JP2009018423A - ノズル基板の製造方法、ノズル基板、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導入部の長さと傾斜角度を独立して制御することができ、導入部が吐出部と段差を介さずに連続して形成されるノズル基板の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基材４１の表面に異方性ドライエッチングを行って垂直孔部１１０を形成する第１の工程と、垂直孔部１１０内に樹脂９０を充填する第２の工程と、垂直孔部１１０内に充填された樹脂９０の一部をアッシングにより除去し、樹脂９０が除去された垂直孔部１１０から等方性ドライエッチングを行う工程を複数回繰り返して複合曲面を有する孔部を形成する第３の工程と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ノズル基板の製造方法、ノズル基板、液滴吐出ヘッド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基板と、このノズル基板に接合され
ノズル基板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
たキャビティ基板とを備え、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、印刷速度の高速化及びカラー化を目的としてノ
ズル列を複数有する構造が求められており、さらに加えて、ノズルは高密度化するととも
に１列あたりのノズル数が増加して長尺化しており、インクジェットヘッド内のアクチュ
エータ数は益々増加している。このため、ノズル密度が高く、長尺かつ多数のノズル列を
有する、小型で吐出特性に優れたインクジェットヘッドが要求され、従来より様々な工夫
、提案がなされている。

従来のインクジェットヘッドに、（１００）面のシリコン基材に異方性ウェットエッチ
ングを施してピラミッド状のノズル孔を貫通させたノズル基板を備えたものがあった（例
えば、特許文献１参照）。

また、従来のインクジェットヘッドに、シリコン基材に等方性ドライエッチングと異方
性ドライエッチングを繰り返してテーパ形状のノズル孔を加工したノズル基板を備えたも
のがあった（例えば、特許文献２参照）。

さらに、従来のインクジェットヘッドに、（１００）面のシリコン基材にウェットエッ
チングで未貫通の傾斜したノズル孔部を形成し、反対側からドライエッチングで垂直のノ
ズル孔部を貫通形成したノズル基板を備えたものがあった（例えば、特許文献３参照）。

特開昭５６−１３５０７５号公報（第２頁、図２） 特開２００６−４５６５６号公報（第１５頁、図１６） 特開平１０−３１５４６１号公報（第４頁−第５頁、図２）

特許文献１記載の技術によれば、ノズル孔を異方性ウェットエッチングで形成するため
、傾斜角度がシリコン単結晶基板の面方位に依存してしまい、ノズル密度を高めることに
は限界があった。また、ノズル孔の先端形状がシリコン基材の面方位のため四角くなって
しまい、吐出物の直進性に悪影響を与えることになる。さらに、ノズル吐出口に垂直なノ
ズル孔部がないため、メニスカスを安定維持することが困難であった。

特許文献２記載の技術によれば、等方性ドライエッチングによってノズル孔の側壁のア
ンダーカットが進むので、ノズル孔の底部径の制御が困難であった。また、ノズル孔の吐
出口に垂直なノズル孔部がないため、メニスカスを安定に維持することが困難であった。

特許文献３記載の技術によれば、傾斜したノズル孔部を異方性ウェットエッチングで形
成するため、傾斜角度がシリコン単結晶基材の面方向に依存してしまい、ノズル密度を高
めることには限界があった。また、傾斜したノズル孔部と垂直のノズル孔部の両面位置あ
わせが必要であった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、傾斜したノズル孔部の傾
斜角が所望の角度を有し、しかもその深さと傾斜角度を独立して制御することができ、さ
らに、傾斜したノズル孔部が垂直のノズル孔部と段差を介さずに連続して形成され、ノズ
ルの高密度化と流路特性の最適化を可能としたノズル基板の製造方法、ノズル基板、液滴
吐出ヘッド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基板の製造方法は、シリコン基材の表面に異方性ドライエッチング
を行って垂直孔部を形成する第１の工程と、垂直孔部内に樹脂を充填する第２の工程と、
垂直孔部内に充填された樹脂の一部をアッシングにより除去し、樹脂が除去された垂直孔
部から等方性ドライエッチングを行う工程を複数回繰り返して複合曲面を有する孔部を形
成する第３の工程と、を有するものである。

