JP2007022086A - インクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクジェットヘッドのノズルに形成される撥水層の深さを均一に制御し、ノズルの撥水処理を容易くするためのインクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法が開示される。ノズルホール１２２が穿孔された第１基板１２０と、第１基板に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された中間層１３０と、中間層に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された第２基板１４０を含むが、ノズルホールの内周面と第１基板上のノズルホールの周辺に撥水層１４１が結合されるインクジェットヘッド用ノズルは、撥水層の深さを均一に制御することができるしノズルの後面まで撥水層の蒸着されることを防止することができるので、撥水処理されたノズルの均一性及び再現性の向上される効果がある。
【選択図】図４
【解決手段】インクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法が開示される。ノズルホール１２２が穿孔された第１基板１２０と、第１基板に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された中間層１３０と、中間層に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された第２基板１４０を含むが、ノズルホールの内周面と第１基板上のノズルホールの周辺に撥水層１４１が結合されるインクジェットヘッド用ノズルは、撥水層の深さを均一に制御することができるしノズルの後面まで撥水層の蒸着されることを防止することができるので、撥水処理されたノズルの均一性及び再現性の向上される効果がある。
【選択図】図４
Description
本発明は、ノズルに関するもので、より詳細には、インクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法に関する。
インクジェットプリンタは、ヘッドの内部に形成されている圧力チャンバに駆動力を印加してインクの液滴がノズルを通じて噴出することにより印刷する。通常、このインクは、液滴の形態でインクジェットヘッドのノズルから噴出される。このとき、インクジェットヘッドの印刷機能を高めるため、完全な液滴形態で安定して噴出されなければならない。
このことから、インクジェットヘッドのノズル部位には撥水（Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ）処理が施され、撥水処理によりノズルでのインク液滴のメニスカス（Ｍｅｎｉｓｃｕｓ）が適切に形成される。
ここでノズル表面に撥水性が要求されている理由は、インクの噴出が繰り返されることにより、ノズル表面が濡れるウエッティング（ｗｅｔｔｉｎｇ）現象が発生するからである。ウエッティング現象が発生すると、噴出されるべきインクは、ノズル表面の濡れているインクと一体化し、完全な液滴形態にならずに垂れ落ちる。その結果、印刷の品質が低下し、インク液滴の噴出後に形成されるメニスカスも不安定になる。そこで、インクジェットによる印刷の信頼性を確保するためにはインクジェットヘッドのノズルの表面を効果的に撥水処理することが必須となる。
インクジェットヘッドのノズルの撥水処理として、従来は、電鋳メッキ法によってノズルを形成する方法、マイクロパンチングと研磨工程によってノズルを形成する方法などが用いられていた。ここで、上記の方法によって形成されるノズルの出口部位は、インクジェットヘッドから噴出されるインク液滴の大きさ、インクの噴出性能、インク噴出の安定性及び連続噴出に重要な影響を及ぼす。
従来の電鋳メッキ法は、半永久的にインクジェットプリンタヘッドのノズルの表面を撥水処理するために撥水性物質を一定条件の電場がかかったメッキ槽でメッキ処理する方法である。この場合、撥水性物質としてテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）系物質が主に用いられ、テフロン（登録商標）系の物質の代表的なものはＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）である。
このようなＰＴＦＥを用いてノズルの表面を撥水処理するためには一定条件の電場がかかったメッキ槽にてＰＴＦＥを複合メッキ処理する方法を用いる。複合メッキによる撥水処理方法は方向性がないので、撥水層が形成されるべきノズルの表面だけではなく、撥水層が形成されるべきでないノズルの後面にまでメッキ処理が施され撥水層が形成される。
したがって、複合メッキ法により撥水処理においては、ノズルの後面に撥水層が形成されることを防止する前処理が別途で必要となる。すなわち、まず、ノズルの表面にだけ撥水処理するためにノズルの後面に不導体の絶縁膜を形成し、次に、撥水層をメッキ処理することによって、ノズルの後面に撥水層が形成されないようにしていた。
絶縁膜として使用される代表的な物質は、フォトレジストである。図１は、従来の複合メッキ法によるインクジェットヘッド用ノズルの撥水処理方法を示す概念図である。フォトレジストを用いてノズルの後面に絶縁膜を形成する方法を図１に示す。
