JP2007320254A - ノズルプレートの製造方法、ノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した吐出特性を有するとともに、ノズル密度の高密度化を図ることができる液滴吐出用のノズルプレート製造方法を提供する。
【解決手段】円筒状ノズル孔部分１１ａが形成されたシリコン基板４１の少なくとも一方の面と円筒状ノズル孔部分１１ａの側面及び底面とにエッチング保護膜（ＳｉＯ₂ 膜 ）４４を形成する工程と、エッチング保護膜４４のうち、シリコン基板４１の一方の面側の円筒状ノズル孔部分１１ａの周囲部分を、円筒状ノズル孔部分１１ａの孔径よりも大きく除去して開口４４ａを形成する工程と、開口４４ａが形成されたエッチング保護膜４４を有するシリコン基板４１にドライエッチングを施し、テーパー状ノズル孔部分１１ｂを形成する工程とを有するものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートの製造方法、ノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置に関する。

液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えば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が知られている。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ノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティプレートとを備え、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バブルジェット（登録商標）方式等がある。
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一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。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。

インク吐出特性を改善するためには、インクノズルとして、先端側に一定断面の細いノズル孔部分が形成され、その後側に円錐状あるいは角錐状に広がったノズル孔部分が形成された断面形状のものを使用することが望ましい。例えば、インクノズルを、先端側を一定断面の円筒状ノズル孔部分とし、後側を内周面が四角錐台形状のテーパ状ノズル孔部分としたものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、全体として円筒形状をしたインクノズルを使用する場合に比べて、安定した吐出特性を得ることができる。

また、インクノズルの先端側の円筒状ノズル孔部分を異方性ドライエッチングで形成し、後側のテーパ状ノズル部分を異方性ウェットエッチングで形成する方法（例えば、特許文献２参照）を用いて製造することにより、円筒状ノズル孔部分とテーパ状ノズル孔部分との間に段差が付いてしまった場合に生じる吐出室内の気泡排出性の低下を防止し、さらに安定した吐出特性を得ることを可能としたものがある。

特開昭５６−１３５０７５号公報 特開平１０−３１５４６１号公報

しかしながら、上記のようにテーパ状ノズル部分をシリコン単結晶基板に異方性ウェットエッチングで形成する場合には、シリコン単結晶基板の面方位に依存するため、テーパ角が決まってしまい、ノズル密度の高密度化に限界があるという課題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、安定した吐出特性を有するとともに、ノズル密度の高密度化を図ることができる液滴吐出用のノズルプレート製造方法及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るノズルプレートの製造方法は、吐出方向の先端側の円筒状ノズル孔部分と、円筒状ノズル孔部分から吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状ノズル孔部分とから構成されるノズル孔を、シリコン基板をエッチングすることにより形成するノズルプレートの製造方法であって、シリコン基板の一方の面にドライエッチングを施して円筒状ノズル孔部分を形成する工程と、少なくとも一方の面と円筒状ノズル孔部分の側面及び底面とにエッチング保護膜を形成する工程と、エッチング保護膜のうち、円筒状ノズル孔部分の周囲部分を、円筒状ノズル孔部分の孔径よりも大きく除去して開口を形成する工程と、開口が形成されたエッチング保護膜を有するシリコン基板にドライエッチングを施し、テーパ状ノズル孔部分を形成する工程と、シリコン基板を、一方の面とは反対側の面側から円筒状ノズル孔部分の先端が開口するまで薄板化する工程とを有するものである。
このように、異方性ウェットエッチングに依ることなくドライエッチングでノズル孔のテーパ状ノズル孔部分を形成するため、ノズル密度を高密度とすることが可能である。また、ノズル孔全体をドライエッチングで形成するため、円筒状ノズル孔部分とテーパ状ノズル孔部分との境界部分をなめらかに連続した形状とすることができ、気泡排出性が良く、安定した吐出特性を有するインクジェットヘッドを形成することができる。また、テーパ状ノズル孔部分を形成する際のエッチング工程では、円筒状ノズル孔部分の側面及び底面をエッチング保護膜で保護した状態で行うため、円筒状ノズル孔部分の孔径にエッチングガスの影響が及ぶのを防止でき、円筒状ノズル孔部分の孔径精度を維持することができる。

