JP2010214923A - ノズル基板の製造方法、その製造方法で製造されたノズル基板、液滴吐出ヘッドの製造方法、その製造方法で製造された液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メニスカスが安定して良好な吐出性能が得られ、また、ノズル径精度の高いノズル基板を製造することが可能なノズル基板の製造方法等を提供する。
【解決手段】吐出方向の先端側から後端側に向けて開口断面が段階的に大きくなる２段のノズル孔１１を有するノズル基板１の製造方法であって、ノズル孔１１の各段毎に基板を分けた２層基板構造とし、各層基板１ａ，１ｂのそれぞれに独立して第１ノズル部１１ａ又は第２ノズル部１１ｂを形成すると共に、撥液膜１０５又は親液膜１２３を必要箇所に形成した後、両基板１ａ，１ｂを接合する。
【選択図】図６

Description

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、その製造方法で製造されたノズル基板、液滴吐出ヘッドの製造方法、その製造方法で製造された液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。

液滴を吐出するためのノズル基板を適用した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ー基板とを備え、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。
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。

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。また、ノズル形状を全体として円筒状のノズル孔とするのではなく、多段構造（径が異なる複数の孔を同一軸上に有し、複数の段差を有する構造（例えば、径を異ならせた第１ノズル部と第２ノズル部とからなる２段ノズル形状））とし、ノズルに加わるインク圧力の方向をノズル軸線方向に揃えることで吐出特性を改善する方法もある。

このような多段構造のノズル孔を有するノズル基板を製造する方法として、以下のような製造方法がある。すなわち、シリコン基板の一方の面側からＩＣＰ放電を用いた異方性ドライエッチングを行って最終的に第１ノズル部及び第２ノズル部となる２段の凹部を形成し、その後、シリコン基板全体に耐インク保護膜を形成する。そして、前記一方の面を支持基板で支持した状態で前記一方の面とは反対側の面（以下、吐出面という）側を研削加工して薄板化し、この薄板化の過程で前記２段の凹部の底面を削除して２段ノズル形状を完成する。そして、吐出面に耐インク保護膜を形成した後、更に吐出面に撥インク処理を施す。このとき、ノズル孔（第１ノズル部及び第２ノズル部）の内壁も撥インク処理される。そして、前記吐出面にサポートテープを貼り付けた状態で支持基板を剥離した後、前記一方の面側からプラズマ処理を行ってノズル孔の内壁に残った撥インク膜を除去する。そして、サポートテープを剥離してノズル基板が完成する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１６８３４４号公報（図５〜図８）

ところで、吐出口に形成されるインクのメニスカスを安定させ、良好な吐出性能（着弾位置精度）を発揮する上で、吐出面の特に吐出口の周囲に撥インク膜が良好に形成されている必要がある。特許文献１の技術では、撥インク膜を形成した吐出面にサポートテープを貼って吐出面上の撥インク膜を保護した状態で、吐出面とは反対側の面（前記一方の面）側からプラズマ処理を行い、ノズル孔の内壁に残った撥インク膜を除去している。このとき、吐出面にサポートテープを貼って保護しているが、吐出面とサポートテープとの密着性が十分でない場合、プラズマ処理の際にノズル孔の内壁だけでなく吐出面の吐出口縁部の撥インク膜も除去されてしまい、メニスカスが不安定となるという問題があった。

また、上記プラズマ処理によりノズル孔内壁の撥インク膜を除去することで、ノズル孔内壁は親インク化される。この際、撥インク膜を均一に除去できずに撥インク膜がまだらに残存し、ノズル孔内で撥インク領域と親インク領域と明確に区別されない状態となると、メニスカスが不安定となり正常なインク吐出ができないという問題があった。

