シリコン製ノズル基板、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、シリコン製ノズル基板の製造方法、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
【課題】被覆性がよく、ノズル孔の内壁等が吐出液によって浸食されず、耐久性、吐出特性に優れたシリコン製ノズル基板等を提供する。
【解決手段】シリコン製ノズル基板１は、液滴を吐出するためのノズル孔１１を有し、ノズル孔１１近傍の液滴吐出側にノズル孔１１の吐出口と連通し液滴吐出側に開口する吐出凹部１２を備え、吐出凹部１２の内壁１１ｃからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て液滴吐出側の面１ａと反対側の面１ｅまで連続する耐吐出液保護膜Ａが形成された。この耐吐出液保護膜Ａは熱酸化保護膜である。そして、耐吐出液保護膜Ａの液滴吐出側の面１ａを撥水性にし、ノズル孔１１の吐出口縁部１１ｄより内壁１１ｃ側を親水性にした。
【解決手段】シリコン製ノズル基板１は、液滴を吐出するためのノズル孔１１を有し、ノズル孔１１近傍の液滴吐出側にノズル孔１１の吐出口と連通し液滴吐出側に開口する吐出凹部１２を備え、吐出凹部１２の内壁１１ｃからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て液滴吐出側の面１ａと反対側の面１ｅまで連続する耐吐出液保護膜Ａが形成された。この耐吐出液保護膜Ａは熱酸化保護膜である。そして、耐吐出液保護膜Ａの液滴吐出側の面１ａを撥水性にし、ノズル孔１１の吐出口縁部１１ｄより内壁１１ｃ側を親水性にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、シリコン製ノズル基板の製造方法、シリコン製ノズル基板の製造方法を適用した液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによって、インク液を選択されたノズル孔から吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００３】
近年、インクジェットヘッドに対して、印刷速度の高速化及びカラー化を目的としてノズル列を複数有する構造が求められており、さらに加えて、ノズルは高密度化するとともに１列あたりのノズル数が増加して長尺化しており、インクジェットヘッド内のアクチュエータ数は益々増加している。このため、ノズル密度が高く、長尺かつ多数のノズル列を有する、小型で耐久性、吐出特性に優れたインクジェットヘッドが要求され、従来から様々な工夫、提案がなされている。
【０００４】
従来のノズル基板は、ノズル孔の内壁にインク保護膜をスパッタで形成し、液滴吐出面に中間膜をスパッタで形成して、その上に撥水膜をスプレー塗布で形成していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４１５０６号公報（第４頁、図１Ａ−図１Ｂ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の技術では、ノズル孔の内壁におけるインク保護膜の被覆性が不十分であるため、ノズル孔内壁のインク保護膜が浸食され、シリコン基板側まで浸食されるおそれがあった。また、吐出特性にも問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、被覆性がよく、ノズル孔の内壁等が吐出液によって浸食されず、耐久性、吐出特性に優れたシリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、シリコン製ノズル基板の製造方法、シリコン製ノズル基板の製造方法を適用した液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、液滴を吐出するためのノズル孔を有し、ノズル孔近傍の液滴吐出側にノズル孔の吐出口と連通し液滴吐出側に開口する吐出凹部を備え、吐出凹部の内壁からノズル孔の内壁を経て液滴吐出側の面と反対側の面まで連続する耐吐出液保護膜を形成したものである。
【０００９】
耐吐出液保護膜が吐出凹部の内壁からノズル孔の内壁を経て液滴吐出側の面と反対側の面まで連続して形成され、被覆性がよいので、吐出凹部やノズル孔の内壁が液滴に浸食されることがなく、耐久性に優れる。
【００１０】
本発明に係るシリコン製ノズル基板に形成された耐吐出液保護膜は、熱酸化保護膜である。
耐吐出液保護膜が熱酸化によって連続形成されているので、均一性を確保することができる。
【００１１】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、耐吐出液保護膜の液滴吐出側の面を撥水性にし、ノズル孔の吐出口縁部より内壁側を親水性にした。
ノズル孔の内壁はノズル孔の吐出口縁部まで親水性であるため、液滴吐出側の面への液滴残留がなく、飛行曲がりのない良好な吐出特性を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のシリコン製ノズル基板を備えたものである。
耐久性に優れ、良好な吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
耐久性に優れ、良好な吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
【００１４】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材をドライエッチングして第１の凹部を形成する工程と、第１の凹部を形成した側の面と反対側の面からシリコン基材をウェットエッチングして第２の凹部を形成し、第１の凹部を開口してノズル孔とする工程と、シリコン基材の表面に耐吐出液保護膜を形成する工程と、ノズル孔を形成した側の面に支持基板を貼り合わせ、第２の凹部を形成した側の面を薄板化し、第２の凹部を吐出凹部とする工程と、吐出凹部を形成した側の面に撥水膜を形成する工程と、吐出凹部を形成した側の面をサポート部材によって保護して支持基板を剥離し、剥離した側の面から親水化処理し、サポート部材を剥離する工程とを有するものである。
【００１５】
ウェットエッチングで第１の凹部を開口するので、ノズル孔を研削により開口する場合と比較して、チッピング、ディッシング等のノズル孔の形状崩れが発生しない。
また、シリコン基材の薄板化工程が研削加工のみで済み、ポリッシュが必要ない。
【００１６】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、耐吐出液保護膜をシリコン基材の熱酸化によって形成するものである。
耐吐出液保護膜がシリコン基材の熱酸化によって一度に連続形成されるので、耐吐出液保護膜の均一性を確保することができる。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して液滴吐出ヘッドのノズル基板部分を形成するものである。
耐久性に優れ、吐出特性の良い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
耐久性に優れ、吐出特性の良い液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係るインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）の一部を断面で示した分解斜視図、図２は図１を組立てた状態の要部を示す縦断面図、図３は図２のノズル孔の近傍を拡大して示した縦断面図である。
インクジェットヘッド１０は、図１および図２に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２の振動板２２に対峙して個別電極３１が配設された電極基板３とを貼り合わせることにより構成されている。
【００２０】
ノズル基板１は、シリコン単結晶基材（以下、単にシリコン基材ともいう）から作製され、液滴（インク滴）を吐出するためのノズル孔１１が開口されている。各ノズル孔１１は、図３に示すように、例えば、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち、吐出凹部（後述）側に開口する径の小さい吐出部（第１のノズル孔部）１１ａと、キャビティ基板２と接合する接合面１ｅ側に位置して後端が接合面１ｅに開口する径の大きい導入部（第２のノズル孔部）１１ｂとから構成され、基板面に対して垂直にかつ同心状に形成されている。
