JP5729549B2 - ノズルプレートの製造方法、および液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ノズルプレートの製造方法、および液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
一般的に、インクジェットプリンター等の液体噴射装置は、複数のノズル孔を備える液体噴射ヘッドと媒体とを相対的に移動させつつ、ノズル孔からインク（液体材料）などの液滴を吐出して画像等を形成する。液体噴射ヘッドは、一般に、液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プレートと、ノズルプレートに接着されノズル孔に連通する圧力発生室や、リザーバー等の流路が形成された流路形成基板と、圧力室発生室に圧力を加える圧電素子と、を備える。このような液体噴射ヘッドは、圧電素子によって圧力発生室に圧力を加えることによりインクを選択されたノズル孔から、液滴として吐出することができる。
このような液体噴射ヘッドにおいては、液滴の吐出時に、ノズルプレートの吐出面（液滴が吐出される側の面）にインクが残留し、後続する液滴の吐出時に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば特許文献１に記載された技術では、吐出面にインク保護膜および撥水膜（撥インク膜）を形成し、上記のインク残留を抑制している。
しなしながら、シリコン基板にノズル孔を設けてノズルプレートを形成する場合、シリコン基板とインク保護膜（被覆膜）との密着性が問題となる。シリコン基板は、例えば、ノズル孔の形成後に薄板化されるため、薄板化以降の工程は、支持基板に貼り付けられた状態で行われる。そのため、インク保護膜の形成に熱酸化法を用いることが困難であり、低温で成膜可能なプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が用いられることが多い。
このようなプラズマＣＶＤ法で形成された膜は、熱酸化膜に比べてシリコン基板に対する密着性が劣る場合がある。そのため、例えば、インク保護膜の形成後にノズルプレートを流路形成基板に接着するまでの間に、インク保護膜の一部が剥離して異物化する可能性がある。このような現象は、ノズルプレートの周辺部や側面部で特に生じやすい。このような異物は、ノズルプレートと流路形成基板との接着面に付着した場合、接着不良の原因となる。すなわち、インク保護膜が剥離することによって、液体噴射ヘッドおよびノズルプレートの信頼性が低下してしまう。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性の高いノズルプレートの製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記ノズルプレートの製造方法を含む液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
本発明に係るノズルプレートの製造方法は、
シリコン基板に、前記シリコン基板の第１面から第２面まで貫通するノズル孔を形成する工程と、
前記第１面と、前記第１面および前記第２面に接続された前記シリコン基板の第３面と、に被覆膜を形成する工程と、
平面視において、前記被覆膜が形成された前記第１面の、前記ノズル孔を含む第１領域をマスク部材で覆うことにより、前記第１面を、前記第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域と、に区画する工程と、
前記マスク部材をマスクとしてエッチングを行い、前記第２領域に形成された前記被覆膜の少なくとも一部と、前記第３面に形成された前記被覆膜と、を除去する工程と、
酸素プラズマアッシングを行い、少なくとも前記被覆膜が除去された前記第３面に、酸化シリコン膜を形成する工程と、
を含む。
シリコン基板に、前記シリコン基板の第１面から第２面まで貫通するノズル孔を形成する工程と、
前記第１面と、前記第１面および前記第２面に接続された前記シリコン基板の第３面と、に被覆膜を形成する工程と、
平面視において、前記被覆膜が形成された前記第１面の、前記ノズル孔を含む第１領域をマスク部材で覆うことにより、前記第１面を、前記第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域と、に区画する工程と、
前記マスク部材をマスクとしてエッチングを行い、前記第２領域に形成された前記被覆膜の少なくとも一部と、前記第３面に形成された前記被覆膜と、を除去する工程と、
酸素プラズマアッシングを行い、少なくとも前記被覆膜が除去された前記第３面に、酸化シリコン膜を形成する工程と、
を含む。
このようなノズルプレートの製造方法によれば、第１面の第２領域、および第３面には、酸素プラズマアッシングにより形成された酸化シリコン膜が形成されている。そのため、被覆膜が第３面から剥離することを防止でき、かつ、カバーヘッドとの密着性を向上させることができる（詳細は後述する）。さらに、酸素プラズマアッシングによって、被覆膜をエッチングした際に、第２領域および第３面に生じるエッチング残渣を除去することができる。したがって、このようなノズルプレートの製造方法によれば、信頼性の高いノズルプレートを形成することができる。
本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記酸素プラズマアッシングは、
第１処理と、
前記第１処理の後に行われ、前記第１処理よりも等方性の強い第２処理と、
によって行われてもよい。
前記酸素プラズマアッシングは、
第１処理と、
前記第１処理の後に行われ、前記第１処理よりも等方性の強い第２処理と、
によって行われてもよい。
このようなノズルプレートの製造方法によれば、第１面の第２領域に発生するエッチング残渣を、効率よく除去しつつ、より確実に第３面に酸化シリコン膜を形成することができる。
