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、及びシリコン製ノズル基板
【課題】多段形状や円錐台形状などのノズル孔を容易に形成して、大幅な工程短縮が可能になり、コストも低減させ、さらに飛行精度も向上させることができるシリコン製ノズル基板の製造方法等を提供する。
【解決手段】ノズル形成部１２０を有するニッケル製の金型Ａに、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたポリシリコンＢを蒸着してノズル孔１１０を有するノズル基材１００を作製する工程と、ノズル基材１００を金型Ａから除去してノズル基板１を作製する工程とを有する。上記の条件下において、成長温度を３００℃〜４００℃とした場合は、リンをドープしたアモルファスシリコンＣを蒸着して、ノズル孔１１０を有するノズル基材１００が作製される。
【解決手段】ノズル形成部１２０を有するニッケル製の金型Ａに、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたポリシリコンＢを蒸着してノズル孔１１０を有するノズル基材１００を作製する工程と、ノズル基材１００を金型Ａから除去してノズル基板１を作製する工程とを有する。上記の条件下において、成長温度を３００℃〜４００℃とした場合は、リンをドープしたアモルファスシリコンＣを蒸着して、ノズル孔１１０を有するノズル基材１００が作製される。
【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の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及びシリコン製ノズル基板に関する。
【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。
【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。そして、ノズル密度が高く、長尺かつ多数のノズル列を有する、小型で吐出特性に優れたインクジェットヘッドを、低コストで容易に提供することが要求され、従来から様々な工夫、提案がなされている。
【０００４】
インクジェットヘッドのノズル基板にノズル孔を形成するには、従来は、シリコン単結晶基材の表面に異方性ウェットエッチングを施してテーパ状のノズル部分を形成し、次に、前記基材の反対側の表面に凹部を形成し、この凹部表面から異方性ドライエッチングを施して、円筒状のノズル部分を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１５４６１号公報（第４頁、図２）
【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、形成されるノズル孔の形状が限定され、工程が多くなり、コストもかかる。
【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、多段形状や円錐台形状などのノズル孔を容易に形成して大幅な工程短縮が可能になり、コストも低減され、さらに飛行精度も向上させることができる、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、及びシリコン製ノズル基板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の製造方法は、ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたポリシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、ノズル基材を金型から除去してノズル基板を作製する工程とを備えたものである。
【０００９】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型にリンをドープしたポリシリコンを蒸着するようにしたので、多段形状や円錐台形状（断面テーパ形状）などのノズル孔を有するシリコン製のノズル基板を容易に作製することができ、製造工程を大幅に短縮することができる。また、ドープしたリンによって応力を低減することができるので、厚みのあるノズル基板を作製することができる。
また、金型をニッケル製として形状変更を容易にできるようにしたため、多段形状のみならず円錐台形状なども比較的簡単に作製することができる。また、金型をニッケル製としたので、精度の良いノズル形成部を作製することができ、これに対応してノズル基板のノズル孔も高精度に形成され、液滴の飛行精度が向上する。さらに、金型はマスタからのコピーを使用することができるため、コストを下げることができる。
【００１０】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を３００℃〜４００℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたアモルファスシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、ノズル基材を金型から除去してノズル基板を作製する工程とを備えたものである。
【００１１】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型によってリンをドープしたアモルファスシリコンを蒸着するようにしたので、多段形状や円錐台形状（断面テーパ形状）などのノズル孔を有するシリコン製のノズル基板を容易に作製することができ、製造工程を大幅に短縮することができる。また、ドープしたリンによって応力を低減することができるので、厚みのあるノズル基板を作製することができる。
また、金型をニッケル製として形状変更を容易にできるようにしたため、多段形状のみならず円錐台形状なども比較的簡単に作製することができる。また、金型をニッケル製としたので、精度の良いノズル形成部を作製することができ、これに対応してノズル基板のノズル孔も高精度に形成され、液滴の飛行精度が向上する。さらに、金型はマスタからのコピーを使用することができるため、コストを下げることができる。
【００１２】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンの厚みを５０μｍ〜６０μｍとしたものである。
ドープしたリンによって応力を低減したので、５０μｍ〜６０μｍの厚みのあるノズル基板を作製することができる。
【００１３】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンを蒸着する前に、金型に離型材を塗布するものである。
金型に離型材を塗布したので、金型からノズル基材を容易に除去することができる。
【００１４】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、離型剤をシランカップリング材とし、塗布方法をディップ方式としたものである。