ところで、通常、吐出口を有する第１ノズル部に対しては厳しい精度が要求されているが、第２ノズル部に対してはさほど精度が要求されていない。しかしながら、特許文献１の技術では、２回のエッチングで深掘りして第１ノズル部を形成しているため、第１ノズル部の径精度が十分に得られないという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、メニスカスが安定して良好な吐出性能が得られ、また、ノズル径精度の高いノズル基板を製造することが可能なノズル基板の製造方法、その製造方法で製造されたノズル基板、液滴吐出ヘッドの製造方法、その製造方法で製造された液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を得ることを目的とする。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、吐出方向の先端側から後端側に向けて開口断面が段階的に大きくなるｎ段（ｎは２以上の自然数）の多段構造のノズル孔を有するノズル基板の製造方法であって、ノズル孔の吐出方向先端の１段目を構成する第１層基板を形成する工程は、第１シリコン基板の一方の面に第１凹部を形成する工程と、第１シリコン基板の第１凹部の内壁を含む第１凹部形成面全体に耐液保護膜を形成する工程と、第１シリコン基板の他方の面側から第１凹部の底面が開口するまで薄板化し第１ノズル部を形成する工程と、薄板化された他方の面側に撥液膜を形成する工程とを有し、ｘ（ｘ＝２,・・・ｎ）段目を構成する第ｘ層基板を形成する工程は、第ｘシリコン基板の一方の面に第ｘ−１凹部の内径よりも大きい内径を有する第ｘ凹部を形成する工程と、第ｘシリコン基板の第ｘ凹部の内壁を含む第ｘ凹部形成面全体に親液膜を形成する工程と、第ｘシリコン基板の他方の面側から第ｘ凹部の底面が開口するまで薄板化し、第ｘノズル部を形成する工程とを有し、そして、第１〜第ｎ層基板を、この順に積層し接合するものである。
このように、ノズル孔の各段毎に基板を分けた多段基板構造のノズル基板とし、各基板それぞれに独立して撥液膜又は親液膜を必要箇所に形成した後、各層基板を接合するようにしたので、撥液領域と親液領域とを明確に分けたノズル孔構成とすることができる。よって、メニスカスが安定し高い吐出性能（着弾位置精度）を有するノズル基板を得ることができる。
また、ノズル孔の各段部分毎に、基板を分けたノズル基板構造としたので、各段の基板には、それぞれ直線状の貫通孔を形成すればよい。したがって、１枚の基板に対し、ノズル孔を多段に形成する場合のエッチングの深掘りが不要となり、ノズル孔、特に吐出口を有するノズル部のノズル径精度を向上することが可能となる。すなわち、吐出方向の内周面の真円度を高めることができ、ノズル孔精度の向上が可能である。その結果、吐出時の飛行曲がりを低減することが可能なノズル基板を得ることができる。
また、１枚の基板に対してノズル孔を多段に形成する場合、上記のエッチングの深掘りによる精度面での問題に加え、各段毎にエッチングマスクのパターニング工程が必要となり、製造工程が煩雑化する。しかしながら、本例の製造方法では各層の基板にそれぞれ対応の径を有するノズル部を形成した後、接合すれば良いため、製造工程を簡略化できる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、第ｎ層基板は、第ｎシリコン基板に第ｎノズル部を形成した後、他の基板との接合面となる表面全体にプライマー層を形成する工程を有するものである。
これにより、シリコン製の基板との接合性を高めることができる。

また、本発明に係るノズル基板は、上記のノズル基板の製造方法で製造されたものである。
これにより、メニスカスが安定して良好な吐出性能が得られ、また、ノズル径精度の高いノズル基板を得ることができる。

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を有するノズル基板と、ノズル基板の複数のノズルそれぞれに連通して液滴を収容する複数の圧力室を有するキャビティー基板と、圧力室に液滴を飛翔させる圧力変化を与え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、ノズル基板を、請求項１記載のノズル基板の製造方法により製造するものである。
これにより、液滴の飛翔方向のばらつきを抑えることができ、メニスカスが安定して良好な液滴吐出性能を発揮することが可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。

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を有するノズル基板と、ノズル基板の複数のノズルそれぞれに連通して液滴を収容する複数の圧力室を有するキャビティー基板と、圧力室に液滴を飛翔させる圧力変化を与え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、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工程と、ノズル基板の第ｎ層基板に形成されたプライマー層側をキャビティー基板と接合する工程とを有するものである。
これにより、液滴の飛翔方向のばらつきを抑えることができ、メニスカスが安定して良好な液滴吐出性能を発揮することが可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、ノズル基板とキャビティー基板との接合性を高めることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズル基板とキャビティー基板との接合を表面活性接合により行うものである。
このように表面活性接合によりノズル基板とキャビティー基板とを接合することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法で製造されたものである。
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドが搭載されているものである。
これにより、液滴の飛翔方向のばらつきを抑えることができ、メニスカスが安定して良好な液滴吐出性能を発揮することが可能な液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を得ることができる。

