(57)【要約】【課題】エッジ部に欠損が生じても、侵食による空洞部の発生が抑制されたシリコンノズル基板を得る。【解決手段】シリコン基板４４を貫通するノズル孔２１と、ノズル孔２１の内壁面１４を覆うシリコン基板４４の表面を加熱して形成された熱酸化シリコンからなる第１の液滴保護膜４１と、内壁面１４における第１の液滴保護膜４１上及び液滴を吐出する側の面である吐出面１５に形成された第２の液滴保護膜４２と、を備えるシリコンノズル基板１であって、第１の液滴保護膜４１の膜厚は、内壁面１４おける第２の液滴保護膜４２の膜厚の１倍以上であることを特徴とするシリコンノズル基板１。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を貫通するノズル孔と、前記ノズル孔の内壁面を覆う前記シリコン基板の表面を加熱して形成された熱酸化シリコンからなる第１の液滴保護膜と、
前記内壁面における前記第１の液滴保護膜上及び液滴を吐出する側の面である吐出面に形成された第２の液滴保護膜と、を備えるシリコンノズル基板であって、
前記第１の液滴保護膜の膜厚は、前記内壁面おける前記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍以上であることを特徴とするシリコンノズル基板。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコンノズル基板であって、
前記第１の液滴保護膜の膜厚は、前記内壁面における前記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍〜２倍であることを特徴とするシリコンノズル基板。
【請求項３】
請求項２に記載のシリコンノズル基板であって、
前記吐出面における前記第２の液滴保護膜の膜厚が、前記内壁面における前記第２の液滴保護膜の膜厚の２．５倍以上であることを特徴とするシリコンノズル基板。
【請求項４】
請求項３に記載のシリコンノズル基板であって、
前記内壁面における前記第２の液滴保護膜の膜厚は０．５μｍ以上であることを特徴とするシリコンノズル基板。
【請求項５】
シリコン基板の第１の面に凹部を形成する第１の工程と、
前記シリコン基板を加熱して、少なくとも前記凹部の内壁面に第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜を形成する第２の工程と、
前記シリコン基板を、前記第１の面の反対側の面である第２の面側から該第２の面が前記凹部に達するまで薄板化して、前記凹部を前記シリコン基板を貫通するノズル孔とする第３の工程と、
前記第２の面と前記内壁面とに第２の液滴保護膜を形成する第４の工程と、
を有するシリコンノズル基板の製造方法であって、
前記第２の工程は、前記第４の工程において前記内壁面に形成される前記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍以上の膜厚の前記熱酸化シリコン膜を形成する工程であることを特徴とするシリコンノズル基板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のシリコンノズル基板の製造方法であって、
前記第２の工程は、前記第４の工程において前記内壁面に形成される前記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍〜２倍の膜厚の前記熱酸化シリコン膜を形成する工程であることを特徴とするシリコンノズル基板の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のシリコンノズル基板の製造方法であって、
前記第４の工程は、プラズマ重合法を用いて前記第２の液滴保護膜を形成する工程であることを特徴とするシリコンノズル基板の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のシリコンノズル基板の製造方法であって、
前記第４の工程は、前記内壁面における膜厚が０．５μｍ以上の前記第２の液滴保護膜を形成する工程であることを特徴とするシリコン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、液滴を吐出するためのノズル孔を有するシリコンノズル基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、媒体上にインク（液体材料）の液滴を吐出して画像等を形成する装置として、液滴吐出装置が注目されている。一般に液滴吐出装置は、複数のノズルを備える液滴吐出ヘッドと媒体とを相対的に移動させつつ、ノズルから液滴を吐出して画像等を形成する。液滴吐出ヘッドは、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基板と、このノズル基板に接着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と、リザーバー等のインク流路が形成されたキャビティ基板と、を備えている。そして、駆動部により圧力室に圧力を加えることにより液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。
【０００３】
このような液滴吐出ヘッド、特にノズル基板にシリコン基板を加工して形成したシリコンノズル基板を用いる液滴吐出ヘッドにおいては、一般的に、シリコンノズル基板のノズル孔が形成されている側の面（以下、「吐出面」と称する。）に酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる液滴保護膜が形成されている（例えば、特許文献１参照）。その理由は、液滴の吐出時に吐出面をインク液滴から保護するためである。インクは一般的にアルカリ性であり、吐出面に滞留した場合、シリコン材料を侵食（エッチング）し得るからである。