金型にシランカップリング材からなる離型材を塗布したので、金型からノズル基材を容易に除去することができる。
【００１５】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、ノズル基材の金型からの除去を、ノズル基材の表面にサポート基板を貼り付けて行うものである。
ノズル基材を金型から除去する際に、サポート基材によってノズル基材が保護され、割れなどが生じることがない。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかのシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのシリコン製ノズル基板を製造するものである。
短縮した工程で、多段形状や円錐台形状などのノズル孔を有する厚みのあるノズル基板を低コストで容易に作製することができる。かかる製造方法によって作製された液滴吐出ヘッドは、液滴の飛行精度に優れる。
【００１７】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、ノズル基板が、リンをドープしたポリシリコンからなるものである。
リンをドープしたポリシリコンよりなるノズル基板は、少ない工程数で簡易に製造でき、高精度で、液滴の飛行精度に優れる。
【００１８】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、ノズル基板が、リンをドープしたアモルファスシリコンからなるものである。
リンをドープしたアモルファスシリコンよりなるノズル基板は、少ない工程数で簡易に製造でき、高精度で、液滴の飛行精度に優れる。
【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、リン（Ｐ）をドープしたポリシリコン（ドープドＰｏｌｙ−Ｓｉ）よりなるノズル基材から作製されている。その厚みは、例えば５０μｍ〜６０μｍである。
ノズル基板１には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、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（液滴吐出側の面）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（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（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軸上に形成されている。
ノズル孔１１の液滴吐出面１ａ側は撥水処理されており、例えばフッ素（Ｆ）原子を含む撥水性を持った材料からなる撥水膜１４が形成されている。また、ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｂにかけては親水処理されており、親水膜１３が形成されている。
【００２１】
キャビティ基板２は、シリコン単結晶のキャビティ基材から作製されている。そして、キャビティ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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７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８、図９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にキャビティ基材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７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。
【００３０】
（ａ） 図５（ａ）に示すように、例えばニッケル（Ｎｉ）を材質とし、スタンパ技術を用いてマスタからコピーされた金型Ａを用意する。金型Ａは、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル凸部（ノズル形成部）１２０を備えており、径の大きい第２のノズル凸部１２０ｂと、その上部に位置する径の小さい第１のノズル凸部１２０ａとからなり、その高さｔは、例えば５０μｍ〜６０μｍである。
【００３１】
（ｂ） 図５（ｂ）に示すように、シランカップリング材よりなる離型材１５を、金型Ａの表面１２１ａ（ノズル凸部１２０の表面も含む）に、例えばディップ方式により塗布する。
【００３２】
（ｃ） 図５（ｃ）に示すように、減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）により、金型Ａの表面１２１ａに、リンをドープしたポリシリコン（ドープドＰｏｌｙ−Ｓｉ）Ｂを蒸着する。この際、ＳｉＨ4 及びＰＨ3 をガスとして使用し、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とする。
リンをドープしたポリシリコンＢが、金型Ａのノズル凸部１２０の高さｔと同じ高さになったとき、ポリシリコンＢの蒸着を停止する。なお、ポリシリコンＢの側面１００ｃは垂直面となるようにする。
【００３３】
こうして、厚みが金型Ａのノズル凸部１２０の高さｔと同じ５０μｍ〜６０μｍであり、幅が金型Ａの幅ｌと同じである、リンをドープしたポリシリコンＢよりなるノズル基材１００が作製される。そして、このノズル基材１００には、金型Ａのノズル凸部１２０に対応してノズル凹部１１０が形成される。すなわち、金型Ａの第１のノズル凸部１２０ａに対応して第１のノズル凹部１１０ａが形成され、金型Ａの第２のノズル凸部１２０ｂに対応して第２のノズル凹部１１０ｂが形成される。
【００３４】
（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、液滴突出側の面１００ａを、ガラス製のサポート基板５０によって支持する。このとき、液滴突出側の面１００ａとサポート基板５０との間には、液滴突出側の面１００ａに紫外線により自己発泡して接着力が低下する自己剥離層６１を有する、両面テープである接着テープ６０（セルファ）が設けられる。
【００３５】
（ｅ） 図６（ｅ）に示すように、サポート基板５０の上面５０ａと金型Ａの裏面１２１ｂとをＶＡＣ吸着して、金型Ａをノズル基材１００から除去する。
次に、ノズル基材１００のノズル凹部１１０の内壁１１０ｃから接合面１００ｂにかけて残留する離型材１５を除去する。
【００３６】
（ｆ） 図７（ｆ）に示すように、ノズル基材１００のノズル凹部１１０の内壁１１０ｃ及び接合面１００ｂを親水化処理して、親水膜１２を形成する。この成膜は、ディップ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、熱酸化法等による。