【００２１】
液滴吐出面（液滴吐出側の面）１ａは、図３に示すように、吐出平面１ｂと吐出凹面（吐出凹部の内壁）１ｃとからなり、吐出凹面１ｃは液滴吐出側に拡径して開口する逆円錐台形状の吐出凹部１２を形成する。そして、吐出凹部１２は、その底面１ｄにおいてノズル孔１１の径の小さい吐出部１１ａの先端と連通しており、ノズル孔１１と同心状に形成されている。
液滴吐出面１ａの吐出凹面１ｃからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て、液滴吐出面１ａと反対側の面である接合面１ｅまでは、連続して熱酸化膜が形成されており、耐吐出液保護膜Ａを構成している。
液滴吐出面１ａの吐出平面１ｂと吐出凹面１ｃには、シロキサンを原料とするプラズマ重合膜１３が形成され、その上にはフッ素原子を含むシリコン化合物を主成分とする撥水膜（撥インク膜）１４が形成されている。そして、ノズル孔１１の吐出口縁部１１ｄを境にして、ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｅには、親水膜（親インク膜）１５が形成されている。
【００２２】
キャビティ基板２は、シリコン単結晶基材（この基材も以下、単にシリコン基材ともいう）から作製されている。そして、シリコン基材に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の吐出室２４、リザーバ２５をそれぞれ構成するための凹部２４０、２５０、及びオリフィス２３を構成するための凹部２３０が形成される。
凹部２４０はノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２４０は吐出室２４を構成し、それぞれがノズル孔１１に連通し、またインク供給口であるオリフィス２３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２４（凹部２４０）の底壁が振動板２２となっている。
【００２３】
他方の凹部２５０は、液状のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２４に共通のリザーバ（共通インク室）２５を構成する。そして、リザーバ２５（凹部２５０）はそれぞれオリフィス２３を介して全ての吐出室２４に連通している。また、リザーバ２５の底部には後述する電極基板３を貫通する孔が設けられており、この孔で形成されたインク供給孔３４を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
また、キャビティ基板２の全面、もしくは少なくとも電極基板３との対向面には、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜２６が形成されており、この絶縁膜２６は、インクジェットヘッドを駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。
【００２４】
電極基板３は、ガラス基材から作製されている。このガラス基材は、キャビティ基板２のシリコン基材と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが好ましい。これは、電極基板３とキャビティ基板２とを陽極接合する際、両基板３、２の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティ基板２とを強固に接合することができるからである。
【００２５】
電極基板３のキャビティ基板２と対向する面には、キャビティ基板２の各振動板２２に対向する位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。そして、各凹部３２内には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１が形成されており、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップ（空隙）Ｇは、インクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。なお、個別電極３１の材料にはクロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすいため、一般にＩＴＯが用いられている。
【００２６】
個別電極３１は、リード部３１ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部３１ｂとを有する。端子部３１ｂは、図２に示すように、配線のためにキャビティ基板２の末端部が開口された電極取り出し部２９内に露出している。
【００２７】
上述したノズル基板１、キャビティ基板２、及び電極基板３は、一般に個別に作製され、これらを図２に示すように貼り合わせることにより、インクジェットヘッド１０の本体部が作製される。すなわち、キャビティ基板２と電極基板３は例えば陽極接合により接合され、そのキャビティ基板２の上面（図２の上面）にはノズル基板１が接着剤等により接合される。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップＧの開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材２７で封止されている。これにより、湿気や塵埃等がギャップＧ内へ侵入するのを防止することができる。
【００２８】
そして、図２に示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路４が、各個別電極３１の端子部３１ｂと、キャビティ基板２上に設けられた共通電極２８とに、フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続されている。
【００２９】
上記のように構成されたインクジェットヘッド１０において、駆動制御回路４によりキャビティ基板２と個別電極３１との間にパルス電圧が印加されると、振動板２２と個別電極３１との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板２２が個別電極３１側に引き寄せられて撓み、吐出室２４の容積が拡大する。これにより、リザーバ２５の内部に溜まっていたインクがオリフィス２３を通じて吐出室２４に流れ込む。次に、個別電極３１への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板２２が復元し、吐出室２４の容積が急激に収縮する。これにより、吐出室２４内の圧力が急激に上昇し、この吐出室２４に連通しているノズル孔１１からインク液滴が吐出される。
【００３０】
次に、インクジェットヘッド１０の製造方法について、図４〜図９を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態１に係るノズル基板１を示す上面図、図５〜図９はノズル基板１の製造工程を示す断面図（図４をイ−イ線で切断した断面図）である。図１０、図１１はキャビティ基板２と電極基板３との接合工程を示す断面図であり、ここでは、主に、電極基板３にシリコン基材２００を接合した後に、キャビティ基板２を製造する方法を示す。
まず、最初に、図５〜図９により、ノズル基板１の製造方法を説明する。なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
【００３１】
（ａ） 図５（ａ）に示すように、シリコン基材１００（ノズル基板１）を用意して熱酸化装置にセットする。
【００３２】
（ｂ） 酸化温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、図５（ｂ）に示すように、シリコン基材１００の表面、すなわち接合面１００ｅ（１ｅ）と液滴吐出面１００ａに、厚みが例えば１．０μｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０１を均一に形成する。
【００３３】
