JP2007279248A

JP2007279248A - 撥液膜の形成方法

Info

Publication number: JP2007279248A
Application number: JP2006103572A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Sonehara; 千博曽根原; Hiroshi Komatsu; 洋小松
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れた撥液膜を基板上に形成することができる撥液膜の形成方法を提供する。
【解決手段】基板上に蒸着法により撥液性を有する材料からなる蒸着膜２０５を形成する蒸着工程と、蒸着膜に紫外線を所定時間だけ照射して蒸着膜を硬化させる照射工程と、蒸着膜上に粘着テープ５０を貼り付けた後この粘着テープと共に蒸着膜の一部を剥離して基板上に所定厚さの撥液膜２５を形成する剥離工程とを有するようにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、液体噴射ヘッドを構成するノズルプレート等の基板の表面に撥液膜を形成する撥液膜の形成方法に関する。

例えば、液体噴射ヘッド、例えば、インクジェット式記録ヘッドに用いられるノズルプレートの表面には、撥液性（インク滴に対する撥インク性）を有する撥液膜が、例えば、蒸着法によって形成されている。

ここで、インクジェット式記録ヘッドにおいては、ノズルからインク滴を吐出すると、その際に発生するミスト等によりインクがノズルプレートの表面に付着し、付着したインクによってその後に吐出するインク滴の飛行曲がりが生じて印刷品質が低下してしまうという問題がある。このため、ノズルプレートの表面を、例えば、ゴム製のワイパ等で定期的に拭き取る、いわゆるワイピング動作を実施し、これによりノズルプレート表面に付着したインクを除去していた。このようなワイピング動作を実施することでノズルプレート表面のインクを除去することはできるものの、ワイパによってノズルプレート表面の撥液膜が凝集して異物となり、この異物によってインク滴の飛行曲がりが生じてしまうという問題があった。

このような問題を解消するために、ノズルプレート表面に、蒸着法により形成した撥液膜に紫外線を照射してこの撥液膜を硬化させて耐摩耗性を向上し、ノズル周辺への撥液膜の凝集を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このように撥液膜を硬化させることで、撥液膜の凝集をある程度防止して印刷品質を向上することはできるが、撥液膜の耐摩耗性のさらなる向上が望まれている。

特開平０９−２３９９９１号公報

発明はこのような事情に鑑み、耐摩耗性に優れた撥液膜を基板上に形成することができる撥液膜の形成方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板上に蒸着法により撥液性を有する材料からなる蒸着膜を形成する蒸着工程と、前記蒸着膜に紫外線を所定時間だけ照射して当該蒸着膜を硬化させる照射工程と、前記蒸着膜上に粘着テープを貼り付けた後この粘着テープと共に前記蒸着膜の一部を剥離して前記基板上に所定厚さの撥液膜を形成する剥離工程とを有することを特徴とする撥液膜の形成方法にある。
かかる第１の態様では、剥離工程において、蒸着膜（撥液膜）が所望の膜厚よりも厚く残る「膜残り」が発生することがなく、緻密な膜からなる撥液膜を所望の厚さで良好に形成することができる。

本発明の第２の態様は、前記照射工程では、前記蒸着膜に照射される紫外線の積算光量が所定範囲となる時間だけ、当該蒸着膜に紫外線を照射することを特徴とする第１の態様の撥液膜の形成方法にある。
かかる第２の態様では、蒸着膜の膜残りをより確実に防止することができる。

本発明の第３の態様は、前記照射工程では、紫外線照射による前記蒸着膜の減少量が所定範囲となる時間だけ、当該蒸着膜に紫外線を照射することを特徴とする第１又は２の態様の撥液膜の形成方法にある。
かかる第３の態様では、蒸着膜の膜残りをより確実に防止することができる。

本発明の第４の態様は、前記蒸着工程では前記蒸着膜を７０ｎｍ以上の厚さで形成し、前記剥離工程では厚さが５ｎｍ以下の撥液膜を形成することを特徴とする第１〜３の何れかの態様の撥液膜の形成方法にある。
かかる第４の態様では、緻密な膜からなる撥液膜をより確実に形成することができる。

本発明の第５の態様は、前記蒸着膜に照射する紫外線の波長が３００ｎｍ以下であることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の撥液膜の形成方法にある。
かかる第５の態様では、照射工程において蒸着膜をより確実且つ良好に硬化させることができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
まずは、本発明の方法によって撥液膜が形成されたノズルプレートを具備するインクジェット式記録ヘッドの構造について説明する。なお、図１は、インクジェット式記録ヘッドの概略斜視図であり、図２は、その断面図である。

