｘ）の異なる複数のサンプルの絶縁耐圧を示す説明図である。ここでは、振動板１２の基板表面荒れの違いで各サンプルを決定している。この基板表面荒れとは、振動板１２を形成するボロン拡散層の表面粗さ（すなわち、絶縁膜１６を成膜する前段階での表面粗さ）のことである。図４において、サンプル１〜サンプル８は、基板表面荒れが４ｎｍ以上であることを示しており、サンプル９及びサンプル１０は、基板表面荒れが２ｎｍ以下であることを示している。

そして、この基板表面荒れの違いに応じて、絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）が変化することが分かる。このＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｚｅｒｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）とは、瞬間における絶縁破壊強度のことを表しており、単位はＭＶ（メガボルト）／ｃｍである。図４に示すように、基板表面荒れの大きいものほど絶縁耐圧が低く、基板表面荒れの小さいものほど絶縁耐圧が大きいことがわかる。すなわち、基板表面荒れの大きいサンプル１〜サンプル８は、絶縁耐圧が低く（３．００ＭＶ／ｃｍ前後）、基板表面荒れの小さいサンプル９及びサンプル１０は、絶縁耐圧が高く（７．００ＭＶ／ｃｍ以上）なっているのである。

このような、振動板１２の基板表面荒れは、ボロン拡散層を形成する際に発生していると考えられる。それは、今まではボロン拡散層に表面荒れが生じた状態（換言すると、ボロン拡散層を何もしない状態）のままで絶縁膜１６を成膜していたので、絶縁膜１６を均一の厚さに成膜できていなかったからである。したがって、ボロン拡散層の基板表面荒れによって、厚い部分と薄い部分とを有する絶縁膜１６が形成されてしまい、その結果として絶縁耐圧に変化が生じてしまっていた。そこで、本発明は、ボロンを熱拡散した後に、ボロン拡散層を平滑化することで、ボロン拡散層の基板表面荒れが２ｎｍ以下になるようにしたのである。

次に、キャビティ基板２に絶縁膜１６を成膜するまでの製造工程について説明する。
図５は、キャビティ基板２に絶縁膜１６を成膜する製造工程の一例を示す断面工程図である。まず、液滴吐出ヘッド１００のキャビティ基板２となる一面が研磨された厚さ５２５μｍのシリコン基板２ａを用意する。シリコン基板２ａの研磨された面にボロンを高濃度に拡散する（ａ）。そうすると、シリコン基板２ａ表面にボロンの熱拡散によりＳｉＢ₆ 層４０が生ずる。

次に、このＳｉＢ₆ 層４０を除去するためにＳｉＢ₆ 層４０を酸化する（ｂ）。ＳｉＢ₆ 層４０を酸化反応させると、Ｂ₂Ｏ₃層４１が生じる。このように、ＳｉＢ₆ 層４０を酸化反応させるのは、ＳｉＢ₆ 層４０のままではウェットエッチングによりＳｉＢ₆ 層４０を取り除くことができないからである。そして、Ｂ₂Ｏ₃層４１が形成されたのを確認して、Ｂ₂Ｏ₃層４１をウェットエッチングによって剥離する（ｃ）。従来は、このＢ₂Ｏ₃層４１が剥離された状態で絶縁膜１６を形成していた。

ここでは、Ｂ₂Ｏ₃層４１を剥離して絶縁膜１６を形成する前に、ボロン拡散層１２ａを平滑化するようにした（ｄ）。Ｂ₂Ｏ₃層４１剥離後の基板（すなわち、ボロン拡散層１２ａ）に対して、ドライポリッシングやミラーポリッシング等の研磨、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）等によってボロン拡散層１２ａを平滑化して、基板表面荒れを２ｎｍ以下に低減する。その後、絶縁膜１６を形成する（ｅ）。この絶縁膜１６は、上述したようにアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなり、厚さ約０．１μｍとして形成されているものとする。こうすることにより、絶縁膜１６の絶縁耐圧が向上する（図４参照）。なお、絶縁膜１６の形成は、プラズマＣＶＤ装置により行うとよい。

図６は、キャビティ基板２に絶縁膜１６を成膜する製造工程の他の一例を示す断面工程図である。まず、液滴吐出ヘッド１００のキャビティ基板２となる一面が研磨された厚さ５２５μｍのシリコン基板２ａを用意する。シリコン基板２ａの研磨された面にボロンを高濃度に拡散する（ａ）。ここまでは、上記の製造工程と変わらない。次に、このＳｉＢ₆ 層４０を酸化するのではなく、このＳｉＢ₆ 層４０をドライポリッシングやミラーポリッシング等の研磨、ＲＩＥ等によって除去し、ボロン拡散層１２ａ表面の平滑化を行うようにした（ｂ）。