図１に示すように、ノズルに撥水処理をする前に、まずノズル１０の後面にフォトレジストをスクリーンプリンティングなどの方法によって塗布して絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２を形成した後に、一般的な方法である複合メッキ処理工程によってＰＴＦＥの撥水層１４をノズル１０の表面に形成する。
図２は、従来の真空蒸着法によるインクジェットヘッド用ノズルの撥水処理方法を示す概念図であって、ノズルの後面に真空蒸着法の直進性を利用して均一な不導体薄膜を形成し、ノズルの前面に全体的に撥水物質をメッキ処理する方法を示す。
図２に示すように、ノズル３０の前面に撥水処理をする前に、まずノズルの後面に真空蒸着法によって不導体薄膜３２を形成する。不導体薄膜３２が形成されたノズル３０の前面にテフロン（登録商標）系撥水物質をメッキして撥水層３４を形成する。撥水層３４を形成した後、ノズル３０を熱処理して撥水処理を完了する。
一般的に、インクジェットヘッド用ノズルの撥水層はノズルの入口に位置し、ノズル内部の数μｍ内側まで形成される。そして、従来のインクジェットヘッド用ノズルの撥水層の形成方法では、ノズル後面の撥水層の蒸着を完全に防止することは困難であり、また、ノズル内部に均一な深さで撥水層を形成するように制御することは困難である。これにより、撥水処理の後、液滴噴出の際の液滴の大きさが不均一となる問題、反復印刷の信頼性が低下する問題が生じる。
また、上述した従来技術は、工程が複雑で工程条件を管理することが困難であり、撥水処理のためにコーティングされたノズルプレートの生産性が低い、また、ノズルごとにコーティングされた程度が不均一であるという問題点がある。
例えば、インクジェットヘッド用ノズルの撥水処理に関する従来技術として、コンタクトプリンティング方法を用いて安定的に撥水層を形成する発明の場合、撥水層をノズルの内部へ均一な深さで形成することは困難であるという問題がある。また、例えば、撥水層を形成した後ノズルを後加工してノズルの精密度を高める特許文献１に記載の発明の場合、撥水層をノズル内部へ均一な深さで形成することは困難であるという問題がある。また、例えば、インクジェットヘッドのノズル構造をＭＥＭＳ工程を適用して製造する発明の場合、撥水層をノズル内部へ均一な深さで形成する技術は開示されていないという限界がある。
特開２００２−１２７３８８号公報
本発明は、インクジェットヘッドのノズルに形成される撥水層の深さを均一に制御し、ノズルの撥水処理を容易くするインクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法を提供する。
本発明の一実施形態によれば、ノズルホールが穿孔された第１基板と、第１基板に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された中間層と、中間層に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された第２基板とを備え、ノズルホールの内周面と第１基板上のノズルホール周辺の撥水層が結合されるインクジェットヘッド用ノズルが提供される。
第１基板または第２基板は、単結晶シリコーンを含み、中間層は酸化膜であることが好ましい。撥水層はテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）系物質またはパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）を含んでもよい。撥水層は真空蒸着法またはメッキ法によって結合されることが好ましい。
また、ノズルホールが穿孔された第１基板と、ノズルホールの内周面と第１基板上のノズルホール周辺に結合される撥水層と、第１基板に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された中間層と、中間層に積層されてノズルホールに対応する部分が穿孔された第２基板とを備え、第２基板には圧力チャンバ、インク流路、インク注入チャンネル、マニホールドのうち一つ以上を含むヘッド構造が形成されるインクジェットヘッドが提供される。
第１基板または第２基板は単結晶シリコーンを含み、中間層は酸化膜であることが好ましい。ノズルホール及びヘッド構造は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）工程によって形成することができる。
また、（ａ）第１基板と第２基板が中間層を介在して接合されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の表面に酸化膜を蒸着する段階、（ｂ）第１基板にノズルホールを形成し、第２基板にノズルホールの位置に対応するインク流路を含むヘッド構造を形成する段階、（ｃ）第１基板の表面及びノズルホールの内周面に撥水層を蒸着する段階、及び（ｄ）中間層を穿孔してインク流路とノズルホールを連結する段階を含むインクジェットヘッドの製造方法が提供される。
