JP2009113351A - シリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及びシリコン製ノズル基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴吐出面およびノズル孔内壁が吐出液に浸食されず、耐久性に優れ、撥水性に優れたシリコン製ノズル基板等を提供する。
【解決手段】液滴を吐出するためのノズル孔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まで連続して耐吐出液保護膜１３が形成され、耐吐出液保護膜１３の液滴吐出側の面１ａに凹凸を形成し、耐吐出液保護膜１３の凹凸面に沿って撥水膜１４をさらに形成した。そして、ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｂにかけて連続して保護膜１２を設け、保護膜１２の上に耐吐出液保護膜１３を連続して設けた。ノズル孔１１の内壁１１ｃはノズル孔１１の吐出口縁部１１ｄを境にして親水化処理されている。耐吐出液保護膜１３はＤＬＣからなる膜であり、耐吐出液保護膜１３の凹凸は高さが数十ｎｍから数μｍであり、撥水膜１４はフッ素含有有機ケイ素化合物からなる膜である。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及びシリコン製ノズル基板の製造方法に関する。

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。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。

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。このため、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が要求され、従来から様々な工夫、提案がなされている。

従来のインクジェットヘッドのノズル基板は、表面にカーボンナノチューブを形成し、チューブの高さの違いにより、構造的に撥水性を確保していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−６２０９０号公報（第４頁、図５）

特許文献１記載の技術では、ノズル孔の液滴吐出側の面およびノズル孔の内壁が吐出液に浸食される恐れがあった。また、ワイピング方向と直角方向に構造物の集合体が形成されており、ワイピングブレードとの摩擦で、カーボンナノチューブが基板から剥離する恐れもあった。

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、液滴吐出面およびノズル孔の内壁が吐出液に浸食されず、耐久性に優れ、しかも撥水性に優れたシリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及びシリコン製ノズル基板の製造方法を提供することを目的とする。

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まで連続して耐吐出液保護膜が形成され、耐吐出液保護膜の液滴吐出側の面に凹凸を形成し、耐吐出液保護膜の凹凸面に沿って撥水膜をさらに形成したものである。

耐吐出液保護膜が液滴吐出側の面からノズル孔内壁まで連続して形成されているので、液滴吐出面及びノズル孔の内壁が吐出液によって浸食されず、耐久性に優れている。また、耐吐出液保護膜の液滴吐出側の面に凹凸を形成したので構造撥水性を有し、この凹凸に沿って撥水膜を形成したので撥水性能がさらに向上する。

また、本発明に係るシリコン製ノズル基板は、耐吐出液保護膜がＤＬＣからなる膜である。
耐吐出液保護膜がＤＬＣからなり、この膜に凹凸を形成したので、長期に渡り安定した構造撥水性を得ることができる。

また、本発明に係るシリコン製ノズル基板は、耐吐出液保護膜の凹凸の高さが数十ｎｍから数μｍである。
耐吐出液保護膜の凹凸が高さ数十ｎｍから数μｍなので、この範囲で構造撥水性が最適となる。

また、本発明に係るシリコン製ノズル基板は、撥水膜がフッ素含有有機ケイ素化合物からなる膜である。
撥水膜がフッ素含有有機ケイ素化合物からなるので、撥水性に優れる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記に記載したシリコン製ノズル基板を備えたものである。
耐吐出液保護膜が液滴吐出側の面からノズル孔内壁まで連続して形成されているので、液滴吐出面及びノズル孔の内壁が吐出液によって浸食されず、耐久性に優れ、また、耐吐出液保護膜の液滴吐出側の面に凹凸を形成したので構造撥水性を有し、この凹凸に沿って撥水膜を形成したので撥水性能がさらに向上したシリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。

本発明に係る液滴吐出装置は、上記に記載した液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
吐出液に対する耐久性、凹凸面による構造撥水性、撥水膜による撥水性に優れ、液滴吐出が良好な液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。

本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、基材に凹部を形成する工程と、基材の表面に保護膜を形成する工程と、基材の凹部を形成した側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、基材の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、基材の薄板化した側の面から開口した凹部の内壁まで連続する耐吐出液保護膜を形成する工程と、耐吐出液保護膜の上に樹脂を成膜して凹凸を形成し、この凹凸を耐吐出液保護膜に転写する工程と、耐吐出液保護膜の上に撥水膜を形成する工程と、基材の薄板化した側の面をサポート部材によって保護して支持基板を剥離し、薄板化した側の面と反対側の面から親水化処理する工程と、サポート部材を剥離する工程とを有する。

