JP4517360B2 - 液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。

液滴吐出法は、液滴吐出ヘッドから、微小なインク滴をドット状に吐出することにより、基板上に微細な配線パターンを形成でき、例えば半導体装置の配線形成等に用いられている。
一般に、液滴吐出ヘッドは、ノズル開口に連通するキャビティと該キャビティ間を連続させる連通部とを備えた流路形成基板と、該流路形成基板の一方の面側に設けられた圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合されて、前記圧電素子を駆動するための駆動回路部を備えたリザーバ形成基板と、を備えたものである。

近年、半導体装置の小型化が進んだことにより、このような半導体装置を構成するための微細なパターンを形成できる液滴吐出ヘッドの提供が望まれている。また、液滴吐出ヘッドは、例えばキャビティ及び連通部を高密度に配置した状態に形成することで、液滴吐出ヘッドの描画能力が向上し、微細なパターン形成が可能となる。
このような液滴吐出ヘッドの製造方法の一例として、接合基板（リザーバ形成基板）に貫通孔を形成し、該貫通孔を介して導電性ワイヤにより、駆動回路部と圧電素子とを接続し、キャビティを高密度に配列した液滴吐出ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。上記特許文献１では、ウエットエッチングを用いることで、基板（流路側基板）に前記キャビティや連通部を形成することで流路形成基板を製造しているが、流路側基板と前記流路側基板とを接着した状態で、ウエットエッチングを行うことで、前記流路側基板にキャビティ及び連通部を形成する液滴吐出ヘッドの製造方法も考えられる。
特開２００３−２４６０６５号公報

しかしながら、上述したように流路側基板と接合基板（キャビティ形成基板）とを接着した状態で、前記流路側基板に対してウエットエッチングを行う際には、マスクやストッパ膜を用いることで、接合基板の裏側にエッチャント液が周り込むことによるダメージを防止する必要がある。
このとき、マスクならびにストッパ膜に欠陥があると、該欠陥部分からエッチャント液が入り込み不良が生じ、液滴吐出ヘッドの歩留まりを低下させるおそれがある。そして、エッチングによる不良の発生を軽減するためには、ウエットエッチングの前にマスク及びストッパ膜の欠陥を補修する工程が必要となり、製造工程が煩雑となってしまう。
また、上述したように液滴吐出ヘッドは、微細パターンの形成に対応すべく、ウエットエッチングに代わって、より高い加工精度でキャビティや連通部が形成された流路形成基板を備えたものが望まれている。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、エッチングによって生じる不良を防止することで歩留まりを向上させ、かつ高精度なものを製造できる、液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数のキャビティと該キャビティ間をそれぞれ連通させる連通部とが形成された流路形成基板と、前記連通部に連通するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板と、を備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の前駆体となる流路側基板と、前記リザーバ形成基板とを貼り合わせた後、該リザーバ形成基板側を支持基板に保持する工程と、前記流路側基板及び前記リザーバ形成基板を前記支持基板に保持したまま、前記流路側基板に対してドライエッチングによるパターニングを行うことで、連通部を形成する工程と、前記流路側基板にキャビティを形成する工程と、前記リザーバ形成基板から前記支持基板を剥離する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、流路形成基板の前駆体となる流路側基板とリザーバ形成基板とを貼り合わせた後、該リザーバ形成基板側を支持基板に保持しているので、前記流路側基板及び前記リザーバ形成基板は、前記支持基板により高い剛性を有した状態となる。よって、高い剛性を有した流路側基板に対しドライエッチングによるパターニングを良好に行うことができ、連通部を形成することができる。そして、例えば同様のドライエッチングによってキャビティが形成でき、連通部及びキャビティが形成された流路形成基板が形成できる。
また、ドライエッチングを用いることで連通部の微細加工が可能となり、したがって該連通部により連通されたキャビティは高密度に配置された状態で加工されることとなる。さらにウエットエッチングのようにエッチング液がリザーバ形成基板の裏面側に回り込むことによる不良の発生を防止し、液滴吐出ヘッドにおける歩留まりを向上できる。

