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】吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンが溶出することがない、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、ノズル孔１１を有し、ノズル孔１１の液滴吐出側の面１ａからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て液滴吐出側の面と反対側の面１ｂまで耐吐出液保護膜Ａが連続して形成され、耐吐出液保護膜Ａは陽極酸化により形成された酸化膜１２である。シリコン製ノズル基板１の製造方法は、シリコン基材１００に凹部１１０を形成する工程と、凹部１１０よりも大きい径の貫通孔５０ａを有する支持基板５０を凹部１１０と貫通孔５０ａとが同軸上になるようにして貼り合わせる工程と、凹部を形成した側の面と反対側の面１００ｃを薄板化して凹部１１０を開口させる工程と、シリコン基材１００を陽極酸化して連続した酸化膜１２を形成する工程と、支持基板５０を剥離する工程とを有する。
【解決手段】シリコン製ノズル基板１は、ノズル孔１１を有し、ノズル孔１１の液滴吐出側の面１ａからノズル孔１１の内壁１１ｃを経て液滴吐出側の面と反対側の面１ｂまで耐吐出液保護膜Ａが連続して形成され、耐吐出液保護膜Ａは陽極酸化により形成された酸化膜１２である。シリコン製ノズル基板１の製造方法は、シリコン基材１００に凹部１１０を形成する工程と、凹部１１０よりも大きい径の貫通孔５０ａを有する支持基板５０を凹部１１０と貫通孔５０ａとが同軸上になるようにして貼り合わせる工程と、凹部を形成した側の面と反対側の面１００ｃを薄板化して凹部１１０を開口させる工程と、シリコン基材１００を陽極酸化して連続した酸化膜１２を形成する工程と、支持基板５０を剥離する工程とを有する。
【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、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置において、吐出液が腐食性の液体である場合、保護膜を形成してシリコン基板を保護し、下地となるシリコンの溶出を防止する必要がある。シリコン基材に保護膜を形成するにあたっては、シリコン基材にノズル凹部を設けて熱酸化膜を形成し、支持基板を貼り付けてノズル凹部を開口し、開口した側の面に低温酸化膜を形成していた。低温酸化プロセスによって酸化膜を形成するのは、熱酸化プロセスによって形成すると、支持基板が熱により剥離してしまうからである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９８８８８号公報（第９頁−１０頁、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術では、熱酸化膜と低温酸化膜とからなる保護膜の界面で結晶が不連続になり、この部分から吐出液が浸食し、下地のシリコンを溶出させて液滴吐出装置にダメッジを与えるおそれがあった。
【０００５】
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、吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンを溶出させることがない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】
【０００６】
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、ノズル孔の液滴吐出側の面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耐吐出液保護膜が連続して形成され、耐吐出液保護膜は陽極酸化により形成された酸化膜である。
液滴吐出側の面からノズル孔内壁を経て液滴吐出側の面と反対側の面まで耐吐出液保護膜が連続して形成されているので、吐出液が耐吐出液保護膜を浸食してシリコンにダメージを与えることがなく、耐久性に優れる。
【０００７】
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。
高寿命で信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【０００８】
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。
高寿命で信頼性の高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。
【０００９】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材に凹部を形成する工程と、凹部を形成した側の面に凹部よりも大きい径の貫通孔を有する支持基板を凹部と貫通孔とが同軸上になるようにして貼り合わせる工程と、凹部を形成した側の面と反対側の面を薄板化して凹部を開口させる工程と、シリコン基材を陽極酸化してその表面に連続した酸化膜を形成する工程と、支持基板を剥離する工程とを有するものである。
一度の処理で連続した酸化膜を形成するようにしたので、形成された酸化膜は均一であり、吐出液が酸化膜を浸食して下地シリコンを溶出させることもない。また、連続した酸化膜を形成する際、低温酸化プロセスのみであり熱酸化プロセスを用いないので、製造時に工程数を削減することができる。さらに、陽極酸化する際、シリコン基材と支持基板とを貼り合わせた状態で行うので、シリコン基材の割れを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００１０】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材の表面に無機材料を成膜して陽極酸化するものである。
無機材料を用いた酸化膜によって、シリコンを吐出液から保護することができる。
