ノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法
【課題】製造工程時に生じる糊残りを防止することが可能なノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】ノズル基板１となるシリコン基板１００に支持基板１１０を貼り付ける前に、シリコン基板１００の表面に形成したインク保護膜１０３に凹凸形状を形成しておく。そして、凹凸形状が形成されたインク保護膜１０３上に支持基板１１０を貼り付ける。
【解決手段】ノズル基板１となるシリコン基板１００に支持基板１１０を貼り付ける前に、シリコン基板１００の表面に形成したインク保護膜１０３に凹凸形状を形成しておく。そして、凹凸形状が形成されたインク保護膜１０３上に支持基板１１０を貼り付ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッド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圧力室、リザーバー等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により圧力室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より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、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景から、インクジェットヘッドのノズル部に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
【０００４】
インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズル孔部での流路抵抗を調整し、ノズル長さが最適な長さになるように基板の厚みを調整することが望ましい。そこで、ノズル基板を製造する方法として、従来より予めシリコン基板にノズル孔となる凹部を形成し、その凹部形成面側に支持基板を貼り合わせ、シリコン基板の凹部形成面と反対面側から所望の厚さになるまで研削を行い、薄板化と同時にノズル孔を貫通させる方法があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６８３４４号公報（第６頁〜第８頁、図４〜図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の方法では、シリコン基板から支持基板を剥離する際、シリコン基板表面に糊残りが生じてしまうという問題があった。支持基板が貼り合わされる凹部形成面は、インクジェットヘッドのキャビティ基板と接合される接合面に相当することから、接合面に糊残りが生じると、キャビティ基板との接合時に接合不良を招く恐れがあった。また、ノズル孔のインク導入口（インク吐出口と反対側）の縁部分に糊残りが生じやすく、この部分に糊残りが生じると、吐出特性に影響し、所望の吐出特性が得られなくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、製造工程時に生じる糊残りを防止することが可能なノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板にドライエッチングを施してノズル孔となる凹部を形成する工程と、シリコン基板の凹部の内壁及び凹部の形成面に液滴保護膜を形成する工程と、形成面上の液滴保護膜の表面に凹凸形状を形成する工程と、凹凸形状が形成された液滴保護膜の表面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、第１の支持基板を貼り合わせた面の反対側の面からシリコン基板を所望の厚さに薄板化して凹部の先端を開口し、ノズル孔を形成する工程と、シリコン基板の薄板化された加工面に液滴保護膜を形成し、その表面に撥液膜を形成する工程と、シリコン基板において撥液膜が形成された面に第２の支持基板を貼り合わせ、第１の支持基板をシリコン基板から剥離する工程と、第２の支持基板をシリコン基板から剥離する工程とを備えたものである。
これにより、シリコン基板から第１の支持基板の剥離を容易とし、糊残りを防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、凹凸形状をドライエッチング加工により形成するものである。
これにより、凹凸形状の設計自由度が高く、また、凹部の深さ制御を容易に行うことができる。従って、液滴保護膜に所望の凹凸形状を容易に形成することが可能である。
【００１０】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、第２の支持基板をシリコン基板から剥離する工程の後に、シリコン基板を洗浄する工程を有するものである。
液滴保護膜に凹凸形状が形成されているため、洗浄工程において凹凸形状の表面と糊残渣との間に洗浄液が入り込み、高い洗浄効果を得ることができる。よって、ノズル孔の液滴導入口のノズル縁部分に仮に糊残渣が生じていても、効果的に除去することができる。
【００１１】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、第１の支持基板を、接着面に紫外線または熱を与えることによって接着力が低下する自己剥離層を有する両面接着シートを介してシリコン基板に貼り合わせるものである。
このような両面接着シートを用いて、シリコン基板に第１の支持基板を貼り合わせることができる。
【００１２】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズル孔となる凹部を形成する工程では、液滴の導入口から吐出口に向けて断面積が段階的又は連続的に減少する凹部を形成するものである。
これにより、液滴の吐出方向をノズル孔の中心軸方向に揃えることができ、安定した吐出特性を有するノズル基板を製造することができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するための複数のノズル孔と、各ノズル孔に連通して設けられて圧力を加えるための圧力室と、圧力室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を圧力室に発生させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、複数のノズル孔を有するノズル基板を、上記のノズル基板の製造方法により製造するものである。
液滴吐出ヘッドの製造工程においてノズル基板となるシリコン基板を加工する際に、加工途中でシリコン基板に貼り合わせた支持基板を、上述したように容易に剥離することができ、また、剥離時の糊残りが防止できるため、ノズル基板の歩留まりを向上させ、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、図１の液滴吐出ヘッドの長手方向断面図である。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１及び図２を参照して説明する。なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。
【００１５】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は、図１及び図２に示すように、ノズル基板１、キャビティ基板２及び電極基板３の３つの基板を貼り合わせた３層構造を有している。なお、ここでは、３層構造の例を示しているが、本例のインクジェットヘッド１０は、３層構造のものに限られず、ノズル基板、リザーバー基板、キャビティ基板及び電極基板の４つの基板を積層した４層構造のヘッドとしてももちろん良い。
【００１６】
以下、各基板の構成を更に詳しく説明する。
ノズル基板１は、後述する製造方法により、所要の厚さ（例えば約６５μｍ）に薄くされたシリコン基板から作製されている。また、ノズル基板１には、インク滴を吐出する複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられており、ここでは、２列のノズル列を形成している。各ノズル孔１１は、吐出方向の先端側の円筒状の第１ノズル孔１１ａと、第１ノズル孔１１ａよりも径の大きい円筒状の第２ノズル孔１１ｂとから構成され、第１ノズル孔１１ａと第２ノズル孔１１ｂとは同軸上に設けられている。かかる構成により、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができるようになっている。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することが可能となっている。
【００１７】
また、ノズル基板１の吐出面１ａ、吐出面１ａと反対側の面及びノズル孔１１の内壁にはこれらの面をインクから保護する保護膜としてのインク保護膜１０５が形成され、更に、インク保護膜１０５上の吐出面１ａ全面には撥液膜としての撥インク膜１０６が形成され、ノズル孔１１の吐出口縁部を境界にしてノズル孔１１の内壁及び反対側の面には撥インク膜１０６が形成されていない構成となっている。これにより、インクに対する耐久性向上及び吐出面１ａ上のインク滴残留防止が図られている。
【００１８】
