JP2011079245A - ノズル基板及びノズル基板の製造方法並びに液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンが溶出することがないノズル基板及びノズル基板の製造方法並びに液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】ノズル基板は、シリコン基材６０に液滴を吐出するためのノズル孔１０を有し、ノズル孔１０の液滴吐出側の面からノズル孔１０の内壁まで導電性酸化物からなる第１の保護膜２４を連続して形成し、第１の保護膜２４を被覆する酸化物からなる第２の保護膜２６を形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズル基板及びノズル基板の製造方法並びに液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関するものである。

ノズル孔から吐出液（インク）を吐出させて印刷するインクジェット記録装置おいて、その吐出されるインクはインクジェット内の吐出室に蓄えられており、この吐出室に蓄えられたインクは、吐出室の圧力が変動することによって、ノズル孔からインクが吐出される。この吐出室は、一般にＳｉ（シリコン）を母材としたキャビティー基板及びノズル孔を有するノズル基板によって形成されているが、インクによってはキャビティー基板等の母材であるシリコンに対して腐食性を有し、吐出室の壁面からシリコンを溶出させてしまう。このため、吐出室の壁面及びノズル孔の内面に保護膜を形成してシリコンの溶出を抑制する必要がある。この保護膜としてシリコンの酸化物（例えば、ＳｉＯ₂）を成膜してインクによるシリコンの溶出を抑制する方法がある。しかしながら、このシリコンの酸化膜の膜厚を増加させると、この酸化膜の形状が変化し、ノズル孔の孔径等について所望の寸法及び形状を得ることが困難となるため、最適な膜厚に制御する必要がある。

従来の液滴吐出ヘッドとして、ノズルの内壁に熱酸化によって耐インク保護膜を均一に成膜するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５９６６１号公報

しかしながら、特許文献１に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルの内壁に熱酸化によって所望の膜厚の耐インク保護膜を成膜することができるが、インクの影響により、母材が腐食することによって、耐インク保護膜が剥がれる。また、ノズル基板の異物を除去するため、ワイピングと呼ばれる物理的な作用による洗浄を実施することにより、耐インク保護膜が剥がれる虞があり、耐インク性を低下させてしまう可能性があるという問題がある。

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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］シリコン基材に液滴を吐出するためのノズル孔を有し、前記ノズル孔の液滴吐出側の面から前記ノズル孔の内壁まで導電性酸化物からなる第１の保護膜を連続して形成し、前記第１の保護膜を被覆する酸化物からなる第２の保護膜を形成したことを特徴とするノズル基板。

本発明者は、シリコンを母材としたノズル基板において、ノズルの近傍がアルカリ性の吐出液に常に接触しているため、アルカリ性の吐出液によってシリコンが溶出してしまう虞がある。このシリコンの溶出を防ぐため、ノズル基板に酸化膜からなる保護膜を成膜した場合の保護膜の耐インク性について鋭意検討を重ねた結果、シリコンと上記保護膜は、密着性が弱いことがわかり、シリコンと上記保護膜との間にバインダー膜を入れればよいという考えに至った。

第１の保護膜と第２の保護膜とはシリコンの母材内壁部の酸化膜を被覆し、キャビティー側まで延長した状態であり、第２の保護膜は、第１の保護膜を被覆した状態である。これは、酸化還元電位の高い、貴金属は、インク液や熱酸化膜の溶出を促進させるため、第２の保護膜で完全に覆う必要がある。

これによれば、第１の保護膜はシリコンの母材に拡散することにより、シリコンの母材と第１の保護膜は化合物層を形成し、第１の保護膜とシリコンの母材との密着力は向上する。第１の保護膜は、酸化物又は、酸化し不動態膜を形成しやすい物質であるため、酸素原子を第１の保護膜と第２の保護膜とで共有して化学結合するため、構造体の母体と機能性膜の密着力を向上させ、デバイスの機能を維持し、製品の寿命が向上する。これにより、吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンを溶出させることがないノズル基板を提供する。