また、前記流路側基板に対してドライエッチングによるパターニング工程で、前記連通部と前記キャビティとを同時に形成することが好ましい。
このようにすれば、流路側基板に対してドライエッチングを行った際に、連通部とキャビティとを同時に形成することが可能となる。よって、液滴吐出ヘッドを製造する工程を簡略化することができる。

また、前記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記リザーバ形成基板側を前記支持基板に貼り付けた後、前記流路側基板にドライエッチングを行う工程の前に、前記流路側基板を薄型加工する工程を備えたことが好ましい。
薄い流路側基板は、割れ等が生じやすいことから、その取り扱いが難しくなってしまう。一方、例えばリザーバ形成基板に厚みのある流路側基板を貼り合わせると、流路側基板は割れにくくなり、その取り扱いが容易となるが、該流路側基板をエッチングする量が増加してドライエッチング工程に時間がかかる。
そこで、本発明を採用すれば、ドライエッチング前の流路側基板に対し、例えば研磨等の薄型加工を行うので、厚みのある流路側基板であってもドライエッチング工程に時間がかかることがない。このように、液滴吐出ヘッドを製造する際に、厚みのある流路側基板を扱うことが可能となり、搬送時における流路側基板の割れを防止し、その取り扱いが容易なものとなる。

また、前記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記支持基板は、基板と剥離層と樹脂層とが順に積層された構成からなるものとすることが好ましい。
このようにすれば、リザーバ形成基板と支持基板とを貼り付けた際に、リザーバ形成基板と支持基板との間における凹凸部分を樹脂層が埋め込んで吸収し、前記リザーバ形成基板と前記支持基板とを前記樹脂層を介して密着させることで強固な接合が可能となる。また、前記接着層は剥離層を含んでいるので、剥離層を除去することで前記リザーバ形成基板から前記基板を剥離することができる。
このとき、前記支持基板を構成する前記基板をガラスからなるものとすることが好ましい。
このようにすれば、ガラスを用いることで支持基板のコストを抑えることができ、流路形成基板の加工コストを低減することができる。また、光を透過するガラスを用いることで、例えば光エネルギにより剥離が生じる材料を用いることで、支持基板に光を照射することで、基板をリザーバ形成基板から容易に剥離することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。

（液滴吐出ヘッド）
図１は、本実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を用いることで形成された液滴吐出ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視構成図の一部破断図、図３は、図１の平面図及び断面図である。なお、図中符号１は、液滴吐出ヘッドである。

本実施形態の液滴吐出ヘッド１は、機能液を液滴上にしてノズルから吐出するものである。図１に示すように、液滴吐出ヘッド１は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズルプレート２０と、ノズルプレート２０の上面に接続されてインク流路１４を備える流路形成基板１０と、該流路形成基板１０の上面に接続されて圧電素子３００の駆動によって変位する弾性板５０と、弾性板５０の上面に接続されてリザーバ部３１が形成されるリザーバ形成基板３０と、リザーバ形成基板３０上に設けられた前記圧電素子３００を駆動するための駆動回路部１１０とを備えて構成されている。

前記流路形成基板１０は、後述するように、シリコン単結晶基板からなる前駆体としての流路側基板から形成されたもので、この流路形成基板１０の上面側（＋Ｚ方向）には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

一方、流路形成基板１０には、図２に示すように、シリコン単結晶基板に後述する製造方法としてのドライエッチングによるパターニング工程によって、複数の平面視略櫛歯状の開口領域が区画形成されており、これらの開口領域のうち、Ｘ方向に延びて形成された部分が、ノズルプレート２０と弾性板５０とにより囲まれることで圧力発生室（キャビティ）１２を形成している。そして、液滴吐出ヘッド１の動作時には圧力発生室１２に機能液を収容し、圧力発生室１２に印加される圧力によってノズル開口１５から機能液を吐出するようになっている。なお、櫛歯状の開口領域は、ドライエッチングによるパターニングによって形成されているので、微細かつ高精度なものとなっている。

