(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル部と、前記ノズル部より断面積が大きく前記ノズル部と同軸上に設けられた導入部とを少なくとも備えたノズル孔を複数備えたノズル基板であって、
少なくとも前記ノズル孔の内壁に耐アルカリ性の複数層の耐吐出液保護膜を形成し、
前記複数層の耐吐出液保護膜として、
前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面に形成されたＳｉＯ２膜からなる第１の耐吐出液保護膜と、
前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面で前記第１の耐吐出液保護膜の上に形成された金属酸化物を主成分とする第２の耐吐出液保護膜と、
前記吐出面、及び前記ノズル孔の内壁上の前記第１の耐吐出液保護膜の上に、形成された金属酸化物を主成分とする第３の耐吐出液保護膜とを有し、
前記ノズル孔の内壁及び前記吐出面と反対側の面を除く前記吐出面側で前記第３の耐吐出液保護膜の上に撥水膜を有することを特徴とするノズル基板。
【請求項２】
前記金属酸化物は、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、または酸化ジルコニウムのいずれかであ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】
シリコン基板に、ノズル部と、このノズル部より断面積が大きく前記ノズル部と同軸上に位置する導入部とからなるノズル孔を異方性ドライエッチングにより複数形成する工程と、
前記ノズル孔が形成された前記シリコン基板に対し、前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面にＳｉＯ２膜からなる第１の耐吐出液保護膜を熱酸化により形成する工程と、
前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面で前記第１の耐吐出液保護膜の上に、金属酸化物を主成分とする第２の耐吐出液保護膜をＣＶＤにより形成する工程と、
前記吐出面、及び前記ノズル孔の内壁上の前記第１の耐吐出液保護膜の上に、金属酸化物を主成分とする第３の耐吐出液保護膜をＣＶＤにより形成する工程と、
前記ノズル孔の内壁及び前記吐出面と反対側の面を除く前記吐出面側で前記第３の耐吐出液保護膜の上に撥水膜を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項４】
前記金属酸化物として、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、または酸化ジルコニウムのいずれかを用い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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド等に用いられるノズル基板に関し、特にアルカリ性の吐出液からノズル孔を保護するための被覆構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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は、一般に、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を備え、このノズル基板に吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板（流路基板とも呼ばれる）を接合し、駆動部により吐出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。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。
【０００３】
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、そのためノズル列を複数にしたり、１列当たりのノズル数を増加して多ノズル化・長尺化するなど、ノズル密度の高密度化と吐出性能の向上が図られている。このような背景から、インクジェットヘッドのノズル部に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。このうち、ノズル基板に形成されたノズル孔の内面および液滴の吐出面やその反対側の液流路に接する面（接合面）に対する被覆処理として、以下のような従来技術がある。
例えば、特許文献１では、チャンネルウェハとヒータウェハとから構成されるノズル孔の内面からノズル面（吐出面）にかけて疎水性被膜を連続して形成し、さらにノズル孔の内面にのみその疎水性被膜上に親水性被膜を形成する。
特許文献２では、ノズル孔の内面にインク保護膜をスパッタで形成し、吐出面に中間膜をスパッタで形成し、続いて吐出面の中間膜上に撥水膜をスプレー塗布で形成する。
また、特許文献３のように、ステンレス製のノズル基板にフッ素系高分子共析メッキを行い、吐出面からノズル孔の内面にかけて共析メッキによる撥水性被膜を形成する方法もある。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１２４２００号公報
【特許文献２】特開２００６−３４１５０６号公報
【特許文献３】特開平７−３１４６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術には以下のような課題があった。