キャビティ基板２は、例えば厚さ約１４０μｍのシリコン基板から作製されている。このシリコン基板にウェットエッチングを施すことにより、圧力室２１となる凹部２５、オリフィス２３となる凹部２６及びリザーバー２４となる凹部２７が形成される。凹部２５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、図２に示すようにノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２５は圧力室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、オリフィス２３ともそれぞれ連通している。そして、圧力室２１（凹部２５）の底壁が振動板２２となっている。
【００１９】
凹部２６は、細溝状のオリフィス２３を構成し、この凹部２６を介して凹部２５（圧力室２１）と凹部２７（リザーバー２４）とが連通している。
凹部２７は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各圧力室２１に共通のリザーバー（共通インク室）２４を構成する。そして、リザーバー２４（凹部２７）はそれぞれオリフィス２３を介して全ての圧力室２１に連通している。なお、オリフィス２３（凹部２６）はノズル基板１の裏面（キャビティ基板２との接合側の面）に設けることもできる。また、リザーバー２４の底部にはインク供給孔２８が設けられている。
【００２０】
また、キャビティ基板２の全面には熱酸化やプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＳｉＯ2 やＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２ａが膜厚０．１μｍで施されている。この絶縁膜２ａは、インクジェットヘッド１０を駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
【００２１】
電極基板３は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板２のシリコン基板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適している。これは、電極基板３とキャビティ基板２を陽極接合する際、両基板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には、キャビティ基板２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより深さ約０．３μｍで形成されている。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、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成される。なお、個別電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、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等の理由から、一般にＩＴＯが用いられる。
【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。これらの端子部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３０内に露出している。
【００２４】
また、電極基板３には、外部のインクカートリッジ（図示せず）に接続されるインク供給孔３３が設けられている。インク供給孔３３は、キャビティ基板２に設けられたインク供給孔２８に連通しており、インク供給孔２８，３３を通じてインクカートリッジ（図示せず）からインクが供給されるようになっている。インクカートリッジ（図示せず）から供給されたインクは、圧力室２１へのインク供給路となるリザーバー２４及びオリフィス２３を介して圧力室２１へと供給される。
【００２５】
上述したように、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。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材３４で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００２６】
そして、図２に簡略化して示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路３５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２９とに前記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続され、インクジェットヘッド１０が形成される。
【００２７】
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路３５は、個別電極３１に電荷の供給及び停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２間に静電気力（クーロン力）が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む（変位する）。これによって圧力室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、圧力室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により圧力室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔１１より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクがリザーバー２４からオリフィス２３を通じて圧力室２１内に補給される。
【００２８】
次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法について図３〜図９を参照して説明する。図３〜図７は、ノズル基板の製造工程を示す断面図である。図８及び図９は、キャビティ基板２及び電極基板３の製造方法を示す製造工程の断面図であり、ここでは、主に、電極基板３にシリコン基板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、本発明の特徴部分であるノズル基板１の製造方法を説明する。
【００２９】
（１）ノズル基板１の製造方法
（Ａ）まず、図３（Ａ）に示すように、厚み７２５μｍのシリコン基板１００を用意し、熱酸化装置（図示せず）にセットして酸化温度１０７５℃、酸化時間４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、シリコン基板１００の表面に膜厚０．５μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０１を均一に成膜する。そして、シリコン基板１００の接合面（キャビティ基板２と接合されることとなる面）１００ａの熱酸化膜１０１に第２ノズルとなる部分１０１ａをパターニングする。
【００３０】
（Ｂ）次に、図３（Ｂ）に示すように、接合面１００ｂ上に、厚さ１．０μｍのレジスト膜１０２を形成し、フォトリソグラフィーにより第１ノズルとなる部分１０２ａをパターニングする。
（Ｃ）次に、図３（Ｃ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、レジスト膜１０２の第１ノズルとなる部分１０２ａを、例えば深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第１ノズル孔となる凹部１０２ｂを形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ４Ｆ８、ＳＦ６を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ４Ｆ８は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ６はシリコン基板１００の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
（Ｄ）次に、図３（Ｄ）に示すように、レジスト膜１０２を除去した後、ＩＣＰドライエッチング装置により熱酸化膜１０１の第２ノズルとなる部分１０１ａを、深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングする。この際に、第１ノズルとなる凹部１０２ｂも深さが７０〜８０μｍ程度までエッチングされ、ノズル孔１１となる凹部１１ｃが形成される。
【００３１】
（Ｅ）次に、図４（Ｅ）に示すように、シリコン基板１００の表面に残る熱酸化膜１０１をフッ酸水溶液で除去した後、シリコン基板１００の表面全体、すなわち吐出面１００ａ、接合面１００ｂ及びノズル孔１１となる凹部１１ｃの内壁にインク保護膜１０３をドライ酸化で形成する。このインク保護膜１０３の膜厚は、所望の表面粗さＲｚに、インク保護膜として必要な膜厚（例えば０．１μｍ）を加えた値とする。インク保護膜１０３は、シリコン基板１００（ノズル基板１）とキャビティ基板２とを接合する際の接合表面となることから、所望の接合強度を得るための設計上の制約として、表面荒さＲｚを約５０ｎｍ〜６μｍの範囲内とする必要があり、ここでは、表面荒さＲｚを約１〜２μｍとしている。
【００３２】
以上のようにしてシリコン基板１００にノズル孔１１となる凹部１１ｃを形成した後、後述の工程（Ｇ）で接合面１００ｂ側に第１の支持基板としての支持基板１１０を貼り付けるに先立ち、本発明では次の工程（Ｆ）を行う。
【００３３】
図５は、図４の工程（Ｆ）の点線Ａ部分の拡大図で、図４の工程（Ｆ）の詳細説明図である。なお、図５では、図４の点線Ａ部分を上下反転した状態で示している。
