JP2009012202A

JP2009012202A - 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

Info

Publication number: JP2009012202A
Application number: JP2007173748A
Authority: JP
Inventors: Hideto Yamashita; 秀人山下
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-01-22

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が可能な液滴吐出用
のノズルプレートを簡単に形成可能な製造方法等を提供する。
【解決手段】シリコン基板４１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１１ａとなる凹部４１ｃを形成する工程と、そのシリコン基板４１全体に、エッチン
グ保護膜（ＳｉＯ₂膜）４４を形成する工程と、そのシリコン基板４１の表面全体にド
ライエッチングを施して、凹部４１ｃの底面側の側面を残してエッチング保護膜４４を除
去する工程と、そのシリコン基板４１にドライエッチングを施して、エッチング保護膜で
保護されていない凹部４１ｃの開口面側の部分をエッチング除去し、テーパ状ノズル孔部
分１１ｂを形成する工程と、そのシリコン基板４１を、一方の面とは反対側の面側から、
円筒状ノズル孔部分１１ａとなる部分の先端部１１ｃが開口するまで薄板化する工程とを
有する。
【選択図】図６

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及び液滴吐出ヘッドに関する。

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、その後端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、後端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
、後端側のテーパ状ノズル孔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、ノズル孔全体をウェットエッチングのみ
で形成する場合に比べて、円筒状ノズル孔部分とテーパ状ノズル孔部分との間を滑らかに
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得ることが可能
となっている。

しかしながら、上記のようにテーパ状ノズル孔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。

そこで、従来、円筒状ノズル孔部分とテーパ状ノズル孔部分との両方を異方性ドライエ
ッチングで形成することで高密度化を可能にするとともに、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滑らかに連続した形状に形成可能とする方法があった（例
えば、特許文献３参照）。
特開昭５６−１３５０７５号公報特開平１０−３１５４６１号公報特開２００７−５５２４１号公報

しかしながら、特許文献３の方法では、ノズル孔を形成する際に円筒状ノズル孔部分と
テーパ状ノズル孔部分のそれぞれについてパターニング工程を必要としており、更なる製
造工程の簡略化が望まれていた。

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が可能な液滴吐出用のノズルプレートを簡単に形成可能なノズルプレ
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及び液滴吐出ヘッドを提供
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、シリコン基板の一方の面にドライエッチン
グを施して、吐出方向先端側の円筒状ノズル孔部分となる凹部を形成する工程と、凹部が
形成されたシリコン基板の表面全体に、エッチング保護膜を形成する工程と、エッチング
保護膜が形成されたシリコン基板の表面全体にドライエッチングを施して、凹部の吐出方
向先端側の側面を残してエッチング保護膜を除去する工程と、凹部のエッチング保護膜が
除去された部分にドライエッチングを施して、円筒状ノズル孔部分から吐出方向後端側に
向けて断面積が漸増しているテーパ状ノズル孔部分を形成する工程と、テーパ状ノズル孔
部分が形成されたシリコン基板を、一方の面とは反対側の面から、円筒状ノズル孔部分の
吐出方向先端部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、ノズル孔を形成する際のパターニング工程が一回だけで良く、テーパ状ノズル孔
部分を形成する際のパターニング工程が不要であるため、低コストで製造することが可能
となる。
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
となる凹部の側面がエッチング保護膜で保護されているため、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ことを防止でき、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、円筒状ノズル孔部分となる凹部を形成する際のドライエッチングとしては、ＩＣ
Ｐ（Inductively Coupled Plasma）放電による異方性ドライエッチングが好適である。
これにより、基板面に垂直且つ高精度に円筒状ノズル孔部分を形成することができる。

また、異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈及びＳＦ₆を用いて行
うものである。
Ｃ₄Ｆ₈はノズル孔の側面方向にエッチングが進行しないようにその側面を保護する作用
があり、ＳＦ₆は垂直方向のエッチングを促進する作用があるため、ノズル孔を基板面に
対して垂直に高精度に加工することができる。