【００１１】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、無機材料がタンタル及びチタンのいずれか一方、または両者である。
タンタルやチタンの無機材料を用いた酸化膜によって、シリコンを吐出液から保護することができる。
【００１２】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材の支持基板を取り付けた側の面に電極パターンを設けて電解液に浸漬し、陽極酸化するものである。
シリコン基材と支持基板との間に電極を挿入して陽極酸化することができ、シリコン基材の全面に電位が行き届く。
【００１３】
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。
高寿命で信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、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。
高寿命で信頼性の高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】
【００１５】
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に対してそれぞれ独立して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。
【００１６】
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）から作製されている。ノズル基板１には液滴（インク滴）を吐出するためのノズル孔１１が開口されており、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、液滴吐出面１ａ側に位置して先端が液滴吐出面１ａに開口する径の小さい吐出部（以下、第１のノズル孔部という）１１ａと、キャビティ基板２と接合する接合面１ｂ側に位置して後端が接合面１ｂに開口する径の大きい導入部（以下、第２のノズル孔部という）１１ｂとから構成され、基板面に対して垂直にかつ同軸上に形成されている。
【００１７】
シリコン基板１には、ノズル孔１１の液滴吐出面１ａ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１ｂ（本実施の形態ではノズル孔１１周辺の接合面１ｂ）まで、陽極酸化によって形成された酸化膜１２が連続して形成されている。酸化膜１２は、シリコン基材の表面を陽極酸化して形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）であってもよく、あるいは、シリコン基材の表面に成膜した無機材料を陽極酸化して形成された無機材料の酸化膜であってもよい。無機材料の酸化膜である場合は、例えば、タンタル（Ｔａ）の酸化膜、チタン（Ｔｉ）の酸化膜、あるいはタンタル（Ｔａ）とチタン（Ｔｉ）とからなる酸化膜が好ましい。これらの酸化膜１２は、耐吐出液保護膜Ａを形成する。
【００１８】
耐吐出液保護膜Ａの液滴吐出面１ａには、撥水膜（撥インク膜）１３が形成されている。一方、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１ｂには、親水膜（親インク膜）１４が形成されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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１０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８はノズル基板１の製造工程を示す断面図（図４をイ−イで切断した断面図）である。図９、図１０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８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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（ｂ） シリコン基材１００を、所定の酸化温度、酸化時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、図５（ｂ）に示すように、シリコン基材１００の両面１００ｂ、１００ｃに、エッチング保護膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０１を均一に形成する。
【００３０】
（ｃ） 図５（ｃ）に示すように、キャビティ基板２と接合する側の接合面１００ｂに形成したシリコン酸化膜１０１に、第２のノズル凹部１１０ｂ（図６（ｆ）参照）に対応する第２の凹部１０１ｂと、これと同心的に第１のノズル凹部１１０ａ（図６（ｆ）参照）に対応する第１の凹部１０１ａとを、パターニング形成する。この場合、まず、第２の凹部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の凹部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。
【００３１】
（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によって垂直に異方性ドライエッチングし、第１のノズル凹部１１０ａを形成する。
【００３２】
（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の凹部１０１ｂの残し厚さが零になるようにする。
【００３３】
（ｆ） 図６（ｆ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによって垂直に異方性ドライエッチングし、第２のノズル凹部１１０ｂを形成する。このとき、同時に第１のノズル凹部１１０ａ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、ノズル凹部１１０が形成される。
【００３４】
（ｇ） 図６（ｇ）に示すように、シリコン基材１００の表面に残るシリコン酸化膜１０１（図６（ｆ）参照）を除去する。