樹脂のアッシング量で複合曲面を有する孔部である傾斜部の深さを制御し、等方性ドラ
イエッチングの時間で傾斜角度を制御することができ、また、傾斜部の途中で傾斜角度を
変化させることも可能である。そして、傾斜部はシリコンの結晶方位に拘束されないので
、ノズルの流路特性の最適化と高密度化を両立することができる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、垂直孔部を形成する異方性ドライエッチ
ングを、Ｃ₄Ｆ₈とＳＦ₆ とからなるエッチングガスを交互に使用して行うものである。
Ｃ₄Ｆ₈は垂直孔部の側面にエッチングが進行しないように垂直孔部の側面を保護し、Ｓ
Ｆ₆ は垂直方向のエッチングを促進させ、こうして垂直孔部を高精度に形成することがで
きる。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、垂直孔部内に充填された樹脂を酸素プラ
ズマによってアッシングして除去するものである。
酸素プラズマの処理条件によって樹脂の除去量を制御することができる。この際、酸素
プラズマによりシリコンにダメージを与えることなく樹脂をアッシングすることができる
。

また、本発明に係るノズル基板の製造方法は、樹脂が除去された垂直孔部からＳＦ₆ に
よって等方性ドライエッチングを行うものである。
ＳＦ₆ を用いた等方性ドライエッチングを施す時間で複合曲面を有する孔部の傾斜角度
を制御することができる。この際、ＳＦ₆ ガスにより樹脂にダメージを与えずにシリコン
をエッチングすることができる。

本発明に係るノズル基板は、液滴を吐出するためのノズル孔が、基板面に対して垂直な
筒状の吐出部と、該吐出部と同軸上に設けられ該吐出部から後端側に向けてノズル断面積
が漸増する導入部とを連続して有し、導入部は、テーパ状をなす複合曲面によって形成さ
れているものである。
ノズルが高密度化し、ノズルの流路特性が最適化されたノズル基板を得ることができる
。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のノズル基板を備えたものである。
ノズルが高密度化し、ノズルの流路特性が最適化されたノズル基板を有する液滴吐出ヘ
ッドを得ることができる。

本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
ノズルが高密度化し、ノズルの流路特性が最適化された液滴吐出ヘッドを有する液滴吐
出装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１は本実施の形態１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を組立てた状態の要部を示す縦断面図、及び図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。
インクジェットヘッド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基板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基板２と、キャビティ基板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。

ノズル基板１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１にはインク滴を吐出するためのノズル孔１１が開口されており、
各ノズル孔１１は、図３に詳述するように、吐出方向の先端側の面１ａに開口し、ほぼ円
筒状で垂直な側壁を有するノズル孔部（以下、第１のノズル孔部または吐出部という）１
１ａと、吐出方向の後端側に位置し、第１のノズル孔部１１ａの後端から吐出方向の後端
面１ｂに向けて断面積が漸増し、後端面１ｂで最も拡径して開口する（後端面１ｂ側に向
かうほど拡径量が大きくなる）傾斜した側壁を有するノズル孔部（以下、第２のノズル孔
部または導入部という）１１ｂとによって形成され、これらのノズル孔部１１ａ、１１ｂ
が段差等を介さずに連続して形成されている。

上記のように構成した第２のノズル孔部１１ｂは、複合曲面によって構成されている。
これは、第２のノズル孔部１１ｂを形成する際に、アッシングと等方性ドライエッチング
を複数回繰り返すことにより形成されるものであり、これによって第２のノズル孔部１１
ｂの内壁面は、シリコンの結晶方位に拘束されない所望の傾斜角を有する複合曲面を構成
することになる。なお、第１のノズル孔部１１ａはノズル基板１の表面（吐出方向の先端
側の面１ａ）に対して垂直に形成されており、上記の第２のノズル孔部１１ｂはこの第１
のノズル孔部１１ａと同軸上に形成されている。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。