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、液滴を吐出するための複数のノズル孔と、
各ノズル孔に連通して設けられて圧力を加えるための吐出室と、吐出室に液滴を供給する
液滴供給路と、液滴を吐出するための吐出圧力を吐出室に発生させる圧力発生手段とを有
する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、複数のノズル孔を有するノズルプレートを、上
記の何れかのノズルプレートの製造方法により製造するものである。
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。

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。

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、本発明の一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状ノズ
ル孔部分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とテーパ状ノズル孔部分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２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とを接合し
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
ンク供給路であるオリフィス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（Tetraeth
ylorthosilicate 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で成膜されている。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とを陽極接合する際、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と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ノズル孔部分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とは陽
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と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３
１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１１を参照して説
明する。図３は、本発明の実施の形態に係るノズルプレートを示す上面図である。図４〜
図９は、ノズルプレートの製造工程を示す断面図（図３をＡ−Ａ線で切断した断面図）で
ある。図１０および図１１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Ｓｉ
Ｏ₂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し、円筒状ノズル孔部分１１ａとなる凹
部４１ｃ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、凹部４１ｃ
の側面方向にエッチングが進行しないように凹部４１ｃの側面を保護するために使用し、
ＳＦ₆は、シリコン基板４１の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。なお
、ここでは、Ｃ₄Ｆ₈ を２秒、ＳＦ₆ を３．５秒で交互にエッチングするようにしている
。
（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１０００℃、酸化時間３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、凹
部４１ｃ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の接合面４１ａ上にあるＳｉＯ₂ 膜４４が無くなるように、ドラ
イエッチング装置でドライエッチングする。その際、凹部４１ｃの吐出方向先端側に位置
する底面部分のＳｉＯ₂膜４４及び凹部４１ｃの開口側（吐出方向後端側）の側面のＳｉ
Ｏ₂膜４４も同時にエッチングされる。すなわち、凹部４１ｃの底面側の側面を残してＳ
ｉＯ₂膜４４がエッチングされる。この場合のドライエッチング条件として、例えばエッ
チングガスとしてＣＨＦ₃ を使用し、ガス流量を５０ｃｃ／分、圧力を６．６７Ｐａ、Ｒ
Ｆ出力を４００Ｗ、エッチング時間を５０分とすることで、ＳｉＯ₂ 膜４４が２０μｍエ
ッチングされる。

図６は、図５の（Ｈ）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。
（Ｉ）ＩＣＰドライエッチング装置によりシリコン基板４１の全面をドライエッチングす
る。これにより、エッチング保護膜としてのＳｉＯ₂膜４４で保護されていない、凹部４
１ｃの開口端側の側面がテーパ状にドライエッチングされ、テーパ状ノズル孔部分１１ｂ
が形成される。この場合のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ₆、Ｏ₂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、Ｏ₂は、上述したように凹部４１
ｃの側面方向にエッチングが進行しないように凹部４１ｃの側面を保護するために使用し
、ＳＦ₆はシリコン基板４１の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。その
ため、Ｏ₂の導出量を制御することにより、テーパ状ノズル孔部分１１ｂのテーパ角を所
望のテーパ角とすることが可能となる。なお、円筒状ノズル孔部分１１ａとなる凹部４１
ｃの側面には、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（
Ｉ）のエッチング工程の際に、その保護された部分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の形状は維持される。また、テーパ状ノズル孔部分１１
ｂを形成する際のドライエッチングは、ＩＣＰドライエッチング装置を用いる方法に限ら
れず、ＲＩＥドライエッチング装置等を用いても良い。

（Ｊ）凹部４１ｃの側面に残るＳｉＯ₂ 膜４４をフッ酸水溶液で除去する。

（Ｋ）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凹部
４１ｃ及びテーパ状ノズル孔部分１１ｂの側面、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。
（Ｌ）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、真空中で貼り合わせる。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（Ｍ
）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。