（１）特許文献１の場合
（ａ）チャンネルウェハとヒータウェハを接着剤で接合した後に、チャンネルウェハに形成されたインク流路の内壁にウェット処理で疎水性被膜を形成し、続いて親水性被膜を形成しているため、それらの被膜を焼結する際のべーク温度に制約がある。
（ｂ）インク流路の内壁に親水性被膜を形成した後で、ダイシングによりノズル孔を開口し、ノズル面に撥水膜を形成しているが、ノズル面に露出しているインク流路内壁の撥水膜（疎水性被膜）の断面は僅かであるため、新たにノズル面に形成した撥水膜との結合が不十分となり、ノズル孔口縁での撥水膜の耐久性を確保することができない。このため、アルカリ性のインクによりノズル孔の内壁が浸食されやすい。
（ｃ）ノズル面に撥水膜を形成する際に、インク流路内への回り込みを制御することができない。
【０００６】
（２）特許文献２の場合
ノズル孔内壁への保護膜成膜にスパッタ法を用いているが、スパッタには指向性があるため、ノズル孔内壁という狭くて垂直な壁面を均一に被膜するのは困難である。従って、アルカリ性インクに対する被覆・保護が十分でない。
【０００７】
（３）特許文献３の場合
（ａ）共析メッキではノズル面のみに撥水膜を形成することは困難であり、ノズル孔内壁まで撥水膜が形成される。本来、ノズル孔内壁は親水性であることが望ましいが、ノズル孔内壁のメッキ被膜を後処理で親水化することは困難である。
（ｂ）共析メッキ被膜はアルカリ性のインクに対する耐久性が不十分である。
（ｃ）メッキ被膜の厚みは数μｍ必要で、ノズル径精度を確保するのが困難である。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑み、特にアルカリ性のインク（吐出液）に対して耐久性をもつようにノズル孔を被覆・保護することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るノズル基板は、液滴を吐出するノズル部と、ノズル部より断面積が大きく前記ノズル部と同軸上に設けられた導入部とを少なくとも備えたノズル孔を複数備えたノズル基板であって、少なくとも前記ノズル孔の内壁に耐アルカリ性の複数層の耐吐出液保護膜を形成し、前記複数層の耐吐出液保護膜として、前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面に形成されたＳｉＯ２膜からなる第１の耐吐出液保護膜と、前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面で前記第１の耐吐出液保護膜の上に形成された金属酸化物を主成分とする第２の耐吐出液保護膜と、前記吐出面、及び前記ノズル孔の内壁上の前記第１の耐吐出液保護膜の上に、形成された金属酸化物を主成分とする第３の耐吐出液保護膜とを有し、前記ノズル孔の内壁及び前記吐出面と反対側の面を除く前記吐出面側で前記第３の耐吐出液保護膜の上に撥水膜を有するものである。
このように構成することにより、ノズル孔の内壁は耐アルカリ性の複数層の耐吐出液保護膜で被覆され耐吐出液保護膜同士の結合が十分なため、アルカリ性の吐出液に対する耐性が向上し、ノズル孔の内壁の浸食を防止することができる。
【００１０】
また、本発明のノズル基板は、ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面に形成された第１の耐吐出液保護膜と、吐出面、及びノズル孔の内壁上の第１の耐吐出液保護膜の上に、形成された第３の耐吐出液保護膜とを有するものである。
これによって、ノズル基板の両面から耐吐出液保護膜が形成され、ノズル孔の内壁は少なくとも２層の耐吐出液保護膜で被覆されるため、アルカリ性の吐出液に対する耐性が向上し、ノズル孔の内壁の浸食を防止することができる。
【００１１】
また、ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面で第１の耐吐出液保護膜の上に形成された第２の耐吐出液保護膜を有する構成とすることが望ましい。
これによって、ノズル孔の内壁は３層の耐吐出液保護膜で被覆されるため、アルカリ性の吐出液に対する耐性がさらに向上し、ノズル孔の内壁の浸食を防止することができる。
【００１２】
また、本発明のノズル基板は、ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面を除く吐出面側で第３の耐吐出液保護膜上に撥水膜を有するものである。
撥水膜は、吐出面側の第３の耐吐出液保護膜上にのみ形成され、ノズル孔の吐出口縁部を境界にしてノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面には形成されない。従って、ノズル孔の内面は親水性であり、吐出面はノズル孔の出口縁部まで撥水性であるため、吐出時ノズル孔の先端より液滴をノズル基板に対して垂直にスムーズに離脱させることができ、液滴の吐出安定性が向上する。また、撥水膜により、吐出面のワイピング（クリーニング）に対する耐久性が向上する。
【００１３】
また、第１の耐吐出液保護膜は、シリコン酸化膜である。この場合、シリコンの熱酸化膜とするのが望ましい。膜厚の均一性、皮膜性の高い保護膜を安価に得ることができるからである。
【００１４】
また、第２の耐吐出液保護膜及び第３の耐吐出液保護膜は、金属酸化物を主成分とするものである。この場合、金属酸化物は、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、または酸化ジルコニウムのいずれかとするものである。これらの金属酸化物は、アルカリ性の吐出液に対する耐性が高いからである。