キャビティ基板２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。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２４、リザーバ２５をそれぞれ構成するための凹部２４０、２５０、及びオリフ
ィス２３を構成するための段差部２３０が形成される。凹部２４０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、ノズル基板１とキャビティ基板２を接合
した際、各凹部２４０は吐出室２４を構成し、それぞれがノズル孔１１に連通し、またイ
ンク供給口であるオリフィス２３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２４（凹部
２４０）の底壁が振動板２２となっている。

他方の凹部２５０は、液状のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２４に共通
のリザーバ（共通インク室）２５を構成する。そして、リザーバ２５（凹部２５０）はそ
れぞれオリフィス２３を介して全ての吐出室２４に連通している。また、リザーバ２５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、この孔で形成されたインク供給孔
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、キャビティ基板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、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜等からなる絶縁膜２６が形成されている。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッ
ドを駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。

電極基板３は、ガラス基材から作製されている。このガラス基材は、キャビティ基板２
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３とキャビティ基板２とを陽極接合する際、両基板３、２の熱膨張係数が
近いため、電極基板３とキャビティ基板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とキャビティ基板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のキャビティ基板２と対向する面には、キャビティ基板２の各振動板２２に
対向する位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。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が形成されて
おり、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）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３１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
ャビティ基板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。

上述したノズル基板１、キャビティ基板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、キャビティ基板２と電極基板３は例えば陽極接合により接
合され、そのキャビティ基板２の上面（図２の上面）にはノズル基板１が接着剤等により
接合されている。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Ｇ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、キャビティ基板２上に設けられた共通電極２８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１０において、駆動制御回路４によりキ
ャビティ基板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２４の容積が拡大する。これにより、リザーバ２５の内部に溜
まっていたインクがオリフィス２３を通じて吐出室２４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２４の
容積が急激に収縮する。これにより、吐出室２４内の圧力が急激に上昇し、この吐出室２
４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、インクジェットヘッド１０の製造方法について、図４〜図１８を用いて説明する
。図４は本発明の実施の形態１に係るノズル基板１を示す上面図、図５〜図１６はノズル
基板１の製造工程を示す断面図（図４をＡ−Ａ線で切断した断面図）である。図１７、図
１８はキャビティ基板２と電極基板３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３にシリコン基材２００を接合した後に、キャビティ基板２を製造する方法を
示す。
まず、最初に、図５〜図１６により、ノズル基板１の製造方法を説明する。

（ａ） 図５（ａ）に示すように、シリコン基材４１を用意して熱酸化装置にセットする
。

（ｂ） シリコン基材４１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４１の両面４１ａ、４１
ｂに、エッチング保護膜となるＳｉＯ₂ 膜４２を均一に成膜する。

（ｃ） 図５（ｃ）に示すように、シリコン基材４１において、キャビティ基板２と接合
する側の面４１ａのＳｉＯ₂ 膜４２の上にレジスト４３をコーティングし、そのレジスト
４３から、後述する垂直孔部となる部分に対応する部分を除去し、開口４３ａを形成する
。

（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、図５（ｃ）で形成した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から後述する垂直孔部となる部分に対応する部分を除去し
、開口４２ａを形成する。このとき、吐出側の面４１ｂのＳｉＯ₂ 膜４２はエッチングさ
れ、完全に除去される。

（ｅ） 図６（ｅ）に示すように、レジスト４３を硫酸洗浄などにより剥離する。
そして、ＩＣＰドライエッチング装置により、ＳｉＯ₂ 膜４２の開口４２ａを介してシ
リコン基材４１に所定の深さの異方性ドライエッチングを行い、垂直孔部１１０を形成す
る。この場合、エッチングガスとしては例えばＣ₄Ｆ₈、ＳＦ₆ を用い、これらのエッチン
グガスを交互に使用する。ここで、Ｃ₄ Ｆ₈ 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 はシリコン基材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） 図６（ｆ）に示すように、シリコン基材４１の表面に残るＳｉＯ₂ 膜４２をフッ
酸水溶液によって除去する。

