(57)【要約】【課題】ノズル先端開口縁部のエッジダメージやエッジダレ、及びノズル内部の樹脂残りなどがなく、ノズル形状の安定性とノズル内部の清浄度の高いノズル基板の製造方法、さらには、吐出性能の向上と生産性向上を同時に実現する液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】シリコン基板１００の一方の面側から、ノズル１１となる凹部を形成する工程と、凹部の先端部に樹脂４０を充填する工程と、凹部が形成された面に、支持基板６０を貼り合わせる工程と、凹部が形成された面と反対側の面から、樹脂が露出するまでシリコン基板を薄板化する工程と、薄板化されたシリコン基板から支持基板を剥離し、その後、樹脂を除去することにより、ノズルを開口する工程と、を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の一方の面側から、ノズルとなる凹部を形成する工程と、
前記凹部の先端部に樹脂を充填する工程と、
前記凹部が形成された面に、支持基板を貼り合わせる工程と、
前記凹部が形成された面と反対側の面から、前記樹脂が露出するまで前記シリコン基板を薄板化する工程と、
前記薄板化されたシリコン基板から前記支持基板を剥離し、その後、前記樹脂を除去することにより、前記ノズルを開口する工程と、
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２】
前記ノズルとなる凹部を形成する工程において、第１のノズル孔となる第１の凹部と、前記第１のノズル孔に連通し、該第１のノズル孔よりも断面積が大きい、または、断面積が第１のノズル孔に向けて漸減もしくは縮小するように、第２のノズル孔となる第２の凹部とを形成し、前記第１の凹部の先端部に前記樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１記載のノズル基板の製造方法。
【請求項３】
前記ノズルとなる凹部を、異方性ドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項１または２記載のノズル基板の製造方法。
【請求項４】
前記ノズルとなる凹部が形成された面に、前記樹脂をスピンコートまたはスプレーコートし、その後、Ｏ2アッシングを行うことにより、少量の樹脂を前記凹部または前記第１の凹部の先端部に残すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン基板を薄板化した後に、この薄板化されたシリコン基板の表面に、撥水膜を形成する工程と、
前記撥水膜を形成した面に、保護テープを貼り付ける工程と、
を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のノズル基板の製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造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７】
請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液滴を吐出するノズルを形成するためのノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及びこのノズル基板を用いた液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置の代表例であるインクジェット記録装置にはインクジェットヘッドが搭載されている。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が形成されたノズル基板を備えており、このノズル基板にインク圧力室である吐出室等を有する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より吐出するように構成されている。アクチュエータの駆動方式としては、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の加工方法あるいはノズル基板の製造方法に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
【０００４】
インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズル部の流路抵抗を調整し、最適なノズル長さになるように基板の厚みを調整することが望ましい。このようなノズル基板を作製する場合、例えば特許文献１に示されるように、シリコン基板の一方の面（キャビティ基板との接合面）側からＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電を用いた異方性ドライエッチングを施すことにより、内径の異なる第１のノズル孔と第２のノズル孔を２段に形成した後、接合面と反対側の面（吐出面）側から一部分を異方性ウェットエッチング により掘り下げて、ノズル長さを調整する方法が採られていた。
しかし、この方法では、ノズルが開口する吐出面が基板表面から深く一段下がった凹部の底面にあるため、インク滴の飛行曲がりが生じたり、あるいはノズルの目詰まりの原因となる紙粉、インク等が吐出面である凹部底面に付着した場合、それらの紙粉、インク等を排除するためにゴム片或いはフェルト片等で凹部底面を払拭するワイピング作業が難しくなるという課題があった。
【０００５】
一方、例えば特許文献２に示されるように、予めシリコン基板を所望の厚みに研磨した後、シリコン基板の両面にそれぞれドライエッチングを施すことにより、第１のノズル孔及び第２のノズル孔を形成する方法もある。しかし、この方法では、インクジェットヘッドの高密度化が進むとシリコン基板の厚みを更に薄くしなければならないが、このような基板は製造工程中に割れ易く、高価となる課題があった。さらに、ドライエッチング加工の際に、加工形状が安定するように基板裏面からＨｅガス等で冷却を行うが、ノズルの貫通時に、Ｈｅガスがリークしてエッチングが不可能になる場合があった。
