JP2018083316A - ノズルプレートの製造方法およびインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルのテーパー部およびストレート部の位置精度およびストレート部の加工精度を両方とも向上させる。【解決手段】ノズルプレートの製造方法は、ノズル形成用基板の一方の表面上に、第１の開口部を有する第１のマスクパターンを形成する工程（Ｓ１００）と、第１の開口部の内側に第２の開口部が位置するように、第２の開口部を有する第２のマスクパターンを形成する工程（Ｓ２００）と、第２の開口部を介して、ノズル形成用基板をドライエッチングすることにより、逆テーパー形状のテーパー部を形成する工程（Ｓ１８）と、第２のマスクパターンを除去する工程（Ｓ１９）と、第１のマスクパターンの第１の開口部を介して、ノズル形成用基板を厚さ方向にストレートにドライエッチングすることにより、テーパー部と連通するストレート部を形成する工程（Ｓ２０）とを含む。【選択図】図７

Description

本発明は、ノズルプレートの製造方法と、その製造方法を用いたインクジェットヘッドの製造方法とに関するものである。

従来、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドの吐出精度を向上させるため、テーパー形状のノズルの出口付近のみをストレートに加工するノズルプレートが提案されている。ノズルにストレート部を形成することにより、ノズルの加工時における孔径の寸法精度が安定するため、各ノズルにおけるインク吐出量を一定に保つ効果が期待できる。

このようなノズルプレートの製造方法は、例えば特許文献１および２に開示されている。特許文献１の製造方法では、図１６に示すように、まず、シリコン基板１０１の一方の面の表層部に高濃度の硼素を注入して硼素層１０２を形成する。続いて、シリコン基板１０１に対して硼素層１０２が形成されていない面にマスク層１０３を形成してパターニングを行い、パターニングされたマスク層１０３側からウェットエッチングを行うことにより、シリコン基板１０１にテーパー部１０４ａを形成する。このとき、硼素層１０２はエッチングストッパー層として機能し、エッチングされない。テーパー部１０４ａのエッチングが完了し、マスク層１０３を除去した後、高濃度の硼素層１０２上にマスク層１０５を形成してパターニングを行う。そして、硼素層１０２に対してマスク層１０５側から、つまり、ウェットエッチングを行った側（テーパー部１０４ａの形成側）とは反対側からドライエッチングを行うことにより、硼素層１０２にストレート部１０４ｂを形成する。最後に、マスク層１０５を除去することにより、テーパー部１０４ａとストレート部１０４ｂとが連通したノズル１０４を有するノズルプレート１００が完成する。

一方、特許文献２の製造方法では、図１７に示すように、まず、シリコン基板２０１の一方の面にエッチングストッパー層（例えばシリコン酸化物層）２０２を形成する。続いて、シリコン基板２０１の他方の面にマスク層２０３を形成してパターニングを行い、パターニングされたマスク層２０３側からシリコン基板２０１に対してドライエッチングを行うことにより、シリコン基板２０１にテーパー部２０４ａを形成する。その後、同じマスク層２０３を使用し、マスク層２０３側からエッチングストッパー層２０２に対してドライエッチングを行うことにより、エッチングストッパー層２０２にストレート部２０４ｂを形成する。最後に、マスク層２０３を剥離することにより、テーパー部２０４ａとストレート部２０４ｂとが連通したノズル２０４を有するノズルプレート２００が完成する。

特許第３２６９６１８号公報（請求項１０、段落〔００３３〕〜〔００３９〕、図３等参照） 特許第４７０６８５０号公報（請求項１、段落〔００２４〕〜〔００３０〕、図１等参照）

ところが、特許文献１の製造方法では、ノズル１０４のテーパー部１０４ａとストレート部１０４ｂとは、シリコン基板１０１に対して互いに反対側からのエッチングによって形成されるため、テーパー部１０４ａとストレート部１０４ｂとで孔の中心位置がずれやすくなり、これらを良好な位置精度で形成することができない。テーパー部１０４ａおよびストレート部１０４ｂの位置ずれはインクの吐出特性に影響し、上記位置ずれが大きいと、インクの吐出方向が曲がるため、吐出特性が低下する。

