JP4983361B2 - ノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッド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。従来の一般的なインクジェットヘッドは、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（例えば、特許文献１参照）。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強まり、高密度化並びに吐出性能の向上が要求されている。このため、インクジェットヘッドのノズル部に関して、様々な工夫、提案がなされている。
インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズル部の流路抵抗を調整し、最適なノズル長さになるように、基板の厚さを調整することが望ましい。このようなノズル基板を作製する場合、シリコン基板の一方の面からＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電を用いた異方性ドライエッチングを施し、内径の異なる第１の凹部（噴射口部分となる小径凹部）と第２の凹部（導入口部分となる大径凹部）を２段に形成した後、反対の面から一部分を異方性ウェットエッチングにより掘下げ、ノズル孔の長さを調整する方法が採られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、あらかじめシリコン基板を所望の厚みに研磨した後、シリコン基板の両面にそれぞれドライエッチング加工を施して、ノズル孔の噴射口部分と導入口部分を形成する方法もある（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２８８２０号公報（第４頁−５頁、図３、図４） 特開平９−５７９８１号公報（第２頁−３頁、図１、図２）

特許文献１記載の技術では、ノズル孔が開口する吐出面がノズル基板の表面から一段下がった凹部の底面に位置するため、インク滴の飛行曲がりが生じたり、あるいはノズル孔の目詰まりの原因となる紙粉、インク等が吐出面である凹部底面に付着したとき、これらをゴム片あるいはフェルト片等で払拭するが、ワイピング作業は容易ではなかった。

また、特許文献２の製造方法では、インクジェットヘッドの高密度化が進むとシリコン基板の厚さを更に薄くしなければならないが、このような薄板化加工を施したシリコン基板は製造工程中に割れ易く、高価となる課題があった。さらに、ドライエッチング加工の際に、加工形状が安定するように基板裏面からＨｅガス等で冷却を行うが、ノズル孔の貫通時にＨｅガスがリークしてエッチングが不可能になる場合があった。そのため、予めシリコン基板にノズル孔となる凹部を形成し、例えば、石英ガラスなどの支持基板に樹脂を用いて貼り合わせてからシリコン基板を研削やエッチング加工等により薄板化加工してノズル孔（凹部）を開口する方法が採られている。
しかしながら、ノズル孔となる上記凹部内には支持基板を貼り合わせるための樹脂が入り込んでいるため、支持基板や樹脂層を剥がす際に、ノズル基板の外周部から亀裂が発生し、その亀裂がヘッド部分にまで達し、歩留りを低下させる場合があった。