また、複数の隔壁１１により区画された圧力発生室１２がＸ方向に２列並設され、上記平面視略櫛歯状の開口領域のうち、図示Ｙ方向に延びて形成された部分が、各圧力発生室１２を連通させる連通部１３を形成している。この連通部１３は、図１に示されるように、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に連通し、共通のインク室として機能するリザーバ１００の一部を構成している。ここで、リザーバ１００とは、圧力発生室１２に供給する機能液（インク）を予備的に保持する空間である。

また、各圧力発生室１２の一端部には、前記連通部１３の一部であるインク供給路１４が設けられていて、連通部１３によって各圧力発生室１２が連通されるようになっている。各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

ここで、上記流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、例えば、１８０ｄｐｉ程度の配列密度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、圧力発生室１２を２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さを１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。また、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさ、及びインク滴を吐出するノズル開口１５の大きさは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて定められている。

図１、図２に示すように、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０における−Ｚ側に設けられていて、このノズルプレート２０と流路形成基板１０とは、例えば接着剤や熱溶着フィルム等を介して固定されている。なお、前記ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０−６／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。

前記ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。

ノズルプレート２０に設けられた複数のノズル開口１５はＹ方向に配列されており、本実施形態では、ノズルプレート２０上の複数の領域に配列された一群のノズル開口１５を、それぞれ第１ノズル開口群１５Ａ、第２ノズル開口群１５Ｂ、第３ノズル開口群１５Ｃ、及び第４ノズル開口群１５Ｄと称する。

図２に示したように、第１ノズル開口群１５Ａと第２ノズル開口群１５ＢとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。第３ノズル開口群１５Ｃは第１ノズル開口群１５Ａの＋Ｙ側に設けられており、第４ノズル開口群１５Ｄは第２ノズル開口群１５Ｂの＋Ｙ側に設けられている。これら第３ノズル開口群１５Ｃと第４ノズル開口群１５ＤとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。
なお、図２では各ノズル開口群１５Ａ〜１５Ｄのそれぞれは６個のノズル開口１５によって構成されているように示されているが、実際には各ノズル開口群は、例えば７２０個程度のノズル開口１５によって構成されるものである。

各圧力発生室１２とノズル開口１５とは、対応するように設けられている。すなわち、圧力発生室１２は、第１〜第４ノズル開口群１５Ａ〜１５Ｄのそれぞれを構成する複数のノズル開口１５に対応するように、Ｙ軸方向に複数並んで設けられている。そして、第１ノズル開口群１５Ａに対応して複数形成された圧力発生室１２が第１圧力発生室群１２Ａを構成し、第２ノズル開口群１５Ｂに対応して複数形成された圧力発生室１２が第２圧力発生室群１２Ｂを構成し、第３ノズル開口群１５Ｃに対応して複数形成された圧力発生室１２が第３圧力発生室群１２Ｃを構成し、第４ノズル開口群１５Ｄに対応して複数形成された圧力発生室１２が第４圧力発生室群１２Ｄを構成している。
第１圧力発生室群１２Ａと第２圧力発生室群１２ＢとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されており、それらの間には隔壁１０Ｋが形成されている。同様に、第３圧力発生室群１２Ｃと第４圧力発生室群１２Ｄとの間にも隔壁１０Ｋが形成されており、それらはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。

第１圧力発生室群１２Ａを形成する複数の圧力発生室１２の基板中央部側（−Ｘ側）の端部は上述した隔壁１０Ｋによって閉塞されているが、基板外縁部側（＋Ｘ側）の端部は互いに接続するように集合され、リザーバ１００と接続されている。図３に示す機能液の経路をみると、インク導入口４４より導入されたインクは、インク導入路３４を経てリザーバ１００に流れ込み、供給路１４を経て、第１圧力発生室群１２Ａを構成する複数の圧力発生室１２のそれぞれに供給されるようになっている。

また、第２、第３、第４圧力発生室群１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄのそれぞれを構成する圧力発生室１２のそれぞれにも、上述と同様のリザーバ１００が接続されており、それぞれ供給路１４を介して連通された圧力発生室群１２Ｂ〜１２Ｄに供給される機能液の一時貯留部を構成している。

