JP4337723B2 - 液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置 - Google Patents

液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置 Download PDF

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Description

本発明は液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置に関し、特
に歩留まりが高く、吐出性能の高い液滴吐出ヘッドが製造可能な液滴吐出ヘッドの製造方
法及びこの製造方法で製造された液滴吐出ヘッド並びにこの液滴吐出ヘッドを搭載した液
滴吐出装置に関する。
インクジェット記録装置は、高速印字が可能、記録時の騒音が極めて小さい、インクの
自由度が高い、安価な普通紙を使用できる等の多くの利点を有する。近年、インクジェッ
ト記録装置の中でも、記録が必要なときにのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・
オン・デマンド方式のインクジェット記録装置が主流となっている。このインク・オン・
デマンド方式のインクジェット記録装置は、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
い等の利点がある。
このインク・オン・デマンド方式のインクジェット記録装置には、インク液滴を吐出さ
せる方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェッ
ト記録装置がある。また、駆動手段に圧電素子（ピエゾ素子）を利用した、いわゆる圧電
駆動方式のインクジェット記録装置や、発熱素子等を利用した、いわゆるバブルジェット
（登録商標）方式のインクジェット記録装置等がある。
上記のようなインクジェット記録装置では、一般にインクジェットヘッドのノズルから
インク液滴を吐出するようになっている。インクジェットヘッドにノズルを設ける方式に
は、インクジェットヘッドの側面側からインク液滴を吐出するサイドイジェクトタイプと
、インクジェットヘッドの表面側からインク液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプが
ある。
フェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドでは、ノズルの孔の部分の流路抵抗
を調整し、ノズルの長さが最適になるようにノズル基板の厚さを調整するのが望ましい。
従来のフェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法
では、シリコン基板を所望の厚さに研削した後に、シリコン基板の両面からドライエッチ
ングによって第１のノズル孔と、この第１のノズル孔に連通する第２のノズル孔を形成す
るようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
また従来のフェイスイジェクトタイプの噴射装置（液滴吐出ヘッド）のノズルの形成方
法では、シリコン基板の一方の面からＩＣＰ放電を用いた異方性ドライエッチングにより
、内径の異なる第１のノズル孔と第２のノズル孔を２段に形成した後に、反対側の面を異
方性ウェットエッチングにより掘り下げてノズルの長さを調整するようにしていた（例え
ば、特許文献２参照）。
特開平９−５７９８１号公報（図１、図２） 特開平１１−２８８２０号公報（図１〜図４）
従来のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では（例えば、特許文献１参
照）、ドライエッチングによって第１のノズル孔と第２のノズル孔を形成する前に、シリ
コン基板を研削して薄くするため、製造工程の途中でシリコン基板が割れたり、欠けてし
まうことがあるという問題点があった。またこのため、歩留まりが低くなり、製造コスト
が高くなってしまうという問題点があった。
さらにこのインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では、ドライエッチング
加工の際に、加工形状を安定させるためにノズルプレートの加工面の反対側からヘリウム
ガス等で冷却を行うが、ノズルの貫通時にヘリウムガス等が加工面側にリークしてエッチ
ングができなくなってしまうという問題点もあった。
また一般的にノズルの内壁にはシリコン酸化膜等からなる耐インク保護膜を形成する必
要があるが、このノズルプレートの製造方法では耐インク保護膜を熱酸化で形成しようと
すると、シリコン基板が薄く、自重で変形してしまうため、熱酸化装置にセットできなく
なる等の問題点があった。さらに、熱酸化の代わりに熱負荷の少ないＣＶＤ、スパッタ等
で耐インク保護膜を形成しようとすると、ノズルの内壁に耐インク保護膜を均一に形成す
ることができないという問題点もあった。
また従来の噴射装置のノズル形成方法では（例えば、特許文献２参照）、第１のノズル
孔が開口する吐出面が、基板表面から深く下がった位置に形成されるため、インク液滴が
飛行中に曲がってしまうという問題点があった。またこのような構造では、ノズルの目詰
まりの原因となる紙粉、インク等を、ゴム片やフェルト片で吐出面から除去するワイピン