また、ドライエッチングとしては、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングが好適である。

また、テーパ状ノズル孔部分を形成するドライエッチングは、テーパ状ノズル孔部分の深さ方向のエッチングを促進するための第１のガスと、テーパ状ノズル孔部分の側面方向のエッチングを抑制して側面を保護するための保護膜を形成するための第２のガスと、保護膜をエッチングしてテーパー角を調整するための第３のガスとを導入することにより行うものである。
これにより、テーパ状ノズル孔部分のテーパー角を自由に且つ高い精度で制御することができる。

本発明に係るノズルプレートは、上記の何れかのノズルプレートの製造方法を用いて製造されたものである。
これにより、安定した吐出特性を有し、ノズル密度の高密度化が図られたノズルプレートを得ることができる。

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プレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造するものである。
上記のいずれかのノズルプレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造すれば、安定した液滴吐出特性を有し、かつ高密度の液滴吐出ヘッドを得ることができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造されたものである。
これにより、安定した液滴吐出特性を有し、かつ高密度の液滴吐出ヘッドを得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造するものである。
上記液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて液滴吐出装置を製造すれば、安定した吐出特性を有し、かつ高密度の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造されたものである。
これにより、安定した吐出特性を有し、かつ高密度の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下、本発明のノズルプレートを備えた液滴吐出ヘッドの実施の形態を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及び図２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、駆動方式についても他の異なる駆動方式により液滴を吐出する液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置にも適用できるものである。

図１は、本実施の形態１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あり、一部を断面で表してある。図２は、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断面図であり、ノズル部をさらに拡大して表してある。なお、図１および図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。

本実施形態のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、図１および図２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プレート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プレート２と、キャビティプレート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。

ノズルプレート１は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズルプレート１は、複数のノズル孔１１が設けられる領域に凹部１２が形成され、この凹部１２の底面にインク液滴を吐出するためのノズル孔１１が開口している。すなわち、ノズル部分の長さ（基板厚み）を凹部１２により薄肉化することにより各ノズル孔１１の流路抵抗を調整している。これにより、均一な吐出性能を確保するとともに、吐出面（凹部１２の底面）に記録用紙などの他の物体が直接接触することがないので、記録用紙の汚損やノズル孔１１の先端の損傷などを防止することができる。

各ノズル孔１１は、吐出方向の先端側となる円筒状ノズル孔部分１１ａと、円筒状ノズル孔部分１１ａから吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパー部分１１ｂとを有している。なお、円筒状ノズル孔部分１１ａはノズルプレート１の表面（基板表面で凹部１２の底面）に対して垂直に設けられており、円筒状ノズル孔部分１１ａとテーパー部分１１ｂとは同軸上に設けられている。かかる構成により、インク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、ノズルプレート１の図２において下面（キャビティプレート２との接合側の面）にはインク流路の一部を形成するオリフィス（細溝）１３が設けられている。また、後述するキャビティプレート２のリザーバ２３に対応する位置に凹部により薄肉化されたダイヤフラム部１４が設けられている。ダイヤフラム部１４はリザーバ２３内の圧力変動を抑制するために設けられている。

キャビティプレート２は、例えば厚さ約１４０μｍのシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。シリコン基板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２１およびリザーバ２３を構成するための凹部２４、２５が形成される。凹部２４は前記ノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図３に示すようにノズルプレート１とキャビティプレート２を接合した際、各凹部２４は吐出室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス１３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２１（凹部２４）の底壁が振動板２２となっている。

他方の凹部２５は、液状材料のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３（凹部２５）はそれぞれオリフィス１３を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には後述する電極基板３を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔３４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、キャビティプレート２の全面もしくは少なくとも電極基板３との対向面には熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉＯ₂やＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２６が膜厚０．１μｍで施されている。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッドを駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。

電極基板３は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から作製される。中でも、キャビティプレート２のシリコン基板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適している。これは、電極基板３とキャビティプレート２を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティプレート２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３とキャビティプレート２を強固に接合することができるからである。

電極基板３には、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより深さ約０．３μｍで形成されている。そして、各凹部３２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３１が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成される。したがって、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップ（空隙）は、この凹部３２の深さ、個別電極３１および振動板２２を覆う絶縁膜２６の厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、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等の理由から、一般にＩＴＯが用いられる。

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とを有する。これらの端子部３１ｂは、図２に示すように、配線のためにキャビティプレート２の末端部が開口された電極取り出し部２９内に露出している。