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、シリコン基板等の被加工基板を薄板化加工するときには支持基板と強固に接着保持して被加工基板を破損させることがなく、加工後には被加工基板から支持基板を容易に剥離することができて亀裂の発生を防止し、ハンドリングが容易で、歩留まりや生産性の向上に役立つノズル基板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的としている。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、被加工基板にノズル孔を形成するためのエッチングパターンを形成する工程と、被加工基板のエッチングパターンが形成された面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、第１の支持基板を貼り合わせた面の反対側の面から被加工基板を所望の厚さに薄板化する工程と、被加工基板の薄板化された加工面に撥液保護膜を形成し、その表面に撥液膜を形成する工程と、被加工基板において撥液膜が形成された面に、ノズル孔の形成部分と対向する部分が貫通した第２の支持基板を貼り合わせ、第１の支持基板を剥離する工程と、エッチングパターンをマスクとして第１のドライエッチングを行い、被加工基板にノズル孔を形成する工程と、ノズル孔の形成面側から被加工基板に第２のドライエッチングを行い、ノズル孔の先端部分を覆っている撥液保護膜と撥液膜とを除去し、ノズル孔を貫通する工程と、被加工基板のノズル孔の内壁部及びノズル孔の形成面に液滴保護膜を形成する工程とを有するものである。
このように、被加工基板を第１の支持基板に貼り合わせた状態で所望の厚さに薄板化加工することによってノズル孔の長さを最適化することができる。また、第１の支持基板を被加工基板から剥離した後でも、被加工基板は第２の支持基板によって保持されているため、被加工基板を薄板化しても割れや欠けなどが生じることがなく、ハンドリングが容易で、歩留まりおよび生産性を向上させることができる。
また、被加工基板の薄板化を実施した後にノズル孔の形成を行うようにしたので、ノズル孔内への研削屑の侵入を防止することができる。また、被加工基板の薄板化後、その薄板化の加工面に撥液保護膜と撥液膜とを形成し、その後、ノズル孔の形成を行うようにしたので、ノズル孔の内壁に撥液膜が形成されて濡れ性のバラツキが発生するといった不都合を確実に防止することができる。
また、第２の支持基板においてノズル孔の形成部分と対向する部分が貫通しているため、第１のドライエッチングの際のＨｅによる冷却効果を確保でき、エッチングバラツキを防止することができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、第２のドライエッチングを行う際には、被加工基板から第２の支持基板を剥離し、撥液膜の表面にサポートテープを貼った状態で行うものである。
これにより、第２のドライエッチングの際に撥液膜が損傷するのを防止することができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、撥液保護膜を、第１のドライエッチングに対する耐エッチング性、ノズル孔から吐出する液体に対しての耐液体性、撥液膜との密着性を確保できる膜としたものである。
これにより、撥液保護膜を、第１のドライエッチングに対するエッチングストップ層として機能させることができ、また、ノズル基板の吐出液体からの保護及び撥液膜の信頼性向上を図ることができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、撥液保護膜が、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂ 膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＨｆＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜の何れかであるものである。
このように、撥液保護膜としてＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂ 膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＨｆＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜の何れかを用いることができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、第１及び第２の支持基板を、両面接着シートを介して被加工基板に貼り合わせるものである。
これにより、ノズル孔の内部に接着樹脂などの異物が侵入することがなく、歩留まりの向上と生産性の向上を同時に達成することができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、両面接着シートが、その接着面に紫外線または熱により接着力が低下する自己剥離層を有するものである。
自己剥離層を備えた両面接着シートを用いて貼り合わせるようにしたので、被加工基板の薄板化加工時には被加工基板に第１及び第２の支持基板が強固に接着して被加工基板を破損することなく加工することができ、処理後には第１及び第２の支持基板を被加工基板から容易に剥離することができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、両面接着シートが、片面に自己剥離層を有し、自己剥離層を有する接着面側に被加工基板を接着するようにしたものである。
被加工基板の薄板化加工時には自己剥離層を持った側の面で被加工基板に接着して被加工基板を破損することなく加工することができ、処理後には自己剥離層を有する面側において被加工基板から容易に剥離することができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、被加工基板と第１及び第２の支持基板との両面接着シートを介した貼り合わせを減圧環境下で行うものである。
減圧環境下で貼り合わせることによって、接着界面に気泡が残らないきれいな接着が可能となり、このため研磨加工において薄板化される被加工基板の板厚がばらつくことはない。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズル孔を、液滴を吐出する噴射口部分と、この噴射口部分と同心状で噴射口部分よりも径の大きい導入口部分との２段の孔に形成したものである。
本発明において、ノズル孔の形状は特に制限されるものではないが、上記形状とすることにより、液滴の吐出方向を基板面に垂直にできるため、吐出性能を向上させることができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズル孔を、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングにより形成するものである。
このように、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを用いることにより、基板面に垂直に高精度の孔を開けることができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈およびＳＦ₆を用いて行うものである。
Ｃ₄Ｆ₈はノズル孔の側面方向にエッチングが進行しないようにその側面を保護する作用があり、ＳＦ₆は垂直方向のエッチングを促進する作用があるため、ノズル孔を基板面に対して垂直に高精度に加工することができる。

