JP4936880B2 - ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。

プリンタなどの印刷装置や、フラットパネル表示装置や半導体装置などの製造に用いられる成膜（印刷）装置においては、インクジェット法によりインクや膜材料を対象物に向けて吐出、飛翔させて着色や成膜を行う技術が用いれる。
このインクジェット法に用いられる液滴吐出ヘッドは、一般に「インクジェットヘッド」などと呼ばれ、精巧な技術を駆使して製造される精密な部品により構成されている。特に、インクや膜素材が吐出されるノズル孔が形成されたノズルプレートは、着弾特性・飛翔特性などの基本的な動作特性に大きな影響を与えるため、極めて高い加工精度が要求されている。

高い加工精度で形成することが可能なノズルプレートとして、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを利用したものが開示されている（特許文献１）。このノズルプレートは、シリコンからなる支持層と、酸化シリコンからなる誘電体層と、シリコンからなる活性層と、がこの順に積層されたＳＯＩウェーハを用い、活性層にドライエッチングで開口することによりノズル孔を形成し、支持層と誘電体層とをエッチングすることによりノズル孔に連通するテーパ部を形成することにより製造される。
特開平９−２１６３６８号公報

しかし、ＳＯＩウェーハはその全体の厚みが２００マイクロメータ程度と薄いため機械的な強度が十分ではなく、そのままの状態で吐出ヘッドに組み込むことが容易ではない。また、吐出ヘッドに組み込んだ後も、振動や衝撃に対する耐久性には改善の余地がある。

またさらに、このように薄いノズルプレートの上流側でインクなどの液体の流路が連通すると、隣接するノズル孔を介した液体の吐出などの影響を受けやすくなる。その結果として、併設されたノズル孔の間でクロストークが生ずるおそれがある。

本発明は、機械的な強度が確保され、着弾特性や飛翔特性などの動作特性に優れたノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供する。

本発明の一態様によれば、第１のシリコン層と、ガラス層と、前記ガラス層と接合された第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層と前記第２のシリコン層との間に設けられた酸化シリコン層と、前記第２のシリコン層と反対側において前記ガラス層に接触して設けられ前記ガラス層とは異なる材料により形成された液室層と、を備え、前記第１のシリコン層を貫通し液滴を吐出するノズル孔と、前記酸化シリコン層及び前記第２のシリコン層を貫通し前記ノズル孔に連通した流路と、前記ガラス層に形成され前記流路に連通し前記液室層に延在してなる液室と、が形成されてなることを特徴とするノズルプレートが提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、第１のシリコン層と、ガラス層と、前記ガラス層と接合された第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層と前記第２のシリコン層との間に設けられた酸化シリコン層と、を備え、前記第１のシリコン層を貫通し液滴を吐出する複数のノズル孔と、前記酸化シリコン層及び前記第２のシリコン層を貫通し前記ノズル孔に連通した流路と、前記ガラス層に形成され前記流路に連通した液室と、が形成され、隣接する前記複数のノズル孔同士の間は、前記ガラス層により仕切られてなることを特徴とするノズルプレートが提供される。

また、本発明のさらに他の一態様によれば、第１のシリコン層と、第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層と前記第２のシリコン層との間に設けられた酸化シリコン層と、を有する積層体の前記第１のシリコン層を貫通するノズル孔を形成し、前記第２のシリコン層を貫通する流路を形成し、前記流路の底に露出した前記酸化シリコン層を除去することにより前記ノズル孔と前記流路とを連通させ、液室を形成したガラス層と、前記第２のシリコン層と、を陽極接合して前記流路と前記液室とを連通させることを特徴とするノズルプレートの製造方法が提供される。

また、本発明のさらに他の一態様によれば、上記のいずれかのノズルプレートと、前記液室内の液体に圧力を加える加圧手段と、を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドが提供される。

また、本発明のさらに他の一態様によれば、上記の液滴吐出ヘッドと、被処理体と前記液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させる駆動部と、前記液滴吐出ヘッドと前記駆動部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置が提供される。

本発明によれば、機械的な強度が確保され、着弾特性や飛翔特性などの動作特性に優れたノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るノズルプレートをそのノズル孔の方向から眺めた模式外観図である。
また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