【０００４】
そして、かかる液滴保護膜は、一般的に気相成長法で形成されている。その理由は、シリコンノズル基板の形成方法にある。一般的にシリコンノズル基板は、基材であるシリコン基板に吐出面の反対側の面である接着面側から凹部（穴）を形成した後、吐出面側から該シリコン基板を数十μｍの厚さまで薄板化して、上述の凹部をシリコン基板を貫通するノズル孔とする工程を経て形成される。かかる薄板化されたシリコン基板は、加熱するとそり等の変形を生じる可能性があるため、表面に熱酸化シリコン膜を形成することが困難である。そのため、比較的低温で成膜可能な気相成長法（特にプラズマ重合法）により、上述の液滴保護膜の形成が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５９６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の気相成長法で形成された液滴保護膜は欠損（欠け）が生じやすいという課題がある。かかる欠損は、シリコン基板を露出させ侵食を引き起こし、液滴吐出ヘッドの吐出品質及び信頼性を低下させ得る。図１１（ａ）〜（ｃ）に、かかる従来の液滴吐出ヘッドにおける液滴保護膜の欠損とその影響について示す。図１１は、ノズル孔（本図では符号無し）のエッジ部分を拡大して示す拡大断面図である。なお、本図では撥水膜４３（後述する図３等参照）及び親水膜４５（後述する図３等参照）については図示を省略している。また、本図において符号が付与されている各要素については、後述の実施形態でも説明する。
【０００７】
図１１（ａ）は、吐出面１５及びノズル孔の内壁面１４に、第２の液滴保護膜としてのプラズマ重合膜４２が形成（成膜）された状態を示す図である。プラズマ重合膜４２は、上述の液滴保護膜に相当する膜であり、プラズマ重合法で成膜されたシリコン化合物からなる膜である。内壁面１４には、プラズマ重合膜４２の下層に第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜４１も形成されている。膜厚は略０．１μｍである。上述したように、吐出面１５は研削工程を経ているため熱酸化シリコン膜４１は除去されており、単結晶シリコン基板４４上に直接プラズマ重合膜４２が形成されている。
プラズマ重合膜４２の膜厚は、吐出面１５上においては略１．３μｍであり、内壁面１４上においては略０．５μｍである。ノズル孔は径が微細な孔であるため、プラズマ重合法による成膜時において、シリコンの粒子（すなわち前駆体）が開放面である吐出面１５に比べて入りにくい。そのため、吐出面１５上における膜厚と、内壁面１４上における膜厚の比が略２．５対１となるように形成される。
【０００８】
図１１（ｂ）は、ノズル孔のエッジ部に欠損１１が発生し、該欠損により露出部１７が生じた状態を示す図である。そして図１１（ｃ）は、露出部１７より浸入したインクにより、単結晶シリコン基板４４の一部が侵食された状態を示す図である。気相成長法で形成された膜は単結晶シリコン基板４４に対する密着性が熱酸化シリコン膜４１に比べて低いため、衝撃が加えられた場合、図示するような欠損１１が生じることがある。
【０００９】
かかる欠損１１は、内壁面１４に対して垂直方向の寸法（ａと図示）と吐出面１５に対して垂直方向の寸法（ｂと図示）との比が略１対１となるように生じ易い。なお、以下の記載においては、「ａ」で示す内壁面１４に対して垂直方向の寸法を、欠損１１の寸法とする。上述したように、プラズマ重合膜４２の吐出面１５側の膜厚と内壁面１４側の膜厚との比は略２．５対１である。そのため、プラズマ重合膜４２の吐出面１５側の膜厚に近い寸法の欠損１１が生じると、単結晶シリコン基板４４の吐出面１５側には露出部１７が形成される。かかる状態でインク液滴の吐出を繰り返すと、露出部１７からインクが浸入して、単結晶シリコン基板４４に空洞部１８を生じさせるという課題がある。かかる空洞部１８は、該シリコンノズル基板を用いる液滴吐出ヘッドの吐出品質及び信頼性を低下させることとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１１】
［適用例１］本適用例にかかるシリコンノズル基板は、シリコン基板を貫通するノズル孔と、上記ノズル孔の内壁面を覆う上記シリコン基板の表面を加熱して形成された熱酸化シリコンからなる第１の液滴保護膜と、上記内壁面における上記第１の液滴保護膜上及び液滴を吐出する側の面である吐出面に形成された第２の液滴保護膜と、を備えるシリコンノズル基板であって、上記第１の液滴保護膜の膜厚は、上記内壁面おける上記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍以上であることを特徴とする。
【００１２】
実験結果（後述）によれば、上述のノズル孔のエッジ部において生じる第２の液滴保護膜の欠損のサイズは、殆んど内壁面における第２の液滴保護膜の膜厚の２倍以内に収まる。したがってこのような構成であれば、ノズル孔の（吐出面側の）エッジ部において第２の液滴保護膜に欠損が発生した場合において、シリコン基板が露出する現象を低減できる。したがって、シリコンノズル基板及び該シリコンノズル基板を含む液滴吐出ヘッドの信頼性を向上できる。
【００１３】
［適用例２］上述のシリコンノズル基板であって、上記第１の液滴保護膜の膜厚は、上記内壁面における上記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍〜２倍であることを特徴とするシリコンノズル基板。
【００１４】
実験結果（後述）によれば、上述の欠損のサイズは内壁面における第２の液滴保護膜の膜厚の２倍を超えることは殆んど無い。したがって、このような構成、すなわち内壁面における第２の液滴保護膜の膜厚と第１の液滴保護膜の膜厚との和が内壁面における第２の液滴保護膜の膜厚の２倍〜３倍となる構成であれば、上述のシリコン基板が露出する現象をより一層低減できる。