これに対して、特許文献２の製造方法では、シリコン基板２０１に対して同じ面側（マスク層２０３側）からの加工によってシリコン基板２０１にテーパー部２０４ａおよびストレート部２０４ｂを形成するため、テーパー部２０４ａおよびストレート部２０４ｂの位置ずれは抑えられる。しかし、テーパー部２０４ａの加工時とストレート部２０４ｂの加工時とで同じマスク層２０３を使用しているため、ストレート部２０４ｂの加工精度の悪化が新たな問題として生じる。

すなわち、テーパー部２０４ａの加工時には、パターニングされたマスク層２０３のエッジ部２０３ａも多少はエッチングされて、エッジ部２０３ａが後退する。このため、次工程でマスク層２０３を使用してストレート部２０４ｂを形成する際に、ストレート部２０４ｂを所望の形状で形成することが困難となる。また、一般的に、マスク層を用いた加工対象の加工において、加工精度を高めるためには、マスク層を加工対象に密着させる必要がある。しかし、特許文献２の製造方法では、パターニングされたマスク層２０３は、ストレート部２０４ｂの加工対象であるエッチングストッパー層２０２と、シリコン基板２０１の厚み分だけ距離が離れており、密着していない。このため、エッチングストッパー層２０２に対する加工精度が悪化し、ストレート部２０４ｂを精度よく加工することが困難となる。ストレート部２０４ｂの加工精度が悪化すると、各ノズル２０４間でのストレート部２０４ｂの孔径のばらつきが大きくなり、各ノズル２０４間でインクの吐出量がばらつくことになる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ノズルのテーパー部およびストレート部の位置精度およびストレート部の加工精度を両方とも向上させることができるノズルプレートの製造方法と、その製造方法を含むインクジェットヘッドの製造方法とを提供することにある。

本発明の一側面に係るノズルプレートの製造方法は、ノズル形成用基板の一方の表面上に、第１の開口部を有する第１のマスクパターンを形成する第１パターン形成工程と、前記第１のマスクパターンの前記第１の開口部よりも開口径の小さい第２の開口部を有し、前記第１の開口部の内側に前記第２の開口部が位置するように、前記第１のマスクパターンのマスク材を覆う第２のマスクパターンを形成する第２パターン形成工程と、前記第２のマスクパターンの前記第２の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側からドライエッチングすることにより、前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向に進むにつれて開口幅が広がる逆テーパー形状のテーパー部を前記ノズル形成用基板に形成するテーパー部形成工程と、前記テーパー部の形成後、前記第２のマスクパターンを除去して、前記第１のマスクパターンを露出させる第２パターン除去工程と、露出した前記第１のマスクパターンの前記第１の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向にストレートにドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通するストレート部を前記ノズル形成用基板に形成するストレート部形成工程とを含む。

前記テーパー部形成工程では、前記第２の開口部の内側を介して露出する前記ノズル形成用基板の面を覆うように保護膜を形成する工程（ａ）と、前記保護膜を、前記ノズル形成用基板の厚さ方向への異方性エッチングによって選択的に除去する工程（ｂ）と、前記保護膜の選択的な除去によって露出する前記ノズル形成用基板を等方性エッチングする工程（ｃ）とを繰り返して行うとともに、前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）の繰り返しごとに、前記工程（ｃ）のエッチング条件を変更することにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成してもよい。

前記テーパー部形成工程では、前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）の繰り返しごとに、前記工程（ｃ）でのエッチング時間を長くすることにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成してもよい。

前記第１パターン形成工程は、前記ノズル形成用基板の前記一方の表面全体に、前記マスク材を形成する工程と、前記マスク材上に、前記第１の開口部に対応する開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１の開口部を有する前記第１のマスクパターンを形成する工程とを含んでいてもよい。