上述したように、ノズルプレート１、キャビティプレート２、および電極基板３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１０の本体部が作製される。すなわち、キャビティプレート２と電極基板３は陽極接合により接合され、そのキャビティプレート２の上面（図２において上面）にノズルプレート１が接着等により接合される。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材２７で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。

そして最後に、図２に簡略化して示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路４が各個別電極３１の端子部３１ｂとキャビティプレート２上に設けられた共通電極２８とに前記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド１０が完成する。

このように構成されたインクジェットヘッド１０においては、駆動制御回路４によりキャビティプレート２と個別電極３１の間にパルス電圧が印加されると、振動板２２と個別電極３１との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板２２が個別電極３１側に引き寄せられて撓み、吐出室２１の容積が拡大する。これによりリザーバ２３の内部に溜まっていたインクがオリフィス１３を通じて吐出室２１に流れ込む。次に、個別電極３１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２２が復元し、吐出室２１の容積が急激に収縮する。これにより、吐出室２１内の圧力が急激に上昇し、この吐出室２１に連通しているノズル孔１１からインク液滴が吐出される。

次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法について図３乃至図１０を参照して説明する。
図３乃至図８は、ノズルプレート１の製造方法を示す製造工程の断面図であり、図９および図１０は、キャビティプレート２および電極基板３の製造方法を示す製造工程の断面図であり、ここでは、主に、電極基板３にシリコン基板１００を接合した後にキャビティプレート２を製造する方法を示す。
まず最初に、本発明の特徴部分であるノズルプレート１の製造方法を説明する。

（１）ノズルプレート１の製造方法
（Ａ）まず、基板厚み２８０μｍのシリコン基板４１を用意し、熱酸化装置にセットし、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を行い、シリコン基板４１の両面４１ａ、４１ｂに、エッチング保護膜となる膜厚１μｍのＳｉＯ₂膜４２を均一に成膜する。
（Ｂ）シリコン基板４１においてキャビティプレート２と接合される側の接合面４１ａにレジスト４３をコーティングし、そのレジスト４３から円筒状ノズル孔部分１１ａに対応する部分４３ａを除去し、レジストパターンを形成する。
（Ｃ）そして、そのレジストパターンをマスクとして、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）でエッチングし、ＳｉＯ₂膜４２から円筒状ノズル孔部分１１ａに対応する部分４２ａを開口する。このとき、裏面４１ｂのＳｉＯ₂膜４２はエッチングされ、完全に除去される。
（Ｄ）レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離する。

（Ｅ）ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ₂膜４２の開口４２ａを介して、例えば、深さ５０μmで垂直に異方性ドライエッチングを行い、円筒状ノズル孔部分１１ａを形成する。この場合のエッチングガスとしては、例えば、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は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ₆はＳｉ基板の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
（Ｆ）シリコン基板４１の表面に残るＳｉＯ₂膜４２をフッ酸水溶液で除去する。
（Ｇ）シリコン基板４１を熱酸化装置にセットし、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を行い、シリコン基板４１表面全体に、エッチング保護膜となる膜厚１μｍのＳｉＯ₂膜４４を均一に成膜する。このとき、円筒状ノズル孔部分１１ａの内面（側面及び底面）全体にもＳｉＯ₂膜４４が形成される。

（Ｈ）シリコン基板４１においてキャビティプレート２と接合される側の接合面４１ａにレジスト４５をコーティングし、そのレジスト４５から、テーパ状ノズル孔部分１１ｂをドライエッチングする際のガスの導入路となる部分４５ａを除去し、レジストパターンを形成する。
（Ｉ）次に、そのレジストパターンをマスクとしてＳｉＯ₂膜４４をＲＩＥドライエッチング装置でドライエッチングし、ＳｉＯ₂膜４４に開口４４ａを形成する。
（Ｊ）レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離する。