段階（ａ）は、酸化膜を蒸着する前に第１基板をラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）する段階をさらに含んでもよい。第１基板または第２基板は単結晶シリコーンを含み、中間層は酸化膜であることが好ましい。段階（ｂ）は、パターニング及びエッチング工程により遂行することができる。エッチング工程は、シリコーンはエッチングされるが、酸化膜はエッチングされない工程であって、ＩＣＰＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）であることが好ましい。
ヘッド構造は、圧力チャンバ、インク注入チャンネル、マニホールドのうち一つ以上をさらに含んでもよい。ノズルホール及びインク流路は、それぞれ中間層に接するように形成されることが好ましい。撥水層は、真空蒸着法またはメッキ法によって蒸着されることが好ましい。
段階（ｂ）または段階（ｃ）の後に、第２基板に酸化膜を蒸着する段階をさらに含むことができる。段階（ｄ）で、中間層はエキシマレーザ（ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ）またはＭＥＭＳ工程を用いるドライエッチング方法またはウェットエッチング方法によって穿孔されることができる。段階（ｃ）は、撥水層をパターニング及びエッチングしてノズルホール部分以外の撥水層を取り除く段階をさらに含むことができる。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、撥水層の深さを均一に制御することができ、ノズル後面まで撥水層が蒸着されることを防止することができる。これにより撥水処理されたノズルの均一性及び再現性が向上する。また撥水処理されたノズルが均一なので噴出されるインク液滴の大きさが均一となる。また、撥水処理によりインクジェットヘッドのノズルにウエッティング（ｗｅｔｔｉｎｇ）現象が発生しないので、印刷性能が向上する。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
以下、本発明によるインクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法の好ましい実施例を詳しく説明する。なお、各図面における同一の符号は、同一の構成要素を示し、重複した説明を省略する。
図３は、インクジェットヘッド用ノズルの撥水層１４１等を示す断面図である。図３において、ノズル１２０ａ、ノズルホール１２２、撥水層１４１が示されている。
インクジェットヘッド用ノズルの撥水層１４１は、一般的に、図３のような位置に蒸着される。すなわち、撥水層１４１は、ノズル表面からノズルホール１２２の内側への数μｍまでの位置に蒸着される。
撥水層１４１は、上述したように、インク液滴の噴出及びメニスカス（Ｍｅｎｉｓｃｕｓ）の形成を適切にさせる。そして、容易に撥水処理ができること、撥水層１４１の形成される深さを均一に制御することが印刷品質の信頼性及び生産性を改善することに非常に重要となる。
本発明のインクジェットヘッド用ノズルは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ（ｗａｆｅｒ）を用いて製作することにより、ノズルホール１２２の内側に蒸着する撥水層１４１の深さを容易に制御し、ノズル後面への撥水層１４１の形成を防止する。
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ（ｗａｆｅｒ）の上部に酸化膜を介在しシリコーンをラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）して準備する段階と、下部シリコーン基板をＭＥＭＳ工程を用いてエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）して、インクジェットヘッドの内部構造である圧力チャンバ、共通インク流路、インク注入チャンネル、マニホールドなどを形成する段階と、ＳＯＩウェーハの上部シリコーン基板の厚さは調節可能であるという特性を利用して上部基板をその厚さ分エッチングする段階と、ＳＯＩ基板の中間に介在された酸化膜を利用して撥水層１４１を上部シリコーン基板にだけ蒸着し下部シリコーン基板に形成されることを防止する段階と、ＭＥＭＳ工程を利用してノズル周辺に蒸着された撥水層１４１を必要な部分だけ残して取り除く段階と、上部基板と下部基板の間に介在された酸化膜を貫いてエッチングする段階を含むことにより、ノズルホール１２２の内側に均一な深さで撥水層１４１を形成する。
図４は、本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッド用ノズルの構造を示す断面図である。図４において、第１基板１２０、内周面１２１、ノズルホール１２２、酸化膜１２４、１４４、中間層１３０、第２基板１４０、撥水層１４１、インク流路１４２及び、圧力チャンバ１４６が図示されている。
本発明の好ましい一実施例によれば、その間に中間層１３０を介在した第１基板１２０及び第２基板１４０は、シリコーンとシリコーンとを酸化膜を中間層として接合したＳＯＩウェーハであって、上部シリコーンをラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）することにより所望の厚さに制御できるという特徴を有している。
