(57)【要約】【課題】吐出口周辺においてディッシング形状を有さず、安定した吐出特性を得ることができるノズル基板等を得る。【解決手段】平板を貫通させて、液体を吐出するためのノズル３１を形成した、シリコンからなるノズル基板３０において、液滴の吐出面において、吐出口周辺部分が凹んだディッシング形状（ラウンド形状）とならないようにノズル３１が基板の表面よりも突出した吐出口を有するようにする。【選択図】図７
2010115828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板を貫通させて、液体を吐出するためのノズルを形成した、シリコンからなるノズル基板において、
前記ノズルは、基板端面よりも突出した吐出口を有することを特徴とするノズル基板。
【請求項２】
前記ノズルは、液滴を吐出させる方向に向かって孔径が小さくなる、テーパ形状又は複数段形状により形成されていることを特徴とする請求項１記載のノズル基板。
【請求項３】
前記ノズルの吐出口が、前記基板端面よりも０．１〜１．６μｍ突出していることを特徴とする請求項１又は２記載のノズル基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のノズル基板と、
該ノズル基板が有する前記ノズルに液体を供給するための流路を有する流路基板と、
該流路基板内の液体を加圧するための加圧手段と
を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項４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。
【請求項６】
シリコン基板の一方の面側から異方性ドライエッチングを行って、ノズルとなる凹部を形成する工程と、
少なくとも前記凹部内に酸化シリコンの膜を形成する工程と、
前記凹部を形成した面を支持基板に対向させて前記シリコン基板を固定し、前記凹部を形成した面と反対側の面から前記シリコン基板を研削及び研磨を行い、前記凹部を貫通させて孔を形成し、また、基板端面よりも前記ノズルの吐出口となる部分を突出させて、先端部分が円錐台形状の前記ノズルを形成する工程と
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記ノズルを形成したシリコン基板に対して撥水処理を行って撥水層を形成する工程と、
前記吐出口を形成した面の撥水層を保護するための保護フィルムを前記シリコン基板に貼り付ける工程と、
前記ノズル内壁の撥水層を除去するためのプラズマ処理を行う工程と
をさらに有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。
【請求項８】
液体が吐出する方向に向かって孔径が小さくなる複数段状になるように、前記ノズルとなる凹部を形成することを特徴とする請求項６又は７記載のノズル基板の製造方法。
【請求項９】
前記シリコン研磨用のスラリーのみを用いて、ＣＭＰによる研磨を行って前記ノズルを形成することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１０】
前記研磨を行う際に、前記研磨パッドの種類及び／又は加重を調整して、前記吐出口となる部分が突出する高さを調整することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれかに記載の方法で製造したノズル基板と、
該ノズル基板が有する前記ノズルに液体を供給するための流路と、該流路の一部に液体を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細加工によってノズルが形成されるノズル基板、インク等の液滴の吐出を行う液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。
【０００３】
ここで、微細加工素子の一例として液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物（紙等）との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤｓ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。
【０００４】
液滴吐出ヘッドによりノズルから液滴を吐出させる方法については、例えば液体を加熱し、発生した空気（気泡）の圧力で液滴を吐出させるものがある。また、液体をためておく吐出室を流路の一部に備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて（動作させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。さらに振動板を可動電極とし、振動板と距離を空けて対向する電極（固定電極）との間に電圧を印加させ、発生する静電気力（静電引力を用いることが多いので、以下、静電引力とする）を利用し、発生させた静電引力により振動板を変位させてその圧力により吐出させるものもある。
【０００５】
ここで、液体を液滴として吐出するためのノズルを有するノズル基板について考えてみる。ノズル基板は、主に異方性エッチングによる加工をシリコン基板に行って製造する。異方性エッチングとして、ドライエッチング（乾式エッチング）、ウェットエッチング（湿式エッチング）がある。例えば、ドライエッチングによりノズルとなる孔を所望の深さ分だけ形成し、ノズルとなる孔を形成した面の反対側の面から、ウェットエッチングにより凹部を形成し、ノズルの長さを調整しつつ、凹部の底面にノズルの吐出口を開口する（例えば特許文献１参照）。ここで、吐出性能を高める（吐出特性を安定させる）ため、ノズルの形状は、テーパ形状に近い、２段以上の段状に形成することが多い。