（ｃ） 図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により、シリコン酸化膜１０１に、第２のノズル孔部１１ｂ（図６（ｆ）参照）に対応する第２のパターニング部１０１ｂと、これと同心状に第１のノズル孔部１１ａ（図６（ｆ）参照）に対応する第１のパターニング部１０１ａとを形成する。この場合、まず、第２のパターニング部１０１ｂをＢＨＦ（Buffered HF）によりハーフエッチングして形成し、次に、第１のパターニング部１０１ａをその残し厚さが零になるようにＢＨＦによりエッチングして形成する。こうして、２段のノズルパターニングを行う。
【００３４】
（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、シリコン基材１００をＩＣＰドライエッチングによって垂直に異方性ドライエッチングして、第１のノズル孔部１１ａを形成する。
【００３５】
（ｅ） 図６（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜１０１をＢＨＦによりエッチングして、第２のパターニング部１０１ｂの残し厚さが零になるようにする。
【００３６】
（ｆ） 図６（ｆ）に示すように、シリコン基材１００をＩＣＰドライエッチングにより垂直に異方性ドライエッチングして、第２のノズル孔部１１ｂを形成する。このとき、同時に第１のノズル孔部１１ａも同じ深さだけ垂直に異方性ドライエッチングされる。こうして、液滴吐出側が閉じられたノズル孔（第１の凹部）１１０が形成される。
【００３７】
（ｇ） 図７（ｇ）に示すように（図７（ｇ）より図８（ｎ）に至るまでは図６（ｆ）のシリコン基材１００の上下を逆転した図を示す）、液滴吐出面１００ａの酸化膜１０１をパターニングして、開口孔１０１ｃを形成する。
【００３８】
（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、接合面１００ｅをテフロン（登録商標）治具４００によって保護し、シリコン基材１００を２５％水酸化カリウム水溶液に浸漬して異方性エッチングを行う。そして、逆円錐台形状の吐出凹部となる部分（第２の凹部）１２０を形成し、その底面１００ｄにおいて、閉じられたノズル孔１１０の第１のノズル孔部１１ａ側を開口して、ノズル孔１１とする。
【００３９】
（ｉ） シリコン基材１００をフッ酸水溶液に浸漬し、図７（ｉ）に示すように、熱酸化膜１０１を除去する。
【００４０】
（ｊ） シリコン基材１００を熱酸化装置にセットし、例えば、酸化温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、図７（ｊ）に示すように、例えば厚み０．１μｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０２を均一に形成する。このシリコン酸化膜１０２は、液滴吐出面１００ａの吐出平面１００ｂから吐出凹面１００ｃを経て、ノズル孔１１の内壁１１ｃを通り、液滴吐出面１００ａと反対側の面である接合面１００ｅまで連続する。
【００４１】
（ｋ） 図８（ｋ）に示すように、ガラス等の支持基板５００に両面接着シート５０１を貼り付けて、両面接着シート５０１をシリコン基材１００の接合面１００ｅと向かい合わせ、これらを真空中で貼り合わせる。
次に、シリコン基材１００の液滴吐出面１００ａをグラインダーによって研削し、薄板化する。このとき、吐出凹部となる部分１２０であって研削されずに残った部分はこの部分の酸化膜１００が除去されず、吐出凹部１２となって、研削後の液滴吐出面１００ａ（１ａ）に対して段差を形成する。こうして、液滴吐出面１００ａの吐出凹面１００ｃからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て、液滴吐出面１００ａと反対側の面である接合面１００ｅまで連続して形成された熱酸化膜１０２が、耐吐出液保護膜Ａを構成する。
【００４２】
（ｌ） 図８（ｌ）に示すように、液滴吐出面１００ａ（吐出平面１００ｂと吐出凹面１００ｃ）に、シロキサンを原材料とするプラズマ重合膜１３を形成する。
【００４３】
（ｍ） 図８（ｍ）に示すように、プラズマ重合膜１３の上に、ディッピングによりフッ素原子を含むシリコン化合物を主成分とする撥水膜１４を形成する。
【００４４】
（ｎ） 図８（ｎ）に示すように、液滴吐出面１００ａ（吐出平面１００ｂと吐出凹面１００ｃ）にダイシングテープ６００をサポートテープとして貼り付け、支持基板５００を取り外す。
【００４５】
（ｏ） 図９（ｏ）に示すように（図９（ｏ）より図９（ｐ）に至るまでは図８（ｎ）のシリコン基材１００の上下を逆転した図を示す）、接合面１００ｅ側からアルゴン（Ａｒ）プラズマを当て、ノズル孔１１の内壁１１ｃの撥水膜１４を除去して親水化処理し、親水膜１５を形成する。
【００４６】
（ｐ） 図９（ｐ）に示すように、シリコン基材１００からダイシングテープ６００を剥がす。
こうして、シリコン基材１００からノズル基板１が完成する。
【００４７】
実施の形態１に係るノズル基板１およびその製造方法によれば、耐吐出液保護膜Ａが、液滴吐出面１ａの吐出凹面１ｃ（吐出凹部１２の内壁）からノズル孔１１の内壁１１ｃを経て、液滴吐出面１ａと反対側の面である接合面１ｅまで連続形成されているので、吐出凹部１２の吐出凹面１ｃおよびノズル孔１１の内壁１１ｃが吐出液に侵食されず、吐出液に対する耐久性に優れる。
また、ノズル孔１１の内壁１１ｃは親水性であり、液滴吐出面１ａはノズル孔１１の吐出口縁部１１ｄまで撥水性であるため、液滴吐出面１ａへの液滴残留がなく、飛行曲がりのない良好な吐出特性を得ることができる。
さらに、ノズル基板１の薄板化工程が研削加工のみで済み、ポリッシュが必要ない。
また、ウェットエッチングにより吐出凹部１２を形成してノズル孔１１を開口するので、研削による開口と比較して、チッピング、ディッシング等のノズル孔１１の形状崩れが発生しない。
【００４８】
次に、キャビティ基板２および電極基板３の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板３にシリコン基材２００を接合した後、そのシリコン基材２００からキャビティ基板２を製造する方法について、図１０、図１１を用いて説明する。
【００４９】
（ａ） 図１０（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材３００（電極基板３）に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングして、凹部３２を形成する。この凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状であり、個別電極３１ごとに複数形成される。
そして、凹部３２の底部に、例えばスパッタによりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極３１を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔３４となる孔部３４ａを形成することにより、電極基板３が作製される。
【００５０】
（ｂ） 図１０（ｂ）に示すように、シリコン基材２００（キャビティ基板２）の両面を鏡面研磨した後、シリコン基材２００の片面に、プラズマＣＶＤによってＴＥＯＳ（TetraEthyl Ortho Silicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する。なお、シリコン基材２００を形成する前に、エッチングストップ技術を利用し、振動板２２の厚みを高精度に形成するためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。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。
【００５１】
（ｃ） このシリコン基材２００と、図１０（ａ）のようにして作製された電極基板３とを、図１０（ｃ）に示すように、例えば３６０℃に加熱して、シリコン基材２００に陽極を、電極基板３に陰極を接続し、８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。
【００５２】