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と、各ノズル孔に連通して設けられ液滴に圧力を加えるための圧力室と、圧力室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を圧力室に発生させ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、ノズル孔を有するノズル基板を、上記の何れかに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、被加工基板の加工時に被加工基板が割れたりせず、また、ノズル内の異物付着などなく、歩留まりの向上と生産性の向上を同時に達成した液滴吐出ヘッドを得ることができる。

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。

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、所要の厚さ（例えば厚さが２８０μｍから６０μｍ程度）に薄くされたシリコン基板から作製されている。
インク滴を吐出するためのノズル孔１１は、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、すなわち径の小さい噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。噴射口部分１１ａ及び導入口部分１１ｂは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分１１ａは先端がノズル基板１の表面に開口し、導入口部分１１ｂはノズル基板１の裏面（キャビティ基板２と接合される接合側の面）に開口している。また、ノズル基板１の吐出面（接合面と反対の表面）には撥インク膜（図示せず）が形成されている。

上記のように、ノズル孔１１を噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから２段に構成することにより、インク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、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。

キャビティ基板２は、例えば厚さが５２５μｍの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（共通インク室）２４を構成する。そして、リザーバ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に連通している。なお、オリフィス２３（凹部２６）は前記ノズル基板１の裏面（キャビティ基板２との接合側の面）に設けることもできる。また、リザーバ２４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、この孔のインク供給孔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の全面には例えば熱酸化によりＳｉＯ₂膜からなる絶縁膜２８が膜厚０．１μｍで施されている。この絶縁膜２８は、インクジェットヘッド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を強固に接合することができるからである。なお、前記ノズル基板１も同様の理由から硼珪酸系のガラス基板を用いることができる。

電極基板３には、キャビティ基板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：インジウム錫酸化物）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２８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。これらの端子部３１ｂは、図１及び図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３０内に露出している。

上述したように、ノズル基板１、キャビティ基板２及び電極基板３は、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において上面）にノズル基板１が接着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３５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。

そして最後に、図２に簡略化して示すように、ドライバＩＣ等の駆動制御回路５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）を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド１０が完成する。

次に、以上のように構成される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５は、個別電極３１に電荷の供給及び停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、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、個別電極３１と振動板２２間に静電気力（クーロン力）が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む（変位する）。これによって圧力室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、圧力室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により圧力室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔１１より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクがリザーバ２４からオリフィス２３を通じて圧力室２１内に補給される。

本実施形態のインクジェットヘッド１０は、前述したように、ノズル孔１１がノズル基板１の表面（吐出面）に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、この噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されているため、インク滴をノズル孔１１の中心軸方向に真っ直ぐに吐出させることができ、きわめて安定した吐出特性を有する。
さらに、導入口部分１１ｂの横断面形状を円形や四角形などに形成することができるので、インクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。

なお、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａ及び導入口部分１１ｂの横断面形状は特に限定されるものではなく、角形や円形などに形成される。但し、円形にする方が吐出特性や加工性の面で有利となるので好ましい。

次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法について図３〜図９を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態に係るノズル基板１を示す上面図、図４〜図９はノズル基板の製造工程を示す断面図（図３をＡ−Ａ線で切断した断面図）である。なお、キャビティ基板及び電極基板の製造方法は従来公知の方法（例えば、特開２００７−０７６１４１号公報参照） を採用でき、ここではその詳細な説明は省略する。

以下、ノズル基板１の製造工程を、図３〜図９を用いて説明する。
（Ａ）まず、被加工基板として、基板厚み２８０μｍのシリコン基板１００を用意し、熱酸化装置（図示せず）にセットして酸化温度１０７５℃、酸化時間４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、シリコン基板１００の表面に膜厚１μｍのＳｉＯ₂ 膜１０１を均一に成膜する。
（Ｂ）シリコン基板１００の接合面（キャビティ基板２と接合されることとなる面）１００ａにレジスト１０２をコーティングし、ノズル孔１１の導入口部分１１ｂとなる部分１１０ａをパターニングする。