【００３７】
（ｇ） 図７（ｇ）に示すように、サポート基板５０の表面に紫外線（ＵＶ）を照射して、接着テープ６０の自己剥離層６１をノズル基材１００から剥離させる。この際、サポート基板５０を固定しておくと、ノズル基材１００は自然落下する。
【００３８】
（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、ノズル基材１００のインク吐出側の面１００ａを撥水処理して、フッ素（Ｆ）含有有機化合物からなる撥水膜１３を形成する。成膜は、ＣＦ4 を用いたプラズマ処理による。
こうして、ノズル凹部１１０の第１のノズル凹部１１０ａ及び第２のノズル凹部１１０ｂは、それぞれノズル孔１１の第１のノズル孔部１１ａ及び第２のノズル孔部１１ｂとなり、ノズル基材１００からノズル基板１が完成する。
【００３９】
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、ニッケル製の金型Ａに、リンをドープしたポリシリコンＢを蒸着するようにしたので、ドープされたリンによってポリシリコンＢの応力が低減され、一定の厚み（例えば５０μｍ〜６０μｍ）を持ったシリコン製のノズル基材１００の製造が可能になる。また、リンをドープしたポリシリコンＢよりなるノズル基材１００を金型Ａから除去する際に、金型Ａにはあらかじめ離型材１５を塗布してあるので、ノズル基材１００を容易に除去することができる。さらに、ノズル基材１００の金型Ａからの除去をノズル基材１００の表面にサポート基板５０を貼り付けて行うようにしたので、ノズル基材１００を金型Ａから除去する際に、割れなどが生じることがない。
【００４０】
また、金型Ａはニッケル製であり形状変更が容易であるため、多段形状などの様々な形状を容易に作製することができる。多段形状の金型Ａを用いた場合は、ノズル基板１の作製工程を大幅に短縮することができる。さらに、金型Ａはニッケル製なので精度が良く、それに対応してノズル基板１にも精度の良いノズル孔１１が形成され、これによって液滴の飛行精度が向上する。また、金型Ａはマスタからのコピーを使用して形成されるため、コストを下げることができる。
【００４１】
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にシリコン製のキャビティ基材２００を接合した後、そのキャビティ基材２００からキャビティ基板２を製造する方法について、図８、図９を用いて説明する。
【００４２】
（ａ） 図８（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材３００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りエッチングして、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。
【００４３】
（ｂ） 図８（ｂ）に示すように、シリコン製のキャビティ基材２００の両面を鏡面研磨した後、キャビティ基材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。
【００４４】
（ｃ） このキャビティ基材２００と、図８（ａ）のようにして作製された電極基板３とを、図８（ｃ）に示すように、例えば３６０℃に加熱して、キャビティ基材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。
【００４５】
（ｄ） キャビティ基材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キャビティ基材２００をエッチングし、図８（ｄ）に示すように、キャビティ基材２００を薄板化する。
【００４６】
（ｅ） 次に、キャビティ基材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９（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９（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９（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。
【００４７】
（ｆ） キャビティ基材２００のエッチングが終了した後に、図９（ｆ）に示すように、フッ酸水溶液でエッチングして、キャビティ基材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。
【００４８】
（ｇ） キャビティ基材２００の吐出室２４となる凹部２４０等が形成された面に、図９（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。
【００４９】
（ｈ） 図９（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、キャビティ基材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、キャビティ基材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。
【００５０】
以上により、電極基板３に接合した状態のキャビティ基材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。
【００５１】
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に接合した状態のキャビティ基材２００から作製するので、電極基板３によりキャビティ基材２００を支持した状態となり、キャビティ基材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。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態１ではノズル基板１はリンをドープしたポリシリコン（ドープドＰｏｌｙ−Ｓｉ）Ｂから作製したが、本実施の形態２ではノズル基板１はリンをドープしたアモルファスシリコン（ドープドａ−Ｓｉ）Ｃから作製したものである（図１０参照）。
このため、実施の形態１では、リンをドープしたポリシリコンＢを作製する際に減圧ＣＶＤによって行い、この際、ＳｉＨ4 及びＰＨ3 をガスとして使用し、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃としたが、本実施の形態２では、リンをドープしたアモルファスシリコンＣを作成する際に減圧ＣＶＤによって行い、この際、ＳｉＨ4 及びＰＨ3 をガスとして使用し、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を３００℃〜４００℃としたものである。リンをドープしたポリシリコンＢとの違いは、成長温度（本実施の形態２に係るリンをドープしたアモルファスシリコンＣでは、成長温度が３００℃〜４００℃）である。