そのため、予めシリコン基板にノズルとなる凹部、すなわちノズル形状を形成し、例えば、石英ガラスなどの支持基板に樹脂を用いて貼り合わせてからシリコン基板を研削やエッチング加工等により薄板化加工してノズルとなる凹部を開口する方法が採られた（例えば、特許文献３参照）。しかし、この方法では、ノズルとなる凹部の内部が空間となっているため、ノズルの開口時にノズルの先端部が欠けたりする課題があった。
【０００６】
上記のようなノズル開口時のノズル先端部の欠けを防止するため、支持基板を貼り合わせる際に、予めノズルとなる凹部の内部全体に貼り合わせ用の樹脂を充填する方法が採られた（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８８２０号公報
【特許文献２】特開平９−５７９８１号公報
【特許文献３】特開２００６−１５９６６１号公報
【特許文献４】特開２００６−３１５２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献４に示される方法でも、ノズルとなる凹部を開口し、その後、吐出面にＳｉＯ2膜を成膜し、その上に撥水膜を成膜した後、ノズル内の樹脂を引き抜く際に、ノズル先端開口縁部にＳｉＯ2膜のバリなどのエッジダメージやエッジダレが生じたり、樹脂残渣が残る場合があるなどの課題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような従来技術の課題に鑑み、ノズル先端開口縁部のエッジダメージやエッジダレ、及びノズル内部の樹脂残りなどがなく、ノズル形状の安定性とノズル内部の清浄度の高いノズル基板の製造方法を提供することを目的とし、さらには、かかるノズル基板を用いることにより、吐出性能の向上と生産性向上を同時に実現する液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド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】
【００１０】
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、ノズルとなる凹部を形成する工程と、凹部の先端部に樹脂を充填する工程と、凹部が形成された面に、支持基板を貼り合わせる工程と、凹部が形成された面と反対側の面から、樹脂が露出するまでシリコン基板を薄板化する工程と、薄板化されたシリコン基板から支持基板を剥離し、その後、樹脂を除去することにより、ノズルを開口する工程と、を有するものである。
本発明によれば、ノズルとなる凹部の先端部（凹部の底部）のみに樹脂を充填するものであるから、シリコン基板を薄板化した後でも樹脂によりノズル内部を保護しているため、ノズル内面に影響を与えることなく吐出面の撥水処理が可能となる。
また、ノズル（凹部）開口のために行う研削または研磨中の研削液または研磨剤の侵入も防ぐことができ、ノズル内部の清浄度を高く保持できると同時に、樹脂の充填量を比較的少量に限定できるため、樹脂の除去に要する時間を短縮できるとともに、ノズル先端縁部のエッジダメージやエッジダレ、及び樹脂残りなどがなく、ノズル形状の安定性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルとなる凹部を形成する工程において、第１のノズル孔となる第１の凹部と、第１のノズル孔に連通し、第１のノズル孔よりも断面積が大きい、または、断面積が第１のノズル孔に向けて漸減もしくは縮小するように、第２のノズル孔となる第２凹部とを形成し、第１の凹部の先端部に樹脂が充填されているものである。
このように、ノズルとなる凹部を、第１のノズル孔となる第１の凹部と、第１のノズル孔に連通し、第１のノズル孔よりも断面積が大きい、または、断面積が第１のノズル孔に向けて漸減もしくは縮小するように、第２のノズル孔となる第２の凹部とで形成する場合は、第１の凹部の先端部に樹脂を充填するものであり、これによって前述の効果が得られるとともに、吐出する液滴の直進性向上等、吐出性能の向上が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルとなる凹部を、異方性ドライエッチングにより形成する。
ノズルとなる凹部を、異方性ドライエッチングにより形成することにより、シリコン基板面に垂直に、かつ、高い形状精度でノズルを形成することができる。
【００１３】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、ノズルとなる凹部が形成された面に、樹脂をスピンコートまたはスプレーコートし、その後、Ｏ2アッシングを行うことにより、少量の樹脂を凹部または第１の凹部の先端部に残す。
このように、樹脂を充填する場合はスピンコート法またはスプレーコート法によってノズルとなる凹部に樹脂を充填し、その後、Ｏ2アッシングによって、少量の樹脂が凹部または第１の凹部の先端部に残るように調整する。これにより、ノズルとなる凹部の先端まで気泡を生じることなく樹脂を充填することができ、かつ、ノズルとなる凹部または第１の凹部の先端部のみに樹脂を充填することができる。
【００１４】
また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基板を薄板化した後に、この薄板化されたシリコン基板の表面に、撥水膜を形成する工程と、撥水膜を形成した面に、保護テープを貼り付ける工程と、を有する。
ノズルとなる凹部または第１の凹部の先端部は樹脂により塞がれているため、撥水膜を吐出面にのみ形成することができる。また、樹脂をＯ2アッシングで除去する際には、保護テープを撥水膜上に貼り付けてあるため、撥水膜及びノズル内面は何らＯ2プラズマの影響を受けることはない。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかのノズル基板の製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
