特開 2023-167471 単結晶シリコン基板、液体吐出ヘッド及び単結晶シリコン基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167471

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】単結晶シリコン基板、液体吐出ヘッド及び単結晶シリコン基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/16 20060101AFI20231116BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

B41J2/16 507

B41J2/14 613

B41J2/14 301

B41J2/16 301

B41J2/16 517

B41J2/16 501

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022078679

(22)【出願日】2022-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】藤井 正寛

(72)【発明者】

【氏名】北原 浩司

(72)【発明者】

【氏名】古谷 昇

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼部 本規

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AG29

2C057AG44

2C057AP34

2C057AP35

2C057AP54

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】小型で高解像度の液体吐出ヘッドを製造する。
【解決手段】少なくとも一部が液体の流路を構成する単結晶シリコン基板２０であって、単結晶シリコン基板２０の基板面２０ａ及び２０ｂに対して傾斜した傾斜側壁２１ａを有する第１貫通孔２１と、流路５１を構成するとともに、基板面２０ａ及び２０ｂに対して傾斜側壁２１ａよりも垂直に近い垂直側壁２２ａで側壁が構成される第２貫通孔２２と、を備え、第１貫通孔２１が結晶異方性エッチングで形成され、第２貫通孔２２が金属アシスト化学エッチングで形成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一部が液体の流路を構成する単結晶シリコン基板であって、
前記単結晶シリコン基板の基板面に対して傾斜した傾斜側壁を有する第１貫通孔と、
前記流路を構成するとともに、前記基板面に対して前記傾斜側壁よりも垂直に近い垂直側壁で側壁が構成される第２貫通孔と、
を備え、
前記第１貫通孔が結晶異方性エッチングで形成され、前記第２貫通孔が金属アシスト化学エッチングで形成されることを特徴とする単結晶シリコン基板。

【請求項2】

請求項１に記載の単結晶シリコン基板において、
前記基板面として、前記傾斜側壁が露出する側の第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔は、前記第１面から前記第２面まで貫通し、
前記第２貫通孔の前記第１面側の開口部は、前記第１面に向かうにつれて広がる前記第１面に対する傾斜面が設けられていることを特徴とする単結晶シリコン基板。

【請求項3】

請求項１または２に記載の単結晶シリコン基板と、
圧電素子と前記圧電素子に導通する導通部とが形成される第３面と、少なくとも一部が前記流路を構成するとともに前記第３面とは反対側の第４面と、を有するキャビティー基板と、
を備え、
前記基板面に前記第３面が接合されることで前記第１貫通孔を介して前記導通部の一部が露出されるとともに、前記第４面の前記流路が前記第２貫通孔と連通することを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項4】

単結晶シリコン基板の基板面のうちの第１面の第１エッチング対象領域を結晶異方性エッチングすることにより、前記基板面に対して傾斜した傾斜側壁を有する第１貫通孔を形成する工程と、
前記基板面のうちの前記第１面とは反対側の第２面の第２エッチング対象領域に触媒膜を形成する工程と、
前記触媒膜が形成された状態の前記単結晶シリコン基板をエッチング液と接触させて前記第２エッチング対象領域をエッチングして、前記第２面に対して前記傾斜側壁よりも垂直に近い垂直側壁で側壁が構成される第２貫通孔を形成する工程と、
を有することを特徴とする単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載の単結晶シリコン基板の製造方法において、
前記第１貫通孔を形成する工程では、エッチング液としてアルカリ性水溶液を使用し、
前記第２貫通孔を形成する工程では、前記第２貫通孔が金属アシスト化学エッチングで形成されることを特徴とする単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載の単結晶シリコン基板の製造方法において、
前記触媒膜を形成する工程では、前記触媒膜は無電解めっき法または蒸着法により形成されることを特徴とする単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項7】

請求項４から６のいずれか１項に記載の単結晶シリコン基板の製造方法において、
前記第２貫通孔を形成する工程では、前記第２貫通孔を前記第２面から前記第１面まで貫通させ、
前記第２貫通孔の前記第１面側の開口部に、前記第１面に向かうにつれて広がる前記第１面に対する傾斜面を設ける工程を有することを特徴とする単結晶シリコン基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、単結晶シリコン基板、液体吐出ヘッド及び単結晶シリコン基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から様々なシリコン基板が使用されている。このようなシリコン基板は、液体としてのインクを吐出するインクジェットヘッドなど、様々な液体吐出ヘッドに好ましく使用されている。このようなシリコン基板を備える液体吐出ヘッドとして、例えば、特許文献１には、シリコンなどで形成可能な流路基板及び封止基板を備える液滴吐出ヘッドが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－６２０３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