その他の、構成、作用及び効果は、実施の形態１で示した場合と実質的に同様なので、説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）のノズル基板のノズル孔の近傍を拡大して示した縦断面図である。
実施の形態１及び２では、ノズル基板１の各ノズル孔１１は、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち第１のノズル孔部１１ａ及び第２のノズル孔部１１ｂによって構成したが、本実施の形態３では、図１０に示すように、液滴吐出側の面１ａに向かって縮径された円錐台形状（断面テーパ形状）に構成している。
そして、ノズル孔１１の液滴吐出側の面１ａは撥水処理されており、例えばフッ素（Ｆ）原子を含む撥水性を持った材料からなる撥水膜１４が形成されている。また、ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｂにかけては親水処理されており、親水膜１３が形成されている。
【００５４】
また、実施の形態１及び２では、ニッケル製の金型Ａは、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル凸部１２０を備えているが、本実施の形態３では、図１１に示すように、上方向に向かって縮径して円錐台形状（断面テーパ形状）に形成されたノズル凸部１２０を備えている。
その他の、構成、作用及び効果については、実施の形態１及び２に示した場合と同様なので、説明を省略する。
【００５５】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態１、２、３のいずれか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４００は、インクジェットプリンタであり、実施の形態１、２、３のいずれかのインクジェットヘッド１０を搭載しているため、液滴吐出が良好な液滴吐出ヘッドを搭載した高品質の液滴吐出装置を提供することができる。
なお、実施の形態１、２、３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】
【００５６】
【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のインクジェット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】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】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９】図８に続く製造工程の断面図。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドのノズル孔部分を拡大した縦断面図。
【図１１】図１０のノズル孔を形成するための金型の要部の縦断面図。
【図１２】インクジェット記録装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
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（液滴吐出ヘッド）、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、１３ 親水膜、１４ 撥水膜、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ 吐出室、２５ リザーバ、３１ 個別電極、３２ 凹部、 ３４ インク供給孔、５０ サポート基板、６０ 接着テープ、１００ ノズル基材、１００ａ 液滴吐出面（液滴吐出側の面）、１００ｂ 接合面、１１０ ノズル凹部、１１０ａ 第１のノズル凹部、１１０ｂ 第２のノズル凹部、１２０ ノズル凸部（ノズル形成部）、１２０ａ 第１のノズル凸部、１２０ｂ 第２のノズル凸部、４００ インクジェット記録装置、Ａ 金型、Ｂ リンをドープしたポリシリコン、Ｃ リンをドープしたアモルファスシリコン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、及びシリコン製ノズル基板に関する。
【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。
【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。そして、ノズル密度が高く、長尺かつ多数のノズル列を有する、小型で吐出特性に優れたインクジェットヘッドを、低コストで容易に提供することが要求され、従来から様々な工夫、提案がなされている。
【０００４】
インクジェットヘッドのノズル基板にノズル孔を形成するには、従来は、シリコン単結晶基材の表面に異方性ウェットエッチングを施してテーパ状のノズル部分を形成し、次に、前記基材の反対側の表面に凹部を形成し、この凹部表面から異方性ドライエッチングを施して、円筒状のノズル部分を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１５４６１号公報（第４頁、図２）
【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、形成されるノズル孔の形状が限定され、工程が多くなり、コストもかかる。
【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、多段形状や円錐台形状などのノズル孔を容易に形成して大幅な工程短縮が可能になり、コストも低減され、さらに飛行精度も向上させることができる、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、及びシリコン製ノズル基板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の製造方法は、ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたポリシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、ノズル基材を金型から除去してノズル基板を作製する工程とを備えたものである。
【０００９】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型にリンをドープしたポリシリコンを蒸着するようにしたので、多段形状や円錐台形状（断面テーパ形状）などのノズル孔を有するシリコン製のノズル基板を容易に作製することができ、製造工程を大幅に短縮することができる。また、ドープしたリンによって応力を低減することができるので、厚みのあるノズル基板を作製することができる。