本発明の一実施の形態のノズル基板を備えたインクジェットヘッドの分解斜視図。 図１のインクジェットヘッドの概略縦断面図。 図１のノズル基板の膜構成を説明するための拡大図。 ノズル基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図４に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図５に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図６に続くインクジェットヘッドの製造工程の断面図。 図７に続くインクジェットヘッドの製造工程の断面図。 本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドを使用したインクジェットプリンタの斜視図。

以下、本発明のノズル基板の製造方法で製造されたノズル基板を備える液滴吐出ヘッドの実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動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、アクチュエータ（圧力発生手段）は静電駆動方式に限られたものではなく、その他の圧電素子や発熱素子等を利用する方式であってもよい。

図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図２は、図１の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図である。なお、図１及び図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。

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、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ー基板２と、キャビティー基板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。

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製造された多層基板構造を有し、シリコン基板で構成されている。インク滴を吐出するためのノズル孔１１は、インク吐出方向の先端側から後側方向に行くに従って開口断面が段階的に大きくなるｎ段（ｎは２以上の自然数）の多段構造を有している。この例では、開口径が異なる２つの円筒状のノズル孔から形成された２段の多段構造を例示しており、以下、吐出方向の先端側から順に第１ノズル部１１ａ、第２ノズル部１１ｂという。このようにノズル孔１１を多段構造とすることにより、インク液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。すなわち、インク液滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク液滴の飛び散りがなく、インク液滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。

本例のノズル基板１は、上述したように複数の基板を積層した多層基板構造であり、各基板毎にそれぞれ異なる内径のノズル部が基板面に対して垂直方向に貫通形成されている。そして、各基板を、ノズル部の内径が吐出方向後端側に向かって徐々に大きくなるように積層することによりノズル孔１１が形成されている。ここでは、上述したようにノズル孔１１が２段構造であるため、ノズル基板１は第１層基板１ａと第２層基板１ｂとの２層構造を有し、第１層基板１ａに第１ノズル部１１ａが形成され、第２層基板１ｂに、第１ノズル部１１ａよりも大きい内径を有する第２ノズル部１１ｂが形成されている。

図３は、図１のノズル基板の膜構成を説明するための拡大図である。
ノズル基板１の第１層基板１ａにおいて第１ノズル部１１ａの内壁を含む表面全体には、耐インク保護膜１０３，１０４が形成されている。吐出面の耐インク保護膜１０４は例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で成膜されたＳｉＯ₂ 膜で構成されており、このＳｉＯ₂ 膜はこの上に成膜される撥液膜１０５の下地ともなっている。また、第１層基板１ａにおいて第２層基板１ｂとの接合面と、第１ノズル部１１ａの内壁とに形成された耐インク保護膜１０３は、例えば熱酸化により形成されたＳｉＯ₂ 膜により構成されている。

また、第２層基板１ａにおいて第１層基板１ａとの接合面と第２ノズル部１１ｂの内壁とには親液膜１２３が形成されている。この親液膜１２３は例えば熱酸化により形成されたＳｉＯ₂ 膜により構成されており、耐インク保護膜としても機能する。そして、第２層基板１ｂの第１層基板１ａとの接合面と反対側の面は、キャビティー基板２との接合性を高めるためのプライマー層１２４が形成されている。このプライマー層１２４は、ここではアミノシラン等のシランカップリング剤で構成されている。なお、プライマー層１２４は第２層基板１ｂにおいてキャビティー基板２との接合面に形成されていれば十分であるが、製造工程上、第２ノズル部１１ｂの内壁にも形成されている。

本例のノズル基板１は、後述する製造方法により製造することで、ノズル孔１１内の撥液領域と親液領域とが明確に分けられ、これによりメニスカスが安定し、インク滴の飛翔方向のばらつきを抑えて高い吐出性能（着弾位置精度）を有するものとなっている。

次に、キャビティー基板２について説明する。キャビティー基板２は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、インク流路の圧力室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は前記ノズル孔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とキャビティー基板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、またインク供給口である前記オリフィス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。

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に連通しており、圧力室２１、リザーバー２４及びオリフィス２３によりインク流路が形成されている。なお、オリフィス２３（凹部２６）はノズル基板１の裏面（キャビティー基板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の底部には後述する電極基板３に設けたインク供給孔３３に連通するインク供給孔２８が設けられている。このインク供給孔３３及びインク供給孔２８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、キャビティー基板２の全面又は少なくとも電極基板３との対向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。