グ作業が困難になるという問題点があった。
本発明は、製造中にシリコン基板が割れたり欠けたりすることがなく、歩留まりの高い
液滴吐出ヘッドの製造方法及びこの液滴吐出ヘッドの製造方法で製造された吐出性能の高
い液滴吐出ヘッド並びにこの液滴吐出ヘッドが搭載されている印字性能等が高い液滴吐出
装置を提供することを目的とする。
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板の一方の面をエッチングすることにより、ノズルとなる凹部を形成する工程と、シリコン基板のノズルとなる凹部が形成されている面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、シリコン基板の第１の支持基板が貼り合わせられた面の反対面から、シリコン基板を全体的に薄板化する工程と、シリコン基板の薄板化された側の面に、第２の支持基板又はテープを貼り合わせる工程と、第２の支持基板又はテープがシリコン基板に貼り合わせられた状態で、第１の支持基板をシリコン基板から剥離する工程とを有するものである。
シリコン基板の一方の面をエッチングすることによりノズルとなる凹部を形成し、ノズルとなる凹部が形成されている面に支持基板を貼り合わせて、支持基板が貼り合わせられた面の反対面からシリコン基板を薄板化するため、ノズルとなる凹部を形成するときに厚いシリコン基板を使用することができ、シリコン基板が割れたり欠けたりするのを防止することができる。またこの液滴吐出ヘッドの製造方法では、薄板化したシリコン基板を加工する工程がなく、シリコン基板が割れたり欠けたりするのを効果的に防止することができる。
さらに、例えば厚いシリコン基板に非貫通状態でノズルとなる凹部を形成するようにすれば、ヘリウムガス等が加工面側にリークしてエッチングができなくなるのを防止することができる。
また、例えば、第２の支持基板又はテープが貼り合わせられたシリコン基板とキャビティ基板を接合するようにすれば、シリコン基板が割れたり欠けたりするのを防止することができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルとなる凹部を形成する工程にお
いて、第１のノズル孔となる凹部と、第１のノズル孔に連通し、第１のノズル孔よりも径
の大きい第２のノズル孔となる凹部を形成するものである。
例えば吐出面側に第１のノズル孔となる凹部を形成し、吐出室側に第１のノズル孔に連
通し、第１のノズル孔よりも径の大きい第２のノズル孔となる凹部を形成することにより
、２段ノズルを形成することができ、液滴吐出の際の直進性を向上させることができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルとなる凹部を、ドライエッチン
グにより形成するものである。
ノズルとなる凹部をドライエッチングにより形成すれば、高精度のノズルを短時間で形
成することができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板に第１の支持基板を貼り合わせる前に、熱酸化によってシリコン基板にシリコン酸化膜を形成するものである。
シリコン基板に支持基板を貼り合わせる前に、熱酸化によってシリコン基板にシリコン酸化膜を形成するため、ノズルの内壁に均一なシリコン酸化膜を形成することができ、吐出性能の高い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、シリコン基板を全体的に薄板化する工程において、ドライエッチングによりノズルがシリコン基板を貫通するようにするものである。
例えば研削によりシリコン基板の薄板化を行い、シリコン基板を薄板化する工程の最後にドライエッチングによりノズルを貫通させれば、ノズルの周辺部が傷つくのを防止することができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板を全体的に薄板化する工程において、ＣＭＰによりノズルがシリコン基板を貫通するようにするものである。
例えば研削によりシリコン基板の薄板化を行い、シリコン基板を薄板化する工程の最後にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃｈａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学的機械的研磨）によりノズルを貫通させれば、ノズルの周辺部が傷つくのを防止することができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板を全体的に薄板化した後に、シリコン基板の薄板化された側の面に耐インク保護膜及び撥インク膜を形成する工程を有するものである。
シリコン基板の薄板化された側の面（吐出面）に耐インク保護膜及び撥インク膜を形成することにより、液滴吐出ヘッドをインク等の液滴によるエッチングから保護し、吐出された液滴の直進性を向上させることができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、耐インク保護膜を、常温スパッタによ
り形成するものである。
耐インク保護膜を常温スパッタにより形成すれば、例えばシリコン基板と支持基板を熱