本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記第１面を前記第１領域と前記第２領域とに区画する工程の前に、前記被覆膜の表面に撥水膜を形成する工程を、さらに含んでもよい。
前記第１面を前記第１領域と前記第２領域とに区画する工程の前に、前記被覆膜の表面に撥水膜を形成する工程を、さらに含んでもよい。
このようなノズルプレートの製造方法によれば、ノズル孔から吐出された液滴（インク）が第１面に滞留することを抑制でき、吐出特性を向上させることができる。
本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記被覆膜を形成する工程は、プラズマＣＶＤ法により行われてもよい。
前記被覆膜を形成する工程は、プラズマＣＶＤ法により行われてもよい。
このようなノズルプレートの製造方法によれば、信頼性の高いノズルプレートを形成することができる。
本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記被覆膜を除去する工程は、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより行われてもよい。
前記被覆膜を除去する工程は、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより行われてもよい。
このようなノズルプレートの製造方法によれば、信頼性の高いノズルプレートを形成することができる。
本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記被覆膜を除去する工程は、フッ化水素溶液を用いたウェットエッチングにより行われてもよい。
前記被覆膜を除去する工程は、フッ化水素溶液を用いたウェットエッチングにより行われてもよい。
このようなノズルプレートの製造方法によれば、信頼性の高いノズルプレートを形成することができる。
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、
本発明に係るノズルプレートの製造方法を含む。
本発明に係るノズルプレートの製造方法を含む。
このような液体噴射ヘッドの製造方法によれば、信頼性の高いノズルプレートを備えることができるので、信頼性の高い液体噴射ヘッドを形成することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
１． ノズルプレート
まず、本実施形態に係るノズルプレートについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
まず、本実施形態に係るノズルプレートについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
ノズルプレート１００は、図１および図２に示すように、シリコン基板１０と、被覆膜３２と、酸化シリコン膜３４と、を含む。さらに、ノズルプレート１００は、熱酸化シリコン膜３０と、撥水膜３６と、親水膜３８と、を含むことができる。
シリコン基板１０は、単結晶シリコン基板でもよいし、多結晶シリコン（ポリシリコン）基板でもよい。シリコン基板１０は、板状の形状を有することができる。図２に示す例では、シリコン基板１０の平面形状は、長方形である。シリコン基板１０は、液滴を吐出する側の面である第１面１３（吐出面ともいえる）と、第１面１３と反対側を向く第２面１４と、第１面１３および第２面１４に接続された第３面１６と、を有する。
第１面１３は、第１領域１１と、第１領域１１を囲む第２領域１２と、を備える。図２に示すように平面視において、第１領域１１は、ノズル孔２０を含む領域であり、第２領域１２は、第１面１３の周辺部の領域である。第２面１４は、後述する液体噴射ヘッドにおいて、圧力発生室６２２を区画する面でとなる（図１６参照）。第３面１６は、シリコン基板１０の側面ともいえ、シリコン基板１０の厚み方向に沿う面である。
シリコン基板１０には、ノズル孔２０が形成されている。図２に示す例では、７つのノズル孔２０がシリコン基板１０の長手方向に沿って１列に配列されているが、その数は特に限定さない。例えば、ノズル孔２０は、複数の列（例えば２列）に配列されていてもよい。ノズル孔２０は、図１に示すように、第１面１３から第２面１４まで、貫通して形成されている。
ノズル孔２０は、第１開口部２２と、第１開口部２２と連通する第２開口部２４と、を有することができる。第１開口部２２は、第１面１３側に形成されている。第１開口部２２は、液滴を吐出することができる。第２開口部２４は、第２面１４側に形成されている。第２開口部２４は、第１開口部２２よりも大きな径を有する。第２開口部２４は、液滴となる液体を第１開口部２２に導入することができる。
熱酸化シリコン膜３０は、第２面１４、およびノズル孔２０の内面（ノズル孔２０の内面を形成するシリコン基板１０の面）に形成されている。熱酸化シリコン膜３０の厚みは、例えば、０．１μｍ程度である。熱酸化シリコン膜３０は、シリコン基板１０を熱酸化することにより形成される。
被覆膜３２は、第１面１３の第１領域１１、およびノズル孔２０の内面に形成された熱酸化シリコン膜３０の表面に形成されている。第１領域１１に形成された被覆膜３２の厚みは、例えば、１．５μｍ程度である。ノズル孔２０の内面に形成された被覆膜３２の厚みは、例えば、１．０μｍ程度である。被覆膜３２は、例えば、シリコン重合膜をシロキサン原料のプラズマＣＶＤ法で形成した後、該シリコン重合膜にＵＶ（紫外線）を照射して脱水縮合させ、表面をＳｉＯ２化して得られた膜である。
被覆膜３２および熱酸化シリコン膜３０は、シリコン基板１０をインクから保護する機能を有することができる。インクは、一般的にアルカリ性であり、シリコン基板１０を侵食する場合がある。そのため、第１面１３の第１領域１１、ノズル孔２０の内面、および第２面１４に、被覆膜３２および熱酸化シリコン膜３０の少なくとも一方を形成して、シリコン基板１０が侵食されることを防いでいる。被覆膜３２は、インク保護膜であるといえる。