（Ｃ）シリコン基板１００を、例えば緩衝フッ酸水溶液（フッ酸水溶液：フッ化アンモニウム水溶液＝１：６）でハーフエッチングし、ＳｉＯ₂ 膜１０１を薄くする。このとき、インク吐出側の面１００ｂのＳｉＯ₂ 膜１０１もエッチングされ、ＳｉＯ₂ 膜１０１の厚みが薄くなる。
（Ｄ）レジスト１０２を硫酸洗浄などにより剥離する。
（Ｅ）再度、シリコン基板１００の接合面１００ａ側にレジスト１０３をコーティングし、ノズル孔１１の導入口部分１１ｂとなる部分１１０ｂをパターニングする。

（Ｆ）そして、シリコン基板１００を、例えば緩衝フッ酸水溶液（フッ酸水溶液：フッ化アンモニウム水溶液＝１：６）でエッチングし、ノズル孔となる部分１１０ｂのＳｉＯ₂ 膜１０１を開口する。このとき、インク吐出側の面１００ｂのＳｉＯ₂ 膜１０１はエッチングされ、完全に除去される。
（Ｇ）レジスト１０３を、硫酸洗浄などにより剥離する。

（Ｈ）次に、シリコン基板１００の接合面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（第１の支持基板）１２０を貼り付ける。この両面接着シート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。
本実施の形態では、両面接着シート５０の接着面のみよりなる面５０ａを支持基板１２０の面と向かい合わせ、両面接着シート５０の自己剥離層５１を備えた側の面５０ｂをシリコン基板１００の接合面１００ａとを向かい合わせ、これらの面を減圧環境下（１０Ｐａ以下）、例えば真空中で貼り合わせる。こうすることによって、接着界面に気泡が残らず、きれいな接着が可能になる。接着界面に気泡が残ると、研磨加工で薄板化されるシリコン基板１００の板厚がばらつく原因となる。
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１２０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に支持基板１２０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、処理後には後述するように支持基板１２０をシリコン基板１００から容易に剥離することができる。

（Ｉ）次に、シリコン基板１００のインク吐出側の面１００ｂをバックグラインダー（図示せず）によって研削加工し、所望の厚さまでシリコン基板１００を薄くする。さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によってインク吐出側の面１００ｂを研磨しても良い。

（Ｊ）シリコン基板１００のインク吐出側の面１００ｂにＣＶＤ装置又はスパッタ装置で撥液保護膜としてのＳｉＯ₂ 膜１０４を数ミクロンの厚みで成膜する。ここで、ＳｉＯ₂ 膜１０４の成膜は、両面接着シート５０が劣化しない温度（２００℃程度）以下で実施する。ただし、この撥液保護膜には、後述の（Ｐ）の工程のドライエッチングに対する耐エッチング性、インクに対しての耐インク性、次の（Ｋ）の工程で形成される撥インク膜１０５との密着性が要求されることを考慮すると、緻密な膜を成膜する必要がある。撥液保護膜には、ＳｉＯ₂ 膜の他に、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂ 膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＨｆＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜の何れかを用いてもよい。

（Ｋ）続いて、シリコン基板１００のインク吐出側の面１００ｂの表面に撥インク処理を施す。この場合、Ｆ原子を含む撥インク性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥液膜の一例としての撥インク膜１０５を形成する。撥インク膜１０５は、撥液保護膜としてのＳｉＯ₂ 膜１０４の上に形成されているため、信頼性の高い膜とすることができる。