こうすることによって、ＳｉＢ₆ 層４０の除去とボロン拡散層１２ａ表面の平滑化とを同時に行うようにしている。なお、ボロン拡散層１２ａの基板表面荒れを２ｎｍ以下になるまで平滑化を行う。その後、絶縁膜１６を形成する（ｃ）。この絶縁膜１６は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなり、厚さ約０．１μｍとして形成されているものとする。こうすることにより、絶縁膜１６の絶縁耐圧（ＴＺＤＢ）が向上する（図４参照）。また、ＳｉＢ₆ 層４０の除去とボロン拡散層１２ａ表面の平滑化とを同時に行うので、製造工程を簡素化することも可能となる。

図７は、電極基板１の製造工程を示す断面工程図である。液滴吐出ヘッド１００の電極基板１となる硼珪酸ガラス製の厚さ１ｍｍのガラス基板１ａの上面（表側表面）にＣｒ／Ａｕ膜５１（クロム・金合金膜）をＥＣＲスパッタ装置により形成する（ａ）。次に、フォトリソグラフィー（ステッパーやマスクアライナー等）により空間部２１に対応する形状にＣｒ／Ａｕ膜５１をパターニングし、エッチングによりＣｒ／Ａｕ膜５１の空間部２１に対応する部分を除去する（ｂ）。そして、Ｃｒ／Ａｕ膜５１をエッチングマスクとして、フッ酸水溶液でガラス基板１ａをエッチングして空間部２１を形成する（ｃ）。

その後、Ｃｒ／Ａｕ膜５１をエッチングによりすべて除去する（ｄ）。Ｃｒ／Ａｕ膜５１を除去したら、上面全体にＩＴＯ膜１７ａをＥＣＲスパッタ装置により成膜する（ｅ）。次に、フォトリソグラフィー（ステッパーやマスクアライナー等）によりＩＴＯ膜１７ａに個別電極１７に対応する形状をパターニングし、個別電極１７となる部分以外のＩＴＯ膜１７ａをエッチングにより除去して個別電極１７を形成する（ｆ）。そして、インク供給孔１８を形成する部分をダイヤモンドドリルで穿孔してインク供給孔１８を形成する（ｇ）。

図８及び図９は、シリコン基板２ａとガラス基板１ａとを製造接合する工程及びそれ以降の製造工程を示す断面工程図である。図５あるいは図６で示したボロン拡散層１２ａ及び絶縁膜１６を形成したシリコン基板２ａと、図７の工程で示したインク供給孔１８を形成したガラス基板１ａとを準備する（ａ）。そして、シリコン基板２ａとガラス基板１ａとの間に電圧をかけて陽極接合し、接合基板６１を作成する（ｂ）。

次に、シリコン基板２ａの上面（表側表面）をグラインダーで研削して厚さを約１５０μｍにする。このとき、基板の表面には中心から放物線を描く研削跡が残り、その表面荒れは０．１μｍ程度である。続いて、３２重量％、８０℃の水酸化カリウム水溶液でシリコン基板２ａの上面全体をエッチングし、機械加工（グラインダーで研削）で発生した加工変質層を除去する（ｃ）。このエッチングによってシリコン基板２ａ表面は荒れてしまうことになるが、シリコン基板２ａの表面荒れは１μｍ程度であることから後工程のノズルプレート接着に問題はない。

続いて、接合基板６１のシリコン基板２ａの表面に、ＣＶＤ装置によって厚さ１μｍのＳｉＯ₂ 膜６２（酸化シリコン膜）を形成する（ｄ）。その後、ＳｉＯ₂ 膜６２の吐出室１３に対応する部分１３ａ、リザーバ１４に対応する部分１４ａ及び電極取り出し部２７に対応する部分２７ａをフォトリソグラフィー（ステッパーやマスクアライナー等）によりパターニングし、これらの部分のＳｉＯ₂ 膜６２をエッチングにより除去する（ｅ）。なお、リザーバ１４となる部分１４ａのＳｉＯ₂ 膜６２は完全に除去しないようにハーフエッチングする。

それから、接合基板６１を３５重量％、８０℃の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室１３、電極取り出し部２７を途中までエッチングする。そして、リザーバ１４に残したフッ酸水溶液でＳｉＯ₂ 膜６２を除去し、３５重量％、８０℃の水酸化カリウム水溶液でエッチングを継続する。こうして、ボロン拡散層１２ａがエッチングされずに残り、吐出室１３の底面のボロン拡散層１２ａは振動板１２となるようになっている。一方、エッチングのスタートを遅らせたリザーバ１４は、ボロン拡散層１２ａまでエッチングが進行せずに、底部となるシリコンを厚く残すことができる（ｆ）。それから、接合基板６１をフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板２ａの表面に残るＳｉＯ₂ 膜６２をすべて除去する（ｇ）。