ノズルプレート１０の液滴吐出面には、複数のノズル孔１２Ａが所定のピッチで併設され、インクや成膜材料などの液体を吐出可能とされている。このノズルプレート１０は、図２に表したように、ＳＯＩ層２０と、ガラス層４０と、を積層した構造を有する。ＳＯＩ層２０は、第１のシリコン層１２と、酸化シリコン層１４と、第２のシリコン層１６と、をこの順に積層した構造を有する。第１のシリコン層１２には、対象物に向けて液体を吐出するノズル孔１２Ａが形成されている。一方、酸化シリコン層１４及び第２のシリコン層１６には、ノズル孔１２Ａに連通した流路１６Ａが形成されている。ノズル孔１２Ａ及び流路１６Ａの開口形状は、例えば、いずれも略円形とすることができる。
一方、ガラス層４０には、流路１６Ａに連通した液室４０Ａが形成されている。液室４０Ａの開口形状は略円形としてもよく、その他、各種の形状を採用することも可能である。

各層の厚みについて例示すると、例えば、第１のシリコン層１２は１０〜５０マイクロメータ、酸化シリコン層１４は０．１〜１マイクロメータ、第２のシリコン層１６は１００〜２００マイクロメータ、ガラス層４０は０．８〜２ミリメータ程度とすることができる。
また、例えばノズル孔１２Ａの開口径ｄ１を２０マイクロメータとした場合、流路１６Ａの開口径ｄ２は２００マイクロメータ、液室の開口径ｄ３は４００マイクロメータ程度とすることができる。本発明者の試作検討の結果によれば、吐出される液体の吐出量や吐出方向を安定にするためには、流路１６Ａの最も広い部分の開口径ｄ２の最大値は、ノズル孔１２Ａの開口径ｄ１の１０倍を超えないようにすることが望ましいことが分かった。これは、流路１６Ａの開口径ｄ２とノズル孔１２Ａの開口径ｄ１とが極端に異なると、ノズル孔１２Ａに向けて液体の流路の断面積が急激に絞られることになり、ノズル孔１２Ａへの液体の供給が不安定になるからであると考えられる。

本実施形態によれば、ＳＯＩ層２０を用いることにより、ノズル孔１２Ａや流路１６Ａのサイズ、形状及び位置を高い精度で形成することができる。すなわち、後に詳述するように、半導体装置の製造において用いられるリソグラフィやドライエッチングなどの微細加工技術を用いることにより、ノズル孔１２Ａや流路１６Ａを高い精度で形成することができる。その結果として、着弾特性や飛翔特性などの動作特性に優れたノズルプレート１０を提供できる。

また、本実施形態によれば、このようなＳＯＩ層２０の上にガラス層４０を積層させ、ガラス層４０に形成した液室４０Ａからインクなどの液体を供給することにより、ノズルプレート１０の機械的な強度を向上させ、同時にクロストークを抑制して安定した着弾特性や飛翔特性が得られる。すなわち、ＳＯＩ層２０の厚みは例えば２００マイクロメータ程度と薄くして加工を容易にしつつ、ガラス層４０を接合することによって、機械的な強度を十分に高めることができる。さらに、隣接するノズル孔１２Ａ同士の間は、ガラス層４０により仕切られているため、それぞれのノズル孔１２Ａにおいて液体が吐出される際に生ずる液体の流れの影響が緩和され、周囲のノズル孔１２Ａに与える影響が抑制される。

この場合、ガラス層４０を接合する代わりに、もともとのＳＯＩ層２０の厚みを厚くすることも考えられる。例えば、第２のシリコン層１６の厚みを１ミリメータあるいはそれ以上とすれば、機械的な強度も確保でき、液室を形成してクロストークを抑制することも可能である。しかし、厚みが１ミリメータあるいはそれ以上にも及ぶシリコン層を加工して液室や流路を形成することは容易でなく、量産化は困難である。これに対して、本実施形態によれば、ガラス層４０を接合することにより、量産も容易で高性能のノズルプレートを提供できる。

またさらに、本実施形態によれば、ＳＯＩ層２０とガラス層４０とを陽極接合により接合することで、接着剤などを用いた場合に生ずる不純物の影響を排除することができる。この点については、後に詳述する。

次に、本実施形態のノズルプレートの製造方法について説明する。
図３は、本実施形態のノズルプレートの製造方法を例示する工程断面図である。なお、図３以降の各図については、既出の図に表したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
第１のシリコン層１２、酸化シリコン層１４、第２のシリコン層１６を積層したＳＯＩウェーハの表面まずエッチングして表面の酸化膜を除去する。ここで用いるＳＯＩウェーハは、第１のシリコン層１２及び第2のシリコン層１６の主面の結晶方位が例えば（１００）面のものとすることができる。ただし、本実施形態における第１のシリコン層１２及び第２のシリコン層１６は必ずしも単結晶である必要はなく、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成された多結晶体であってもよい。
このようなＳＯＩウェーハを水蒸気を含む酸素雰囲気で摂氏１１００度で約１０時間の熱処理を施すことにより、図３（ａ）に表したように、ＳＯＩウェーハの表面に厚みが２マイクロメータ程度の酸化膜２００を形成することができる。