本発明によれば、ノズル形状の安定性とノズル内部の清浄度の高いノズル基板を製造できるので、このノズル基板を用いることにより、吐出性能の向上と生産性向上を同時に実現する液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造されたものである。
これにより、吐出性能の向上と生産性向上を同時に実現する液滴吐出ヘッドが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態に係る液滴吐出ヘッドについて、図面を参照して説明する。図１〜図４は、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式によるフェイス吐出型のインクジェットヘッドを示すものである。図１は、この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。
【００１８】
本実施形態のインクジェットヘッド１０は、ノズル基板１、キャビティ基板２、及び電極基板３の３枚の基板をこの順に貼り合わせて構成されている。キャビティ基板２と電極基板３とは陽極接合で接合されており、ノズル基板１とキャビティ基板２とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接着されている。本実施形態では、フェイス吐出型のインクジェットヘッド１０であるが、基板の端部からインク滴を吐出するタイプのエッジ吐出型にすることもできる。この場合、ノズル基板はキャビティ基板とインク流路を塞ぐ蓋基板の両基板の端面に接着される。また、このインクジェットヘッド１０は、図示のように３枚の基板を積層した３層構造であるが、共通インク室であるリザーバ部をキャビティ基板２とは別の基板に設けたリザーバ基板を用いる４枚の基板からなる４層構造にすることもできる。
【００１９】
本発明により作製されるノズル基板１は、上述した吐出形式、積層形式、あるいはアクチュエータの駆動方式を問わず全ての構造に適用される。このノズル基板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。多結晶シリコン基板を用いると同程度のノズル形状精度が得られるうえに、材料費を安く抑えることができる。以下に説明するノズル基板１は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを主要材料とするものであり、単に「シリコン基板」と称する。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。
【００２０】
ノズル基板１には、インク滴を吐出する複数のノズル１１が形成されている。本実施形態の場合、各ノズル１１は、インク滴の吐出側に位置する口径（約２０μｍ）の小さい第１のノズル孔１１ａと、インクの供給側に位置する口径（約５０μｍ）の大きい第２のノズル孔１１ｂとにより２段で構成されている。第１のノズル孔１１ａはノズル基板１の表面（インク吐出面）１ａに対して垂直に小口径の円筒状に形成されており、第２のノズル孔１１ｂは第１のノズル孔１１ａと中心軸線が高い精度で一致するように同軸上（同心円）に形成され、かつ、第１のノズル孔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１１を２段の垂直孔を持つ構造とすることにより、インク滴の吐出方向をノズル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、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク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、ノズル１１の形状及び構造は、図３に示すものに限定されるものではない。例えば、第２のノズル孔１１ｂの形状は、断面積が第１のノズル孔１１ａに向かって漸減または縮小するように、（ａ）テーパ状、（ｂ）釣り鐘状、（ｃ）複数段の形状としてもよい。あるいは、（ｄ）ノズル基板１にはストレートの第１のノズル孔１１ａのみとし、第２のノズル孔１１ｂは別の基板、例えばリザーバ基板に設けてもよい。
【００２１】
また、ノズル基板１には、適切な保護膜が形成される。すなわち、ノズル基板１の表裏両面、及びノズル１１の内面には、図３に示すように、インクによりシリコンが腐食しないように、例えばＳｉＯ2からなる耐インク保護膜（耐吐出液保護膜）１２が形成されている。さらに、インク吐出面１ａの耐インク保護膜１２の上には、インク吐出面１ａでの撥水性を向上させるために、ノズル１１の吐出口の口縁を境界としてインク吐出面１ａ全面に撥水膜１３が形成されている。撥水膜１３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１２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１２とその表面上に形成される撥水膜１３との密着性が向上するからである。
【００２２】
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は同じ厚みを有する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１００ｂ（インク吐出面１００ａと反対側の面）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。
【００２３】
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の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。
【００２４】