に弱い樹脂を用いて接着した場合でも、樹脂層が劣化するのを防止することができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第２の支持基板又はテープがシリコン
基板に貼り合わせられた状態で、ノズルの内壁をプラズマ処理するものである。
ノズルの内壁をプラズマ処理して撥インク膜を除去すれば、インクの吐出性能を向上さ
せることができる。また第２の支持基板又はテープがシリコン基板に貼り合わせられた状
態でノズル内壁をプラズマ処理すれば、吐出面の撥インク膜を除去することなくノズル内
壁の撥インク膜のみを除去することができる。
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第２の支持基板又はテープがシリコン
基板に貼り合わせられた状態で、該シリコン基板を吐出室となる凹部が形成されたキャビ
ティ基板と接合する工程と、該キャビティ基板に接合されたシリコン基板から第２の基板
又はテープを剥離する工程を有するものである。
第２の支持基板又はテープがシリコン基板に貼り合わせられた状態で、シリコン基板と
キャビティ基板を接合するため、薄板化されたシリコン基板が第２の支持基板又はテープ
で支持され、シリコン基板が破損するのを防止することができる。
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のいず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。
上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いれば、シリコン基板の割れや欠けがなく、吐出
性能の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
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。
上記の液滴吐出ヘッドを搭載することにより、印字性能等の高い液滴吐出装置を得るこ
とができる。
実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドを示した縦断面図である。なお図１
では、駆動回路２１の部分を模式的に示している。また図１では、液滴吐出装置の例とし
て、静電駆動方式でフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを示している。
本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、主にキャビティ基板２、電極基板３、及びノ
ズル基板４が接合されることにより構成されている。ノズル基板４はシリコンからなり、
例えば円筒状の第１のノズル孔６と、第１のノズル孔６と連通し、第１のノズル孔６より
も径の大きい円筒状の第２のノズル孔７を有するノズル８が形成されている。第１のノズ
ル孔６は、液滴吐出面１０（キャビティ基板２との接合面１１の反対面）に開口するよう
に形成されており、第２のノズル孔７は、キャビティ基板２との接合面１１に開口するよ
うに形成されている。
なおノズル基板４は、後に示す所定の加工を施しやすいように単結晶シリコンを使用す
るのが望ましい。
キャビティ基板２は、例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板１２である吐出室
１３となる凹部が複数形成されている。なお複数の吐出室１３は、図１の紙面手前側から
紙面奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。またキャビティ基板２には、
各吐出室１３にインク等の液滴を供給するためのリザーバ１４となる凹部と、このリザー
バ１４と各吐出室１３を連通する細溝状のオリフィス１５となる凹部が形成されている。
図１に示す液滴吐出ヘッド１では、リザーバ１４は単一の凹部から形成されており、オリ
フィス１５は各吐出室１３に対して１つずつ形成されている。なおオリフィス１５は、ノ
ズル基板４の接合面１１に形成するようにしてもよい。
さらにキャビティ基板２の全面には、例えばＣＶＤ又は熱酸化によって酸化シリコン等
からなる絶縁膜１６（後述の液滴保護膜２４等）が形成されている。この絶縁膜１６は、
液滴吐出ヘッド１の駆動時の絶縁破壊やショートを防止し、また吐出室１３やリザーバ１
４の内部の液滴によりキャビティ基板２がエッチングされるのを防止するためのものであ
る。
キャビティ基板２の振動板１２側には、例えばホウ珪酸ガラスからなる電極基板３が接
合されている。電極基板３には、振動板１２と対向する複数の電極１７が形成されている
。この電極１７は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）をスパッタする
ことにより形成する。また電極基板３には、リザーバ１４と連通するインク供給孔１８が
形成されている。このインク供給孔１８は、リザーバ１４の底壁に設けられた孔と繋がっ
ており、リザーバ１４にインク等の液滴を外部から供給するために設けられている。
なお、キャビティ基板２が単結晶シリコンからなり、電極基板３がホウ珪酸ガラスから
なる場合には、キャビティ基板２と電極基板３の接合を陽極接合によって行うことができ
る。
ここで図１に示す液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。キャビティ基板２と個々