このように構成されたＳＯＩ基板にＭＥＭＳ工程を利用して第２基板１４０に、マニホールド（不図示）、共通インク流路（不図示）、圧力チャンバ１４６及びインク注入チャンネル（不図示）のようなヘッドに必要な構造を形成する。この過程で第２基板１４０は、乾式（ＩＣＰ ＲＩＥ： Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）または湿式非等方性エッチング工程（ＴＭＡＨ エッチング、ＫＯＨなど）により加工するが、上記エッチング工程は中間層１３０である酸化膜に至るまでエッチングされ、酸化膜はエッチングされないという特性を有するので、ノズルホール１２２が形成される第１基板１２０は第２基板１４０の加工の際の影響を受けることなく保護される。
一方、インクが吐出されるノズルの部位である第１基板１２０にノズルホール１２２を形成する過程は、あらかじめ制御された上部シリコーンの厚さ分をエッチングするので、この過程で撥水層１４１のノズルホール１２２の内側へ蒸着される深さを制御することができる。この深さは、ＳＯＩウェーハ製作当時所望の厚さに上部シリコーンをラッピングすることで調節できる。
ノズルホール１２２を形成するために第１基板１２０に乾式（Ｄｒｙ）または湿式（Ｗｅｔ）エッチング工程を遂行するが、この際、第１基板１２０は、中間層１３０である酸化膜に至るまでエッチングされ、酸化膜はエッチングされないという特性を利用して撥水層１４１の形成されるノズルホール１２２の深さを調節することができる。
すなわち、予め調節された第１基板１２０の厚さ分エッチングされたノズルホール１２２に、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、パリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）などを真空蒸着法またはメッキなどの方法によって蒸着する。この際、中間層１３０である酸化膜のために撥水層１４１蒸着の際ノズルの後面に撥水層が蒸着されることを防止することができる。
蒸着された撥水層１４１をＯ２プラズマ（ｐｌａｓｍａ）エッチングまたはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）などのＭＥＭＳ工程によってとり除く、ノズルホール１２２の周辺及び内周面１２１の所望の部位にだけ撥水層１４１が蒸着される。次にドライエッチング、ウェットエッチングまたはエキシマレーザ（ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ）などを用いて酸化膜を貫通させてインクが噴出される経路を形成する。
本発明のインクジェットヘッド用ノズルは、中間層１３０を間に介在して結合された第１基板１２０と第２基板１４０において、第１基板１２０の厚さを調節することができ、中間層１３０のエッチングされないという性質を利用して第１基板１２０には必要な深さ分ノズルホール１２２を穿孔し、ノズルホール１２２に撥水層１４１を蒸着させた後、第２基板１４０にはインク流路１４２を形成して、ノズルホール１２２とインク流路１４２を連結することにより撥水層１４１が蒸着される深さを均一に制御することができる。
すなわち、本発明のインクジェットヘッド用ノズルは、ノズルホール１２２が穿孔された第１基板１２０に、ノズルホール１２２に対応する部分が穿孔された中間層１３０及びノズルホール１２２に対応する部分が穿孔された第２基板１４０が積層され、ノズルホール１２２の周辺及び内周面１２１に撥水層１４１が蒸着される構造で成り立つ。
また、このような構造のインクジェットヘッドは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）工程によって製造されることが好ましい。ＭＥＭＳ、すなわちマイクロ電子機械システムは、電子機械素子を肉眼では見えないほどに小さなマイクロ規模で製作する技術であって、とても小さな機械構造物を製作するすべての分野に応用される技術である。
ＭＥＭＳ技術は、微細加工技術をマイクロ単位の超小型センサーや駆動機及び電気機械的構造物を製作するのに応用したもので、既存の半導体工程、特に集積回路技術を応用した微細加工技術に該当する。このようなＭＥＭＳ加工技術によって製作された微細機械は、μｍ以下の精密度まで具現することができる。
インクジェットヘッド用ノズル及び撥水層は、μｍ単位の大きさを有する機械的構造物であるので上述したＭＥＭＳ工程によって製造されることが好ましい。ただ、本発明がインクジェットヘッド構造の製造工程をＭＥＭＳに限定するのではなく、当業者に自明な範囲内で発明の効果を導出することができるすべての製造工程を含んでいてもよい。
ＭＥＭＳ工程を適用するために、第１基板１２０と第２基板１４０は単結晶シリコーンを含むシリコーン基板であり、中間層１３０は酸化膜であることが好ましい。すなわち、シリコーン基板の場合、ＭＥＭＳ製造工程を適用してパターニング及びエッチングによってノズルホール１２２及びヘッド構造を形成するのに適しており、酸化膜の場合、第１基板１２０と第２基板１４０の間を遮断してノズルホール１２２に蒸着させる撥水層１４１が、第２基板１４０にも蒸着しないようにするのに適している。