【００１５】
［適用例３］上述のシリコンノズル基板であって、上記吐出面における上記第２の液滴保護膜の膜厚が、上記内壁面における上記第２の液滴保護膜の膜厚の２．５倍以上であることを特徴とするシリコンノズル基板。
【００１６】
上述の欠損は、ノズル孔のエッジ部においてシリコン基板の基板面に対して垂直な方向の寸法と水平な方向の寸法とが近い値となることが多い。したがって、このような構成であれば、上述のシリコン基板が露出する現象をより一層低減できる。
【００１７】
［適用例４］上述のシリコンノズル基板であって、上記内壁面における上記第２の液滴保護膜の膜厚は０．５μｍ以上であることを特徴とするシリコンノズル基板。
【００１８】
実験結果によれば、上述の欠損の寸法は１．０μｍを超えることは少ない。したがって、このような構成であれば少なくとも０．５μｍ以上の厚さで形成される第１の液滴保護膜と併せて１．０μｍ以上の保護膜をノズル孔の内壁面に形成でき、エッジ部に生じる欠損によりシリコン基板が露出する現象をより一層低減できる。
【００１９】
［適用例５］本適用例にかかるシリコンノズル基板の製造方法は、シリコン基板の第１の面に凹部を形成する第１の工程と、上記シリコン基板を加熱して少なくとも上記凹部の内壁面に第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜を形成する第２の工程と、上記シリコン基板を、上記第１の面の反対側の面である第２の面側から該第２の面が上記凹部に達するまで薄板化して、上記凹部を上記シリコン基板を貫通するノズル孔とする第３の工程と、上記第２の面と上記内壁面とに第２の液滴保護膜を形成する第４の工程と、を有するシリコンノズル基板の製造方法であって、上記第２の工程は、上記第４の工程において上記内壁面に形成される上記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍以上の膜厚の上記熱酸化シリコン膜を形成する工程であることを特徴とする。
【００２０】
このような製造方法であれば第２の液滴保護膜に欠損が発生した場合であってもシリコン基板が露出する可能性が少ないシリコンノズル基板を形成できる。したがって、信頼性の向上したシリコンノズル基板及び該シリコンノズル基板を含む液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００２１】
［適用例６］上述のシリコンノズル基板の製造方法であって、上記第２の工程は、上記第４の工程において上記内壁面に形成される上記第２の液滴保護膜の膜厚の１倍〜２倍の膜厚の上記熱酸化シリコン膜を形成する工程であることを特徴とするシリコンノズル基板の製造方法。
【００２２】
このような製造方法であれば第２の液滴保護膜に欠損が発生した場合であってもシリコン基板が露出する可能性がより一層少ないシリコンノズル基板を形成できる。したがって、より一層信頼性の向上したシリコンノズル基板及び該シリコンノズル基板を含む液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００２３】
［適用例７］上述のシリコンノズル基板の製造方法であって、上記第４の工程は、プラズマ重合法を用いて上記第２の液滴保護膜を形成する工程であることを特徴とするシリコンノズル基板の製造方法。
【００２４】
このような製造方法であれば緻密な構造を有する第２の液滴保護膜を、上記第２の面と上記内壁面とに好適な膜厚の比率で形成できる。したがって、第２の液滴保護膜に欠損が発生した場合であってもシリコン基板が露出する可能性がより一層低減されたシリコンノズル基板を形成できる。
【００２５】
［適用例８］上述のシリコンノズル基板の製造方法であって、上記第４の工程は、上記内壁面における膜厚が０．５μｍ以上の上記第２の液滴保護膜を形成する工程であることを特徴とするシリコンノズル基板の製造方法。
【００２６】
プラズマ重合法によれば、第２の面に第２の液滴保護膜を、内壁面における該第２の液滴保護膜の略２．５倍以上の膜厚で形成できる。したがってこのような製造方法であれば、第２の面に充分な膜厚の第２の液滴保護膜を形成でき、より一層信頼性の向上したシリコンノズル基板及び該シリコンノズル基板を含む液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態にかかるシリコンノズル基板を構成要素とする液滴吐出ヘッドの斜視展開図。
【図２】第１の実施形態にかかるシリコンノズル基板を構成要素とする液滴吐出ヘッドの要部の縦断面図。
【図３】第１の実施形態のシリコンノズル基板のエッジ部分の拡大断面図。
【図４】第２の実施形態のシリコンノズル基板のエッジ部分の拡大断面図。
【図５】欠損の寸法の分布を示す図。
【図６】第３の実施形態にかかるシリコンノズル基板の製造方法を示す工程断面図。
【図７】第３の実施形態にかかるシリコンノズル基板の製造方法を示す工程断面図。
【図８】第３の実施形態にかかるシリコンノズル基板の製造方法を示す工程断面図。
【図９】第３の実施形態にかかるシリコンノズル基板の製造方法を示す工程断面図。
【図１０】第３の実施形態にかかるシリコンノズル基板の製造方法を示す工程断面図。