液体吐出ヘッドとしては、小型で高解像度のものが好ましい。ここで、特許文献１の液滴吐出ヘッドは、封止基板であるリザーバー形成基板に、圧電素子に導通する配線を配置する貫通孔としての第１開口部と、インクリザーバーである貫通孔と、が設けられている。ここで、第１開口部及びインクリザーバーは共に水酸化カリウムをエッチング液として用いた異方性エッチングにより形成されている。このような方法で貫通孔を形成すると、貫通孔の側面は基板面に対して斜面を形成する。このため、第１貫通孔としての第１開口部の側面は図でも表されるようにリザーバー形成基板の基板面に対し明らかに斜面を形成しているとともに、第２貫通孔としてのインクリザーバーの側面もリザーバー形成基板の基板面に対し斜面を形成しているといえる。しかしながら、第１貫通孔と第２貫通孔とを共に側面が斜面を形成する構成とすると、基板面を広く構成しなければならなくなり、液体吐出ヘッドが大型化するとともにノズル間のピッチが広がり低解像度化する虞がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

そこで、上記課題を解決するための本発明に係る単結晶シリコン基板は、少なくとも一部が液体の流路を構成する単結晶シリコン基板であって、前記単結晶シリコン基板の基板面に対して傾斜した傾斜側壁を有する第１貫通孔と、前記流路を構成するとともに、前記基板面に対して前記傾斜側壁よりも垂直に近い垂直側壁で側壁が構成される第２貫通孔と、を備え、前記第１貫通孔が結晶異方性エッチングで形成され、前記第２貫通孔が金属アシスト化学エッチングで形成されることを特徴とする。

【0006】

また、上記課題を解決するための本発明に係る単結晶シリコン基板の製造方法は、単結晶シリコン基板の基板面のうちの第１面の第１エッチング対象領域を結晶異方性エッチングすることにより、前記基板面に対して傾斜した傾斜側壁を有する第１貫通孔を形成する工程と、単結晶シリコン基板の基板面のうちの前記第１面とは反対側の第２面の第２エッチング対象領域に触媒膜を形成する工程と、前記触媒膜が形成された状態の前記単結晶性シリコン基板をエッチング液と接触させて前記第２エッチング対象領域をエッチングして、前記第２面に対して前記傾斜側壁よりも垂直に近い垂直側壁で側壁が構成される第２貫通孔を形成する工程と、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施例１の液体吐出ヘッドの底面図及びその一部領域Ｘの拡大図。

【図2】図１の液体吐出ヘッドの側面断面図。

【図3】図１の液体吐出ヘッドの斜視図。

【図4】図１の液体吐出ヘッドの封止板の製造過程を表す図。

【図5】図１の液体吐出ヘッドの封止板の製造方法を表すフローチャート。

【図6】図１の液体吐出ヘッド全体の製造方法を表すフローチャート。

【図7】本発明の実施例２の液体吐出ヘッドの封止板の製造過程を表す図。

【図8】本発明の実施例３の液体吐出ヘッドの封止板の製造過程を表す図。

【図9】本発明の実施例４の液体吐出ヘッドの封止板の製造過程を表す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の単結晶シリコン基板は、少なくとも一部が液体の流路を構成する単結晶シリコン基板であって、前記単結晶シリコン基板の基板面に対して傾斜した傾斜側壁を有する第１貫通孔と、前記流路を構成するとともに、前記基板面に対して前記傾斜側壁よりも垂直に近い垂直側壁で側壁が構成される第２貫通孔と、を備え、前記第１貫通孔が結晶異方性エッチングで形成され、前記第２貫通孔が金属アシスト化学エッチングで形成されることを特徴とする。

【0009】

本態様によれば、第１貫通孔が結晶異方性エッチングで形成され、第２貫通孔が金属アシスト化学エッチングで形成される。金属アシスト化学エッチングで貫通孔を形成することにより結晶異方性エッチングで貫通孔を形成する場合よりも垂直に近い側壁の貫通孔とすることができる。このため、基板面に対して略垂直な垂直側壁で第２貫通孔の側壁を構成することができる。したがって、緻密な構造の単結晶シリコン基板を製造することができ、小型で高解像度の液体吐出ヘッドを製造することができる。

【0010】

本発明に係る第２の態様の単結晶シリコン基板は、第１の態様において、前記基板面として、前記傾斜側壁が露出する側の第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔は、前記第１面から前記第２面まで貫通し、前記第２貫通孔の前記第１面側の開口部は、前記第１面に向かうにつれて広がる前記第１面に対する傾斜面が設けられていることを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、第２貫通孔の第１面側の開口部は、第１面に向かうにつれて広がる第１面に対する傾斜面が設けられている。このため、開口部にバリなどが残ることを抑制することができる。また、このような開口部とすることで、例えば、開口部から第２貫通孔に液体を流入する場合において、液体を好適に流入することができる。

【0012】

本発明の第３の態様の液体吐出ヘッドは、前記第１または第２の単結晶シリコン基板と、圧電素子と前記圧電素子に導通する導通部とが形成される第３面と、少なくとも一部が前記流路を構成するとともに前記第３面とは反対側の第４面と、を有するキャビティー基板と、を備え、前記基板面に前記第３面が接合されることで前記第１貫通孔を介して前記導通部の一部が露出されるとともに、前記第４面の前記流路が前記第２貫通孔と連通することを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、上記単結晶シリコン基板とキャビティー基板とにより、基板面に第３面が接合されることで第１貫通孔を介して導通部の一部が露出される構成とするとともに、第４面の流路が第２貫通孔と連通する構成とすることで、小型で高解像度の液体吐出ヘッドを製造することができる。

