特開 2023-167808 シリコン基板、液体吐出ヘッド及び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】P2023167808

(43)【公開日】2023-11-24

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

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20231116BHJP

   B41J 2/16 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 603

B41J2/16 401

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079280

(22)【出願日】2022-05-13

(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】茅野 祐治

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF68

2C057AG44

2C057AN05

2C057AP13

2C057AP34

2C057AP35

2C057AP52

2C057AP56

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】他の部材に接合されて使用されるシリコン基板において、該他の部材に対して剥離することを抑制する。
【解決手段】基板面のうちの一方を他の部材３０に接合される側の接合面２０ｂとするシリコン基板２０であって、接合面２０ｂに対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する貫通孔２２または溝２３である凹部を接合面２０ｂに有し、接合面２０ｂのうちの凹部が形成されていない非形成領域２０８の少なくとも一部に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部が複数形成される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板面のうちの一方を他の部材に接合される側の接合面とするシリコン基板であって、
前記接合面に対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する貫通孔または溝である凹部を前記接合面に有し、
前記接合面のうちの前記凹部が形成されていない非形成領域の少なくとも一部に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部が複数形成されることを特徴とするシリコン基板。

【請求項2】

請求項１に記載のシリコン基板において、
前記シリコン基板は、単結晶シリコン基板であって、
前記凹部は、金属アシスト化学エッチングで形成され、
前記凹み方向は、前記基板面に対して９０°プラスマイナス２°以下の角度をなすことを特徴とするシリコン基板。

【請求項3】

請求項１に記載のシリコン基板において、
前記穴部は、直径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とするシリコン基板。

【請求項4】

前記凹部として前記貫通孔を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のシリコン基板と、
前記他の部材として、前記シリコン基板と接合された際に前記貫通孔と繋がり液体を供給可能な流路の少なくとも一部を構成するとともに、前記流路と繋がる圧力室に対して圧力を付与可能なキャビティー基板と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項5】

基板面のうちの接合面を介して他の部材に接合されるシリコン基板の製造方法であって、
前記接合面のエッチング対象領域に触媒膜を形成する工程と、
前記接合面のうちの前記触媒膜が形成されていない非エッチング対象領域上及び前記触媒膜上に金属で金属成膜を形成する工程と、
前記金属成膜を陽極酸化して前記金属成膜を陽極酸化膜とし、前記陽極酸化膜上に複数の窪みを形成する工程と、
前記陽極酸化膜の少なくとも一部を除去し、前記エッチング対象領域の前記触媒膜上及び前記非エッチング対象領域の前記接合面上における前記窪みに対応する位置に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部を形成する工程と、
前記接合面をエッチング液と接触させて前記エッチング対象領域をエッチングして、前記接合面に対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する貫通孔または溝である凹部を形成する工程と、
を有することを特徴とするシリコン基板の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載のシリコン基板の製造方法において、
前記金属成膜を形成する工程は、アルミニウムで金属成膜を形成し、
前記穴部を形成する工程は、アルゴンでの逆スパッタにより実行されることを特徴とするシリコン基板の製造方法。

【請求項7】

請求項５または６に記載のシリコン基板の製造方法において、
前記窪みを形成する工程での前記陽極酸化膜の厚みは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記窪みを形成する工程での前記窪みの直径は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記穴部の直径は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とするシリコン基板の製造方法。

【請求項8】

請求項５または６のいずれか１項に記載のシリコン基板の製造方法において、
前記基板面の結晶異方性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前記側壁よりも傾斜した傾斜側壁を有する傾斜貫通孔を形成する工程を有することを特徴とするシリコン基板の製造方法。

【請求項9】

請求項８に記載のシリコン基板の製造方法において、
前記傾斜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、
前記凹部を形成する工程では、前記凹部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シリコン基板の製造方法。

【請求項10】

請求項５または６のいずれか１項に記載の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シリコン基板の製造方法。

【請求項11】

請求項５または６のいずれか１項に記載のシリコン基板の製造方法において、
前記凹部として前記貫通孔を形成する工程では、前記貫通孔を前記接合面から前記接合面とは反対側の反対面まで貫通させ、
前記貫通孔の前記反対面側の開口部に、前記反対面に向かうにつれて広がる前記反対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、シリコン基板、液体吐出ヘッド及び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、シリコン基板である吐出素子基板を備える液体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２００６－２８１７１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