【００１５】
また、撥水膜は、フッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とするものである。これにより、第３の耐吐出液保護膜表面のヒドロキシル基がフッ素含有有機ケイ素化合物のメトキシ基等の加水分解基と強固に結合するため、第３の耐吐出液保護膜とその上の撥水膜との密着性が向上する。
【００１６】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板に、ノズル部と、このノズル部より断面積が大きくノズル部と同軸上に位置する導入部とからなるノズル孔を異方性ドライエッチングにより複数形成する工程と、ノズル孔が形成されたシリコン基板に対し、ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面にＳｉＯ２膜からなる第１の耐吐出液保護膜を熱酸化により形成する工程と、ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面で第１の耐吐出液保護膜の上に、金属酸化物を主成分とする第２の耐吐出液保護膜をＣＶＤにより形成する工程と、吐出面、及びノズル孔の内壁上の第１の耐吐出液保護膜の上に、金属酸化物を主成分とする第３の耐吐出液保護膜をＣＶＤにより形成する工程と、ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面を除く吐出面側で第３の耐吐出液保護膜の上に撥水膜を形成する工程と、を少なくとも有するものである。
この製造方法により、ノズル孔の内壁を複数層の耐吐出液保護膜で被覆することができ、アルカリ性吐出液に対する耐性の高いノズル基板を製造することができる。
【００１８】
また、本発明のノズル基板の製造方法では、第１の耐吐出液保護膜は、熱酸化で成膜する。従って、膜厚の均一性、皮膜性の高い保護膜を安価に得ることができる。
【００１９】
また、本発明のノズル基板の製造方法では、第２の耐吐出液保護膜及び第３の耐吐出液保護膜は、ＣＶＤで成膜する。これにより、被覆性がより良好な保護膜を得ることができる。
この場合、ＣＶＤは、１６０℃以下の低温領域で実施する。ノズル基板の製造の際、ノズル基板に樹脂等でサポート基板を接着した状態で成膜でき、ハンドリング性や処理効率が向上し、コスト低減が可能になる。
【００２０】
また、上記と同様の理由から、第２の耐吐出液保護膜及び第３の耐吐出液保護膜は、スパッタで成膜してもよい。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のいずれかのノズル基板を備えたものである。これにより、良好な吐出特性と耐久性を兼ね備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００２２】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。従って、吐出特性と耐久性に優れた液滴吐出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明のノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドの一実施の形態について、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、静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１〜図４を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、また、フェース吐出型に限らずエッジ吐出型にも適用することができる。さらには、液滴吐出のためのエネルギーを与える駆動方式についても静電駆動方式以外の他の異なる駆動方式（例えば、圧電素子や発熱素子を用いたもの）の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置にも適用することができる。
【００２４】
まず、インクジェットヘッドの構成を図１〜図４に示す。図１は本発明の実施の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、一部を断面で表してある。図２は組立状態を表した図１の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの部分断面図、図３は図２のノズル孔部分を拡大して示す断面図、図４は図２のインクジェットヘッドの上面図である。
【００２５】
本実施形態に係るインクジェットヘッド１０は、図１、図２及び図４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。
【００２６】
本発明が適用されるノズル基板１は、シリコン基板から作製される。一般には単結晶シリコン基板が用いられるが、多結晶シリコン（ポリシリコン）基板でもかまわない。このノズル基板１の製造方法については後で詳しく説明する。
【００２７】