【００３５】
（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、ガラス等の支持基板５０に両面接着シート５１を貼り付けて、シリコン基材１００（シリコンウエファ）の接合面１００ｂと向かい合わせ、これらを真空中で貼り合わせる。ノズル凹部１１０とその周辺部の支持基板５０（両面接着シート５１も含む）には支持基板の貫通孔５０ａ（両面接着シートの貫通孔５１ａも含む）が形成されており、これらの貫通孔５０ａ、５１ａは同径であるが、ノズル凹部１１０の第２のノズル孔部１１０ｂの径よりも大きく形成され、これらの貫通孔５０ａ、５１ａから接合面１００ｂの一部が露出している。
【００３６】
（ｉ） 図７（ｉ）に示すように、シリコン基材１００の薄板化される面１００ｃ（図７（ｈ）参照）をグラインダーによって研削し、薄板化して、ノズル凹部１１０を開口し、ノズル孔１１を形成する。シリコン基材１００の薄板化される面１００ｃ（図７（ｈ）参照）は、薄板化された面、すなわち液滴吐出面１００ａ（１ａ）となる。
【００３７】
（ｊ） 図７（ｊ）に示すように、シリコン基材１００と支持基板５０とを貼り合わせた状態で、シリコン基材１００を電解液に浸漬して陽極酸化する。この場合、シリコン基材１００側を陽極として正に帯電させる。そして、シリコン基材１００の裏面側、すなわち支持基板５０が位置する接合面１００ｂ側に電極パターンを設け、シリコン基材１００の全面に電位が行き届くようにする。電極部分は、例えば、シリコン基材１００と支持基板５０との間に差し込むようにして取り付ける。こうして、液滴吐出面１００ａ、ノズル孔内壁１１ｃ及び接合面１００ｂ（貫通孔５０ａ、５１ａによって露出した部分の接合面１００ｂ）に、一度の処理で酸化膜１２を形成する。この際、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）のような陰極側も同時に電解液に浸漬する。電解液には、硫酸、クエン酸、硝酸、酢酸、燐酸、オゾン溶解水、過酸化水素水、炭酸水素ナトリウムなどが用いられる。
電解液の槽は密閉し、大気圧以上で陽極酸化するが、これは、液温を１００℃以上で使用できるようにするためであり、また、シリコン基材１００の表面における圧力を増加させるためであり、さらに、オゾンを溶解させるためである。また、超音波照射するが、これは、シリコン基材１００の表面における圧力を増加させるためであり、キャビテーションを利用する。
【００３８】
処理条件は、例えば、電圧は２Ｖ〜１００Ｖであり、処理時間は１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎであり、液温は２３℃〜９０℃である。圧力状態は大気圧（１００ｋＰａ）以上の状態、例えば１００ｋＰａ〜３００ｋＰａとする。超音波で処理し、１５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚとする。
【００３９】
上記の陽極酸化によってシリコン基材１００の表面に形成される酸化膜１２は、シリコン酸化膜であるが、無機材料からなる酸化膜であってもよい。
酸化膜１２がシリコン酸化膜である場合は、シリコン基材１００の表面をそのまま陽極酸化するが、無機材料の酸化膜である場合は、シリコン基材１００の表面に成膜した無機材料を陽極酸化する。無機材料からなる酸化膜の場合は、シリコン基材１００に無機材料をスパッタやＣＶＤによって成膜し、陽極酸化して無機材料の酸化膜を形成する。無機材料の成膜は、シリコン基材１００の両面１００ａ、１００ｂ側より２工程に分けて行うが、１工程で行うこともできる。無機材料は、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、あるいはタンタル（Ｔａ）及びチタン（Ｔｉ）の混合材である。
こうして、酸化膜１２（シリコン酸化膜、あるいは無機材料の酸化膜）によって、耐吐出液保護膜Ａが形成される。
【００４０】
（ｋ） 図７（ｋ）に示すように、支持基板５０側からＵＶ光を照射し、両面接着シート５１を剥離して、支持基板５０をシリコン基材１００から取り除く。
【００４１】
（ｌ） 図８（ｌ）に示すように、支持基板６０に両面接着シート６１を貼り付け、これをシリコン基材１００の接合面１００ｂと向かい合わせて、真空中で貼り合わせる。この際に用いる支持基板６０（及び両面接着シート６１）には、図７（ｈ）〜図７（ｋ）において用いた支持基板５０（及び両面接着シート５１）とは異なり、ノズル孔１１の周辺に貫通孔は形成されていない。
次に、ディッピングにより、液滴吐出面１００ａに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１３を形成する。
【００４２】
（ｍ） 図８（ｍ）に示すように、液滴吐出面１００ａにダイシングテープ７０をサポートテープとして貼り付ける。
【００４３】
（ｎ） 図８（ｎ）に示すように、支持基板６０側からＵＶ光を照射し、両面接着シート６１を剥離して、支持基板６０をシリコン基材１００から取り除く。
【００４４】
（ｏ） 図８（ｏ）に示すように、支持基板６０を取り除いた側の面、すなわち接合面１００ｂ側より、アルゴン（Ａｒ）によるスパッタ処理を行い、液滴吐出面１００ａ以外の面を親水化処理し、親水膜１４を形成する。
ダイシングテープ７０を剥離すると、シリコン基材１００からノズル基板１が完成する（図３参照）。
【００４５】
実施の形態１に係るノズル基板１によれば、液滴吐出面１ａからノズル孔内壁１１ｃを経て、接合面１ｂ（ノズル孔１１周辺の接合面１ｂ）に至るまで、酸化膜１２（シリコン酸化膜あるいは無機材料からなる酸化膜）よりなる耐吐出液保護膜Ａが連続して形成されているため、吐出液が浸食したり下地シリコンが溶出したりすることがなく、耐久性、信頼性に優れる。こうして、吐出特性が安定し、高品質の印字が可能で、高寿命の液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００４６】