次に、レジストを用いたフォトリソグラフィにより酸化膜２００をパターニングして、図３（ｂ）に表したように、開口２００Ａ及び２００Ｂを形成する。
次に、図３（ｃ）に表したように、開口２００Ａに露出する第１のシリコン層１２をエッチングしてノズル孔１２Ａを形成する。この際に、例えば、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などの方法により、フッ素系や塩素系のエッチングガスなどを用いて、開口２００Ａをマスクとして略垂直なノズル孔１２Ａを形成することができる。また、酸化シリコン層１４をエッチングストッパとして用いることにより、第１のシリコン層１２のみをエッチングすることができる。すなわち、ハロゲン系のエッチングガスを用いた場合、シリコンに対するエッチング速度に比較して酸化シリコンに対するエッチング速度を十分に低くすることが可能であるので、酸化シリコン層１４をエッチングストッパとして用いることができる。

次に、図３（ｄ）に表したように、開口２００Ｂに露出する第2のシリコン層１６をエッチングして流路１６Ａを形成する。この際に、前述したようにＩＣＰやＲＩＥなどの方法を用いれば、開口２００Ｂをマスクとして第2のシリコン層１６を略垂直にエッチングすることができる。
次に、図３（ｅ）に表したように、流路１６Ａの底に露出した酸化シリコン層１４と、ＳＯＩウェーハの表面を覆う酸化膜２００と、を除去する。この際には、例えばフッ酸系のエッチャントを用いたウエットエッチングを用いることができる。このようにして流路１６Ａとノズル孔１２Ａとが連通する。その後、ＳＯＩウェーハをダイシングして、ノズルプレートに搭載するＳＯＩ層２０を切り出す。

このようして得られるＳＯＩ層２０のノズル孔１２Ａ及び流路１６Ａのサイズと位置は、例えば、プラスマイナス１マイクロメータ以内の精度で安定的に形成することができる。その結果として、高い精度のノズルプレートを確実且つ容易に製造することが可能となる。

この後に、別途、液室４０Ａを形成したガラス層４０と、ＳＯＩ層２０と、を陽極接合により接合することで、図１及び図２に表したノズルプレート１０が完成する。
ここで、陽極接合（anodic bonding）は、可動イオンを含むガラスとシリコンとを重ね合わせ、熱と電圧を加えることにより密着接合する方法である。ガラスとシリコンとを重ね合わせて、摂氏３００〜４００度程度に加熱し、ガラス側を陰極、シリコン側を陽極となるように、例えば数１００ボルト程度の電圧を印加する。雰囲気は、大気でもよく、窒素などでもよい。すると、電気的二重層が発生してガラス中に含まれる陽イオンが陰極側に強制的に拡散する。その結果として、ガラスとシリコンとの間に静電引力が発生して密着が促され、ガラスとシリコンとが化学反応により接合される。

陽極接合は固相で実施できるので、ＳＯＩ層２０とガラス層４０とを高い位置精度で接合することが可能となる。つまり、ＳＯＩ層２０とガラス層４０とのズレを抑制できる。また、接着剤などを用いないので、不純物の影響がない。すなわち、図２に表したように、ＳＯＩ層２０とガラス層４０との接合端面は、液室４０Ａ及び流路１６Ａに露出する。従って、ＳＯＩ層２０とガラス層４０とを接着剤で接合した場合には、液室４０Ａ及び流路１６Ａに貯留されるインクなどの液体と、接着剤と、が接触することとなる。この場合、接着剤に含まれる成分がインクなどの液体に溶出してこれを変質させることがあり、またこれとは逆に、インクなどの液体に含まれる成分が接着剤を変質させることもある。

これに対して、陽極接合を用いることにより、ＳＯＩ層２０とガラス層４０との接合界面に不純物は存在せず、インクなどの液体を変質させたり、接合界面において変質が生ずるおそれもない。その結果として、各種の吐出液体に対して、長期に亘り安定的に動作可能なノズルプレートを提供できる。