図５は、図４の（Ｊ）工程及びそれ以降の工程を示す図で、ノズル孔部分のみを拡大して示している。
（Ｋ）ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ₂膜４４をエッチングマスクとしてテーパ状にドライエッチングし、テーパ状ノズル孔部分１１ｂを形成する。この場合のエッチングガスとしては、例えばＳＦ₆などのシリコン基板４１のエッチングを促進するガス（第１のガス）と、Ｃ₄Ｆ₈などの側面のエッチングが進行しないように側面を保護する保護膜を生成するガス（第２のガス）と、有機物（ここでは保護膜）を除去するＯ₂などのガス（第３のガス）を混合して導入する。これにより、ＳｉＯ₂膜４４の開口４４ａを起点としたテーパ状のドライエッチングが可能となる。本例では、ＳＦ₆とＣ₄Ｆ₈とＯ₂とをそれぞれ毎分２０、４０、５０ｃｃずつ導入して、テーパ角７５度、深さ１４μｍのテーパ状ノズル孔１１ｂを形成している。ここで、円筒状ノズル孔部分１１ａの側面及び底面にはエッチング保護膜としてのＳｉＯ₂ 膜４４が形成されているため、この（Ｋ）のエッチング工程の際に円筒状ノズル孔部分１１ａにエッチングガスの影響が及ぶことはなく、円筒状ノズル孔部分１１ａの形状を維持することが可能となっている。
（Ｌ）円筒状ノズル孔部分１１ａの側面及び底面とシリコン基板４１の表面に残るＳｉＯ₂膜４４をフッ酸水溶液で除去する。

（Ｍ）シリコン基板４１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円筒状ノズル孔部分１１ａ及びテーパ状ノズル孔部分１１ｂの側面及び底面を含むシリコン基板４１の表面全体に膜厚０．１μｍのＳｉＯ₂膜４６を均一に成膜する。
（Ｎ）次に透明材料（ガラス等）の支持基板５０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６１を持った両面テープ６０を張り合わせる。具体的には、支持基板５０に張り合わせた両面テープ６０の自己剥離層６１の面と、シリコン基板４１の接合面４１ａとを向かい合わせ、真空中で貼り合せる。これにより接着界面に気泡が残らないきれいな接着が可能になる。この接着の際に接着界面に気泡が残ると、次の（Ｏ）の研削加工で薄板化されるシリコン基板４１の板厚がばらつく原因となる。

（Ｏ）そして、シリコン基板４１の吐出面側からバックグラインダーで研削加工を行い、円筒状ノズル孔部分１１ａの先端部１１ｃが開口するまでシリコン基板４１を薄くする。この薄板化の方法としては、他にポリッシャー、ＣＭＰ装置による方法がある。これらの加工方法を用いた場合、研磨剤のカス等がノズル孔１１内に残るため、ノズル孔１１内の研磨材の水洗除去工程などで円筒状ノズル孔部分１１ａ及びテーパ状ノズル孔部分１１ｂの内壁は洗浄される。また、これらの方法以外に、ドライエッチングによりシリコン基板４１を薄板化するようにしてもよい。すなわち、例えばＳＦ₆をエッチングガスとするドライエッチングにより、円筒状ノズル孔部分１１ｂの先端部１１ｃのＳｉＯ₂膜４６が露呈するまでシリコン基板４１を薄くし、そして、その先端部１１ｃのＳｉＯ₂膜４６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で除去するようにしてもよい。

（Ｐ）次に、オゾンを溶存させた洗浄水にシリコン基板４１を１０分間浸し、吐出面４１ａに膜厚２ｎｍの酸化膜４７を形成する。このとき、ノズル孔１１内に入り込んだ自己剥離層６１の一部も除去される。また、シリコン基板４１の表面が洗浄され、異物、汚れの付着が無くなり、これにより、次の工程で形成される撥インク膜の均一なコーティングが可能となる。
（Ｑ）続いて、シリコン基板４１の吐出面４１ａに撥インク処理を施す。すなわち、Ｆ原子を含む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、撥インク層４８を形成する。このとき、円筒状ノズル孔部分１１ａ及びテーパ状ノズル孔部分１１ｂの内壁も撥インク処理される。
（Ｒ）次に支持基板５０を剥離する。すなわち、先ず、吐出面４１ａ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。

（Ｓ）そして、支持基板５０側からＵＶ光を照射し両面テープ６０の自己剥離層６１をシリコン基板４１から剥離する。
（Ｔ）次にＡｒスパッタもしくは０₂プラズマ処理によってシリコン基板４１の円筒状ノズル孔部分１１ａ及びテーパ状ノズル孔部分１１ｂの内壁に余分に形成された撥インク層４８を除去する。
（Ｕ）シリコン基板４１においてダイシングテープ７０を貼り付けている面とは反対側の面４１ｂを真空ポンプに連通した吸着冶具８０に吸着固定し、その状態でダイシングテープ７０を剥離する。
（Ｖ）最後に、吸着冶具８０の吸着固定を解除し、ノズルプレート１が完成する。なお、図示省略したが、シリコン基板４１にはノズル孔１１を形成するのと同時にノズルプレート外輪となる部分に貫通溝を形成するようにしており、吸着冶具８０を取り外す段階でノズルプレート１が個片に分割されるようになっている。