（ｄ） シリコン基材２００と電極基板３とを陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で接合状態のシリコン基材２００をエッチングし、図１０（ｄ）に示すように、シリコン基材２００を薄板化する。
【００５３】
（ｅ） 次に、シリコン基材２００の上面（電極基板３が接合されている面と反対側の面）の全面にプラズマＣＶＤによって、シリコン酸化膜２０１（図１１（ｅ）参照）を形成する。そして、このシリコン酸化膜２０１に、吐出室２４となる凹部２４０、オリフィス２３となる凹部２３０、及びリザーバ２５となる凹部２５０等を形成するためのレジストをパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜２０１をエッチング除去する。
その後、シリコン基材２００を水酸化カリウム水溶液等でエッチングして、図１１（ｅ）に示すように、吐出室２４となる凹部２４０、オリフィス２３となる凹部２３０、及びリザーバ２５となる凹部２５０を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部となる部分２９ａもエッチングして薄板化しておく。なお、図１１（ｅ）のウェットエッチングの工程では、例えば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板２２の面荒れを抑制することができる。
【００５４】
（ｆ） シリコン基材２００のエッチングが終了した後に、図１１（ｆ）に示すように、フッ酸水溶液でエッチングして、シリコン基材２００の上面に形成されているシリコン酸化膜２０１を除去する。
【００５５】
（ｇ） シリコン基材２００の吐出室２４となる凹部２４０等が形成された面に、図１１（ｇ）に示すように、プラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する。
【００５６】
（ｈ） 図１１（ｈ）に示すように、ＲＩＥ等によって電極取り出し部２９を開放する。また、電極基板３のインク供給孔３４となる孔部３４ａからレーザ加工を施して、シリコン基材２００のリザーバ２５となる凹部２５０の底部を貫通させ、インク供給孔３４を形成する。また、振動板２２と個別電極３１との間のギャップＧの開放端部にエポキシ樹脂等の封止材２７を充填して封止を行う。また、図２に示した共通電極２８を、スパッタにより、シリコン基材２００の上面（ノズル基板１との接合側の面）の端部に形成する。
【００５７】
以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基材２００からキャビティ基板２が作製される。
そして最後に、このキャビティ基板２に、前述のようにして作製されたノズル基板１を接着剤等により接合することにより、図２に示したインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。
【００５８】
本実施の形態１に係るキャビティ基板２および電極基板３の製造方法によれば、キャビティ基板２を、予め作製された電極基板３に接合した状態のシリコン基材２００から作製するので、電極基板３によりシリコン基材２００を支持した状態となり、シリコン基材２００を薄板化しても割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。したがって、キャビティ基板２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【００５９】
実施の形態２．
図１２は、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０を搭載したインクジェット記録装置を示す斜視図である。図１２に示すインクジェット記録装置７００はインクジェットプリンタであり、実施の形態１のインクジェットヘッド１０を搭載しているため、吐出液に対する耐久性に優れ、良好な吐出特性を有し、高品質の印字が可能である。
なお、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０は、図１２に示す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、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを組立てた状態の要部の縦断面図。
【図３】図２のノズル孔部分を拡大した縦断面図。
【図４】図１のノズル基板の上面図。
【図５】実施の形態１に係るノズル基板の製造方法を示す製造工程の断面図。
【図６】図５に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図７】図６に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図８】図７に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図９】図８に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図１０】実施の形態１に係るキャビティ基板および電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。
【図１１】図１０に続く製造工程の断面図。
【図１２】本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００６１】
１ ノズル基板、１ａ 液滴吐出面（液滴吐出側の面）、１ｂ 吐出平面、１ｃ 吐出凹面（吐出凹部の内壁）、１ｅ 接合面、２ キャビティ基板、３ 電極基板、１０ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、１１ ノズル孔、１１ａ 径の小さい吐出部（第１のノズル孔部）、１１ｂ 径の大きい導入部（第２のノズル孔部）、１１ｃ ノズル孔の内壁、１１ｄ 吐出口縁部、１２ 吐出凹部、１４ 撥水膜、１５ 親水膜、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ 吐出室、２５ リザーバ、３１ 個別電極、３４ インク供給孔、１００ シリコン基材、１００ａ 液滴吐出面、１００ｅ 接合面、１０２ シリコン酸化膜、１１０ 閉じられたノズル孔（第１の凹部）、１２０ 吐出凹部となる部分（第２の凹部）、５００ 支持基板、６００ ダイシングテープ（サポート部材）、７００ インクジェット記録装置、Ａ 耐吐出液保護膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、シリコン製ノズル基板の製造方法、シリコン製ノズル基板の製造方法を適用した液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによって、インク液を選択されたノズル孔から吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００３】
近年、インクジェットヘッドに対して、印刷速度の高速化及びカラー化を目的としてノズル列を複数有する構造が求められており、さらに加えて、ノズルは高密度化するとともに１列あたりのノズル数が増加して長尺化しており、インクジェットヘッド内のアクチュエータ数は益々増加している。このため、ノズル密度が高く、長尺かつ多数のノズル列を有する、小型で耐久性、吐出特性に優れたインクジェットヘッドが要求され、従来から様々な工夫、提案がなされている。
【０００４】
従来のノズル基板は、ノズル孔の内壁にインク保護膜をスパッタで形成し、液滴吐出面に中間膜をスパッタで形成して、その上に撥水膜をスプレー塗布で形成していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４１５０６号公報（第４頁、図１Ａ−図１Ｂ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の技術では、ノズル孔の内壁におけるインク保護膜の被覆性が不十分であるため、ノズル孔内壁のインク保護膜が浸食され、シリコン基板側まで浸食されるおそれがあった。また、吐出特性にも問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、被覆性がよく、ノズル孔の内壁等が吐出液によって浸食されず、耐久性、吐出特性に優れたシリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、シリコン製ノズル基板の製造方法、シリコン製ノズル基板の製造方法を適用した液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、液滴を吐出するためのノズル孔を有し、ノズル孔近傍の液滴吐出側にノズル孔の吐出口と連通し液滴吐出側に開口する吐出凹部を備え、吐出凹部の内壁からノズル孔の内壁を経て液滴吐出側の面と反対側の面まで連続する耐吐出液保護膜を形成したものである。