図示したインクジェット式記録ヘッド１は、いわゆる静電駆動方式のヘッドであり、キャビティ基板１０と、このキャビティ基板１０の両面にそれぞれ接合されるノズルプレート２０及び電極基板３０とで構成されている。

キャビティ基板１０は、例えば、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面側に開口する圧力室（キャビティ）１１がその幅方向に複数並設されている。また、本実施形態では、図２に示すように、キャビティ基板１０には、複数の圧力室１１が並設された列が２列形成されている。さらに、キャビティ基板１０には、各列の圧力室１１に共通するインク室となる共通インク室１２が形成されており、この共通インク室１２は、後述するインク供給路を介して各圧力室１１に連通されている。また、共通インク室１２の底壁には、共通インク室１２にインクを供給するためのインク供給孔１３が形成されている。また、キャビティ基板１０には、共通インク室１２の外側に、後述する個別電極に接続される個別端子部を露出させるための貫通孔１４が形成されている。

なお、各圧力室１１の底壁は、圧力室１１内に圧力変化を生じさせるための振動板１５として機能し、且つこの振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための共通電極としての役割を兼ねている。そして、キャビティ基板１０の貫通孔１４近傍には、ノズルプレート２０の後述する露出孔内に露出されて図示しない駆動配線が接続される共通端子部１６が形成されている。

ノズルプレート２０は、キャビティ基板１０と同様に、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、各圧力室１１に連通する複数のノズル２１が形成されている。そして、このノズルプレート２０は、キャビティ基板１０の開口面側に接合され、圧力室１１及び共通インク室１２の一方の面を形成している。また、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０とは反対側の面には、ノズル２１に対応する領域に亘って厚さ方向の一部を除去したノズル段差部２２が形成されている。

ここで、各ノズル２１は、インク滴が吐出される側に設けられてノズル段差部２２内に開口する略円形の小径部２１ａと、小径部２１ａよりも大きい径を有し小径部２１ａと圧力室１１とを連通する大径部２１ｂとからなる。そして、全てのノズル２１（小径部２１ａ）は、このノズル段差部２２内に開口しており、本実施形態では、このノズル段差部２２内のノズルプレート２０の表面がノズル面となる。

また、このノズルプレート２０のキャビティ基板１０との接合面には、圧力室１１と共通インク室１２との境界に対応する領域に、これら各圧力室１１と共通インク室１２とを連通するインク供給路２３が形成されている。また、ノズルプレート２０には、共通インク室１２の外側に対応する位置に、キャビティ基板１０の貫通孔１４に連通し、後述する個別端子部と共に共通端子部１６を露出させる露出孔２４が形成されている。

このノズルプレート２０の表面、本実施形態では、ノズル段差部２２内には、例えば、フッ素含有シランカップリング化合物等からなる撥液性材料からなる撥液膜２５が形成されている。これにより、ノズルプレート２０の表面（ノズル面）へのインク滴の付着を抑えている。

一方、電極基板３０は、シリコン単結晶基板に近い熱膨張率を有する、例えば、ホウ珪酸ガラス等のガラス基板からなり、キャビティ基板１０の振動板１５側の面に接合されている。この電極基板３０の振動板１５に対向する領域には、各圧力室１１に対応して凹部３１が形成されている。また、電極基板３０には、キャビティ基板１０のインク供給孔１３に対応する位置には、このインク供給孔１３に連通するインク導入孔３２が形成されている。そして、図示しないインクタンクからこのインク導入孔３２及びインク供給孔１３を介して共通インク室１２にインクが充填されるようになっている。

また、各凹部３１には、振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための個別電極３３が、振動板１５との間に所定の間隔を確保した状態でそれぞれ配置されている。また、凹部３１内には、キャビティ基板１０の貫通孔１４に対向する領域に、図示しない駆動配線が接続される個別端子部３４が形成されており、この個別端子部３４と各個別電極３３とはリード電極３５によって接続されている。なお、図示しないが、これら各個別電極３３及びリード電極３５は絶縁膜によって封止され、また個別端子部３４と共通端子部１６との間には、接続配線を介して駆動電圧パルスを印加するための発振回路が接続されている。