ただし、本発明は、第１基板１２０、第２基板１４０の材質はシリコーン基板に限定するものでなく、また、中間層１３０の材質は酸化膜に限定するものではない。インクジェットヘッド構造を形成し、ノズルホール１２２とヘッド構造の間の境界を維持することができる、当業者に自明である他の材質をこれらに用いてもよい。
上述したように、撥水層１４１はテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）系物質、パリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）などが好ましく、撥水層１４１は真空蒸着法またはメッキ法によって蒸着される。撥水層１４１の材質及び蒸着方法は公知された技術を応用して適用できるので詳細な説明は略する。
上記のようなノズルを備えたインクジェットヘッドは、第２基板１４０にノズルホール１２２と繋がるインク流路１４２及び圧力チャンバ１４６、インク流路（不図示）、インク注入チャンネル、マニホールドなどのインク液滴を噴出するヘッド構造を形成し、構成される。
図５は、本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示すフローチャートであり、図６は本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッドの製造工程を図示した概念図である。図５及び図６において、第１基板１２０、内周面１２１、ノズルホール１２２、酸化膜１２４及び１４４、中間層１３０、第２基板１４０、撥水層１４１、インク流路１４２、圧力チャンバ１４６が図示されている。
本発明のインクジェットヘッドの製造は、まず、段階１００で、第１基板１２０と第２基板１４０の間に中間層１３０を介在して接合されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を準備し、その表面に酸化膜１２４及び１４４を蒸着させる。第１基板１２０の厚さはノズルホール１２２の内側への撥水層１４１が蒸着される深さに該当する。したがって、必要な厚さの第１基板１２０を接合するか、または酸化膜１２４を蒸着する前に撥水層１４１の蒸着深さに対応して第１基板１２０をラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）する段階をさらに含むことができる。
次に、段階１０２で、パターニング及びエッチング工程によって第１基板１２０にノズルホール１２２を形成し、第２基板１４０にインク流路１４２を含むヘッド構造を形成する。ここで、上記インク流路１４２は、インク液滴の噴出される通路に該当するので第１基板１２０に形成されたノズルホール１２２の位置に対応させる。
次に、段階１０４で、ノズルホール１２２が形成されている第１基板１２０の表面及びノズルホール１２２の内周面１２１に撥水層１４１を蒸着する。撥水層１４１の蒸着は上述のように、真空蒸着法またはメッキ法など公知された技術を適用することができる。ノズルホール１２２に蒸着される撥水層１４１は、中間層１３０のために第２基板１４０まで蒸着されず、第１基板１２０に形成されたノズルホール１２２の深さ分だけ内側へ蒸着される。
したがって、中間層１３０がエッチングされない性質を利用して第１基板１２０の厚さ分だけノズルホール１２２を形成した場合、結果的に第１基板１２０の厚さを調節することにより、ノズルホール１２２の内側へ蒸着される撥水層１４１の深さを制御できるようになる。なお、上述したとおり、第１基板１２０の厚さは接合後ラッピングなどによって調節することができる。
酸化膜１２４及び１４４の蒸着後、第１基板１２０に形成されたノズルホール１２２と第２基板１４０に形成されたインク流路１４２の間には中間層１３０及びここに蒸着された酸化膜１２４だけが存在するようになる。したがって、段階１０８で、最後に残存する中間層１３０を穿孔してインク流路１４２とノズルホール１２２を連結すればインクジェットヘッドが完成される。なお、上述したように、第１基板１２０に形成されるノズルホール１２２と第２基板１４０に形成されるインク流路１４２は対応する位置で中間層１３０に接している。
上述のように、このような工程はＭＥＭＳ工程によって遂行され得る。このため第１基板１２０及び第２基板１４０は単結晶シリコーン層であり、中間層１３０は酸化膜であることが好ましい。
本発明では、ノズルホール１２２側である第１基板１２０とインク流路１４２側である第２基板１４０の間に中間層１３０である酸化膜を残存させることにより、ノズルホール１２２に蒸着される撥水層１４１の深さを均一に制御する。したがって、第１基板１２０にノズルホール１２２を形成し第２基板１４０にインク流路１４２を含むヘッド構造を形成するエッチング工程は、シリコーンをエッチングし、酸化膜をエッチングしない工程であることが好ましい。ＩＣＰＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）も好ましい。
もちろん、このような選択的エッチング工程は、第１基板１２０、第２基板１４０及び中間層１３０の材質に応じて基板はエッチングされ、中間層はエッチングされない工程であることが好ましい。
第２基板１４０に形成されるヘッド構造は、インク流路１４２だけでなく圧力チャンバ１４６、インク注入チャンネル（不図示）、マニホールド（不図示）などインクが噴出されるヘッド構造をすべて含むものであってもよい。これを通じて一度の工程でノズルに撥水層１４１の蒸着された構造を含むすべてのインクジェットヘッドを製造することができる。また、一部の構造物は別に製作された後、組み立ててもよい。