【0014】

本発明に係る第４の態様の単結晶シリコン基板の製造方法は、単結晶シリコン基板の基板面のうちの第１面の第１エッチング対象領域を結晶異方性エッチングすることにより、前記基板面に対して傾斜した傾斜側壁を有する第１貫通孔を形成する工程と、前記基板面のうちの前記第１面とは反対側の第２面の第２エッチング対象領域に触媒膜を形成する工程と、前記触媒膜が形成された状態の前記単結晶シリコン基板をエッチング液と接触させて前記第２エッチング対象領域をエッチングして、前記第２面に対して前記傾斜側壁よりも垂直に近い垂直側壁で側壁が構成される第２貫通孔を形成する工程と、を有することを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、第１エッチング対象領域を結晶異方性エッチングすることにより傾斜側壁を有する第１貫通孔を形成し、触媒膜を形成した第２エッチング対象領域をエッチングして垂直側壁で側壁が構成される第２貫通孔を形成する。金属アシスト化学エッチングのような触媒膜を利用して貫通孔を形成することにより結晶異方性エッチングで貫通孔を形成する場合よりも垂直に近い側壁の貫通孔とすることができる。このため、基板面に対して略垂直な垂直側壁で第２貫通孔の側壁を構成することができる。したがって、緻密な構造の単結晶シリコン基板を製造することができ、小型で高解像度の液体吐出ヘッドを製造することができる。

【0016】

本発明に係る第５の態様の単結晶シリコン基板の製造方法は、第４の態様において、前記第１貫通孔を形成する工程では、エッチング液としてアルカリ性水溶液を使用し、前記第２貫通孔を形成する工程では、前記第２貫通孔が金属アシスト化学エッチングで形成されることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、第１貫通孔を形成する工程ではエッチング液としてアルカリ性水溶液を使用し、第２貫通孔を形成する工程では第２貫通孔が金属アシスト化学エッチングで形成される。このように単結晶シリコン基板を製造することで、簡単かつ高精度に単結晶シリコン基板を製造することができる。

【0018】

本発明に係る第６の態様の単結晶シリコン基板の製造方法は、第５の態様において、前記触媒膜を形成する工程では、前記触媒膜は無電解めっき法または蒸着法により形成されることを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、触媒膜は無電解めっき法または蒸着法により形成される。このように単結晶シリコン基板を製造することで、特に簡単かつ高精度に単結晶シリコン基板を製造することができる。

【0020】

本発明に係る第７の態様の単結晶シリコン基板の製造方法は、第４から第６のいずれか１つの態様において、前記第２貫通孔を形成する工程では、前記第２貫通孔を前記第２面から前記第１面まで貫通させ、前記第２貫通孔の前記第１面側の開口部に、前記第１面に向かうにつれて広がる前記第１面に対する傾斜面を設ける工程を有することを特徴とする。

【0021】

本態様によれば、第２貫通孔を第２面から第１面まで貫通させ、第２貫通孔の第１面側の開口部に第１面に向かうにつれて広がる第１面に対する傾斜面を設ける。このため、開口部にバリなどが残ることを抑制することができる。また、このような開口部とすることで、例えば、開口部から第２貫通孔に液体を流入する場合において、液体を好適に流入することができる。

【0022】

［実施例１］
次に、本発明の実施例１の液体吐出ヘッド１について図１から図４を参照して詳細に説明する。なお、以下の図においては、液体吐出ヘッド１の構造をわかりやすくするため、一部の部材の簡略化、一部の部材の省略化、一部の部材の縦横比の変更などがなされている。

【0023】

図１で表される本実施例の液体吐出ヘッド１は、移動方向Ａに媒体を搬送して、または、停止した媒体に対して移動方向Ａに液体吐出ヘッド１自体が移動して、媒体に対して液体としてのインクをノズルＮから吐出して画像を形成することが可能なインクジェットヘッドの底面図である。本実施例の液体吐出ヘッド１は、移動方向Ａと交差する幅方向Ｂにおける媒体全体に対応してノズルＮが設けられる所謂ラインヘッドである。

【0024】

ラインヘッドの底面であるノズル形成面１１に複数のノズルＮを配置する場合、幅方向ＢにノズルＮを並べると最もシンプルにノズルＮを配置することができる。ただし、そのようにノズルＮを配置すると、幅方向Ｂにおける隣接するノズルＮ同士のピッチが広くなってしまう。隣接するノズルＮ同士のピッチが広くなると解像度が低下する。そこで、本実施例の液体吐出ヘッド１は、ノズルＮが一直線に並ぶ複数のノズル列１２を移動方向Ａに対して斜めになるように配置している。

【0025】

図１の領域Ｘの拡大図で表されるように、本実施例の液体吐出ヘッド１においては、各々のノズル列１２の幅方向ＢにおけるノズルＮの間隔はピッチＰ１となっている。さらに、隣接するノズル列１２で同じインクを吐出する構成とし、幅方向Ｂにおいて隣接するノズル列１２同士でノズルＮの位置がノズル列１２毎にピッチＰ１の半分ずれて配置される構成としていることで、液体吐出ヘッド１の幅方向ＢにおけるノズルＮの間隔はピッチＰ１の半分であるピッチＰ０となっている。本実施例の液体吐出ヘッド１は、このようなノズル列１２の配置とすることでピッチＰ０をとして１２００ｄｐｉ（ドット パー インチ）という解像度となるように高解像度化している。