また、ノズル基板の製造においては、酸化膜１２（シリコン酸化膜あるいは無機材料からなる酸化膜）を形成する際に低温プロセスによって一括して行うので、支持基板５０を取り付けたままで酸化膜１２を連続形成することができ、製造に際して工程数を削減することもできる。さらに、陽極酸化は、シリコン基材１００と支持基板５０とを貼り合わせた状態で行うので、シリコン基材の強度不足を補うことができ、歩留まりも向上する。また、シリコン基材１００の支持基板５０を取り付けた側の面、すなわち接合面１００ｂ側に電極パターンを設けて陽極酸化するようにしたので、シリコン基材１００の全面に電位が行き届くことになる。
【００４７】
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９、図１０を用いて説明する。
【００４８】
（ａ） 図９（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材３００（ガラス基板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。
【００４９】
（ｂ） 図９（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。
【００５０】
（ｃ） このシリコン基材２００と、図９（ａ）のようにして作製された電極基板３とを、図９（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。
【００５１】
（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９（ｄ）に示すように、シリコン基材２００を薄板化する。
【００５２】
（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１０（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１０（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１０（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。
【００５３】
（ｆ） シリコン基材２００のエッチングが終了した後に、図１０（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。
【００５４】
（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１０（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。
【００５５】
（ｈ） 図１０（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
実施の形態２．
図１１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１１に示すインクジェット記録装置４００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が向上し、吐出特性が安定し、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１１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】
【００５９】
【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】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１０】図９に続く製造工程の断面図。
【図１１】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】
【００６０】
１ ノズル基板、１ａ 液滴吐出面（液滴吐出側の面）、１ｂ 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、１１ ノズル孔、１１ａ 第１のノズル孔部、１１ｂ 第２のノズル孔部、１１ｃ ノズル孔の内壁、１１ｄ 吐出口縁部、１２ 酸化膜、１３ 撥水膜、１４ 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、５０ 支持基板、５０ａ 支持基板の貫通孔、１００ シリコン基材、１１０ ノズル凹部（凹部）、４００ 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、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置において、吐出液が腐食性の液体である場合、保護膜を形成してシリコン基板を保護し、下地となるシリコンの溶出を防止する必要がある。シリコン基材に保護膜を形成するにあたっては、シリコン基材にノズル凹部を設けて熱酸化膜を形成し、支持基板を貼り付けてノズル凹部を開口し、開口した側の面に低温酸化膜を形成していた。低温酸化プロセスによって酸化膜を形成するのは、熱酸化プロセスによって形成すると、支持基板が熱により剥離してしまうからである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９８８８８号公報（第９頁−１０頁、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術では、熱酸化膜と低温酸化膜とからなる保護膜の界面で結晶が不連続になり、この部分から吐出液が浸食し、下地のシリコンを溶出させて液滴吐出装置にダメッジを与えるおそれがあった。
【０００５】
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、吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンを溶出させることがない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】
【０００６】