［適用例２］上記ノズル基板であって、前記ノズル孔の液滴吐出側の面と反対側の面から前記ノズル孔の内壁まで酸化物からなる第３の保護膜を連続して形成し、前記第３の保護膜は、前記ノズル孔内で前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜により被覆されていることを特徴とするノズル基板。

これによれば、第３の保護膜によって、シリコンを吐出液から保護することができる。

［適用例３］上記ノズル基板であって、前記第１の保護膜の導電性酸化物は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、又はＺｎの酸化物であることを特徴とするノズル基板。

これによれば、シリコンの母材と、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、又はＺｎ（亜鉛）の酸化物とは化合物層を形成し、第１の保護膜とシリコンの母材との密着力は向上する。

［適用例４］上記ノズル基板であって、前記第２の保護膜の酸化物は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｆ、ＳＯｘ、ＮＯｘを含むことを特徴とするノズル基板。

これによれば、Ｓｉ、Ｏ（酸素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｈ（水素）、Ｓ（硫黄）、Ｆ（フッ素）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を含む酸化物によって、第１の保護膜を吐出液から保護することができる。

［適用例５］上記ノズル基板であって、前記第３の保護膜の酸化物は、Ｓｉを母材とした酸化物であることを特徴とするノズル基板。

これによれば、Ｓｉを母材とした酸化物によって、シリコンを吐出液から保護することができる。

［適用例６］上記ノズル基板であって、前記第１の保護膜の前記第２の保護膜と接する面は、粗く形成されていることを特徴とするノズル基板。

これによれば、第１の保護膜の表面を粗くすることで、第１の保護膜と第２の保護膜とが結合する表面積を増加させることにより第１の保護膜と第２の保護膜との密着力が向上する。

［適用例７］シリコン基材に凹部を形成する工程と、前記シリコン基材の前記凹部を形成した側の面から該凹部の内壁まで連続する酸化膜からなる第３の保護膜を形成する工程と、前記シリコン基材の前記凹部を形成した側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、前記シリコン基材の前記凹部を形成した側の面と反対側の面を薄板化して前記凹部を開口させる工程と、前記シリコン基材の前記薄板化した側の面から前記開口した凹部の内壁まで連続する導電性酸化膜からなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜を被覆する酸化膜からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記シリコン基材の前記薄板化した側の面から親水化処理した後、前記薄板化した側の面をサポート部材によって保護して前記支持基板を剥離する工程と、及び、前記サポート部材を剥離する工程と、を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。

これによれば、第１の保護膜はシリコンの母材に拡散することにより、シリコンの母材と第１の保護膜とは化合物層を形成し、第１の保護膜とシリコンの母材との密着力は向上する。第１の保護膜は、酸化物又は、酸化し不動態膜を形成しやすい物質であるため、酸素原子を第１の保護膜と第２の保護膜とで共有して化学結合するため、構造体の母体と機能性膜の密着力を向上させ、デバイスの機能を維持し、製品の寿命が向上する。これにより、吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンを溶出させることがないノズル基板の製造方法を提供する。

［適用例８］上記ノズル基板の製造方法であって、前記第１の保護膜を形成する工程は、前記第１の保護膜の導電性酸化物が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、又はＺｎの酸化物であることを特徴とするノズル基板の製造方法。

これによれば、シリコンの母材と、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、又はＺｎの酸化物とは化合物層を形成し、第１の保護膜とシリコンの母材との密着力は向上する。

［適用例９］上記ノズル基板の製造方法であって、前記第２の保護膜を形成する工程は、前記第２の保護膜の酸化物が、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｆ、ＳＯｘ、ＮＯｘを含むことを特徴とするノズル基板の製造方法。

これによれば、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｆ、ＳＯｘ、ＮＯｘを含む酸化物によって、第１の保護膜を吐出液から保護することができる。

［適用例１０］上記ノズル基板の製造方法であって、前記第３の保護膜を形成する工程は、前記第３の保護膜の酸化物が、Ｓｉを母材とした酸化物であることを特徴とするノズル基板の製造方法。