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、キャビティー基板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とキャビティー基板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とキャビティー基板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とキャビティー基板２を強固に接合することができるからである。

電極基板３には、キャビティー基板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）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。したがって、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）は、この凹部３２の深さ、個別電極３１及び振動板２２を覆う絶縁膜２ａの厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響するため、高精度に形成される。

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ー基板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。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。そして、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とキャビティー基板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）を介して接続されている。

次に、以上のように構成された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は例えば２４ｋＨｚで発振し、キャビティー基板２の共通電極端子２９と個別電極３１の間にパルス電圧を印加して個別電極３１に電荷供給を行う。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、振動板２２と個別電極３１との間に静電気力が発生する。この静電気力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、圧力室２１の容積が拡大する。これによりリザーバー２４の内部に溜まっていたインク滴がオリフィス２３を通じて圧力室２１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、圧力室２１の容積が急激に収縮する。これにより、圧力室２１内の圧力が急激に上昇し、この圧力室２１に連通しているノズル孔１１からインク滴が吐出される。

ここで、本実施の形態のインクジェットヘッド１０は、上述したようにノズル孔１１内のメニスカスが安定して高い吐出性能を有するノズル基板１を備えているため、インク滴の飛翔方向のばらつきが抑えられ、着弾位置精度が高く安定した吐出が行われる。よって、高精細で高品質の印字が可能である。

次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法を図４〜図８を参照して説明する。図４〜図６は、ノズル基板１の製造工程を示す断面図である。図７及び図８は、キャビティー基板及び電極基板の製造工程を示す断面図である。
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。

（１）ノズル基板１の製造方法
以下、ノズル基板１の製造工程を、図４〜図７を用いて説明する。本例のノズル基板１の製造方法は、各ノズル部をそれぞれ別々の基板で形成し、各基板それぞれに独立して撥液膜又は親液膜を必要箇所に形成した後、各基板を接合するようにした点に特徴を有するものであり、以下、具体的に説明する。
（Ａ）ここではまず、第１層基板１ａから形成する。例えば厚さ７２５μｍの８インチシリコンウエハ（以下、シリコン基板１００という）を用意する。そして、シリコン基板１００の表面にレジスト１０１を塗布し、フォトリソグラフィーによりレジスト１２１をパターニングし、第１ノズル部１１ａに対応する部分に開口１０１ａを形成する。
そして、ＩＣＰドライエッチング装置によりレジスト１０１の開口１０１ａを介して、垂直に異方性ドライエッチングし、第１ノズル部１１ａとなる凹部１０２を形成する。なお、この場合のエッチングガスとしては、例えば、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、凹部１０２の側面方向にエッチングが進行しないように第１ノズル部１１ａの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。なお、ここでは、Ｃ₄Ｆ₈ を２秒、ＳＦ₆ を３．５秒で交互にエッチングするようにしている。

（Ｂ）レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離した後、シリコン基板１００を熱酸化炉に投入し、シリコン基板１００の表面全体に例えば膜厚０．１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１０３を形成する。
（Ｃ）シリコン基板１００の凹部１０２形成側の面１００ａ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。具体的には、支持基板１１０に貼り合わせた両面接着シート５０の自己剥離層５１の面と、支持基板１１０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になる。この接着の際に接着界面に気泡が残ると、次の（Ｄ）の研削加工でシリコン基板１００を薄板化する際に板厚がばらつく原因となる。

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。

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と支持基板１１０と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る。また、研削加工後には後述するように支持基板１１０をシリコン基板１００から剥離する際に、糊残り無く容易に剥離することができる。

（Ｄ）次に、シリコン基板１００の凹部１０２形成側の面１００ａと反対側の表面１００ｂ側からグラインダー（図示せず）で研削加工を行い、所望の板厚近傍まで薄板化する。これにより、第１ノズル部１１ａとなる凹部１０２の底面が削除され第１ノズル部１１ａが形成される。薄板化後、さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によってシリコン基板１００の表面を研磨し、所定の板厚にする。