（ｇ） 図７（ｇ）に示すように、シリコン基材４１の垂直孔部１１０内に樹脂９０を充
填し、その後、シリコン基材４１表面の樹脂を除去する。この際の樹脂の充填は、真空チ
ャンバ内で実施する。すなわち、真空チャンバ内で真空雰囲気下に樹脂を塗布し、その後
、大気雰囲気に曝して、垂直孔部１１０内に樹脂９０を充填する。

（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、酸素プラズマで垂直孔部１１０内の樹脂９０を所望の
量（深さ）だけアッシングして除去する。

（ｉ） 垂直孔部１１０の開口孔より垂直孔部１１０内に、アンダーカットの大きい条件
で等方性ドライエッチングを施す。すなわち、ＳＦ₆ プラズマによる等方性ドライエッチ
ングによって、図７（ｉ）に示すように、樹脂９０をアッシングして除去した孔部に第１
の傾斜面１１ａを形成する。なお、等方性ドライエッチングとはいえ、深い部分ほどサイ
ドエッチング量が小さくなる傾向があり、エッチングされた第１の傾斜面１１１ａはテー
パ形状となる。
以上の（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）の第１の工程によって、第１の傾斜面１１１ａを形成す
る。

（ｊ） 図８（ｊ）に示すように、酸素プラズマによって垂直孔部１１０内の樹脂９０を
所望の量だけさらにアッシングして除去する。

（ｋ） 垂直孔部１１０の開口孔より垂直孔部１１０内に、アンダーカットの大きい条件
で等方性ドライエッチングを施す。すなわち、ＳＦ₆ プラズマによる等方性ドライエッチ
ングによって、図８（ｋ）に示すように、樹脂９０をアッシングして除去した孔部にさら
に新たな傾斜面を形成する。この傾斜面は第１の傾斜面１１１ａを含む孔部全体をさらに
エッチングして形成されたもので、かかる（ｊ）、（ｋ）の第２の工程によって、第２の
傾斜面１１１ｂを形成する。

（ｌ） 上記の第１の工程（（ｇ）、（ｈ）、（ｉ））、第２の工程（（ｊ）、（ｋ））
に続いて、第３の工程、第４の工程・・・を所望の回数（ｎ回）繰り返して、図９（ｌ）
に示すように、第ｎの傾斜面１１１ｎを含んだ複合曲面１１１を形成する。この複合曲面
１１１は、エッチングを繰り返して古い曲面の上に新たなる曲面を形成していき、最終的
に１つの複合曲面１１１を形成したもので、複数の曲面を重ね合わせて形成された１つの
複合曲面を構成し、かかる複合曲面を有する部分を第２のノズル孔部１１ｂとする。

（ｍ） 図９（ｍ）に示すように、垂直孔部１１０内に残された樹脂９０をアッシングし
て除去し、かかる部分を第１のノズル孔部１１ａとする。なお、第１のノズル孔部１１ａ
となる部分は樹脂９０で保護されていたため、垂直孔部１１０を加工した際のノズル径が
そのまま保存されており、ノズル径を高精度に制御することができる。

上記の図５（ｇ）〜図９（ｍ）の工程において、第２のノズル孔部１１ｂを形成する際
のエッチング工程を図１０〜図１２により数値を用いて詳細に説明する。なお、以下に示
す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。
図１０は、第１のノズル孔部１１ａの第１の傾斜面１１１ａを形成するための第１の工
程を示す説明図である。図１０（ａ）に示す垂直孔部１１０内に充填された樹脂９０を、
図１０（ｂ）に示すように、酸素プラズマで矢印イ方向に、例えば５μｍアッシングして
減らし、第１の孔部１１０ａを形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように、ＳＦ₆ プラ
ズマによる等方性ドライエッチングを行い、矢印ロ方向に、例えば幅方向に片側約２μｍ
、両側で約４μｍ広がる第１の傾斜面１１１ａを形成する。なお、上記の等方性ドライエ
ッチングでは、より詳細には、樹脂９０が除去された第１の孔部１１０ａでは、孔部１１
０ａが深い部分ほどサイドエッチング量が小さくなる。この場合、形成される第１の傾斜
面１１１ａは、シリコンの結晶方位に拘束されない。