これによれば、Ｓｉを母材とした酸化物によって、シリコンを吐出液から保護することができる。

［適用例１１］上記ノズル基板の製造方法であって、前記第１の保護膜を形成する工程は、前記第１の保護膜の表面を粗く形成することを特徴とするノズル基板の製造方法。

これによれば、第１の保護膜の表面を粗くすることで、第１の保護膜と第２の保護膜とが結合する表面積を増加させることにより第１の保護膜と第２の保護膜との密着力が向上する。

［適用例１２］上記のいずれか一項に記載のノズル基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。

これによれば、上記のいずれか一項に記載のノズル基板を備えたことにより、吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンを溶出させることがない液滴吐出ヘッドを提供する。

［適用例１３］上記に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。

これによれば、上記に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことにより、吐出液が保護膜を浸食して下地のシリコンを溶出させることがない液滴吐出装置を提供する。

第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。 図１の液滴吐出ヘッドを組み立てた状態の要部の縦断面図。 図２のノズル孔部分を拡大した縦断面図。 図１のノズル基板の上面図。 第１の実施形態に係るノズル基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図５に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図６に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図７に続くノズル基板の製造工程の断面図。 第１の実施形態に係るキャビティー基板及び電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図９に続く製造工程の断面図。 第２の実施形態に係るインクジェット記録装置を示す斜視図。

以下に、図面を参照して、本実施形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）の一部を断面で示した分解斜視図、図２は、図１を組み立てた状態の要部を示す縦断面図、図３は、図２のノズル孔の近傍を拡大して示した縦断面図である。
本実施形態に係るインクジェットヘッド２は、図１及び図２に示すように、複数のノズル孔１０が所定のピッチで設けられたノズル基板１２と、各ノズル孔１０に対してそれぞれ独立してインク供給路が設けられたキャビティー基板１４と、キャビティー基板１４の振動板１６に対峙して個別電極１８が配設された電極基板２０とを貼り合わせることにより構成されている。

ノズル基板１２は、シリコン単結晶基材（以下、単にシリコン基材ともいう）から作製されている。ノズル基板１２には液滴（インク滴）を吐出するためのノズル孔１０が開口されており、各ノズル孔１０は、図３に示すように、例えば、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち、液滴吐出面１２ａ側に位置して先端が液滴吐出面１２ａに開口する径の小さい吐出部（以下、第１のノズル孔部という）１０ａと、キャビティー基板１４と接合する接合面１２ｂ側に位置して後端が接合面１２ｂに開口する径の大きい導入部（以下、第２のノズル孔部という）１０ｂとから構成され、基板面に対して垂直にかつ同軸上に形成されている。

ノズル基板１２には、ノズル孔１０の液滴吐出面１２ａからノズル孔１０の内壁１０ｃを経て、液滴吐出面１２ａと反対側の面である接合面１２ｂ（本実施形態ではノズル孔１０周辺の接合面１２ｂ）まで、陽極酸化によって形成された酸化膜２２が連続して形成されている。酸化膜２２は、シリコン基材の表面を陽極酸化して形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）であってもよく、あるいは、シリコン基材の表面に成膜した無機材料を陽極酸化して形成された無機材料の酸化膜であってもよい。無機材料の酸化膜である場合は、例えば、Ｔａの酸化膜、Ｔｉの酸化膜、あるいはＴａとＴｉとからなる酸化膜が好ましい。これらの酸化膜２２は、第３の保護膜を形成する。ノズル孔１０の液滴吐出側の面と反対側の面からノズル孔１０の内壁まで連続する酸化物からなる酸化膜２２を形成し、酸化膜２２は、ノズル孔１０内で第１の保護膜２４及び第２の保護膜２６により被覆されている。酸化膜２２の酸化物は、Ｓｉを母材とした酸化物である。第１の保護膜２４は、ノズル孔１０の液滴吐出側の面からノズル孔１０の内壁まで連続する導電性酸化物から形成されている。第２の保護膜２６は、第１の保護膜２４を被覆する酸化物から形成されている。第１の保護膜２４の導電性酸化物は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、又はＺｎの酸化物である。第２の保護膜２６の酸化物は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｆ、ＳＯｘ、ＮＯｘを含む。第１の保護膜２４の第２の保護膜２６と接する面は、粗く形成されている。