（Ｅ）次に、シリコン基板１００の表面１００ｂ（以下、吐出面１００ｂという）に、耐インク保護膜１０４を形成する。この耐インク保護膜１０４は、次の工程（Ｆ）で形成される撥液膜１０５の下地膜ともなるもので酸化物系金属膜で構成される。ここでは、例えばＳｉＯ₂ 膜で構成され、スパッタ装置で成膜される。なお、酸化物系金属膜の成膜は、自己剥離層５１が劣化しない温度（１００℃程度）以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。酸化物系金属膜としては、他には例えば、酸化ハフニウム膜、酸化タンタル、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化ジルコニウムも使用できる。自己剥離層５１に影響しない温度で成膜することができ、シリコン基板１００への密着性を確保することができれば、成膜方法はスパッタ等に限らずＣＶＤ等の手法でもよい。

（Ｆ）次に、図５（Ｆ）に示すように、シリコン基板１００の吐出面１００ｂに撥液処理を施す。具体的には、フッ素原子を含むケイ素化合物を主成分とする撥液性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、吐出面１００ｂに撥液膜１０５を形成する。このとき、第１ノズル部１１ａの内壁にも撥液膜１０５が形成される。
（Ｇ）次に、支持基板１１０側からＵＶ光を照射し、両面接着シート５０の自己剥離層５１を発泡させて支持基板１１０をシリコン基板１００の表面１００ａから剥離する。
以上により、第１層基板１ａが作製される。

続いて、第２層基板１ｂを作製する。以下、第２層基板１ｂの製造工程からノズル基板１の完成までを説明する。第２層基板１ｂの製造工程は、まず、図４（Ａ）〜（Ｄ）と同様の工程を行う。以下の説明において図４（Ａ）〜（Ｄ）と同様の工程については簡単に説明する。
（Ｈ）すなわち、まず図６（Ｈ）に示すように、第２層基板１ｂとなるシリコン基板１２０の表面にレジスト１２１を塗布し、フォトリソグラフィーによりレジスト１２１をパターニングし、第２ノズル部１１ｂに対応する部分に開口１２１ａを形成する。
そして、ＩＣＰドライエッチング装置によりレジスト１２１の開口１２１ａを介して、垂直に異方性ドライエッチングし、第２ノズル部１１ｂとなる凹部１２２を形成する。この凹部１２２形成の際も、Ｃ₄Ｆ₈とＳＦ₆とを交互に使用したエッチングを行う。

（Ｉ）続いて、レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離した後、シリコン基板１２０を熱酸化炉に投入し、シリコン基板１２０の表面全体に親液膜１２３を形成する。親液膜１２３としては、例えば膜厚０．１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成する。

（Ｊ）シリコン基板１２０の凹部１２２形成側の面１２０ａ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。
（Ｋ）次に、図６（Ｋ）に示すように、シリコン基板１２０の凹部１２２形成側の面１２０ａと反対側の表面１２０ｂ側からグラインダー（図示せず）で研削加工を行い、所望の板厚近傍まで薄板化する。これにより、第２ノズル部１１ｂとなる凹部１２２の底面が削除され第２ノズル部１１ｂが形成される。薄板化後、さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によってシリコン基板１２０の表面を研磨し、所定の板厚にする。

（Ｌ）ここで、本例ではノズル基板１が２層構造であるため、第２ノズル部１１ｂが形成されるシリコン基板１２０はキャビティー基板２と接合される接合面を有する。よって、図６（Ｌ）に示すように、その接合面（図６（Ｌ）の面１２０ｂ）にキャビティー基板２との接合性を高めるためのプライマー層１２４を形成する。プライマー層１２４は、ここではアミノシラン等のシランカップリング剤で構成されている。なお、プライマー層１２４はシリコン基板１２０においてキャビティー基板２との接合面に形成されていれば十分であるが、製造工程上、第２ノズル部１１ｂの内壁にも形成されている。

（Ｍ）そして、図５（Ｇ）と同様に、支持基板１１０側からＵＶ光を照射し、両面接着シート５０の自己剥離層５１を発泡させて支持基板１１０をシリコン基板１２０の表面１０２ａから剥離する。
以上により、第２層基板１ｂが作製される。