【図１１】従来の液滴吐出ヘッドにおける液滴保護膜の欠損とその影響を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態にかかるシリコンノズル基板及びその製造方法について、図面を参照しつつ述べる。上述したようにシリコンノズル基板は、後述する図１に示すように液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を構成する要素であるため、該液滴吐出ヘッドの構成等も含めて説明する。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い。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面で認識可能な程度の寸法とするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせてある。また、特に断りのない限り、以下の記載においては図の上側を上とし、下側を下として説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるシリコンノズル基板１を構成要素とする液滴吐出ヘッド８の斜視展開図である。図２は、液滴吐出ヘッド８の要部の縦断面図である。図１に示すように、液滴吐出ヘッド８は、吐出面１５において長手方向に２列に並ぶように形成されたノズル孔２１を備えている。図２は、該長手方向に直交する線における断面図であり、図１の右半分の概略構成を示す断面図である。
【００３０】
本実施の形態に係る液滴吐出ヘッド８は、図１に示すように、シリコンノズル基板１と、各ノズル孔２１に対して独立にインク流路が設けられたキャビティ基板３と、キャビティ基板３の振動板２２に対応する個別電極３１が形成された電極基板４とを接着して構成されている。
【００３１】
シリコンノズル基板１は、単結晶シリコン基板４４に所定の加工を施して形成された板状部材であり、インク液滴を吐出するためのノズル孔２１が所定のピッチで２列に形成されている。ノズル孔２１は単結晶シリコン基板４４を貫通する孔であり、液滴を吐出する第１のノズル孔２１ａと、液滴を導入する第２のノズル孔２１ｂとから構成されている。第１のノズル孔２１ａは吐出面１５側に開口しており、第２のノズル孔２１ｂは接着面１６側に開口している。なお、シリコンノズル基板１の構成材料は単結晶シリコン基板に限定されず、多結晶シリコン（ポリシリコン）基板を用いることもできる。
【００３２】
シリコンノズル基板１の表裏の２面のうち、液滴吐出ヘッド８の外側を向く面すなわち液滴を吐出する側の面が吐出面１５である。一方、キャビティ基板３と接着される側の面が接着面１６である。そして、シリコンノズル基板１の厚さ方向の面、すなわち表裏の２面に直交する面が端面１３である。単結晶シリコン基板４４を貫通させてノズル孔２１を形成することにより生じる面、すなわちノズル孔２１の孔面が内壁面１４である。
【００３３】
上述の４種類の面には、単結晶シリコン基板４４をインクから保護するために、第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜４１と第２の液滴保護膜としての表面に酸化シリコン層を有するプラズマ重合膜４２との少なくとも一方の膜が形成されている。一般的にインクはアルカリ性であり、単結晶シリコン基板４４を侵食（エッチング）等する可能性がある。上述の２層の膜（４１，４２）は少なくとも表面が酸化シリコンからなる薄膜であり、単結晶シリコン基板４４をインクの侵食から保護できる。
【００３４】
図２に図示するように、シリコンノズル基板１の吐出面１５を除く３面には、熱酸化シリコン膜４１が形成されている。そして、接着面１６を除く３面にはプラズマ重合膜４２が形成されている。上述したように、熱酸化シリコン膜４１は単結晶シリコン基板４４の表面を熱酸化して形成された膜である。そしてプラズマ重合膜４２は、熱酸化シリコン膜４１の形成工程と単結晶シリコン基板４４の薄板化工程を終えた後に、プラズマ重合法で上述の３面に形成された酸化シリコンからなる膜である。本発明は、この熱酸化シリコン膜４１とプラズマ重合膜４２の膜厚、及びその比（比率）に関するものである。
【００３５】
なお、プラズマ重合法により形成された膜は、微細な領域では薄くなる傾向を有している。後述するように、プラズマ重合膜４２の形成は接着面１６側に支持基板５１（後述する図８参照）を装着して行うため、内壁面１４では吐出面１５上に比べて薄く形成される。そして内壁面１４においても、プラズマ重合膜４２は、吐出面１５の近傍で厚く形成され、接着面１６側に近づくにつれて薄くなる傾向を有している。したがって、第１のノズル孔２１ａの内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚と第２のノズル孔２１ｂの内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚とは、若干の差が生じ得る。本明細書において、内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚とは、内壁面１４のうちの第１のノズル孔２１ａの内壁面１４における膜厚であると定義する。また単に「内壁面１４」と記載した場合、第１のノズル孔２１ａの内壁面１４を示すものとする。
【００３６】
キャビティ基板３も、シリコンノズル基板１と同様に単結晶シリコン基板からなり、シリコンノズル基板１の接着面１６側に接着されている。キャビティ基板３には、シリコンノズル基板１のノズル孔２１の各々に連通するインク流路が異方性ウェットエッチングにより形成されている。インク流路は、底壁を振動板２２とし吐出室２５となる吐出凹部２５０と、共通のインク室であるリザーバー２３となるリザーバー凹部２３０と、リザーバー凹部２３０と各吐出凹部２５０とを連通するオリフィス２４となるオリフィス凹部２４０と、で構成されている。リザーバー２３は各吐出室２５に共通インク室を構成し、それぞれオリフィス２４を介してそれぞれの吐出室２５に連通している。
【００３７】
キャビティ基板３の全面若しくは少なくとも電極基板４との対向する領域には、絶縁性材料である酸化シリコンからなる絶縁膜２９が形成されている。かかる絶縁膜２９は、液滴吐出ヘッド８を駆動させたときに、絶縁破壊やショートの発生を防止する機能を果たしている。
【００３８】
電極基板４はガラス基材からなり、キャビティ基板３の各振動板２２に対向する位置には、夫々凹部３１０が形成されている。そして、各凹部３１０内には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１がスパッタにより形成されている。