の電極１７には駆動回路２１が接続されている。駆動回路２１によりキャビティ基板２と
電極１７の間にパルス電圧が印加されると、振動板１２が電極１７の側に撓み、リザーバ
１４の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室１３に流れ込む。そして、キャビティ
基板２と電極１７の間に印加されていた電圧がなくなると、振動板１２が元の位置に戻っ
て吐出室１３の内部の圧力が高くなり、ノズル８からインク等の液滴が吐出される。
なお本実施形態１では、液滴吐出ヘッドの例として静電駆動方式の液滴吐出ヘッドを示
しているが、本実施形態１で示すノズル基板４の製造方法は圧電駆動方式やバブルジェッ
ト（登録商標）方式等の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
図２は、ノズル基板４を液滴吐出面１０側から見た上面図である。図２に示すように、
第１のノズル孔６がノズル基板４の液滴吐出面１０側に複数開口している。なお第２のノ
ズル孔７は、図２の個々のノズル孔６の紙面奥側に形成されている。またキャビティ基板
２の吐出室１３は、個々の第１のノズル孔６（ノズル８）ごとに形成されており、個々の
吐出室１３は図２のＡ−Ａ線方向に細長いものとする。
本実施形態１では、以下において主にノズル基板４の製造方法について説明する。なお
本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１では、第１のノズル孔６と第２のノズル孔７の中心
軸が高い精度で一致しているものとする。これにより、ノズル８から液滴を吐出する際の
液滴の直進性を向上させることができる。
図３から図９は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示した縦断面
図である。なお図３から図７は、主にノズル基板４の製造工程を示しており、図８及び図
９は、キャビティ基板２及び電極基板３を接合した接合基板５の製造工程を示している。
また図３から図７は、図２のＡ−Ａ線に沿った縦断面におけるノズル８の周辺部を示して
いる。初めに図３から図７を用いてシリコン基板３０からノズル基板４を製造し、このノ
ズル基板４を接合基板に接合して液滴吐出ヘッド１を製造する工程を説明する。
まず、例えば厚さが５２５μｍのシリコン基板３０を準備し、このシリコン基板３０の
全面にシリコン酸化膜３１を均一に成膜する（図３（Ａ））。このシリコン酸化膜３１は
、例えば熱酸化装置により温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で４時間熱酸化
することにより形成する。
次にシリコン基板３０の片面にレジスト３２をコーティングし、第２のノズル孔７とな
る部分７ａをパターニングして、第２のノズル孔７となる部分７ａのレジスト３２を除去
する（図３（Ｂ））。なおレジスト３２のコーティングされた面は、後にノズル基板４の
接合面１１となる。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ
酸水溶液でシリコン酸化膜３１をハーフエッチングし、第２のノズル孔７となる部分７ａ
のシリコン酸化膜３１を薄くする（図３（Ｃ））。なおこのときレジスト３２の形成され
ていない面のシリコン酸化膜３１も薄くなる。
それから、シリコン酸化膜３１の片面に形成されたレジスト３２を剥離する（図３（Ｄ
））。
その後、再度接合面１１となる面にレジスト３３をコーティングし、第１のノズル孔６
となる部分６ａをパターニングして、第１のノズル孔６となる部分６ａのレジスト３３を
除去する（図４（Ｅ））。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ
酸水溶液でシリコン酸化膜３１をハーフエッチングし、第１のノズル孔６となる部分６ａ
のシリコン酸化膜３１を除去する（図４（Ｆ））。なおこのときレジスト３３の形成され
ていない面のシリコン酸化膜３１もすべて除去される。
それから、図４（Ｅ）の工程で形成されたレジスト３３を剥離する（図４（Ｇ））。
次に、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）放電による
ドライエッチングによって第１のノズル孔６となる部分６ａから異方性エッチングを行い
、例えば深さ２５μｍの凹部６ｂを形成する（図４（Ｈ））。なおこの凹部６ｂは、第１
のノズル孔６となる凹部６ｃの元となるものである（図５（Ｊ）参照）。この異方性ドラ
イエッチングのエッチングガスとして、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6を交互に使用することができる。
このとき、Ｃ4Ｆ8は凹部６ｂの側面方向にエッチングが進行しないように凹部６ｂの側面
を保護するために使用し、ＳＦ6は凹部６ｂの垂直方向のエッチングを促進するために使
用する。
その後、シリコン酸化膜３１をハーフエッチングして、第２のノズル孔７となる部分７
ａのシリコン酸化膜３１を除去する（図５（Ｉ））。なおこのとき、シリコン酸化膜３１
のその他の部分も薄くなる。
そして、再度ＩＣＰ放電によるドライエッチングによって第２のノズル孔７となる部分
７ａ（凹部６ｂを含む）から例えば深さ４０μｍだけ異方性ドライエッチングを行い、第