ここまでの工程では、キャビティ基板２と電極基板１との間に形成された空間部２１は完全に密閉されているため、途中工程の処理液が空間部２１内（すなわち、アクチュエータ内部）に入り込むということはない。そして、電極取り出し部２７に残るボロン拡散層１２ａと絶縁膜１６である薄膜と除去するために、電極取り出し部２７を開口したメタルマスクをキャビティ基板２に重ねて、ボロン拡散層１２ａと絶縁膜１６をドライエッチングで除去する（ｈ）。

次に、封止材２８を電極取り出し部２７の開口部からキャビティ基板２と電極基板１との間に形成されている空間部２１（ギャップ）を塞ぐように塗布し、アクチュエータを封止する（ｉ）。それから、キャビティ基板２の上面（表側表面）にノズル基板３を接合剤でする（ｊ）。最後に、ダイシングして不要な部分除去することで液滴吐出ヘッド１００が完成する（ｋ）。

図１０は、実施の形態で製造した液滴吐出ヘッド１００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。この液滴吐出装置１５０は、一般的なインクジェットプリンタである。液滴吐出装置１５０に搭載される液滴吐出ヘッド１００は、上述したように、キャビティ基板２の振動板１２を作製する際に、ボロン拡散層１２ａ表面を平滑化するので、絶縁信頼性及び発生圧力を高いものとすることができる。

なお、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１００は、図１０に示した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可能である。また、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において変形可能である。たとえば、静電アクチュエータを用いたマイクロポンプやミラーデバイス等のＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスの製造にも応用することができる。さらに、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法で製造される液滴吐出ヘッド１００が３層構造である場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、４層構造であってもよい。

本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 液滴吐出ヘッドの要部の断面を示す縦断面図である。 キャビティ基板の断面を拡大した詳細断面図である。 基板表面荒れの異なる複数のサンプルの絶縁耐圧を示す説明図である。 絶縁膜を成膜する製造工程の一例を示す断面工程図である。 絶縁膜を成膜する製造工程の他の一例を示す断面工程図である。 電極基板の製造工程を示す断面工程図である。 シリコン基板とガラス基板とを接合する製造工程を示す断面工程図である。 シリコン基板及びガラス基板の接合以降の工程を示す断面工程図である。 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

１ 電極基板、１ａ ガラス基板、２ キャビティ基板、２ａ シリコン基板、３ ノズル基板、１２ 振動板、１２ａ ボロン拡散層、１３ 吐出室、１３ａ 吐出室に対応する部分、１４ リザーバ、１４ａ リザーバに対応する部分、１６ 絶縁膜、１７ 個別電極、１７ａ ＩＴＯ膜、１８ インク供給孔、２１ 空間部、２７ 電極取出部、２７ａ 電極取出部に対応する部分、２８ 封止材、３１ オリフィス、３２ ノズル孔、４０ ＳｉＢ₆ 層、４１ Ｂ₂Ｏ₃層、５１ Ｃｒ／Ａｕ膜、６１ 接合基板、６２ ＳｉＯ₂ 膜、１００ 液滴吐出ヘッド、１５０ 液滴吐出装置。

Claims (9)

1. シリコン基板にボロン拡散層を形成し、該ボロン拡散層を振動板として形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
   前記ボロン拡散層を形成した後、前記シリコン基板を酸化して酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜をエッチングにより剥離する工程と、
   前記酸化膜を剥離した後、前記ボロン拡散層を平滑化する工程と、
   該ボロン拡散層に絶縁膜を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. シリコン基板にボロン拡散層を形成し、該ボロン拡散層を振動板として形成する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
   前記ボロン拡散層を形成した後、該ボロン拡散層を平滑化する工程と、
   該ボロン拡散層に絶縁膜を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。
3. 前記ボロン拡散層の基板表面荒れを２ｎｍ以下にまで平滑にする
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記ボロン拡散層の平滑化を、
   ドライポリッシュにより行う
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記ボロン拡散層の平滑化を、
   ミラーポリッシュにより行う
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記ボロン拡散層の平滑化を、
   ＲＩＥにより行う
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記絶縁膜は、少なくとも酸化シリコンよりも比誘電率が高い物質で形成する
   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の製造方法。
8. 前記絶縁膜を、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケート、酸窒化ハフニウムシリケート、窒化シリコン、ハフニウム−アルミニウム酸化物、ダイヤモンド、酸化ジルコニウムのいずれかで形成する
   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。
9. 前記請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を含む
   ことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
   

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