【０００６】
また、研削、研磨により、あらかじめ基板の厚さを調整した後に、基板の両面からドライエッチングを行ってノズルを形成する場合もある（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８８２０号公報（図３，４）
【特許文献２】特開平９−５７９８１号公報（図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のような手順でノズル基板の製造を行うと、ノズル基板の表面から一段深く下がった凹部の底面が、ノズルの吐出口が開口した吐出面となる。ウェットエッチングは、表面が粗くなることが多いため、吐出口開口部分のばらつきにより液滴の飛行曲がりが生じることがある。また、ノズル孔の目詰まりの原因となる紙粉、液体等を吐出面から排除するために、ゴム片又はフェルト片等で吐出面を払拭するワイピング作業を行う場合、吐出面が凹部底面にあると、作業が難しくなる。
【０００８】
一方、液滴吐出ヘッドのノズルの高密度化が進むとノズル基板の厚さを更に薄くしなければならなくなる。このような場合に特許文献２のようなノズル基板の製造を行うと、製造工程中に基板が割れる可能性が高くなり、歩留まりが低下するため、その分、液滴吐出ヘッドの製造単価が高価になる可能性がある。さらに、ドライエッチングの際に、加工形状が安定するように基板裏面からヘリウム（Ｈｅ）ガス等で冷却を行うが、ノズル孔を貫通させたときにＨｅガスが漏れてエッチングが不可能になる場合があった。
【０００９】
そのため、あらかじめノズルとなる凹部を形成した後に、ノズルとなる孔を形成した面の反対側の面から、研削、研磨を行って薄板化し、ノズルの吐出口を開口してノズル基板を製造する方法も考えられている。しかし、薄板化工程により、液滴吐出面においてノズルの先端部分となる吐出口周辺が、液滴吐出面に対して凹み、ディッシング形状（ラウンド形状）となる場合があった。そのため、例えば、ノズル内壁の撥液層を除去するプラズマ処理を行う際、液滴吐出面の撥液層を保護する保護フィルムと吐出口周辺部分とが密着せず、撥液層がダメージを受けて、撥液性が低下し、吐出特性が安定しない場合があった。
【００１０】
そこで、本発明においては、吐出口周辺においてディッシング形状を有さないようにし、安定した吐出特性を得ることができるノズル基板等を得ることを目的とする。また、それに適した製造方法等を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るノズル基板は、平板を貫通させて、液体を吐出するためのノズルを形成した、シリコンからなるノズル基板において、ノズルが基板表面よりも突出した吐出口を有するものである。
本発明によれば、ノズルの先端部分となる吐出口が基板表面よりも突出するようにしたので、ノズルの吐出口周辺部分における液体の引けがよくなり、液体がたまることなく、飛行曲がり等を生じず、吐出口から吐出する液滴の吐出特性が安定するノズル基板を得ることができる。
【００１２】
また、本発明に係るノズル基板において、ノズルは、液滴を吐出させる方向に向かって孔径が小さくなる、テーパ形状又は複数段形状により形成されている。
本発明によれば、テーパ形状又は複数段にノズルを形成するようにしたので、吐出する液滴の直進性を高め、吐出性能の向上、安定等させることできる。
【００１３】
また、本発明に係るノズル基板は、ノズルの吐出口が、基板の表面よりも０．１〜１．６μｍ突出している。
本発明によれば、ノズルの吐出口が、基板の表面よりも０．１〜１．６μｍ突出するようにしたので、吐出特性を安定させつつ、有効なワイピング作業を行って、紙粉等を払拭することができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上述したノズル基板と、ノズル基板が有するノズルに液体を供給するための流路を有する流路基板と、流路基板内の液体を加圧するための加圧手段とを備える。
本発明によれば、上述したノズル基板を有し、加圧した液体を吐出させるようにしたので、安定した吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上述した液滴吐出ヘッドが搭載されている。
本発明によれば、上述した液滴吐出ヘッドを有し、液体の吐出を行うようにしたので、安定した吐出特性を有する液滴吐出装置を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板の一方の面側から異方性ドライエッチングを行って、ノズルとなる凹部を形成する工程と、少なくとも凹部内に酸化シリコンの膜を形成する工程と、凹部を形成した面を支持基板に対向させてシリコン基板を固定し、凹部を形成した面と反対側の面からシリコン基板を研削及び研磨を行い、凹部を貫通させて孔を形成し、また、基板表面よりもノズルの吐出口となる部分を突出させて、先端部分が円錐台形状のノズルを形成する工程とを有する。
本発明によれば、凹部内に酸化シリコンの膜を形成し、さらに、凹部を形成した面と反対側の面からシリコン基板を研削及び研磨することで、基板の表面よりもノズルの吐出口となる部分を突出させて先端部分が円錐台形状のノズルを形成するようにしたので、ノズルの吐出口周辺部分の液体の引けがよくなり、吐出特性を安定させることができる。