【0026】

なお、このように移動方向Ａに対して斜めになるようにノズル列１２の配置とすることに加えて、隣接するノズルＮ同士の間隔を狭めることでさらに高解像度化することができる。本実施例の液体吐出ヘッド１は、図２で表される構成とすることで、隣接するノズルＮ同士の間隔を狭めている。図２は、概ね移動方向Ａに沿う方向において切断した断面図である。本実施例の液体吐出ヘッド１は、不図示のインクカートリッジからノズル列１２のうちのノズル列１２Ａ及びノズル列１２Ｂの両方に同じインクが供給され、ノズル列１２ＡのノズルＮとノズル列１２ＢのノズルＮとで同じインクを吐出可能である。また、本実施例の液体吐出ヘッド１は、インクを循環して使用可能な構成となっており、液体吐出ヘッド１の内部でインクは流れ方向Ｆに流れる。詳細には、ノズル列１２Ａ及びノズル列１２Ｂの両方において、インクカートリッジから流れ方向Ｆに流れてきたインクは、いずれも流路５１の一部を形成する、後述する封止板２０の第２貫通孔２２に対応する流路５１Ａ、後述するキャビティー基板３０の貫通孔に対応する流路５１Ｂ、キャビティー基板３０と後述する流路基板４０とで構成される流路５１Ｃ、を介して、循環流路５１Ｄに戻る。このように、２つのノズル列１２に対して循環流路５１Ｄを共通化していることで、隣接するノズル列１２同士の間隔を狭めている。なお、循環流路５１Ｄに戻ったインクは、再度流路５１を流れ方向Ｆに流れ、再利用される。

【0027】

以下に、図２及び図３を参照してさらに本実施例の液体吐出ヘッド１の詳細な構成について説明する。図３は、本実施例の液体吐出ヘッド１のノズル列１２Ａ側の一部を表している。本実施例の液体吐出ヘッド１は、封止板２０と、キャビティー基板３０と、流路基板４０と、を備えている。

【0028】

封止板２０は、少なくとも一部が液体の流路５１を構成する単結晶シリコン基板である。また、封止板２０は、基板面として第１面２０ａ及び該第１面２０ａとは反対側の面である第２面２０ｂを有し、第１面２０ａ及び第２面２０ｂに対して傾斜した傾斜側壁２１ａを有する第１貫通孔２１を備えている。また、封止板２０は、流路５１を構成するとともに、第１面２０ａ及び第２面２０ｂに対して傾斜側壁２１ａよりも垂直に近い垂直側壁２２ａで側壁が構成される第２貫通孔２２を備えている。そして、第２貫通孔２２は、流路５１の一部であってインクリザーバーの役割をしている。このように、垂直に近い垂直側壁２２ａで側壁が構成される第２貫通孔２２をインクリザーバーの役割とすることで、基板面の広がる面方向に封止板２０が大きくなることを抑制でき、液体吐出ヘッド１の小型化が可能になっている。

【0029】

キャビティー基板３０は、基板面として第３面３０ａ及び該第３面３０ａとは反対側の面である第４面３０ｂを有し、第３面３０ａが第２面２０ｂに接合されることで封止板２０に接合されている。本実施例のキャビティー基板３０も、封止板２０と同様、単結晶シリコン基板であるが、単結晶シリコン基板であることに限定されない。また、第３面３０ａには電極部３１として圧電素子３２と圧電素子３２に導通する導通部としての電極膜３３及び３４とが形成され、第４面３０ｂは少なくともその一部が流路５１を構成している。なお、電極部３１の形成位置に対応する封止板２０の領域には、圧電素子収容室２３が設けられている。電極膜３３は圧電素子収容室２３から第１貫通孔２１まで進出している。別の観点から説明すると、第１貫通孔２１においてＴＣＰ（テープ キャリア― パッケージ）がＣＯＦ（チップ オン フレックス）実装される。ＣＯＦ実装ではＴＣＰを加熱圧着するために専用のツールを用いるが、ＣＯＦ実装の際に第１面２０ａ側を広く第２面２０ｂ側を狭くすることで、面方向に封止板２０やキャビティー基板３０が大きくなることを抑制でき、液体吐出ヘッド１の小型化が可能になっている。

【0030】

流路基板４０は、キャビティー基板３０を介して電極部３１に対向する位置に圧力室４１が設けられ、圧力室４１にはインクを吐出方向Ｄに吐出するノズルＮが設けられている。圧力室４１は流路５１の一部を形成するとともに循環流路５１Ｄに繋がっており、ノズルＮから吐出しきれないインクを循環流路５１Ｄに流すことができる。電極部３１が通電されると、圧電素子３２が変形し、キャビティー基板３０が振動することで圧力室４１に圧力が加わり、圧力室４１内のインクがノズルＮから吐出方向Ｄに吐出する。