基材の凹部（ノズル孔となる凹部）を形成した側の面に支持基板を貼り合わせておき、凹部を形成した側の面とは反対側の面を薄板化し、凹部を開口してノズル孔を形成するようにしたので、ノズル孔の製造時に基材が割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングも容易で、歩留まりが向上する。そして、薄板化した側の面（液滴吐出面）から開口した凹部（ノズル孔）の内壁まで連続する耐吐出液保護膜を形成するようにしたので、かかる基材を用いて製造したノズル基板では、液滴吐出面及びノズル孔の内壁が吐出液によって浸食されず、耐久性にも優れる。また、耐吐出液保護膜上に樹脂を成膜して凹凸を形成し、この凹凸を耐吐出液保護膜に転写するようにしたので、耐吐出液保護膜上に凹凸構造を精度良く作り出すことができる。さらに、耐吐出液保護膜の全面に撥水膜を形成し、液滴吐出面以外の面を親水化処理するようにしたので、被覆性に優れた撥水膜を安価に形成することができる。また、親水化処理は液滴吐出面を保護した状態で、液滴吐出面と反対の面から行うようにしたので、ノズル孔の吐出口縁部を境にして、ノズル孔の内壁を確実に親水化することができる。

また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、樹脂への凹凸の形成はナノインプリントによって行い、凹凸の耐吐出液保護膜への転写はＯ₂ プラズマアッシングによって行うものである。
ナノインプリントによって樹脂に凹凸を形成し、Ｏ₂ プラズマアッシングによって凹凸を耐吐出液保護膜に転写するようにしたので、所望の凹凸構造を精度良く作り出すことができる。

また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、耐吐出液保護膜がＤＬＣからなる膜である。
耐吐出液保護膜がＤＬＣからなり、この膜に凹凸を形成したので、長期に渡り安定した構造撥水性を得ることができる。

また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、耐吐出液保護膜をＣＶＤ法またはスパッタ法により形成するものである。
耐吐出液保護膜をＣＶＤ法またはスパッタ法によって形成するようにしたので、被覆性の良好な保護膜を得ることができる。

また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、耐吐出液保護膜を形成する際に、１６０℃以下で行うものである。
耐吐出液保護膜のＣＶＤ法またはスパッタ法による成膜を１６０℃以下の低温領域で行うようにしたので、基材に樹脂等で支持基板を接着した状態で成膜することができ、ハンドリング性や処理効率が向上し、コストを低減することができる。

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。

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（液滴吐出側の面）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。

ノズル孔１１の内壁１１ｃから接合面１ｂにかけて、シリコン酸化物（酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ））のような酸化物からなる保護膜１２が連続して形成されている。また、ノズル孔１１の液滴吐出面１ａからノズル孔１１の内壁１１ｃに設けた保護膜１２の上にかけて、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）からなる耐吐出液保護膜１３が連続して形成されている。そして、保護膜１２と耐吐出液保護膜１３とは、ノズル孔１１の内壁１１ｃで、耐吐出液保護膜１３が保護膜１２の上（ノズル孔１１の中心軸側）になるようにして積層してある。
耐吐出液保護膜１３の液滴吐出面１ａ側には、耐吐出液保護膜１３の表面に高さが数十ｎｍ〜数μｍの凹凸を有する微細構造の凹凸面が形成されており、これによって構造撥水性を有している。そして、耐吐出液保護膜１３上には、その凹凸面に沿ってフッ素含有有機化合物からなる撥水膜（撥インク膜）１４が形成されている。
なお、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は親水化（親インク化）処理されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１２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１０はノズル基板１の製造工程を示す断面図（図４をＡ−Ａ線で切断した断面図）である。図１１、図１２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１０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。

（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。

（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（１ｂ）、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。

（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。

（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によって、例えば深さが６０μｍになるように垂直に異方性ドライエッチングして、第１のノズル凹部１１０ａを形成する。

（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。

（ｆ） 図６（ｆ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによって、例えば深さが２０μｍになるように垂直に異方性ドライエッチングして、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。
次に、シリコン基材１００の表面に残るシリコン酸化膜１０１を除去する。

（ｇ） 図６（ｇ）に示すように、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって、接合面１００ｂ、ノズル凹部１１０の内壁１１０ｃ、及び薄板化（後述）する側の面１００ｃに、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）１２０を、例えば０．１μｍの厚さに形成する。

（ｈ） 図７（ｈ）に示すように（図７（ｈ）より図８（ｎ）に至るまでは図６（ｇ）のシリコン基材１００の上下を逆転した図を示す）、ガラス等の透明材料の支持基板５０に、紫外線または熱などの刺激で容易に接着力が低下する自己剥離層６１を有する両面テープ６０を貼り合わせる。具体的には、支持基板５０に貼り合わせた両面テープ６０の自己剥離層６１の面と、シリコン基材１００の接合面１００ｂとを向かい合わせ、真空中で貼り合わせる。これにより接着界面に気泡が残らないきれいな接着が可能となる。この接着の際に接着界面に気泡が残ると、次の（ｉ）工程の研削加工で薄板化されるシリコン基材１００の板厚がばらつく原因となる。