酸化シリコン膜３４は、第１面１３の第２領域１２、および第３面１６に形成されている。酸化シリコン膜３４の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下である。酸化シリコン膜３４は、シリコン基板１０を酸素プラズマアッシングすることにより形成される。
撥水膜３６は、第１領域１１に形成された被覆膜３２の表面に形成されている。撥水膜３６は、例えば、撥水性を有するシランカップリング剤をディップコートして形成された膜である。撥水膜３６は、ノズル孔２０から吐出された液滴（インク）が第１面１３に滞留することを抑制でき、吐出特性を向上させることができる。
親水膜３８は、ノズル孔２０内面に形成された被覆膜３２、第２面１４に形成された熱酸化シリコン膜３０、第３面に形成された酸化シリコン膜３４、および第２領域１２に形成された酸化シリコン膜３４の表面に形成されている。親水膜３８は、例えば、親水性を有するシランカップリング剤をディップコートして形成された膜である。親水膜３８は、例えば、後述する液体噴射ヘッドにおいて、ノズルプレート１００と、流路形成基板６２０（図１６参照）と、を接着する際に供給される接着剤の密着性を向上させることができる。
本実施形態に係るノズルプレート１００は、例えば、以下の特徴を有する。
ノズルプレート１００によれば、第１面１３の周辺部である第２領域１２、および第３面１６には、プラズマＣＶＤ法で形成された被覆膜３２が形成されていない。そのため、ノズルプレートを、例えば流路形成基板に接着するまでの間に、被覆膜の一部が剥離して異物化することを抑制できる。上述のように、プラズマＣＶＤ法で形成された膜は、熱酸化膜に比べて、シリコン基板との密着性が劣るため、剥離しやすい。このような問題は、シリコン基板の周辺部である第２領域や、側面である第３面において、特に顕著である。本実施形態に係るノズルプレート１００では、このような問題を解消することができ、高い信頼性を有することができる。また、ノズルプレート１００を、流路形成基板に接着するまでの間の検査および異物除去工程を合理化でき、製造コストを低減することができる。
２． ノズルプレートの製造方法
次に、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図１３は、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図１３は、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
図３に示すように、シリコン基板１０を、酸素雰囲気中で加熱して、全面に熱酸化シリコン膜３を形成する。次に、シリコン基板１０の第２面１４において、熱酸化シリコン膜３をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングして、熱酸化シリコン膜３に開口部２ａを形成する。開口部２ａの大きさによって、ノズル孔２０の第２開口部２４の大きさが決定される。なお、シリコン基板１０の厚さは、特に限定されないが、例えば、７２５μｍ程度である。
図４に示すように、第２面１４側にレジスト膜４０を形成する。レジスト膜４０には、開口部２ｂが形成されている。開口部２ｂの大きさによって、ノズル孔２０の第１開口部２２の大きさが決定される。
次に、レジスト膜４０をマスクとして、第２面１４側から４０μｍ程度の深さまでシリコン基板１０をエッチングして、凹部２を形成する。凹部２は、将来的にノズル孔２０となることができる。次に、レジスト膜４０を、例えば硫酸系の剥離液により除去する。
図５に示すように、熱酸化シリコン膜３をマスクとして、第２面１４側から４０μｍ程度の深さまでシリコン基板１０をエッチングする。該エッチングによって、凹部２は、さらに４０μｍ程度深くなり、深さが８０μｍ程度となる。これにより、断面形状が凸型の凹部２が形成される。次に、シリコン基板１０を、例えばフッ酸系のエッチング液によりエッチングし、熱酸化シリコン膜３を除去する。
図６に示すように、シリコン基板１０を酸素雰囲気中で加熱して、凹部２の内面を含むシリコン基板１０の全面に、熱酸化シリコン膜３０を形成する。
図７に示すように、シリコン基板１０の第２面１４側に、第１支持基板５０を、例えば接着剤等の有機物を介して貼り合わせる。第１支持基板５０の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラスである。次に、シリコン基板１０を、第２面１４と反対側からバックグラインダー等により研削加工して、例えば厚み６５μｍ程度にまで薄板化する。かかる研削加工により、第１面１３が形成される。さらに、かかる研削工程により、凹部２の先端が開口し、第１開口部２２および第２開口部２４を有するノズル孔２０が形成される。なお、上述の薄膜化は、ポリッシャー、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置等による研磨加工により行ってもよいし、研削加工と研磨加工とを組み合わせてもよい。
図８に示すように、シリコン基板１０の第２面１４を除く表面（すなわち、ノズル孔２０の内面、第１面１３、および第３面１６）に、シロキサン原料の低温プラズマＣＶＤ法によりシリコン重合膜（プラズマ重合膜）を形成する。そして、該シリコン重合膜に対して空気中でＵＶ（紫外線）を照射して水縮合させて、表面をＳｉＯ２化する。すなわち、表面に酸化シリコン膜を形成する。かかる表面が酸化されたシリコン重合膜が、被覆膜（インク保護膜）３２である。プラズマＣＶＤ法によれば、１００℃以下の温度でシリコン重合膜を形成することができる。したがって、薄板化されたシリコン基板１０および第１支持基板５０や両者の間の接着剤等を変質させることなく、被覆膜３２を形成することができる。