【０００９】
耐吐出液保護膜が吐出凹部の内壁からノズル孔の内壁を経て液滴吐出側の面と反対側の面まで連続して形成され、被覆性がよいので、吐出凹部やノズル孔の内壁が液滴に浸食されることがなく、耐久性に優れる。
【００１０】
本発明に係るシリコン製ノズル基板に形成された耐吐出液保護膜は、熱酸化保護膜である。
耐吐出液保護膜が熱酸化によって連続形成されているので、均一性を確保することができる。
【００１１】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、耐吐出液保護膜の液滴吐出側の面を撥水性にし、ノズル孔の吐出口縁部より内壁側を親水性にした。
ノズル孔の内壁はノズル孔の吐出口縁部まで親水性であるため、液滴吐出側の面への液滴残留がなく、飛行曲がりのない良好な吐出特性を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のシリコン製ノズル基板を備えたものである。
耐久性に優れ、良好な吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
耐久性に優れ、良好な吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
【００１４】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材をドライエッチングして第１の凹部を形成する工程と、第１の凹部を形成した側の面と反対側の面からシリコン基材をウェットエッチングして第２の凹部を形成し、第１の凹部を開口してノズル孔とする工程と、シリコン基材の表面に耐吐出液保護膜を形成する工程と、ノズル孔を形成した側の面に支持基板を貼り合わせ、第２の凹部を形成した側の面を薄板化し、第２の凹部を吐出凹部とする工程と、吐出凹部を形成した側の面に撥水膜を形成する工程と、吐出凹部を形成した側の面をサポート部材によって保護して支持基板を剥離し、剥離した側の面から親水化処理し、サポート部材を剥離する工程とを有するものである。
【００１５】
ウェットエッチングで第１の凹部を開口するので、ノズル孔を研削により開口する場合と比較して、チッピング、ディッシング等のノズル孔の形状崩れが発生しない。
また、シリコン基材の薄板化工程が研削加工のみで済み、ポリッシュが必要ない。
【００１６】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、耐吐出液保護膜をシリコン基材の熱酸化によって形成するものである。
耐吐出液保護膜がシリコン基材の熱酸化によって一度に連続形成されるので、耐吐出液保護膜の均一性を確保することができる。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して液滴吐出ヘッドのノズル基板部分を形成するものである。
耐久性に優れ、吐出特性の良い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
耐久性に優れ、吐出特性の良い液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係るインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）の一部を断面で示した分解斜視図、図２は図１を組立てた状態の要部を示す縦断面図、図３は図２のノズル孔の近傍を拡大して示した縦断面図である。
インクジェットヘッド１０は、図１および図２に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２の振動板２２に対峙して個別電極３１が配設された電極基板３とを貼り合わせることにより構成されている。
【００２０】
ノズル基板１は、シリコン単結晶基材（以下、単にシリコン基材ともいう）から作製され、液滴（インク滴）を吐出するためのノズル孔１１が開口されている。各ノズル孔１１は、図３に示すように、例えば、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち、吐出凹部（後述）側に開口する径の小さい吐出部（第１のノズル孔部）１１ａと、キャビティ基板２と接合する接合面１ｅ側に位置して後端が接合面１ｅに開口する径の大きい導入部（第２のノズル孔部）１１ｂとから構成され、基板面に対して垂直にかつ同心状に形成されている。
【００２１】
液滴吐出面（液滴吐出側の面）１ａは、図３に示すように、吐出平面１ｂと吐出凹面（吐出凹部の内壁）１ｃとからなり、吐出凹面１ｃは液滴吐出側に拡径して開口する逆円錐台形状の吐出凹部１２を形成する。そして、吐出凹部１２は、その底面１ｄにおいてノズル孔１１の径の小さい吐出部１１ａの先端と連通しており、ノズル孔１１と同心状に形成されている。
液滴吐出面１ａの吐出凹面１ｃからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て、液滴吐出面１ａと反対側の面である接合面１ｅまでは、連続して熱酸化膜が形成されており、耐吐出液保護膜Ａを構成している。
液滴吐出面１ａの吐出平面１ｂと吐出凹面１ｃには、シロキサンを原料とするプラズマ重合膜１３が形成され、その上にはフッ素原子を含むシリコン化合物を主成分とする撥水膜（撥インク膜）１４が形成されている。そして、ノズル孔１１の吐出口縁部１１ｄを境にして、ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｅには、親水膜（親インク膜）１５が形成されている。
【００２２】
キャビティ基板２は、シリコン単結晶基材（この基材も以下、単にシリコン基材ともいう）から作製されている。そして、シリコン基材に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の吐出室２４、リザーバ２５をそれぞれ構成するための凹部２４０、２５０、及びオリフィス２３を構成するための凹部２３０が形成される。
凹部２４０はノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２４０は吐出室２４を構成し、それぞれがノズル孔１１に連通し、またインク供給口であるオリフィス２３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２４（凹部２４０）の底壁が振動板２２となっている。
【００２３】
他方の凹部２５０は、液状のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２４に共通のリザーバ（共通インク室）２５を構成する。そして、リザーバ２５（凹部２５０）はそれぞれオリフィス２３を介して全ての吐出室２４に連通している。また、リザーバ２５の底部には後述する電極基板３を貫通する孔が設けられており、この孔で形成されたインク供給孔３４を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
また、キャビティ基板２の全面、もしくは少なくとも電極基板３との対向面には、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜２６が形成されており、この絶縁膜２６は、インクジェットヘッドを駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。
【００２４】
電極基板３は、ガラス基材から作製されている。このガラス基材は、キャビティ基板２のシリコン基材と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが好ましい。これは、電極基板３とキャビティ基板２とを陽極接合する際、両基板３、２の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティ基板２とを強固に接合することができるからである。