なお、陽極接合するガラス層４０は、その全体に亘り可動イオンを含有する必要はない。例えば、石英のように可動イオンを含有しないガラス層を用いる場合、その接合界面の付近に、可動イオンとなる元素を拡散などの方法で導入すればよい。または、石英の表面に、可動イオンを含有するガラスの層を塗布やコーティングなどの方法で形成してもよい。これらの方法によれば、可動イオンを含有しないガラス層４０をＳＯＩ層２０に陽極接合することが可能となる。

以下、本実施形態のノズルプレートのさらなる特徴点について説明する。
図４は、ノズル孔１２Ａの開口形状について説明するための模式図である。すなわち、図４（ａ）は図２と同様の断面構造を表し、図（ｂ）〜（ｄ）は、図４（ａ）において符号Ａにより表した部分の拡大図である。
ノズル孔１２Ａの出口側の開口径ｄ１１と、入口側の開口径ｄ１２と、が図４（ｂ）に表したようにｄ１１＜ｄ１２なる関係にある場合、及び図４（ｃ）に表したようにｄ１１＝ｄ１２なる関係にある場合には、ノズル孔１２Ａから吐出される液体の着弾特性や飛翔特性は概ね良好となる。これに対して、図４（ｄ）に表したように、ｄ１１＞ｄ１２となる場合には、ノズル孔１２Ａから吐出される液体が周囲に飛散する傾向がみられ、着弾特性や飛翔特性が低下する。従って、ノズル孔１２Ａの出口側の開口径ｄ１１は、入口側の開口径ｄ１２と同等かそれ以下とすることが望ましい。

なお、このような開口形状を得るためには、図３（ｃ）に関して前述したプロセスにおいて、例えば、堆積性のやや高いエッチング条件を採用するとよい。すなわち、エッチングガスを用いたドライエッチングのプロセスにおいては、被エッチング体のエッチングと同時に、エッチングにより生じた生成物などの堆積も進行することがある。この場合、生成物の堆積は、エッチングにより形成した開口の側壁においてより顕著に生ずることがある。つまり、エッチングにより形成する開口の側壁についてみると、側壁の上方のほうが下方よりも堆積が進行する。その結果として、開口の側壁の上方よりも下方において横方向のエッチングによる開口径の広がりが生ずることがある。この特性を利用すると、図４（ｂ）に表したような開口形状のノズル孔１２Ａを形成することも容易となる。

図５は、本実施形態の第２の具体例を表す模式断面図である。
本具体例においては、流路１６Ａがノズル孔１２Ａに向けて集束する開口形状を有する。このような開口形状にした場合、液室４０Ａからノズル孔１２Ａに向けたインクなどの液体の流れをより円滑にすることが可能となり、着弾特性や飛翔特性をさらに向上させることが可能となる。なお、このような集束した開口形状は、例えば、図３（ｄ）に関して前述したプロセスにおいて、シリコンの面方位に対してエッチング異方性を有するウェットエッチングを用いることにより実現可能である。または、フッ素などのエッチングガスを用いたドライエッチングにおいて、等方的にエッチングが進行する条件でエッチングすることにより、開口２００Ｂの周囲の酸化膜２００の下の第2のシリコン層１６をアンダーカットし、図５に表したような集束形状の流路１６Ａを形成することができる。

図６は、本実施形態の第３の具体例を表す模式断面図である。
本具体例においては、流路１６Ａの開口径ｄ２と、液室４０Ａの開口径ｄ３と、がほぼ同一とされている。例えば、ノズル孔１２Ａの開口径ｄ１が小さい場合などは、このように、ｄ２とｄ３をほぼ同一とすることで、液体の流れが急激に絞られる部分をなくし、ノズル孔１２Ａまで円滑に供給することができる場合がある。ひとつの具体例として、例えば、ノズル孔１２Ａの開口径ｄ１を２０マイクロメータとした時に、流路１６Ａの開口径ｄ２と液室４０Ａの開口径ｄ３をいずれも２００マイクロメータ程度とすることができる。

図７は、本実施形態の第４の具体例を表す模式断面図である。
本具体例は、図５に表した具体例と図６に表した具体例とを組み合わせたものである。すなわち、流路１６Ａの上端の開口径ｄ２は液室４０Ａの開口径ｄ３とほぼ同一とされ、さらに流路１６Ａはノズル孔１２Ａに向けて集束した開口形状を有する。このようにすれば、液体の流れが急激に絞られる部分をさらに少なくし、ノズル孔１２Ａまでさらに円滑に供給することができる場合がある。