【0031】

ここで、本実施例の封止板２０においては、第１貫通孔２１は結晶異方性エッチングで形成され、第２貫通孔２２は金属アシスト化学エッチング（ＭＡＣＥ）で形成されている。ＭＡＣＥで貫通孔を形成することにより結晶異方性エッチングで貫通孔を形成する場合よりも垂直に近い側壁の貫通孔とすることができる。このため、基板面である第１面２０ａ及び第２面２０ｂに対して略垂直な垂直側壁２２ａで第２貫通孔２２の側壁を構成することができている。封止板２０をこのような構成とすることで、緻密な構造の単結晶シリコン基板を製造することができ、小型で高解像度の液体吐出ヘッド１を製造することができる。また、第１貫通孔２１を結晶異方性エッチングで形成し、第２貫通孔２２を金属アシスト化学エッチングで形成することで、温室効果ガスを多く用いるドライエッチングを使用せず、オールウェットの状態でエッチングをすることができる。このため、封止板２０をこのような構成とすることで、生産性を向上することができるとともに、製造に伴う電力量や温室効果ガスの使用を削減することができる。

【0032】

ここで、基板面に対する垂直側壁２２ａのなす角度は、９０°プラスマイナス２°以下であることが好ましい。封止板２０に表面である基板面のミラー指数（面指数）が（１００）の単結晶シリコンのウエハを使い、エッチング液組成を工夫することで、垂直なＭＡＣＥによるエッチングを、例えば封止板２０の厚みを４００μｍ程度の範囲で管理し、垂直度を確保することができるためである。

【0033】

また、基板面に対する傾斜側壁２１ａのなす角度は、４５．０°以上５４．７°以下であることが好ましい。５４．７°は、ミラー指数（面指数）が（１００）の封止板２０の第１面２０ａの表面部分とエッチングの進行が最も遅いミラー指数（面指数）が（１１１）の結晶面とのなす角であり、計算ではＣＯＳ^－１（１／３^１／２）の値である。また、４５°は、次に安定するミラー指数（面指数）が（１１０）の結晶面とのなす角となるＣＯＳ^－１（１／２^１／２）の値である。なお、該角度を４５°とした場合に比べ、該角度を５４．７°とした場合の方がエッチング面として安定していて、封止板２０の全体のサイズも小さくできる。

【0034】

また、本実施例の液体吐出ヘッド１は、上記のような単結晶シリコン基板である封止板２０と、上記のような第３面３０ａと第４面３０ｂとを有するキャビティー基板３０と、を備えている。そして、本実施例の液体吐出ヘッド１は、封止板２０の基板面である第２面２０ｂに第３面３０ａが接合されることで第１貫通孔２１を介して導通部の一部が露出されるとともに、第４面３０ｂが一部を構成する流路５１が第２貫通孔２２と連通するよう構成されている。このように、本実施例の液体吐出ヘッド１は、上記封止板２０とキャビティー基板３０とにより封止板２０の基板面に第３面３０ａが接合されることで第１貫通孔２１を介して導通部の一部が露出される構成とし、第４面３０ｂの流路５１が第２貫通孔２２と連通する構成としていることで、小型で高解像度となっている。

【0035】

次に、本実施例の封止板２０の製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図５で表されるように、本実施例の封止板２０の製造方法においては、最初にステップＳ１０のエッチング準備工程を実行する。ステップＳ１０のエッチング準備工程では、最初に図４の一番上の図で表される単結晶シリコン基板２０１に対し、図４の上から２番目の図で表されるようにＳｉＯ_２で表される酸化膜２０２を形成する。そして、図４の上から３番目の図で表されるようにフォトリソによりレジスト２０３でパターン化し、図４の上から４番目の図で表されるようにＭＡＣＥの触媒膜となる金による膜であるＡｕ膜２０４を形成し、図４の上から５番目の図で表されるようにリフトオフ形成する。なお、本実施例ではＡｕ膜２０４の形成は図中の下面全体にＡｕを蒸着させることにより行ったが、Ａｕ膜２０４の形成はこのような方法に限定されない。ここで、図４の上から５番目の図の状態においては、Ａｕ膜２０４は下面から見ると円盤状をしている。その後、図４の上から６番目の図で表されるように図中の下面全体にＳｉＯ_２で表される酸化膜２０２を形成し、フォトリソによりレジストでパターン化した後に図４の上から７番目の図で表されるようにレジストをエッチングにより除去する。ここまでがステップＳ１０のエッチング準備工程に対応する。

【0036】

次に、図５のステップＳ２０の第１貫通孔形成工程を実行する。具体的には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたウェットエッチングである結晶異方性エッチングによって、図４の上から８番目の図で表されるように、第１貫通孔２１に対応する貫通孔を形成する。この際、圧電素子収容室２３に対応する凹部も併せて形成する。なお、第１貫通孔２１に対応する貫通孔に比べて圧電素子収容室２３に対応する凹部は浅いので、例えば、図４の上から７番目の図で表される状態において、圧電素子収容室２３に対応する凹部に対応する領域にＳｉＯ_２で表される酸化膜２０２を薄く残しておいてもよい。そして、結晶異方性エッチングによって第１貫通孔２１に対応する貫通孔を形成し、その後、圧電素子収容室２３に対応する単結晶シリコン基板２０１の図中の下面の領域の酸化膜２０２をエッチングしてから結晶異方性エッチングによって圧電素子収容室２３に対応する凹部を形成してもよい。