【００３９】
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とを備えており、端子部３１ｂは、配線のためにキャビティ基板３の末端部が開口された電極取出し部３６内に露出している。そして、ＩＣドライバー等の駆動回路５を介して、各個別電極３１の端子部３１ｂとキャビティ基板３上の共通電極２７とが接続されている。また、電極基板４には、インクを供給するためにリザーバー２３と連通するインク供給口３５が形成されている。そして、該インク供給口は図示しないインクタンクに接続されている。振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップ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等の樹脂による封止材３３により封止されている。
【００４０】
電極基板４と上述のキャビティ基板３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着されている。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２９を有する振動板２２とで、吐出室２５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ーが構成される。
【００４１】
液滴吐出ヘッド８は、以下に記載する動作により、インクを液滴として吐出する。まず、駆動回路５が駆動し、個別電極３１に電荷を供給してこれを正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２の間に静電引力が発生する。この静電引力によって、振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む。これによって、吐出室２５の容積が増大する。個別電極３１への電荷の供給を止めると静電引力が消滅し、振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２５の容積が急激に減少して、そのときの圧力により吐出室２５内のインクの一部がインクの液滴としてノズル孔２１から吐出面１５側に吐出される。
【００４２】
図３は、本実施形態のシリコンノズル基板１におけるノズル孔２１のエッジ部１９（図２参照）の近傍の拡大断面図であり、上述の図１１に示す部分と同様の部分を示す図である。
図３（ａ）は、正規の状態、すなわち欠損１１が生じていない状態を示す図である。本実施形態のシリコンノズル基板１は、内壁面１４上に、膜厚０．５μｍ以上の第２の液滴保護膜としてのプラズマ重合膜４２と該プラズマ重合膜の膜厚の１倍〜２倍の膜厚の第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜４１とが形成されている。そして吐出面１５上には、内壁面１４上におけるプラズマ重合膜４２の膜厚の２．５倍以上の膜厚のプラズマ重合膜４２が形成されている。
【００４３】
具体的には、熱酸化シリコン膜４１の厚さは０．８μｍである。プラズマ重合膜４２の膜厚は、上述の従来のシリコンノズル基板と同様に、吐出面１５上においては略１．３μｍであり内壁面１４上においては略０．５μｍである。したがって、本実施形態のシリコンノズル基板１は、内壁面１４上においてプラズマ重合膜４２の膜厚の１．６倍の厚さの熱酸化シリコン膜４１を有している。そして、吐出面１５上に、上述の内壁面１４上のプラズマ重合膜４２の２．６倍の厚さのプラズマ重合膜４２を有している。
【００４４】
内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の上層には該プラズマ重合膜４２を酸化してなる親水膜４５が形成されており、吐出面１５におけるプラズマ重合膜４２の上層には撥水膜４３が形成されている。親水膜４５はノズル孔２１内においてインクの流動性を高めて吐出性能を向上させており、撥水膜４３は吐出されたインク液滴が吐出面１５上に滞留することを抑制している。
【００４５】
図３（ｂ）は、寸法（「ａ」と図示されている長さ）が略１．２μｍの欠損１１が生じた状態を示す図である。上述したように、シリコンノズル基板１は内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚は０．５μｍである。したがって、かかる寸法の欠損１１が生じた場合、従来のシリコンノズル基板であれば露出部１７（図１１参照）が生じる。
【００４６】
しかし、本実施形態のシリコンノズル基板１は、内壁面１４に、膜厚が０．８μｍの熱酸化シリコン膜４１を有している。すなわち、内壁面１４には、プラズマ重合膜４２と熱酸化シリコン膜４１とを合せて（重ねて）、合計の厚さが１．３μｍとなる液滴保護膜が形成されている。したがって、寸法すなわち内壁面１４に垂直な方向の長さが１．２μｍの欠損１１が生じても、それを上回る厚さの液滴保護膜（熱酸化シリコン膜４１とプラズマ重合膜４２の積層体）により、露出部１７（図１１参照）の発生を防ぐことができる。そのため、露出部１７及び該露出部に起因する空洞部１８（図１１参照）が形成される可能性が低減されており、吐出品質及び信頼性が向上している。
【００４７】
ここで、１．２μｍという寸法は、欠損１１の寸法の想定値としては充分に大きな値である。図５は、欠損１１の寸法（図３において「ａ」で示す長さ）の分布を示す図である。図示するように、欠損１１の寸法は、殆んど（略９４％）が１．１μｍ以内に収まっている。したがって、本実施形態のシリコンノズル基板１のように、寸法が１．２μｍの欠損１１が生じても露出部１７の発生を防ぐことができるシリコンノズル基板は、通常の使用条件下において充分な信頼性を有している。