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。
【００２５】
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（空間）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の外部連通部には、内部に水分や塵埃などが入らないように気密に封止するため封止部３５が設けられる。この封止技術としては、エポキシ樹脂等を塗布する方法、あるいはスパッタ法により無機酸化物等を堆積ないし成膜する方法があり、いずれの方法でもよい。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。
【００２６】
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１１よりインク滴を吐出させるためには、そのノズル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１１から押出し、インク滴を吐出する。
【００２７】
次に、本実施形態のノズル基板１の製造方法の一例について、図５〜図９を用いて説明する。図５〜図９はノズル基板１の製造工程を示す部分断面図であり、シリコンウエハに複数個作製されるもののうちの一部分を断面であらわしたものである。また、以下に記載する基板の厚み、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。
【００２８】
（ａ）まず、厚み５２５μｍ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））。
（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、第２のノズル孔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、インク吐出面１００ａ側のＳｉＯ2 膜１０１もエッチングされ、ＳｉＯ2 膜１０１の厚みが薄くなる（図５（ｃ））。
（ｄ）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））。
【００２９】
（ｅ）再度、シリコン基板１００の（ｂ）でパターニング済みの接合面１００ｂ側にレジスト１０３をコーティングし、第１のノズル孔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、第１のノズル孔１１ａとなる部分１１０ａのＳｉＯ2 膜１０１を開口する。このとき、インク吐出面１１０ａ側の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））。
【００３０】
（ｈ）次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチング装置により、ＳｉＯ2 膜１０１の開口部を、例えば、深さ２５μｍまで垂直に異方性ドライエッチングし、第１のノズル孔１１ａとなる第１の凹部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は形成される穴の側面のエッチングが進行しないように穴側面を保護するために使用し、ＳＦ6 は穴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、第２のノズル孔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、ＩＣＰドライエッチング装置により、ＳｉＯ2 膜１０１の開口部を、例えば、深さ４０μｍまで垂直に異方性ドライエッチングし、第２のノズル孔１１ｂとなる第２の凹部１１Ｂを形成する（図７（ｊ））。
【００３１】
（ｋ）そして、シリコン基板１００の表面に残るＳｉＯ2 膜１０１をフッ酸水溶液で全面除去した後、シリコン基板１００を熱酸化装置にセットし、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、ＩＣＰドライエッチング装置で加工した第１の凹部１１Ａ及び第２の凹部１１Ｂの側面及び底面と、シリコン基板１００の接合面１００ｂ及びインク吐出面１００ａに、耐インク保護膜１２となるＳｉＯ2 膜１２ａを膜厚０．１μｍで均一に成膜する（図７（ｋ））。
【００３２】
（ｌ）次に、シリコン基板１００を接合面１００ｂ側を上に向けてガラス製の回転台（図示せず）上に載置し、例えば、熱硬化型のアクリル系の樹脂４０を膜厚１．５μｍでスピンコートする。これにより、第１の凹部１１Ａ及び第２の凹部１１Ｂの内部にアクリル系の樹脂４０が入り充填される（図８（ｌ））。その後、加熱して樹脂４０を硬化させる。なお、第１及び第２の凹部１１Ａ、１１Ｂ内に注入する樹脂４０は、アクリル系樹脂に限られない。一液性樹脂であればよく、ウレタン系、エポキシ系等でも使用可能である。また、注入方法についてもスピンコート法に限らずスプレーコート法でもよい。スピンコート法またはスプレーコート法によれば、熱硬化型あるいはＵＶ等光硬化型の樹脂を第１の凹部１１Ａの先端（第１の凹部１１Ａの底面）まで、気泡を生じることなく完全に充填することができる。
【００３３】
（ｍ）次に、第１の凹部１１Ａの内部、またはその先端部にのみ、少量の樹脂４０が残るように真空中でＯ2アッシングを行う（図８（ｍ））。このときのＯ2アッシングの条件は、ＲＦ：３００Ｗ、酸素ガス流量：３０ミリリットル／分、アッシング時間：１５分である。なお、第２の凹部１１Ｂの底面の隅部に樹脂４０が残っていても差し支えない。
（ｎ）次に、ガラス等の透明材料の支持基板１２０に、例えばダイシングテープといった両面に接着層を有する両面接着テープ５０を貼り付けた後、シリコン基板１００の接合面１００ｂを向かい合わせ、真空中で支持基板１２０とシリコン基板１００とを貼り合わせる（図８（ｎ））。
【００３４】