【００１７】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルを形成したシリコン基板に対して撥水処理を行って撥水層を形成する工程と、吐出口を形成した面の撥水層を保護するための保護フィルムをシリコン基板に貼り付ける工程と、ノズル内壁の撥水層を除去するためのプラズマ処理を行う工程とをさらに有する。
本発明によれば、撥水処理により形成した撥水層を形成し、保護フィルムをノズルの吐出口に密着させて塞ぎ、十分に保護した上で、プラズマ処理を行ってノズル内壁の撥水層を除去するようにしたので、液滴を吐出する側の面の撥水層を損なうことなくノズル基板を形成することができる。そのため、撥水効果を十分に発揮してさらに吐出特性を安定させることができる。
【００１８】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、液体が吐出する方向に向かって孔径が小さくなる複数段状になるように、ノズルとなる凹部を形成する。
本発明によれば、テーパ形状又は複数段にノズルを形成するようにしたので、吐出する液滴の直進性を高め、吐出特性を向上させることできる。
【００１９】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン研磨用のスラリーのみを用いて、ＣＭＰによる研磨を行ってノズルを形成する。
本発明によれば、シリコン研磨用のスラリーのみを用いた研磨をおこなうようにしたので、特に、酸化シリコンとの研磨速度（レート）の違いに基づいて、先端部分が円錐台形状のノズルを形成することができる。
【００２０】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、研磨を行う際に、研磨パッドの種類及び／又は加重を調整して、吐出口となる部分が突出する高さを調整する。
本発明によれば、研磨パッドの種類及び／又は加重を調整して、吐出口となる部分が突出する高さを調整するようにしたので、ノズルが突出する高さを所望の高さに制御することができる。
【００２１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の方法で製造したノズル基板と、ノズル基板が有するノズルに液体を供給するための流路と、流路の一部に液体を加圧する加圧手段とを備えた基板とを接合する工程を有するものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造したノズル基板を用いて液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、吐出特性を安定させた液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【００２２】
また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
本発明によれば、上記の製造方法で製造した液滴吐出ヘッドを用いて液滴吐出装置を製造するようにしたので、吐出特性を安定させた装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１は静電アクチュエータの代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドを表している（なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する）。図１において、電極基板１０は厚さ約１ｍｍであり、図１では、キャビティ基板２０の下面に、振動板２２と対向して接合される。本実施の形態では、電極基板１０を構成する基板として硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを材料とする。電極基板１０には、キャビティ基板２０に形成される各吐出室２１に合わせ、例えば深さ約０．２５μｍの溝部１１を設け、その内側（特に底部）に各吐出室２２と対向する個別電極１２Ａ、リード部１２Ｂ及び端子部１２Ｃ（以下、特に区別しないときはこれらを合わせて電極部１２という）を設けている。本実施の形態では、電極部１２の材料として、酸化錫を不純物としてインジウムにドープしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えばスパッタ等により溝部１１の底面に例えば０．１μｍの厚さで成膜する。液体供給口１３は、外部のタンク（図示せず）から液滴吐出ヘッドにインク等の液体を供給するための取り入れ口となる。
【００２４】
流路基板となるキャビティ基板２０は、例えば表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板を含め、以下、単にシリコン基板という）を材料としている。キャビティ基板２０には、加圧して吐出するための液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（底壁が被駆動部となる振動板２２となる）及び各ノズル共通に吐出する液体をためておくためのリザーバ２３となる凹部を形成している。凹部の形成には、例えば異方性ウェットエッチング法（以下、ウェットエッチングという）を用いる。リザーバ２３は液体供給口１３を介して供給される液体を一旦ため、各吐出室２２に液体を供給する。また、キャビティ基板１上に設けられた共通電極端子２４は、電極部１２に供給される電荷とは反対の電荷をキャビティ基板２０に供給するためのものである。また、個別電極１２Ａと振動板２２とを絶縁させるため、振動板２２の下面には酸化シリコン等からなる絶縁膜２５が成膜されている。また、特に図示していないが、吐出室２１となる凹部等を設けている側にも、キャビティ基板２０を吐出液体等から保護する液体保護膜を成膜するようにしてもよい。