インク滴を吐出するためのノズル孔１１は、液滴を吐出するノズル部１１ａと、インク（吐出液）を導入する導入部１１ｂとから構成されている。ノズル部１１ａはノズル基板１の表面（インク吐出面）１ａに対して垂直に小径の円筒状に形成されており、導入部１１ｂはノズル部１１ａと同軸上に設けられ、ノズル部１１ａよりも断面積が大きく、断面形状が円筒状に形成されている。このようにノズル孔１１を２段の垂直孔を持つ構造とすることにより、インク液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、インク液滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク液滴の飛び散りがなく、インク液滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。また、ノズル密度の高密度化も可能になる。なお、ここでは、ノズル孔１１を、２段の孔を持つ構造とした例を示したが、更に段階的に複数段としてもよく、また、ノズル孔の断面積が吐出方向に向かって連続的に減少する形状としてもよい。また、ノズル部１１ａと導入部１１ｂとの段差部をテーパ状に形成してもよい。
【００２８】
ここで、ノズル基板１のキャビティ基板２との接合面１ｂ（インク吐出面１ａの反対面）およびノズル孔１１の内壁には、図３に示すように、例えばＳｉＯ2からなる第１の耐インク保護膜（第１の耐吐出液保護膜）１２が連続して形成されている。さらに、その耐インク保護膜１２上には、例えば五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）のような金属酸化物を主成分とする第２の耐インク保護膜（第２の耐吐出液保護膜）１３が形成され、さらにまた、インク吐出面１ａからノズル孔１１の内壁上の第２の耐インク保護膜１２上には、同様の金属酸化物を主成分とする第３の耐インク保護膜（第３の耐吐出液保護膜）１４が形成されている。従って、ノズル孔１１の内面は親水性を有するものとなる。そしてさらに、インク吐出面１ａでの撥水性を向上させるために、ノズル孔１１の内壁および接合面１ｂを除くインク吐出面１ａ側の第３の耐インク保護膜１４上にのみ全面に撥水膜１５が形成されている。撥水膜１５はフッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とするものが望ましい。その理由は、耐インク保護膜１４表面のヒドロキシル基がフッ素含有有機ケイ素化合物のメトキシ基等の加水分解基と強固に結合するため、耐インク保護膜１４とその表面上に形成される撥水膜１５との密着性が向上するからである。
なお、第２の耐インク保護膜１３は省略することも可能である。
【００２９】
このように、少なくともノズル孔１１の内壁には複数層の耐インク保護膜１２〜１４が形成されているので、特にアルカリ性の高いインクに対して耐インク保護膜１２〜１４がアルカリ性インクの侵入を防ぎ、シリコンからなるノズル孔１１の内壁まで浸食させることがない。従って、ノズル孔１１の形状及び寸法精度を高く維持することができ、吐出特性及び耐久性に優れたノズル孔１１とすることができる。また、第２、第３の耐インク保護膜１３、１４として使用する金属酸化物は、五酸化タンタルのほか、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウムのいずれかを使用するとよい。これらの金属酸化物は、アルカリ性のインク（吐出液）に対する耐性が高いためである。
【００３０】
上記のように構成されたノズル基板１が接着接合されるキャビティ基板２は、単結晶シリコン基板から作製される。キャビティ基板２には、ノズル孔１１の各々に連通するインク流路溝が異方性ウェットエッチングにより形成される。このインク流路溝には、底壁を振動板２２とし吐出室２１となる吐出凹部２１０と、共通のインク室であるリザーバ２３となるリザーバ凹部２３０と、リザーバ凹部２３０と各吐出凹部２１０とを連通するオリフィス２４となるオリフィス凹部２４０が形成される。なお、振動板２２はボロン拡散層で形成することにより厚み精度を高精度に形成することができる。また、オリフィス２４はノズル基板１側に設けることもでき、この場合は接合面１ｂにリザーバ凹部２３０と各吐出凹部２１０とを連通する細溝状の凹部として形成される。
【００３１】
また、キャビティ基板２には、電極基板３との接合面全面に短絡や絶縁破壊等を防止するための絶縁膜２５が形成される。絶縁膜２５としてはＳｉＯ2やＳｉＮ、あるいはＡｌ2Ｏ3やＨｆＯ2等のいわゆるＨｉｇｈ−ｋ材などが目的に応じて用いられる。特に、Ｈｉｇｈ−ｋ材を用いると比誘電率がＳｉＯ2よりも大きいため、アクチュエータ発生圧力を高めることができ、更なる高密度化を図ることが可能となる。なお、絶縁膜２５は必要に応じて個別電極３１の対向面上に形成してもよい。また、インク流路溝側のキャビティ基板２全面には親水膜としてＳｉＯ2からなる耐インク保護膜２６が熱酸化法やスパッタ法、ＣＶＤ法等で形成され、さらにＰｔ等の金属膜からなる共通電極２７がキャビティ基板２上に形成される。
【００３２】
このキャビティ基板２と陽極接合される電極基板３は、例えばホウ珪酸系のガラス基板から作製される。このガラス基板に振動板２２と対向する位置にそれぞれ凹部３２がエッチングにより形成され、さらに各凹部３２の底面に一般にＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１がスパッタ法により形成される。また、インクを供給するためにリザーバ２３と連通するインク供給口３３がサンドブラスト法等により形成される。インク供給口３３は図示しないインクタンクに接続される。
【００３３】
この電極基板３と上記のキャビティ基板２とは、個別電極３１と振動板２２とが所定（例えば、０．１μｍ）のギャップ３４を介して対向配置するように陽極接合される。これにより、ギャップ３４を介して対峙する個別電極３１と絶縁膜２５を有する振動板２２とで吐出室２１に所要の圧力を加えることができる静電アクチュエータ４が構成される。なお、ギャップ３４の開放端部は内部に水分や塵埃などが入らないようにエポキシ樹脂やスパッタ法による無機酸化物等の封止材３５で気密に封止する。これにより、静電アクチュエータ４の駆動耐久性、信頼性が向上する。