（Ｍ）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となる部分の先端部１１ｃが開口するまでシリコン基板４１を
薄くする。これにより、ノズル孔１１が形成される。ここで、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ノ
ズル孔１１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１１ａとなる部分の先端部１１ｃ
が開口するまでシリコン基板４１を薄くする。

（Ｎ）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４１
ａに膜厚２ｎｍの酸化膜４７を形成する。このとき、ノズル孔１１内に位置する自己剥離
層６１の一部も除去される（図示せず）。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を均一にコー
ティングすることができる。
（Ｏ）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、ノズル孔１１の内壁も撥インク処理される。
（Ｐ）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。

（Ｑ）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。
（Ｒ）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のノズル孔
１１の内壁に余分に形成された撥インク層４８を除去する。
（Ｓ）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。
（Ｔ）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、
図示を省略したが、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。

このように実施の形態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、ノズル孔１１を形成する際のパターニング工程が、図４（Ｂ）に示した一回だけ
で良く、テーパ状ノズル孔部分１１ｂを形成する際のパターニング工程が不要であるため
、製造工程を簡略化でき、低コストで製造することが可能となる。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となる凹部
４１ｃの側面がエッチング保護膜としてのＳｉＯ₂膜４４で保護されているため、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ことを防止でき、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を研削して凹部４１ｃの底面を開口する際に、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、円筒状ノズル孔部分１１ａとなる凹部４１ｃの形成に、ＩＣＰ放電による異方性
ドライエッチングを用いたので、基板面に垂直且つ高精度に円筒状ノズル孔部分１１ａを
形成することができる。

また、本実施の形態のノズルプレート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、他方式のアクチュエータ（圧力発生手段）を用いたインクジェッ
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１０、図１１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。
（Ａ）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。

（Ｂ）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。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。

（Ｃ）そして、このシリコン基板１００と、図１０（Ａ）のように作製された電極基板３
とを、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基板１００に陽極を、電極基板３に陰極を接続
して８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。
（Ｄ）シリコン基板１００と電極基板３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。

（Ｅ）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。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１
１（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。

（Ｆ）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。
（Ｇ）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。
（Ｈ）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
。また、振動板２２と個別電極３１との間の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１００から作製するもので
あるので、その電極基板３によりシリコン基板１００を支持した状態となるため、シリコ
ン基板１００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。

なお上記の実施の形態では、ノズルプレートの製造方法及びインクジェットヘッドの製
造方法について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明
の技術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１２に示すインクジェットプリンタ３００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。

一実施の形態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。本発明の実施の形態に係るノズルプレートを示す上面図。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。図８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１０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、１
０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、４１ｃ凹部、４２ＳｉＯ₂膜、
４４ＳｉＯ₂膜、４４ａ開口、３００インクジェット記録装置。

Claims

シリコン基板の一方の面にドライエッチングを施して、吐出方向先端側の円筒状ノズル
孔部分となる凹部を形成する工程と、
前記凹部が形成されたシリコン基板の表面全体に、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が形成されたシリコン基板の表面全体にドライエッチングを施し
て、前記凹部の吐出方向先端側の側面を残して前記エッチング保護膜を除去する工程と、
前記凹部の前記エッチング保護膜が除去された部分にドライエッチングを施して、前記
円筒状ノズル孔部分から吐出方向後端側に向けて断面積が漸増しているテーパ状ノズル孔
部分を形成する工程と、
前記テーパ状ノズル孔部分が形成されたシリコン基板を、前記一方の面とは反対側の面
から、前記円筒状ノズル孔部分の吐出方向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。
前記円筒状ノズル孔部分となる凹部を形成する際のドライエッチングは、ＩＣＰ放電に
よる異方性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。
前記異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈及びＳＦ₆を用いて行う
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。
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
ことを特徴とするノズルプレート。
液滴を吐出するための複数のノズル孔と、各ノズル孔に連通して設けられて圧力を加え
るための吐出室と、前記吐出室に液滴を供給する液滴供給路と、液滴を吐出するための吐
出圧力を前記吐出室に発生させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であ
って、
前記複数のノズル孔を有するノズルプレートを、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により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。