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、C48、SF6を交互に使用することができる。
このとき、C48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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