液体吐出ヘッドなどで使用されるシリコン基板は、別の部材に接合されて使用されることが多い。例えば、特許文献１の液体吐出ヘッドにおいては、吐出素子基板が支持体に接合されている。このように、別の部材に接合されて使用されるシリコン基板は、接合される別の部材から剥離すると、求められる性能を発揮できない虞がある。そこで、他の部材に接合されて使用されるシリコン基板においては、該他の部材に対して剥離することを抑制することが求められている。特許文献１の液体吐出ヘッドにおいては、吐出素子基板に支持体との接合面に接着剤を収容するための四角錐形状の凹部である複数のピット形状部を設け、アンカー効果により吐出素子基板が支持体に対して剥離しないようにしている。しかしながら、該ピット形状部は吐出素子基板に設けられるインク供給口とともに異方性エッチングにより構成されていると考えられ、個々のピット形状部は大きく、個々のピット形状部が大きすぎることによってアンカー効果が不十分である可能性がある。

【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シリコン基板は、基板面のうちの接合面を介して他の部材に接合されるシリコン基板であって、前記接合面に対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する貫通孔または溝である凹部を前記接合面に有し、前記接合面のうちの前記凹部が形成されていない非形成領域の少なくとも一部に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部が複数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シリコン基板の製造方法は、基板面のうちの一方を他の部材に接合される側の接合面とするシリコン基板の製造方法であって、前記接合面のエッチング対象領域に触媒膜を形成する工程と、前記接合面のうちの前記触媒膜が形成されていない非エッチング対象領域上及び前記触媒膜上に金属で金属成膜を形成する工程と、前記金属成膜を陽極酸化して前記金属成膜を陽極酸化膜とし、前記陽極酸化膜上に複数の窪みを形成する工程と、前記陽極酸化膜の少なくとも一部を除去し、前記エッチング対象領域の前記触媒膜上及び前記非エッチング対象領域の前記接合面上における前記窪みに対応する位置に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部を形成する工程と、前記接合面をエッチング液と接触させて前記エッチング対象領域をエッチングして、前記接合面に対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する貫通孔または溝である凹部を形成する工程と、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のシリコン基板としての封止板を有する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の液体吐出ヘッドの封止板の金属成膜の陽極酸化と逆スパッタを説明するための概略図。

【図7】図１の液体吐出ヘッドの封止板の逆スパッタ後の表面状態を表す写真。

【図8】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9】本発明の実施例２のシリコン基板の側面断面図。

【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の態様のシリコン基板は、基板面のうちの一方を他の部材に接合される側の接合面とするシリコン基板であって、前記接合面に対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する貫通孔または溝である凹部を前記接合面に有し、前記接合面のうちの前記凹部が形成されていない非形成領域の少なくとも一部に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部が複数形成されることを特徴とする。

【0009】

本態様によれば、接合面のうちの非形成領域の少なくとも一部に直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部が複数形成される。すなわち、他の部材との接合面に直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の緻密でアンカー効果の高い穴部が複数形成される。したがって、他の部材に接合されて使用されるシリコン基板において、該他の部材に対して剥離することを抑制することができる。

【0010】

本発明に係る第２の態様のシリコン基板は、第１の態様において、前記シリコン基板は、単結晶シリコン基板であって、前記凹部は、金属アシスト化学エッチングで形成され、前記凹み方向は、前記基板面に対して９０°プラスマイナス２°以下の角度をなすことを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、凹部は金属アシスト化学エッチングで形成され、凹部の凹み方向は基板面に対して９０°プラスマイナス２°以下の垂直側壁で側壁が構成される。このため、基板面が広がることを抑制でき、単結晶シリコン基板を小型化することができる。

【0012】

本発明に係る第３の態様のシリコン基板は、第１の態様において、前記穴部は、直径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、穴部は直径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。穴部をこのような大きさにすることで、アンカー効果が特に有効となり、シリコン基板が他の部材に対して剥離することを特に効果的に抑制することができる。

【0014】

本発明の第４の態様の液体吐出ヘッドは、前記第１から第３のいずれか１つの単結晶シリコン基板と、前記他の部材として、前記シリコン基板と接合された際に前記貫通孔と繋がり液体を供給可能な流路の少なくとも一部を構成するとともに、前記流路と繋がる圧力室に対して圧力を付与可能なキャビティー基板と、を備えることを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、上記シリコン基板とキャビティー基板とにより、シリコン基板が他の部材としてのキャビティー基板に対して剥離することを抑制することができる。