１のノズル孔６となる凹部６ｃ及び第２のノズル孔７となる凹部７ｂを形成する（図５（
Ｊ））。
それからシリコン基板３０に残ったシリコン酸化膜３１を例えばフッ酸水溶液ですべて
除去した後、シリコン基板３０の全面に例えば厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜３４を均
一に成膜する（図５（Ｋ））。このシリコン酸化膜３４は、例えば熱酸化装置により温度
１０００℃、酸素雰囲気中で２時間熱酸化することにより形成する。なお図５（Ｋ）では
熱酸化によりシリコン酸化膜３４を成膜するため、第１のノズル孔６となる凹部６ｃ及び
第２のノズル孔７となる凹部７ｂの内壁にも均一にシリコン酸化膜３４を形成することが
できる。
次に、例えばガラス等の透明材料からなる第１の支持基板４０の片面に剥離層４１をス
ピンコートし、その上に樹脂層４２をスピンコートする。そして第１の支持基板４０の剥
離層４１及び樹脂層４２をスピンコートした面と、シリコン基板３０の第２のノズル孔７
となる凹部７ｂ等が形成されている面を向かい合わせて樹脂層４２を硬化させることによ
り、第１の支持基板４０とシリコン基板３０を貼り合わせる（図６（Ｌ））。なお図６及
び図７では、シリコン基板３０の向きが図３から図５までと上下逆になっている。
ここで、図６（Ｌ）の工程における剥離層４１及び樹脂層４２について説明する。
剥離層４１は、レーザー光等の光が当てられることにより剥離層４１内部やシリコン基
板３１との界面において剥離（層内剥離又は界面剥離という）を起こすものである（図７
（Ｐ）参照）。即ち剥離層４１は、一定の強度の光を受けることにより剥離層４１を構成
する材料の原子又は分子間の結合力が消失若しくは減少することにより、アブレーション
（ａｂｌａｔｉｏｎ、切除又は除去）を生じる。剥離層４１は一定の強度の光を受けると
、剥離層４１を構成する材料の成分が気体となることにより剥離を起こす。これにより、
以下の図７（Ｐ）の工程において薄板化されたシリコン基板３０（ノズル基板４）から第
１の支持基板４０を取り外すことができる。
なお第１の支持基板４０は、光を透過するガラス等からなるものを用いるのが望ましい
。これによりシリコン基板３０から第１の支持基板４０を剥離するときに、第１の支持基
板４０の裏面（シリコン基板３０が接合された面の反対面）から剥離層４１に光を照射し
て十分な剥離エネルギーを与えることが可能となる。
剥離層４１を構成する材料は、上記のような機能を有するものであれば特に限定されな
いが、例えば非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ、アモルファスシリコン）、酸化ケイ素、ケイ酸
化合物や、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化セラミックス、光の照射
によって原子間結合が切断される有機高分子材料、又はアルミニウム、リチウム、チタン
、マンガン、インジウム、錫、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジウム、プラセ
オジム、ガドリニウム、サマリウム等の金属、若しくは上記の金属を少なくとも１種以上
含んだ合金等が挙げられる。これらの材料のうち、剥離層４１の構成材料として非晶質シ
リコンを用いるのが好ましく、この非晶質シリコンの中に水素が含まれているのがさらに
好ましい。このような材料を用いることにより、剥離層４１が光を受けた場合に水素が放
出されて剥離層４１に内圧が発生し、剥離を促進させることができる。この場合の剥離層
４１の水素の含有量は、２重量％以上が好ましく、２〜２０重量％であるとさらに好まし
い。
また樹脂層４２は、シリコン基板３０の凹凸を吸収し、且つシリコン基板３０と第１の
支持基板４０を接合するためのものである。樹脂層４２を構成する材料としては、シリコ
ン基板３０と第１の支持基板４０を接合する機能を有するものであれば特に限定されない
が、例えば熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤等の硬化性接着剤を用いることができる。な
お樹脂層４２は、耐ドライエッチング性の高い材料を主材料としているものが望ましい。
本実施形態１では、剥離層４１と樹脂層４２は別々の層として形成されているが、例え
ばこれらの層を１つの層から構成するようにしてもよい。これは例えば、シリコン基板３
０と第１の支持基板４０を接着する機能を有し、且つ光エネルギーや熱エネルギーによっ
て剥離を引き起こす機能を持った層を形成することで実現できる。なおこのような機能を
持った材料については、例えば特開２００２−３７３８７１号公報を参照されたい。
ここで図６の製造工程に戻り、シリコン基板３０と第１の支持基板４０を接合した後に
、シリコン基板３０の第１の支持基板４０が接合された面の反対面から研削加工を行い、
第１のノズル孔６となる凹部６ｃの付近までシリコン基板３０を薄板化する。そしてＣＦ
4又はＣＨＦ3等をエッチングガスとするドライエッチングによって第１のノズル孔６とな
る凹部６ｃの先端のシリコン酸化膜３４を除去してノズル８を貫通させる（図６（Ｍ））
。なおノズル８を貫通させるときにＣＭＰ装置を用いて第１のノズル孔６となる凹部６ｃ
の先端のシリコン酸化膜３４を除去してもよいが、ＣＭＰ加工後にノズル８内部の研磨剤
を水洗除去しなければならいため、ドライエッチングを行うのが望ましい。またシリコン