（Ｆ１）まず、図５（Ｆ１）に示すように、接合面１００ｂ上に、レジスト１０４を塗布し、フォトリソグラフィーにより複数の開口１０４ａを形成する。開口１０４ａの形状や配置パターンは、特に限定するものではないが、ここでは、四角形状の開口１０４ａを千鳥格子状に形成している。
【００３４】
（Ｆ２）次に、シリコン基板１００を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置に投入し、エッチングガスとしてＣＨＦ３とＣＦ４、プラズマ安定化のためにＡｒを導入する。流量はＣＨＦ３：３０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：３０ｓｃｃｍ、Ａｒ：６００ｓｃｃｍとし、圧力は３００Ｐａとする。ＲＦパワーは１３００Ｗとする。上記条件で、レジスト１０４の開口１０４ａ部分をエッチングしてインク保護膜１０３に複数の凹部１０３ａを形成する。次の図７は、インク保護膜１０３上に形成された複数の凹部１０３ａを示している。
【００３５】
図７は、インク保護膜１０３の平面図である。図７に示すように、各凹部１０３ａは、平面的に見て四角形状を成し、千鳥格子状に配置形成されている。複数の凹部１０３ａは、インク保護膜１０３に凹凸形状を設けることを目的として形成したものであり、各凹部１０３ａの形状や配置は図７の形状及び配置に特に限定するものではない。
【００３６】
なお、図５（Ｆ２）に示すように、凹部１０３ａの深さが表面粗さＲｚ（ここでは、上述したように約１〜２μｍ）に相当し、凹部１０３ａの残し膜厚ｈが、インク保護膜として必要な膜厚に相当し、ここでは約０．１μｍとしている。なお、凹部１０３ａを形成しない状態でのインク保護膜１０３の表面粗さは通常約１０ｎｍ程度であるため、凹部１０３ａを形成したことによって必要十分に表面が粗い状態となっている。
【００３７】
（Ｆ３）次に、図５（Ｆ３）に示すように、シリコン基板１００を硫酸と過酸化水素水からなる混合溶液に浸漬し、レジスト１０４を剥離する。これにより、複数の凹部１０３ａが千鳥格子状に形成されたインク保護膜１０３が形成される。
【００３８】
ここで、図４に戻る。
（Ｇ）図４（Ｇ）に示すように、工程（Ｆ）によって凹凸形状が形成されたインク保護膜１０３を有する接合面１１０ｂ（凹部１０３ａの形成面）側に、両面接着シート５０を介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板１１０を貼り付ける。この両面接着シート５０には、例えば、セルファＢＧ（登録商標：積水化学工業）を用いる。両面接着シート５０は自己剥離層５１を持ったシート（自己剥離型シート）で、その両面には接着面を有し、その一方の面にはさらに自己剥離層５１を備え、この自己剥離層５１は紫外線または熱などの刺激によって接着力が低下するようになっている。
【００３９】
このように自己剥離層５１を備えた両面接着シート５０を用いて支持基板１１０を貼り合わせるようにしたので、シリコン基板１００の薄板化加工時には、シリコン基板１００に支持基板１１０を強固に接着してシリコン基板１００を破損することなく加工することができ、処理後には後述するように支持基板１１０をシリコン基板１００から糊残り無く、容易に剥離することができる。
【００４０】
そして、次に、シリコン基板１００の吐出面１００ａ側からバックグラインダー（図示せず）によって研削加工を行い、板厚が６５μｍになるまで薄板化する。これにより、ノズル孔１１となる凹部１１ｃの先端が開口し、ノズル孔１１が形成される。薄板化後、さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によって吐出面１００ａを研磨しても良い。
【００４１】
（Ｈ）次に、図４（Ｈ）に示すように、シリコン基板１００の吐出面１００ａの表面に、インク保護膜１０５となる厚さ０．２μｍのシリコーン重合膜をシロキサン原料のプラズマＣＶＤで形成する。そして、空気中でＵＶを照射して脱水縮合させ、インク保護膜１０５表面をＳｉＯ2化する
【００４２】
（Ｉ）次に、図４（Ｉ）に示すように、シリコン基板１００の吐出面１００ａにさらに撥インク処理を施す。具体的には、シランカップリング材をディップコートし、吐出面１００ａに撥インク膜１０６を形成する。このとき、ノズル孔１１の内壁にも撥インク膜１０６が形成される。
【００４３】
（Ｊ）次に、図６（Ｊ）に示すように、吐出面１００ａに、第２の支持基板としてのサポートテープ１２０を貼り付け、その状態で支持基板１１０側からＵＶ光を照射する。
（Ｋ）ＵＶ光を照射することにより、図６（Ｋ）に示すように、両面接着シート５０の自己剥離層５１をシリコン基板１００の接合面１００ｂ面から剥離し、支持基板１１０をシリコン基板１００から取り外す。
ここで、支持基板１１０を剥離するに際し、支持基板１１０の接着面となるシリコン基板１００の接合面１００ｂ上には、表面に凹凸形状を有するインク保護膜１０３が形成されているため、支持基板１１０の剥離が容易に行えるようになっている。すなわち、凹部１０３ａが形成されていることによって、支持基板１１０と両面接着シート５０との接着面積が少なくなり、糊残りを防止すると共に容易に剥離することが可能となっている。
【００４４】
（Ｌ）そして、図６（Ｌ）に示すように、接合面１００ｂ側から酸素又はアルゴンのプラズマ処理を行い、ノズル孔１１内壁の撥インク膜１０６を破壊して親水化する。
（Ｍ）そして、サポートテープ１２０を剥離した後、硫酸洗浄等により洗浄する。ここで、仮に、支持基板１１０の剥離後に糊残りが生じていたとしても、工程（Ｍ）での洗浄時に、インク保護膜１０３の凹凸状の表面と糊残渣部分との間に洗浄液が入り込むため、凹凸形状が無い場合に比べて高い洗浄効果を発揮することができ、効果的に糊を除去することが可能である。よって、例えば、ノズル孔１１のインク導入口側（接合面１１０ｂ側）のノズル縁部分に糊残りが生じても、洗浄により除去することができ、当該部分に糊が残存することによる吐出特性の変化を防止することができる。
以上により、ノズル基板１を作製することができる。
【００４５】
このように本実施の形態のノズル基板の製造方法によれば、ノズル基板１となるシリコン基板１００に支持基板１１０を貼り付けるに際し、シリコン基板１００の表面に形成したインク保護膜１０３に凹凸形状を形成してから支持基板１１０を貼り付けるようにしたので、支持基板１１０の剥離を容易とし、糊残りを防止することが可能となる。
【００４６】
また、凹部１０３ａをドライエッチングで形成しているので、凹部１０３ａの形状の設計自由度が高く、また、深さ制御を容易に行うことができる。従って、インク保護膜１０３に所望の凹凸形状を容易に形成することが可能である。
【００４７】
また、インク保護膜１０３の表面に凹凸形状を設けたことにより、ノズル基板１製造工程の最終段階での洗浄に際し、凹凸形状の表面と糊残渣との間に洗浄液が入り込むため、高い洗浄効果が得られる。よって、接合面１１０ｂ側のノズル孔１１のノズル縁部分に糊残渣が生じていても、効果的に除去することができる。よって、当該ノズル縁部分に糊が残存することによる吐出特性の変化を防止することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、ノズル孔１１を、インクの導入口から吐出口に向けて断面積が段階的（ここでは２段）に小さくなる形状に形成した例を示しているが、本発明のノズル基板の製造方法では、ノズル孔１１の形状はこの形状に限定するものではない。例えば、インクの導入口から吐出口に向けて断面積が連続的に減少する構成としてもよい。要は、本発明は、シリコン基板にノズル孔となる凹部を形成した後、凹部の形成面側に支持基板を貼り合わせ、前記凹部形成面とは反対側の面から薄板化して凹部の先端を開口し、ノズル孔を形成する加工方法に適用可能である。
【００４９】
なお、本実施の形態のノズル基板１の製造方法は、静電駆動方式のインクジェットヘッドに用いるノズル基板の場合を例に説明したが、圧電駆動方式やバブルジェット（登録商標）方式など、他方式のアクチュエーター（圧力発生手段）を用いたインクジェットヘッドのノズル基板にも適用可能である。
【００５０】
（２）キャビティ基板２及び電極基板３の製造方法
ここでは、電極基板３にシリコン基板２００を接合した後、そのシリコン基板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を参照して簡単に説明する。
【００５１】
電極基板３は以下のようにして製造される。
（Ａ）まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板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ってエッチングすることにより凹部３２を形成する。なお、この凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極３１ごとに複数形成される。
そして、凹部３２の内部に、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３３を形成することにより、電極基板３が作製される。
【００５２】
（Ｂ）次に、厚さが例えば５２５μｍのシリコン基板２００の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板２００の片面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって厚さ０．１μｍのＴＥＯＳ（TetraEthylorthosilicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２ａを形成する。なお、シリコン基板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。