【００２５】
電極基板３のキャビティ基板２と対向する面には、キャビティ基板２の各振動板２２に対向する位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。そして、各凹部３２内には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１が形成されており、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップ（空隙）Ｇは、インクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。なお、個別電極３１の材料にはクロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすいため、一般にＩＴＯが用いられている。
【００２６】
個別電極３１は、リード部３１ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部３１ｂとを有する。端子部３１ｂは、図２に示すように、配線のためにキャビティ基板２の末端部が開口された電極取り出し部２９内に露出している。
【００２７】
上述したノズル基板１、キャビティ基板２、及び電極基板３は、一般に個別に作製され、これらを図２に示すように貼り合わせることにより、インクジェットヘッド１０の本体部が作製される。すなわち、キャビティ基板２と電極基板３は例えば陽極接合により接合され、そのキャビティ基板２の上面（図２の上面）にはノズル基板１が接着剤等により接合される。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップＧの開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材２７で封止されている。これにより、湿気や塵埃等がギャップＧ内へ侵入するのを防止することができる。
【００２８】
そして、図２に示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路４が、各個別電極３１の端子部３１ｂと、キャビティ基板２上に設けられた共通電極２８とに、フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続されている。
【００２９】
上記のように構成されたインクジェットヘッド１０において、駆動制御回路４によりキャビティ基板２と個別電極３１との間にパルス電圧が印加されると、振動板２２と個別電極３１との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板２２が個別電極３１側に引き寄せられて撓み、吐出室２４の容積が拡大する。これにより、リザーバ２５の内部に溜まっていたインクがオリフィス２３を通じて吐出室２４に流れ込む。次に、個別電極３１への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板２２が復元し、吐出室２４の容積が急激に収縮する。これにより、吐出室２４内の圧力が急激に上昇し、この吐出室２４に連通しているノズル孔１１からインク液滴が吐出される。
【００３０】
次に、インクジェットヘッド１０の製造方法について、図４〜図９を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態１に係るノズル基板１を示す上面図、図５〜図９はノズル基板１の製造工程を示す断面図（図４をイ−イ線で切断した断面図）である。図１０、図１１はキャビティ基板２と電極基板３との接合工程を示す断面図であり、ここでは、主に、電極基板３にシリコン基材２００を接合した後に、キャビティ基板２を製造する方法を示す。
まず、最初に、図５〜図９により、ノズル基板１の製造方法を説明する。なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
【００３１】
（ａ） 図５（ａ）に示すように、シリコン基材１００（ノズル基板１）を用意して熱酸化装置にセットする。
【００３２】
（ｂ） 酸化温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、図５（ｂ）に示すように、シリコン基材１００の表面、すなわち接合面１００ｅ（１ｅ）と液滴吐出面１００ａに、厚みが例えば１．０μｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０１を均一に形成する。
【００３３】
（ｃ） 図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により、シリコン酸化膜１０１に、第２のノズル孔部１１ｂ（図６（ｆ）参照）に対応する第２のパターニング部１０１ｂと、これと同心状に第１のノズル孔部１１ａ（図６（ｆ）参照）に対応する第１のパターニング部１０１ａとを形成する。この場合、まず、第２のパターニング部１０１ｂをＢＨＦ（Buffered HF）によりハーフエッチングして形成し、次に、第１のパターニング部１０１ａをその残し厚さが零になるようにＢＨＦによりエッチングして形成する。こうして、２段のノズルパターニングを行う。
【００３４】
（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、シリコン基材１００をＩＣＰドライエッチングによって垂直に異方性ドライエッチングして、第１のノズル孔部１１ａを形成する。
【００３５】
（ｅ） 図６（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜１０１をＢＨＦによりエッチングして、第２のパターニング部１０１ｂの残し厚さが零になるようにする。
【００３６】
（ｆ） 図６（ｆ）に示すように、シリコン基材１００をＩＣＰドライエッチングにより垂直に異方性ドライエッチングして、第２のノズル孔部１１ｂを形成する。このとき、同時に第１のノズル孔部１１ａも同じ深さだけ垂直に異方性ドライエッチングされる。こうして、液滴吐出側が閉じられたノズル孔（第１の凹部）１１０が形成される。
【００３７】
（ｇ） 図７（ｇ）に示すように（図７（ｇ）より図８（ｎ）に至るまでは図６（ｆ）のシリコン基材１００の上下を逆転した図を示す）、液滴吐出面１００ａの酸化膜１０１をパターニングして、開口孔１０１ｃを形成する。
【００３８】
（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、接合面１００ｅをテフロン（登録商標）治具４００によって保護し、シリコン基材１００を２５％水酸化カリウム水溶液に浸漬して異方性エッチングを行う。そして、逆円錐台形状の吐出凹部となる部分（第２の凹部）１２０を形成し、その底面１００ｄにおいて、閉じられたノズル孔１１０の第１のノズル孔部１１ａ側を開口して、ノズル孔１１とする。
【００３９】
（ｉ） シリコン基材１００をフッ酸水溶液に浸漬し、図７（ｉ）に示すように、熱酸化膜１０１を除去する。
【００４０】
（ｊ） シリコン基材１００を熱酸化装置にセットし、例えば、酸化温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、図７（ｊ）に示すように、例えば厚み０．１μｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０２を均一に形成する。このシリコン酸化膜１０２は、液滴吐出面１００ａの吐出平面１００ｂから吐出凹面１００ｃを経て、ノズル孔１１の内壁１１ｃを通り、液滴吐出面１００ａと反対側の面である接合面１００ｅまで連続する。
【００４１】
（ｋ） 図８（ｋ）に示すように、ガラス等の支持基板５００に両面接着シート５０１を貼り付けて、両面接着シート５０１をシリコン基材１００の接合面１００ｅと向かい合わせ、これらを真空中で貼り合わせる。