そして、このようなインクジェット式記録ヘッド１では、発振回路によって個別電極３３と振動板１５（キャビティ基板１０）との間に駆動電圧を印加すると、これら個別電極３３と振動板１５との隙間に発生する静電気力によって振動板１５が個別電極３３側に撓み変形して、圧力室１１の容積が拡大し、駆動電圧の印加を解除すると、振動板１５が元の状態に復帰し、圧力室１１の容積が収縮する。そして、このとき発生する圧力室１１内の圧力変化によって、圧力室１１内のインクの一部が、ノズル２１からインク滴として吐出される。

以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法を一例として、本願発明に係る撥液膜の形成方法について図３〜図６を参照して説明する。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、まず、上述したノズル２１を有するノズルプレート２０が複数一体的に形成されたノズルプレート用ウェハ２００と、圧力室１１等を有するキャビティ基板１０が複数一体的に形成されたキャビティ基板用ウェハ１００と、個別電極３３等が設けられた電極基板３０が複数一体的に形成された電極基板用ウェハ３００とをそれぞれ用意し、キャビティ基板用ウェハ１００の両面に、ノズルプレート用ウェハ２００と電極基板用ウェハ３００とをそれぞれ接合してウェハ積層体４００を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００のノズル面、本実施形態では、ノズル段差部２２内に、蒸着法によって撥液膜２５となる蒸着膜２０５を形成する。なお、「撥液膜」とは、撥水性と撥油性を同時に備えた膜のことを指す。例えば、本実施形態では、撥液材料として、フッ素含有シランカップリング化合物（バラックコート：東京製品開発研究所製）を真空蒸着することによって蒸着膜２０５を約７０ｎｍの厚さで形成している。なお、このような蒸着膜２０５を形成する前に、ノズルプレート用ウェハ２００の表面をＵＶ洗浄するようにしてもよい。

次に、本発明では、この蒸着膜２０５に所定時間だけ紫外線を照射する照射工程を実施している。これにより、蒸着膜２０５を硬化させ、蒸着膜２０５の緻密な膜の厚さを増加させている。ノズルプレート用ウェハ２００上に蒸着法によって形成した蒸着膜２０５の下層部は、ノズルプレート用ウェハ（シリコンウェハ）２００と共有結合して「緻密な膜」となっているが、それ以外の部分は分子間結合力による結合力で保持された「疎な膜」となっている。そして、このような蒸着膜２０５に紫外線を照射すると、蒸着膜２０５内における結合力が高まり「緻密な膜」の厚さが実質的に増加する。そして、詳しくは後述するが、本発明ではこの照射工程における蒸着膜２０５への紫外線の照射時間を適正に管理し、これにより常に良好な撥液膜２５を形成できるようにしている。

次に、図４（ａ）に示すように、ノズル段差部２２の幅となるように、所定の粘着剤からなる粘着層５１を有する粘着テープ５０を切り出して用意し、この粘着テープ５０をノズル段差部２２内の蒸着膜２０５上に貼り付ける。そして、この粘着テープ５０を蒸着膜２０５と完全に密着させる。なお、この粘着テープ５０は、特に限定されず、例えば、紫外線硬化型の粘着剤からなる粘着層５１を有するダイシングテープ、すなわち、一般的に使用されている紫外線剥離型のダイシングテープ等を用いればよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００の大きさとなるように切り出した粘着層７１を有する保護テープ７０を用意し、この保護テープ７０をウェハ積層体４００の両面に貼り付ける。すなわち、粘着テープ５０の上からウェハ積層体４００の表面（ノズルプレート用ウェハ２００の表面）に保護テープ７０を貼り付け、また同様に、ウェハ積層体４００の裏面（電極基板用ウェハ３００の表面）にも保護テープ７０を貼り付ける。なお、ここで使用する保護テープ７０としては、粘着テープ５０と同様に、一般的に使用されている紫外線剥離型のダイシングテープを用いることができる。

そして、このように粘着テープ５０及び保護テープ７０を貼り付けた状態でウェハ積層体４００を、例えば、図５に一点鎖線で示す切断ラインに沿って切断することにより、個々のインクジェット式記録ヘッド１を切り出す。なお、切り出されたインクジェット式記録ヘッド１は、ノズル段差部２２に粘着テープ５０が貼り付けられると共に、表面には保護テープ７０が貼り付けられた状態である。