（ｉ） 図７（ｉ）に示すシリコン基材１００の薄板化する側の面１００ｃを、バックグラインダーによって研削加工する。そして、第１のノズル凹部１１０ａの先端が開口するまで、例えば厚さが６０μｍとなるまでシリコン基材１００を薄板化し、研削面をＣＭＰ装置によって鏡面化して、液滴吐出面（薄板化した側の面）１００ａ（１ａ）を形成する。こうして、第１のノズル凹部１１０ａは第１のノズル孔部１１ａとなり、第２のノズル凹部１１０ｂは第２のノズル孔部１１ｂとなって、ノズル凹部１１０からノズル孔１１が形成される。研削されずに残ったシリコン酸化膜１２０は、保護膜１２となる。

（ｊ） 図７（ｊ）に示すように、低温プラズマＣＶＤもしくはスパッタ（１６０℃以下）によって、液滴吐出面１００ａから保護膜１２が形成されているノズル孔１１の内壁１１ｃまで、耐吐出液保護膜１３となるＤＬＣ膜１３０を、例えば０．２μｍの厚さになるように連続して形成する。

（ｋ） 図８（ｋ）に示すように、ＤＬＣ膜１３０の液滴吐出面１００ａ側に樹脂１３１を塗布または貼り付ける。

（ｌ） 図８（ｌ）に示すように、ナノインプリントを用い、塗布または貼り付けた樹脂１３１に凹凸の微細パターンを形成する。

（ｍ） 図８（ｍ）に示すように、Ｏ₂ プラズマアッシングを用い、樹脂１３１に形成された凹凸の微細パターンを、ＤＬＣ膜１３０に転写する。こうして、ＤＬＣ膜１３０は、凹凸の微細パターンを有する耐吐出液保護膜１３となる。

（ｎ） 図８（ｎ）に示すように、耐吐出液保護膜１３の全面（液滴吐出面１００ａからノズル孔１１の内壁１１ｃに到る全面）に、ディッピングにより、フッ素含有有機ケイ素化合物からなる撥水膜１４を形成する。

（ｏ） 図９（ｏ）（図９（ｏ）より図９（ｒ）に至るまでは図８（ｎ）のシリコン基材１００の上下を逆転した図を示す）に示すように、液滴吐出面１００ａ側にダイシングテープ７０をサポートテープ（サポート部材）として貼り付ける。

（ｐ） 図９（ｐ）に示すように、支持基板５０側からＵＶ光を照射する。

（ｑ） 図９（ｑ）に示すように、両面テープ６０の自己剥離層６１をシリコン基材１００から剥離する。

（ｒ） 図９（ｒ）に示すように、アルゴン（Ａｒ）によるスパッタ処理を行い、液滴吐出面１００ａ以外を親水化処理する。

（ｓ） 図１０（ｓ）（図１０（ｓ）より図１０（ｔ）に至るまでは図９（ｒ）のシリコン基材１００の上下を逆転した図を示す）に示すように、シリコン基材１００のダイシングテープ７０を貼り付けている面とは反対側の接合面１００ｂを真空ポンプに連通した吸着冶具８０に吸着固定し、ダイシングテープ７０を剥離する。

（ｔ） 図１０（ｔ）に示すように、吸着冶具８０の吸着固定を解除すれば、シリコン基材１００からノズル基板１が完成する。なお、図示を省略したが、ノズル基板１にはノズル孔１１を形成するのと同時に、ノズル基材外輪となる部分に貫通溝を形成するようにしており、吸着冶具８０を取り外す段階でノズル基板１が個片に分割されるようになっている。

実施の形態１に係るノズル基板およびその製造方法によれば、耐吐出液保護膜１３が液滴吐出面１ａからノズル孔１１の内壁１１ｃまで連続して形成されているので、液滴吐出面１ａ及びノズル孔１１の内壁１１ｃが吐出液によって浸食されることがなく、耐久性に優れている。そして、耐吐出液保護膜１３の、液滴吐出面１ａ側には撥水膜１４が形成されており、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側は親水性であり、液滴吐出面１ａ側は撥水性なので、液滴吐出面１ａへの吐出液残留がなく、飛行曲がりのない良好な吐出特性を得ることができる。
また、耐吐出液保護膜１３の液滴吐出面１ａ側に凹凸の微細構造を形成したので構造撥水性を有し、この凹凸面に沿って撥水膜１４を形成したので、撥水性能が向上する。特に、耐吐出液保護膜１３がＤＬＣからなり、この膜１３に凹凸の微細構造を形成した場合はさらに優れた構造撥水性を有し、その上にフッ素含有有機ケイ素化合物のような撥水膜１４を形成した場合は、撥水性能がさらに向上する。