図８は、本実施形態の第５の具体例を表す模式断面図である。
本具体例においては、ＳＯＩ層２０の上に、薄いガラス層５２が設けられ、その上に、液室層５４が設けられている。液室層５４は、金属や無機材料により形成され、液室５０Ａが形成されている。本具体例の構造は、液室層５４の表面にガラス層５２を形成し、このガラス層５２とＳＯＩ層２０とを陽極接合することにより得られる。例えば、液室層５４の表面にスパッタや塗布などの方法で可動イオンを含有するガラス層５２を形成し、ガラス層５２とＳＯＩ層４０とを陽極接合することができる。この場合、ガラス層５２の厚みは数マイクロメータ程度でよい。

液室層５４は、例えばステンレスや白金、タンタル、ニッケルなどの金属により形成することができる。金属を用いた場合、加工が容易となり、複雑な形状の液室５０Ａでも短時間で形成できコストを下げることができる。なお、液室層５４の材料として金属を用いた場合には、インクなどの液体による腐蝕を防止するために、液体との接触面に被覆層５６を設けることが望ましい。被覆層５６としては、例えば、塗布などの方法によりガラスなどの層を設けることができる。また、液室層５４の材料としてステンレスを用いた場合は、不動態化処理を施すことにより、その表面に被覆層５６を形成することができる。

ノズルプレートを用いて、液晶表示装置や半導体装置などを製造する場合には、吐出させる液体として、例えばフッ酸などの酸やアルカリなどの腐食性の物質を含有した液体を用いる場合も多い。このような場合でも、被覆層５６を設けることにより、液室層５４の腐蝕を防ぐことができる。

本具体例によれば、液室層５４の材料として、ガラス以外の各種のものを用いることができるので、複雑な形状の液室５０Ａの加工が容易となったり、材料のコストを下げるなどの効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図９は、本発明の第２の実施の形態のかかるノズルプレートの断面構造を表す模式図である。
本実施形態のノズルプレートは、シリコン層１２と、ガラス層４０と、を有する。これらシリコン層１２とガラス層４０とは陽極接合により接合されている。シリコン層１２にはノズル孔１２Ａが形成され、ガラス層４０には液室４０Ａが形成されている。そして、図中に挿入した拡大図に表したように、ノズル孔１２Ａの内壁には、被覆膜１３が形成されている。またさらに、シリコン層１２の吐出面には、撥水層１９が形成されている。

被覆膜１３は、ノズル孔１２Ａから吐出される液体に対する親和性がシリコンよりも高い材料により形成されている。例えば、ノズル孔１２Ａから吐出される液体が親水性の場合、シリコンとの親和性は低い。つまり、シリコンは疎水性であり、親水性の液体に対しては撥水効果が表れる。しかし、ノズル孔１２Ａの内壁に撥水効果が生ずると、インクなどの液体が通過しにくくなり、円滑な吐水が阻害される。この傾向は、ノズル孔１２Ａの開口径ｄ１が小さくなるほど、顕著となる。

これに対して、本実施形態によれば、ノズル孔１２Ａの内壁に、液体との親和性がシリコンよりも高い被覆膜１３を設けることにより、ノズル孔１２Ａの内壁での撥水効果を抑制する。その結果として、インクなどの液体はノズル孔１２Ａを円滑に通過でき、ノズル孔１２Ａの開口径を小さくした場合でも、円滑な吐水を確保できる。

吐水する液体が親水性の場合には、被覆膜１３として例えば酸化シリコンを用いることができる。例えば、純水に対する接触角は、シリコン表面においては６０度以上であるが、酸化シリコンの表面においては１０度以下にまで下げることができる。
本発明者は、ノズル孔１２Ａの開口径を２０マイクロメータとし、被覆膜１３として熱酸化法により約１００ナノメータの厚みの熱酸化膜を形成したノズルプレートと、このような被覆膜１３を設けないノズルプレートと、をそれぞれ試作して吐出実験を実施した。その結果、親水性のインクを用いた場合、被覆膜１３を設けないノズルプレートにおいて不吐ノズル（吐水が不十分であったノズル孔１２Ａ）の割合が３５パーセントであったのに対し、酸化シリコンからなる被覆膜１３を設けたノズルプレートにおいて不吐ノズルの割合は０パーセントにまで改善された。
被覆膜１３の材料としてシリコンの熱酸化膜を用いた場合、母体のシリコン層１２に対する付着強度が高く、且つ緻密な膜が得られやすい点で有利である。