基板３０を薄板化するのに、例えばＳＦ6をエッチングガスとするドライエッチングを行
うようにしてもよい。
次に、シリコン基板３０の第１の支持基板４０が接合された面の反対面に、スパッタ装
置を用いて酸化シリコンからなる耐インク保護膜３５を形成する。なお本実施形態１では
、耐インク保護膜３５を形成するのにＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｏｒｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ
Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ装置等の常温スパッタ装置を用いる。これは、ＥＣＲスパ
ッタ装置を用いて緻密な耐インク保護膜３５を形成するためと、樹脂層４２が熱によって
劣化するのを防止するためである。なお樹脂層４２が劣化しない温度（約２００℃以下）
のものであれば、他のスパッタ装置や他の方法で耐インク保護膜３５を形成してもよい。
そしてシリコン基板３０の耐インク保護膜３５の表面に、例えば蒸着やディッピング（
浸漬）等によって、撥インク膜３６を形成する（図６（Ｎ））。撥インク膜３６の材料と
しては、フッ素原子を含有した撥インク材料を用いることができる。この段階でシリコン
基板３０自体の加工は終了し、ノズル基板４が完成する。
それから図６（Ｌ）の工程と同様に、例えばガラス等の透明材料からなる第２の支持基
板５０の片面に剥離層５１をスピンコートし、その上に樹脂層５２をスピンコートする。
そして第２の支持基板５０の剥離層５１及び樹脂層５２をスピンコートした面と、シリコ
ン基板３０の、第１の支持基板４０が貼り合わせられている面の反対面を向かい合わせて
樹脂層５２を硬化させることにより、第２の支持基板５０とシリコン基板３０を貼り合わ
せる。次に、第１の支持基板４０側からレーザー光等を照射して剥離層４１の部分から第
１の支持基板４０を剥離して、その後、樹脂層４２をシリコン基板３０からゆっくりと剥
がし取る。この際、樹脂層４２をシリコン基板３０の外周部から剥がし取るようにする。
そして、第１のノズル孔６及び第２のノズル孔７の内壁に付着した撥インク膜３６を、
第２のノズル孔７側からプラズマ処理によって除去する（図７（Ｐ））。なお、第１のノ
ズル孔６及び第２のノズル孔７の内壁に付着した撥インク膜３６は、上記の図６（Ｎ）の
工程における撥インク膜３６を形成する際にできたものである。このプラズマ処理の際に
は、撥インク膜３６が樹脂層５２によって保護されるため、第１のノズル孔６及び第２の
ノズル孔７の内壁に付着した撥インク膜３６のみが除去される。
次に、シリコン基板３０（ノズル基板４）の第２の支持基板５０が貼り合わせられた面
の反対面に接着剤等を転写して接着剤層３７を形成し、電極基板３が接合されたキャビテ
ィ基板２と、シリコン基板３０を接合する（図７（Ｑ））。
それから図７（Ｐ）の工程と同様に、第２の支持基板５０側からレーザー光等を照射し
て剥離層５１の部分から第２の支持基板５０を剥離して、樹脂層５２をシリコン基板３０
からゆっくりと剥がし取る。この際、図７（Ｐ）の工程と同様に、樹脂層５２をシリコン
基板３０の外周部から剥がし取るようにする。
最後に、例えばキャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が接合された接合基
板をダイシング（切断）により分離して、液滴吐出ヘッド１が完成する。
なお上記の図６（Ｌ）から図７（Ｑ）の工程において、第１の支持基板４０及び第２の
支持基板５０の代わりに、ダイシングテープ等のテープを使用してもよい。但し、薄板化
されたシリコン基板３０とテープのみではシリコン基板３０の変形が大きくなるため、テ
ープの貼り合わせられた面を真空吸着治具等によって保持するのが望ましい。
図８及び図９は、キャビティ基板２及び電極基板３を接合した接合基板の製造工程を示
す縦断面図である。以下、キャビティ基板２及び電極基板３を接合した接合基板の製造工
程について簡単に説明する。なお、キャビティ基板２及び電極基板３の製造方法は、図８
及び図９に示されるものに限定されるものではない。
まず、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板を、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１９を形成する。なおこの凹部
１９は、電極１７の形状より少し大きい溝状のものであって複数形成するものとする。
そして凹部１９の内部に、例えばスパッタによってＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏ
ｘｉｄｅ）からなる電極１７を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔１８となる孔部１８ａを形成して電極基板３を
形成する（図８（ａ））。
次に、例えば厚さが５２５μｍのシリコン基板２ａの両面を鏡面研磨した後に、シリコ
ン基板２ａの片面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）によってＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）からなる
厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜２２を形成する（図８（ｂ））。なおシリコン酸化膜２
２を形成する前に、エッチングストップのためのボロンドープ層を形成するようにしても
よい。振動板１２をボロンドープ層から形成することにより、厚み精度の高い振動板１２
を形成することができる。
それから、図８（ｂ）に示すシリコン基板２ａと、図８（ａ）に示す電極基板３を例え
ば３６０℃に加熱し、シリコン基板２ａに陽極、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を行う（図８（ｃ））
シリコン基板２ａと電極基板３を陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で図３（
ｃ）の工程で得られた接合基板をエッチングすることにより、シリコン基板２ａの全体を
例えば厚さ１４０μｍになるまで薄板化する（図８（ｄ））。
それから、シリコン基板２ａの上面（電極基板３が接合されている面の反対面）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、吐出室１３となる凹部１３ａ、リザーバ１４となる凹部１４
ａ及びオリフィスとなる凹部１５ａとなる部分を形成するためのレジストをパターニング
し、この部分のＴＥＯＳ膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板２ａ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、吐
出室１３となる凹部１３ａ、リザーバ１４となる凹部１４ａ及びオリフィスとなる凹部１
５ａを形成する（図９（ｅ））。このとき、電極取出し部２３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１２の面荒れを抑制することができる。
シリコン基板２ａのエッチングが終了した後に、接合基板をフッ酸水溶液でエッチング
してシリコン基板２ａに形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。また電極基板３のインク供給
孔１８となる孔部１８ａにレーザー加工を施し、インク供給孔１８が電極基板３を貫通す
るようにする（図９（ｆ））。
次に、シリコン基板２ａの吐出室１３となる凹部１３ａ等の形成された面に、例えばＣ
ＶＤによってＴＥＯＳ等からなる液滴保護膜２４を、例えば厚さ０．１μｍで形成する（
図９（ｇ））。
それからＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によって電極取出し
部２３を開放する。またシリコン基板２ａに機械加工又はレーザー加工を行って、インク
供給孔１８をリザーバ１４となる凹部１４ａまで貫通させる。これにより、キャビティ基
板２と電極基板３が接合された接合基板５が完成する。この接合基板５は、図７（Ｑ）の
工程において、ノズル基板４と接合されることとなる。
なお電極取出し部２３に、振動板１２と電極１７の間の空間を封止するための封止剤（
図示せず）を塗布するようにしてもよい。
本実施形態１では、シリコン基板３０の一方の面をエッチングすることによりノズル８
となる凹部を形成し、ノズル８となる凹部が形成されている面に第１の支持基板４０を貼
り合わせて、第１の支持基板４０が貼り合わせられた面の反対面からシリコン基板３０を
薄板化するため、ノズル８となる凹部を形成するときに厚いシリコン基板３０を使用する
ことができ、シリコン基板３０が割れたり欠けたりするのを防止することができる。また
薄板化したシリコン基板３０を加工する工程がないため、シリコン基板３０が割れたり欠
けたりするのを効果的に防止することができる。
さらに、厚いシリコン基板３０に非貫通状態でノズル８となる凹部を形成するため、ヘ
リウムガス等が加工面側にリークしてエッチングができなくなるのを防止することができ
る。
また、シリコン基板３０に第２の支持基板５０を貼り付けて、薄板化されたシリコン基
板３０とキャビティ基板２との接合等を行うため、シリコン基板３０が割れたり欠けたり
するのを防止することができる。
実施形態２．
図１０は、実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の
１例を示した斜視図である。図１０に示す液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェッ
トプリンタである。
実施形態１で得られた液滴吐出ヘッド１は、上記のように割れや欠けがなく、液滴吐出
装置１００は吐出性能が高いものである。
なお実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１は、図１０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、生体液体の吐出等にも適用することができる。
また実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１は、圧電駆動方式の液滴吐出装
置や、バブルジェット（登録商標）方式の液滴吐出装置にも使用できる。
なお、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置は、