第２基板１４０にヘッド構造を形成した後、その表面に酸化膜１４４を蒸着する。このようにパターニング、エッチング、酸化膜蒸着の工程は、ヘッド構造の段差、構造など形象に応じて数回繰り返される。第２基板１４０の表面に酸化膜１４４を蒸着する工程は、第１基板１２０に適用される工程の手順とは独立的にできる。すなわち、第２基板１４０に酸化膜１４４を蒸着する工程は、必ずしも、第２基板１４０にヘッド構造を形成した直後に遂行されるべき工程というわけではない。
最後の段階である中間層１３０の穿孔は、レーザまたはエッチングによって遂行される。中間層１３０を穿孔するエッチング工程は、酸化膜を取り除くことができるエッチング方法でなければならないということは当業者には自明なことである。また、中間層１３０の穿孔は、上述したように中間層１３０の材質に応じて他の方法を用いてもよい。
ノズルホール１２２が形成された第１基板１２０の表面に撥水層１４１を蒸着した後、撥水層１４１はパターニング及びエッチングによって不要な部分が除去される。なお、必要な部分に撥水層を残存させ不要な部分を除去する方法の詳細な説明は省略する。
以下、図６を参照し、本発明によるインクジェットヘッド用ノズルの製造工程を説明する。
図６（ａ）のように撥水層１４１が蒸着される深さ分の厚さ（数μｍ〜数百μｍ）を有した第１基板１２０の接合されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを準備する。図６（ｂ）のようにＳＯＩウェーハの表面に酸化膜１２４および１４４を数μｍ成長させる。
図６（ｃ）のように第２基板１４０の酸化膜１４４を一回または数回パターニング、エッチングしてインクジェットヘッドにインク流路１４２、圧力チャンバ１４６、インク注入チャンネル、マニホールドなどのヘッド構造を形成する。工程が複雑であるなどの理由により、同時に製作することができない部分は別の基板で製作して後、接合してもよい。
図６（ｄ）のようにヘッド構造の形成された第２基板１４０の表面に、また酸化膜１４４を数μｍ成長させる。この段階で、インク液滴の噴出を適切にするためにインク流路１４２の内部は真空蒸着法などを用いた蒸着によって親水化（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙ）することができる。
図６（ｅ）のように、第１基板１２０の酸化膜１２４をパターニング、エッチングしてノズルホール１２２を形成する。ここで、エッチングはドライエッチング（ＩＣＰ ＲＩＥ： Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ ｅｔｃｈ）方法を用いてシリコーンを垂直にエッチングすることができる。しかし、本発明がエッチング方法を限定するのではなく、ノズルホール１２２、ヘッド構造などの形成、撥水層除去、酸化膜貫通に適用することができる当業者に自明なすべてのエッチング方法を含める。
図６（ｆ）のように、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）系物質、パリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）などの撥水層１４１を真空蒸着法を用いて均一に蒸着する。この時、中間層１３０である酸化膜が第１基板１２０と第２基板１４０を遮断するので撥水層１４１がノズル後面である第２基板１４０にまで蒸着されることを防止できる。
図６（ｇ）のように、Ｏ２プラズマ（ｐｌａｓｍａ）エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）またはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）などのようなＭＥＭＳ工程を用いて第１基板１２０の表面に全体的に形成された撥水層１４１を必要な部分だけ残してとり除く。
図６（ｈ）のように、ノズルホール１２２とインク流路１４２の間に残存する酸化膜を貫くことで、撥水層１４１の均一な深さで蒸着されたノズル構造が製造され、インク流路１４２を通じて供給されたインク液滴の噴出及びノズルでのメニスカス（Ｍｅｎｉｓｃｕｓ）の形成が適切になる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１２０ 第１基板
１２１ 内周面
１２２ ノズルホール
１２４ 酸化膜
１３０ 中間層
１４０ 第２基板
１４１ 撥水層
１４４ 酸化膜
１４２ インク流路
１４６ 圧力チャンバ
１２１ 内周面
１２２ ノズルホール
１２４ 酸化膜
１３０ 中間層
１４０ 第２基板
１４１ 撥水層
１４４ 酸化膜
１４２ インク流路
１４６ 圧力チャンバ
Claims (20)
- ノズルホールが穿孔された第１基板と、
前記第１基板に積層されて前記ノズルホールに対応する部分が穿孔された中間層と、
前記中間層に積層されて前記ノズルホールに対応する部分が穿孔された第２基板と
を備え、
前記ノズルホールの内周面と前記第１基板上の前記ノズルホール周辺の撥水層が結合されるインクジェットヘッド用ノズル。 - 前記第１基板または前記第２基板は、単結晶シリコーンを含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズル。