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、ノズル孔の液滴吐出側の面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耐吐出液保護膜が連続して形成され、耐吐出液保護膜は陽極酸化により形成された酸化膜である。
液滴吐出側の面からノズル孔内壁を経て液滴吐出側の面と反対側の面まで耐吐出液保護膜が連続して形成されているので、吐出液が耐吐出液保護膜を浸食してシリコンにダメージを与えることがなく、耐久性に優れる。
【０００７】
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。
高寿命で信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【０００８】
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。
高寿命で信頼性の高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。
【０００９】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材に凹部を形成する工程と、凹部を形成した側の面に凹部よりも大きい径の貫通孔を有する支持基板を凹部と貫通孔とが同軸上になるようにして貼り合わせる工程と、凹部を形成した側の面と反対側の面を薄板化して凹部を開口させる工程と、シリコン基材を陽極酸化してその表面に連続した酸化膜を形成する工程と、支持基板を剥離する工程とを有するものである。
一度の処理で連続した酸化膜を形成するようにしたので、形成された酸化膜は均一であり、吐出液が酸化膜を浸食して下地シリコンを溶出させることもない。また、連続した酸化膜を形成する際、低温酸化プロセスのみであり熱酸化プロセスを用いないので、製造時に工程数を削減することができる。さらに、陽極酸化する際、シリコン基材と支持基板とを貼り合わせた状態で行うので、シリコン基材の割れを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００１０】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材の表面に無機材料を成膜して陽極酸化するものである。
無機材料を用いた酸化膜によって、シリコンを吐出液から保護することができる。
【００１１】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、無機材料がタンタル及びチタンのいずれか一方、または両者である。
タンタルやチタンの無機材料を用いた酸化膜によって、シリコンを吐出液から保護することができる。
【００１２】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基材の支持基板を取り付けた側の面に電極パターンを設けて電解液に浸漬し、陽極酸化するものである。
シリコン基材と支持基板との間に電極を挿入して陽極酸化することができ、シリコン基材の全面に電位が行き届く。
【００１３】
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。
高寿命で信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、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。
高寿命で信頼性の高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】
【００１５】
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に対してそれぞれ独立して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。
【００１６】
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）から作製されている。ノズル基板１には液滴（インク滴）を吐出するためのノズル孔１１が開口されており、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、液滴吐出面１ａ側に位置して先端が液滴吐出面１ａに開口する径の小さい吐出部（以下、第１のノズル孔部という）１１ａと、キャビティ基板２と接合する接合面１ｂ側に位置して後端が接合面１ｂに開口する径の大きい導入部（以下、第２のノズル孔部という）１１ｂとから構成され、基板面に対して垂直にかつ同軸上に形成されている。
【００１７】
シリコン基板１には、ノズル孔１１の液滴吐出面１ａ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１ｂ（本実施の形態ではノズル孔１１周辺の接合面１ｂ）まで、陽極酸化によって形成された酸化膜１２が連続して形成されている。酸化膜１２は、シリコン基材の表面を陽極酸化して形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）であってもよく、あるいは、シリコン基材の表面に成膜した無機材料を陽極酸化して形成された無機材料の酸化膜であってもよい。無機材料の酸化膜である場合は、例えば、タンタル（Ｔａ）の酸化膜、チタン（Ｔｉ）の酸化膜、あるいはタンタル（Ｔａ）とチタン（Ｔｉ）とからなる酸化膜が好ましい。これらの酸化膜１２は、耐吐出液保護膜Ａを形成する。
【００１８】