図１１は、第１の傾斜面１１１ａに加えて第２の傾斜面１１１ｂを形成するための第２
の工程を示す説明図である。図１０（ｃ）に示す垂直孔部１１０内に充填されている樹脂
９０を、図１１（ｄ）に示すように、酸素プラズマで矢印ハ方向に、例えば、５μｍアッ
シングして減らし、第２の孔部１１０ｂを形成する。これによって、第２の工程では、垂
直方向の深さが合計１０μｍとなる。
次に、図１１（ｅ）に示すように、ＳＦ₆ プラズマによる等方性ドライエッチングで矢
印ニ方向に、例えば幅方向に片側約２μｍ、両側で約４μｍ広がる複合面をさらに形成す
る。この複合面は、図１１（ｄ）でアッシングされて垂直方向に形成された第２の孔部１
１０ｂの面と、第１の工程で形成された第１の傾斜面１１１ａとを、さらにエッチングし
て共に幅方向に広がった、第２の傾斜面１１１ｂと第１の傾斜面１１１ａとからなる複合
面として形成されたものである。これによって、第２の工程では、第１の傾斜面１１１ａ
は、例えば片側約４μｍ、よって両側で約８μｍ広がり、第２の傾斜面１１１ｂは、例え
ば片側約２μｍ、よって両側で約４μｍ広がって、全体として新たな複合曲面を形成する
ことになる。

さらに、第３の工程、第４の工程、第５の工程と、例えば５工程を繰り返すと、図１２
に示すように、第１の面１１１ａは片側で約１０μｍ、両側で約２０μｍ広がり、第２の
面１１１ｂは片側で約８μｍ、両側で約１６μｍ広がり、第３の面１１１ｃは片側で約６
μｍ、両側で約１２μｍ広がり、第４の面１１１ｄは片側で約４μｍ、両側で約８μｍ広
がり、第５の面１１１ｅは片側で約２μｍ、両側で約４μｍ広がった状態となる。
こうして、上記のように、樹脂９０のアッシング工程と等方性ドライエッチング工程と
を、例えば５回繰り返すことで、図１２（説明のため模式的に示してある）に示すような
複合曲面１１１が形成される。
なお、上記の工程においては、樹脂９０のアッシング量を調節することによって、第２
のノズル孔部１１ｂの深さを制御することができる。また、等方性ドライエッチングの時
間を調整することによって、第２のノズル孔部１１ｂの傾斜角度を制御することができ、
さらに、傾斜孔部の途中で第２のノズル孔部１１ｂの傾斜角度を変化させることもできる
。こうして、図９（ｍ）に示すようなノズル孔１１が形成される。

（ｎ） 次に、シリコン基材４１を熱酸化装置（図示せず）にセットし、所定の酸化温度
、酸化時間、酸素雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、図１３（ｎ）に示すように、シリ
コン基材４１の接合面４１ａ及び吐出側の面４１ｂに、さらに第１のノズル孔部１１ａ及
び第２のノズル孔部１１ｂの側面及び底面に、膜厚０．１μｍのＳｉＯ₂ 膜４６を均一に
成膜する。

（ｏ） 図１４（ｏ）に示すように（図１４（ｏ）より図１４（ｒ）に至るまでは図１３
（ｎ）のシリコン基材４１の上下を逆転した図を示す）、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６
０の自己剥離層６１の面と、シリコン基材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となる。この
接着の際に接着界面に気泡が残ると、次の（ｐ）工程の研削加工で薄板化されるシリコン
基材４１の板厚がばらつく原因となる。

（ｐ） 図１４（ｐ）に示すように、シリコン基材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、第１のノズル孔部１１ａの先端部１１ｄが開口するまでシリコン基
材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第１のノズル孔部１１ａ及び第２のノズ
ル孔部１１ｂの内壁を洗浄する。