【００４８】
また、本実施形態のシリコンノズル基板１が有する、従来例に比べて厚い熱酸化シリコン膜４１自体が、露出部１７の発生を効果的に抑制している。単結晶シリコン基板４４の表面を酸化して形成された熱酸化シリコン膜４１は、上記表面に別途積層された膜に比べて密着性等が優っている。したがって、不規則な形状の欠損１１が発生した場合でも、熱酸化シリコン膜４１が欠けることは少なく、該熱酸化シリコン膜の下層の単結晶シリコン基板４４が露出することを効果的に抑制できる。
【００４９】
さらに、本実施形態のシリコンノズル基板１は、熱酸化シリコン膜４１の膜厚を、内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚の１．６倍とすることで、露出部１７の発生を効果的に抑制している。プラズマ重合膜４２の膜厚は、吐出面１５と内壁面１４とで大きく異なっている。上述したように、すなわち、内壁面１４のような微細な構造の表面には成膜材料であるシリコンの粒子が入りにくい。したがって、プラズマ重合膜４２の膜厚は、吐出面１５上における膜厚と、内壁面１４上における膜厚の比が略２．５対１となるように形成される。
【００５０】
一方、段落（０００９）に記載したように、欠損１１は内壁面１４に対して垂直方向の寸法（ａと図示）と吐出面１５に対して垂直方向の寸法（ｂと図示）との比が略１対１となるように生じ易い。したがって液滴保護膜の膜厚は、吐出面１５と内壁面１４とで略同一となることが好ましい。そのためには、熱酸化シリコン膜４１の膜厚を、内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚の１倍〜２倍とする必要がある。本実施形態のシリコンノズル基板１は、熱酸化シリコン膜４１の膜厚を、内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚の１．６倍としている。その結果、欠損１１に起因する露出部１７の発生が効果的に抑制されており、信頼性が向上している。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態のシリコンノズル基板２におけるノズル孔２１のエッジ部１９（図２参照）の近傍の拡大断面図であり、上述の図３に示す部分と同様の部分を示す図である。本実施形態のシリコンノズル基板２は、上述の第１の実施形態にかかるシリコンノズル基板１と同様に、キャビティ基板３及び電極基板４と組み合されて液滴吐出ヘッド８を構成するものである。構成はシリコンノズル基板１と類似しており、相違点は液滴保護膜の膜厚のみである。そこで、上述の図１及び図２に相当する図面は省略する。
【００５２】
図４（ａ）は、正規の状態、すなわち欠損１１が生じていない状態を示す図である。本実施形態のシリコンノズル基板２は、内壁面１４上に、膜厚０．５μｍ以上のプラズマ重合膜４２と該プラズマ重合膜の膜厚の１倍〜２倍の膜厚の熱酸化シリコン膜４１とが形成されている点で、上述の第１の実施形態のシリコンノズル基板１と共通している。また、吐出面１５上には、内壁面１４上におけるプラズマ重合膜４２の膜厚の２．５倍以上の膜厚のプラズマ重合膜４２が形成されている点で、上述の第１の実施形態のシリコンノズル基板１と共通している。ただし、夫々の液滴保護膜（４１，４２）が第１の実施形態のシリコンノズル基板１の該液滴保護膜に比べて厚く形成されている。
【００５３】
具体的には第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜４１の厚さは１．２μｍである。第２の液滴保護膜としてのプラズマ重合膜４２の膜厚は、吐出面１５上においては略２．０μｍであり内壁面１４上においては略０．８μｍである。したがって、本実施形態のシリコンノズル基板２は、内壁面１４において、プラズマ重合膜４２の膜厚の１．５倍の厚さの熱酸化シリコン膜４１を有している。そして、吐出面１５上に、上述の内壁面１４上のプラズマ重合膜４２の２．５倍の厚さのプラズマ重合膜４２を有している。なお、撥水膜４３と親水膜４５の態様は、上述のシリコンノズル基板１と同様である。
【００５４】
図４（ｂ）は、寸法（「ａ」と図示）が略１．８μｍの欠損１１が生じた状態を示す図である。上述したように内壁面１４には、膜厚１．２μｍの熱酸化シリコン膜４１と膜厚０．８μｍのプラズマ重合膜４２、すなわち合計の膜厚が２．０μｍとなる液滴保護膜が形成されている。したがって、かかる大きさの欠損１１が生じた場合でも露出部１７（図１１参照）の発生を抑制できる。
【００５５】
ここで、１．８μｍという寸法は、予想し得る欠損１１の寸法の最大値を若干越える値である。図５に示すように、欠損１１の寸法は、殆んど１．７μｍ以内に収まっている。したがって、本実施形態のシリコンノズル基板２は、想定し得る最大の欠損１１が生じた場合においても露出部１７の発生が抑制されており、信頼性がより一層向上している。また、熱酸化シリコン膜４１の膜厚が内壁面１４におけるプラズマ重合膜４２の膜厚の１．５倍であるため、上述のシリコンノズル基板１と同様に、内壁面１４における液滴保護膜の膜厚と吐出面１５上の液滴保護膜の膜厚とが同等である。したがって、欠損１１に起因する露出部１７の発生が効果的に抑制されており、信頼性が向上している。
【００５６】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態として、上述のシリコンノズル基板１の製造方法について、図６（ａ）〜図１０（ｔ）の工程断面図を用いて説明する。上記各図は、単結晶シリコン基板４４における図２に示すノズル孔２１の近傍の部分を示す拡大断面図である。なお、第１の実施形態のシリコンノズル基板１と第２の実施形態のシリコンノズル基板２とは、熱酸化シリコン膜４１等の膜厚を除くと略同一である。したがって、シリコンノズル基板２の製造方法も、熱酸化シリコン膜４１等の形成条件以外は、本実施形態に示す製造方法と略同一である。なお、上述の各工程断面図において括弧付で記載した符号は、将来的に上述の図１等に示した構成要素が形成される領域等を示している。以下、工程順に説明する。