なお、本実施形態における被覆膜１３の材料や厚みは、吐出する液体の種類に応じて適宜決定することができる。すなわち、吐出する液体との親和性が高い材料からなる被覆膜１３を設けることにより、ノズル孔１２Ａの内壁での撥水効果を抑制し、円滑な吐水を確保できる。例えば、ベンゼン系やデカン系、あるいはフッ素系などのように水とはなじまない物質を含む液体を吐出させる場合には、これら材料に対する親和性の高い材料からなる被覆膜１３を形成すればよい。

一方、本実施形態において設けられた撥水層１９は、ノズルプレートの吐出面にインクなどの液体が付着しないようにする効果を有する。水溶性の液体を吐出させる場合、撥水層１９の材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフロロエチレン（ＴＦＥ）などのフッ素系の樹脂を用いることができる。これらフッ素系の樹脂は、撥水性が高く、さらに耐薬品性や耐熱性にも優れる点で有利である。

図１０は、本実施形態の第２の具体例を表す模式断面図である。
すなわち、本具体例は、図２に関して前述したノズルプレート１０に、被覆膜１３と撥水層１９とを設けたものである。本具体例によれば、第１実施形態に関して前述した効果と、本実施形態による効果とを併せて得られる。その結果として、ノズル孔１２Ａの開口径を小さくしたような場合でも、その位置や形状などを精密に形成でき、且つ液体を円滑に吐出させることにより、着弾特性や飛翔特性などの動作特性に優れたノズルプレートを提供できる。

図１１は、図１０に表したノズルプレートの製造方法を例示するフローチャートである。 まず、ノズル孔１２Ａを形成する（ステップＳ１２）。これは、図３（ａ）〜（ｃ）に関して前述した如くである。そして、流路１６Ａを形成する（ステップＳ１４）。これは、図３（ｄ）及び（ｅ）に関して前述した如くである。

しかる後に、被覆膜１３としてシリコン酸化膜を形成する（ステップＳ１６）。シリコン酸化膜の形成方法としては、例えば、熱酸化法でもよく、あるいは酸化性の液体に接触させる方法でもよく、またはスパッタやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などにより堆積させてもよい。その後、ＳＯＩ層２０とガラス層４０とを陽極接合する（ステップＳ１８）。

本具体例の場合、陽極接合の前に、被覆膜１３としてのシリコン酸化膜を形成するので、高温プロセスも可能である。すなわち、陽極接合の際の温度は摂氏４００度程度であり、接合した後に、これよりも温度を上げると、ＳＯＩ層２０とガラス層４０との熱膨張率の違いなどにより剥離や破損が生ずる場合もある。これに対して、本具体例によれば、陽極接合する前にシリコン酸化膜を形成するので、熱酸化法などの高温プロセスを実施することができる。

図１２は、図１０に表したノズルプレートの製造方法のもうひとつの具体例を例示するフローチャートである。
本具体例においても、まず、ノズル孔１２Ａを形成し（ステップＳ１２）、流路１６Ａを形成する（ステップＳ１４）。

しかる後に、陽極接合を実施する（ステップＳ１８）。その後、被覆膜１３としてシリコン酸化膜を形成する（ステップＳ１６）。この場合、シリコン酸化膜を形成するプロセスにおいて高温に加熱することはできないが、熱酸化法の他にもシリコン酸化膜を形成する方法を採用することができる。

例えは、硫酸などの酸と過酸化水素水とを混合した液体にシリコンを接触させることにより、シリコンの表面に厚みが１ナノメータあるいはそれ以上のシリコン酸化膜を形成することができる。同様に、オゾン水や、酸とオゾン水との混合液、あるいは過酸化水素水のいずれかとシリコンとを接触させることによっても、シリコンの表面に厚みが１ナノメータあるいはそれ以上のシリコン酸化膜を形成することができる。また、スパッタやＣＶＤを採用することもできる。
これらいずれの方法の場合も、陽極接合の温度よりも低温でシリコン酸化膜を形成することができる。従って、ガラス層４０と陽極接合した後に、被覆膜１３としてのシリコン酸化膜を形成することが可能である。

次に、本発明の第３の実施の形態として、ガラス層４０及び液滴吐出ヘッドと液滴吐出装置の具体例について説明する。
図１３は、ガラス層４０の具体例を表す模式図である。すなわち、図１３（ａ）は、ガラス層４０の断面図であり、図１３（ｂ）は、ガラス層４０の平面図である。なお、図１３（ａ）は図１３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図であり、図１３（ｂ）は、ＳＯＩ層２０に接合される接合面４０Ｃとは反対側の主面４０Ｄから眺めた模式図である。