酸化膜２２の液滴吐出面１２ａには、撥水膜（撥インク膜）２８が形成されている。一方、ノズル孔１０の吐出口縁部１０ｄを境にして、ノズル孔１０の内壁１０ｃから接合面１２ｂには、親水膜（親インク膜）３０が形成されている。

キャビティー基板１４は、シリコン単結晶基材（この基材も以下、単にシリコン基材ともいう）から作製されている。そして、シリコン基材に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の吐出室３２、リザーバー３４をそれぞれ構成するための凹部３６，３８及びオリフィス４０を構成するための凹部４２が形成される。
凹部３６はノズル孔１０に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板１２とキャビティー基板１４を接合した際、各凹部３６は吐出室３２を構成し、それぞれがノズル孔１０に連通し、またインク供給口であるオリフィス４０ともそれぞれ連通している。そして、吐出室３２（凹部３６）の底壁が振動板１６となっている。

他方の凹部３８は、液状のインクを貯留するためのものであり、各吐出室３２に共通のリザーバー（共通インク室）３４を構成する。そして、リザーバー３４（凹部３８）はそれぞれオリフィス４０を介して全ての吐出室３２に連通している。また、リザーバー３４の底部には後述する電極基板２０を貫通する孔が設けられており、この孔で形成されたインク供給孔４４を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
また、キャビティー基板１４の全面、若しくは少なくとも電極基板２０との対向面には、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜４６が形成されており、この絶縁膜４６は、インクジェットヘッドを駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。

電極基板２０は、ガラス基材から作製されている。このガラス基材は、キャビティー基板１４のシリコン基材と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが好ましい。これは、電極基板２０とキャビティー基板１４とを陽極接合する際、両基板２０，１４の熱膨張係数が近いため、電極基板２０とキャビティー基板１４との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく電極基板２０とキャビティー基板１４とを強固に接合することができるからである。

電極基板２０のキャビティー基板１４と対向する面には、キャビティー基板１４の各振動板１６に対向する位置にそれぞれ凹部４８が設けられている。そして、各凹部４８内には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極１８が形成されており、振動板１６と個別電極１８との間に形成されるギャップ（空隙）Ｇは、インクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。なお、個別電極１８の材料にはクロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすいため、一般にＩＴＯが用いられている。

個別電極１８は、リード部１８ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部１８ｂとを有する。端子部１８ｂは、図２に示すように、配線のためにキャビティー基板１４の末端部が開口された電極取り出し部５０内に露出している。

上述したノズル基板１２、キャビティー基板１４、及び電極基板２０は、一般に個別に作製され、これらを図２に示すように貼り合わせることにより、インクジェットヘッド２の本体部が作製される。すなわち、キャビティー基板１４と電極基板２０は例えば陽極接合により接合され、そのキャビティー基板１４の上面（図２の上面）にはノズル基板１２が接着剤等により接合される。さらに、振動板１６と個別電極１８との間に形成されるギャップＧの開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材５２で封止されている。これにより、湿気や塵埃等がギャップＧ内へ侵入するのを防止することができる。

そして、図２に示すように、ＩＣドライバー等の駆動制御回路５４が、各個別電極１８の端子部１８ｂと、キャビティー基板１４上に設けられた共通電極５６とに、フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続されている。

上記のように構成されたインクジェットヘッド２において、駆動制御回路５４によりキャビティー基板１４と個別電極１８との間にパルス電圧が印加されると、振動板１６と個別電極１８との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板１６が個別電極１８側に引き寄せられて撓み、吐出室３２の容積が拡大する。これにより、リザーバー３４の内部に溜まっていたインクがオリフィス４０を通じて吐出室３２に流れ込む。次に、個別電極１８への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板１６が復元し、吐出室３２の容積が急激に収縮する。これにより、吐出室３２内の圧力が急激に上昇し、この吐出室３２に連通しているノズル孔１０からインク液滴が吐出される。