一方、図３に示すように、流路形成基板１０に形成されている弾性膜５０上には、例えば約０．２μｍの厚みの下電極膜６０と、約１μｍの厚みの圧電体層７０と、約０．１μｍの厚みの上電極膜８０とが積層形成されて、圧電素子３００が構成されている。ここで、圧電素子３００とは、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
そして、圧電素子３００は、複数のノズル開口１５及び圧力発生室１２のそれぞれに対応するように複数設けられている。

また、このような圧電素子３００には、駆動回路１１０と接続させるための、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が引き出し配線として形成されている。すなわち、各リード電極９０は、上電極膜８０の各圧力発生室１２の列間側の端部近傍から弾性膜５０上までそれぞれ延設されている。なお、詳しくは後述するが、各リード電極９０は、リザーバ形成基板３０の貫通孔３３に対向する領域まで延設されており、その端部近傍と駆動回路１１０とが、貫通孔３３を介して延設される接続配線１２０によって電気的に接続されている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の一部を構成するリザーバ部３１が形成されたリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、リザーバ形成基板３０の厚さ方向（図１中のＺ方向）に貫通し、圧力発生室１２の幅方向（図１中のＹ方向）に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通することで、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。

また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の動作を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が圧力発生室１２に対応してそれぞれ設けられ、各圧電素子保持部３２内に圧電素子３００が密封されている。なお、本実施形態では、圧電素子保持部３２が圧電素子３００の列毎に設けられているが、勿論、この圧電素子保持部３２は、圧電素子３００毎に独立して設けるようにしてもよい。

また、リザーバ形成基板３０の略中央部、すなわち、圧力発生室１２の列間に対向する領域には、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、上述したように、各圧電素子３００から延設されるリード電極９０が、この貫通孔３３に対向する領域まで延設され、その端部近傍が露出している。

また、リザーバ形成基板３０の貫通孔３３の両側、すなわち、圧力発生室１２の各列に対応する部分には、各圧電素子３００を駆動するための、例えば、回路基板、あるいは半導体集積回路（ＩＣ）等の駆動回路１１０がそれぞれ実装されている。例えば、本実施形態では、貫通孔３３の両側に実装された各駆動回路１１０は、それぞれの駆動回路１１０に対向する領域に設けられた圧電素子３００を駆動するためのものである。そして、各駆動回路１１０と各圧電素子３００から延設されたリード電極９０とが、貫通孔３３を介して延設された、例えば導電性ワイヤからなる接続配線１２０によってそれぞれ電気的に接続されている（図３（ｂ）参照）。

リザーバ形成基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部３５となっている。また、このリザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３４が設けられている。
また、液滴吐出ヘッド１は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口４４からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口１５に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１５からインク滴が吐出できる。

（液滴吐出ヘッドの製造方法）
ここで、上述した液滴吐出ヘッド１を製造する方法の、一実施形態について図４〜図６を参照にして説明する。なお、図４〜図６に示される製造工程は、図３（ｂ）に示した液滴吐出ヘッド１の断面に対応するものである。
まず、流路形成基板１０の前駆体となる流路側基板には、予め圧電素子３００が形成されている。ここで、本発明の製造工程を説明するに際して、前記流路側基板に圧電素子３００を形成する工程について説明する。

ここで、流路側基板の厚みが薄いと、割れ等が生じやすいことから、その取り扱いが難しくなってしまう。一方、例えば厚みのある流路側基板を用いることで割れにくくなって、その取り扱いが容易となるが、該流路側基板をエッチングする量が増加して、後述するドライエッチング工程に時間がかかってしまう。
そこで、本実施形態では、後述するように、ドライエッチング前に流路側基板に対して、例えば研磨等の薄型加工を行っているので、厚い流路側基板を用いることが可能となって、液滴吐出ヘッドを製造する際の流路側基板の取り扱いが容易になり、さらには厚みのある流路側基板に対しドライエッチングを良好に行うことができるようにしている。

