(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルプレートを備える液体吐出ヘッドの製造方法において、
第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に酸化シリコン層を挟んだＳＯＩ基板に、前記第１のシリコン層で開口し、前記酸化シリコン層を含み、前記第２のシリコン層まで達する凹状の孔部を形成する工程と、
前記第１のシリコン層および前記孔部の内周部に、前記第１のシリコン層を前記液体から保護するための第１の保護膜を形成する工程と、
前記第１の保護膜に撥水膜を形成する工程と、
前記撥水膜の、前記第１のシリコン層に対向する部分に支持基板を貼り付ける工程と、
前記第２のシリコン層を除去するとともに前記孔部の底部を貫通させる工程と、
前記撥水膜の、前記孔部の内周部に形成された部分を除去する工程と、
前記撥水膜から前記支持基板を剥離する工程と、
を有し、
前記撥水膜を除去する工程と前記支持基板を剥離する工程との間に、前記孔部に連通する液室が形成されたキャビティ基板を前記酸化シリコン層に接合する工程をさらに有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記第１の保護膜の厚さを前記酸化シリコン層の厚さよりも薄く形成する、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
液体を吐出するノズルプレートを備える液体吐出ヘッドの製造方法において、
第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に酸化シリコン層を挟んだＳＯＩ基板に、前記第１のシリコン層で開口し、前記酸化シリコン層を含み、前記第２のシリコン層まで達する凹状の孔部を形成する工程と、
前記第１のシリコン層および前記孔部の内周部に、前記第１のシリコン層を前記液体から保護するための第１の保護膜を形成する工程と、
前記第１の保護膜に撥水膜を形成する工程と、
前記撥水膜の、前記第１のシリコン層に対向する部分に支持基板を貼り付ける工程と、
前記第２のシリコン層を除去するとともに前記孔部の底部を貫通させる工程と、
前記撥水膜の、前記孔部の内周部に形成された部分を除去する工程と、
前記撥水膜から前記支持基板を剥離する工程と、
を有し、
前記第１の保護膜の厚さを前記酸化シリコン層の厚さよりも薄く形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記第１の保護膜の、前記孔部の底部に形成された部分と該部分に形成された前記撥水膜を除去することによって、前記孔部の底部を貫通させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記ＳＯＩ基板に前記孔部を形成する工程の前に、前記第１のシリコン層に第２の保護膜を形成する工程と、
前記第１の保護膜を形成する工程と前記撥水膜を形成する工程との間に、前記第２の保護膜および前記孔部の底部に形成された前記第１の保護膜を除去する工程と、
をさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記第２の保護膜の厚さを前記酸化シリコン層の厚さと同じに形成する、請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
酸素プラズマ処理にて前記撥水膜を除去する、請求項１から６のいずれか１項に記載の液出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出するためのノズルプレートを有する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドは、画像を記録する用途のみならず、例えば導電材料を含む液体で描画して配線パターンを形成する等の産業用途にも利用され、幅広く用いられている。中でも圧電体を駆動して液体を吐出する液体吐出ヘッドは、様々な液体を吐出できる等の利点が有り幅広く用いられているが、より高密度で高精度な吐出が可能な液体吐出ヘッドの要求が高まってきている。一般に液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための複数の吐出孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合され吐出孔に連通する圧力室および流路が形成されたキャビティ基板と、を備える。この液体吐出ヘッドでは、圧力室に圧力が加えられることによって液体が吐出孔から吐出される。ノズルプレートには、吐出孔径の高精度化の要請によりシリコン基板にドライエッチング等で吐出孔を加工したものが多く用いられている。また、ノズルプレートの厚さばらつきは吐出孔から吐出される液体の流抵抗ばらつきに影響を及ぼすため、厚さばらつきの少ないノズルプレートが必要とされる。さらに、吐出される液体がアルカリ性インクの場合、インクがシリコンを侵食する可能性がある。そのため、吐出孔の内周部を含めてインクと触れる部分に耐インク保護膜を形成することが一般的に行われている。