そして、図２、図４に簡略化して示すように、静電アクチュエータ4を駆動するために、ドライバＩＣ等の駆動手段５を搭載したＦＰＣ（Flexible Print Circuit）を、電極取り出し部３６において、導電性接着剤により、各個別電極３１の端子部３１ａと、キャビティ基板２上に設けられた金属製の共通電極２７に配線接続する。以上のようにしてインクジェットヘッド１０が完成する。
【００３４】
ここで、インクジェットヘッド１０の動作について説明する。任意のノズル孔１１よりインク滴を吐出させるためには、そのノズル孔１１に対応する静電アクチュエータ４を以下のように駆動する。
駆動手段５により当該個別電極３１と共通電極である振動板２２間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加によって発生する静電気力により振動板２２が個別電極３１側に引き寄せられて当接し、吐出室２１内に負圧を発生させ、リザーバ２３内のインクを吸引し、インクの振動（メニスカス振動）を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板２２は個別電極３１から離脱して、その時の振動板２２の復元力によりインクを当該ノズル孔１１から押出し、インク滴を吐出する。
【００３５】
本実施形態に係るインクジェットヘッド１０によれば、ノズル基板１に形成されたノズル孔１１の内壁が複数層の耐インク保護膜１２〜１４によって保護されているため、特にアルカリ性のインクに対する耐性を向上し、ノズル孔１１の内壁の浸食を防止することができる。また、インク吐出面1ａ側の第３の耐インク保護膜１４表面上にのみ撥水膜１５が形成されているので、インク滴の吐出安定性が向上するとともに、ワイピング（クリーニング）に対する耐久性が向上する。
【００３６】
次に、上記のように構成されたインクジェットヘッド１０の製造方法について、図５〜図１３を用いて説明する。図５〜図１０はノズル基板１の製造工程を示す部分断面図、図１１〜図１２は電極基板３の製造と電極基板３上に接合したシリコン基板からキャビティ基板２を製造する工程を示す部分断面図、図１３は図１２に続くインクジェットヘッド１０の製造工程を示す部分断面図である。なお、以下に記載する基板の厚さ、膜厚、エッチング深さ、温度、圧力等についての数値はその一例を示すもので、これに限定されるものではない。
【００３７】
（ａ）まず、厚み２８０μｍのシリコン基板１００を用意し、このシリコン基板１００を熱酸化装置（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（図５（ａ））。
【００３８】
（ｂ）次に、シリコン基板１００の接合面（キャビティ基板２と接合される面をいう）１００ｂにレジスト１０２をコーティングし、導入部１１ｂとなる部分１１０ｂをパターニングする（図５（ｂ））。
（ｃ）そして、このシリコン基板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１ａのＳｉＯ2 膜１０１もエッチングされ、ＳｉＯ2 膜１０１の厚みが減少する（図５（ｃ））。
（ｄ）ついで、シリコン基板１００のレジスト１０２を硫酸洗浄などにより剥離する（図５（ｄ））。
【００３９】
（ｅ）次に、シリコン基板１００の接合面１００ｂ側にレジスト１０３をコーティングし、ノズル部１１ａとなる部分１１０ａをパターニングする（図６（ｅ））。
（ｆ）そして、シリコン基板１００を緩衝フッ酸水溶液（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、ノズル部１１ａとなる部分１１０ａのＳｉＯ2 膜１０１を開口する。このとき、インク吐出側の面１１０ａのＳｉＯ2 膜１０１はエッチングされ、完全に除去される（図６（ｆ））。
（ｇ）シリコン基板１００の接合面１００ｂ側に設けたレジスト１０３を、硫酸洗浄などにより剥離する（図６（ｇ））。
【００４０】
（ｈ）次に、Deep−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチング装置（図示せず）により、ＳｉＯ2 膜１０１の開口部を、深さ６０μｍまで垂直に異方性ドライエッチングし、ノズル部１１ａを形成する（図７（ｈ））。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は形成される孔の側面のエッチングが進行しないように孔側面を保護するために使用し、ＳＦ6 は孔の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
（ｉ）次に、導入部１１ｂとなる部分１１０ｂのＳｉＯ2 膜１０１のみがなくなるように、緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングする（図７（ｉ））。
（ｊ）再度、Deep−ＲＩＥドライエッチング装置により、ＳｉＯ2 膜１０１の開口部を深さ２０μｍまで垂直に異方性ドライエッチングし、導入部１１ｂを形成する（図７（ｊ））。
【００４１】