【００２５】
ノズル基板３０は、電極基板１０とは反対の面（図１の場合には上面）でキャビティ基板２０と接合されている。本実施の形態のノズル基板３０は、吐出室２１と連通する、２段で形成されたノズル３１を複数有しているものとする。ノズル基板３０の外側（図１の場合には上面）の面で円形になるように開口した、液体の吐出側となる小さい方の口径（約２０μｍ）の吐出口を有する円柱状のノズルを第１ノズル３１Ａとする。また、内側（キャビティ基板２０と対向する面、図１の場合には下面）の面で円形になるように開口した、液体の供給側になる大きい方の口径（約５０μｍ）の口を有する円柱状のノズルを第２ノズル３１Ｂとする。ここで第１ノズル３１Ａと第２ノズル３１Ｂにより形成される円の中心は同じ（同心円）であるとする。また、内側の面にはオリフィス３２となる細溝を設け、吐出室２１とリザーバ２３とを連通させ、リザーバ２３に溜めた液体を吐出室２１に供給するための連通溝とする。ここでは、特に図示していないが、例えば、振動板２２の加圧により、リザーバ２３に溜められた液体に伝播する力を緩衝するためのダイヤフラムを設けるようにしてもよい。図１ではノズル基板３０が上面となり、電極基板２０を下面としているが、実際に用いられる場合には、通常、ノズル基板３０の方が電極基板２０よりも下面となる。
【００２６】
図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。端子部１２Ｃは電極取出し口２６において、外部に露出している。そして、発振回路４１は、直接又はワイヤ、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）等の配線４２を介して電気的に端子部１２Ｃ、共通電極端子２４と接続され、個別電極１２Ａ、キャビティ基板２０（振動板２２）に電荷（電力）の供給及び停止を制御する回路である。発振回路４１は、発振することで、個別電極１２Ａに例えばパルス電圧を印加して電荷供給を行う。発振回路４１が発振駆動し、各個別電極１２Ａに選択的に電荷を供給して正又は負に帯電させ、また、振動板２２を相対的に逆相負に帯電させる。このとき、静電気力により振動板２２は個別電極１２Ａに引き寄せられて撓む。これにより吐出室２１の容積は広がる。電荷供給を止めると振動板２２は元に戻るが、そのとき吐出室２１の容積も元に戻り、その圧力により液滴が吐出する。この液滴が例えば吐出対象物に着弾して印刷等が行われる。端子部１２Ｃを外部に露出させることで、個別電極１２Ａと振動板２２との間の空間（ギャップ）が外気と連通するのを防ぐために、封止材２７により封止及び外気の遮断をしている。
【００２７】
本実施の形態は、ノズル基板３０の液滴吐出側の面において、第１ノズル３１Ａによる液滴の吐出口が設けられた部分が、液滴を吐出する面の表面部分（液滴吐出ヘッドの）よりも低く凹むディッシング形状（ラウンド形状）とならないようにする。そのため、少なくともノズル３１Ａの側壁部分にあらかじめ酸化シリコンを形成しておく。そして、例えばノズル３１の長さ調整等を行うために基板を研削し、最終調整として研磨を行う際、シリコン研磨用のスラリーで研磨を行うようにする。シリコンと酸化シリコンとで研磨される程度が異なることで、酸化シリコンが吐出口周辺のシリコンが過度に研磨されるのを防ぎ、ディッシング形状が形成されるのを防止することができる。また、それだけでなく、研磨が遅れる酸化シリコン周辺には連なる形でシリコンが残るため、ノズル３１のエッジ部分（先端部分）が円錐台形状（逆ディッシング形状）となるように形成することができる。これにより、吐出口の部分を基板表面より突出させることができ、液体の引けがよく、吐出特性を安定させることができるノズル基板３０（液滴吐出ヘッド）を得ることができる。
【００２８】
図３〜図６は実施の形態１のノズル基板３０の作製方法を表す図である。次に図３〜図６に基づいて、本発明におけるノズル基板３０の作製方法の手順について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドのノズル基板３０を同時形成するが、図３〜図６ではその一部分となるノズル３１を形成する部分だけを示すものとする。ここで、以下では具体的な数値を挙げて説明するが、これらの数値は一例を表すものであり、これらの値に限定するものではない。
【００２９】
まず、厚さ約２８０μｍのシリコン基板５１に、エッチングを行う際、シリコン基板５１を保護するための膜（レジスト）となる酸化シリコン膜５２を例えば約１μｍ全面成膜する（図３（ａ））。成膜方法については特に限定しないが、ここでは、例えば、高温（約１０７５℃）で酸素及び水蒸気雰囲気中にシリコン基板５１を晒して成膜する熱酸化法を用いる。
【００３０】
そして、酸化シリコン膜５２を選択的にエッチングしてパターニングを行うため、フォトリソグラフィ法を用い、フォトレジスト膜５３となる感光剤を塗布する。そして、露光、現像により、第２ノズル３１Ｂとなる部分のフォトレジスト膜５３を除去し、パターン形成（パターニング）を行う（図３（ｂ））。そして、例えばフッ酸水溶液、緩衝フッ酸水溶液（ＢＨＦ：例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液とを１：６で混合した液体）等に浸積し、第２ノズル３１Ｂとなる部分の酸化シリコン膜５２を、ハーフエッチングにより除去する（図３（ｃ））。ハーフエッチングにより、第２ノズル３１Ｂとなる部分の酸化シリコン膜５２を除去せず、シリコンは露出させないようにする。そして、このとき、第２ノズル３１Ｂとなる部分の形成した側の裏面についてもハーフエッチングを行う。そして、硫酸洗浄等によりフォトレジスト膜５３を除去する（図３（ｄ））。