【0016】

本発明に係る第５の態様のシリコン基板の製造方法は、基板面のうちの接合面を介して他の部材に接合されるシリコン基板の製造方法であって、前記接合面のエッチング対象領域に触媒膜を形成する工程と、前記接合面のうちの前記触媒膜が形成されていない非エッチング対象領域上及び前記触媒膜上に金属で金属成膜を形成する工程と、前記金属成膜を陽極酸化して前記金属成膜を陽極酸化膜とし、前記陽極酸化膜上に複数の窪みを形成する工程と、前記陽極酸化膜の少なくとも一部を除去し、前記エッチング対象領域の前記触媒膜上及び前記非エッチング対象領域の前記接合面上における前記窪みに対応する位置に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部を形成する工程と、前記接合面をエッチング液と接触させて前記エッチング対象領域をエッチングして、前記接合面に対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する貫通孔または溝である凹部を形成する工程と、を有することを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、シリコン基板における他の部材との接合面に対し、例えばアルミニウムなどで金属成膜を形成し、金属成膜を陽極酸化膜とし、陽極酸化膜上に複数の窪みを形成し、陽極酸化膜を除去することで、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部を形成する。すなわち、他の部材との接合面に直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の緻密でアンカー効果の高い穴部が複数形成する。したがって、他の部材に接合されて使用されるシリコン基板において、該他の部材に対して剥離することを抑制することができる。

【0018】

本発明に係る第６の態様のシリコン基板の製造方法は、第５の態様において、前記金属成膜を形成する工程は、アルミニウムで金属成膜を形成し、前記穴部を形成する工程は、アルゴンでの逆スパッタにより実行されることを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、アルミニウムで金属成膜を形成し、アルゴンで逆スパッタすること穴部を形成する。このため、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の緻密でアンカー効果の高い複数の穴部を容易に形成することができる。

【0020】

本発明に係る第７の態様のシリコン基板の製造方法は、第５または第６の態様において、前記窪みを形成する工程での前記陽極酸化膜の厚みは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記窪みを形成する工程での前記窪みの直径は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記穴部の直径は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする。

【0021】

本態様によれば、陽極酸化膜の厚みは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、窪みの直径は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。陽極酸化膜の厚み及び窪みの直径をこのような範囲で構成することで、アンカー効果が特に有効な直径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の緻密な穴部を好適に形成することができる。

【0022】

本発明に係る第８の態様のシリコン基板の製造方法は、第５または第６の態様において、前記基板面の結晶異方性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前記側壁よりも傾斜した傾斜側壁を有する傾斜貫通孔を形成する工程を有することを特徴とする。

【0023】

本態様によれば、基板面の結晶異方性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貫通孔を形成する。結晶異方性エッチングを採用することで、容易に傾斜貫通孔を形成することができる。

【0024】

本発明に係る第９の態様のシリコン基板の製造方法は、第８の態様において、前記傾斜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、前記凹部を形成する工程では、前記凹部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。

【0025】

本態様によれば、傾斜貫通孔を形成する際にはエッチング液としてアルカリ性水溶液を使用して結晶異方性エッチングし、凹部を形成する際には金属アシスト化学エッチングを採用する。このような方法を採用することで、傾斜貫通孔を容易に形成することができるとともに、凹部を精密に形成することができる。

【0026】

本発明に係る第１０の態様のシリコン基板の製造方法は、第５または第６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。

【0027】

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。

【0028】

本発明に係る第１１の態様のシリコン基板の製造方法は、第５または第６の態様において、前記凹部として前記貫通孔を形成する工程では、前記貫通孔を前記接合面から前記接合面とは反対側の面まで貫通させ、前記貫通孔の前記反対面側の開口部に、前記反対面に向かうにつれて広がる前記反対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。

【0029】

本態様によれば、凹部としての貫通孔の反対面側の開口部は、反対面に向かうにつれて広がる反対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。

【0030】

［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８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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。ただし、単結晶シリコン基板であることに限定されない。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。

【0037】

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。

【0038】

本実施例の流路基板４０も、封止板２０やキャビティー基板３０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。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。