次に、インクジェットヘッド２の製造方法について、図４〜図１０を用いて説明する。
図４は、本実施形態に係るノズル基板１２を示す上面図、図５〜図８はノズル基板１２の製造工程を示す断面図（図４をＡ−Ａ´で切断した断面図）である。図９及び図１０は、キャビティー基板１４と電極基板２０との接合工程を示す断面図であり、ここでは、主に、電極基板２０にシリコン基材５８を接合した後に、キャビティー基板１４を製造する方法を示す。
まず、最初に、図５〜図８により、ノズル基板１２の製造方法を説明する。なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。

（ａ）図５（Ａ）に示すように、シリコン基材６０（ノズル基板１２）を用意して熱酸化装置にセットする。

（ｂ）シリコン基材６０を、所定の酸化温度、酸化時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、図５（Ｂ）に示すように、シリコン基材６０の両面６０ｂ，６０ｃに、エッチング保護膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）６２を均一に形成する。

（ｃ）図５（Ｃ）に示すように、キャビティー基板１４と接合する側の接合面６０ｂに形成したシリコン酸化膜６２に、第２のノズル凹部６４ｂ（図６（Ｃ）参照）に対応する第２の凹部６２ｂと、これと同心的に第１のノズル凹部６４ａ（図６（Ｃ）参照）に対応する第１の凹部６２ａとを、パターニング形成する。この場合、まず、第２の凹部６２ｂをＢＨＦ（Buffered HF）によりハーフエッチングして形成し、次に、第１の凹部６２ａをその残し厚さが零になるようにＢＨＦによりエッチングして形成する。

（ｄ）図６（Ａ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によって垂直に異方性ドライエッチングし、第１のノズル凹部６４ａを形成する。

（ｅ）図６（Ｂ）に示すように、シリコン酸化膜６２をＢＨＦによりエッチングして、第２の凹部６２ｂの残し厚さが零になるようにする。

（ｆ）図６（Ｃ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによって垂直に異方性ドライエッチングし、第２のノズル凹部６４ｂを形成する。このとき、同時に第１のノズル凹部６４ａも同じ深さだけ垂直に異方性ドライエッチングされる。こうして、ノズル凹部６４が形成される。

（ｇ）図６（Ｄ）に示すように、シリコン基材６０の表面に残るシリコン酸化膜６２（図６（Ｃ）参照）を除去する。そして、シリコン基材６０を電解液に浸漬して陽極酸化する。こうして、面６０ｃ、ノズル凹部６４、及び接合面６０ｂに、一度の処理で酸化膜２２を形成する。この際、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）のような陰極側も同時に電解液に浸漬する。電解液には、硫酸、クエン酸、硝酸、酢酸、燐酸、オゾン溶解水、過酸化水素水、及び炭酸水素ナトリウムなどが用いられる。
電解液の槽は密閉し、大気圧以上で陽極酸化するが、これは、液温を１００℃以上で使用できるようにするためであり、また、シリコン基材６０の表面における圧力を増加させるためであり、さらに、オゾンを溶解させるためである。また、超音波照射するが、これは、シリコン基材６０の表面における圧力を増加させるためであり、キャビテーションを利用する。

処理条件は、例えば、電圧は２Ｖ〜１００Ｖであり、処理時間は１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎであり、液温は２３℃〜９０℃である。圧力状態は大気圧（１００ｋＰａ）以上の状態、例えば１００ｋＰａ〜３００ｋＰａとする。超音波で処理し、１５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚとする。

上記の陽極酸化によってシリコン基材６０の表面に形成される酸化膜２２は、シリコン酸化膜であるが、無機材料からなる酸化膜であってもよい。酸化膜２２の酸化物が、Ｓｉを母材とした酸化物である。
酸化膜２２がシリコン酸化膜である場合は、シリコン基材６０の表面をそのまま陽極酸化するが、無機材料の酸化膜である場合は、シリコン基材６０の表面に成膜した無機材料を陽極酸化する。無機材料からなる酸化膜の場合は、シリコン基材６０に無機材料をスパッタやＣＶＤによって成膜し、陽極酸化して無機材料の酸化膜を形成する。無機材料の成膜は、シリコン基材６０の両面６０ａ，６０ｂ側より２工程に分けて行うが、１工程で行うこともできる。無機材料は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、あるいはＴａ及びＴｉの混合材である。