【００３１】
そして、再度フォトレジスト膜５４を成膜し、第１ノズル３１Ａとなる部分及びオリフィス３２となる部分のフォトレジスト膜５４を除去し、パターン形成（パターニング）を行う（図３（ｅ））。第２ノズル３１Ｂとなる部分の酸化シリコン膜５２を除去した場合と同様に、第１ノズル３１Ａとなる部分の酸化シリコン膜５２を、ハーフエッチングにより除去する（図３（ｆ））。このとき、第１ノズル３１Ａとなる部分のシリコンが露出する。また、裏面についても酸化シリコン膜５２がすべて除去してシリコンが露出する。そして、硫酸洗浄等によりフォトレジスト膜５４を除去する（図４（ｇ））。
【００３２】
次に、ドライエッチングを行い、第１ノズル３１Ａの部分に対して、例えば口径約２０μｍ、深さ約２５μｍの凹部（孔）を形成する（図４（ｈ））。ドライエッチングの種類等については特に限定しないが、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングを行うようにしてもよい。この場合、エッチングに用いるガスとして、例えばフッ素系のＣ4 Ｆ8 （クタフルオロシクロブタン）で側壁面の保護を行いつつ、ＳＦ6 （６フッ化硫黄）で深さ方向へのエッチングを交互に繰り返し、ドライエッチングを行う。そして、フォトリソグラフィ法等により、ハーフエッチングにより残されていた第２ノズル３１Ｂとなる部分及びオリフィス３２となる部分の酸化シリコン膜５２を除去する（図４（ｉ））。
【００３３】
さらに、ドライエッチングを行い、第２ノズル３１Ｂの部分に対して口径約５０μｍ、深さ４０μｍの凹部（孔）を形成する。第１ノズル３１Ａの部分についてはさらに４０μｍ深い部分まで凹部が形成されることになる。また、ドライエッチングによりオリフィス３２も同時に形成する（図４（ｊ））。ここでもドライエッチングの種類等については特に限定しない。ドライエッチングが終了すると、保護膜として成膜していた酸化シリコン膜５２を除去する。酸化シリコン膜５２の除去は、例えば前述したフッ酸水溶液等で全面をウェットエッチングすることで行う。
【００３４】
そして、酸化シリコン膜５５を全面に成膜する（図４（ｋ））。ここでは、例えば、約１０００℃の酸素雰囲気中にシリコン基板５１を２時間晒して成膜するドライ熱酸化法を用いて０．１μｍの膜を全面に成膜する。
【００３５】
そして、シリコン基板５１のエッチングを行った面５１Ａと支持基板６１とを例えば両面テープ６２で接着して固定する（図５（ｌ））。この両面テープ６２については特に限定するものでないが、例えば、熱、紫外線等により接着強度（粘着強度）が低下する、自己剥離層を有するテープとしてもよい。本実施の形態では、例えば、紫外線照射により接着強度が弱まるＵＶ硬化型接着層６３を両面に備えた両面テープ６２を用いる。ここで、接着界面に気泡が含まれると、研磨時に板厚がばらつく可能性があるため、支持基板６１に貼り合わせた両面テープ６２のＵＶ硬化型接着層６３と支持基板６１とを向かい合わせて真空中で貼り合わせ、接着界面に気泡が残らないようにしてきれいな接着を行うようにする。
【００３６】
両面テープ６２により支持基板６１と接着した面と反対の面から、所望の板厚より若干広い厚さになるまで、バックグラインダ（図示せず）によりシリコン基板５１を研削する。ここでは、板厚が約７１μｍとなるまで研削するものとする。そして、さらにポリッシャー、ＣＭＰ（Chemichal Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）装置により所定の板厚（約６５μｍ）まで研磨を行う（図５（ｍ））。ここでは、ドライポリッシャーによる研磨を行わず、シリコン研磨用のスラリーを用いて研磨を行う。この研磨工程については後述する。
【００３７】
シリコン基板５１の液滴吐出面５１Ｂに、耐インク保護膜、かつ、撥液層の下地となる酸化物系金属膜を成膜する。本実施の形態では、スパッタ法により０．１μｍの厚さの酸化シリコン膜５６を成膜する（図５（ｎ））。ここでは、スパッタ法により酸化シリコン膜５６（酸化物系金属膜）を成膜しているが、ＵＶ硬化型接着層６３が劣化せず、シリコン基板５１との密着性を確保できるような温度（１００℃程度）以下で成膜できるのであればスパッタ法に限るものではない。また、例えば、酸化ハフニウム膜、酸化タンタル、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化ジルコニウム等も酸化物系金属膜の材料とすることができる。
【００３８】
さらに、酸化シリコン膜５６を成膜した液滴吐出面５１Ｂの表面に撥液処理を施す。フッ素（Ｆ）原子を含む撥液性を持った材料を、蒸着、ディッピング等で成膜し、撥液層５７を形成する（図５（ｏ））。この撥液処理により、本来、形成しなくてもよいノズル３１の内壁にも撥液層５７が形成されることになる。
【００３９】
シリコン基板５１の液滴吐出面５１Ｂに、保護フィルム６４を貼り付ける（図５（ｐ））。ここで、図５（ｐ）以降の図においては基板の上下を逆転している。そして、支持基板６１側から紫外線光を照射し（図６（ｑ））、両面テープ６２のＵＶ硬化型接着層６３を硬化させ、支持基板６１とシリコン基板５１とを分離させる（図６（ｒ））。
【００４０】