（ｑ） オゾンを溶存させた洗浄水にシリコン基材４１を浸し、図１４（ｑ）に示すよう
に、吐出面４１ｂに酸化膜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、シリコン基材４１の表面が洗浄され、異物、汚れ
の付着がなくなり、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。

（ｒ） 図１４（ｒ）に示すように、シリコン基板４１の吐出面４１ｂ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、第１のノズル孔部１１ａ及び第２のノズル孔部１
１ｂの内壁も撥インク処理される。

（ｓ） 図１５（ｓ）（図１５（ｓ）より図１５（ｖ）に至るまでは図１４（ｒ）のシリ
コン基材４１の上下を逆転した図を示す）に示すように、吐出面４１ｂ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。

（ｔ） 図１５（ｔ）に示すように、支持基板５０側からＵＶ光を照射する。

（ｕ） 図１５（ｕ）に示すように、両面テープ６０の自己剥離層６１をシリコン基材４
１から剥離する。

（ｖ） 図１５（ｖ）に示すように、Ａｒスパッタもしくは０₂ プラズマ処理によって、
シリコン基材４１の第１のノズル孔部１１ａ及び第２のノズル孔部１１ｂの内壁に余分に
形成された撥インク層４８を除去する。

（ｗ） 図１６（ｗ）に示すように（図１６（ｗ）より図１６（ｘ）に至るまでは図１５
（ｖ）のシリコン基材４１の上下を逆転した図を示す）、シリコン基材４１のダイシング
テープ７０を貼り付けている面とは反対側の面４１ａを真空ポンプに連通した吸着冶具８
０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。

（ｘ） 図１６（ｘ）に示すように、吸着冶具８０の吸着固定を解除し、ノズル基板１が
完成する。なお、図示を省略したが、ノズル基板１にはノズル孔１１を形成するのと同時
にノズル基材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
す段階でノズル基板１が個片に分割されるようになっている。

本実施の形態１によれば、酸素ガスによりシリコンにダメージを与えることなく樹脂９
０をアッシングすることができ、ＳＦ₆ ガスにより樹脂９０にダメージを与えることなく
シリコンをエッチングすることができる。そして、樹脂９０のアッシング量で傾斜部の深
さを制御し、等方性ドライエッチングの時間で傾斜角度を制御することができ、また、傾
斜部の途中で傾斜角度を変化させることもできる。この際、第１のノズル孔部１１ａは、
エッチング時は樹脂９０で保護されているので、高精度なノズル径を維持することができ
る。
こうして、第１のノズル孔部１１ａと第２のノズル孔部１１ｂとを段差等を介せずに連
続形成することができるので、ノズルの流路特性の最適化を達成することができる。また
、第２のノズル孔部１１ｂはシリコンの結晶方位に拘束されないので、高密度化を達成す
ることができる。そして、ノズルの流路特性の最適化と高密度化を両立することができる
。
なお、本実施の形態１にかかるノズル基板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基板の場合を例にして説明したが、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基板にも適用可能で
ある。

次に、キャビティ基板２および電極基板３の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板３にシリコン基材２００を接合した後、そのシリコン基材２００か
らキャビティ基板２を製造する方法について、図１７、図１８を用いて説明する。

（ａ） 図１７（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなるガラス基材３００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３２を
形成する。この凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状であり、個別電極３
１ごとに複数形成される。
そして、凹部３２の底部に、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） 図１７（ｂ）に示すように、シリコン基材２００の両面を鏡面研磨した後、シリ
コン基材２００の片面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によってＴＥＯ
Ｓ（TetraEthylOrthoSilicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する。な
お、シリコン基材２００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） このシリコン基材２００と、図１７（ａ）のようにして作製された電極基板３を
、図１７（ｃ）に示すように、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基材２００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） シリコン基材２００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材２００をエッチングし、図１７（ｄ）に示すように、シリコ
ン基材２００を薄板化する。