ガラス層４０の中央には、液室４０Ａが一定の間隔で長辺方向に形成されている。これら液室４０Ａのそれぞれからガラス層４０の短辺方向に液体の導入路４０Ｂが連設されている。

図１４（ａ）は、図１３（ｂ）の符号Ｂの部分の拡大図である。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
ガラス層４０の接合面４０Ｃに開口した液室４０Ａは、接合面４０Ｃとは反対側の主面４０Ｄの側に設けられた導入路４０Ｂに連通し、導入路４０Ｂからインクなどの液体の供給を受ける。

図１５は、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの構造を例示する模式断面図である。
すなわち、液滴吐出ヘッドの駆動方式としては、加熱により気泡を発生させ膜沸騰現象を利用して液体を吐出させる「サーマル型」と、圧電素子の屈曲変位を利用して液体を吐出させる「圧電型」と、があるが、説明の便宜上、ここでは圧電型を例にとって説明をする。

図１４に示すように、液滴吐出ヘッド１００は、ノズルプレート１０の上に設けられた可撓性膜１３０と、可撓性膜１３０の上に設けられた圧電素子１４０と、を備えている。「圧電型」の場合は、可撓性膜１３０と圧電素子１４０とが、液室４０Ａ内の液体に圧力を加える加圧手段となる。圧電素子１４０は、例えば、下部材１４２、駆動電極１４４、上部材１４６、駆動電極１４８をこの順に積層した後、一体焼成したものである。このように一体焼成された圧電素子１４０は、強度が高く取扱も容易となる。

ガラス層４０の表面（上面）に開口するように、導入路４０Ｂが設けられ、導入路４０Ｂの開口部を覆うように可撓性膜１３０が設けられている。導入路４０Ｂの開口部側と対向する側には、液室４０Ａが連通している。

圧電素子１４０の屈曲変位による圧力波が、液室４０Ａから流路１６Ａ、ノズル孔１２Ａ内の液体に伝わりやすくなるように、液室４０Ａの直上に圧電素子１４０を設けるようにすることが好ましい。

可撓性膜１３０の材質はポリエチレンテレフタレートなどとすることができる。また、圧電素子１４０の下部材１４２と上部材１４６の材質は、圧電セラミックス（例えば、ジルコンチタン酸鉛）とすることができ、駆動電極１４４と駆動電極１４８は銅合金などとすることができる。ただし、これらの材質は、例示したものに限定されるわけではなく、種々の変更が可能である。

また、各要素の配置や形状についても、図１５に例示したものに限定されるわけではなく、種々の変更が可能である。例えば、それぞれの液室４０Ａが専用に設けられた導入路４０Ｂに連通していなくてもよく、一つの共通の導入路４０Ｂに複数の液室４０Ａが連通するようになっていてもよい。圧電素子１４０の構造上、下部材１４２が振動板、上部材１４６が圧電体となるが、これに限定されるわけではなく、また、変位を生じさせる各種の駆動形式を採用することもできる。

図１６は、本実施形態にかかる液滴吐出装置を例示するブロック図である。
この液滴吐出装置は、インクなどの吐出すべき液体が貯留された液体タンク３００と、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド１００と、吐出された液滴を受け取る被処理体を保持する被処理体保持部４００と、液滴吐出ヘッド１００と被処理体保持部４００とを相対的に移動させる駆動部５００と、液滴吐出ヘッド１００と被処理体保持部４００と駆動部５００とを制御する制御部６００と、を備える。

本実施形態によれば、被処理体保持部４００に保持された紙などに印刷したり、あるいは、液晶表示装置などのフラットパネル表示装置を構成するガラス基板にレジストやカラーフィルタなどのパターンを形成したり、半導体ウェーハ上にレジストや絶縁層などのパターンを形成することができる。

そして、高い精度で形成され、クロストークの影響も少ない本実施形態のノズルプレートを用いることにより、微細なパターンを高い精度で再現性よく印刷あるいは形成することができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、本発明はマルチノズル型の液滴吐出ヘッドのみならず単一のノズル孔を有する液滴吐出ヘッドなどにも適用することができる。また、具体例として例示した、ノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置などの各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更をすることができる。
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
また、ノズルプレートの製造方法についても例示したものに限定されるわけではなく適宜変更をすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るノズルプレートをそのノズル孔の方向から眺めた模式外観図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本実施形態のノズルプレートの製造方法を例示する工程断面図である。 ノズル孔１２Ａの開口形状について説明するための模式図である。 本実施形態の第２の具体例を表す模式断面図である。 本実施形態の第３の具体例を表す模式断面図である。 本実施形態の第４の具体例を表す模式断面図である。 本実施形態の第５の具体例を表す模式断面図である。 本発明の第２の実施の形態のかかるノズルプレートの断面構造を表す模式図である。 本実施形態の第２の具体例を表す模式断面図である。 図１０に表したノズルプレートの製造方法を例示するフローチャートである。 図１０に表したノズルプレートの製造方法のもうひとつの具体例を例示するフローチャートである。 ガラス層４０の具体例を表す模式図である。 （ａ）は、図１３（ｂ）の符号Ｂの部分の拡大図であり、（ｂ）は、図１４（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 本実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの構造を例示する模式断面図である。 本実施形態にかかる液滴吐出装置を例示するブロック図である。