そして、Ａｒプラズマ処理又は０2 プラズマ処理によって、エッチングを行った面５１Ａから、余分に形成されたノズル３１の内壁面の撥液層５７を除去（アッシング）する。本実施の形態では、Ａｒプラズマ処理を行うものとする（図６（ｓ））。その後、ノズル基板３０としてキャビティ基板２０と接着させる際、接着強度を上げるため、プライマー処理液に１時間浸漬した後、純水でリンスして８０℃、１時間の条件でベーキングして乾燥させる。ここで、プライマー処理液として、例えばシランカップリング剤を用いる。
【００４１】
シリコン基板５１に貼り付けた保護フィルム６４を剥す（図６（ｔ））。そして、カッター等を用いて切断（ダイシング）等を行うことにより、シリコン基板５１から各ノズル基板３０に分割して個片（チップ）化し、ノズル基板３０を作製する（図６（ｕ））。
【００４２】
図７は液滴吐出面５１Ｂを研磨することにより形成されるノズル３１のノズルエッジ（吐出口）部分の形状を表す図である。ここでは、図５（ｍ）で示したＣＭＰによる研磨工程について詳述する。シリコン基板５１を薄板化する工程においては、通常、ドライポリッシャーを用いて研磨を行うことが多い。この場合、図７（ａ）に示すように、液滴吐出面５１Ｂにおいて、ノズル３１の吐出口の周辺部分がディッシング形状（凹み形状）になり、ノズル３１の吐出口として開口している部分が液滴吐出面５１Ｂより０．３〜１．４μｍ入り込んだ位置（凹んだ位置）になっていた。
【００４３】
図８は保護フィルム６４とシリコン基板５１との密着具合を示すための図である。上述したように、ディッシング形状により吐出口の液滴吐出面５１Ｂからの入り込み量（以降、ディッシング量）が大きい（凹みが大きい）と、吐出口周辺部分における液滴吐出面５１Ｂと保護フィルム６４の粘着層６４Ａとが密着しなくなる。そのため、図６（ｓ）において、ノズル３１内壁面の撥液層５７を除去するプラズマ処理工程を行う際、保護フィルム６４が吐出口を塞ぐことができず、吐出口周辺の部分における液滴吐出面５１Ｂを有効に保護することができず、Ａｒが回り込み、液滴吐出面５１Ｂにおける撥液層５７にダメージを与えてしまう。そのため、吐出口周辺の撥液層５７が除去されてしまい、撥液効果が発揮できなくなる。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、図５（ｍ）に示すＣＭＰによる研磨において、シリコン研磨用のスラリーのみを用いるようにする。また、このとき、研磨パッドに柔軟性のあるものを選択し、研磨時の加重をコントロールする。スラリーはシリコン研磨用であるため、シリコンに比べて酸化シリコンの方が研磨に係る速度が遅くなる。このため、ノズル３１の内壁面に成膜された酸化シリコン膜５５が研磨が遅れる。また、酸化シリコン膜５５に連なって、酸化シリコン膜５５近傍のそして、酸化シリコン膜５５の近傍となる吐出口周辺部分のシリコンも研磨されにくくなる。これにより、液滴吐出面５１Ｂにおいて吐出口周辺部分が過度に研磨されるのを防ぐだけでなく、図７（ｂ）に示すように、ノズル３１の吐出口を中心とした高さ（逆ディッシング量）０．１〜１．６μｍの凸形状（円錐台形状、山形状）となって、ノズル３１のエッジ部分となる吐出口を液滴吐出面５１Ｂよりも突出させることができる。ノズル３１の先端部分が微小な凸形状となったことで、吐出口から吐出する液体の引けがよくなり、吐出特性を安定させることができるという効果が得られる。
【００４５】
ここで、研磨工程において、前述したように用いる研磨パッドの種類、加重等を変化させ、酸化シリコン膜５５の研磨具合が異ならせることで、形成する凸形状の高さを異ならせることができる。研磨パッドの種類、加重等については、とくに限定するものではないが、本実施の形態では、Ｗｆ加圧が１１．５ｋＰａとなる研磨パッド、加重となるように調整し、ＣＭＰによる研磨量を５．８μｍとする。このとき、研磨速度（レート）を０．５μｍ／ｍｉｎとする。
【００４６】
また、保護フィルム６４との密着に関しても、図８（ｂ）で示すように、保護フィルム６４の粘着層６４Ａが突出した吐出口を塞ぎ、さらに液滴吐出面５１Ｂの吐出口周辺部分と保護フィルム６４の粘着層６４Ａとが密着し、プラズマ処理を行っても液滴吐出面５１Ｂの吐出口周辺部分における撥液層５７の撥液性が損なわれることはなくなった。
【００４７】
図９は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図９に基づいて他の基板の作製をはじめとする液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図９ではその一部分だけを示している。
【００４８】
電極基板１０となる約１ｍｍのガラスの基板の一方の面に対し、電極部１２の形状パターンに合わせて０．２μｍの深さの溝部１１を形成する。そして、例えばスパッタ等の方法を用いて、０．１μｍの厚さのＩＴＯを溝部１１の内側（特に底壁）に成膜し、電極部１２を形成する。さらに液体供給口１３をサンドブラスト法または切削加工により形成する。これにより、ガラス基板１０が作製される（図９（ａ））。
【００４９】