まず、シリコン単結晶基板から構成された流路側基板の一方の面上に、約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。次に、スパッタリングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、白金（Ｐｔ）からなる下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。
そして、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料が液滴吐出ヘッドに使用する場合には好適である。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
次に、白金をスパッタリングすることで、上電極膜８０を成膜した後、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。ここで、本実施形態では、例えば金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。このようにして、流路側基板１０ａ上に圧電素子３００が形成される。
以下、上述した方法によって形成された圧電素子３００が形成された流路側基板１０ａを用いてヘッドを製造する工程について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、上記流路側基板１０ａと、リザーバ形成基板３０とを貼り合わせた後、該リザーバ形成基板３０側を支持基板に保持する工程を行う。
ここで、リザーバ形成基板３０には、前述した貫通孔３３及び圧電素子保持部３２とが、予めドライエッチングやウエットエッチングによってパターニングされることで形成されている。また、リザーバ形成基板３０としては、流路側基板１０ａの熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路側基板１０ａと同一材料のシリコン単結晶基板が用いられている。

具体的には、リザーバ形成基板３０と流路側基板１０ａとを接着剤等によって貼り合わせる。このとき、リザーバ形成基板３０は、各リード電極９０が貫通孔３３内に所定量突出した状態で流路形成基板１０に接合されるようにしている。

支持基板４００は、基板４００ａと剥離層４００ｂと樹脂層４００ｃとが順に積層されて構成されている。基板４００ａの構成材料として透過部材であるガラスを用いるのは、リザーバ形成基板３０から支持基板４００を剥離する際に、支持基板４００の裏面に照射される剥離エネルギーを有する光を、剥離層４００ｂに確実に到達させるためである。
また、ガラスを用いることで支持基板４００のコストを抑えることができ、流路側基板１０ａの加工コストを低減することができる。さらに、光を透過するガラスを用いることで、基板４００ａに光を照射するだけで、基板４００ａをリザーバ形成基板３０から容易に剥離することが可能となっている。

支持基板４００の平面形状は、前記流路側基板１０ａとリザーバ形成基板３０とが張り合わされた接合体２００に応じて定められていて、本例では、前記接合体２００に比べて、支持基板４００の外径の方が大きくなっている。このように、接合体２００に対して支持基板４００の外径が大きいことで、リザーバ形成基板３０と支持基板４００との貼り合わせ時において、両者の中心位置がわずかにずれた場合でも、支持基板４００から接合体２００の縁部がはみ出ないようにするためである。このように、本例では、接合体２００の縁部のはみ出しを防止することで、接合体２００の搬送時に、例えば接合体２００の縁が他の物体と接触して破損するなどの不具合の発生を防止できる。

なお、上記支持基板４００の裏面の外周部に、例えばＡｌ等の導電膜や、ポリシリコンなどからなる半導体膜を設けることで、このような膜を帯電させることにより、静電気力を利用して、支持基板４００における静電吸着を可能としてもよい。このような静電吸着技術は、搬送の安定化、加工基板の大サイズ化、パーティクルの低減化などを図りやすいという利点を有している。このように、支持基板４００の静電吸着を可能とすることで、例えば静電吸着が必要となる、エッチング装置によるエッチング工程が可能となる。

また、樹脂層４００ｃは、例えば、熱硬化性接着剤が用いられる。また、樹脂層４００ｃとしては、耐ドライエッチング性の高い材料からなるのが望ましい。これは、後述するドライエッチング処理の工程において、該樹脂層４００ｃによってエッチングの進行を止めることができ、流路側基板１０ａにおけるエッチングの終了点を容易に把握することが可能となる。さらに、樹脂層４００ｃは、熱伝導性の高い材料からなるのが望ましい。このようにすれば、後述するドライエッチング処理の工程において、流路側基板１０ａ及びリザーバ形成基板３０全体の熱伝導性を向上させ、エッチング特性を安定させることができる。

樹脂層４００ｃの配置方法としては、各種印刷法の他に、インクジェット法、粉末ジェット法、スキージング法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法等の塗布法の種々の公知技術が用いられる。なお、樹脂層４００ｃは、リザーバ基板３０から基板４００ａが剥離された後、溶剤等により溶解されて除去されることで、支持基板４００が剥離されることとなる。