【０００３】
特許文献１には、耐インク保護膜として機能する酸化シリコン膜をシリコン膜で挟んだ構造のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いたノズルプレートの製造方法が開示されている。また、特許文献１に記載のノズルプレートには、吐出孔の開口部が形成された吐出面に撥水膜が形成されている。この撥水膜によって吐出面へのインク付着を防げるので、液体の吐出安定性を高めることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９６４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された製造方法では、撥水膜をノズルプレートの最終工程でディップコート法や蒸着法により形成している。そのため、ノズルプレートの完成時に撥水膜が吐出面だけでなく吐出孔の内周部にも形成されてしまう可能性がある。この場合、吐出孔の内周部に形成された撥水膜が吐出孔内を流れる液体の直進性に影響を及ぼし、液体の飛翔方向のばらつきを引き起こすおそれがある。
【０００６】
本発明は、吐出性能の均一性を向上させることが可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するノズルプレートを備える液体吐出ヘッドの製造方法において、第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に酸化シリコン層を挟んだＳＯＩ基板に、前記第１のシリコン層で開口し、前記酸化シリコン層を含み、前記第２のシリコン層まで達する凹状の孔部を形成する工程と、前記第１のシリコン層および前記孔部の内周部に、前記第１のシリコン層を前記液体から保護するための第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜に撥水膜を形成する工程と、前記撥水膜の、前記第１のシリコン層に対向する部分に支持基板を貼り付ける工程と、前記第２のシリコン層を除去するとともに前記孔部の底部を貫通させる工程と、前記撥水膜の、前記孔部の内周部に形成された部分を除去する工程と、前記撥水膜から前記支持基板を剥離する工程と、を有し、前記撥水膜を除去する工程と前記支持基板を剥離する工程との間に、前記孔部に連通する液室が形成されたキャビティ基板を前記酸化シリコン層に接合する工程をさらに有することを特徴とする。
また、本発明に係るもう１つの液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するノズルプレートを備える液体吐出ヘッドの製造方法において、第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に酸化シリコン層を挟んだＳＯＩ基板に、前記第１のシリコン層で開口し、前記酸化シリコン層を含み、前記第２のシリコン層まで達する凹状の孔部を形成する工程と、前記第１のシリコン層および前記孔部の内周部に、前記第１のシリコン層を前記液体から保護するための第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜に撥水膜を形成する工程と、前記撥水膜の、前記第１のシリコン層に対向する部分に支持基板を貼り付ける工程と、前記第２のシリコン層を除去するとともに前記孔部の底部を貫通させる工程と、前記撥水膜の、前記孔部の内周部に形成された部分を除去する工程と、前記撥水膜から前記支持基板を剥離する工程と、を有し、前記第１の保護膜の厚さを前記酸化シリコン層の厚さよりも薄く形成することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、第１のシリコン層と対向する撥水膜が支持基板で保護された状態で、孔部の内周部に形成された撥水膜が除去され、その後、支持基板が除去される。このため、撥水膜が必要な吐出面に撥水膜が確実に残り、撥水膜が不要な吐出孔内周部の撥水膜は確実に除去される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、孔部の内周部に形成された撥水膜が確実に除去されるので、液体が孔部（吐出孔）内を流れる際に液体の直進性が阻害されない。これにより、液体の飛翔方向が安定し、吐出性能の均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る製造方法により製造された液体吐出ヘッドの断面図である。
【図２】実施例１に係る液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図３】実施例１に係る液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】実施例２に係る液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施例２に係る液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施例１）