キャビティ基板２０となる基板については、まず例えば表面が（１１０）面方位の酸素濃度の低いシリコン基板７１の片面を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みにする。次に、シリコン基板７１にボロンドープ層７２を形成する面を、Ｂ2 Ｏ3 を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。さらに縦型炉に石英ボートをセットして、炉内を窒素雰囲気にし、例えば、温度を１０５０℃に上昇させて７時間保持してボロンをシリコン基板７１中に拡散させ、ボロンドープ層７２を形成する。このとき、ボロンドープ層７２の表面にはボロン化合物が形成されているが（図示なし）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、フッ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させ、フッ酸水溶液にてウェットエッチングして除去する。そして、さらにボロンドープ層７２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜２５を成膜する（図９（ｂ））。絶縁膜２５は、例えばプラズマＣＶＤ法により、成膜時の処理温度を３６０℃、高周波出力を２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量をＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で０．１μｍ成膜する。
【００５０】
次にシリコン基板７１と電極基板１０を３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板７１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合を行う。そして、陽極接合後の接合済み基板において、シリコン基板７１の厚みが約６０μｍになるまでシリコン基板７１表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、例えば３２ｗ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板７１を約１０μｍウェットエッチングする。これによりシリコン基板７１の厚みを約５０μｍにする（図９（ｃ））。
【００５１】
ウェットエッチングを行った面に対し、例えばエッチングマスクとなる酸化シリコン膜７３を、ＴＥＯＳによるプラズマＣＶＤ法で成膜する。酸化シリコン膜７３の成膜条件としては、例えば、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で１．５μｍ成膜する。ＴＥＯＳを用いた成膜は比較的低温で行うことができ、基板の加熱をできる限り抑えられる。さらに、フォトリソグラフィ法を用い、酸化シリコン膜７３において、吐出室２１、リザーバ２３及び電極取出し口２６となる部分をエッチングにより除去する（図９（ｄ））。ここで、例えば吐出室２１及び電極取出し口２６となる部分についてはシリコンを露出させ、リザーバ２３についてはハーフエッチングにより酸化シリコン膜７３を残す。これはリザーバ２３となる部分についてはシリコンを残すことにより、剛性を持たせるようにするためである。
【００５２】
次に、接合済み基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１となる部分の厚みが約１０μｍになるまでウェットエッチングを行う。さらに、接合済み基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層７２において、エッチングストップが十分効いたものと判断するまでエッチングを続ける。このように、前記２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたウェットエッチングを行うことによって、形成される振動板２２の面荒れを抑制し、厚み精度を０．８０±０．０５μｍ以下にすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる（図９（ｅ））。ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板を例えばフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板７１表面の酸化シリコン膜７３を除去する（図９（ｆ））。
【００５３】
シリコン基板７１の電極取出し口２６となる部分のシリコン（ボロンドープ層７２）を除去し、開口する。除去の方法については、特に限定しないが、例えばピン等で突いて壊すこともできる。また、ドライエッチングを行って開口することもできる。その後、電極取出し口２６の端部にあるキャビティ基板２０と各凹部１１との間で形成されるギャップの開口部に沿って、例えばエポキシ樹脂を流し込んだり、酸化シリコンを堆積等させたりして封止材２７を形成して封止し、ギャップを外気から遮断する（図９（ｇ））。ここで、特に図示はしないが、例えば、キャビティ基板２０の上面に、液体保護のための酸化シリコン膜を、例えばＴＥＯＳを用い、プラズマＣＶＤ法により形成するようにしてもよい。
【００５４】
封止が完了すると、例えば、共通電極端子２４となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板７１側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２４を形成する。そして、別工程で作製した前述のノズル基板３０を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板２０側から接着し、接合する（図９（ｈ））。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。
【００５５】