符号の説明

１０ ノズルプレート、 １２ 第１のシリコン層（シリコン層）、 １２Ａ ノズル孔、 １３ 被覆膜、 １４ 酸化シリコン層、 １６ 第２のシリコン層、 １６Ａ 流路、 １９ 撥水層、 ４０ ガラス層、 ４０Ａ 液室、 ４０Ｂ 導入路、 ４０Ｃ 接合面、 ４０Ｄ 主面、 ５０Ａ 液室、 ５２ ガラス層、 ５４ 液室層、 ５６ 被覆層、１００ 液滴吐出ヘッド、１３０ 可撓性膜、１４０ 圧電素子、１４２ 下部材、１４４ 駆動電極、１４６ 上部材、１４８ 駆動電極、２００ 酸化膜、２００Ａ，２００Ｂ 開口、３００ 液体タンク、４００ 被処理体保持部、５００ 駆動部、６００ 制御部

Claims (10)

1. 第１のシリコン層と、
   ガラス層と、
   前記ガラス層と接合された第２のシリコン層と、
   前記第１のシリコン層と前記第２のシリコン層との間に設けられた酸化シリコン層と、
   前記第２のシリコン層と反対側において前記ガラス層に接触して設けられ前記ガラス層とは異なる材料により形成された液室層と、
   を備え、
   前記第１のシリコン層を貫通し液滴を吐出するノズル孔と、
   前記酸化シリコン層及び前記第２のシリコン層を貫通し前記ノズル孔に連通した流路と、
   前記ガラス層に形成され前記流路に連通し前記液室層に延在してなる液室と、
   が形成されてなることを特徴とするノズルプレート。
2. 前記ノズル孔の開口径よりも前記流路の開口径が大きく、
   前記流路の開口径よりも前記液室の開口径が大きいことを特徴とする請求項１記載のノズルプレート。
3. 前記ノズル孔から吐出される液体に対する親和性がシリコンよりも高い材料からなる被覆膜が前記ノズル孔の内壁面に形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のノズルプレート。
4. 前記被覆膜は、酸化シリコンからなることを特徴とする請求項３記載のノズルプレート。
5. 前記接合は、陽極接合であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のノズルプレート。
6. 前記ガラス層に近い側の前記ノズル孔の開口端の開口径は、前記ガラス層から遠い側の前記ノズル孔の開口端の開口径と同一またはそれ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のノズルプレート。
7. 第１のシリコン層と、
   ガラス層と、
   前記ガラス層と接合された第２のシリコン層と、
   前記第１のシリコン層と前記第２のシリコン層との間に設けられた酸化シリコン層と、
   を備え、
   前記第１のシリコン層を貫通し液滴を吐出する複数のノズル孔と、
   前記酸化シリコン層及び前記第２のシリコン層を貫通し前記ノズル孔に連通した流路と、
   前記ガラス層に形成され前記流路に連通した液室と、
   が形成され、
   隣接する前記複数のノズル孔同士の間は、前記ガラス層により仕切られてなることを特徴とするノズルプレート。
8. 第１のシリコン層と、第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層と前記第２のシリコン層との間に設けられた酸化シリコン層と、を有する積層体の前記第１のシリコン層を貫通するノズル孔を形成し、
   前記第２のシリコン層を貫通する流路を形成し、
   前記流路の底に露出した前記酸化シリコン層を除去することにより前記ノズル孔と前記流路とを連通させ、
   液室を形成したガラス層と、前記第２のシリコン層と、を陽極接合して前記流路と前記液室とを連通させることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
9. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のノズルプレートと、
   前記液室内の液体に圧力を加える加圧手段と、
   を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
10. 請求項９記載の液滴吐出ヘッドと、
    被処理体と前記液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させる駆動部と、
    前記液滴吐出ヘッドと前記駆動部を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

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