【0039】

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。

【0040】

ここで、ＭＡＣＥで形成される第２貫通孔２２の垂直側壁２２ａが基板面に対してなす角度、別の表現をすると、凹部である第２貫通孔２２の凹み方向の基板面に対してなす角度は、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。また、このような構成とすることで、基板面が広がることを抑制でき、単結晶シリコン基板である封止板２０を小型化することができる。

【0041】

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。

【0042】

ここで、本実施例の封止板２０についてさらに説明すると、上記のように、本実施例の封止板２０は、基板面のうちの一方である第２面２０ｂを他の部材であるキャビティー基板３０側の接合面とするシリコン基板である。そして、第２面２０ｂに対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する凹部として、貫通孔である第２貫通孔２２と、溝である圧電素子収容室２３と、を第２面２０ｂに有している。このように、接合面に凹部としての貫通孔及び溝の少なくとも一方を有し該接合面を介して他の部材に接合されるシリコン基板は、凹部があることにより他の部材との接触面積が少なくなり、接合した他の部材から剥離しやすい場合がある。そこで、本実施例の封止板２０は、接合したキャビティー基板３０から剥離することを抑制するために、接合面である第２面２０ｂのうちの凹部である第２貫通孔２２及び圧電素子収容室２３が形成されていない図６で表されるような非形成領域２０８に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部２０７が複数形成されている。このように、非形成領域２０８の少なくとも一部に直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部２０７が複数形成することで、緻密でアンカー効果の高い穴部２０７が複数形成されることとなり、他の部材に接合されるシリコン基板が他の部材から剥離することが抑制される。

【0043】

なお、穴部２０７は、直径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが特に好ましい。穴部２０７をこのような大きさにすることで、アンカー効果が特に有効となり、シリコン基板が他の部材に対して剥離することを特に効果的に抑制することができるためである。

【0044】

次に、穴部２０７の具体的な形成方法などを含む本実施例の封止板２０の製造方法について、図４から図７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の触媒膜形成工程を実行する。ステップＳ１０の触媒膜形成工程では、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、フォトリソによりレジストでパターン化し、図４の上から３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を形成する。ここで、図４の上から３番目の図において、Ａｕ膜２０４は下面から見ると円環状をしており、本実施例ではＡｕを蒸着させることにより形成している。

【0045】

次に、図５で表されるステップＳ２０の金属成膜形成工程を実行する。ステップＳ２０の金属成膜形成工程では、図４の上から４番目の図で表されるように、接合面である第２面２０ｂ側に、アルゴン環境下においてアルミニウムでスパッタ成膜２０５を形成する。ここで、図６の上の図は、第２面２０ｂ側の非形成領域２０８において単結晶シリコン基板２０１にスパッタ成膜２０５が形成された状態を表している。なお、図６では、スパッタ成膜２０５の状態を見やすくするため、酸化膜２０２は省略して表されている。

【0046】

そして、その後、図５で表されるステップＳ３０の陽極酸化工程を実行する。ステップＳ３０の陽極酸化工程を実行することで、図６の上の図から図６の中央の図に進むことで表されるように、スパッタ成膜２０５には微細な窪み２０６が複数形成される。窪み２０６は、第２面２０ｂ側の非形成領域２０８のＡｕ膜２０４上と、第２面２０ｂ側の非形成領域２０８のＡｕ膜２０４が形成されていない単結晶シリコン基板２０１の表面上と、の両方のスパッタ成膜２０５に形成される。

【0047】

そして、その後、図５で表されるステップＳ４０の穴部形成工程を実行する。ステップＳ４０の穴部形成工程は、本実施例では、アルゴンによる逆スパッタを行うことで実行される。図６の下の図で表されるように、アルゴンによる逆スパッタを行うことで、スパッタ成膜２０５の表面及び窪み２０６の内部にアルゴンが衝突し、衝突された箇所が削られることでスパッタ成膜２０５が薄くなるとともに窪み２０６の底部分に穴部２０７が形成される。

【0048】

そして、その後、図５で表されるステップＳ５０のエッチングによる凹部形成工程を実行する。具体的には、最初に、図４の上から５番目の図で表されるように、スパッタ成膜２０５及び酸化膜２０２を除去する。なお、図７は穴部２０７を表す一例としての写真であり、スパッタ成膜２０５及び酸化膜２０２を除去した後の、Ａｕ膜２０４の表面と、Ａｕ膜２０４が形成されていない単結晶シリコン基板２０１の表面との、境界部分周辺を表す写真である。