前記第１のマスク材は、酸化シリコン膜であってもよい。

前記第１のマスクパターンの前記マスク材を、第１のマスク材としたとき、前記第２パターン形成工程は、前記第１のマスクパターンにおける前記第１の開口部の内側および前記第１のマスク材上に、前記第１のマスク材とは材質の異なる第２のマスク材を塗布する工程と、前記第１の開口部の内側に塗布された前記第２のマスク材の一部を除去することにより、前記第１の開口部の内側に前記第２の開口部を有する前記第２のマスクパターンを、前記第１のマスク材を覆うように形成する工程とを含んでいてもよい。

前記ノズル形成用基板の厚み方向に垂直な面内で、前記第１の開口部の開口中心と前記第２の開口部の開口中心とは一致していることが望ましい。

前記第２のマスク材は、感光性樹脂であってもよい。

前記第１パターン形成工程は、前記ノズル形成用基板の他方の表面上に、エッチングストッパー層を形成する工程を含んでいてもよい。

前記ノズル形成用基板は、酸化膜を介して２枚のシリコン基板を接合したＳＯＩ基板であり、前記テーパー部形成工程では、前記ノズル形成基板の一方のシリコン基板に前記テーパー部を形成し、前記ストレート部形成工程では、前記ノズル形成基板の前記一方のシリコン基板に前記ストレート部を形成し、該製造方法は、前記ストレート部形成工程の後、前記他方のシリコン基板および前記酸化膜を、前記一方のシリコン基板とは反対側からドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通する連通路部を前記ノズル形成用基板に形成する連通路部形成工程をさらに含んでいてもよい。

前記ストレート部形成工程の後、前記第１のマスクパターンを除去する第１パターン除去工程をさらに含んでいてもよい。

前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記ストレート部の長さは、１０μｍ以下であることが望ましい。

前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記テーパー部の長さは、１０μｍ以上であることが望ましい。

本発明の他の側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上述したノズルプレートの製造方法を用いてインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記テーパー部および前記ストレート部を前記ノズル形成用基板に形成して構成されるノズルプレートと、圧電素子を支持するとともに圧力室が形成された基板とを、前記圧力室と前記テーパー部とが連通するように接合する工程を含む。

上記の製造方法によれば、ノズルのテーパー部およびストレート部の位置精度およびストレート部の加工精度を両方とも向上させることができる。

本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドのアクチュエータの概略の構成を示す平面図である。 図２ＡにおけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。 上記インクジェットヘッドの断面図である。 上記インクジェットヘッドの製造時の処理の流れを示すフローチャートである。 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドに適用されるノズルプレートを拡大して示す断面図である。 上記ノズルプレートの製造時の流れを示すフローチャートである。 上記ノズルプレートの製造工程を示す断面図である。 上記ノズルプレートの製造工程を示す断面図である。 上記ノズルプレートの製造に用いるノズル形成用基板の平面図である。 上記ノズルプレートの製造工程に含まれるテーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。 上記テーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。 上記テーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。 上記ノズルプレートの他の構成を示す断面図である。 図１４のノズルプレートの製造時の流れを示すフローチャートである。 特許文献１のノズルプレートの製造工程を示す断面図である。 特許文献２のノズルプレートの製造工程を示す断面図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。

〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。

インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。

インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド２１の詳細については後述する。

繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。

巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。

各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。

中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、複数のインクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。

送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。

定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。

上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。

なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。また、記録媒体としては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ（形状）に裁断されたシート状のものを用いてもよい。

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２Ａは、インクジェットヘッド２１のアクチュエータ２１ａ（圧電アクチュエータ）の概略の構成を示す平面図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。インクジェットヘッド２１は、基板２２上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電薄膜２５、上部電極２６をこの順で有している。

基板２２は、厚さが例えば５０〜３００μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ基板で構成されている。なお、図２Ｂでは、基板２２をＳＯＩ基板で構成した場合を示している。基板２２は、例えば厚さ７５０μｍ程度のＳｉ基板またはＳＯＩ基板を研磨処理することによって、上記の厚さに調整されている。なお、基板２２の厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。基板２２には、複数の圧力室２２ａ（開口部）が形成されており、中間タンク６（図１参照）より供給されるインクが、図示しないインク供給路を介して圧力室２２ａに供給され、そこに収容される。

ＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。基板２２における圧力室２２ａの上壁（圧力室２２ａよりも圧電薄膜２５側に位置する壁）は、従動膜となる振動板２２ｂを構成しており、圧電薄膜２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。なお、圧力室２２ａが形成される上記の基板２２は、後述する圧電素子２７を支持する支持基板でもある。

熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ₂（酸化シリコン）からなり、基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。

下部電極２４は、複数の圧力室２２ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。なお、Ｔｉ層の代わりにＴｉＯｘ（酸化チタン）からなる層を用いてもよい。

圧電薄膜２５は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの、ペロブスカイト型構造を有する強誘電体薄膜で構成されており、各圧力室２２ａに対応して設けられている。圧電薄膜２５の膜厚は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下とすることができるが、インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータとしては、２μｍ以上６μｍ以下であることが、薄膜の構成でインクの吐出を確実に行える観点から望ましい。また、インクジェットヘッドにおいては、圧電薄膜２５を構成する圧電材料として、鉛（Ｐｂ）を有するもの、つまり、鉛系のペロブスカイト型構造を有する圧電材料が、良好な圧電特性が得られる点で望ましいが、鉛を含まない、いわゆる非鉛の圧電材料（例えばニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ））で圧電薄膜２５が構成されていてもよい。

上部電極２６は、各圧力室２２ａに対応して設けられる個別電極であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電薄膜２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ程度である。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電薄膜２５を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。なお、上部電極２６は、上部電極引出部と接続されて、圧力室２２ａの外側の基板２２の上方に引き出されているが、上部電極引出部は、本実施形態において本質的なものではないため、図面を簡略化すべく、図２Ａおよび図２Ｂではその図示を省略している。

下部電極２４、圧電薄膜２５および上部電極２６は、圧力室２２ａ内のインクを外部に吐出させるための圧電素子２７を構成している。この圧電素子２７は、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。インクジェットヘッド２１は、圧電素子２７および圧力室２２ａを縦横に並べることにより形成される。

図３は、図２のアクチュエータ２１ａを備えたインクジェットヘッド２１の断面図である。アクチュエータ２１ａの、圧力室２２ａが形成された基板２２に対して、圧電薄膜２５の形成側とは反対側には、ノズルプレート３１が接合されている。ノズルプレート３１には、圧力室２２ａに収容されるインクを外部に吐出するためのノズル３２が、各圧力室２２ａに対応して複数形成されている。なお、ノズル３２の詳細については後述する。ノズル３２は、基板２２の圧力室２２ａと連通している。

上記の構成において、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、圧電薄膜２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電薄膜２５と振動板２２ｂとの長さの違いにより、振動板２２ｂに曲率が生じ、振動板２２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。このような振動板２２ｂの変位により、圧力室２２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２２ａ内のインクがノズル３２からインク滴Ｄとして外部に吐出される。

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッド２１の製造方法について以下に説明する。図４は、インクジェットヘッド２１の製造時の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、基板準備工程（Ｓ１）、熱酸化膜成膜工程（Ｓ２）、下部電極形成工程（Ｓ３）、圧電薄膜成膜工程（Ｓ４）、上部電極形成工程（Ｓ５）、圧力室形成工程（Ｓ６）、ノズルプレート接合工程（Ｓ７）が順に行われることで、インクジェットヘッド２１が作製される。以下、各工程の詳細について説明する。図５は、インクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。

（Ｓ１；基板準備工程）
まず、基板２２を用意する。基板２２としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、酸化膜２２ｅを介して２枚のＳｉ基板２２ｃ・２２ｄが接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。

（Ｓ２；熱酸化膜成膜工程）
基板２２を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ基板２２ｃ・２２ｄの表面にＳｉＯ₂からなる熱酸化膜２３ａ・２３ｂをそれぞれ形成する。

（Ｓ３；下部電極形成工程）
次に、一方の熱酸化膜２３ａ上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４を形成する。これにより、基板２２、熱酸化膜２３ａおよび下部電極２４からなる下地層が形成される。つまり、下部電極２４は、上記の下地層において、基板２２とは反対側の最表層に位置している。