（ｈ）図７（Ａ）に示すように、ガラス等の支持基板７２に両面接着シート７４を貼り付けて、シリコン基材６０（シリコンウエハー）の接合面６０ｂと向かい合わせ、これらを真空中で貼り合わせる。そして、シリコン基材６０の薄板化される面６０ｃ（図６（Ｄ）参照）をグラインダーによって研削し、薄板化して、ノズル凹部６４を開口し、ノズル孔１０を形成する。シリコン基材６０の薄板化される面６０ｃは、薄板化された面、すなわち液滴吐出面６０ａ（１２ａ）となる。酸化膜２２は、シリコン基材６０の薄板化した側の面と反対側の面６０ｂから第１のノズル孔部１０ａ及び第２のノズル孔部１０ｂのノズル孔１０の内壁１０ｃ（図３参照）まで連続する酸化膜からなる。
こうして、酸化膜２２（シリコン酸化膜、あるいは無機材料の酸化膜）によって、第３の保護膜が形成される。

（ｉ）図７（Ｂ）に示すように、シリコン基材６０の薄板化した側の液滴吐出面６０ａから第１のノズル孔部１０ａのノズル孔１０の内壁１０ｃまで連続する導電性酸化膜からなる第１の保護膜２４をスパッタやＣＶＤにより形成する。第１の保護膜２４はノズル孔１０内で酸化膜２２を被覆している。第１の保護膜２４の表面は粗く形成されていてもよい。第１の保護膜２４は導電性酸化物で形成されている。導電性酸化物は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、又はＺｎの酸化物である。

（ｊ）図７（Ｃ）に示すように、第１の保護膜２４を被覆する酸化膜からなる第２の保護膜２６をスパッタやＣＶＤにより形成する。第２の保護膜２６は酸化物で形成されている。酸化物は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｆ、ＳＯｘ、ＮＯｘを含んでいる。

（ｋ）図８（Ａ）に示すように、ディッピングにより、液滴吐出面６０ａにフッ素原子を含むシリコン化合物を主成分とする撥水膜２８を形成する。
次に、液滴吐出面６０ａにダイシングテープ７０をサポートテープとして貼り付ける。

（ｌ）図８（Ｂ）に示すように、支持基板７２側からＵＶ光を照射し、両面接着シート７４を剥離して、支持基板７２をシリコン基材６０から取り除く。

（ｍ）図８（Ｃ）に示すように、支持基板７２を取り除いた側の面、すなわち接合面６０ｂ側より、アルゴン（Ａｒ）によるスパッタ処理を行い、液滴吐出面６０ａ以外の面を親水化処理し、親水膜３０を形成する。
ダイシングテープ７０を剥離すると、シリコン基材６０からノズル基板１２が完成する（図３参照）。

本実施形態に係るノズル基板１２によれば、第１の保護膜はシリコンの母材に拡散することにより、シリコンの母材と第１の保護膜は化合物層を形成し、第１の保護膜とシリコンの母材との密着力は向上する。第１の保護膜は、酸化物又は、酸化し不動態膜を形成しやすい物質であるため、酸素原子を第１の保護膜と第２の保護膜とで共有して化学結合するため、構造体の母体と機能性膜の密着力を向上させ、デバイスの機能を維持し、製品の寿命が向上する。これにより、吐出液が浸食したり下地シリコンが溶出したりすることがなく、耐久性、信頼性に優れる。こうして、吐出特性が安定し、高品質の印字が可能で、高寿命の液滴吐出ヘッドを得ることができる。

次に、キャビティー基板１４及び電極基板２０の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板２０にシリコン基材５８を接合した後、そのシリコン基材５８からキャビティー基板１４を製造する方法について、図９及び図１０を用いて説明する。

（ａ）図９（Ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材７６（ガラス基板２０）に、例えば金・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して、凹部４８を形成する。この凹部４８は個別電極１８の形状より少し大きめの溝状であり、個別電極１８ごとに複数形成される。
そして、凹部４８の底部に、例えばスパッタによりＩＴＯからなる個別電極１８を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔４４となる孔部４４ａを形成することにより、電極基板２０が作製される。