（ｋ）そして、シリコン基板１００の表面に残るＳｉＯ2 膜１０１をフッ酸水溶液で除去した後、シリコン基板１００を熱酸化装置（図示せず）にセットし、酸化温度１０００℃、酸化時間２時間、酸素雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、シリコン基板１００の接合面１００ｂ及びインク吐出側の面１００ａと、ノズル部１１ａ及び導入部１１ｂの内壁に、第１の耐インク保護膜１２となるＳｉＯ2 膜１２ａを膜厚０．１μｍ成膜する。さらに、このＳｉＯ2 膜１２ａの上に、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）もしくはプラズマＣＶＤにより第２の耐インク保護膜１３となるＴａ2Ｏ5膜１３ａを膜厚０．２μｍ成膜する（図７（ｋ））。但し、Ｔａ2Ｏ5膜１３ａは、プラズマＣＶＤの場合にはインク吐出側の面１００ａには成膜されない。なお、第２の耐インク保護膜１３となるＴａ2Ｏ5膜１３ａの成膜を省略してもよい。
【００４２】
（ｌ）次に、シリコン基板１００の上下を逆転し、ガラス等の透明材料の支持基板１２０に、紫外線または熱などの刺激で容易に接着力が低下する自己剥離層５１を持った両面テープ５０を貼り合わせる（図８（ｌ））。支持基板１２０に貼り合わせた両面テープ５０の自己剥離層５１の面と、シリコン基板１００の接合面１００ｂとを向かい合わせ、真空中で貼り合わせると、接着界面に気泡が残らずにきれいに接着される。ここで、接着界面に気泡が残ると、研磨加工で薄板化したときに、シリコン基板１００の板厚がばらつく原因となる。両面テープ５０は、例えば、ＳＥＬＦＡ−ＢＧ（登録商標：積水化学工業製）を用いる。
【００４３】
（ｍ）シリコン基板１００のインク吐出側の面１００ａをバックグラインダー（図示せず）によって研削加工し、ノズル部１１ａの先端が開口するまでシリコン基板１００を薄くする（図８（ｍ））。さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によってインク吐出側の面１００ａを研磨し、ノズル部１１ａの先端部の開口を行っても良い。このとき、ノズル部１１ａ及び導入部１１ｂの内壁は、ノズル内の研磨材の水洗除去工程などによって洗浄する。
あるいは、ノズル部１１ａの先端部の開口を、ドライエッチングで行っても良い。例えば、ＳＦ6 をエッチングガスとするドライエッチングで、ノズル部１１ａの先端部までシリコン基板１００を薄くし、表面に露出したノズル部１１ａの先端部のＳｉＯ2 膜１２ａを、ＣＦ4 又はＣＨＦ3 等のエッチングガスとするドライエッチングによって除去してもよい。
【００４４】
（ｎ）薄板化されたシリコン基板１００のインク吐出側の面１００ａとノズル部１１ａ及び導入部１１ｂの内壁に、１６０℃以下の低温プラズマＣＶＤにより、第３の耐インク保護膜１４となるＴａ2Ｏ5膜１４ａを膜厚０．２μｍ成膜する（図８（ｎ））。これにより、ノズル部１１ａ及び導入部１１ｂの内壁はシリコン基板１００の両面から２回成膜されるため、Ｔａ2Ｏ5膜１３ａ、１４ａの被覆性が向上する。また、Ｔａ2Ｏ5膜１４ａからなる金属系酸化膜の成膜は、自己剥離層５１が反応しない温度（１６０℃程度）以下で実施できる低温プラズマＣＶＤとするのが適している。
【００４５】
（ｏ）さらに、第３の耐インク保護膜１４となるＴａ2Ｏ5膜１４ａの上に、ディッピングによりフッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とする撥水膜１５を形成する（図８（ｏ））。このとき、ノズル部１１ａ及び導入部１１ｂの内壁側の面にも撥水膜１５が形成される。
【００４６】
（ｐ）シリコン基板１００の上下を再度逆転し、撥水膜１５が形成されたインク吐出側の面１００ａに、保護フィルム６０を貼り付ける（図９（ｐ））。ここでは、例えば、Ｅ−ＭＡＳＫ（登録商標：日東電工製）を用いる。
（ｑ）そして、支持基板１２０側からＵＶ光を照射する（図９（ｑ））。
（ｒ）両面テープ５０の自己剥離層５１をシリコン基板１００の接合面１００ｂ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（図９（ｒ））。
【００４７】
（ｓ）ＡｒスパッタもしくはＯ2 プラズマ処理によって、シリコン基板１００の接合面１００ｂ側、およびノズル部１１ａ、導入部１１ｂの内壁側の面に余分に形成された撥水膜１５を除去するか、もしくは撥水機能を有しない膜１５ａにする（図９（ｓ））。すなわち、撥水膜１５のフッ素原子を消失させることによって撥水機能を有しない膜１５ａとなる。
その後、ノズル基板１００の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、８０℃で１時間の条件でベーキングする。このとき、プライマー処理液として、例えば、シランカップリング剤（型番：ＳＨ６０２０、東レダウ製）を用いる。
【００４８】
（ｔ）次に、シリコン基板１００の上下を再度逆転し、シリコン基板１００の接合面１００ｂ（保護フィルム６０が貼り付けられているインク吐出側の面１００ａと反対側の面）を吸着治具７０に吸着固定し、インク吐出側の面１００ａにサポートテープとして貼り付けられている保護フィルム６０を剥離する（図１０（ｔ））。
【００４９】
（ｕ）吸着治具７０の吸着固定を解除する。こうして、接合面１００ｂとノズル孔１１の内壁とに、ＳｉＯ2からなる第１の耐インク保護膜１２とＴａ2Ｏ5からなる第２の耐インク保護膜１３とが積層して形成されるとともに、インク吐出面１００ａ側には、Ｔａ2Ｏ5からなる第３の耐インク保護膜１４と撥水膜１５とが積層して形成され、かつ、ノズル孔１１の内壁には、ＳｉＯ2からなる第１の耐インク保護膜１２と、Ｔａ2Ｏ5からなる第２、第３の耐インク保護膜１３、１４とが積層して形成されたノズル基板１が作製される（図１０（ｕ））。
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が作製される。