（Ｓ４；圧電薄膜成膜工程）
続いて、下部電極２４上に、ＰＺＴなどのペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜２５を成膜する。より具体的には、基板２２を６００℃程度に再加熱し、変位膜となるＰＺＴの層２５ａをスパッタ法で成膜する。次に、層２５ａ上に感光性樹脂３５をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂３５の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜２５の形状を転写する。その後、感光性樹脂３５をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２５ａの形状を加工し、圧電薄膜２５とする。

（Ｓ５；上部電極形成工程）
次に、圧電薄膜２５を覆うように、下部電極２４上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、層２６ａを形成する。続いて、層２６ａ上に感光性樹脂３６をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂３６の不要な部分を除去し、形成する上部電極２６の形状を転写する。その後、感光性樹脂３６をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２６ａの形状を加工し、上部電極２６を形成する。

（Ｓ６；圧力室形成工程）
次に、基板２２の裏面（熱酸化膜２３ｂ側）に感光性樹脂３７をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂３７の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室２２ａの形状を転写する。そして、感光性樹脂３７をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板２２の除去加工を行い、圧力室２２ａを形成してアクチュエータ２１ａとする。

（Ｓ７；ノズルプレート接合工程）
その後、アクチュエータ２１ａの基板２２と、ノズル３２を有するノズルプレート３１とを、基板２２に形成された圧力室２２ａと、ノズルプレート３１のノズル３２とが連通するように、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド２１が完成する。なお、図５では、基板２２の裏面の熱酸化膜２３ｂを残したまま、基板２２とノズルプレート３１とを熱酸化膜２３ｂを介して接合しているが、熱酸化膜２３ｂを除去した後、基板２２とノズルプレート３１とを接着剤等で直接接合してもよい。

また、ノズル３２に対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜２３ｂを除去して、基板２２と中間ガラス、および中間ガラスとノズルプレート３１とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに３者（基板２２、中間ガラス、ノズルプレート３１）を接合することができる。

〔ノズルの詳細〕
次に、上述したノズルプレート３１のノズル３２の詳細について説明する。図６は、ノズルプレート３１を拡大して示す断面図である。ノズルプレート３１のノズル３２は、テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂを有している。テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂは互いに連通しており、基板２２の圧力室２２ａ（図３参照）から供給されるインクを外部に吐出するための吐出孔を構成している。

テーパー部３２ａは、基板２２の圧力室２２ａと連通しており、ノズルプレート３１の厚さ方向に垂直な方向の開口幅Ｗが圧力室２２ａ側からインク吐出側（ストレート部３２ｂ側）に向かうにつれて狭くなるテーパー形状を有している。このように、ノズル３２がテーパー部３２ａを有していることにより、圧力室２２ａからのインクがテーパー部３２ａを介してノズル３２内部にスムーズに流れ込むため、ノズル３２から外部へのインクの吐出を安定させることができる。

このとき、ノズルプレート３１の厚さ方向におけるテーパー部３２ａの長さをＬ１（μｍ）とすると、長さＬ１は１０μｍ以上であることが望ましい。テーパー部３２ａの長さＬ１が１０μｍ以上であれば、テーパー部３２ａを所定の角度で形成したときに、つまり、ノズルプレート３１の厚さ方向に垂直な面に対するテーパー部３２ａの側面の傾斜角が最適な角度となるようにテーパー部３２ａを形成したときに、テーパー部３２ａの圧力室２２ａとの連通側における開口幅を十分に確保できる。これにより、圧力室２２ａからノズル３２内部にインクを確実にかつスムーズに供給でき、インクを安定して吐出させる上述の効果を高めることが可能となる。

ストレート部３２ｂは、テーパー部３２ａの最小の開口幅と同じ開口幅Ｗ０で、ノズルプレート３１の厚さ方向にストレートに形成されている。テーパー部３２ａと連通してストレート部３２ｂを設けることにより、各ノズル３２における開口径のばらつきを抑えることができる。つまり、ノズル３２をテーパー部３２ａだけで構成すると、テーパー部３２ａの先端（最も開口幅の狭い部分）を精度よく加工することが困難であるため、複数のノズル３２間で開口径にばらつきが生じやすくなる。ストレート部３２ｂはドライエッチングなどで一定の開口幅で形成することが容易であるため、開口径のばらつきを抑えたノズル３２の形成が可能となる。その結果、各ノズル３２からのインクの吐出量のばらつきを抑えることが可能となる。