その後、各インクジェット式記録ヘッド１の表面に貼り付けられている保護テープ７０に、本実施形態では紫外線を照射して粘着層７１の粘着力を低下させる。そして、ノズルプレート用ウェハ２００及び電極基板用ウェハ３００のそれぞれから、保護テープ７０と粘着テープ５０とを同時に剥離する（剥離工程）。

そして、このように粘着テープ５０を剥離すると、図６に示すように、粘着テープ５０と共に蒸着膜２０５の一部が粘着テープ５０に付着して剥離される。これにより、所定厚さ、例えば、５ｎｍ以下の撥液膜２５が形成される。すなわち、粘着テープ５０をノズルプレート２０から剥離すると、このノズルプレート２０に形成されていた蒸着膜２０５は、ノズルプレート２０の表面に密着性の高い緻密な膜を残しながら、疎な膜が分離されて粘着テープ５０と共に剥離される。その結果、ノズルプレート２０の表面には、緻密な膜のみからなる極めて良好な撥液膜２５が形成される。

ただし、上述した照射工程における蒸着膜２０５への紫外線の照射時間によっては、剥離工程において蒸着膜２０５が良好に剥離されず、全体又は部分的に蒸着膜２０５が厚く残ってしまい、撥液膜２５を良好に形成することができない虞がある。具体的には、上述した照射工程における蒸着膜２０５への紫外線の照射時間が短すぎると、蒸着膜２０５内における結合力が十分に高まらないため、粘着テープ５０と共に蒸着膜２０５を剥離させて撥液膜２５を形成しても、撥液膜２５の上層部分に全体に亘って上述した疎な膜が残る「全体膜残り」が発生してしまう。そして、このような「全体膜残り」のある撥液膜２５に付着したインクをワイピング動作によって除去すると、ワイパによって撥液膜２５が凝集してしまう虞がある。一方、蒸着膜２０５への紫外線の照射時間が長すぎると、蒸着膜２０５内における結合力が強くなり過ぎてしまい、撥液膜２５が部分的に厚く残る「部分膜残り」が発生することがある。そして、このように撥液膜２５に「部分膜残り」があると、ワイピング動作を実施しても撥液膜２５に付着しているインクを良好に除去することができない虞がある。

ここで、ノズルプレート上に蒸着膜を形成した複数のサンプルを作製し、各サンプルの蒸着膜に対して紫外線を照射したときの蒸着膜の「膜残り」（「全体膜残り」又は「部分膜残り」）の発生率を調べた結果を図７に示す。なお、照射時間を３分、５分、７分、９分とした以外は同一条件で、蒸着膜に紫外線を照射している。図７に示すように、この試験では、蒸着膜に対する紫外線の照射時間が３分である場合には「全体膜残り」が発生し、照射時間が７分以上であると「部分膜残り」が発生していた。この結果からも分かるように、蒸着膜に対する紫外線の照射時間は、短すぎても長すぎても「膜残り」が発生する要因となる。

このため、本発明では照射工程において、蒸着膜２０５に紫外線を所定時間だけ照射するようにしている。すなわち、蒸着膜に対する紫外線の照射時間を適正に管理するようにしている。これにより、膜残りのない撥液膜２５を所望の厚さで良好に形成することができる。この紫外線の照射時間は、蒸着膜２０５の材料等の各種条件を考慮して適宜決定さればよいが、紫外線の積算光量に基づいて管理することが好ましい。蒸着膜２０５（撥液膜２５）の「膜残り」が発生するか否かは、紫外線の光量（照度）と照射時間から算出される積算光量によって決まるからである。例えば、上述したフッ素含有シランカップリング化合物からなる蒸着膜２０５に、照度２０（ｍＷ／ｃｍ²）の紫外線を照射する場合、その積算光量が４３７７〜７７９４（ｍＪ／ｃｍ²）の範囲であると、上記「膜残り」が発生しない。このため、紫外線の照度が２０（ｍＷ／ｃｍ²）である場合、紫外線の照射時間をおよそ３分４０秒〜６分２０秒の範囲となるように管理する。なお、光源が劣化してきている場合には、その点も考慮に入れて紫外線の照射時間を管理する必要がある。また蒸着膜２０５を良好に硬化させるためには、照射する紫外線の波長が３００ｎｍ以下であることが好ましい。