また、別の実施例として上記（Ｋ）の工程のガス導入量を、ＳＦ₆、Ｃ₄Ｆ₈、Ｏ₂をそれぞれ毎分２０、４０、７０ｃｃずつとなるようにしたところ、テーパ角６５度、深さ１３μｍのテーパ状ノズル孔部分１１ｂが形成できた。

このように実施の形態１のノズルプレートの製造方法によれば、異方性ウェットエッチングに依ることなくドライエッチングでテーパ状ノズル孔部分１１ｂを形成するため、ノズル密度を高密度とすることが可能である。また、ノズル孔全体をドライエッチングで形成するため、円筒状ノズル孔部分１１ａとテーパ状ノズル孔部分１１ｂとの境界部分をなめらかに連続した形状とすることができ、気泡排出性が良く、安定した吐出特性を有するインクジェットヘッドを形成することができる。また、テーパ状ノズル孔部分１１ｂを形成する際のエッチング工程では、円筒状ノズル孔部分１１ａの側面及び底面をエッチング保護膜としてのＳｉＯ₂膜４４で保護するため、円筒状ノズル孔部分１１ａの孔径にエッチングガスの影響が及ぶのを防止でき、円筒状ノズル孔部分１１ａの孔径精度を維持することができる。

また、ノズル孔１１の先端側の孔形状を円筒形状としたので、ノズルプレート１となるシリコン基板４１を研削してノズル孔１１の先端部１１ｃを開口する際に、その研削量が所定量よりも多少ずれたとしても、吐出性能に非常に関わるノズル孔径は変化しないため、歩留まり良く製造することが可能となり、すなわち低コストで製造することが可能となる。

また、ノズル孔１１をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）放電によるドライエッチングで形成することにより、短時間で高精度に形成することができる。

また、本実施の形態１のノズルプレート１の製造方法は、静電駆動方式のインクジェットヘッドに用いるノズルプレートの場合を例に説明したが、圧電駆動方式やバブルジェット（登録商標）方式など、他方式のインクジェットヘッドのノズルプレートにも適用可能である。

（２）キャビティプレート２および電極基板３の製造方法
ここでは、電極基板３にシリコン基板１００を接合した後、そのシリコン基板１００からキャビティプレート２を製造する方法について図９、図１０を参照して簡単に説明する。

電極基板３は以下のようにして製造される。
まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板２００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３４となる孔部３４ａを形成することにより、電極基板３が作製される（図９（Ａ））。

次に、厚さが例えば５２５μｍのシリコン基板１００の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板１００の片面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって厚さ０．１μｍのＴＥＯＳ（TetraEthylorthosilicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する（図９（Ｂ））。なお、シリコン基板１００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。

そして、このシリコン基板１００と、図９（Ａ）のように作製された電極基板３を、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基板１００に陽極を、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により接合する（図９（Ｃ））。
シリコン基板１００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１００をエッチングすることにより、シリコン基板１００の厚さを例えば１４０μｍになるまで薄板化する（図９（Ｄ））。

次に、シリコン基板１００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によって例えば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。
そして、このＴＥＯＳ膜に、吐出室２１となる凹部２４およびリザーバ２３となる凹部２５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膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板１００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２４およびリザーバ２３となる凹部２５を形成する（図１０（Ｅ））。このとき、配線のための電極取り出し部２９となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお、図１０（Ｅ）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２２の面荒れを抑制することができる。

シリコン基板１００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することによりシリコン基板１００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜を除去する（図１０（Ｆ））。
次に、シリコン基板１００の吐出室２１となる凹部２４等が形成された面に、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜（絶縁膜２６）を例えば厚さ０．１μｍで形成する（図１０（Ｇ））。
その後、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のインク供給孔３４となる孔部からレーザ加工を施してシリコン基板１００のリザーバ２３となる凹部２５の底部を貫通させ、インク供給孔３４を形成する（図１０（Ｈ））。また、振動板２２と個別電極３１の間の電極間ギャップの開放端部をエポキシ樹脂等の封止材（図示せず）を充填することにより封止する。また、図１、図２に示すように共通電極２８がスパッタによりシリコン基板１００の上面（ノズルプレート１との接合側の面）の端部に形成される。