【0049】

図４の上から５番目の図の状態からＭＡＣＥを行うと、図４の上から６番目の図の状態となる。図４の上から６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。なお、図７の写真で表されるようにＡｕ膜２０４の表面にも穴部２０７が複数形成されていることで、ＭＡＣＥにおいてエッチング液がＡｕ膜２０４の周囲に循環しやすくなり、単結晶シリコン基板２０１のエッチングレートを高めることができる。その後、Ａｕ膜２０４をエッチングすると図４の上から７番目の図の状態となる。また、Ａｕ膜２０４の表面に穴部２０７が複数形成されていることで、Ａｕ膜２０４をエッチングする際のエッチングレートも高めることができる。

【0050】

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４の上から８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４の上から９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水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ性水溶液を用いて行うと、図４の上から１０番目の図の状態となる。なお、本実施例では、第１貫通孔２１に対応する領域及び圧電素子収容室２３に対応する領域に加え、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４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。

【0051】

上記のように、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、第２面２０ｂを介してキャビティー基板３０に接合されるシリコン基板の製造方法である。そして、ステップＳ１０の触媒膜形成工程として、第２面２０ｂのエッチング対象領域にＡｕ膜２０４を形成する工程を有する。また、ステップＳ２０の金属成膜形成工程として、第２面２０ｂの全体、すなわち、第２面２０ｂのうちのＡｕ膜２０４が形成されていない非エッチング対象領域上と、Ａｕ膜２０４上と、に金属であるアルミニウムでスパッタ成膜２０５を形成する工程を有する。また、ステップＳ３０の陽極酸化工程として、スパッタ成膜２０５を陽極酸化してスパッタ成膜２０５を陽極酸化膜とし、該陽極酸化膜上に複数の窪み２０６を形成する工程を有する。また、ステップＳ４０の穴部形成工程として、該陽極酸化膜の少なくとも一部を除去し、エッチング対象領域のＡｕ膜２０４上及び非エッチング対象領域の第２面２０ｂ上における窪み２０６に対応する位置に、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の穴部２０７を形成する工程を有する。また、ステップＳ５０の凹部形成工程として、第２面２０ｂをエッチング液と接触させてエッチング対象領域をエッチングして、第２面２０ｂに対して交差する凹み方向に延設される側壁または傾斜面を有する凹部である第２貫通孔２２及び圧電素子収容室２３を形成する工程を有する。このようなシリコン基板の製造方法を実行することで、キャビティー基板３０など他の部材との接合面に直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の緻密でアンカー効果の高い穴部２０７が複数形成することができる。したがって、他の部材に接合されて使用されるシリコン基板において、該他の部材に対して剥離することを抑制することができる。

【0052】

ここで、本実施例の封止板２０の製造方法は、ステップＳ２０の金属成膜形成工程はアルミニウムで金属成膜を形成し、ステップＳ４０の穴部形成工程はアルゴンでの逆スパッタにより実行される。このような方法を採用することで、直径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の緻密でアンカー効果の高い複数の穴部２０７を容易に形成することができる。

【0053】

ここで、ステップＳ３０の陽極酸化工程において陽極酸化膜の厚みを５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするとともに窪み２０６の直径を２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることで、ステップＳ４０の穴部形成工程において穴部２０７の直径を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることが好ましい。陽極酸化膜の厚み及び窪み２０６の直径をこのような範囲で構成することで、アンカー効果が特に有効な直径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の緻密な穴部２０７を好適に形成することができるためである。

【0054】

なお、陽極酸化膜の厚みが薄いと、アルゴンで逆スパッタした際にバリア膜の影響で陽極酸化膜の窪みが消失する虞がある。一方、陽極酸化膜の厚みが厚いと、陽極酸化膜の窪みが基板面に対して垂直に形成されずに、アルゴンが窪みの底に届かず逆スパッタできなくなる虞がある。陽極酸化膜の厚みは、例えば、陽極酸化の際のリン酸濃度を０．１から０．５ｍｏｌ／ｌとし、電解電圧を２０から４０Ｖとし、処理時間を５から４０分とすることなど、各種条件を調整して制御することが可能である。また、穴部２０７の直径は陽極酸化の窪み２０６の直径よりも小さくなる。これは、スパッタ時におけるアルゴンの入射角が完全に垂直ではないこと、これに伴い、陽極酸化膜の窪み２０６が基板面に対して完全には垂直に形成されないことに起因する。