図９に示すように、シリコン基板１０の第２面１４を除く全面にシランカップリング剤をディップコートして、被覆膜３２の表面に撥水膜３６を形成する。すなわち、第３面１６およびノズル孔２０の内面にも、撥水膜３６が形成される。
図１０に示すように、第１面１６のノズル孔２０を含む第１領域１１に、マスク部材４２を形成する。これにより、第１面１６を、マスク部材４２により覆われた第１領域１１と、マスク部材４２に覆われていない第２領域１２と、に区画することができる。マスク部材４２としては、例えば、マスキングテープを用いる。
図１１に示すように、マスク部材４２をマスクとしてエッチングを行う。エッチングは、第１面１３側から行われる。これにより、第２領域１２に形成された撥水膜３６および被覆膜３２と、第３面１６に形成された撥水膜３６および被覆膜３２と、を除去する。エッチングは、例えば、ＣＦ系ガス（例えばＣＦ４ガス）を用いたドライエッチング、フッ化水素（ＨＦ）溶液を用いたウェットエッチングにより行われる。
図１２に示すように、マスク部材４２をマスクとして、酸素プラズマアッシングを行い、第２領域１２および第３面１６に酸化シリコン膜３４を形成する。さらに、酸素プラズマアッシングによって、撥水膜３６および被覆膜３２をエッチングした際に、第２領域１２および第３面１６に生じるエッチング残渣（例えば、フッ素化合物）を除去することができる。酸素プラズマアッシングは、第１面１３側から行われる。
酸素プラズマアッシングは、一括の処理として行われてもよいが、例えば、異方性の強い第１処理と、等方性の強い第２処理と、によって行われてもよい。第１処理は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）方式にて行うことができる。すなわち、プラズマ中に試料（被覆膜３２等が形成されたシリコン基板１０）を置き、交流電圧を印加する。すると、試料とプラズマとの間に自己バイアス電位が生じ、プラズマ中のイオン種およびラジカル種が試料方向に加速される。すなわち、第３面１６よりも第２領域１２に多くのイオン種およびラジカル種を衝突させることができる。ここで、特に、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングで撥水膜３６および被覆膜３２をエッチングした場合、エッチング残渣は、第３面１６よりも第２領域１２に発生しやすい。したがって、このような異方性の強いアッシングにより、効率よく、第２領域１２に生じるエッチング残渣を除去することができる。なお、第１処理において、酸素ガスの流量は、特に限定されないが、例えば、１００ｓｃｃｍ程度であり、交流電圧のパワーは、例えば、１００Ｗ以上４００以下である。
第２処理は、第１処理の後に、プラズマエッチング方式にて行うことができる。すなわち、イオン種を用いず、ラジカル種でアッシングする。これにより、第２処理は、第１処理よりも等方性が強くなる。したがって、異方性のアッシングでは、形成されにくい側面（第３面１６）にも、より確実に酸化シリコン膜３４を形成することができる。
以上のように、酸素プラズマアッシングを、異方性の強い第１処理と、等方性の強い第２処理と、によって行うことにより、第２領域１２に発生するエッチング残渣を、効率よく除去しつつ、より確実に第３面１６に酸化シリコン膜３４を形成することができる。
図１３に示すように、マスク部材４２の上面（マスク部材４２のシリコン基板１０とは反対側の面）に、第２支持基板５２を貼付する。第２支持基板５２の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラスである。次に、第１支持基板５０を除去する。そして、第２面１４側から酸素またはアルゴンガスのプラズマ処理を行い、ノズル孔２０内の内面に形成されていた撥水膜３６を除去する。
図１に示すように、親水性を有するシランカップリング剤をディップコートして、マスク部材４２で覆われていない領域、すなわち、ノズル孔２０の内面、第２面１４、第３面１６、および第２領域１２に、親水膜３８を形成する。次に、第２支持基板５２およびマスク部材４２を除去する。その後、例えば、洗浄等の処理を施す。
以上の工程により、ノズルプレート１００を製造することができる。
本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
ノズルプレート１００の製造方法によれば、第１面１３の第２領域１２、および第３面１６には、酸素プラズマアッシングにより形成された酸化シリコン膜３４が形成されている。そのため、被覆膜３２が第３面１６から剥離することを防止でき、かつ、液体噴射装置において、ノズルプレート１００とカバーヘッド７３３との密着性を向上させることができる（図２０参照、詳細は後述）。例えば、第２領域１２、および第３面１６に酸化シリコン膜が形成されていないと、ノズルプレートと接着剤との密着性が悪く、カバーヘッドが剥離してしまう場合がある。本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法では、このような問題を解消することができ、高い信頼性を有するノズルプレート１００を形成することができる。
さらに、ノズルプレート１００の製造方法によれば、酸素プラズマアッシングによって、撥水膜３６および被覆膜３２をエッチングした際に、第２領域１２および第３面１６に生じるエッチング残渣を除去することができる。エッチング残渣が生じたままだと、例えばカバーヘッドとの密着性が悪化することがあるが、ノズルプレート１００の製造方法では、このような問題を解消することができる。したがって、ノズルプレート１００の製造方法によれば、信頼性の高いノズルプレート１００を形成することができる。
ノズルプレート１００の製造方法によれば、酸素プラズマアッシングは、異方性の強い第１処理と、等方性の強い第２処理と、によって行われることができる。これにより、上述のように、第２領域１２に発生するエッチング残渣を、効率よく除去しつつ、より確実に第３面１６に酸化シリコン膜３４を形成することができる。