以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基板１００からキャビティプレート２が作製される。
そして最後に、このキャビティプレート２に、前述のように作製されたノズルプレート１を接着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１０の本体部が作製される。

本実施の形態１のインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、キャビティプレート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から作製するものであるので、その電極基板３によりキャビティプレート２を支持した状態となるため、キャビティプレート２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、キャビティプレート２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。

実施の形態２．
図１１は、実施の形態１のノズルプレートの製造方法で得られたノズルプレートを有するインクジェットヘッド１０を搭載したインクジェット記録装置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は、インクジェットプリンタであり、実施の形態１のインクジェットヘッド１０を搭載しているため、吐出特性が良く、また高密度化が可能なため、液滴の着弾位置の高精度化が可能で、安定した高品質の印字が可能なインクジェット記録装置３００を得ることができる。
なお実施の形態１に示すインクジェットヘッド１０は、図１１に示すインクジェットプリンタの他に、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。

実施の形態１のノズルプレートを備えた液滴吐出ヘッドの分解斜視図。 図１のインクジェットヘッドの概略縦断面図。 ノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図。 図３に続くノズルプレートの製造工程の断面図。 図４に続くノズルプレートの製造工程の断面図。 図５に続くノズルプレートの製造工程の断面図。 図６に続くノズルプレートの製造工程の断面図。 図７に続くノズルプレートの製造工程の断面図。 キャビティプレートおよ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。 インクジェット記録装置を示す斜視図。

符号の説明

１ ノズルプレート、２ キャビティプレート、３ 電極基板、４ 駆動制御回路、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、１１ａ 円筒状ノズル孔部分、１１ｂ テーパ状ノズル孔部分、１１ｃ 先端部、１２ 凹部、１３ オリフィス、１４ ダイヤフラム部、２１ 吐出室、２２ 振動板、２３ リザーバ、２４ 凹部、２５ 凹部、２６ 絶縁膜、２８ 共通電極、３１ 個別電極、３１ａ リード部、３１ｂ 端子部、３２ 凹部、３４ インク供給孔、４１ シリコン基板、４２ ＳｉＯ₂ 膜、４４ ＳｉＯ₂膜、４４ａ 開口、３００ インクジェット記録装置。

Claims (8)

1. 吐出方向の先端側の円筒状ノズル孔部分と、該円筒状ノズル孔部分から吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状ノズル孔部分とから構成されるノズル孔を、シリコン基板をエッチングすることにより形成するノズルプレートの製造方法であって、
   前記シリコン基板の一方の面にドライエッチングを施して前記円筒状ノズル孔部分を形成する工程と、
   少なくとも前記一方の面と前記円筒状ノズル孔部分の側面及び底面とにエッチング保護膜を形成する工程と、
   前記エッチング保護膜のうち、前記円筒状ノズル孔部分の周囲部分を、前記円筒状ノズル孔部分の孔径よりも大きく除去して開口を形成する工程と、
   前記開口が形成された前記エッチング保護膜を有する前記シリコン基板にドライエッチングを施し、前記テーパ状ノズル孔部分を形成する工程と、
   前記シリコン基板を、前記一方の面とは反対側の面側から前記円筒状ノズル孔部分の先端部が開口するまで薄板化する工程と
   を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. 前記ドライエッチングはＩＣＰ放電によるドライエッチングであることを特徴とする請求項１記載のノズルプレートの製造方法。
3. 前記テーパ状ノズル孔部分を形成するドライエッチングは、前記テーパ状ノズル孔部分の深さ方向のエッチングを促進するための第１のガスと、前記テーパ状ノズル孔部分の側面方向のエッチングを抑制して該側面を保護するための保護膜を形成するための第２のガスと、前記保護膜をエッチングしてテーパー角を調整するための第３のガスとを導入することにより行うことを特徴とする請求項２記載のノズルプレートの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のノズルプレートの製造方法を用いて製造されたノズルプレート。
5. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のノズルプレートの製造方法を用い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。
6. 請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
8. 請求項７記載の液滴吐出装置の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする液滴吐出装置。
   

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