次に、シリコン基材１００の液滴吐出面１００ａをグラインダーによって研削し、薄板化する。このとき、吐出凹部となる部分１２０であって研削されずに残った部分はこの部分の酸化膜１００が除去されず、吐出凹部１２となって、研削後の液滴吐出面１００ａ（１ａ）に対して段差を形成する。こうして、液滴吐出面１００ａの吐出凹面１００ｃからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て、液滴吐出面１００ａと反対側の面である接合面１００ｅまで連続して形成された熱酸化膜１０２が、耐吐出液保護膜Ａを構成する。
【００４２】
（ｌ） 図８（ｌ）に示すように、液滴吐出面１００ａ（吐出平面１００ｂと吐出凹面１００ｃ）に、シロキサンを原材料とするプラズマ重合膜１３を形成する。
【００４３】
（ｍ） 図８（ｍ）に示すように、プラズマ重合膜１３の上に、ディッピングによりフッ素原子を含むシリコン化合物を主成分とする撥水膜１４を形成する。
【００４４】
（ｎ） 図８（ｎ）に示すように、液滴吐出面１００ａ（吐出平面１００ｂと吐出凹面１００ｃ）にダイシングテープ６００をサポートテープとして貼り付け、支持基板５００を取り外す。
【００４５】
（ｏ） 図９（ｏ）に示すように（図９（ｏ）より図９（ｐ）に至るまでは図８（ｎ）のシリコン基材１００の上下を逆転した図を示す）、接合面１００ｅ側からアルゴン（Ａｒ）プラズマを当て、ノズル孔１１の内壁１１ｃの撥水膜１４を除去して親水化処理し、親水膜１５を形成する。
【００４６】
（ｐ） 図９（ｐ）に示すように、シリコン基材１００からダイシングテープ６００を剥がす。
こうして、シリコン基材１００からノズル基板１が完成する。
【００４７】
実施の形態１に係るノズル基板１およびその製造方法によれば、耐吐出液保護膜Ａが、液滴吐出面１ａの吐出凹面１ｃ（吐出凹部１２の内壁）からノズル孔１１の内壁１１ｃを経て、液滴吐出面１ａと反対側の面である接合面１ｅまで連続形成されているので、吐出凹部１２の吐出凹面１ｃおよびノズル孔１１の内壁１１ｃが吐出液に侵食されず、吐出液に対する耐久性に優れる。
また、ノズル孔１１の内壁１１ｃは親水性であり、液滴吐出面１ａはノズル孔１１の吐出口縁部１１ｄまで撥水性であるため、液滴吐出面１ａへの液滴残留がなく、飛行曲がりのない良好な吐出特性を得ることができる。
さらに、ノズル基板１の薄板化工程が研削加工のみで済み、ポリッシュが必要ない。
また、ウェットエッチングにより吐出凹部１２を形成してノズル孔１１を開口するので、研削による開口と比較して、チッピング、ディッシング等のノズル孔１１の形状崩れが発生しない。
【００４８】
次に、キャビティ基板２および電極基板３の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板３にシリコン基材２００を接合した後、そのシリコン基材２００からキャビティ基板２を製造する方法について、図１０、図１１を用いて説明する。
【００４９】
（ａ） 図１０（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材３００（電極基板３）に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングして、凹部３２を形成する。この凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状であり、個別電極３１ごとに複数形成される。
そして、凹部３２の底部に、例えばスパッタによりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極３１を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔３４となる孔部３４ａを形成することにより、電極基板３が作製される。
【００５０】
（ｂ） 図１０（ｂ）に示すように、シリコン基材２００（キャビティ基板２）の両面を鏡面研磨した後、シリコン基材２００の片面に、プラズマＣＶＤによってＴＥＯＳ（TetraEthyl Ortho Silicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する。なお、シリコン基材２００を形成する前に、エッチングストップ技術を利用し、振動板２２の厚みを高精度に形成するためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。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。
【００５１】
（ｃ） このシリコン基材２００と、図１０（ａ）のようにして作製された電極基板３とを、図１０（ｃ）に示すように、例えば３６０℃に加熱して、シリコン基材２００に陽極を、電極基板３に陰極を接続し、８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。
【００５２】
（ｄ） シリコン基材２００と電極基板３とを陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で接合状態のシリコン基材２００をエッチングし、図１０（ｄ）に示すように、シリコン基材２００を薄板化する。
【００５３】
（ｅ） 次に、シリコン基材２００の上面（電極基板３が接合されている面と反対側の面）の全面にプラズマＣＶＤによって、シリコン酸化膜２０１（図１１（ｅ）参照）を形成する。そして、このシリコン酸化膜２０１に、吐出室２４となる凹部２４０、オリフィス２３となる凹部２３０、及びリザーバ２５となる凹部２５０等を形成するためのレジストをパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜２０１をエッチング除去する。
その後、シリコン基材２００を水酸化カリウム水溶液等でエッチングして、図１１（ｅ）に示すように、吐出室２４となる凹部２４０、オリフィス２３となる凹部２３０、及びリザーバ２５となる凹部２５０を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部となる部分２９ａもエッチングして薄板化しておく。なお、図１１（ｅ）のウェットエッチングの工程では、例えば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板２２の面荒れを抑制することができる。
【００５４】
（ｆ） シリコン基材２００のエッチングが終了した後に、図１１（ｆ）に示すように、フッ酸水溶液でエッチングして、シリコン基材２００の上面に形成されているシリコン酸化膜２０１を除去する。
【００５５】
（ｇ） シリコン基材２００の吐出室２４となる凹部２４０等が形成された面に、図１１（ｇ）に示すように、プラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する。
【００５６】
（ｈ） 図１１（ｈ）に示すように、ＲＩＥ等によって電極取り出し部２９を開放する。また、電極基板３のインク供給孔３４となる孔部３４ａからレーザ加工を施して、シリコン基材２００のリザーバ２５となる凹部２５０の底部を貫通させ、インク供給孔３４を形成する。また、振動板２２と個別電極３１との間のギャップＧの開放端部にエポキシ樹脂等の封止材２７を充填して封止を行う。また、図２に示した共通電極２８を、スパッタにより、シリコン基材２００の上面（ノズル基板１との接合側の面）の端部に形成する。
【００５７】
以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基材２００からキャビティ基板２が作製される。
そして最後に、このキャビティ基板２に、前述のようにして作製されたノズル基板１を接着剤等により接合することにより、図２に示したインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。
【００５８】
本実施の形態１に係るキャビティ基板２および電極基板３の製造方法によれば、キャビティ基板２を、予め作製された電極基板３に接合した状態のシリコン基材２００から作製するので、電極基板３によりシリコン基材２００を支持した状態となり、シリコン基材２００を薄板化しても割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。したがって、キャビティ基板２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【００５９】
実施の形態２．