剥離層４００ｂは、レーザ光等の照射光により当該層内や界面において剥離（「層内剥離」又は「界面剥離」ともいう）が生じる材料からなる。即ち、一定の強度の光を照射することにより、構成物質を構成する原子又は分子における原子間又は分子間の結合力が消失し又は減少し、アブレーション（ablation）等を生じ、剥離を起こすものである。また、照射光の照射により、剥離層４００ｂに含有されていた成分が気体となって放出され分離に至る場合と、剥離層４００ｂが光を吸収して気体になり、その蒸気が放出されて分離に至る場合とがある。

剥離層４００ｂの組成としては、例えば、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）が採用され、また、当該非晶質シリコン中に水素（Ｈ）が含有されていてもよい。水素が含有されていると、光の照射により、水素が放出されることにより剥離層４００ｂに内圧が発生し、これが剥離を促進するので好ましい。この場合の水素の含有量は、２ａｔ％程度以上であることが好ましく、２〜２０％ａｔ％であることが更に好ましい。水素の含有量は、成膜条件、例えば、ＣＶＤ法を用いる場合には、そのガス組成、ガス圧力、ガス雰囲気、ガス流量、ガス温度、基板温度、投入するパワー等の条件を適宜設定することによって調整する。この他の剥離層材料としては、酸化ケイ素もしくはケイ酸化合物、窒化ケイ素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化セラミックス、有機高分子材料（光の照射によりこれらの原子間結合が切断されるもの）、金属、例えば、Ａｌ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、ＧｄもしくはＳｍ、又はこれらのうち少なくとも一種を含む合金が挙げられる。

剥離層４００ｂの形成方法は、均一な厚みで剥離層４００ｂを形成可能な方法であればよく、剥離層４００ｂの組成や厚み等の諸条件に応じて適宜選択することが可能である。例えば、ＣＶＤ（ＭＯＣＣＶＤ、低圧ＣＶＤ、ＥＣＲ−ＣＶＤ含む）法、蒸着、分子線蒸着（ＭＢ）、スパッタリング法、イオンドーピング法、ＰＶＤ法等の各種気相成膜法、電気めっき、浸漬めっき（ディッピング）、無電解めっき法等の各種めっき法、ラングミュア・プロジェット（ＬＢ）法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法等の塗布法、各種印刷法、転写法、インクジェット法、粉末ジェット法等に適用できる。これらのうち２種以上の方法を組み合わせてもよい。

特に剥離層４００ｂの組成が非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）の場合には、ＣＶＤ法、特に低圧ＣＶＤやプラズマＣＶＤにより成膜するのが好ましい。また、剥離層４００ｂをゾル−ゲル法によりセラミックを用いて成膜する場合や有機高分子材料で構成する場合には、塗布法、特にスピンコートにより成膜するのが好ましい。
このような樹脂層４００ｃ、及び剥離層４００ｂを有した支持基板４００を用いている。

図４（ｂ）に示すように、前記リザーバ形成基板３０側を支持基板４００に保持する。
接合体２００を上下反転させた上で、リザーバ形成基板３０側に前述した支持基板４００を保持する。すなわち、支持基板４００に、予め前述した剥離層４００ｂを形成しておき、前述した樹脂層４００ｃを介して接合体２００に接合する。ここで、リザーバ形成基板３０には、上述したように貫通孔３３及び圧電素子保持部３２とが予め形成されていることから、リザーバ形成基板３０と支持基板４００との間に凹凸部分が生じている。このとき、リザーバ形成基板３０と支持基板４００との間における凹凸部分を樹脂層４００ｃが埋め込むことで吸収し、前記リザーバ形成基板３０と前記支持基板４００とが前記樹脂層４００ｃを介して密着し強固に接合することができる。

このように、流路側基板１０ａとリザーバ形成基板３０とを貼り合わせた後、該リザーバ形成基板３０側を支持基板４００に保持しているので、前記流路側基板１０ａ及び前記リザーバ形成基板３０は、前記支持基板４００により高い剛性を有した状態となる。具体的には、リザーバ形成基板３０の凹凸部分に樹脂層４００ｃが埋め込まれることで、流路側基板１０ａ及びリザーバ形成基板３０の剛性が向上している。