【００５３】
（Ｃ）そして、このシリコン基板２００と、図８（Ａ）のように作製された電極基板３とを、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基板２００に陽極を、電極基板３に陰極を接続して８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。
（Ｄ）シリコン基板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板２００をエッチングすることにより、シリコン基板２００の厚さを例えば１４０μｍになるまで薄板化する。
【００５４】
（Ｅ）次に、図９（Ｅ）に示すように、シリコン基板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によって例えば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。
そして、このＴＥＯＳ膜に、圧力室２１となる凹部２５、オリフィス２３となる凹部２６及びリザーバー２４となる凹部２５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ＴＥＯＳ膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板２００を水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、圧力室２１となる凹部２５、オリフィス２３となる凹部２６及びリザーバー２４となる凹部２７を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部３０となる部分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。
【００５５】
（Ｆ）シリコン基板２００のエッチングが終了した後に、フッ酸水溶液でエッチングすることによりシリコン基板２００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜を除去する。
（Ｇ）次に、シリコン基板２００の圧力室２１となる凹部２５等が形成された面に、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜（絶縁膜２ａ）を例えば厚さ０．１μｍで形成する。
（Ｈ）その後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によって電極取り出し部３０を開放する。また、電極基板３のインク供給孔３３からレーザー加工を施してシリコン基板２００のリザーバー２４となる凹部２７の底部を貫通させ、インク供給孔２８を形成する。また、振動板２２と個別電極３１との間のギャップの開放端部をエポキシ樹脂等の封止材（図２参照）を充填することにより封止する。また、図１に示すように共通電極２９がスパッタによりシリコン基板２００の上面（ノズル基板１との接合側の面）の端部に形成される。
【００５６】
以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基板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、前述のように作製されたノズル基板１を接着等により接合することにより、図１に示したインクジェットヘッド１０が完成する。
【００５７】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０の製造工程において、ノズル基板１となるシリコン基板１００を加工する際に、加工途中でシリコン基板１００に貼り合わせた支持基板１１０を、上述したように容易に剥離することができ、また、剥離時の糊残りが防止できるため、ノズル基板１の歩留まりを向上させ、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００５８】
なお、上記の実施の形態では、ノズル基板の製造方法及びインクジェットヘッドの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、図１０に示すインクジェットプリンター４００のほか、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、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】本発明の一実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された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１０の長手方向断面図。
【図３】ノズル基板１の製造工程を示す断面図。
【図４】図３に続くノズル基板１の製造工程を示す断面図。
【図５】図４の工程（Ｆ）の点線Ａ部分の拡大図。
【図６】図４に続くノズル基板１の製造工程を示す断面図。
【図７】図５のインク保護膜１０３の平面図。
【図８】キャビティ基板２及び電極基板３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】本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッド１０を使用したインクジェットプリンターの斜視図。
【符号の説明】
【００６０】
１ ノズル基板、１ａ 吐出面、２ キャビティ基板、２ａ 絶縁膜、３ 電極基板、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１１ａ 第１ノズル孔、１１ｂ 第２ノズル孔、１１ｃ ノズル孔となる凹部、２１ 圧力室、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ リザーバー、２５ 凹部、２６ 凹部、２７ 凹部、２８ インク供給孔、２９ 共通電極、３０ 電極取り出し部、３１ 個別電極、３１ａ リード部、３１ｂ 端子部、３２ 凹部、３３ インク供給孔、３４ 封止材、３５ 駆動制御回路、５０ 両面接着シート、５１ 自己剥離層、１００ シリコン基板、１００ａ 吐出面、１００ｂ 接合面、１０１ 熱酸化膜、１０１ａ 第２ノズルとなる部分、１０２ レジスト膜、１０２ａ 第１ノズルとなる部分、１０３ インク保護膜（酸化膜）、１０３ａ 凹部、１０４ レジスト、１０４ａ 開口、１０５ インク保護膜、１０６ 撥インク膜、１１０ 支持基板、１１０ｂ 接合面、１２０ サポートテープ、２００ シリコン基板、３００ ガラス基板、４００ インクジェットプリンター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッド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圧力室、リザーバー等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により圧力室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より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、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景から、インクジェットヘッドのノズル部に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
【０００４】
インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズル孔部での流路抵抗を調整し、ノズル長さが最適な長さになるように基板の厚みを調整することが望ましい。そこで、ノズル基板を製造する方法として、従来より予めシリコン基板にノズル孔となる凹部を形成し、その凹部形成面側に支持基板を貼り合わせ、シリコン基板の凹部形成面と反対面側から所望の厚さになるまで研削を行い、薄板化と同時にノズル孔を貫通させる方法があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６８３４４号公報（第６頁〜第８頁、図４〜図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の方法では、シリコン基板から支持基板を剥離する際、シリコン基板表面に糊残りが生じてしまうという問題があった。支持基板が貼り合わされる凹部形成面は、インクジェットヘッドのキャビティ基板と接合される接合面に相当することから、接合面に糊残りが生じると、キャビティ基板との接合時に接合不良を招く恐れがあった。また、ノズル孔のインク導入口（インク吐出口と反対側）の縁部分に糊残りが生じやすく、この部分に糊残りが生じると、吐出特性に影響し、所望の吐出特性が得られなくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、製造工程時に生じる糊残りを防止することが可能なノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板にドライエッチングを施してノズル孔となる凹部を形成する工程と、シリコン基板の凹部の内壁及び凹部の形成面に液滴保護膜を形成する工程と、形成面上の液滴保護膜の表面に凹凸形状を形成する工程と、凹凸形状が形成された液滴保護膜の表面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、第１の支持基板を貼り合わせた面の反対側の面からシリコン基板を所望の厚さに薄板化して凹部の先端を開口し、ノズル孔を形成する工程と、シリコン基板の薄板化された加工面に液滴保護膜を形成し、その表面に撥液膜を形成する工程と、シリコン基板において撥液膜が形成された面に第２の支持基板を貼り合わせ、第１の支持基板をシリコン基板から剥離する工程と、第２の支持基板をシリコン基板から剥離する工程とを備えたものである。