【００５０】
本実施形態に係るノズル基板１の製造方法よれば、ノズル孔１１の内壁が複数層の耐インク保護膜１２〜１４によって十分に保護されているため、特にアルカリ性のインクに対して耐性が高く、吐出特性及び耐久性に優れたノズル基板１を製造することができる。
また、接合面１００ｂに、両面テープ５０を介して支持基板１２０を貼り合わせ、シリコン基板１００をインク吐出側の面１００ａより薄板化してノズル孔１１を開口するようにしたので、ノズル孔１１の製造工程において、シリコン基板１００が割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易で、歩留まりが向上する。
さらに、上記の製造工程において、シリコン基板１００のインク吐出側の面１００ａに、耐インク性の高い酸化タンタル等からなる金属系酸化膜すなわち第３の耐インク保護膜１４を形成し、そのうえに撥水膜１５を形成するようにしたので、下地材が侵食されることによって起こる撥水膜１５の剥れがなくなる。このことにより、長期にわたり、インク吐出側の面１００ａの撥水性を保持することができ、インク吐出の安定性を確保することができる。
【００５１】
なお、第２、第３の耐インク保護膜１３、１４として、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を使用した場合について説明したが、特にアルカリ性インクに対する耐性の高い金属酸化物として、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、酸化ニオブ（ＮｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）を使用することもできる。
【００５２】
次に、キャビティ基板２および電極基板３の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板３に単結晶シリコン基板（以下、シリコン基板という）２００を接合した後、そのシリコン基板２００からキャビティ基板２を製造する方法について、図１１、図１２を用いて説明する。
【００５３】
（ａ）まず、硼珪酸ガラス等からなるガラス基板３００に、金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより、凹部３２を形成する。なお、この凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極３１ごとに複数形成される。そして、凹部３２の内部に、例えばスパッタによりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極３１を形成する。その後、ドリル等によってインク供給孔３３となる孔部３３ａを形成することにより、電極基板３を作製する（図１１（ａ））。
【００５４】
（ｂ）シリコン基板２００の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板２００の片面に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって、ＴＥＯＳ（TetraEthylorthosilicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２５を形成する（図１１（ｂ））。なお、シリコン基板２００を形成する前に、エッチングストップ技術を用いて、振動板２２の厚みを高精度に形成するためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。
【００５５】
（ｃ）このシリコン基板２００と、図１１（ａ）のようにして作製された電極基板３とを３６０℃に加熱し、シリコン基板２００を陽極に、電極基板３を陰極に接続して８００Ｖ程度の電圧を印加して、図１１（ｃ）に示すように、陽極接合により接合する。
【００５６】
（ｄ）シリコン基板２００と電極基板３を陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で接合状態のシリコン基板２００をエッチングし、シリコン基板２００を薄板化する（図１１（ｄ））。
【００５７】
（ｅ）シリコン基板２００の上面（電極基板３が接合されている面と反対側の面）の全面に、プラズマＣＶＤによって、ＴＥＯＳ膜２６０を形成する。そして、このＴＥＯＳ膜２６０に、吐出室２１となる凹部２１０、オリフィス２４となる溝部２４０およびリザーバ２３となる凹部２３０を形成するためのレジストをパターニングし、これらの部分のＴＥＯＳ膜２６０をエッチング除去する。
その後、シリコン基板２００を水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、吐出室２１となる凹部２１０、オリフィス２４となる溝部２４０及びリザーバ２３となる凹部２３０を形成する（図１２（ｅ））。このとき、配線のための電極取り出し部３６となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお、ウェットエッチングの工程では、例えば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板２２の面荒れを抑制することができる。
【００５８】
（ｆ）シリコン基板２００のエッチングが終了した後に、フッ酸水溶液でエッチングし、図１３（ｆ）に示すように、シリコン基板２００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜２６０を除去する（図１２（ｆ））。