ここで、前記流路側基板１０ａにドライエッチングを行う工程の前に、前記流路側基板１０ａを薄型加工する工程を行う。
具体的には、支持基板４００に保持された接合体２００の流路側基板１０ａに対して、バックグラインドを行い薄型加工する。このバックグラインドとしては、例えば研削処理、あるいは研磨処理等の薄型加工が施される。
ここで、バックグラインド処理された流路側基板１０ａの表面は、破砕層が形成される。この破砕層は、流路側基板１０ａに割れ等を生じさせるおそれがあることから、図４（ｃ）に示すように、例えばフッ酸等を用いたウエットエッチングを行うことにより除去しておくことが望ましい。
このようにして、薄型加工が施された流路側基板１０ａが得られる。

本発明では、ドライエッチング前に、厚みのある流路形成基板１０ａに対しバックグラインドを行っているので、リザーバ形成基板３０に厚みのある流路側基板１０ａを貼り付けているので、流路側形成基板１０ａにおける取り扱いが容易となり、さらには後述するドライエッチング工程を薄厚化された流路側基板１０ａに対して良好に行うことができる。

続いて、前記接合体２００を前記支持基板４００に保持したまま、前記流路側基板１０ａに対してドライエッチングによるパターニングを行うことで、連通部１３を形成する工程を行う。なお、本実施形態では、前記流路側基板１０ａへのドライエッチングによるパターニング工程時に、同時に圧力発生室１２の形成を行っている。よって、液滴吐出ヘッド１を製造する工程の簡略化を図ることができる。

具体的に、ドライエッチングによるパターニング工程としては、図５（ａ）に示すようにして、流路側基板１０ａの前面にレジストＲを塗布した後、フォトリソグラフィ法を用いることで、所望の形状のマスクＭを形成する。
そして、マスクＭを介してドライエッチングを行うことにより、流路側基板１０ａに連通部１３及び圧力発生室１２を形成する。このようなエッチング法としては、Ｓｉ高速エッチング法（例えば、特開２００２−９３７７６号公報に記載されている。）やボッシュプロセス法（例えば、米国特許５５０１８９３号明細書に記載されている。）を用いることができる。

これらのエッチング方法によれば、２０μｍ／分以上の高速なエッチングが可能であり、連通部１３及び圧力発生室１２を迅速に形成することができ、工数を節約して効率的に形成することが可能となる。
ドライエッチングを行っている間、上述したように流路側基板１０ａは、支持基板４００に支持されることで高い剛性を有しているので、ドライエッチングによる衝撃や振動による流路側基板１０ａの割れやエッチング加工が不良になることがなくなって、連通部１３及び圧力発生室１２が良好に形成された流路形成基板１０ａを得ることができる。

このドライエッチングによるパターニング工程は、マスクの形状及びエッチング工程を複数回繰り返すことが好ましく、このようにすれば、図１に示した形状を有する連通部１３及び圧力発生室１２を確実に形成できる。また、連通部１３を形成する際に、このドライエッチングでは、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１内に埋め込まれている樹脂層４００ｃがエッチストッパーとして機能し、エッチングは流路側基板１０ａを貫通したところで停止する。
なお、前記連通部１３の一部であるインク供給路１４は、圧力発生室１２に比べて、エッチング量が少ないが、例えば該インク供給路１４に対応する位置に別途マスクを設けたり、エッチング時間を調節することにより形成できる。

本実施形態では、流路形成基板１０を形成するに際し、ウエットエッチングに比べ加工精度の高いドライエッチングによるパターニングを行っているので、微細な形状の連通部１３及び圧力発生室１２の加工が可能となる。よって、連通部１３が微細な状態に加工されることにより、該連通部１３により連通される圧力発生室１２を高密度に配置された状態に形成することができる。
また、ドライエッチングを用いたことにより、ウエットエッチングのようにエッチング液がリザーバ形成基板３０の裏面側に回り込んで、不良を発生することを防止し、液滴吐出ヘッド１における歩留まりが向上する。
このようにして、流路側基板１０ａに圧力発生室（キャビティ）１２及び連通部１３を形成することにより、流路形成基板１０が形成されることとなる。
流路形成基板１０を形成した後、上記のドライエッチング工程に用いられたマスクＭを、例えばＯ_２プラズマを用いることで除去する。