図１は、本発明に係る製造方法により製造された液体吐出ヘッドの断面図である。図１に示す液体吐出ヘッド１は、キャビティ基板２と、アクチュエータ３と、ノズルプレート４とを有する。キャビティ基板２には、液室１１が形成されている。液室１１の上部にはアクチュエータ３が取り付けられている。液室１１内部における液体（本実施形態ではインク）が接触する部分には、耐インク保護膜（不図示）が形成されている。アクチュエータ３は、振動板１２の上に下電極１３、圧電体１４、上電極１５が積層された構造を有する。ノズルプレート４には、第１のシリコン層１６を貫通し、液室１１に連通する吐出孔１７が形成されている。第１のシリコン層１６の液室１１側の面には、酸化シリコン層１８が形成されている。第１のシリコン層１６の液室１１と反対側の面には、第１の保護膜１９が形成されている。第１の保護膜１９は、吐出孔１７の内周部にも形成されている。酸化シリコン層１８および第１の保護膜１９は、耐インク保護膜として機能する。第１の保護膜１９には、撥水膜２１が形成されている。
【００１２】
上記のように構成された液体吐出ヘッド１では、上電極１５と下電極１３の間にパルス電圧が印加されると圧電体１４が変形する。圧電体１４の変形に伴って、振動板１２が撓む。これにより、液室１１内の圧力が変化し、吐出孔１７の開口部よりインクが吐出される。なお、本実施例の液体吐出ヘッド１は、ピエゾ圧電体を圧電体１４に用いた圧電方式の液体吐出ヘッドである。しかし、本発明は、圧電方式に限定されるものではなく、ノズルプレートを有する液体吐出ヘッドに適用することができる。
【００１３】
以下、本実施例に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。図２および図３は、本実施例の液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
図２（ａ）は、第１のシリコン層１６と第２のシリコン層２２との間に酸化シリコン層１８を挟んだＳＯＩ基板５を用意する工程を示す。本実施例では、酸化シリコン層１８の厚さが０．５μｍであり、第１のシリコン層１６の厚さが１０μｍであり、第２のシリコン層２２の厚さが５２５μｍである。
【００１４】
次に、図２（ｂ）に示す工程が実施される。図２（ｂ）は、ＳＯＩ基板５に凹状の孔部１７ａを形成する工程を示す。孔部１７ａは、最終的に吐出孔１７となる部分である。図２（ｂ）に示すように、孔部１７ａは、第１のシリコン層１６で開口し、酸化シリコン層１８を含み、第２のシリコン層２２まで達する。本実施例では孔部１７ａの直径φは２０μmである。本実施例では、第１のシリコン層１６の表面上にレジストパターンを形成し、シリコン深堀加工（deep-RIE（Deep Reactive Ion Etching））にて第１のシリコン層１６に孔加工を施す。続いて、酸化シリコン層１８をドライエッチングし、上記レジストパターンを剥離することによって孔部１７ａが形成される。
【００１５】
次に、図２（ｃ）に示す工程が実施される。図２（ｃ）は、第１のシリコン層１６および孔部１７ａの内周部に第１の保護膜１９を形成する工程を示す。第１の保護膜１９の材料には、アルカリインクに耐性を持つ酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル等が適用可能である。しかし、保護膜の材料はこれらの材料に限定されない。本実施例では、第１の保護膜１９は、熱酸化プロセスにより形成された厚さが０．２μｍの酸化シリコン膜である。この酸化シリコン膜は、孔部１７ａの底部にも形成されている。
【００１６】
次に、図２（ｄ）に示す工程が実施される。図２（ｄ）は、第１の保護膜１９に撥水膜２１を形成する工程を示す。撥水膜２１は、フッ素原子を含有した化合物をスピンコーター、ディッピング、または真空蒸着等の成膜方法で形成される。本実施例では、真空蒸着法で撥水膜２１を形成した。撥水膜２１は、孔部１７ａの内周部にも回り込んで形成される。
【００１７】
次に、図２（ｅ）に示す工程が実施される。図２（ｅ）は、撥水膜２１の、第１のシリコン層１６に対向する部分に支持基板２３を貼り付ける工程を示す。本実施例では、支持基板２３は、厚さ５２５μｍのガラス基板である。また、支持基板２３は、不図示の熱剥離型両面テープ（日東電工株式会社製）で撥水膜２１に貼り付けられる。
【００１８】
次に、図２（ｆ）に示す工程が実施される。図２（ｆ）は、ＳＯＩ基板５のハンドル層である第２のシリコン層２２を除去する工程を示す。本実施例では、まず、支持基板２３を固定してグラインダーで第２のシリコン層２２を約５００μm削る。その後、酸化シリコン層１８をストップ層として残りの第２のシリコン層２２をドライエッチングする。これにより、第２のシリコン層２２が全て除去される。第２のシリコン層２２の除去方法は、上述した方法に限定されず、ウエットエッチング法と組合せて実施してもよい。なお、第２のシリコン層２２の除去後、第１の保護膜１９および撥水膜２１各々の、孔部１７ａの底部に形成された部分は残留している。そのため、孔部１７ａは未貫通状態である。