【００５９】
（ｇ）シリコン基板２００の吐出室２１となる凹部２１０等が形成された面に、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜（絶縁膜）２６を形成する（図１２（ｇ））。
【００６０】
（ｈ）ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によって、電極取り出し部２９を開放する。また、電極基板３のインク供給口３３となる孔部にレーザ加工を施して、シリコン基板２００のリザーバ２３となる凹部２３０の底部を貫通させ、インク供給口３３を形成する。また、振動板２２と個別電極３１の間のギャップ３４の開放端部にエポキシ樹脂等の封止材３５を充填して封止する。さらに、共通電極２７をスパッタにより、シリコン基板２００の端部に形成する（図１２（ｈ））。
【００６１】
以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基板２００からキャビティ基板２が作製される。
最後に、キャビティ基板２に、前述のようにして作製されたノズル基板１を接着等により接合することにより、図１３に示したインクジェットヘッド１０が完成する。
【００６２】
本実施形態に係るインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、キャビティ基板２を、予め作製された電極基板３に接合した状態のシリコン基板２００から作製するので、その電極基板３によりシリコン基板２００を支持した状態となり、シリコン基板２００を薄板化しても割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。従って、キャビティ基板２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【００６３】
上記の実施形態では、ノズル基板及びインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の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１４に示すインクジェットプリンタ４００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。液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）及び液滴吐出装置に、本実施形態のノズル基板の製造方法で製造されたノズル基板を搭載することにより、良好な吐出特性と耐久性を兼ね備えた液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】組立状態における図１の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの部分断面図。
【図３】図２のノズル孔部分の拡大断面図。
【図４】図２のインクジェットヘッドの上面図。
【図５】ノズル基板の製造工程を示す部分断面図。
【図６】図５に続くノズル基板の製造工程を示す部分断面図。
【図７】図６に続くノズル基板の製造工程を示す部分断面図。
【図８】図７に続くノズル基板の製造工程を示す部分断面図。
【図９】図８に続くノズル基板の製造工程を示す部分断面図。
【図１０】図９に続くノズル基板の製造工程を示す部分断面図。
【図１１】電極基板の製造と電極基板上に接合したシリコン基板からキャビティ基板を製造する工程を示す部分断面図。
【図１２】図１１に続くキャビティ基板の製造工程を示す部分断面図。
【図１３】図１２に続くインクジェットヘッドの製造工程を示す部分断面図。
【図１４】本発明の一実施の形態に係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】
【００６５】
１  ノズル基板、１ａ  インク吐出面、１ｂ  接合面、２  キャビティ基板、３  電極基板、４  静電アクチュエータ、５  駆動手段、１０  インクジェットヘッド、１１  ノズル孔、１１ａ  ノズル部、１１ｂ  導入部、１２  第１の耐インク保護膜（第１の耐吐出液保護膜）、１３  第２の耐インク保護膜（第２の耐吐出液保護膜）、１４  第３の耐インク保護膜（第３の耐吐出液保護膜）、１５  撥水膜、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバ、２４  オリフィス、２５  絶縁膜、２６  耐インク保護膜、２７  共通電極、３１  個別電極、３２  凹部、３３  インク供給口、３４  ギャップ、３５  封止材、３６  電極取り出し部、１００  シリコン基板、４００  インクジェットプリンタ。
【図１】
0005145985.tif 000002
【図２】
0005145985.tif 000003
【図３】
0005145985.tif 000004
【図４】
0005145985.tif 000005
【図５】
0005145985.tif 000006
【図６】
0005145985.tif 000007
【図７】
0005145985.tif 000008
【図８】
0005145985.tif 000009
【図９】
0005145985.tif 000010
【図１０】
0005145985.tif 000011
【図１１】
0005145985.tif 000012
【図１２】
0005145985.tif 000013
【図１３】
0005145985.tif 000014
【図１４】
0005145985.tif 000015