ノズルプレート１００の製造方法によれば、第１領域１１に形成された被覆膜３２の表面には、撥水膜３６が形成されている。そのため、ノズル孔２０から吐出された液滴（インク）が第１面１３に滞留することを抑制でき、吐出特性を向上させることができる。
３． ノズルプレートの変形例
次に、本実施形態の変形例に係るノズルプレートについて、図面を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態の変形例に係るノズルプレート２００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の変形例に係るノズルプレート２００において、本実施形態に係るノズルプレート１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、本実施形態の変形例に係るノズルプレートについて、図面を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態の変形例に係るノズルプレート２００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の変形例に係るノズルプレート２００において、本実施形態に係るノズルプレート１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
ノズルプレート１００の例では、図１に示すように、第１面１３の第２領域１２には、酸素プラズマアッシングで形成された酸化シリコン膜３４が形成されていた。
これに対し、ノズルプレート２００では、図１４に示すように、第２領域１２には、プラズマＣＶＤ法で形成された被覆膜３２が形成されている。第２領域１２に形成された被覆膜３２は、第１領域１１に形成された被覆膜３２と一体的に形成されている。第２領域１２に形成された被覆膜３２の厚みは、第１領域１１に形成された被覆膜３２の厚みより小さい。より具体的には、第２領域１２に形成された被覆膜３２の厚みは、例えば、０．１５μｍ以上０．３μｍ以下である。
上述の被覆膜の剥離は、特に側面である第３面において発生しやすい。その理由としては、被覆膜の剥離は、主に、ノズルプレートの搬送時、取り扱い時等において、ノズルプレートとそれを収納するトレー等とが衝突する際に生じるものであり、その場合、衝突する箇所は、側面である第３面が多いからである。本実施形態の変形例に係るノズルプレート２００では、被覆膜３６は、第３面１６から除去されているため、上述のような被覆膜の剥離を抑制することができる。
次に、本実施形態の変形例に係るノズルプレート２００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態の変形例に係るノズルプレート２００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法と基本的に同じ工程については、その説明を簡略化ないし省略する。
ノズルプレート２００の製造方法では、第１面１３の第１領域１１に、マスク部材４２を形成した後（図１０参照）、図１５に示すように、第２領域１２に被覆膜３２が残るようにエッチングを行う。ここで、被覆膜３２は、第２領域１２における厚みが１．５μｍ程度であり、第３面１６における厚みが１．０μｍ程度となるように成膜されている。したがって、第３面１６に形成された被覆膜３２が完全に除去（エッチング）された時点でエッチングを停止させれば、第２領域１２には、厚み０．５μｍ程度の被覆膜３２が残ることとなる。そして、第３面１６からより完全に被覆膜１６を除去するために、若干のオーバーエッチングを行うことにより、上述の範囲の厚みを有する被覆膜３２を第２領域１２に残すことができる。
以降の工程は、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法と基本的に同じなので、その説明を省略する。
４． 液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる液体噴射ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図１６は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図１７は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図である。なお、図１６では、図１７および図１〜１５と上下逆さまの状態を図示している。
次に、本実施形態にかかる液体噴射ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図１６は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図１７は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図である。なお、図１６では、図１７および図１〜１５と上下逆さまの状態を図示している。
液体噴射ヘッド６００は、本発明に係るノズルプレートを有する。以下では、本発明に係るノズルプレートとして、ノズルプレート１００を用いた例について説明する。
液体噴射ヘッド６００は、図１６および図１７に示すように、例えば、ノズルプレート１００と、流路形成基板６２０と、振動板６３０と、圧電素子６４０と、筐体６５０と、を含む。なお、図１６では、便宜上、熱酸化シリコン膜３０、撥水膜３６、および親水膜３８の図示を省略している。また、図１７では、便宜上、ノズルプレート１００および圧電素子６４０の図示を簡略化している。