ノズルプレート３１の厚さ方向におけるストレート部３２ｂの長さをＬ２（μｍ）としたとき、長さＬ２は、（０μｍよりも大きく）１０μｍ以下であることが望ましい。この場合、ストレート部３２ｂの加工（エッチング）を容易にしながら、ストレート部３２ｂの形成によって開口径のばらつきを抑える上述の効果を得ることができる。特に、ストレート部３２ｂの長さＬ２が５μｍ以下であることが、ストレート部３２ｂの加工をより容易にする観点から望ましい。また、ストレート部３２ｂの開口幅Ｗ０は、例えば１５〜３０μｍに設定されるが、この範囲に限定されるわけではない。

〔ノズルプレートの製造方法〕
次に、上記したノズルプレート３１の製造方法について説明する。図７は、ノズルプレート３１の製造時の流れを示すフローチャートである。同図のように、本実施形態では、第１のマスク材形成工程（Ｓ１１）、エッチングストッパー層形成工程（Ｓ１２）、レジストパターン形成工程（Ｓ１３）、第１のマスクパターン形成工程（Ｓ１４）、レジストパターン除去工程（Ｓ１５）、第２のマスク材形成工程（Ｓ１６）、第２のマスクパターン形成工程（Ｓ１７）、テーパー部形成工程（Ｓ１８）、第２のマスクパターン除去工程（Ｓ１９）、ストレート部形成工程（Ｓ２０）、第１のマスクパターン除去工程（Ｓ２１）、エッチングストッパー層除去工程（Ｓ２２）が行われることで、ノズルプレート３１が作製される。以下、図８および図９も参照しながら、各工程の詳細について説明する。図８および図９は、ノズルプレート３１の製造工程を示す断面図である。

（Ｓ１１；第１のマスク材形成工程）
（Ｓ１２；エッチングストッパー層形成工程）
まず、シリコンウェハをノズル形成用基板３１ａとして用意し、このノズル形成用基板３１ａを熱酸化炉にセットし、酸素ガス、または水蒸気雰囲気中で加熱することにより、ノズル形成用基板３１ａの両面に熱酸化膜を形成する。ここでは、一方の熱酸化膜を、後述するテーパー部３２ａの形成の際のマスクとして用いるため、第１のマスク材４１ａと称する。また、他方の熱酸化膜を、テーパー部３２ａのエッチングの進行を止めるエッチングストッパーとして用いるため、エッチングストッパー層４２と称する。したがって、ノズル形成用基板３１ａの両面に熱酸化膜を形成する工程は、ノズル形成用基板３１ａの一方の表面全体に、第１のマスク材４１ａを形成する工程（Ｓ１１）と、ノズル形成用基板３１ａの他方の表面上に、エッチングストッパー層４２を形成する工程（Ｓ１２）とを含むと言うことができる。このとき、第１のマスク材４１ａおよびエッチングストッパー層４２は、シリコンウェハの熱酸化によって形成されるため、酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂膜）で構成される。

なお、酸素ガスを使う方式をドライ酸化と呼び、水蒸気を使う方式をウェット酸化と呼ぶが、上記の熱酸化として、どちらの方式を採用しても構わない。加熱温度は、ドライ酸化の場合で９００〜１２００℃程度であり、ウェット酸化の場合で８００〜１１００℃程度である。例えば、ウェット酸化を用いた場合、１０００℃、４時間程度の加熱によって、ノズル形成用基板３１ａの両面に、厚さ１μｍの熱酸化膜（第１のマスク材４１ａ、エッチングストッパー層４２）を形成することができる。

なお、熱酸化ではなく、蒸着やスパッタなどの手法を用いて、第１のマスク材４１ａおよびエッチングストッパー層４２を形成してもよい。この場合、第１のマスク材４１ａおよびエッチングストッパー層４２を、ＳｉＯ₂膜のほか、ＳｉＯ₂膜以外の膜（例えばクロム（Ｃｒ）などの金属膜）で構成することも可能となる。