【0055】

また、上記のように、本実施例の封止板２０の製造方法においては、ステップＳ５０の凹部形成工程で、第２貫通孔２２に加えて第１貫通孔２１を形成している。別の表現をすると、本実施例の封止板２０の製造方法は、基板面の結晶異方性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、基板面に対して第２貫通孔２２の側壁である垂直側壁２２ａよりも傾斜した傾斜側壁２１ａを有する傾斜貫通孔である第１貫通孔２１を形成する工程を有する。本実施例の封止板２０の製造方法のように、結晶異方性エッチングを採用することで、容易に傾斜貫通孔を形成することができる。

【0056】

ここで、ステップＳ５０の凹部形成工程において、傾斜貫通孔である第１貫通孔２１を形成する際にはエッチング液としてアルカリ性水溶液を使用して結晶異方性エッチングし、凹部としての第２貫通孔２２を形成する際にはＭＡＣＥを採用している。このような方法を採用することで、第１貫通孔２１を容易に形成することができるとともに、第２貫通孔２２を精密に形成することができる。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。ＭＡＣＥによるエッチングの際のエッチング液は、フッ化水素水溶液などを使用することができる。

【0057】

なお、ステップＳ１０の触媒膜形成工程では、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。

【0058】

ここで、ステップＳ５０の凹部形成工程における凹部としての第２貫通孔２２を形成する工程では、第２貫通孔２２を第２面２０ｂから第２面２０ｂとは反対側の反対面である第１面２０ａまで貫通させる。そして、図４の一番下の図で表されるように、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に対する傾斜面が設けられる。このため、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、開口部２４から第２貫通孔２２にインクを流入する場合において、インクを好適に流入することができる。

【0059】

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８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。

【0060】

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。

【0061】

上記のように、本実施例の液体吐出ヘッド１は、上記の封止板２０と、封止板２０と接合された際に第２貫通孔２２と繋がりインクを供給可能な流路５１の少なくとも一部を構成するとともに流路５１と繋がる圧力室４１に対して圧力を付与可能なキャビティー基板３０と、を備えている。このような構成とすることで、封止板２０とキャビティー基板３０とにより、封止板２０がキャビティー基板３０に対して剥離することを抑制することができる。

【0062】

［実施例２］
以下に、実施例２のシリコン基板２００について図９を参照して説明する。本実施例のシリコン基板２００も、実施例１の封止板２０と同様、液体吐出ヘッドの構成部材として使用することができる。図９では、実施例１の封止板２０と共通する構成部材は同じ符号で示している。本実施例のシリコン基板２００も、実施例１の封止板２０と同様、基板面を貫通する第２貫通孔２２と圧電素子収容室２３に対応する溝とが形成されている。ただし、本実施例のシリコン基板２００は、基板面のうちの接合面としての第１面２０ａを介して他の部材に接合される。このため、穴部２０７は第１面２０ａに設けられている。なお、本実施例のシリコン基板２００の穴部２０７の構成は実施例１の封止板２０の穴部２０７の構成と同様である。また、第２貫通孔２２と圧電素子収容室２３に対応する溝とは、水酸化カリウム水溶液をエッチング液として使用して結晶異方性エッチングにより形成することができるが、他にも、ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）により形成することもできる。

【0063】

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、穴部２０７を封止板２０ではなくキャビティー基板３０や流路基板４０に設けることも可能である。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】

【0064】

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（シリコン基板）、２０ａ…第１面（基板面、反対面）、２０ｂ…第２面（基板面、接合面）、２１…第１貫通孔、２１ａ…傾斜側壁、２２…第２貫通孔（凹部）、２２ａ…垂直側壁、２３…圧電素子収容室（凹部）、２４…開口部、２４ａ…傾斜面、３０…キャビティー基板（他の部材）、３０ａ…第３面、３０ｂ…第４面、３１…電極部、３２…圧電素子、３３…電極膜、３４…電極膜、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、２００…シリコン基板、２０１…単結晶シリコン基板、２０２…酸化膜、２０４…Ａｕ膜（触媒膜）、２０５…スパッタ成膜（金属成膜）、２０６…窪み、２０７…穴部、２０８…非形成領域、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】