流路形成基板６２０は、ノズルプレート１００上（図１７の例では下）に設けられている。流路形成基板６２０の材質は、例えば、シリコンである。流路形成基板６２０がノズルプレート１００と振動板６３０との間の空間を区画することにより、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力発生室６２２と、が設けられている。図示の例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力発生室６２２と、が区別されているが、これらはいずれも液体の流路（例えば、マニホールドということもできる）であって、このような流路はどのように設計されても構わない。例えば、供給口６２６は、図１７に示す例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。
リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板６３０に設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力発生室６２２に供給されることができる。圧力発生室６２２は、振動板６３０の変形により容積が変化する。圧力発生室６２２はノズル孔２０と連通しており、圧力発生室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔２０からインク等が吐出される。
なお、リザーバー６２４および供給口６２６は、圧力発生室６２２と連通していれば、流路形成基板６２０とは別の部材（図示せず）に設けられていてもよい。
振動板６３０は、流路形成基板６２０上（図１７の例では下）に設けられている。振動板６３０は、可撓性を有する。振動板６３０の材質は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、またはこれらの積層体である。
圧電素子６４０は、振動板６３０上（図１７の例では下）に設けられている。圧電素子６４０は、駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。圧電素子６４０の動作によって、振動板６３０は、変形し、圧力発生室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。圧電素子６４０は、第１電極６４２と、圧電体層６４４と、第２電極６４６と、を有する。
第１電極６４２は、図１６に示すように、振動板６３０上に形成されている。第１電極６４２の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極６４２の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第１電極６４２の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムとの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルとの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）である。第１電極層１０は、上記に例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
第１電極６４２は、第２電極６４６と一対になって、圧電体層６４４に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層６４４の下方に形成された下部電極）となることができる。
なお、液体噴射ヘッド６００は、振動板６３０を有さず、第１電極６４２が振動板としての機能を有していてもよい。すなわち、第１電極６４２は、圧電体層６４４に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、圧電体層６４４の動作によって変形することのできる振動板としての機能と、を有していてもよい。
圧電体層６４４は、図１６に示すように、第１電極６４２上に形成されている。圧電体層６４４の形状は、例えば、層状または薄膜状である。圧電体層６４４の厚みは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。圧電体層６４４としては、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。より具体的には、圧電体層６４４の材質は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）である。
圧電体層６４４は、圧電性を有することができ、第１電極６４２および第２電極６４６によって電圧が印加されることで変形することができる。
第２電極６４６は、図１６に示すように、圧電体層６４４上に形成されている。第２電極６４６は、第１電極６４２と対向して配置されている。第２電極６４６の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第２電極６４６の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極６４６の材質としては、例えば、第１電極６４２の材質として列挙した材料を用いることができる。
第２電極６４６の機能の一つとしては、第１電極６４２と一対になって、圧電体層６４４に電圧を印加するための他方の電極（例えば、圧電体層６４４の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。
筐体６５０は、図１７に示すように、ノズルプレート１００、流路形成基板６２０、振動板６３０、および圧電素子６４０を収納することができる。筐体６５０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。
液体噴射ヘッド６００によれば、ノズルプレート１００を有する。したがって、液体噴射ヘッド６００は、高い信頼性を有することができる。