耐吐出液保護膜Ａの液滴吐出面１ａには、撥水膜（撥インク膜）１３が形成されている。一方、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１ｂには、親水膜（親インク膜）１４が形成されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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１０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８はノズル基板１の製造工程を示す断面図（図４をイ−イで切断した断面図）である。図９、図１０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８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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（ｂ） シリコン基材１００を、所定の酸化温度、酸化時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、図５（ｂ）に示すように、シリコン基材１００の両面１００ｂ、１００ｃに、エッチング保護膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０１を均一に形成する。
【００３０】
（ｃ） 図５（ｃ）に示すように、キャビティ基板２と接合する側の接合面１００ｂに形成したシリコン酸化膜１０１に、第２のノズル凹部１１０ｂ（図６（ｆ）参照）に対応する第２の凹部１０１ｂと、これと同心的に第１のノズル凹部１１０ａ（図６（ｆ）参照）に対応する第１の凹部１０１ａとを、パターニング形成する。この場合、まず、第２の凹部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の凹部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。
【００３１】
（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によって垂直に異方性ドライエッチングし、第１のノズル凹部１１０ａを形成する。
【００３２】
（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の凹部１０１ｂの残し厚さが零になるようにする。
【００３３】
（ｆ） 図６（ｆ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによって垂直に異方性ドライエッチングし、第２のノズル凹部１１０ｂを形成する。このとき、同時に第１のノズル凹部１１０ａ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、ノズル凹部１１０が形成される。
【００３４】
（ｇ） 図６（ｇ）に示すように、シリコン基材１００の表面に残るシリコン酸化膜１０１（図６（ｆ）参照）を除去する。
【００３５】
（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、ガラス等の支持基板５０に両面接着シート５１を貼り付けて、シリコン基材１００（シリコンウエファ）の接合面１００ｂと向かい合わせ、これらを真空中で貼り合わせる。ノズル凹部１１０とその周辺部の支持基板５０（両面接着シート５１も含む）には支持基板の貫通孔５０ａ（両面接着シートの貫通孔５１ａも含む）が形成されており、これらの貫通孔５０ａ、５１ａは同径であるが、ノズル凹部１１０の第２のノズル孔部１１０ｂの径よりも大きく形成され、これらの貫通孔５０ａ、５１ａから接合面１００ｂの一部が露出している。
【００３６】
（ｉ） 図７（ｉ）に示すように、シリコン基材１００の薄板化される面１００ｃ（図７（ｈ）参照）をグラインダーによって研削し、薄板化して、ノズル凹部１１０を開口し、ノズル孔１１を形成する。シリコン基材１００の薄板化される面１００ｃ（図７（ｈ）参照）は、薄板化された面、すなわち液滴吐出面１００ａ（１ａ）となる。
【００３７】
（ｊ） 図７（ｊ）に示すように、シリコン基材１００と支持基板５０とを貼り合わせた状態で、シリコン基材１００を電解液に浸漬して陽極酸化する。この場合、シリコン基材１００側を陽極として正に帯電させる。そして、シリコン基材１００の裏面側、すなわち支持基板５０が位置する接合面１００ｂ側に電極パターンを設け、シリコン基材１００の全面に電位が行き届くようにする。電極部分は、例えば、シリコン基材１００と支持基板５０との間に差し込むようにして取り付ける。こうして、液滴吐出面１００ａ、ノズル孔内壁１１ｃ及び接合面１００ｂ（貫通孔５０ａ、５１ａによって露出した部分の接合面１００ｂ）に、一度の処理で酸化膜１２を形成する。この際、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）のような陰極側も同時に電解液に浸漬する。電解液には、硫酸、クエン酸、硝酸、酢酸、燐酸、オゾン溶解水、過酸化水素水、炭酸水素ナトリウムなどが用いられる。
電解液の槽は密閉し、大気圧以上で陽極酸化するが、これは、液温を１００℃以上で使用できるようにするためであり、また、シリコン基材１００の表面における圧力を増加させるためであり、さらに、オゾンを溶解させるためである。また、超音波照射するが、これは、シリコン基材１００の表面における圧力を増加させるためであり、キャビテーションを利用する。
【００３８】
処理条件は、例えば、電圧は２Ｖ〜１００Ｖであり、処理時間は１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎであり、液温は２３℃〜９０℃である。圧力状態は大気圧（１００ｋＰａ）以上の状態、例えば１００ｋＰａ〜３００ｋＰａとする。超音波で処理し、１５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚとする。
【００３９】
上記の陽極酸化によってシリコン基材１００の表面に形成される酸化膜１２は、シリコン酸化膜であるが、無機材料からなる酸化膜であってもよい。
酸化膜１２がシリコン酸化膜である場合は、シリコン基材１００の表面をそのまま陽極酸化するが、無機材料の酸化膜である場合は、シリコン基材１００の表面に成膜した無機材料を陽極酸化する。無機材料からなる酸化膜の場合は、シリコン基材１００に無機材料をスパッタやＣＶＤによって成膜し、陽極酸化して無機材料の酸化膜を形成する。無機材料の成膜は、シリコン基材１００の両面１００ａ、１００ｂ側より２工程に分けて行うが、１工程で行うこともできる。無機材料は、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、あるいはタンタル（Ｔａ）及びチタン（Ｔｉ）の混合材である。