（Ｌ）シリコン基板１００のインク吐出側の面１００ｂに、（Ｈ）の工程と同様に、自己剥離層５１Ａを有する両面接着シート５０Ａを介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板（第２の支持基板）１２０Ａを貼り付ける。支持基板１２０Ａの板厚は約０．２ｍｍで、ノズル孔１１の形成部分と対向する部分に貫通孔１３０を有している。これは、後述の（Ｎ）及び（Ｐ）に示すＩＣＰドライエッチング加工（（Ｎ）及び（Ｐ）の両工程が第１のドライエッチングに相当）の際のＨｅによる冷却効果を確保し、エッチングバラツキを防止するために設けられている。
（Ｍ）支持基板１２０側からＵＶ光を照射し、両面接着シート５０の自己剥離層５１をシリコン基板１００の接合面１００ａ面から剥離させ、支持基板１２０をシリコン基板１００から取り外す。

（Ｎ）そして、ＳｉＯ₂ 膜１０１をエッチングマスクとしてシリコン基板１００をＩＣＰドライエッチング装置によりエッチングする。すなわち、ＳｉＯ₂ 膜１０１の開口部を、例えば深さ２５μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａとなる第１の凹部１０６を形成する。この場合のエッチングガスとしては、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は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝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。

（Ｏ）次に、ノズル孔１１の導入口部分１１ｂとなる部分１１０ｃのＳｉＯ₂ 膜１０１のみが無くなるように、緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングする。
（Ｐ）再度、ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ₂ 膜１０１の開口部を、深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、ノズル孔１１の導入口部分１１ｂとなる凹部１０７を形成する。この際、ＳｉＯ₂ 膜１０４がＩＣＰドライエッチングストップ膜として機能する。

（Ｑ）（Ｈ）工程と同様に、シリコン基板１００の接合面１００ａに、両面接着シート５０Ｂを介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板１２０Ｂを貼り付ける。
（Ｒ）（Ｍ）工程と同様に、支持基板１２０Ａ側からＵＶ光を照射し、両面接着シート５０Ａの自己剥離層５１Ａをシリコン基板１００のインク吐出側の面１００ｂから剥離させ、支持基板１２０Ａをシリコン基板１００から取り外す。

（Ｓ）シリコン基板１００のインク吐出側の面１００ｂに、その面１００ｂとの密着性が高く、剥がす際の糊残りの無いサポートテープ（具体的には例えばダイシングシートが用いられる）１４０を貼り付ける。このとき、シリコン基板１００の接合面１００ａ側には支持基板１２０Ｂが貼り付けられているため、サポートテープ１４０を安定的に貼り付けることができる。
（Ｔ）（Ｍ）工程と同様に、支持基板１２０Ｂ側からＵＶ光を照射し、両面接着シート５０Ｂの自己剥離層５１Ｂをシリコン基板１００の接合面１００ａから剥離させ、支持基板１２０Ｂをシリコン基板１００から取り外す。

（Ｕ）ＣＨＦ３等のＳｉＯ₂／Ｓｉ選択比の大きいガスを用いてノズル孔１１の噴射口部分１１ａの先端部分を覆っているＳｉＯ₂膜１０４及び撥インク膜１０５をドライエッチング（第２のドライエッチングに相当）にて除去し、ノズル孔１１を貫通させる。この際、選択比を考慮して予めノズル孔径，ノズル長さを設定しておく。
（Ｖ）シリコン基板１００の接合面１００ａ及びノズル孔１１の内壁部にスパッタにより膜厚０．１μｍの液滴保護膜の一例としてのインク保護膜（ＳｉＯ₂膜）１０８を均一に成膜する。

（Ｗ）シリコン基板１００の接合面１００ａを真空ポンプによる真空吸着により吸着治具１５０に固定し、サポートテープ１４０にＵＶ照射し、サポートテープ１４０を剥離する。ＵＶ照射の際、窒素雰囲気中にて実施すると粘着剤残り無く、剥離することができる。なお、サポートテープ１４０の剥離によりシリコン基板１００表面の撥インク膜１０５が損傷を受けることはない。
（Ｘ）最後に、吸着治具１５０の吸着固定を解除してシリコン基板１００からノズル基板１を回収する。なお、図示省略したが、シリコン基板１００にはノズル孔１１を形成するのと同時に、ノズル基板外輪となる部分にノズル基板外輪溝が彫られているため、吸着治具１５０からピックアップする段階でノズル基板１は個片に分割されている。
以上の工程を経ることにより、シリコン基板１００よりノズル基板１を形成する。