なお、上記の例では、圧電体層６４４を２つの電極６４２，６４６で挟む圧電素子６４０を用いて、撓み振動によって圧力発生室６２２の容積を変化させる液体噴射ヘッド６００について説明した。しなしながら、本発明に係る液体噴射ヘッドは、上記の形態に限定されず、例えば、圧電体層と電極とを交互に積層させてなる圧電素子を固定基板に固定し、縦振動によって圧力発生室の容積を変化させる形態であってもよい。また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、圧電素子の伸張や収縮変形ではなく剪断変形によって圧力発生室の容積を変化させる、いわゆるシェアモード型の圧電素子を用いた形態であってもよい。また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、圧電素子ではなく、静電アクチュエーターによって圧力発生室の容積を変化させる形態であってもよい。
また、上記の例では、液体噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
５． 液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１６および図１７に示すように、流路形成基板６２０となる母材を準備する。母材としては、例えば（１１０）配向のシリコン単結晶基板を用いることができる。次に、母材に振動板６３０を形成する。振動板６３０は、例えば、スパッタ法により形成される。
次に、図１６に示すように、振動板６３０上に、第１電極６４２、圧電体層６４４、第２電極６４６を、この順で形成する。第１電極６４２および第２電極６４６は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により成膜される。圧電体層６４４は、例えば、スパッタ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法により形成される。これにより、圧電素子６４０を形成することができる。
次に、図１６および図１７に示すように、母材をパターニングし、所定の位置に、圧力発生室６２２、リザーバー６２４、および供給口６２６となる凹部を形成する。本実施形態では、母材として（１１０）配向のシリコン基板を用いているので、高濃度アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング（異方性エッチング）が好適に採用される。高濃度アルカリ水溶液によるウェットエッチングの際には、例えば振動板６３０をエッチングストッパーとして機能させることができる。したがって、圧力発生室６２２等の形成を容易に行うことができる。
次に、図１７に示すように、上述の製造方法で製造された、複数のノズル孔２０が形成されたノズルプレート１００を、各ノズル孔２０が各圧力発生室６２２となる凹部に対応するように位置合わせし、その状態で流路形成基板６２０に接合する。これにより、複数の圧力発生室６２２、リザーバー６２４、および複数の供給口６２６が形成される。ノズルプレート１００と流路形成基板６２０との接合は、例えば接着剤による接着法や、融着法などを用いることができる。次に、ノズルプレート１００、流路形成基板６２０、振動板６３０、および圧電素子６４０を筐体６５０に収納する。
以上の工程によって、本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００を製造することができる。
液体噴射ヘッド６００の製造方法によれば、信頼性の高いノズルプレート１００の製造方法を含む。したがって、信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を得ることができる。
６． 液体噴射装置
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
液体噴射装置７００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。以下では、本発明に係る液体噴射ヘッドとして、液体噴射ヘッド６００を用いた例について説明する。
液体噴射装置７００は、図１８に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液体噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
ヘッドユニット７３０は、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
ここで、図１９は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００のヘッドユニット７３０を模式的に示す平面図である。図２０は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００のヘッドユニット７３０を模式的に示す図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。なお、図１９および図２０では、便宜上、キャリッジ７３２の図示を省略し、インクカートリッジ７３１は、インクカートリッジ７３１を構成するカートリッジケース７３１ａのみを図示している。
図１９および図２０に示すように、カートリッジケース７３１ａには、複数の液体噴射ヘッド６００が設けられている。図示の例では、液体噴射ヘッド６００は、４つ設けられているが、その数は特に限定されない。液体噴射ヘッド６００は、ノズルプレート１００がカートリッジケース７３１ａとは反対側に位置するように配置されている。すなわち、ノズルプレート１００の吐出面となる第１面１３は、露出している。
液体噴射ヘッド６００は、カバーヘッド７３３によってカートリッジケース７３１ａに固定されている。カバーヘッド７３３は、接着剤により、ノズルプレート１００を備える液体噴射ヘッド６００と接着されている。該接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤が挙げられる。ノズルプレート１００の第２領域１２および第３面１６には、カバーヘッド７３３が配置されている。