【００５７】
まず、図６（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板４４を酸素含有雰囲気中で加熱して、全面に第２の熱酸化シリコン膜４６を形成する。酸素含有雰囲気は、酸素（Ｏ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）の混合雰囲気を用いている。加熱条件は、１０７５℃で４時間である。かかる条件の熱酸化処理により、膜厚が略１．０μｍの第２の熱酸化シリコン膜４６を形成できる。
【００５８】
次に、図６（ｂ）に示すように、接着面１６側に第２の熱酸化シリコン膜４６を介して第１のレジスト膜４７を形成する。そして第１のレジスト膜４７を露光現像処理によりパターニングして、将来的に第２のノズル孔２１ｂが形成される領域から第１のレジスト膜４７を除去する。
【００５９】
次に、図６（ｃ）に示すように、フッ酸系のエッチング液を用いて、第１のレジスト膜４７で覆われていない領域の第２の熱酸化シリコン膜４６を所定の膜厚まで薄膜化する。ここで、「第１のレジスト膜４７で覆われていない領域」とは、将来的に上述の吐出面１５となる側の面の全域、及び接着面１６側における将来的に第２のノズル孔２１ｂが形成される領域である。
【００６０】
次に、図６（ｄ）に示すように、単結晶シリコン基板４４から第１のレジスト膜４７を剥離して除去する。剥離は硫酸（Ｈ2ＳＯ4）を含むエッチング（剥離）液を用いることが好ましい。有機系のエッチング（剥離）液を用いることもできる。
次に、図７（ｅ）に示すように、接着面１６上に第２の熱酸化シリコン膜４６を介して第２のレジスト膜４８を形成する。そして第２のレジスト膜４８を露光現像処理によりパターニングして、将来的に第１のノズル孔２１ａが形成される領域から第２のレジスト膜４８を除去する。
【００６１】
次に、図７（ｆ）に示すように、フッ酸系のエッチング液を用いて、将来的に第１のノズル孔２１ａが形成される領域から第２の熱酸化シリコン膜４６を除去して単結晶シリコン基板４４を露出させる。同時に、将来的に吐出面１５となる側の面から第２の熱酸化シリコン膜４６を除去して、単結晶シリコン基板４４を露出させる。
次に、図７（ｇ）に示すように、単結晶シリコン基板４４から第２のレジスト膜４８を剥離して除去する。剥離の条件等は、上述の第１のレジスト膜４７の剥離条件と同様である。
【００６２】
次に、図７（ｈ）に示すように、接着面１６側における第２の熱酸化シリコン膜４６で覆われていない領域すなわち将来的に第１のノズル孔２１ａとなる領域を異方性エッチングして略２５μｍの深さまで掘り下げる。エッチング装置はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）ドライエッチング装置を用いることが好ましい。エッチングガスとしてはＣ4Ｆ8、とＳＦ6とを交互に使用することが好ましい。かかる条件であれば、Ｃ4Ｆ8により側面方向（接着面１６に並行な方向）にエッチングが進行することを抑制しつつ、ＳＦ6により単結晶シリコン基板４４を垂直方向にエッチングできる。
【００６３】
次に、図８（ｉ）に示すように、フッ酸系のエッチング液を用いて、将来的に第２のノズル孔２１ｂが形成される領域から第２の熱酸化シリコン膜４６を除去して単結晶シリコン基板４４を露出させる。同時に、上述の領域以外の領域における第２の熱酸化シリコン膜４６を薄膜化する。
【００６４】
次に、図８（ｊ）に示すように、再度ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）ドライエッチング装置を用いて、接着面１６側における第２の熱酸化シリコン膜４６で覆われていない領域を、垂直方向に略４０μｍの深さまで掘り下げる。エッチング条件も同様である。その結果、将来的に第１のノズル孔２１ａとなる部分と将来的に第２のノズル孔２１ｂとなる部分とからなる、断面が凸字型の凹部（すなわち穴）が形成される。ここまでの工程が第１の工程である。
【００６５】
次に、フッ酸系のエッチング液を用いて第２の熱酸化シリコン膜４６を全面的に除去する。そして次に、単結晶シリコン基板４４を再度酸素含有雰囲気中で加熱して、図８（ｋ）に示すように、上述の凹部の内壁面１４を含む単結晶シリコン基板４４の全面に、第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜４１を形成する。
熱酸化シリコン膜４１を形成する工程が、第２の工程である。本工程は、後述する第４の工程において第１のノズル孔２１ａ（後述する図９参照）の内壁面１４に形成される第２の液滴保護膜としてのプラズマ重合膜４２の膜厚の１倍以上の膜厚の熱酸化シリコン膜４１を形成する工程である。そして本工程は、より好ましくは、プラズマ重合膜４２の膜厚の１倍〜２倍の膜厚の熱酸化シリコン膜４１を形成する工程である。
【００６６】
本実施形態の製造方法において、後述する第４の工程で内壁面１４に形成されるプラズマ重合膜４２の膜厚は０．５μｍである。そして、本工程で形成する熱酸化シリコン膜４１の膜厚は、０．８μｍである。すなわち本実施形態の製造方法では、プラズマ重合膜４２の膜厚の１．６倍の膜厚の熱酸化シリコン膜４１を形成する。
上述の酸素含有雰囲気としては、酸素（Ｏ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）の混合雰囲気を用いている。加熱（酸化）条件は、１０００℃で２．７５時間である。かかる条件の酸化処理により、膜厚が略０．８μｍの熱酸化シリコン膜４１を形成できる。
【００６７】