【0037】

次に、図５のステップＳ３０の第２貫通孔形成工程を実行する。具体的には、フッ化水素と過酸化水素水を混合した溶液フッ化水素水溶液を用いてＭＡＣＥによって、図４の上から９番目の図で表されるように、第２貫通孔２２に対応する貫通孔を形成する。そして、Ａｕ膜２０４をエッチングすると、図４の一番下の図で表されるように、本実施例の封止板２０が完成する。なお、本実施例では、ステップＳ２０の第１貫通孔形成工程を実行した後にステップＳ３０の第２貫通孔形成工程を実行したが、ステップＳ１０のエッチング準備工程の内容を変えるなどしてステップＳ３０の第２貫通孔形成工程を実行した後にステップＳ２０の第１貫通孔形成工程を実行してもよい。

【0038】

上記のように、単結晶シリコン基板の製造方法としての本実施例の封止板２０の製造方法は、単結晶シリコン基板である封止板２０の基板面のうちの第１面２０ａの第１貫通孔２１の形成領域に対応する第１エッチング対象領域を結晶異方性エッチングすることにより、基板面に対して傾斜した傾斜側壁２１ａを有する第１貫通孔２１を形成するステップＳ２０の第１貫通孔形成工程を有する。また、図４の上から４番目及び５番目の図に対応し、基板面のうちの第２面２０ｂの第２貫通孔２２の形成領域に対応する第２エッチング対象領域にＡｕの触媒膜であるＡｕ膜２０４を形成するステップＳ１０のエッチング準備工程を有する。また、Ａｕ膜２０４が形成された状態の単結晶シリコン基板２０１をエッチング液であるフッ化水素水溶液と接触させて第２貫通孔２２の形成領域に対応する第２エッチング対象領域をエッチングして、第２面２０ｂに対して傾斜側壁２１ａよりも垂直に近い垂直側壁２２ａで側壁が構成される第２貫通孔２２を形成するステップＳ３０の第２貫通孔形成工程を有する。

【0039】

このように、本実施例の封止板２０の製造方法は、第１エッチング対象領域を結晶異方性エッチングすることにより傾斜側壁２１ａを有する第１貫通孔２１を形成し、触媒膜を形成した第２エッチング対象領域をエッチングして垂直側壁２２ａで側壁が構成される第２貫通孔２２を形成する。ＭＡＣＥのような触媒膜を利用して貫通孔を形成することにより結晶異方性エッチングで貫通孔を形成する場合よりも垂直に近い側壁の貫通孔とすることができる。このため、基板面に対して略垂直な垂直側壁２２ａで第２貫通孔２２の側壁を構成することができる。したがって、本実施例の封止板２０の製造方法を実行することで、緻密な構造の封止板２０を製造することができ、小型で高解像度の液体吐出ヘッド１を製造することができる。

【0040】

ここで、ステップＳ２０の第１貫通孔形成工程ではエッチング液としてアルカリ性水溶液である水酸化カリウム水溶液を使用し、ステップＳ３０の第２貫通孔形成工程では第２貫通孔２２がＭＡＣＥで形成される。このように封止板２０を製造することで、簡単かつ高精度に封止板２０を製造することができる。なお、エッチング液としてのアルカリ性水溶液としては、例えば、本実施例で用いた水酸化カリウム水溶液のほかに、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＨＡＭ）水溶液、などを好ましく使用できるが、特に限定は無い。水酸化カリウム水溶液は安価なため、例えば、半導体を伴わないシリコン基板加工に用いることができる。一方でＴＨＡＭ水溶液はＮａやＫ等の可動イオンを含まないため、例えば、半導体を伴うシリコン基板加工への結晶異方性エッチング加工に用いることができる。

【0041】

なお、ステップＳ１０のエッチング準備工程のうちの触媒膜を形成する工程では、その方法に特に限定は無いが、触媒膜は無電解めっき法または蒸着法により形成されることが好ましい。触媒膜を無電解めっき法または蒸着法により形成して封止板２０を製造することで、特に簡単かつ高精度に封止板２０を製造することができるためである。

【0042】

次に、上記のようにして形成された封止板２０を使用して液体吐出ヘッド１の全体を製造する方法について図６のフローチャートを参照して説明する。最初にステップＳ１１０で、封止板２０を形成する。封止板２０の形成は上記のとおりである。次に、ステップＳ１２０でキャビティー基板３０を従来の製造方法などを用いて形成し、ステップＳ１３０で封止板２０とキャビティー基板３０とを接合する。なお、ステップＳ１１０とステップＳ１２０の順番は、逆でもよいし、同時でもよい。