これにより、シリコン基板から第１の支持基板の剥離を容易とし、糊残りを防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、凹凸形状をドライエッチング加工により形成するものである。
これにより、凹凸形状の設計自由度が高く、また、凹部の深さ制御を容易に行うことができる。従って、液滴保護膜に所望の凹凸形状を容易に形成することが可能である。
【００１０】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、第２の支持基板をシリコン基板から剥離する工程の後に、シリコン基板を洗浄する工程を有するものである。
液滴保護膜に凹凸形状が形成されているため、洗浄工程において凹凸形状の表面と糊残渣との間に洗浄液が入り込み、高い洗浄効果を得ることができる。よって、ノズル孔の液滴導入口のノズル縁部分に仮に糊残渣が生じていても、効果的に除去することができる。
【００１１】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、第１の支持基板を、接着面に紫外線または熱を与えることによって接着力が低下する自己剥離層を有する両面接着シートを介してシリコン基板に貼り合わせるものである。
このような両面接着シートを用いて、シリコン基板に第１の支持基板を貼り合わせることができる。
【００１２】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズル孔となる凹部を形成する工程では、液滴の導入口から吐出口に向けて断面積が段階的又は連続的に減少する凹部を形成するものである。
これにより、液滴の吐出方向をノズル孔の中心軸方向に揃えることができ、安定した吐出特性を有するノズル基板を製造することができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するための複数のノズル孔と、各ノズル孔に連通して設けられて圧力を加えるための圧力室と、圧力室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を圧力室に発生させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、複数のノズル孔を有するノズル基板を、上記のノズル基板の製造方法により製造するものである。
液滴吐出ヘッドの製造工程においてノズル基板となるシリコン基板を加工する際に、加工途中でシリコン基板に貼り合わせた支持基板を、上述したように容易に剥離することができ、また、剥離時の糊残りが防止できるため、ノズル基板の歩留まりを向上させ、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、図１の液滴吐出ヘッドの長手方向断面図である。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１及び図２を参照して説明する。なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。
【００１５】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は、図１及び図２に示すように、ノズル基板１、キャビティ基板２及び電極基板３の３つの基板を貼り合わせた３層構造を有している。なお、ここでは、３層構造の例を示しているが、本例のインクジェットヘッド１０は、３層構造のものに限られず、ノズル基板、リザーバー基板、キャビティ基板及び電極基板の４つの基板を積層した４層構造のヘッドとしてももちろん良い。
【００１６】
以下、各基板の構成を更に詳しく説明する。
ノズル基板１は、後述する製造方法により、所要の厚さ（例えば約６５μｍ）に薄くされたシリコン基板から作製されている。また、ノズル基板１には、インク滴を吐出する複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられており、ここでは、２列のノズル列を形成している。各ノズル孔１１は、吐出方向の先端側の円筒状の第１ノズル孔１１ａと、第１ノズル孔１１ａよりも径の大きい円筒状の第２ノズル孔１１ｂとから構成され、第１ノズル孔１１ａと第２ノズル孔１１ｂとは同軸上に設けられている。かかる構成により、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができるようになっている。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することが可能となっている。
【００１７】
また、ノズル基板１の吐出面１ａ、吐出面１ａと反対側の面及びノズル孔１１の内壁にはこれらの面をインクから保護する保護膜としてのインク保護膜１０５が形成され、更に、インク保護膜１０５上の吐出面１ａ全面には撥液膜としての撥インク膜１０６が形成され、ノズル孔１１の吐出口縁部を境界にしてノズル孔１１の内壁及び反対側の面には撥インク膜１０６が形成されていない構成となっている。これにより、インクに対する耐久性向上及び吐出面１ａ上のインク滴残留防止が図られている。
【００１８】
キャビティ基板２は、例えば厚さ約１４０μｍのシリコン基板から作製されている。このシリコン基板にウェットエッチングを施すことにより、圧力室２１となる凹部２５、オリフィス２３となる凹部２６及びリザーバー２４となる凹部２７が形成される。凹部２５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、図２に示すようにノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２５は圧力室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、オリフィス２３ともそれぞれ連通している。そして、圧力室２１（凹部２５）の底壁が振動板２２となっている。
【００１９】
凹部２６は、細溝状のオリフィス２３を構成し、この凹部２６を介して凹部２５（圧力室２１）と凹部２７（リザーバー２４）とが連通している。
凹部２７は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各圧力室２１に共通のリザーバー（共通インク室）２４を構成する。そして、リザーバー２４（凹部２７）はそれぞれオリフィス２３を介して全ての圧力室２１に連通している。なお、オリフィス２３（凹部２６）はノズル基板１の裏面（キャビティ基板２との接合側の面）に設けることもできる。また、リザーバー２４の底部にはインク供給孔２８が設けられている。
【００２０】
また、キャビティ基板２の全面には熱酸化やプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＳｉＯ2 やＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２ａが膜厚０．１μｍで施されている。この絶縁膜２ａは、インクジェットヘッド１０を駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
【００２１】
電極基板３は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板２のシリコン基板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適している。これは、電極基板３とキャビティ基板２を陽極接合する際、両基板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には、キャビティ基板２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより深さ約０．３μｍで形成されている。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、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成される。なお、個別電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、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等の理由から、一般にＩＴＯが用いられる。
【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。これらの端子部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３０内に露出している。
【００２４】
また、電極基板３には、外部のインクカートリッジ（図示せず）に接続されるインク供給孔３３が設けられている。インク供給孔３３は、キャビティ基板２に設けられたインク供給孔２８に連通しており、インク供給孔２８，３３を通じてインクカートリッジ（図示せず）からインクが供給されるようになっている。インクカートリッジ（図示せず）から供給されたインクは、圧力室２１へのインク供給路となるリザーバー２４及びオリフィス２３を介して圧力室２１へと供給される。
【００２５】
上述したように、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。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材３４で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００２６】