（Ｎ）そして最後に、図６（Ｎ）に示すように、図５（Ｇ）の第１層基板１ａと図６（Ｍ）の第２層基板１ｂとを表面活性接合により接合する。すなわち、第１層基板１ａの熱酸化膜１０３と第２層基板１ｂの熱酸化膜（親液膜）１２３のそれぞれの表面に、アルゴンの高速電子ビームを照射し、表面を活性化させて加圧接合を行う。接合は圧力１０^-6Ｐａ程度の真空中で行う。
以上によりノズル基板１が作製される。

なお、以上には、ノズル孔１１が２段構造の場合の製造方法を例を示したが、本発明は上述したようにｎ段（ｎは２以上の自然数）構造でもよく、ｎ段構造のノズル孔を有するノズル基板を製造する際の製造方法は以下の通りである。すなわち、ノズル孔１１の吐出方向先端の１段目を構成する第１層基板１ａは、図４及び図５に示した製造方法で製造する。そして、ｘ（ｘ＝２，・・・ｎ−１）段目を構成する第ｘ層基板のそれぞれは、図６（Ｈ）〜（Ｋ）の工程で製造する。なお、第ｘ層基板において第ｘノズル部となる第ｘ凹部を形成する際には、第ｘ−１凹部の内径よりも大きい内径に形成するようにする。そして、キャビティー基板２と接合されることになる第ｎ層基板は、図６（Ｈ）〜（Ｍ）の工程で製造する。そして、第１〜第ｎ層基板を、この順に積層し接合する。

以上により、本発明の特徴部分であるノズル基板の製造方法が明らかになったところで、続いてキャビティー基板２及び電極基板３の製造方法について説明する。

（２）キャビティー基板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からキャビティー基板２を製造する方法について図７、図８を参照して簡単に説明する。

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。

（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によって厚さ０．１μｍのＳｉＯ₂ 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。

（Ｃ）そして、このシリコン基板２００と、図７（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。

（Ｅ）次に、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２０１を形成する。
そして、このＴＥＯＳ膜２０１に、圧力室２１となる凹部２５およびリザーバー２４となる凹部２７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２０１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およびリザーバー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８（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２０１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ＳｉＯ₂ 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３４（図２参照）を充填することにより封止する。また、図１、図２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。

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からキャビティー基板２が作製される。
そして最後に、このキャビティー基板２に、上述のように作製されたノズル基板１を例えば表面活性接合により接合する。この接合の際には、ノズル基板１の第２層基板１ｂに形成されたプライマー層１２４側をキャビティー基板２と接合する。これによりノズル基板１とキャビティー基板２とを接合性良く接合できる。
以上により、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。

本実施の形態によれば、ノズル孔１１の各段毎に基板を分けた２層基板構造のノズル基板１とし、第１層基板１ａ及び第２層基板１ｂのそれぞれに独立して第１ノズル部１１ａ又は第２ノズル部１１ｂを形成すると共に、撥液膜１０５又は親液膜１２３を必要箇所に形成した後、両基板１ａ，１ｂを接合するようにしたので、撥液領域と親液領域とが明確に分けられたノズル孔１１を形成できる。よって、メニスカスが安定し高い吐出性能（着弾位置精度）を有するノズル基板１を得ることができる。

また、本実施の形態では、従来のプラズマ処理による撥液膜１０５の除去工程を行わないため、撥液膜１０５の除去が不均一となることによるメニスカスの不安定化を防止できる。

また、本例では、ノズル孔１１の各段部分毎に基板を分けたノズル基板構造であるので、各段の基板には、それぞれノズル部を直線状に形成すればよい。したがって、１枚の基板に対してノズル孔を多段に形成する場合のエッチングの深掘りが不要となり、ノズル径精度を向上することが可能となる。すなわち、本例の製造方法によれば、各ノズル部を形成するに際し、フォトリソグラフィーを用いて形成されたパターンを使用して垂直に１回エッチングすればよいため、高精度に形成できる。よって、厳しい径精度が要求される第１ノズル部１１ａを精度良く形成できる。

また、１枚の基板に対してノズル孔を多段に形成する場合、上記のエッチングの深掘りによる精度面での問題に加え、各段毎にエッチングマスクのパターニング工程が必要となり、製造工程が煩雑化する。しかしながら、本例の製造方法では各層の基板にそれぞれ対応の径を有するノズル部を形成した後、接合すれば良いため、製造工程を簡略化できる。

このような利点を有するノズル基板１を備えたインクジェットヘッド１０は、インク滴の飛翔方向のばらつきを抑えることができ、メニスカスが安定して良好なインク吐出性能を発揮することが可能である。