シリコン基板は、一般的に、上述の接着剤との密着性が悪い。しかしながら、本実施形態に係るノズルプレート１００では、第１面１３の第２領域１２、および第３面１６には、酸化シリコン膜３４が形成されている。そのため、ノズルプレート１００と接着剤との密着性はよく、ノズルプレート１００とカバーヘッド７３３との密着性を向上させることができる。したがって、ヘッドユニット７３０は、高い信頼性を有することができる。
図１８に示すように、駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
液体噴射装置７００によれば、上述のように、ノズルプレート１００とカバーヘッド７３３との密着性を向上させることができる。したがって、液体噴射装置７００は、高い信頼性を有することができる。
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
２ 凹部、３ 熱酸化シリコン膜、１０ シリコン基板、１１ 第１領域、
１２ 第２領域、１３ 第１面、１４ 第２面、１６ 第３面、２０ ノズル孔、
２２ 第１開口部、２４ 第２開口部、３０ 熱酸化シリコン膜、３２ 被覆膜、
３４ 酸化シリコン膜、３６ 撥水膜、３８ 親水膜、４０ レジスト膜、
４２ マスク部材、５０ 第１支持基板、５２ 第２支持基板、
１００ ノズルプレート、２００ ノズルプレート、６００ 液体噴射ヘッド、
６２０ 流路形成基板、６２２ 圧力発生室、６２４ リザーバー、６２６ 供給口、
６２８ 貫通孔、６３０ 振動板、６４０ 圧電素子、６４２ 第１電極、
６４４ 圧電体層、６４６ 第２電極、６５０ 筐体、７００ 液体噴射装置、
７１０ 駆動部、７２０ 装置本体、７２１ トレイ、７２２ 排出口、
７３０ ヘッドユニット、７３１ インクカートリッジ、
７３１ａ カートリッジケース、７３２ キャリッジ、７３３ ヘッドカバー、
７４１ キャリッジモーター、７４２ 往復動機構、７４３ タイミングベルト、
７４４ キャリッジガイド軸、７５０ 給紙部、７５１ 給紙モーター、
７５２ 給紙ローラー、７５２ａ 従動ローラー、７５２ｂ 駆動ローラー、
７６０ 制御部、７７０ 操作パネル
１２ 第２領域、１３ 第１面、１４ 第２面、１６ 第３面、２０ ノズル孔、
２２ 第１開口部、２４ 第２開口部、３０ 熱酸化シリコン膜、３２ 被覆膜、
３４ 酸化シリコン膜、３６ 撥水膜、３８ 親水膜、４０ レジスト膜、
４２ マスク部材、５０ 第１支持基板、５２ 第２支持基板、
１００ ノズルプレート、２００ ノズルプレート、６００ 液体噴射ヘッド、
６２０ 流路形成基板、６２２ 圧力発生室、６２４ リザーバー、６２６ 供給口、
６２８ 貫通孔、６３０ 振動板、６４０ 圧電素子、６４２ 第１電極、
６４４ 圧電体層、６４６ 第２電極、６５０ 筐体、７００ 液体噴射装置、
７１０ 駆動部、７２０ 装置本体、７２１ トレイ、７２２ 排出口、
７３０ ヘッドユニット、７３１ インクカートリッジ、
７３１ａ カートリッジケース、７３２ キャリッジ、７３３ ヘッドカバー、
７４１ キャリッジモーター、７４２ 往復動機構、７４３ タイミングベルト、
７４４ キャリッジガイド軸、７５０ 給紙部、７５１ 給紙モーター、
７５２ 給紙ローラー、７５２ａ 従動ローラー、７５２ｂ 駆動ローラー、
７６０ 制御部、７７０ 操作パネル
Claims (7)
- シリコン基板に、前記シリコン基板の第１面から第２面まで貫通するノズル孔を形成する工程と、
前記第１面と、前記第１面および前記第２面に接続された前記シリコン基板の第３面と、に被覆膜を形成する工程と、
平面視において、前記被覆膜が形成された前記第１面の、前記ノズル孔を含む第１領域をマスク部材で覆うことにより、前記第１面を、前記第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域と、に区画する工程と、
前記マスク部材をマスクとしてエッチングを行い、前記第２領域に形成された前記被覆膜と、前記第３面に形成された前記被覆膜と、を除去する工程と、
酸素プラズマアッシングを行い、前記被覆膜が除去された前記第３面に、酸化シリコン膜を形成する工程と、
を含む、ノズルプレートの製造方法。 - 請求項１において、
前記酸素プラズマアッシングは、
第１処理と、
前記第１処理の後に行われ、前記第１処理よりも等方性の強い第２処理と、
によって行われる、ノズルプレートの製造方法。 - 請求項１または２において、
前記第１面を前記第１領域と前記第２領域とに区画する工程の前に、前記被覆膜の表面に撥水膜を形成する工程を、さらに含む、ノズルプレートの製造方法。 - 請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記被覆膜を形成する工程は、プラズマＣＶＤ法により行われる、ノズルプレートの製造方法。 - 請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記被覆膜を除去する工程は、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより行われる、ノズルプレートの製造方法。 - 請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記被覆膜を除去する工程は、フッ化水素溶液を用いたウェットエッチングにより行われる、ノズルプレートの製造方法。 - 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法を含む、液体噴射ヘッドの製造方法。
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