こうして、酸化膜１２（シリコン酸化膜、あるいは無機材料の酸化膜）によって、耐吐出液保護膜Ａが形成される。
【００４０】
（ｋ） 図７（ｋ）に示すように、支持基板５０側からＵＶ光を照射し、両面接着シート５１を剥離して、支持基板５０をシリコン基材１００から取り除く。
【００４１】
（ｌ） 図８（ｌ）に示すように、支持基板６０に両面接着シート６１を貼り付け、これをシリコン基材１００の接合面１００ｂと向かい合わせて、真空中で貼り合わせる。この際に用いる支持基板６０（及び両面接着シート６１）には、図７（ｈ）〜図７（ｋ）において用いた支持基板５０（及び両面接着シート５１）とは異なり、ノズル孔１１の周辺に貫通孔は形成されていない。
次に、ディッピングにより、液滴吐出面１００ａに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１３を形成する。
【００４２】
（ｍ） 図８（ｍ）に示すように、液滴吐出面１００ａにダイシングテープ７０をサポートテープとして貼り付ける。
【００４３】
（ｎ） 図８（ｎ）に示すように、支持基板６０側からＵＶ光を照射し、両面接着シート６１を剥離して、支持基板６０をシリコン基材１００から取り除く。
【００４４】
（ｏ） 図８（ｏ）に示すように、支持基板６０を取り除いた側の面、すなわち接合面１００ｂ側より、アルゴン（Ａｒ）によるスパッタ処理を行い、液滴吐出面１００ａ以外の面を親水化処理し、親水膜１４を形成する。
ダイシングテープ７０を剥離すると、シリコン基材１００からノズル基板１が完成する（図３参照）。
【００４５】
実施の形態１に係るノズル基板１によれば、液滴吐出面１ａからノズル孔内壁１１ｃを経て、接合面１ｂ（ノズル孔１１周辺の接合面１ｂ）に至るまで、酸化膜１２（シリコン酸化膜あるいは無機材料からなる酸化膜）よりなる耐吐出液保護膜Ａが連続して形成されているため、吐出液が浸食したり下地シリコンが溶出したりすることがなく、耐久性、信頼性に優れる。こうして、吐出特性が安定し、高品質の印字が可能で、高寿命の液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００４６】
また、ノズル基板の製造においては、酸化膜１２（シリコン酸化膜あるいは無機材料からなる酸化膜）を形成する際に低温プロセスによって一括して行うので、支持基板５０を取り付けたままで酸化膜１２を連続形成することができ、製造に際して工程数を削減することもできる。さらに、陽極酸化は、シリコン基材１００と支持基板５０とを貼り合わせた状態で行うので、シリコン基材の強度不足を補うことができ、歩留まりも向上する。また、シリコン基材１００の支持基板５０を取り付けた側の面、すなわち接合面１００ｂ側に電極パターンを設けて陽極酸化するようにしたので、シリコン基材１００の全面に電位が行き届くことになる。
【００４７】
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９、図１０を用いて説明する。
【００４８】
（ａ） 図９（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材３００（ガラス基板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。
【００４９】
（ｂ） 図９（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。
【００５０】
（ｃ） このシリコン基材２００と、図９（ａ）のようにして作製された電極基板３とを、図９（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。
【００５１】
（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９（ｄ）に示すように、シリコン基材２００を薄板化する。
【００５２】
（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１０（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１０（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１０（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。
【００５３】
（ｆ） シリコン基材２００のエッチングが終了した後に、図１０（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。
【００５４】
（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１０（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。
【００５５】
（ｈ） 図１０（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
実施の形態２．
図１１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１１に示すインクジェット記録装置４００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が向上し、吐出特性が安定し、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１１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】
【００５９】
【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】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１０】図９に続く製造工程の断面図。