そして、図２に簡略化して示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路３５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２９とに前記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続され、インクジェットヘッド１０が形成される。
【００２７】
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路３５は、個別電極３１に電荷の供給及び停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２間に静電気力（クーロン力）が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む（変位する）。これによって圧力室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、圧力室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により圧力室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔１１より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクがリザーバー２４からオリフィス２３を通じて圧力室２１内に補給される。
【００２８】
次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法について図３〜図９を参照して説明する。図３〜図７は、ノズル基板の製造工程を示す断面図である。図８及び図９は、キャビティ基板２及び電極基板３の製造方法を示す製造工程の断面図であり、ここでは、主に、電極基板３にシリコン基板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、本発明の特徴部分であるノズル基板１の製造方法を説明する。
【００２９】
（１）ノズル基板１の製造方法
（Ａ）まず、図３（Ａ）に示すように、厚み７２５μｍのシリコン基板１００を用意し、熱酸化装置（図示せず）にセットして酸化温度１０７５℃、酸化時間４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、シリコン基板１００の表面に膜厚０．５μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）１０１を均一に成膜する。そして、シリコン基板１００の接合面（キャビティ基板２と接合されることとなる面）１００ａの熱酸化膜１０１に第２ノズルとなる部分１０１ａをパターニングする。
【００３０】
（Ｂ）次に、図３（Ｂ）に示すように、接合面１００ｂ上に、厚さ１．０μｍのレジスト膜１０２を形成し、フォトリソグラフィーにより第１ノズルとなる部分１０２ａをパターニングする。
（Ｃ）次に、図３（Ｃ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、レジスト膜１０２の第１ノズルとなる部分１０２ａを、例えば深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第１ノズル孔となる凹部１０２ｂを形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ４Ｆ８、ＳＦ６を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ４Ｆ８は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ６はシリコン基板１００の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
（Ｄ）次に、図３（Ｄ）に示すように、レジスト膜１０２を除去した後、ＩＣＰドライエッチング装置により熱酸化膜１０１の第２ノズルとなる部分１０１ａを、深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングする。この際に、第１ノズルとなる凹部１０２ｂも深さが７０〜８０μｍ程度までエッチングされ、ノズル孔１１となる凹部１１ｃが形成される。
【００３１】
（Ｅ）次に、図４（Ｅ）に示すように、シリコン基板１００の表面に残る熱酸化膜１０１をフッ酸水溶液で除去した後、シリコン基板１００の表面全体、すなわち吐出面１００ａ、接合面１００ｂ及びノズル孔１１となる凹部１１ｃの内壁にインク保護膜１０３をドライ酸化で形成する。このインク保護膜１０３の膜厚は、所望の表面粗さＲｚに、インク保護膜として必要な膜厚（例えば０．１μｍ）を加えた値とする。インク保護膜１０３は、シリコン基板１００（ノズル基板１）とキャビティ基板２とを接合する際の接合表面となることから、所望の接合強度を得るための設計上の制約として、表面荒さＲｚを約５０ｎｍ〜６μｍの範囲内とする必要があり、ここでは、表面荒さＲｚを約１〜２μｍとしている。
【００３２】
以上のようにしてシリコン基板１００にノズル孔１１となる凹部１１ｃを形成した後、後述の工程（Ｇ）で接合面１００ｂ側に第１の支持基板としての支持基板１１０を貼り付けるに先立ち、本発明では次の工程（Ｆ）を行う。
【００３３】
図５は、図４の工程（Ｆ）の点線Ａ部分の拡大図で、図４の工程（Ｆ）の詳細説明図である。なお、図５では、図４の点線Ａ部分を上下反転した状態で示している。
（Ｆ１）まず、図５（Ｆ１）に示すように、接合面１００ｂ上に、レジスト１０４を塗布し、フォトリソグラフィーにより複数の開口１０４ａを形成する。開口１０４ａの形状や配置パターンは、特に限定するものではないが、ここでは、四角形状の開口１０４ａを千鳥格子状に形成している。
【００３４】
（Ｆ２）次に、シリコン基板１００を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置に投入し、エッチングガスとしてＣＨＦ３とＣＦ４、プラズマ安定化のためにＡｒを導入する。流量はＣＨＦ３：３０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：３０ｓｃｃｍ、Ａｒ：６００ｓｃｃｍとし、圧力は３００Ｐａとする。ＲＦパワーは１３００Ｗとする。上記条件で、レジスト１０４の開口１０４ａ部分をエッチングしてインク保護膜１０３に複数の凹部１０３ａを形成する。次の図７は、インク保護膜１０３上に形成された複数の凹部１０３ａを示している。
【００３５】
図７は、インク保護膜１０３の平面図である。図７に示すように、各凹部１０３ａは、平面的に見て四角形状を成し、千鳥格子状に配置形成されている。複数の凹部１０３ａは、インク保護膜１０３に凹凸形状を設けることを目的として形成したものであり、各凹部１０３ａの形状や配置は図７の形状及び配置に特に限定するものではない。
【００３６】
なお、図５（Ｆ２）に示すように、凹部１０３ａの深さが表面粗さＲｚ（ここでは、上述したように約１〜２μｍ）に相当し、凹部１０３ａの残し膜厚ｈが、インク保護膜として必要な膜厚に相当し、ここでは約０．１μｍとしている。なお、凹部１０３ａを形成しない状態でのインク保護膜１０３の表面粗さは通常約１０ｎｍ程度であるため、凹部１０３ａを形成したことによって必要十分に表面が粗い状態となっている。
【００３７】
（Ｆ３）次に、図５（Ｆ３）に示すように、シリコン基板１００を硫酸と過酸化水素水からなる混合溶液に浸漬し、レジスト１０４を剥離する。これにより、複数の凹部１０３ａが千鳥格子状に形成されたインク保護膜１０３が形成される。
【００３８】
ここで、図４に戻る。
（Ｇ）図４（Ｇ）に示すように、工程（Ｆ）によって凹凸形状が形成されたインク保護膜１０３を有する接合面１１０ｂ（凹部１０３ａの形成面）側に、両面接着シート５０を介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板１１０を貼り付ける。この両面接着シート５０には、例えば、セルファＢＧ（登録商標：積水化学工業）を用いる。両面接着シート５０は自己剥離層５１を持ったシート（自己剥離型シート）で、その両面には接着面を有し、その一方の面にはさらに自己剥離層５１を備え、この自己剥離層５１は紫外線または熱などの刺激によって接着力が低下するようになっている。
【００３９】
このように自己剥離層５１を備えた両面接着シート５０を用いて支持基板１１０を貼り合わせるようにしたので、シリコン基板１００の薄板化加工時には、シリコン基板１００に支持基板１１０を強固に接着してシリコン基板１００を破損することなく加工することができ、処理後には後述するように支持基板１１０をシリコン基板１００から糊残り無く、容易に剥離することができる。
【００４０】
そして、次に、シリコン基板１００の吐出面１００ａ側からバックグラインダー（図示せず）によって研削加工を行い、板厚が６５μｍになるまで薄板化する。これにより、ノズル孔１１となる凹部１１ｃの先端が開口し、ノズル孔１１が形成される。薄板化後、さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によって吐出面１００ａを研磨しても良い。
【００４１】
（Ｈ）次に、図４（Ｈ）に示すように、シリコン基板１００の吐出面１００ａの表面に、インク保護膜１０５となる厚さ０．２μｍのシリコーン重合膜をシロキサン原料のプラズマＣＶＤで形成する。そして、空気中でＵＶを照射して脱水縮合させ、インク保護膜１０５表面をＳｉＯ2化する