このように照射工程において蒸着膜２０５に紫外線を照射する時間を適正に管理し、その後に剥離工程を実施することにより、「膜残り」のない良好な撥液膜２５を所望の厚さで形成することができる。すなわち、緻密な膜からなり耐摩耗性に優れた撥液膜２５を形成することができる。そして、このような撥液膜２５がノズルプレート２０の表面に設けられていることで、シリコンからなるノズルプレート２０の表面（撥液膜２５）にインクが付着した場合でもこのインクを良好に除去することができ、インク滴の飛行曲がり等による印刷品質の低下を防止することができる。

また照射工程における紫外線の照射時間は、紫外線照射による蒸着膜２０５の膜厚の減少量に基づいて管理するようにしてもよい。蒸着膜２０５の膜厚は、紫外線照射による硬化に伴ってその膜厚が徐々に減少する。例えば、図８に示すように、紫外線の照射時間が長くなるにつれて蒸着膜２０５の膜厚はほぼ一定の割合で減少する。このため、照射工程では、紫外線照射による蒸着膜２０５の減少量が所定範囲の値となる時間だけ、蒸着膜に紫外線を照射するようにしてもよい。

例えば、上述したようにフッ素含有シランカップリング化合物からなる蒸着膜２０５に照度２０（ｍＷ／ｃｍ²）の紫外線を照射して紫外線の照射時間をおよそ３分４０秒〜６分２０秒の範囲となるように管理した場合、蒸着膜の減少量はおよそ１００〜１２７（Å）となる（図８参照）。このことから、照射工程において、例えば、蒸着膜２０５の減少量を測定しながら蒸着膜２０５に紫外線を照射し、蒸着膜２０５の減少量が１００〜１２７（Å）の範囲（照度２０（ｍＷ／ｃｍ²）の場合）となった時点で紫外線の照射を停止するようにしてもよい。

勿論、このように蒸着膜２０５の膜厚の減少量に基づいて紫外線の照射時間を管理するようにしても、膜残りのない良好な撥液膜２５を形成することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、静電駆動方式のインクジェット式記録ヘッドを一例として本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、圧電素子の変位によってインク滴を吐出させる方式、あるいは、発熱素子等によってインクを加熱することでインク滴を吐出させる方式等、あらゆる方式のインクジェット式記録ヘッドに採用することができる。また、本発明は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、他のあらゆる液滴を吐出する液体噴射ヘッドにも採用することができる。他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。さらに、本発明は、液体噴射ヘッドだけでなく、基板上に撥液膜を有するあらゆる装置の製造方法に適用できることは言うまでもない。

一実施形態に係る記録ヘッドの概略斜視図である。一実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す概略斜視図である。一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す概略斜視図である。一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す平面図である。一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。紫外線照射時間と膜残り発生率との関係を示すグラフである。紫外線照射時間と蒸着膜の膜厚の減少量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１インクジェット式記録ヘッド、１０キャビティ基板、１５振動板、２０ノズルプレート、２１ノズル、２２ノズル段差部、２５撥液膜、３０電極基板、５０粘着テープ、５１粘着層、７０保護テープ、１００キャビティ基板用ウェハ、２００ノズルプレート用ウェハ、２０５蒸着膜、３００電極基板用ウェハ

Claims

基板上に蒸着法により撥液性を有する材料からなる蒸着膜を形成する蒸着工程と、前記蒸着膜に紫外線を所定時間だけ照射して当該蒸着膜を硬化させる照射工程と、前記蒸着膜上に粘着テープを貼り付けた後この粘着テープと共に前記蒸着膜の一部を剥離して前記基板上に所定厚さの撥液膜を形成する剥離工程とを有することを特徴とする撥液膜の形成方法。
前記照射工程では、前記蒸着膜に照射される紫外線の積算光量が所定範囲となる時間だけ、当該蒸着膜に紫外線を照射することを特徴とする請求項１に記載の撥液膜の形成方法。
前記照射工程では、紫外線照射による前記蒸着膜の減少量が所定範囲となる時間だけ、当該蒸着膜に紫外線を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の撥液膜の形成方法。
前記蒸着工程では前記蒸着膜を７０ｎｍ以上の厚さで形成し、前記剥離工程では厚さが５ｎｍ以下の撥液膜を形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の撥液膜の形成方法。
前記蒸着膜に照射する紫外線の波長が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の撥液膜の形成方法。