また、金型をニッケル製として形状変更を容易にできるようにしたため、多段形状のみならず円錐台形状なども比較的簡単に作製することができる。また、金型をニッケル製としたので、精度の良いノズル形成部を作製することができ、これに対応してノズル基板のノズル孔も高精度に形成され、液滴の飛行精度が向上する。さらに、金型はマスタからのコピーを使用することができるため、コストを下げることができる。
【００１０】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を３００℃〜４００℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたアモルファスシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、ノズル基材を金型から除去してノズル基板を作製する工程とを備えたものである。
【００１１】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型によってリンをドープしたアモルファスシリコンを蒸着するようにしたので、多段形状や円錐台形状（断面テーパ形状）などのノズル孔を有するシリコン製のノズル基板を容易に作製することができ、製造工程を大幅に短縮することができる。また、ドープしたリンによって応力を低減することができるので、厚みのあるノズル基板を作製することができる。
また、金型をニッケル製として形状変更を容易にできるようにしたため、多段形状のみならず円錐台形状なども比較的簡単に作製することができる。また、金型をニッケル製としたので、精度の良いノズル形成部を作製することができ、これに対応してノズル基板のノズル孔も高精度に形成され、液滴の飛行精度が向上する。さらに、金型はマスタからのコピーを使用することができるため、コストを下げることができる。
【００１２】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンの厚みを５０μｍ〜６０μｍとしたものである。
ドープしたリンによって応力を低減したので、５０μｍ〜６０μｍの厚みのあるノズル基板を作製することができる。
【００１３】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンを蒸着する前に、金型に離型材を塗布するものである。
金型に離型材を塗布したので、金型からノズル基材を容易に除去することができる。
【００１４】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、離型剤をシランカップリング材とし、塗布方法をディップ方式としたものである。
金型にシランカップリング材からなる離型材を塗布したので、金型からノズル基材を容易に除去することができる。
【００１５】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、ノズル基材の金型からの除去を、ノズル基材の表面にサポート基板を貼り付けて行うものである。
ノズル基材を金型から除去する際に、サポート基材によってノズル基材が保護され、割れなどが生じることがない。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかのシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのシリコン製ノズル基板を製造するものである。
短縮した工程で、多段形状や円錐台形状などのノズル孔を有する厚みのあるノズル基板を低コストで容易に作製することができる。かかる製造方法によって作製された液滴吐出ヘッドは、液滴の飛行精度に優れる。
【００１７】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、ノズル基板が、リンをドープしたポリシリコンからなるものである。
リンをドープしたポリシリコンよりなるノズル基板は、少ない工程数で簡易に製造でき、高精度で、液滴の飛行精度に優れる。
【００１８】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、ノズル基板が、リンをドープしたアモルファスシリコンからなるものである。
リンをドープしたアモルファスシリコンよりなるノズル基板は、少ない工程数で簡易に製造でき、高精度で、液滴の飛行精度に優れる。
【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、リン（Ｐ）をドープしたポリシリコン（ドープドＰｏｌｙ−Ｓｉ）よりなるノズル基材から作製されている。その厚みは、例えば５０μｍ〜６０μｍである。
ノズル基板１には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、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（液滴吐出側の面）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（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（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軸上に形成されている。
ノズル孔１１の液滴吐出面１ａ側は撥水処理されており、例えばフッ素（Ｆ）原子を含む撥水性を持った材料からなる撥水膜１４が形成されている。また、ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｂにかけては親水処理されており、親水膜１３が形成されている。
【００２１】
キャビティ基板２は、シリコン単結晶のキャビティ基材から作製されている。そして、キャビティ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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７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８、図９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にキャビティ基材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７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。
【００３０】
（ａ） 図５（ａ）に示すように、例えばニッケル（Ｎｉ）を材質とし、スタンパ技術を用いてマスタからコピーされた金型Ａを用意する。金型Ａは、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル凸部（ノズル形成部）１２０を備えており、径の大きい第２のノズル凸部１２０ｂと、その上部に位置する径の小さい第１のノズル凸部１２０ａとからなり、その高さｔは、例えば５０μｍ〜６０μｍである。