【００４２】
（Ｉ）次に、図４（Ｉ）に示すように、シリコン基板１００の吐出面１００ａにさらに撥インク処理を施す。具体的には、シランカップリング材をディップコートし、吐出面１００ａに撥インク膜１０６を形成する。このとき、ノズル孔１１の内壁にも撥インク膜１０６が形成される。
【００４３】
（Ｊ）次に、図６（Ｊ）に示すように、吐出面１００ａに、第２の支持基板としてのサポートテープ１２０を貼り付け、その状態で支持基板１１０側からＵＶ光を照射する。
（Ｋ）ＵＶ光を照射することにより、図６（Ｋ）に示すように、両面接着シート５０の自己剥離層５１をシリコン基板１００の接合面１００ｂ面から剥離し、支持基板１１０をシリコン基板１００から取り外す。
ここで、支持基板１１０を剥離するに際し、支持基板１１０の接着面となるシリコン基板１００の接合面１００ｂ上には、表面に凹凸形状を有するインク保護膜１０３が形成されているため、支持基板１１０の剥離が容易に行えるようになっている。すなわち、凹部１０３ａが形成されていることによって、支持基板１１０と両面接着シート５０との接着面積が少なくなり、糊残りを防止すると共に容易に剥離することが可能となっている。
【００４４】
（Ｌ）そして、図６（Ｌ）に示すように、接合面１００ｂ側から酸素又はアルゴンのプラズマ処理を行い、ノズル孔１１内壁の撥インク膜１０６を破壊して親水化する。
（Ｍ）そして、サポートテープ１２０を剥離した後、硫酸洗浄等により洗浄する。ここで、仮に、支持基板１１０の剥離後に糊残りが生じていたとしても、工程（Ｍ）での洗浄時に、インク保護膜１０３の凹凸状の表面と糊残渣部分との間に洗浄液が入り込むため、凹凸形状が無い場合に比べて高い洗浄効果を発揮することができ、効果的に糊を除去することが可能である。よって、例えば、ノズル孔１１のインク導入口側（接合面１１０ｂ側）のノズル縁部分に糊残りが生じても、洗浄により除去することができ、当該部分に糊が残存することによる吐出特性の変化を防止することができる。
以上により、ノズル基板１を作製することができる。
【００４５】
このように本実施の形態のノズル基板の製造方法によれば、ノズル基板１となるシリコン基板１００に支持基板１１０を貼り付けるに際し、シリコン基板１００の表面に形成したインク保護膜１０３に凹凸形状を形成してから支持基板１１０を貼り付けるようにしたので、支持基板１１０の剥離を容易とし、糊残りを防止することが可能となる。
【００４６】
また、凹部１０３ａをドライエッチングで形成しているので、凹部１０３ａの形状の設計自由度が高く、また、深さ制御を容易に行うことができる。従って、インク保護膜１０３に所望の凹凸形状を容易に形成することが可能である。
【００４７】
また、インク保護膜１０３の表面に凹凸形状を設けたことにより、ノズル基板１製造工程の最終段階での洗浄に際し、凹凸形状の表面と糊残渣との間に洗浄液が入り込むため、高い洗浄効果が得られる。よって、接合面１１０ｂ側のノズル孔１１のノズル縁部分に糊残渣が生じていても、効果的に除去することができる。よって、当該ノズル縁部分に糊が残存することによる吐出特性の変化を防止することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、ノズル孔１１を、インクの導入口から吐出口に向けて断面積が段階的（ここでは２段）に小さくなる形状に形成した例を示しているが、本発明のノズル基板の製造方法では、ノズル孔１１の形状はこの形状に限定するものではない。例えば、インクの導入口から吐出口に向けて断面積が連続的に減少する構成としてもよい。要は、本発明は、シリコン基板にノズル孔となる凹部を形成した後、凹部の形成面側に支持基板を貼り合わせ、前記凹部形成面とは反対側の面から薄板化して凹部の先端を開口し、ノズル孔を形成する加工方法に適用可能である。
【００４９】
なお、本実施の形態のノズル基板１の製造方法は、静電駆動方式のインクジェットヘッドに用いるノズル基板の場合を例に説明したが、圧電駆動方式やバブルジェット（登録商標）方式など、他方式のアクチュエーター（圧力発生手段）を用いたインクジェットヘッドのノズル基板にも適用可能である。
【００５０】
（２）キャビティ基板２及び電極基板３の製造方法
ここでは、電極基板３にシリコン基板２００を接合した後、そのシリコン基板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を参照して簡単に説明する。
【００５１】
電極基板３は以下のようにして製造される。
（Ａ）まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板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ってエッチングすることにより凹部３２を形成する。なお、この凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極３１ごとに複数形成される。
そして、凹部３２の内部に、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３３を形成することにより、電極基板３が作製される。
【００５２】
（Ｂ）次に、厚さが例えば５２５μｍのシリコン基板２００の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板２００の片面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって厚さ０．１μｍのＴＥＯＳ（TetraEthylorthosilicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２ａを形成する。なお、シリコン基板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。
【００５３】
（Ｃ）そして、このシリコン基板２００と、図８（Ａ）のように作製された電極基板３とを、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基板２００に陽極を、電極基板３に陰極を接続して８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。
（Ｄ）シリコン基板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板２００をエッチングすることにより、シリコン基板２００の厚さを例えば１４０μｍになるまで薄板化する。
【００５４】
（Ｅ）次に、図９（Ｅ）に示すように、シリコン基板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によって例えば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。
そして、このＴＥＯＳ膜に、圧力室２１となる凹部２５、オリフィス２３となる凹部２６及びリザーバー２４となる凹部２５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ＴＥＯＳ膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板２００を水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、圧力室２１となる凹部２５、オリフィス２３となる凹部２６及びリザーバー２４となる凹部２７を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部３０となる部分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。
【００５５】
（Ｆ）シリコン基板２００のエッチングが終了した後に、フッ酸水溶液でエッチングすることによりシリコン基板２００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜を除去する。
（Ｇ）次に、シリコン基板２００の圧力室２１となる凹部２５等が形成された面に、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜（絶縁膜２ａ）を例えば厚さ０．１μｍで形成する。
（Ｈ）その後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によって電極取り出し部３０を開放する。また、電極基板３のインク供給孔３３からレーザー加工を施してシリコン基板２００のリザーバー２４となる凹部２７の底部を貫通させ、インク供給孔２８を形成する。また、振動板２２と個別電極３１との間のギャップの開放端部をエポキシ樹脂等の封止材（図２参照）を充填することにより封止する。また、図１に示すように共通電極２９がスパッタによりシリコン基板２００の上面（ノズル基板１との接合側の面）の端部に形成される。
【００５６】
以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基板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、前述のように作製されたノズル基板１を接着等により接合することにより、図１に示したインクジェットヘッド１０が完成する。
【００５７】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０の製造工程において、ノズル基板１となるシリコン基板１００を加工する際に、加工途中でシリコン基板１００に貼り合わせた支持基板１１０を、上述したように容易に剥離することができ、また、剥離時の糊残りが防止できるため、ノズル基板１の歩留まりを向上させ、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００５８】