本発明の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更するこ
とができる。例えば、第１の支持基板４０のみを用い、第２の支持基板５０を使用しない
でノズル基板４を製造するようにしてもよい。
本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドを示した縦断面図。 ノズル基板を液滴吐出面側から見た上面図。 実施形態１に係るノズル基板の製造工程を示した縦断面図。 図３の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。 図４の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。 図５の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。 図６の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。 キャビティ基板と電極基板を接合した接合基板の製造工程を示す縦断面図。 図８の製造工程の続きの工程を示した縦断面図。 実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の１例を示した斜視図。
符号の説明
１ 液滴吐出ヘッド、２ キャビティ基板、３ 電極基板、４ ノズル基板、６ 第１
のノズル孔、７ 第２のノズル孔、８ ノズル、１０ 液滴吐出面、１１ 接合面、１２
振動板、１３ 吐出室、１４ リザーバ、１５ オリフィス、１６ 絶縁膜、１７ 電
極、１８ インク供給孔、２１ 駆動回路、１００ 液滴吐出装置。

Claims (12)

  1. シリコン基板の一方の面をエッチングすることにより、ノズルとなる凹部を形成する工程と、
    前記シリコン基板の前記ノズルとなる凹部が形成されている面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、
    前記シリコン基板の前記第１の支持基板が貼り合わせられた面の反対面から、前記シリコン基板を全体的に薄板化する工程と、
    前記シリコン基板の薄板化された側の面に、第２の支持基板又はテープを貼り合わせる工程と、
    前記第２の支持基板又はテープが前記シリコン基板に貼り合わせられた状態で、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
    を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
  2. 前記ノズルとなる凹部を形成する工程において、第１のノズル孔となる凹部と、前記第１のノズル孔に連通し、前記第１のノズル孔よりも径の大きい第２のノズル孔となる凹部を形成することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  3. 前記ノズルとなる凹部を、ドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  4. 前記シリコン基板に前記第１の支持基板を貼り合わせる前に、熱酸化によって前記シリコン基板にシリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  5. 前記シリコン基板を全体的に薄板化する工程において、ドライエッチングにより前記ノズルがシリコン基板を貫通するようにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  6. 前記シリコン基板を全体的に薄板化する工程において、ＣＭＰにより前記ノズルがシリコン基板を貫通するようにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  7. 前記シリコン基板を全体的に薄板化した後に、前記シリコン基板の薄板化された側の面に耐インク保護膜及び撥インク膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  8. 前記耐インク保護膜を、常温スパッタにより形成することを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  9. 前記第２の支持基板又はテープが前記シリコン基板に貼り合わせられた状態で、前記ノズルの内壁をプラズマ処理することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  10. 前記第２の支持基板又はテープが前記シリコン基板に貼り合わせられた状態で、該シリコン基板を吐出室となる凹部が形成されたキャビティ基板と接合する工程と、該キャビティ基板に接合されたシリコン基板から前記第２の基板又はテープを剥離する工程を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法で製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  12. 請求項１１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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