次に、図８（ｌ）に示すように、ガラス等の透明材料からなる支持基板５１を、接着面１６側に貼付する。なお、図８（ｌ）〜後述する図９（ｏ）までは上下方向を反転して図示している。上述の支持基板５１の貼付は、少なくとも一方の面に紫外線または熱により容易に接着力が低下する自己剥離層（不図示）を有する両面テープ５３を用いて、該自己剥離層が接着面１６と対向する様に行う。そして、かかる貼付作業は真空中で行う。真空中で貼付作業を行うことにより、貼付面に気泡等が生じることを抑制できる。
【００６８】
次に、図９（ｍ）に示すように、単結晶シリコン基板４４を、将来的に吐出面１５となる側の面から薄板化する。かかる処理で吐出面１５が形成される。そして上述の断面（凸字型の凹部）が、単結晶シリコン基板４４を貫通する孔となる。その結果、第１のノズル孔２１ａと第２のノズル孔２１ｂとからなるノズル孔２１が形成される。かかるノズル孔２１を形成する工程が、第３の工程である。
なお、上述の薄板化は、単結晶シリコン基板４４をバックグラインダーにより７１μｍの厚さまで研削する処理と、ＣＭＰ装置等により６５μｍの厚さまで研磨する処理と、を組み合せて行う。
【００６９】
次に、図９（ｎ）に示すように、第４の工程として、吐出面１５及び内壁面１４に、第２の液滴保護膜としてのプラズマ重合膜４２を形成する。プラズマ重合膜４２は、シロキサンを原料とするプラズマ重合法でシリコン重合膜を形成した後、該シリコン重合膜にＵＶ（紫外線）を照射して脱水縮合させ、表面を酸化して形成する。なお、プラズマ重合法によれば上述の自己剥離層が劣化しない温度、具体的には１００℃以下の低温で薄膜を形成できる。
【００７０】
本工程は、第１のノズル孔２１ａの内壁面１４上において膜厚が０．５μｍ以上であり、かつ吐出面１５上における膜厚が上述の内壁面１４における膜厚の２．５倍以上となるプラズマ重合膜４２を形成する工程である。上述したように、ノズル孔２１は径が微細な孔であるため、内壁面１４上における膜厚が０．５μｍとなる条件（時間等）で成膜すると吐出面１５上には略１．３μｍ（すなわち内壁面１４上における膜厚の２．６倍）のプラズマ重合膜４２が形成される。
なお、内壁面１４には熱酸化シリコン膜４１が既に形成されている。したがって、上述の処理により、内壁面１４には熱酸化シリコン膜４１とプラズマ重合膜４２の２層構造が形成される。また、プラズマ重合膜４２は第２のノズル孔２１ｂの内壁面１４にも形成されるが、本図では図示を省略している。
【００７１】
次に、図９（ｏ）に示すように、吐出面１５及び内壁面１４に、フッ素原子を含有する材料の薄膜を蒸着法あるいはディッピング法で成膜して、撥水膜４３を形成する。
次に、図９（ｐ）に示すように、吐出面１５側に保護フィルム５２を貼付する。そして支持基板５１側から紫外線を照射する。上述したように支持基板５１は透明材料で形成されているため、上述の紫外線は該支持基板を透過して両面テープ５３を照射する。その結果、上述の自己剥離層が劣化して、両面テープ５３の接着力が低下する。その後、図１０（ｑ）に示すように、支持基板５１及び両面テープ５３を単結晶シリコン基板４４から剥離する。
【００７２】
次に、図１０（ｒ）に示すように、接着面１６側からアルゴン（Ａｒ）プラズマまたは酸素（Ｏ2）プラズマを照射する。そして図１０（ｓ）に示すように、接着面１６及びノズル孔２１の内壁面１４から撥水膜４３を除去する。そして次に、プライマー処理液に１時間浸漬した後、純粋でリンスする。そして、８０℃で１時間ベーキングする。このときプライマー処理液としてシランカップリング剤を用いる。かかる処理により接着面１６側の熱酸化シリコン膜４１上に親水膜（不図示）を形成して、キャビティ基板３（図１参照）に対する密着性を向上させる。そして最後に、図１０（ｔ）に示すように、保護フィルム５２を除去する。
【００７３】
以上の工程により、内壁面１４に膜厚０．８μｍの熱酸化シリコン膜４１と膜厚０．５μｍのプラズマ重合膜４２との積層体を有し、吐出面１５上には膜厚１．３μｍのプラズマ重合膜４２を有するシリコンノズル基板１を得ることができる。上述したように、かかるシリコンノズル基板１は、通常生じ得る１．１μｍ以内の寸法の欠損１１（図３参照）が生じた場合において、露出部１７（図１１参照）及び空洞部１８（図１１参照）の発生を効果的に抑制できる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、信頼性の向上したシリコンノズル基板１を得ることができる。また、本実施形態の製造方法で得られたシリコンノズル基板１を構成要素とすることにより、信頼性の向上した液滴吐出ヘッド８（図１参照）を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…第１の実施形態のシリコンノズル基板、２…第２の実施形態のシリコンノズル基板、３…キャビティ基板、４…電極基板、５…駆動回路、８…液滴吐出ヘッド、１１…欠損、１３…端面、１４…内壁面、１５…吐出面、１６…接着面、１７…露出部、１８…空洞部、１９…エッジ部分、２１…ノズル孔、２１ａ…第１のノズル孔、２１ｂ…第２のノズル孔、２２…振動板、２３…リザーバー、２４…オリフィス、２５…吐出室、２７…共通電極、２９…絶縁膜、３１…個別電極、３１ａ…リード部、３１ｂ…端子部、３３…封止材、３４…ギャップ、３５…インク供給口、３６…電極取出し部、４１…第１の液滴保護膜としての熱酸化シリコン膜、４２…第２の液滴保護膜としてのプラズマ重合膜、４３…撥水膜、４４…単結晶シリコン基板、４６…第２の熱酸化シリコン膜、４７…第１のレジスト膜、４８…第２のレジスト膜、５１…支持基板、５２…保護フィルム、５３…両面テープ、２３０…リザーバー凹部、２４０…オリフィス凹部、２５０…吐出凹部、３１０…凹部。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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