なお、本実施の形態では、ノズル基板１、キャビティー基板２及び電極基板３を備えた３層構造のインクジェットヘッドにおけるノズル基板の製造方法について説明したが、ノズル基板、リザーバー基板、キャビティー基板及び電極基板を備えた４層構造のインクジェットヘッドにおけるノズル基板の製造方法としても、本発明を適用できる。

また、上記の実施の形態では、ノズル基板１の構造及びその製造方法、並びにインクジェットヘッド及びそ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１１より吐出される液状材料を変更することにより、図９に示すインクジェットプリンタ４００のほか、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、プリント配線基板製造装置にて製造する配線基板の配線部分の形成、生体液滴の吐出（プロテインチップやＤＮＡチップの製造）など、様々な用途の液滴吐出装置に適用することができる。

１ ノズル基板、１ａ 第１層基板、１ｂ 第２層基板、２ キャビティー基板、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ノズル部、１１ｂ 第２ノズル部、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 表面、１００ｂ 表面（吐出面）、１０１ レジスト、１０１ａ 開口、１０２ 凹部、１０２ａ 表面、１０３ 耐インク保護膜（熱酸化膜）、１０４ 耐インク保護膜、１０５ 撥液膜、１１０ 支持基板、１２０ シリコン基板、１２０ａ 面、１２０ｂ 表面、１２１ レジスト、１２１ａ 開口、１２２ 凹部、１２３ 親液膜、１２４ プライマー層、２００ シリコン基板、２０１ ＴＥＯＳ膜、３００ ガラス基板、４００ インクジェットプリンタ。

Claims (8)

1. 吐出方向の先端側から後端側に向けて開口断面が段階的に大きくなるｎ段（ｎは２以上の自然数）の多段構造のノズル孔を有するノズル基板の製造方法であって、
   前記ノズル孔の吐出方向先端の１段目を構成する第１層基板を形成する工程は、
   第１シリコン基板の一方の面に第１凹部を形成する工程と、
   前記第１シリコン基板の前記第１凹部の内壁を含む前記第１凹部形成面全体に耐液保護膜を形成する工程と、
   前記第１シリコン基板の他方の面側から前記第１凹部の底面が開口するまで薄板化し第１ノズル部を形成する工程と、
   前記薄板化された前記他方の面側に撥液膜を形成する工程とを有し、
   ｘ（ｘ＝２，・・・ｎ）段目を構成する第ｘ層基板を形成する工程は、
   第ｘシリコン基板の一方の面に第ｘ−１凹部の内径よりも大きい内径を有する第ｘ凹部を形成する工程と、
   前記第ｘシリコン基板の前記第ｘ凹部の内壁を含む前記第ｘ凹部形成面全体に親液膜を形成する工程と、
   前記第ｘシリコン基板の他方の面側から前記第ｘ凹部の底面が開口するまで薄板化し、第ｘノズル部を形成する工程とを有し、
   そして、
   前記第１〜第ｎ層基板を、この順に積層し接合することを特徴とするノズル基板の製造方法。
2. 前記第ｎ層基板は、第ｎシリコン基板に第ｎノズル部を形成した後、他の基板との接合面となる表面全体にプライマー層を形成する工程を有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。
3. 請求項１又は請求項２記載のノズル基板の製造方法で製造されたノズル基板。
4. 液滴を吐出するための複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル基板の前記複数のノズルそれぞれに連通して液滴を収容する複数の圧力室を有するキャビティー基板と、前記圧力室に液滴を飛翔させる圧力変化を与え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、
   前記ノズル基板を、請求項１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。
5. 液滴を吐出するための複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル基板の前記複数のノズルそれぞれに連通して液滴を収容する複数の圧力室を有するキャビティー基板と、前記圧力室に液滴を飛翔させる圧力変化を与え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、
   前記ノズル基板を、請求項２記載のノズル基板の製造方法により製造する工程と、
   前記ノズル基板の前記第ｎ層基板に形成された前記プライマー層側を前記キャビティー基板と接合する工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記ノズル基板と前記キャビティー基板との接合を表面活性接合により行うことを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 請求項４乃至請求項６の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法で製造された液滴吐出ヘッド。
8. 請求項７記載の液滴吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする液滴吐出装置。

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