次に、上記のようにして構成したノズル基板１の接合面１００ａに、予め陽極接合されたキャビティ基板２と電極基板３のキャビティ基板２の接合面を貼り合せる（接合工程は図示せず）。
以上の工程を経ることにより、ノズル基板１、キャビティ基板２及び電極基板３の接合体を形成し、インクジェットヘッド１０を完成する。

このように、本発明に係るノズル基板の製造方法では、ノズル基板１となるシリコン基板１００を支持基板１２０に貼り合わせた状態で所望の厚さに薄板化加工することによってノズル孔１１の長さを最適化することができる。また、支持基板１２０をシリコン基板１００から剥離した後でも、シリコン基板１００は支持基板１２０Ａによって保持されているため、シリコン基板１００を薄板化しても割れや欠けなどが生じることがなく、ハンドリングが容易で、歩留まりおよび生産性を向上させることができる。

また、シリコン基板１００を加工する際、シリコン基板１００と支持基板１２０を両面接着シート５０を介して貼り合わせるだけでよいので、従来のようにシリコン基板１００のノズル孔１１に接着樹脂等の異物が入り込むことがなく、このためシリコン基板１００から両面接着シート５０を分離する際にシリコン基板１００に割れや欠けが生じることはなく、ノズル基板１の歩留まりを向上させ、生産性を飛躍的に向上させることができる。

また、シリコン基板１００の薄板化を実施した後にＩＣＰドライエッチングによるノズル孔１１の形成を行うようにしたので、ノズル孔１１内への研削屑の侵入を防止することができる。また、シリコン基板１００の薄板化後、その薄板化の加工面に撥液保護膜としてのＳｉＯ₂ 膜１０４と撥液膜としての撥インク膜１０５とを形成し、その後、ノズル孔１１の形成を行うようにしたので、ノズル孔１１の内壁に撥インク膜１０５が形成されて濡れ性のバラツキが発生するといった不都合を確実に防止することができる。

また、支持基板１２０Ａにおいてノズル孔１１の形成部分と対向する部分に貫通孔１３０を形成しておくため、ノズル孔１１を形成するためのＩＣＰドライエッチング（（Ｎ）及び（Ｐ）工程）に際し、Ｈｅによる冷却効果を確保でき、エッチングバラツキを防止することができる。

また、ノズル孔１１の先端部分を貫通させるためのＩＣＰドライエッチング（（Ｕ）工程）を行うに際し、サポートテープ１４０によりシリコン基板１００の撥インク膜１０５の表面を保護した状態で行うため、エッチングにより撥インク膜１０５が損傷するのを防止することができる。

また、ノズル孔１１の形成にＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを用いたので、基板面に垂直且つ高精度にノズル孔１１を形成することができる。

また、本実施の形態では、ノズル基板、キャビティ基板及び電極基板を備えた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、リザーバ基板、キャビティ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（例えば、特開平２００７−５０５２２号公報）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。

上記の実施の形態では、ノズル基板１の製造方法及びインクジェットヘッド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、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、図１０に示すインクジェットプリンタ２００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、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。

本発明の一実施の形態にかかるインクジェットヘッドの分解斜視図。 図１の要部の縦断面図。 図１のノズル基板の上面図。 図１のノズル基板の製造方法の断面図。 図４に続くノズル基板の製造方法の断面図。 図５に続くノズル基板の製造方法の断面図。 図６に続くノズル基板の製造方法の断面図。 図７に続くノズル基板の製造方法の断面図。 図８に続くノズル基板の製造方法の断面図。 本発明の一実施の形態にかか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。