図２（ｆ）に示す工程後、ＳＯＩ基板５は、その厚さが約１０μm程度の薄板状となる。ＳＯＩ基板５が薄いと、キャビティ基板２との接合工程時にＳＯＩ基板５のハンドリング性が悪くなるので、ＳＯＩ基板５が破損するおそれがある。しかし、本実施例では、第２のシリコン層２２が除去されたＳＯＩ基板５は、支持基板２３と貼り合されているためハンドリング性に問題はなく、破損の可能性も低い。
【００１９】
次に、図３（ａ）に示す工程が実施される。図３（ａ）は、第１の保護膜および撥水膜２１各々の、孔部１７ａの底部に形成された部分を除去することによって孔部１７ａの底部を貫通させる工程である。本実施例では、孔部１７ａの貫通後、第１の保護膜１９の、孔部１７ａの内周部に形成された部分２０がエッチング除去されるのを防ぐために異方性ドライエッチングを用いる。本実施例では、第１の保護膜１９が酸化シリコン膜であるので酸化シリコン層１８も同時にエッチングされる。そのため、第１の保護膜１９の厚さは、酸化シリコン層１８の厚さより薄いことが望ましい。なお、酸化シリコン層１８のエッチングを防ぐために、レジストマスクで酸化シリコン層１８を保護した状態で異方性エッチングしてもよい。
【００２０】
次に、図３（ｂ）に示す工程が実施される。図３（ｂ）は、撥水膜２１の、孔部１７ａの内周部に形成された部分を除去する工程を示す。本実施例では、図３（ａ）に示す工程で貫通した孔部１７ａの底面開口部から酸素プラズマ処理を行うことによって、撥水膜２１を分解除去する。このとき、撥水膜２１の、第１の保護膜１９に形成された部分には支持基板２３が密着しているので、この部分は除去されない。この工程によって、第１の保護膜１９の、孔部１７ａの内周部に形成された部分２０が露出するので、孔部１７ａ（吐出孔１７）内を流れるアルカリ性のインクから第１のシリコン層１６を保護できる。
【００２１】
次に、図３（ｃ）に示す工程が実施される。図３（ｃ）は、アクチュエータ３が取り付けられたキャビティ基板２を酸化シリコン層１８に接合する工程を示す。本実施例では、キャビティ基板２は接着剤２５で酸化シリコン層１８に接合される。
【００２２】
最後に図３（ｄ）に示す工程が実施される。図３（ｄ）は、支持基板２３を撥水膜２１から剥離する工程を示す。本実施例では、接着剤２５の硬化後、支持基板２３を１７０℃に加熱する。この加熱によって、上述した熱剥離型両面テープ（不図示）が剥離状態となり、支持基板２３が剥離される。これにより、吐出孔１７が形成され、液体吐出ヘッド１が完成する。
【００２３】
上述した本実施例の製造工程では、撥水膜２１の、第１のシリコン層１６と対向する部分が支持基板２３で保護され、撥水膜２１の、孔部１７ａの内周部に形成された部分が除去される。すなわち、撥水膜２１が必要な部分が残り、撥水膜２１が不要な部分が除去される。そのため、インクが孔部１７ａ（吐出孔１７）内を流れる際にインクの直進性が阻害されない。これにより、インクの飛翔方向が安定し、吐出性能の均一性を向上させることが可能となる。
また、本実施例の製造工程は、支持基板２３をＳＯＩ基板５（撥水膜２１）に貼り付ける工程を有する。そのため、第２のシリコン層２２の除去によりＳＯＩ基板５が薄くなっても、ハンドリング性の悪化を防ぎ、ＳＯＩ基板５の破損を回避できるようになる。その結果、製造歩留まりを改善することが可能となる。
【００２４】
（実施例２）
以下、本発明の実施例２に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。図４および図５は、本実施例の液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。上述した実施例１の液体吐出ヘッド１と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図４（ａ）は、第１のシリコン層１６と第２のシリコン層２２との間に酸化シリコン層１８を挟んだＳＯＩ基板５を用意する工程を示す。本実施例では、実施例１と同じ寸法のＳＯＩ基板５を用いる。
【００２５】
次に、図４（ｂ）に示す工程が実施される。図４（ｂ）は、第１のシリコン層１６に第２の保護膜２４を形成する工程を示す。本実施例では、第２の保護膜２４は、熱酸化により形成された厚さが０．５μｍの酸化シリコン膜である。
図４（ｃ）は、実施例１と同様に孔部１７ａを形成する工程である。本実施例では、孔部１７ａの直径φは２０μmである。本実施例では、第２の保護膜２４上にレジストパターンを形成して第２の保護膜２４をドライエッチングした後、シリコン深堀加工（deep-RIE）にて第１のシリコン層１６に孔加工を施す。続いて、酸化シリコン層１８をドライエッチングし、上記レジストを剥離することによって孔部１７ａが形成される。
【００２６】