（ｂ）図９（Ｂ）に示すように、シリコン基材５８（キャビティー基板１４）の両面を鏡面研磨した後、シリコン基材５８の片面に、プラズマＣＶＤによってＴＥＯＳ（TetraEthyl Ortho Silicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）４６を形成する。なお、シリコン基材５８を形成する前に、エッチングストップ技術を利用し、振動板１６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。

（ｃ）このシリコン基材５８と、図９（Ａ）のようにして作製された電極基板２０とを、図９（Ｃ）に示すように、例えば３６０℃に加熱して、シリコン基材５８に陽極を、電極基板２０に陰極を接続し、８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。

（ｄ）シリコン基材５８と電極基板２０と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材５８をエッチングし、図９（Ｄ）に示すように、シリコン基材５８を薄板化する。

（ｅ）次に、シリコン基材５８の上面（電極基板２０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、シリコン酸化膜７８（図１０（Ａ）参照）を形成する。そして、このシリコン酸化膜７８に、吐出室３２となる凹部３６、オリフィス４０となる凹部４２、及びリザーバー３４となる凹部３８等を形成するためのレジストをパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜７８をエッチング除去する。
その後、シリコン基材５８を水酸化カリウム水溶液等でエッチングして、図１０（Ａ）に示すように、吐出室３２となる凹部３６、オリフィス４０となる凹部４２、及びリザーバー３４となる凹部３８を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部５０となる部分５０ａもエッチングして薄板化しておく。なお、図１０（Ａ）の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１６の面荒れを抑制することができる。

（ｆ）シリコン基材５８のエッチングが終了した後に、図１０（Ｂ）に示すように、フッ酸水溶液でエッチングして、シリコン基材５８の上面に形成されているシリコン酸化膜７８を除去する。

（ｇ）シリコン基材５８の吐出室３２となる凹部３６等が形成された面に、図１０（Ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜（絶縁膜）４６を形成する。

（ｈ）図１０（Ｄ）に示すように、ＲＩＥ等によって電極取り出し部５０を開放する。また、電極基板２０のインク供給孔４４となる孔部４４ａからレーザー加工を施して、シリコン基材５８のリザーバー３４となる凹部３８の底部を貫通させ、インク供給孔４４を形成する。また、振動板１６と個別電極１８との間のギャップＧの開放端部にエポキシ樹脂等の封止材５２を充填して封止を行う。また、図２に示した共通電極５６を、スパッタにより、シリコン基材５８の上面（ノズル基板１２との接合側の面）の端部に形成する。

以上により、電極基板２０に接合した状態のシリコン基材５８からキャビティー基板１４が作製される。
そして最後に、このキャビティー基板１４に、前述のようにして作製されたノズル基板１２を接着剤等により接合することにより、図２に示したインクジェットヘッド２の本体部が作製される。

本実施形態に係るキャビティー基板１４及び電極基板２０の製造方法によれば、キャビティー基板１４を、予め作製された電極基板２０に接合した状態のシリコン基材５８から作製するので、電極基板２０によりシリコン基材５８を支持した状態となり、シリコン基材５８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。したがって、キャビティー基板１４を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。

（第２の実施形態）
図１１は、本実施形態に係るインクジェットヘッド２を搭載したインクジェット記録装置（液滴吐出装置の一例）を示す斜視図である。図１１に示すインクジェット記録装置４は、インクジェットプリンターであり、本実施形態のインクジェットヘッド１０を搭載しているため、吐出液に対する耐久性が向上し、吐出特性が安定し、高品質の印字が可能である。
なお、第１の実施形態に係るインクジェットヘッド２は、図１１に示すインクジェットプリンターの他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、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。