【0043】

その後、ステップＳ１４０で、酸化チタン（ＴｉＯｘ）や酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）等のインク保護膜をＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより成膜してインク保護膜を形成する。また、ステップＳ１５０で従来の製造方法などを用いて流路基板４０を形成するが、ステップＳ１５０はステップＳ１４０以前に行ってもよい。そして、ステップＳ１６０で、流路基板４０を封止板２０とキャビティー基板３０とが接合された基板に接合する。そして、ステップＳ１７０でこれをレーザースクライプなどにより割断することでチップ化し、ステップＳ１８０で導通部を構成するＴＣＰをＣＯＦ実装する。最後に、ステップＳ１９０で、ケース部品を装着して液体吐出ヘッド１の製造を完了する。このような方法では、ウエハ状態で液体吐出ヘッド１のチップを組み立てることができるので、品質を安定化させることができるとともに、大量生産が容易になる。

【0044】

［実施例２］
以下に、実施例２の液体吐出ヘッドについて図７を参照して説明する。図７は、実施例１の液体吐出ヘッド１における図４に対応する図である。本実施例の液体吐出ヘッドは、以下で説明する構成以外については、実施例１の液体吐出ヘッド１と同様である。このため、本実施例の液体吐出ヘッドは、下記の説明箇所以外については実施例１の液体吐出ヘッド１と同様の特徴を有している。そこで、図７では上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。

【0045】

ここで、図７の一番上の図は、図４の上から５番目の図に対応する。図４の一番上から上から４番目までの図に対応する本実施例の工程は、実施例１と同様であるため省略する。ただし、本実施例では、Ａｕ膜２０４は、下面から見ると円環状をしている。図７の一番上の図の状態から実施例１の場合と同様にＭＡＣＥを行うと、図７の上から２番目の図の状態となる。図７の上から２番目の図は、ＭＡＣＥにより単結晶シリコン基板２０１に円筒状の穴が形成された状態を表している。その後、Ａｕ膜２０４をエッチングすると図７の上から３番目の図の状態となる。

【0046】

その後、ＳｉＯ_２で表される酸化膜２０２を単結晶シリコン基板２０１の全体に形成すると図７の上から４番目の図の状態となる。その後、フォトリソによりレジストでパターン化し、レジストをエッチングにより除去すると、図７の上から５番目の図の状態となる。ここでは、第２貫通孔２２に対応する第１面２０ａ側も酸化膜２０２が形成されていない状態とする。その後、単結晶シリコン基板２０１を形成するケイ素（Ｓｉ）の結晶異方性エッチングを行うと、図７の上から６番目の図の状態となる。ここでは、第２貫通孔２２に対応する第１面２０ａ側にも凹部が形成される。そして、最後に酸化膜２０２を除去すると、図７の一番下の図の状態となる。なお、上記において、ＭＡＣＥによるエッチングは酸化膜２０２によりストップするとともに酸化膜２０２の除去により第１貫通孔２１及び第２貫通孔２２が開口し、結晶異方性エッチングは単結晶シリコン基板２０１のミラー指数（面指数）が（１１１）の結晶面にてストップする。

【0047】

図７の一番下の図で表されるように、このようにして形成された本実施例の封止板２０は、第２貫通孔２２の第１面２０ａ側の開口部２４は、第１面２０ａに向かうにつれて広がっている。詳細には、本実施例の封止板２０は、基板面として第１面２０ａと第２面２０ｂとを有し、第１面２０ａは傾斜側壁２１ａが露出する側の面である。そして、第１貫通孔２１及び第２貫通孔２２は第１面２０ａから第２面２０ｂまで貫通し、第２貫通孔２２の第１面２０ａ側の開口部２４は、第１面２０ａに向かうにつれて広がる第１面２０ａに対する傾斜面２４ａが設けられている。本実施例の封止板２０は、このような構成であるため、開口部２４にバリなどが残ることを抑制している。また、このような開口部２４とすることで、例えば、開口部２４から第２貫通孔２２にインクなどの液体を流入する場合において、該液体を好適に流入することができる。なお、「傾斜側壁２１ａが露出する側」とは、「基板面と垂直な方向から見て傾斜側壁２１ａが見える側」と表現することもできる。

【0048】

また、本実施例の封止板２０を製造する場合、図５と同様の製造フローとなるが、図５において、ステップＳ３０の第２貫通孔形成工程では、第２貫通孔２２を第２面２０ｂから第１面２０ａまで貫通させ、第２貫通孔２２の第１面２０ａ側の開口部２４に、第１面２０ａに向かうにつれて広がる第１面２０ａに対する傾斜面２４ａを設ける工程を有することとなる。ステップＳ３０の第２貫通孔形成工程をこのような工程とすることで、開口部２４にバリなどが残ることを抑制することができる。また、このような開口部２４とすることで、例えば、開口部２４から第２貫通孔２２に液体を流入する場合において、液体を好適に流入することができる。

【0049】

［実施例３］
以下に、実施例３の液体吐出ヘッドについて図８を参照して説明する。図８は、実施例１の液体吐出ヘッド１における図４に対応する図である。本実施例の液体吐出ヘッドは、以下で説明する構成以外については、実施例１の液体吐出ヘッド１と同様である。このため、本実施例の液体吐出ヘッドは、下記の説明箇所以外については実施例１の液体吐出ヘッド１と同様の特徴を有している。そこで、図８では上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。