次に、図４（ｄ）に示す工程が実施される。図４（ｄ）は、第２の保護膜２４および孔部１７ａの内周部に第１の保護膜１９を形成する工程を示す。本実施例では、第１の保護膜１９は、熱酸化プロセスにより形成された厚さが０．２μｍの酸化シリコン膜である。この酸化シリコン膜は、孔部１７ａの底部にも形成される。
【００２７】
次に、図４（ｅ）に示す工程が実施される。図４（ｅ）は、孔部１７ａの底部に形成された第１の保護膜である酸化シリコン膜を除去する工程を示す。本実施例では、第１の保護膜１９の、孔部１７ａの内周部に形成された部分２０がエッチング除去されるのを防ぐために異方性ドライエッチングを用いる。本実施例では、第１の保護膜１９のうち、孔部１７ａの底部に形成された部分だけでなく第２の保護膜２４に形成された部分も同時にエッチングされる。しかし、これらの部分が除去されても第２の保護膜２４が残る。また、本実施例では、第２の保護膜２４の膜厚が、酸化シリコン層１８の厚さとほぼ同等である。これにより、薄いノズルプレート４を構成する第１のシリコン層１６の両面に形成された部材が応力的に同等になるため、ノズルプレート４の反りを抑制できる。その結果、後述するキャビティ基板２との接合工程で均一な接合が可能となる。
【００２８】
次に、図４（ｆ）に示す工程が実施される。図４（ｆ）は、第２の保護膜２４および第１の保護膜１９の部分２０に撥水膜２１を形成する工程を示す。本実施例では、フッ素を含有する化合物を真空蒸着法で成膜することで撥水膜２１を形成する。
【００２９】
次に、図５（ａ）に示す工程が実施される。図５（ａ）は、撥水膜２１の、第１のシリコン層１６に対向する部分に支持基板２３を貼り付ける工程を示す。本実施例では、支持基板２３は、実施例１と同様に、ガラス基板であり、不図示の熱剥離型両面テープ（日東電工株式会社製）で撥水膜２１に貼り付けられる。
【００３０】
次に、図５（ｂ）に示す工程が実施される。図５（ｂ）は、ＳＯＩ基板５のハンドル層である第２のシリコン層２２を除去する工程を示す。本実施例では、実施例１と同様の方法で第２のシリコン層２２を除去する。この工程では、実施例１とは異なり、撥水膜２１の、孔部１７ａの底部に形成されている部分は、第２のシリコン層２２とともに除去される。その結果、孔部１７ａの底部は貫通する。
【００３１】
次に、図５（ｃ）に示す工程が実施される。図５（ｃ）は、撥水膜２１の、孔部１７ａの内周部に形成された部分を除去する工程である。本実施例では、実施例１と同様に、孔部１７ａの底面開口部から酸素プラズマ処理を行うことによって、撥水膜２１を分解除去する。このとき撥水膜２１の、第２の保護膜２４に形成された部分には支持基板２３が密着しているので、この部分は除去されない。
【００３２】
次に、図５（ｄ）に示す工程が実施される。図５（ｄ）は、アクチュエータ３が取り付けられたキャビティ基板２を酸化シリコン層１８に接合する工程である。本実施例では、キャビティ基板２は、実施例１と同様に接着剤２５で酸化シリコン層１８に接合される。
【００３３】
最後に図５（ｅ）に示す工程が実施される。図５（ｅ）は、支持基板２３を撥水膜２１から剥離する工程を示す。本実施例では、接着剤２５の硬化後、支持基板２３を１７０℃に加熱する。この加熱によって、上述した熱剥離型両面テープ（不図示）が剥離状態となり、支持基板２３が剥離される。これにより、吐出孔１７が形成され、液体吐出ヘッド１が完成する。
【００３４】
上述した本実施例の製造工程では、実施例１と同様に、撥水膜２１が必要な部分は残り、撥水膜２１が不要な部分は除去されるので、インクの飛翔方向が安定し、吐出性能を均一化することが可能となる。また、支持基板２３の貼り付けによって、ハンドリング性の悪化を防ぎ、製造歩留まりを改善することが可能となる。
特に、本施例では、孔部１７ａの形成前に第２の保護膜２４を形成している。さらに、撥水膜２１の形成前に、第１の保護膜１９の、孔部１７ａの底部に形成された部分を除去している。この部分の除去時に、第２の保護膜２４に形成された第１の保護膜１９も除去される。しかし、第１の保護膜１９が除去されても第２の保護膜２４は残存する。したがって、第１の保護膜１９の、孔部１７ａの底部に形成された部分を十分に除去するエッチング条件を採用しても、第２の保護膜２４によって第１のシリコン層１６はインクから保護される。なお、実施例１においても第１の保護膜１９と酸化シリコン層１８に関するエッチング選択比及び膜厚を適宜設定することで、第１のシリコン層１６をインクから保護する保護膜を残すことが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  液体吐出ヘッド
４  ノズルプレート
５  ＳＯＩ基板
１６  第１のシリコン層
１７ａ  孔部
１８  酸化シリコン層
１９  第１の保護膜
２１  撥水膜
２２  第２のシリコン層
２３  支持基板
【図１】
0006388389.tif 000002
【図２】
0006388389.tif 000003
【図３】
0006388389.tif 000004
【図４】
0006388389.tif 000005
【図５】
0006388389.tif 000006