保護膜１２はＣＶＤ法で形成し、耐吐出液保護膜１３はＣＶＤ法またはスパッタ法で形成するので、被覆性の良い保護膜を得ることができる。そして、耐吐出液保護膜１３のＣＶＤまたはスパッタによる成膜は１６０℃以下の低温領域で実施するので、シリコン基材１００に樹脂等で支持基板５０を接着した状態で成膜することができ、ハンドリング性や処理効率が向上し、コストを低減することができる。

また、耐吐出液保護膜１３に凹凸を形成する際に、耐吐出液保護膜１３上に樹脂１３１を成膜してナノインプリントによって凹凸を形成し、この凹凸をＯ₂ プラズマアッシングによって耐吐出液保護膜１３に転写するようにしたので、所望の凹凸構造を精度良く作り出すことができる。

さらに、撥水膜１４を耐吐出液保護膜１３の全面にディップ形成し、液滴吐出面１ａ以外の面を親水化処理するようにしたので、被覆性に優れた撥水膜１４を安価に得ることができる。
また、親水化処理は、液滴吐出面１００ａを保護した状態で、接合面１００ｂ側からスパッタ処理するようにしたので、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を確実に親水化することができる。

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１１、図１２を用いて説明する。

（ａ） 図１１（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。

（ｂ） 図１１（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。

（ｃ） このシリコン基材２００と、図１１（ａ）のようにして作製された電極基板３とを、図１１（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。

（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１１（ｄ）に示すように、シリコン基材２００を薄板化する。

（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１２（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１２（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１２（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。

（ｆ） シリコン基材２００のエッチングが終了した後に、図１２（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。

（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１２（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。

（ｈ） 図１２（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。

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。

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。

実施の形態２．
図１３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１３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に優れ、液滴吐出が良好で安定した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に係るインクジェットヘッド１０は、図１３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。

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２のノズル孔部分を拡大した縦断面図。 図１のノズル基板の上面図。 ノズル基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図５に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図６に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図７に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図８に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図９に続くノズル基板の製造工程の断面図。 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１１に続く製造工程の断面図。 インクジェット記録装置を示す斜視図。

符号の説明

１ ノズル基板、１ａ 液滴吐出面、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 保護膜、１３ 耐吐出液保護膜、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 支持基板、７０ ダイシングテープ（サポート部材）、１００ シリコン基材、１００ａ 薄板化した側の面（液滴吐出面）、１００ｂ 接合面、１００ｃ 薄板化する側の面、１１０ ノズル凹部（凹部）、１１０ａ 第１のノズル凹部、１１０ｂ 第２のノズル凹部、４００ インクジェット記録装置。

Claims (11)

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前記ノズル孔の内壁まで連続して耐吐出液保護膜が形成され、前記耐吐出液保護膜の前記液滴吐出側の面に凹凸を形成し、
   前記耐吐出液保護膜の前記凹凸面に沿って撥水膜をさらに形成したことを特徴とするシリコン製ノズル基板。
2. 前記耐吐出液保護膜はＤＬＣからなる膜であることを特徴とする請求項１記載のシリコン製ノズル基板。
3. 前記耐吐出液保護膜の凹凸は高さが数十ｎｍから数μｍである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。
4. 前記撥水膜はフッ素含有有機ケイ素化合物からなる膜であ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。
5. 請求項１〜４のいずれかに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。
6. 請求項５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。
7. 基材に凹部を形成する工程と、
   前記基材の表面に保護膜を形成する工程と、
   前記基材の前記凹部を形成した側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、
   前記基材の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、
   前記基材の前記薄板化した側の面から前記開口した凹部の内壁まで連続する耐吐出液保護膜を形成する工程と、
   前記耐吐出液保護膜の上に樹脂を成膜して凹凸を形成し、前記凹凸を前記耐吐出液保護膜に転写する工程と、
   前記耐吐出液保護膜の上に撥水膜を形成する工程と、
   前記基材の前記薄板化した側の面をサポート部材によって保護して前記支持基板を剥離し、前記薄板化した側の面と反対側の面から親水化処理する工程と、
   前記サポート部材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。
8. 前記樹脂への凹凸の形成はナノインプリントによって行い、前記凹凸の前記耐吐出液保護膜への転写はＯ₂ プラズマアッシングによって行うことを特徴とする請求項７記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
9. 前記耐吐出液保護膜がＤＬＣからなる膜であることを特徴とする請求項７または８記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
10. 前記耐吐出液保護膜をＣＶＤ法またはスパッタ法により形成することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
11. 前記耐吐出液保護膜を形成する際に、１６０℃以下で行うことを特徴とする請求項１０記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。

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