（ｏ）そして、シリコン基板１００のインク吐出面１００ａ側からバックグラインダーで研削加工を行い、第１の凹部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（ｏ））。更には、ポリッシャー、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置によってインク吐出面１００ａを研磨することによって、第１の凹部１１Ａの先端部の開口を行っても良い。あるいは、第１の凹部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、第１の凹部１１Ａの先端部までシリコン基板１００を薄くし、表面に露出した第１の凹部１１Ａの先端部のＳｉＯ2 膜１２ａを、ＣＦ4 又はＣＨＦ3 等を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。ＣＭＰ加工後のノズル内の研磨材の水洗除去工程が必要であることを考えるとドライエッチングで開口を行うことが望ましい。
なお、このとき第１の凹部１１Ａの開口部には基本的に樹脂４０が露出した状態で残っており、研削あるいは研磨中に水あるいは研削液、研磨材の内部侵入は起こりにくくなる。さらに、樹脂４０があることにより、第１の凹部１１Ａの開口部はインク吐出面１００ａと連続した面となっており、研削あるいは研磨ムラによるエッジダメージもしくはエッジダレが起こりにくくなる。
【００３５】
（ｐ）薄板化されたシリコン基板１００のインク吐出面１００ａに、スパッタ装置で耐インク保護膜１２となるＳｉＯ2 膜１２ｂを０．１μｍの厚みで成膜する。ここで、ＳｉＯ2 膜１２ａの成膜は、樹脂４０が劣化しない温度（２００℃程度）以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を形成する必要があり、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。
続いて、シリコン基板１００のインク吐出面１００ａ側の表面に撥水処理（撥インク処理）を施す。Ｆ原子を含む撥水性（撥インク性）を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥水膜１３を形成する（図９（ｐ））。このとき、開口された第１の凹部１１Ａの先端部には樹脂４０が充填されており、樹脂４０は所謂めくら栓として第１の凹部１１Ａ及び第２の凹部１１Ｂの内部を保護しているため、上記のＳｉＯ2 膜１２ｂおよび撥水膜１３は、この樹脂４０面には形成されない。したがって、第１の凹部１１Ａの先端開口縁、つまり後述の樹脂４０の除去により形成される第１のノズル孔１１ａの吐出口の口縁を境界として、シリコン基板１００のインク吐出面１００ａ側の表面全面に撥水膜１３を成膜することができる。
【００３６】
（ｑ）支持基板１２０側から紫外線を照射し、両面接着テープ５０と支持基板１２０を剥離し、その後両面接着テープ５０をシリコン基板１００よりゆっくりと剥がし取る（図９（ｑ））。
【００３７】
（ｒ）次に、シリコン基板１００のインク吐出面１００ａ側に成膜した撥水膜１３上に、例えば、Ｅ−ＭＡＳＫ（登録商標：日東電工製）の保護テープ６０を貼り付けた後、プラズマ源ドライエッチング装置にセットし、保護テープ６０と反対側のシリコン基板１００の接合面１００ｂ側よりＯ2プラズマ処理を行い、第１の凹部１１Ａの先端部に残っている樹脂４０を完全に除去する（図９（ｒ））。この際、保護テープ６０によりインク吐出面１００ａ側の撥水膜１３は保護されているため、何らＯ2プラズマの影響を受けることはない。
また、たとえ樹脂４０の一部が、図９（ｑ）のように第２の凹部１１Ｂの隅部に残っていたとしても、Ｏ2プラズマ処理により、当該樹脂４０の一部も完全に除去することができる。これにより、第１のノズル孔１１ａおよび第２のノズル孔１１ｂの形状精度、ノズル１１内部の清浄度及びノズル形状の安定性を高く保持することができる。
【００３８】
（ｓ）最後に、保護テープ６０をシリコン基板１００よりゆっくりと剥がし取れば、ノズル基板１が完成する（図９（ｓ））。
【００３９】
本実施形態に係るノズル基板１の製造方法によれば、シリコン基板１００の薄板化工程において、第１のノズル孔１１ａとなる第１の凹部１１Ａを開口する際、第１の凹部１１Ａの先端部に樹脂４０が充填されているため、ノズル先端の欠けを無くすことができる。さらに、第１の凹部１１Ａの先端部に樹脂４０が充填されていることにより、ノズル１１の内部が保護されているので、第１のノズル孔１１ａの先端開口縁を境界としてインク吐出面１００ａのみの撥水処理が可能となる。また、第１の凹部１１Ａの開口のために行う研削または研磨中の研削液または研磨剤の侵入を防ぐことができ、ノズル１１内部の清浄度向上が図れると同時に、樹脂４０も第１の凹部１１Ａの内部のみと比較的少量に限定することができので、樹脂除去に要する時間短縮とインク吐出面１００ａへのプラズマダメージの緩和、さらには樹脂残りを無くすことができ、生産性が向上する。さらに、研削、研磨時において、第１の凹部１１Ａ内に樹脂４０があることにより、第１の凹部１１Ａの開口部はインク吐出面１００ａと連続した面となっており、研削あるいは研磨ムラによるエッジダメージもしくはエッジダレが起こりにくくなる。
よって、ノズル１１内の清浄度向上とノズル形状の安定性向上を同時に実現することができる。
【００４０】
次に、上記のように作製されたノズル基板１を用いて、インクジェットヘッド１０を製造する方法について、図１０〜図１２を参照して説明する。図１０〜図１２は、予め作製された電極基板３上にシリコン基板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を製造する工程を示す部分断面図である。
【００４１】
（ａ）まず、ホウ珪酸系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、例えばスパッタ法によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極３１を形成する。その後、サンドブラスト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１０（ａ））。