図１２は、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０を搭載したインクジェット記録装置を示す斜視図である。図１２に示すインクジェット記録装置７００はインクジェットプリンタであり、実施の形態１のインクジェットヘッド１０を搭載しているため、吐出液に対する耐久性に優れ、良好な吐出特性を有し、高品質の印字が可能である。
なお、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０は、図１２に示す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、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを組立てた状態の要部の縦断面図。
【図３】図２のノズル孔部分を拡大した縦断面図。
【図４】図１のノズル基板の上面図。
【図５】実施の形態１に係るノズル基板の製造方法を示す製造工程の断面図。
【図６】図５に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図７】図６に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図８】図７に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図９】図８に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図１０】実施の形態１に係るキャビティ基板および電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。
【図１１】図１０に続く製造工程の断面図。
【図１２】本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００６１】
１ ノズル基板、１ａ 液滴吐出面（液滴吐出側の面）、１ｂ 吐出平面、１ｃ 吐出凹面（吐出凹部の内壁）、１ｅ 接合面、２ キャビティ基板、３ 電極基板、１０ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、１１ ノズル孔、１１ａ 径の小さい吐出部（第１のノズル孔部）、１１ｂ 径の大きい導入部（第２のノズル孔部）、１１ｃ ノズル孔の内壁、１１ｄ 吐出口縁部、１２ 吐出凹部、１４ 撥水膜、１５ 親水膜、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ 吐出室、２５ リザーバ、３１ 個別電極、３４ インク供給孔、１００ シリコン基材、１００ａ 液滴吐出面、１００ｅ 接合面、１０２ シリコン酸化膜、１１０ 閉じられたノズル孔（第１の凹部）、１２０ 吐出凹部となる部分（第２の凹部）、５００ 支持基板、６００ ダイシングテープ（サポート部材）、７００ インクジェット記録装置、Ａ 耐吐出液保護膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するためのノズル孔を有し、前記ノズル孔近傍の液滴吐出側に前記ノズル孔の吐出口と連通し液滴吐出側に開口する吐出凹部を備え、
前記吐出凹部の内壁から前記ノズル孔の内壁を経て前記液滴吐出側の面と反対側の面まで連続する耐吐出液保護膜が形成されたことを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項２】
前記耐吐出液保護膜が熱酸化保護膜であることを特徴とする請求項１記載のシリコン製ノズル基板。
【請求項３】
前記耐吐出液保護膜の液滴吐出側の面を撥水性にし、前記ノズル孔の吐出口縁部より内壁側を親水性にしたことを特徴とする請求項１または２記載のシリコン製ノズル基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のシリコン製ノズル基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項４記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
シリコン基材をドライエッチングして第１の凹部を形成する工程と、
前記第１の凹部を形成した側の面と反対側の面から前記シリコン基材をウェットエッチングして第２の凹部を形成し、前記第１の凹部を開口してノズル孔とする工程と、
前記シリコン基材の表面に耐吐出液保護膜を形成する工程と、
前記ノズル孔を形成した側の面に支持基板を貼り合わせ、前記第２の凹部を形成した側の面を薄板化し、前記第２の凹部を吐出凹部とする工程と、
前記吐出凹部を形成した側の面に撥水膜を形成する工程と、
前記吐出凹部を形成した側の面をサポート部材によって保護して前記支持基板を剥離し、剥離した側の面から親水化処理し、前記サポート部材を剥離する工程と、
を有することを特徴とするシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記耐吐出液保護膜をシリコン基材の熱酸化によって形成することを特徴とする請求項６記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７記載のシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのノズル基板部分を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【請求項１】
液滴を吐出するためのノズル孔を有し、前記ノズル孔近傍の液滴吐出側に前記ノズル孔の吐出口と連通し液滴吐出側に開口する吐出凹部を備え、
前記吐出凹部の内壁から前記ノズル孔の内壁を経て前記液滴吐出側の面と反対側の面まで連続する耐吐出液保護膜が形成されたことを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項２】
前記耐吐出液保護膜が熱酸化保護膜であることを特徴とする請求項１記載のシリコン製ノズル基板。
【請求項３】
前記耐吐出液保護膜の液滴吐出側の面を撥水性にし、前記ノズル孔の吐出口縁部より内壁側を親水性にしたことを特徴とする請求項１または２記載のシリコン製ノズル基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のシリコン製ノズル基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項４記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
シリコン基材をドライエッチングして第１の凹部を形成する工程と、
前記第１の凹部を形成した側の面と反対側の面から前記シリコン基材をウェットエッチングして第２の凹部を形成し、前記第１の凹部を開口してノズル孔とする工程と、
前記シリコン基材の表面に耐吐出液保護膜を形成する工程と、
前記ノズル孔を形成した側の面に支持基板を貼り合わせ、前記第２の凹部を形成した側の面を薄板化し、前記第２の凹部を吐出凹部とする工程と、
前記吐出凹部を形成した側の面に撥水膜を形成する工程と、
前記吐出凹部を形成した側の面をサポート部材によって保護して前記支持基板を剥離し、剥離した側の面から親水化処理し、前記サポート部材を剥離する工程と、
を有することを特徴とするシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記耐吐出液保護膜をシリコン基材の熱酸化によって形成することを特徴とする請求項６記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７記載のシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのノズル基板部分を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２４８４４４（Ｐ２００９−２４８４４４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９９０７２（Ｐ２００８−９９０７２）
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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