【0050】

図８の一番上の図は、ＳｉＯ_２で表される酸化膜２０２を単結晶シリコン基板２０１の全体に形成するとともに、フォトリソによりレジストでパターン化してレジストをエッチングにより除去することを繰り返し、図５のステップＳ１０のエッチング準備工程を終了した状態を表している。図８の上から２番目の図は、図８の一番上の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、図５のステップＳ２０の第１貫通孔形成工程を実行した状態を表している。図８の上から３番目の図は、図８の上から２番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、酸化膜２０２をさらに成膜した状態を表している。

【0051】

図８の上から４番目の図は、図８の上から３番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、フォトリソによりレジストでパターン化してレジストをエッチングにより除去するとともに、Ａｕ膜２０４を無電解めっきにより成膜した状態を表している。図８の上から５番目の図は、図８の上から４番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、図５のステップＳ３０の第２貫通孔形成工程を実行した状態を表している。そして、図８の一番下の図は、図８の上から５番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、Ａｕ膜２０４をエッチングした状態を表している。図８で表される段階を経て本実施例の封止板２０を形成することで、図７で表される段階を経て形成される実施例２の封止板２０と同様な形状の封止板２０を製造することができる。

【0052】

［実施例４］
以下に、実施例４の液体吐出ヘッドについて図９を参照して説明する。図９は、実施例１の液体吐出ヘッド１における図４に対応する図である。本実施例の液体吐出ヘッドは、以下で説明する構成以外については、実施例１の液体吐出ヘッド１と同様である。このため、本実施例の液体吐出ヘッドは、下記の説明箇所以外については実施例１の液体吐出ヘッド１と同様の特徴を有している。そこで、図９では上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。

【0053】

実施例１から実施例３の封止板２０は、ステップＳ３０の第２貫通孔形成工程において第２面２０ｂ側のみからＭＡＣＥを行って形成された。本実施例の封止板２０は、ステップＳ３０の第２貫通孔形成工程において第２面２０ｂ側からだけでなく第１面２０ａ側からもＭＡＣＥを行って形成されるものであり、図４で表される段階を経て形成される実施例１の封止板２０と同様な形状の封止板２０である。

【0054】

図９の一番上の図は、図５のステップＳ１０のエッチング準備工程を終了した状態であって、第２貫通孔２２に対応する領域に第２面２０ｂ側だけでなく第１面２０ａ側にもＡｕ膜２０４が形成され、それ以外の領域にはＳｉＯ_２で表される酸化膜２０２が成膜された状態を表している。図９の上から２番目の図は、図９の一番上の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、第１面２０ａ側及び第２面２０ｂ側の両方にさらに酸化膜２０２が成膜された状態を表している。図９の上から３番目の図は、図９の上から２番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、フォトリソによりレジストでパターン化してレジストをエッチングにより除去することで、第１面２０ａの第１貫通孔２１に対応する領域の酸化膜２０２を除去した状態を表している。

【0055】

図９の上から４番目の図は、図９の上から３番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、図５のステップＳ２０の第１貫通孔形成工程を実行した状態を表している。図９の上から５番目の図は、図９の上から４番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、フォトリソによりレジストでパターン化してレジストをエッチングにより除去することで、第２面２０ｂの圧電素子収容室２３に対応する領域の酸化膜２０２を除去した状態を表している。図９の上から６番目の図は、図９の上から５番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、ケイ素のエッチングを実行し、図５のステップＳ２０の第１貫通孔形成工程をさらに実行した状態を表している。この際、圧電素子収容室２３に対応する領域もエッチングされる。

【0056】

図９の上から７番目の図は、図９の上から６番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、酸化膜２０２のエッチングを実行した後に図５のステップＳ３０の第２貫通孔形成工程を実行した状態を表している。ここでは、図中の上下方向からＭＡＣＥが行われる。そして、図９の一番下の図は、図９の上から７番目の図の状態の単結晶シリコン基板２０１に対して、Ａｕ膜２０４をエッチングした状態を表している。図９で表される段階を経て本実施例の封止板２０を形成することで、図４で表される段階を経て形成される実施例１の封止板２０と同様な形状の封止板２０を製造することができる。

【0057】

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、上記の封止板２０のような単結晶シリコン基板をマイクロポンプなど、液体吐出ヘッド以外に使用することもできる。また、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0058】

１…液体吐出ヘッド、１１…ノズル形成面、１２…ノズル列、１２Ａ…ノズル列、１２Ｂ…ノズル列、２０…封止板（単結晶シリコン基板）、２０ａ…第１面（基板面）、２０ｂ…第２面（基板面）、２１…第１貫通孔、２１ａ…傾斜側壁、２２…第２貫通孔、２２ａ…垂直側壁、２３…圧電素子収容室、２４…開口部、２４ａ…傾斜面、３０…キャビティー基板、３０ａ…第３面、３０ｂ…第４面、３１…電極部、３２…圧電素子、３３…電極膜（導通部）、３４…電極膜（導通部）、４０…流路基板、４１…圧力室、５１…流路、５１Ａ…流路、５１Ｂ…流路、５１Ｃ…流路、５１Ｄ…循環流路、２０１…単結晶シリコン基板、２０２…酸化膜、２０３…レジスト、２０４…Ａｕ膜（触媒膜）、Ｎ…ノズル、Ｐ０…ピッチ、Ｐ１…ピッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】