続いて、前記リザーバ形成基板３０から前記支持基板４００を剥離する工程を行う。上述したように、支持基板４００は、剥離層４００ｂを備えている。そこで、基板４００ａ側から、例えばレーザ光等の照射光を照射する。このとき、ガラスから構成された基板４００ａを光が透過し、剥離層４００ｂに剥離を生じさせ、図６（ａ）に示すように、リザーバ形成基板３０から基板４００ａが剥離される。
その後、リザーバ形成基板３０に密着している樹脂層４００ｂを溶剤などを用いて溶解することで、図６（ｂ）に示すように、支持基板４００は前記リザーバ形成基板３０から完全に剥離された状態となる。

続いて、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板１０のリザーバ形成基板３０とは反対側の面にノズル開口１５が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、リザーバ形成基板３０上に封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０を接合する。
さらに、貫通孔３３の両側のリザーバ形成基板３０上に圧電素子３００を駆動させる駆動回路１１０をそれぞれ実装する。そして、例えば、ワイヤボンディング等によって接続配線１２０を形成して、各駆動回路１１０と各リード電極９０とを電気的に接続する。
これにより、液滴吐出ヘッド１が製造される。

本実施形態の液滴吐出ヘッド１の製造方法によれば、流路形成基板１０の前駆体となる流路側基板１０ａとリザーバ形成基板３０とを貼り合わせた後、該リザーバ形成基板側３０を支持基板４００に保持して、高い剛性を有した流路側基板１０ａに対しドライエッチングによるパターニングを行うことで、連通部１３及び圧力発生室１２を良好に形成できる。
また、ドライエッチングを用いることで連通部１３の微細加工が可能となり、したがって該連通部１３により連通される圧力発生室１２は高密度に配置されることとなる。さらに、流路形成基板１０を形成するに際し、ウエットエッチングを用いないので、エッチング液の回り込みによる不良の発生を防止して液滴吐出ヘッド１の歩留まりを向上できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明についての好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、本実施形態では、連通部１３を形成する際のドライエッチング工程において、同時に圧力発生室１２を形成したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば圧力発生室を別のエッチング工程で形成するようにしてもよい。

本実施形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図である。 （ａ）は液滴吐出ヘッドの平面図、（ｂ）は（ａ）の側断面図である。 液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する図である。 図４に続く液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する図である。 図５に続く液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する図である。

符号の説明

１…液滴吐出ヘッド、１０…流路形成基板、１０ａ…流路側基板、１２…圧力発生室（キャビティ）、１３…連通部、３０…リザーバ形成基板、３１…リザーバ部、４００…支持基板、４００ａ…基板、４００ｂ…剥離層、４００ｃ…樹脂層

Claims (5)

1. 複数のキャビティと該キャビティ間をそれぞれ連通させる連通部とが形成された流路形成基板と、前記連通部に連通するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板と、を備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、
   前記流路形成基板の前駆体となる流路側基板と、前記リザーバ形成基板とを貼り合わせた後、該リザーバ形成基板側を支持基板に保持する工程と、
   前記流路側基板及び前記リザーバ形成基板を前記支持基板に保持したまま、前記流路側基板に対してドライエッチングによるパターニングを行うことで、連通部を形成する工程と、
   前記流路側基板にキャビティを形成する工程と、
   前記リザーバ形成基板から前記支持基板を剥離する工程と、
   を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記流路側基板に対してドライエッチングによるパターニング工程で、前記連通部と前記キャビティとを同時に形成することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記リザーバ形成基板側を前記支持基板に貼り付けた後、前記流路側基板にドライエッチングを行う工程の前に、前記流路側基板を薄型加工する工程を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記支持基板は、基板と剥離層と樹脂層とが順に積層された構成からなるものとすることを特徴とする請求項１〜３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記支持基板を構成する前記基板をガラスからなるものとすることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

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