- 前記中間層は、酸化膜である請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズル。
- 前記撥水層は、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）系物質またはパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）を含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズル。
- 前記撥水層は、真空蒸着法またはメッキ法によって結合される請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズル。
- ノズルホールが穿孔された第１基板と、
前記ノズルホールの内周面と前記第１基板上の前記ノズルホール周辺に結合される撥水層と、
前記第１基板に積層されて前記ノズルホールに対応する部分が穿孔された中間層と、
前記中間層に積層されて前記ノズルホールに対応する部分が穿孔された第２基板と
を備え、
前記第２基板には、圧力チャンバ、インク流路、インク注入チャンネルおよびマニホールドのうち一つ以上を含むヘッド構造が形成されるインクジェットヘッド。 - 前記第１基板または前記第２基板は、単結晶シリコーンを含み、前記中間層は酸化膜である請求項６に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ノズルホール及び前記ヘッド構造は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）工程によって形成される請求項６に記載のインクジェットヘッド。
- （ａ）第１基板と第２基板が中間層を介在して接合されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の表面に酸化膜を蒸着する段階、
（ｂ）前記第１基板にノズルホールを形成し、前記第２基板に前記ノズルホールの位置に対応するインク流路を含むヘッド構造を形成する段階、
（ｃ）前記第１基板の表面及び前記ノズルホールの内周面に撥水層を蒸着する段階、及び
（ｄ）前記中間層を穿孔して前記インク流路と前記ノズルホールを連結する段階を含むインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記段階（ａ）は、酸化膜を蒸着する前に第１基板をラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）する段階をさらに含む請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記第１基板または前記第２基板は、単結晶シリコーンを含み、前記中間層は酸化膜である請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記段階（ｂ）は、パターニング及びエッチング工程によって遂行される請求項１１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記エッチング工程は、シリコーンはエッチングされるが、酸化膜はエッチングされない工程である請求項１２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記エッチング工程は、ＩＣＰＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）である請求項１３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記ヘッド構造は、圧力チャンバ、インク注入チャンネルおよびマニホールドのうち一つ以上をさらに含む請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記ノズルホール及び前記インク流路は、それぞれ前記中間層に接するように形成される請求項９乃至１４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記撥水層は、真空蒸着法またはメッキ法によって蒸着される請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記段階（ｂ）または前記段階（ｃ）の後に、前記第２基板に酸化膜を蒸着する段階をさらに含む請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記段階（ｄ）で、前記中間層は、レーザまたはＭＥＭＳ工程を用いるドライエッチング方法またはウェットエッチング方法によって穿孔される請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記段階（ｃ）は、前記撥水層をパターニング及びエッチングして前記ノズルホール部分以外の撥水層をとり除く段階をさらに含む請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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