符号の説明

１ ノズル基板、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１１ａ 噴射口部分、１１ｂ 導入口部分、２１ 圧力室、２２ 振動板（圧力発生手段）、３１ 個別電極（圧力発生手段）、５０ 両面接着シート、５０Ａ 両面接着シート、５０Ｂ 両面接着シート、５１ 自己剥離層、５１Ａ 自己剥離層、５１Ｂ 自己剥離層、１００ シリコン基板、１０１ ＳｉＯ₂膜（エッチングパターン）、１０４ ＳｉＯ₂膜（撥液保護膜）、１０５ 撥インク膜（撥液膜）、１２０ 支持基板、１２０Ａ 支持基板、１２０Ｂ 支持基板、１３０ 貫通孔、１４０ サポートテープ。

Claims (12)

1. 被加工基板にノズル孔を形成するためのエッチングパターンを形成する工程と、
   前記被加工基板の前記エッチングパターンが形成された面に第１の支持基板を貼り合わせる工程と、
   前記第１の支持基板を貼り合わせた面の反対側の面から前記被加工基板を所望の厚さに薄板化する工程と、
   前記被加工基板の前記薄板化された加工面に撥液保護膜を形成し、その表面に撥液膜を形成する工程と、
   前記被加工基板において前記撥液膜が形成された面に、前記ノズル孔の形成部分と対向する部分が貫通した第２の支持基板を貼り合わせ、前記第１の支持基板を剥離する工程と、
   前記エッチングパターンをマスクとして第１のドライエッチングを行い、前記被加工基板にノズル孔を形成する工程と、
   前記ノズル孔の形成面側から前記被加工基板に第２のドライエッチングを行い、前記ノズル孔の先端部分を覆っている撥液保護膜と撥液膜とを除去し、ノズル孔を貫通する工程と、
   前記被加工基板の前記ノズル孔の内壁部及び前記ノズル孔の前記形成面に液滴保護膜を形成する工程と
   を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
2. 前記第２のドライエッチングを行う際には、前記被加工基板から前記第２の支持基板を剥離し、前記撥液膜の表面にサポートテープを貼った状態で行う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. 前記撥液保護膜は、前記第１のドライエッチングに対する耐エッチング性、前記ノズル孔から吐出する液体に対しての耐液体性、前記撥液膜との密着性を確保できる膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のノズル基板の製造方法。
4. 前記撥液保護膜は、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂ 膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＨｆＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜の何れかであることを特徴とする請求項３記載のノズル基板の製造方法。
5. 前記第１及び第２の支持基板を両面接着シートを介して前記被加工基板に貼り合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
6. 前記両面接着シートは、その接着面に紫外線または熱を与えることによって接着力が低下する自己剥離層を有するものであることを特徴とする請求項５記載のノズル基板の製造方法。
7. 前記両面接着シートは、片面に自己剥離層を有し、該自己剥離層を有する接着面側に前記被加工基板を接着することを特徴とする請求項６記載のノズル基板の製造方法。
8. 前記被加工基板と前記第１及び第２の支持基板との前記両面接着シートを介した貼り合わせを、減圧環境下で行うことを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
9. 前記ノズル孔は、液滴を吐出する噴射口部分と、この噴射口部分と同心状で噴射口部分よりも径の大きい導入口部分との２段の孔に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
10. 前記ノズル孔は、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載のノズル基板の製造方法。
11. 前記異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈及びＳＦ₆を用いて行うことを特徴とする請求項１０記載のノズル基板の製造方法。
12. 液滴を吐出するための複数のノズル孔と、該各ノズル孔に連通して設けられ液滴に圧力を加えるための圧力室と、該圧力室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を前記圧力室に発生させ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、
    前記ノズル孔を有するノズル基板を、請求項１乃至請求項１１の何れかに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。

Images