なお、用いるノズル形成用基板３１ａの厚みは、ノズル形成用基板３１ａにテーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂを所望の長さで形成できる厚みであればよく、基板の研磨等によって適宜調整されればよい。

（Ｓ１３；レジストパターン形成工程）
次に、ウェハの表面を疎水性にするため、ＨＭＤＳ処理を行う。ＨＤＭＳ処理とは、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ；hexamethyldisilazane）を用いて基板表面を疎水化する処理である。このＨＭＤＳ処理は、第１のマスク材４１ａ上に、例えば東京応化製の「ＯＡＰ」を、スピンコーターを用いて例えば２５００ｒｐｍ、１５ｓｅｃの条件で塗布して行うことができる。

続いて、第１のマスク材４１ａ上に、ポジ型レジスト（東京応化工業製 ＯＦＰＲ−８００ＬＢ）を、スピンコーターを用いて例えば３０００ｒｐｍ、３０ｓｅｃの条件で塗布する。その後、１１０℃、９０ｓｅｃのプリベークを行い、コンタクトアライナーで約５０ｍＪ／ｃｍ²の光量で上記レジストを露光する。そして、ウェハを２５℃の現像液（東京応化製 ＮＭＤ−３）に６０〜９０秒浸漬させて上記レジストの感光部を除去することにより、第１のマスク材４１ａ上に、開口部４３ａを有するレジストパターン４３を形成する。開口部４３ａは、次工程で第１のマスク材４１ａに形成する開口部４１ａ₁に対応する大きさで形成される。例えば、開口部４３ａの開口径は、１５〜３０μｍである。

（Ｓ１４；第１のマスクパターン形成工程）
次に、レジストパターン４３をマスクとして、第１のマスク材４１ａをパターニングすることにより、開口部４３ａと同形状の開口部４１ａ₁（第１の開口部）を有する第１のマスクパターン４１（第１パターンとも称する）を形成する。このときの第１のマスク材４１ａのパターニングは、ＣＨＦ₃（トリフルオロメタン）ガスまたはＣＨ₄（メタン）ガスを用いたドライエッチングによって行うことができる。例えば、サムコ製ＲＩＥ−１００Ｃを使用し、ＣＨＦ₃ガス流量；８０ｓｃｃｍ、圧力；３Ｐａ、ＲＦパワー；９０Ｗ、エッチング時間；１時間程度、のドライエッチング条件で第１のマスク材４１ａをパターニングすることにより、開口部４１ａ₁を有する第１のマスクパターン４１を形成することができる。開口部４１ａ₁の開口径は、開口部４３ａの開口径と同じ（例えば１５〜３０μｍ）である。

上記したＳ１１〜Ｓ１４の工程は、ノズル形成用基板３１ａの一方の表面上に、開口部４１ａ₁を有する第１のマスクパターン４１を形成する第１パターン形成工程（Ｓ１００）に対応する。

（Ｓ１５；レジストパターン除去工程）
続いて、Ｓ１４で用いたレジストパターン４３を除去する。例えばアセトンやアルカリ溶液などを用いたウェットプロセスや、酸素プラズマなどを用いたドライプロセスにより、レジストパターン４３を除去することができる。

（Ｓ１６；第２のマスク材形成工程）
次に、ウェハの表面を疎水性にするため、Ｓ１３と同様のＨＭＤＳ処理を行う。その後、第１のマスクパターン４１における開口部４１ａ₁の内側および第１のマスク材４１ａ上に、感光性樹脂であるポジ型レジスト（東京応化工業製 ＯＦＰＲ−８００ＬＢ）を、スピンコーターを用いて例えば３０００ｒｐｍ、３０ｓｅｃの条件で塗布し、上記感光性樹脂からなる第２のマスク材４４ａを形成する。