【００３１】
（ｂ） 図５（ｂ）に示すように、シランカップリング材よりなる離型材１５を、金型Ａの表面１２１ａ（ノズル凸部１２０の表面も含む）に、例えばディップ方式により塗布する。
【００３２】
（ｃ） 図５（ｃ）に示すように、減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）により、金型Ａの表面１２１ａに、リンをドープしたポリシリコン（ドープドＰｏｌｙ−Ｓｉ）Ｂを蒸着する。この際、ＳｉＨ4 及びＰＨ3 をガスとして使用し、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とする。
リンをドープしたポリシリコンＢが、金型Ａのノズル凸部１２０の高さｔと同じ高さになったとき、ポリシリコンＢの蒸着を停止する。なお、ポリシリコンＢの側面１００ｃは垂直面となるようにする。
【００３３】
こうして、厚みが金型Ａのノズル凸部１２０の高さｔと同じ５０μｍ〜６０μｍであり、幅が金型Ａの幅ｌと同じである、リンをドープしたポリシリコンＢよりなるノズル基材１００が作製される。そして、このノズル基材１００には、金型Ａのノズル凸部１２０に対応してノズル凹部１１０が形成される。すなわち、金型Ａの第１のノズル凸部１２０ａに対応して第１のノズル凹部１１０ａが形成され、金型Ａの第２のノズル凸部１２０ｂに対応して第２のノズル凹部１１０ｂが形成される。
【００３４】
（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、液滴突出側の面１００ａを、ガラス製のサポート基板５０によって支持する。このとき、液滴突出側の面１００ａとサポート基板５０との間には、液滴突出側の面１００ａに紫外線により自己発泡して接着力が低下する自己剥離層６１を有する、両面テープである接着テープ６０（セルファ）が設けられる。
【００３５】
（ｅ） 図６（ｅ）に示すように、サポート基板５０の上面５０ａと金型Ａの裏面１２１ｂとをＶＡＣ吸着して、金型Ａをノズル基材１００から除去する。
次に、ノズル基材１００のノズル凹部１１０の内壁１１０ｃから接合面１００ｂにかけて残留する離型材１５を除去する。
【００３６】
（ｆ） 図７（ｆ）に示すように、ノズル基材１００のノズル凹部１１０の内壁１１０ｃ及び接合面１００ｂを親水化処理して、親水膜１２を形成する。この成膜は、ディップ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、熱酸化法等による。
【００３７】
（ｇ） 図７（ｇ）に示すように、サポート基板５０の表面に紫外線（ＵＶ）を照射して、接着テープ６０の自己剥離層６１をノズル基材１００から剥離させる。この際、サポート基板５０を固定しておくと、ノズル基材１００は自然落下する。
【００３８】
（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、ノズル基材１００のインク吐出側の面１００ａを撥水処理して、フッ素（Ｆ）含有有機化合物からなる撥水膜１３を形成する。成膜は、ＣＦ4 を用いたプラズマ処理による。
こうして、ノズル凹部１１０の第１のノズル凹部１１０ａ及び第２のノズル凹部１１０ｂは、それぞれノズル孔１１の第１のノズル孔部１１ａ及び第２のノズル孔部１１ｂとなり、ノズル基材１００からノズル基板１が完成する。
【００３９】
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、ニッケル製の金型Ａに、リンをドープしたポリシリコンＢを蒸着するようにしたので、ドープされたリンによってポリシリコンＢの応力が低減され、一定の厚み（例えば５０μｍ〜６０μｍ）を持ったシリコン製のノズル基材１００の製造が可能になる。また、リンをドープしたポリシリコンＢよりなるノズル基材１００を金型Ａから除去する際に、金型Ａにはあらかじめ離型材１５を塗布してあるので、ノズル基材１００を容易に除去することができる。さらに、ノズル基材１００の金型Ａからの除去をノズル基材１００の表面にサポート基板５０を貼り付けて行うようにしたので、ノズル基材１００を金型Ａから除去する際に、割れなどが生じることがない。
【００４０】
また、金型Ａはニッケル製であり形状変更が容易であるため、多段形状などの様々な形状を容易に作製することができる。多段形状の金型Ａを用いた場合は、ノズル基板１の作製工程を大幅に短縮することができる。さらに、金型Ａはニッケル製なので精度が良く、それに対応してノズル基板１にも精度の良いノズル孔１１が形成され、これによって液滴の飛行精度が向上する。また、金型Ａはマスタからのコピーを使用して形成されるため、コストを下げることができる。
【００４１】
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にシリコン製のキャビティ基材２００を接合した後、そのキャビティ基材２００からキャビティ基板２を製造する方法について、図８、図９を用いて説明する。
【００４２】
（ａ） 図８（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材３００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りエッチングして、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。
【００４３】
（ｂ） 図８（ｂ）に示すように、シリコン製のキャビティ基材２００の両面を鏡面研磨した後、キャビティ基材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。
【００４４】
（ｃ） このキャビティ基材２００と、図８（ａ）のようにして作製された電極基板３とを、図８（ｃ）に示すように、例えば３６０℃に加熱して、キャビティ基材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。
【００４５】
（ｄ） キャビティ基材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キャビティ基材２００をエッチングし、図８（ｄ）に示すように、キャビティ基材２００を薄板化する。
【００４６】
（ｅ） 次に、キャビティ基材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９（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９（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９（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。
【００４７】