なお、上記の実施の形態では、ノズル基板の製造方法及びインクジェットヘッドの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、図１０に示すインクジェットプリンター４００のほか、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、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】本発明の一実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された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１０の長手方向断面図。
【図３】ノズル基板１の製造工程を示す断面図。
【図４】図３に続くノズル基板１の製造工程を示す断面図。
【図５】図４の工程（Ｆ）の点線Ａ部分の拡大図。
【図６】図４に続くノズル基板１の製造工程を示す断面図。
【図７】図５のインク保護膜１０３の平面図。
【図８】キャビティ基板２及び電極基板３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】本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッド１０を使用したインクジェットプリンターの斜視図。
【符号の説明】
【００６０】
１ ノズル基板、１ａ 吐出面、２ キャビティ基板、２ａ 絶縁膜、３ 電極基板、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１１ａ 第１ノズル孔、１１ｂ 第２ノズル孔、１１ｃ ノズル孔となる凹部、２１ 圧力室、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ リザーバー、２５ 凹部、２６ 凹部、２７ 凹部、２８ インク供給孔、２９ 共通電極、３０ 電極取り出し部、３１ 個別電極、３１ａ リード部、３１ｂ 端子部、３２ 凹部、３３ インク供給孔、３４ 封止材、３５ 駆動制御回路、５０ 両面接着シート、５１ 自己剥離層、１００ シリコン基板、１００ａ 吐出面、１００ｂ 接合面、１０１ 熱酸化膜、１０１ａ 第２ノズルとなる部分、１０２ レジスト膜、１０２ａ 第１ノズルとなる部分、１０３ インク保護膜（酸化膜）、１０３ａ 凹部、１０４ レジスト、１０４ａ 開口、１０５ インク保護膜、１０６ 撥インク膜、１１０ 支持基板、１１０ｂ 接合面、１２０ サポートテープ、２００ シリコン基板、３００ ガラス基板、４００ インクジェットプリンター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板にドライエッチングを施してノズル孔となる凹部を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記凹部の内壁及び前記凹部の形成面に液滴保護膜を形成する工程と、
前記形成面上の前記液滴保護膜の表面に凹凸形状を形成する工程と、
前記凹凸形状が形成された前記液滴保護膜の表面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、
前記第１の支持基板を貼り合わせた面の反対側の面から前記シリコン基板を所望の厚さに薄板化して前記凹部の先端を開口し、ノズル孔を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記薄板化された加工面に液滴保護膜を形成し、その表面に撥液膜を形成する工程と、
前記シリコン基板において前記撥液膜が形成された面に第２の支持基板を貼り合わせ、前記第１の支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程と、
前記第２の支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程と
を備えたことを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項２】
前記凹凸形状をドライエッチング加工により形成することを特徴とする請求項１記載のノズル基板の製造方法。
【請求項３】
前記第２の支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程の後に、前記シリコン基板を洗浄する工程を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のノズル基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１の支持基板を、接着面に紫外線または熱を与えることによって接着力が低下する自己剥離層を有する両面接着シートを介して前記シリコン基板に貼り合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項５】
前記ノズル孔となる凹部を形成する工程では、液滴の導入口から吐出口に向けて断面積が段階的又は連続的に減少する凹部を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項６】
液滴を吐出するための複数のノズル孔と、各ノズル孔に連通して設けられて圧力を加えるための圧力室と、前記圧力室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を前記圧力室に発生させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記複数のノズル孔を有するノズル基板を、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のノズル基板の製造方法により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１】
シリコン基板にドライエッチングを施してノズル孔となる凹部を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記凹部の内壁及び前記凹部の形成面に液滴保護膜を形成する工程と、
前記形成面上の前記液滴保護膜の表面に凹凸形状を形成する工程と、
前記凹凸形状が形成された前記液滴保護膜の表面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、
前記第１の支持基板を貼り合わせた面の反対側の面から前記シリコン基板を所望の厚さに薄板化して前記凹部の先端を開口し、ノズル孔を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記薄板化された加工面に液滴保護膜を形成し、その表面に撥液膜を形成する工程と、
前記シリコン基板において前記撥液膜が形成された面に第２の支持基板を貼り合わせ、前記第１の支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程と、
前記第２の支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程と
を備えたことを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項２】
前記凹凸形状をドライエッチング加工により形成することを特徴とする請求項１記載のノズル基板の製造方法。
【請求項３】
前記第２の支持基板を前記シリコン基板から剥離する工程の後に、前記シリコン基板を洗浄する工程を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のノズル基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１の支持基板を、接着面に紫外線または熱を与えることによって接着力が低下する自己剥離層を有する両面接着シートを介して前記シリコン基板に貼り合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項５】
前記ノズル孔となる凹部を形成する工程では、液滴の導入口から吐出口に向けて断面積が段階的又は連続的に減少する凹部を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項６】
液滴を吐出するための複数のノズル孔と、各ノズル孔に連通して設けられて圧力を加えるための圧力室と、前記圧力室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を前記圧力室に発生させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記複数のノズル孔を有するノズル基板を、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のノズル基板の製造方法により製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１４９３７５（Ｐ２０１０−１４９３７５Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２９３７２（Ｐ２００８−３２９３７２）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【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２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]