２…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド） ４…インクジェット記録装置（液滴吐出装置） １０…ノズル孔 １０ａ…第１のノズル孔部 １０ｂ…第２のノズル孔部 １０ｃ…内壁 １０ｄ…吐出口縁部 １２…ノズル基板 １２ａ…液滴吐出面（液滴吐出側の面） １２ｂ…接合面 １４…キャビティー基板 １６…振動板 １８…個別電極 １８ａ…リード部 １８ｂ…端子部 ２０…電極基板（ガラス基板） ２２…酸化膜（第３の保護膜） ２４…第１の保護膜 ２６…第２の保護膜 ２８…撥水膜（撥インク膜） ３０…親水膜（親インク膜） ３２…吐出室 ３４…リザーバー（共通インク室） ３６，３８…凹部 ４０…オリフィス ４２…凹部 ４４…インク供給孔 ４４ａ…孔部 ４６…シリコン酸化膜（絶縁膜） ４８…凹部 ５０…電極取り出し部 ５０ａ…部分 ５２…封止材 ５４…駆動制御回路 ５６…共通電極 ５８…シリコン基材 ６０…シリコン基材 ６０ａ…液滴吐出面 ６０ｂ，６０ｃ…接合面（面） ６２…シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜） ６２ａ…第１の凹部 ６２ｂ…第２の凹部 ６４…ノズル凹部（凹部） ６４ａ…第１のノズル凹部 ６４ｂ…第２のノズル凹部 ７０…ダイシングテープ ７２…支持基板 ７４…両面接着シート ７６…ガラス基材 ７８…シリコン酸化膜。

Claims (13)

1. シリコン基材に液滴を吐出するためのノズル孔を有し、
   前記ノズル孔の液滴吐出側の面から前記ノズル孔の内壁まで連続する導電性酸化物からなる第１の保護膜を形成し、
   前記第１の保護膜を被覆する酸化物からなる第２の保護膜を形成したことを特徴とするノズル基板。
2. 請求項１に記載のノズル基板において、
   前記ノズル孔の液滴吐出側の面と反対側の面から前記ノズル孔の内壁まで連続する酸化物からなる第３の保護膜を形成し、
   前記第３の保護膜は、前記ノズル孔内で前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜により被覆されていることを特徴とするノズル基板。
3. 請求項１又は２に記載のノズル基板において、
   前記第１の保護膜の導電性酸化物は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、又はＺｎの酸化物であることを特徴とするノズル基板。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル基板において、
   前記第２の保護膜の酸化物は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｆ、ＳＯｘ、ＮＯｘを含むことを特徴とするノズル基板。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のノズル基板において、
   前記第３の保護膜の酸化物は、Ｓｉを母材とした酸化物であることを特徴とするノズル基板。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のノズル基板において、
   前記第１の保護膜の前記第２の保護膜と接する面は、粗く形成されていることを特徴とするノズル基板。
7. シリコン基材に凹部を形成する工程と、
   前記シリコン基材の前記凹部を形成した側の面から該記凹部の内壁まで連続する酸化膜からなる第３の保護膜を形成する工程と、
   前記シリコン基材の前記凹部を形成した側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、
   前記シリコン基材の前記凹部を形成した側の面と反対側の面を薄板化して前記凹部を開口させる工程と、
   前記シリコン基材の前記薄板化した側の面から前記開口した凹部の内壁まで連続する導電性酸化膜からなる第１の保護膜を形成する工程と、
   前記第１の保護膜を被覆する酸化膜からなる第２の保護膜を形成する工程と、
   前記シリコン基材の前記薄板化した側の面から親水化処理した後、前記薄板化した側の面をサポート部材によって保護して前記支持基板を剥離する工程と、及び、
   前記サポート部材を剥離する工程と、
   を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
8. 請求項７に記載のノズル基板の製造方法において、
   前記第１の保護膜を形成する工程は、前記第１の保護膜の導電性酸化物が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、又はＺｎの酸化物であることを特徴とするノズル基板の製造方法。
9. 請求項７又は８に記載のノズル基板の製造方法において、
   前記第２の保護膜を形成する工程は、前記第２の保護膜の酸化物が、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｆ、ＳＯｘ、ＮＯｘを含むことを特徴とするノズル基板の製造方法。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法において、
    前記第３の保護膜を形成する工程は、前記第３の保護膜の酸化物が、Ｓｉを母材とした酸化物であることを特徴とするノズル基板の製造方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法において、
    前記第１の保護膜を形成する工程は、前記第１の保護膜の表面を粗く形成することを特徴とするノズル基板の製造方法。
12. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のノズル基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
13. 請求項１２に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。