（ｅ） シリコン基材２００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、シリコン酸化膜を形成する。そして、このシリコン酸化膜
に、吐出室２４となる凹部２４０、オリフィス２３となる段差部２３０、及びリザーバ２
５となる凹部２５０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
コン酸化膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基材２００を水酸化カリウム水溶液等でエッチングして、図１８（ｅ
）に示すように、吐出室２４となる凹部２４０およびリザーバ２５となる凹部２５０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１８（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） シリコン基材２００のエッチングが終了した後に、図１８（ｆ）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２００の上面に形成されているシリコン酸
化膜を除去する。

（ｇ） シリコン基材２００の吐出室２４となる凹部２４０等が形成された面に、図１８
（ｇ）に示すように、プラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する。

（ｈ） 図１８（ｈ）に示すように、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３４ａからレ
ーザ加工を施して、シリコン基材２００のリザーバ２５となる凹部２５０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Ｇ
の開放端部にエポキシ樹脂等の封止材２７を充填して封止を行う。また、図１、図２に示
した共通電極２８を、スパッタにより、シリコン基材２００の上面（ノズル基板１との接
合側の面）の端部に形成する。

以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基材２００からキャビティ基板２が
作製される。
そして最後に、このキャビティ基板２に、前述のようにして作製されたノズル基板１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１０の本体部が
作製される。

本実施の形態１によれば、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
状態のシリコン基材２００から作製するので、電極基板３によりシリコン基材２００を支
持した状態となり、シリコン基材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。したがって、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。

実施の形態２．
図１９は、実施の形態１に係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１９に示すインクジェット記録装置５００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、ノ
ズルの流路特性が最適化し、この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である。
なお、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０は、図１９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。

本発明の実施の形態１に係る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を組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。 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。 図８に続くノズル基板の製造工程の断面図。 第２のノズル孔部を形成する際のエッチング工程の説明図。 図１０に続く第２のノズル孔部を形成する際のエッチング工程の説明図。 図１１に続く第２のノズル孔部を形成する際のエッチング工程の説明図。 図９に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図１３に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図１４に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図１５に続くノズル基板の製造工程の断面図。 キャビティ基板および電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図１７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 ノズル基板、２ キャビティ基板、３ 電極基板、１０ インクジェットヘッド、
１１ ノズル孔、１１ａ 第１のノズル孔部（吐出部）、１１ｂ 第２のノズル孔部（導
入部）、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ 吐出室、２５ リザーバ、３１ 個別
電極、３２ 凹部、３４ インク供給孔、４１ シリコン基材、４２ ＳｉＯ₂ 膜、９０
樹脂、１１０ 垂直孔部、１１１ 複合曲面、１１１ａ 第１の傾斜面、１１１ｂ 第
２の傾斜面、１１１ｃ 第３の傾斜面、１１１ｄ 第４の傾斜面、１１１ｅ 第５の傾斜
面、５００ インクジェット記録装置。

Claims (7)

1. シリコン基材の表面に異方性ドライエッチングを行って垂直孔部を形成する第１の工程
   と、
   前記垂直孔部内に樹脂を充填する第２の工程と、
   前記垂直孔部内に充填された前記樹脂の一部をアッシングにより除去し、前記樹脂が除
   去された前記垂直孔部から等方性ドライエッチングを行う工程を複数回繰り返して複合曲
   面を有する孔部を形成する第３の工程と、
   を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
2. 前記垂直孔部を形成する前記異方性ドライエッチングを、Ｃ₄Ｆ₈とＳＦ₆ とからなるエ
   ッチングガスを交互に使用して行う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。
3. 前記垂直孔部内に充填された前記樹脂を酸素プラズマによってアッシングして除去する
   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。
4. 前記樹脂が除去された前記垂直孔部からＳＦ₆ によって等方性ドライエッチングを行う
   ことを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
5. 液滴を吐出するためのノズル孔が、基板面に対して垂直な筒状の吐出部と、該吐出部と
   同軸上に設けられ該吐出部から後端側に向けて断面積が漸増する導入部とを連続して有し
   、
   前記導入部は、テーパ状をなす複合曲面によって形成されていることを特徴とするノズ
   ル基板。
6. 請求項５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。
7. 請求項６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。

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