以上のように実施の形態１によれば、ノズル基板３０となるシリコン基板５１を所定の厚さにするために行う研磨工程により、ノズル３１の吐出口を液滴吐出面５１Ｂの表面よりも０．１〜１．６μｍ突出させ、ノズル３１の先端部分を凸形状にするようにしたので、ノズル３１の吐出口周辺部分の液体の引けがよくなり、吐出特性を安定させることができる。また、プラズマ処理工程において液滴吐出面５１Ｂの撥液層５７を保護するための保護フィルム６４を吐出口に密着させることができるため、プラズマ処理工程において液滴吐出面５１Ｂの撥液層５７が損なわれず、撥液性を維持することができ、さらに吐出特性を安定させることができる。そして、シリコン研磨用のスラリーのみを用いるようにしたので、酸化シリコン膜５５の研磨をシリコン基板５１のシリコンの研磨よりも遅らせて、吐出口部分（先端部分）を凸形状にしたノズル３１を形成することができる。このとき、研磨パッドの種類、加重等を制御することにより、所望する凸形状のノズル３１を形成することができる。
【００５６】
実施の形態２．
上述の実施の形態における液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板を積層して構成したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、リザーバ２３の容積を大きくするため、リザーバ２３となる凹部を独立した基板に形成し、４つの基板を積層した構成の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【００５７】
上述の実施の形態では、振動板２２と個別電極１２との間に発生する静電力により振動板２２を変位させて液体を加圧し、ノズル３１から液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドについて説明した。本発明はこれに限定するものではない。例えば、気体を発生させたり、圧電素子を用いる等、他の加圧方法による液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【００５８】
実施の形態３．
図１０は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。また、図１１は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図１０及び図１１の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図１１において、被印刷物であるプリント紙１００が支持されるドラム１０１と、プリント紙１００にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
【００５９】
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板２２を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００６０】
ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、ＯＬＥＤ等の表示基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図３】実施の形態１に係るノズル基板の作製を表す工程図（その１）である。
【図４】実施の形態１に係るノズル基板の作製を表す工程図（その２）である。
【図５】実施の形態１に係るノズル基板の作製を表す工程図（その３）である。
【図６】実施の形態１に係るノズル基板の作製を表す工程図（その４）である。
【図７】ノズル３１のノズルエッジ部分の形状を表す図である。
【図８】保護フィルム６４とシリコン基板５１との密着具合を示す図である。
【図９】液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
【図１０】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図１１】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  電極基板、１１  溝部、１２  電極部、１２Ａ  個別電極、１２Ｂ  リード部、１２Ｃ  端子部、１３  液体供給口、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバ、２４  共通電極端子、２５  絶縁膜、２６  電極取出し口、２７  封止材、３０  ノズル基板、３１  ノズル、３１Ａ  第１ノズル、３１Ａ−１  ノズル吐出口、３１Ｂ  第２ノズル、３１Ｂ−１  ノズル供給口、３２  オリフィス、３３  ダイヤフラム、３４  凹部、４１  発振回路、４２  配線、５１  シリコン基板、５１Ａ  エッチングを行った面、５１Ｂ  液滴吐出面、５２，５５，５６  酸化シリコン膜、５３，５４  フォトレジスト膜、５７  撥液層、６１  支持基板、６２  両面テープ、６３  ＵＶ硬化型接着層、６４  保護フィルム、６４Ａ  密着層、７１  シリコン基板、７２  ボロンドープ層、７３  酸化シリコン膜、１００  プリンタ、１０１  ドラム、１０２  液滴吐出ヘッド、１０３  紙圧着ローラ、１０４  送りネジ、１０５  ベルト、１０６  モータ、１０７  プリント制御手段、１１０  プリント紙。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010115828.tif 000009
【図８】
2010115828.tif 000010
【図９】
2010115828.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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