【図１１】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】
【００６０】
１ ノズル基板、１ａ 液滴吐出面（液滴吐出側の面）、１ｂ 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、１１ ノズル孔、１１ａ 第１のノズル孔部、１１ｂ 第２のノズル孔部、１１ｃ ノズル孔の内壁、１１ｄ 吐出口縁部、１２ 酸化膜、１３ 撥水膜、１４ 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、５０ 支持基板、５０ａ 支持基板の貫通孔、１００ シリコン基材、１１０ ノズル凹部（凹部）、４００ 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、
前記ノズル孔の液滴吐出側の面から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、
前記耐吐出液保護膜は陽極酸化により形成された酸化膜であることを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項２】
請求項１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３】
請求項２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４】
シリコン基材に凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成した側の面に、前記凹部よりも大きい径の貫通孔を有する支持基板を、前記凹部と前記貫通孔とが同軸上になるようにして貼り合わせる工程と、
前記凹部を形成した側の面と反対側の面を薄板化して前記凹部を開口させる工程と、
前記シリコン基材を陽極酸化してその表面に連続した酸化膜を形成する工程と、
前記支持基板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５】
前記シリコン基材の表面に無機材料を成膜して陽極酸化することを特徴とする請求項４記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項６】
前記無機材料がチタン及びタンタルのいずれか一方、または両者であることを特徴とする請求項５記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン基材の前記支持基板を取り付けた側の面に電極パターンを設けて電解液に浸漬し陽極酸化することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに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４〜７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、
前記ノズル孔の液滴吐出側の面から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、
前記耐吐出液保護膜は陽極酸化により形成された酸化膜であることを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項２】
請求項１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３】
請求項２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４】
シリコン基材に凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成した側の面に、前記凹部よりも大きい径の貫通孔を有する支持基板を、前記凹部と前記貫通孔とが同軸上になるようにして貼り合わせる工程と、
前記凹部を形成した側の面と反対側の面を薄板化して前記凹部を開口させる工程と、
前記シリコン基材を陽極酸化してその表面に連続した酸化膜を形成する工程と、
前記支持基板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５】
前記シリコン基材の表面に無機材料を成膜して陽極酸化することを特徴とする請求項４記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項６】
前記無機材料がチタン及びタンタルのいずれか一方、または両者であることを特徴とする請求項５記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン基材の前記支持基板を取り付けた側の面に電極パターンを設けて電解液に浸漬し陽極酸化することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに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４〜７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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２６２４１４（Ｐ２００９−２６２４１４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１４９１９（Ｐ２００８−１１４９１９）
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【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１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【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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