（ｆ） キャビティ基材２００のエッチングが終了した後に、図９（ｆ）に示すように、フッ酸水溶液でエッチングして、キャビティ基材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。
【００４８】
（ｇ） キャビティ基材２００の吐出室２４となる凹部２４０等が形成された面に、図９（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。
【００４９】
（ｈ） 図９（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、キャビティ基材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、キャビティ基材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。
【００５０】
以上により、電極基板３に接合した状態のキャビティ基材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。
【００５１】
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に接合した状態のキャビティ基材２００から作製するので、電極基板３によりキャビティ基材２００を支持した状態となり、キャビティ基材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。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態１ではノズル基板１はリンをドープしたポリシリコン（ドープドＰｏｌｙ−Ｓｉ）Ｂから作製したが、本実施の形態２ではノズル基板１はリンをドープしたアモルファスシリコン（ドープドａ−Ｓｉ）Ｃから作製したものである（図１０参照）。
このため、実施の形態１では、リンをドープしたポリシリコンＢを作製する際に減圧ＣＶＤによって行い、この際、ＳｉＨ4 及びＰＨ3 をガスとして使用し、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃としたが、本実施の形態２では、リンをドープしたアモルファスシリコンＣを作成する際に減圧ＣＶＤによって行い、この際、ＳｉＨ4 及びＰＨ3 をガスとして使用し、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を３００℃〜４００℃としたものである。リンをドープしたポリシリコンＢとの違いは、成長温度（本実施の形態２に係るリンをドープしたアモルファスシリコンＣでは、成長温度が３００℃〜４００℃）である。
その他の、構成、作用及び効果は、実施の形態１で示した場合と実質的に同様なので、説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）のノズル基板のノズル孔の近傍を拡大して示した縦断面図である。
実施の形態１及び２では、ノズル基板１の各ノズル孔１１は、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち第１のノズル孔部１１ａ及び第２のノズル孔部１１ｂによって構成したが、本実施の形態３では、図１０に示すように、液滴吐出側の面１ａに向かって縮径された円錐台形状（断面テーパ形状）に構成している。
そして、ノズル孔１１の液滴吐出側の面１ａは撥水処理されており、例えばフッ素（Ｆ）原子を含む撥水性を持った材料からなる撥水膜１４が形成されている。また、ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｂにかけては親水処理されており、親水膜１３が形成されている。
【００５４】
また、実施の形態１及び２では、ニッケル製の金型Ａは、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル凸部１２０を備えているが、本実施の形態３では、図１１に示すように、上方向に向かって縮径して円錐台形状（断面テーパ形状）に形成されたノズル凸部１２０を備えている。
その他の、構成、作用及び効果については、実施の形態１及び２に示した場合と同様なので、説明を省略する。
【００５５】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態１、２、３のいずれか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４００は、インクジェットプリンタであり、実施の形態１、２、３のいずれかのインクジェットヘッド１０を搭載しているため、液滴吐出が良好な液滴吐出ヘッドを搭載した高品質の液滴吐出装置を提供することができる。
なお、実施の形態１、２、３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】
【００５６】
【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のインクジェット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】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】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９】図８に続く製造工程の断面図。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドのノズル孔部分を拡大した縦断面図。
【図１１】図１０のノズル孔を形成するための金型の要部の縦断面図。
【図１２】インクジェット記録装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
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（液滴吐出ヘッド）、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、１３ 親水膜、１４ 撥水膜、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ 吐出室、２５ リザーバ、３１ 個別電極、３２ 凹部、 ３４ インク供給孔、５０ サポート基板、６０ 接着テープ、１００ ノズル基材、１００ａ 液滴吐出面（液滴吐出側の面）、１００ｂ 接合面、１１０ ノズル凹部、１１０ａ 第１のノズル凹部、１１０ｂ 第２のノズル凹部、１２０ ノズル凸部（ノズル形成部）、１２０ａ 第１のノズル凸部、１２０ｂ 第２のノズル凸部、４００ インクジェット記録装置、Ａ 金型、Ｂ リンをドープしたポリシリコン、Ｃ リンをドープしたアモルファスシリコン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたポリシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、