【００４２】
（ｂ）次に、例えば厚みが２８０μｍの単結晶シリコン基板（以下、シリコン基板という）２００の片面全面に、例えば厚みが０．８μｍのボロン拡散層２０１を形成したシリコン基板２００を作製する。そして、そのシリコン基板２００のボロン拡散層２０１の表面（下面）上に、絶縁膜９として、熱酸化法によりＳｉＯ2膜を０．１μｍの膜厚で全面成膜する（図１０（ａ））。
（ｃ）このシリコン基板２００と、図１０（ａ）のように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、陽極接合する（図１０（ｃ））。
（ｄ）この接合済みシリコン基板２００の表面全面を研磨加工して、厚みを例えば５０μｍ程度に薄くし（図１０（ｄ））、さらにこのシリコン基板２００の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する。
【００４３】
（ｅ）次に、薄板に加工された接合済みシリコン基板２００の表面に、プラズマＣＶＤによって、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を原料ガスとするＳｉＯ2膜である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で異方性ウェットエッチングすることによって、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１１（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。その際、ボロン拡散層２０１の表面でエッチングストップがかかるので、振動板２２の厚みを高精度に形成することができるとともに、面荒れを防ぐことができる。
【００４４】
（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、シリコン基板２００の上面に形成されているＳｉＯ2膜２６０を除去する（図１１（ｆ））。
【００４５】
（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により耐インク保護膜となるＴＥＯＳ膜を形成する（図１１（ｇ））。
【００４６】
（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、あるいはマイクロブラスト加工を施して、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の外部連通部には、エポキシ樹脂等の封止材により気密に封止する封止部３５を設ける。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１１（ｈ））。
【００４７】
以上の工程を経て電極基板３に接合されたシリコン基板２００からキャビティ基板２が作製される。
最後に、このキャビティ基板２の上に、前述のようにして作製されたノズル基板１を接着により接合し、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、図２に示したインクジェットヘッド１０が完成する（図１２）。
【００４８】
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、前述のように作製されたノズル基板１を備えているので、吐出性能の向上及び生産性向上を同時に達成したインクジェットヘッド１０が得られる。
また、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。
【００４９】
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、アクチュエータの駆動方式についても静電駆動方式に限らず、圧電素子や発熱素子を利用する駆動方式にも本発明を適用することができる。また、ノズルより吐出される液状材料を変更することにより、図１３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】
【００５０】
【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】インクジェットヘッドの製造工程を示す部分断面図。
【図１１】図１０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１２】図１１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１３】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】
【００５１】
１  ノズル基板、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、１１ａ  第１のノズル孔、１１ｂ  第２のノズル孔、１１Ａ  第１の凹部、１１Ｂ  第２の凹部、１２  耐インク保護膜、１３  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  封止部、３６  電極取り出し部、４０  樹脂、５０  両面接着テープ、１００  シリコン基板、１０４  樹脂、４００  インクジェットプリンタ。
【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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【図１２】
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【図１３】
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