前記ノズル基材を前記金型から除去してノズル基板を作製する工程とを、
備えた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２】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を３００℃〜４００℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたアモルファスシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、
前記ノズル基材を前記金型から除去してノズル基板を作製する工程とを、
備えた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３】
前記リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンの厚みを５０μｍ〜６０μｍと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の製造方法。
【請求項４】
前記リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンを蒸着する前に、前記金型に離型材を塗布することを特徴とする請求項１〜３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５】
前記離型剤はシランカップリング材であり、塗布方法はディップ方式であ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】
前記ノズル基材の前記金型からの除去は、前記ノズル基材の表面にサポート基板を貼り付けて行うことを特徴とする請求項１〜５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７】
請求項１〜６のいずれかに記載のシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して液滴吐出ヘッドのシリコン製ノズル基板を製造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８】
液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、
前記ノズル基板が、リンをドープしたポリシリコンからなることを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項９】
液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、
前記ノズル基板が、リンをドープしたアモルファスシリコンからなることを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項１】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を５５０℃〜６５０℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたポリシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、
前記ノズル基材を前記金型から除去してノズル基板を作製する工程とを、
備えた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２】
ノズル形成部を有するニッケル製の金型に、使用ガスをＳｉＨ4 及びＰＨ3 、反応圧を２０Ｐａ〜２００Ｐａとし、成長温度を３００℃〜４００℃とした減圧ＣＶＤ法によって、リンをドープしたアモルファスシリコンを蒸着してノズル孔を有するノズル基材を作製する工程と、
前記ノズル基材を前記金型から除去してノズル基板を作製する工程とを、
備えた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３】
前記リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンの厚みを５０μｍ〜６０μｍと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の製造方法。
【請求項４】
前記リンをドープしたポリシリコンまたはアモルファスシリコンを蒸着する前に、前記金型に離型材を塗布することを特徴とする請求項１〜３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５】
前記離型剤はシランカップリング材であり、塗布方法はディップ方式であ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】
前記ノズル基材の前記金型からの除去は、前記ノズル基材の表面にサポート基板を貼り付けて行うことを特徴とする請求項１〜５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７】
請求項１〜６のいずれかに記載のシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して液滴吐出ヘッドのシリコン製ノズル基板を製造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８】
液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、
前記ノズル基板が、リンをドープしたポリシリコンからなることを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項９】
液滴を吐出するノズル孔を有するノズル基板であって、
前記ノズル基板が、リンをドープしたアモルファスシリコンからなることを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【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２００９−１９６１４０（Ｐ２００９−１９６１４０Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３８３７３（Ｐ２００８−３８３７３）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【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９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【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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