（Ｓ１７；第２のマスクパターン形成工程）
続いて、１１０℃、９０ｓｅｃのプリベークを行い、コンタクトアライナーで約５０ｍＪ／ｃｍ²の光量で第２のマスク材４４ａを露光する。そして、ウェハを２５℃の現像液（東京応化製 ＮＭＤ−３）に６０〜９０秒浸漬させて第２のマスク材４４ａの感光部を除去する。より詳しくは、第２のマスク材４４ａの露光および現像により、第１のマスクパターン４１の開口部４１ａ₁の内側に形成された第２のマスク材４４ａの一部を除去する。これにより、開口部４１ａ₁の内側に開口部４４ａ₁（第２の開口部）を有する第２のマスクパターン４４（第２パターンとも称する）を、第１のマスク材４１ａを覆うように形成する。

ここで、図１０は、第１のマスクパターン４１および第２のマスクパターン４４が形成されたノズル形成用基板３１ａの平面図である。ノズル形成用基板３１ａの厚み方向に垂直な面内で、第１のマスクパターン４１の開口部４１ａ₁の開口中心Ｏ₁と、第２のマスクパターン４４の開口部４４ａ₁の開口中心Ｏ₂とが一致するように、上記の露光、現像を行って、上記第２のマスクパターン４４を形成する。なお、上記の「一致」には、完全一致のほか、位置ズレを許容できる範囲の略一致も含まれる。第２のマスクパターン４４の開口部４４ａ₁の開口径は例えば１０μｍであり、第１のマスクパターン４１の開口部４１ａ₁の開口径よりも小さい。

上記したＳ１６〜Ｓ１７の工程は、第１のマスクパターン４１の開口部４１ａ₁よりも開口径の小さい開口部４４ａ₁を有し、開口部４１ａ₁の内側に開口部４４ａ₁が位置するように、第１のマスクパターン４１の第１のマスク材４１ａを覆う第２のマスクパターン４４を形成する第２パターン形成工程（Ｓ２００）に対応する。

（Ｓ１８；テーパー部形成工程）
次に、第２のマスクパターン４４の開口部４４ａ₁を介して、ノズル形成用基板３１ａを一方の表面側（第２のマスクパターン４４側）からドライエッチングすることにより、ノズル形成用基板３１ａにテーパー部３２ａを形成する。このテーパー部３２ａの形状は、ノズル形成用基板３１ａの一方の表面側からその厚さ方向に進むにつれて（エッチングストッパー層４２に向かうにつれて）、開口幅が広がる逆テーパー形状である。逆テーパーの加工は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置や、放電形式に誘導結合方式（Inductively Coupled Plasma）を採用したドライエッチング装置であるＩＣＰ−ＲＩＥエッチング装置等のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、プロセスガスには、ＳＦ₆（六フッ化硫黄）ガスやＣ₄Ｆ₈（オクタフルオロシクロブタン）ガスなどを用いることができる。エッチングストッパー層４２までエッチングが進むと、そこでエッチングが停止される。このようなエッチングにより、ノズル形成用基板３１ａの厚さ方向に沿ったテーパー部３２ａの長さとして、１０μｍ以上が確保される。なお、逆テーパー形状のテーパー部３２ａの形成方法の詳細については後述する。

（Ｓ１９；第２のマスクパターン除去工程）
続いて、Ｓ１８で用いた第２のマスクパターン４４を除去する。これにより、第２のマスクパターン４４の下地の第１のマスクパターン４１が露出する。例えば、Ｓ１５と同様に、アセトンやアルカリ溶液などを用いたウェットプロセスや、酸素プラズマなどを用いたドライプロセスにより、第２のマスクパターン４４を除去することができる。なお、Ｓ１９の工程は、ノズル形成用基板３１ａにテーパー部３２ａを形成した後、第２のマスクパターン４４を除去して、第１のマスクパターン４１を露出させる第２パターン除去工程に対応する。

（Ｓ２０；ストレート部形成工程）
次に、露出した第１のマスクパターン４１の開口部４１ａ₁を介して、ノズル形成用基板３１ａを一方の表面側からノズル形成用基板３１ａの厚さ方向にストレートにドライエッチングする。これにより、テーパー部３２ａと連通するストレート部３２ｂをノズル形成用基板３１ａに形成する。このときのストレート部３２ｂの加工は、例えばＩＣＰ装置を用いたボッシュプロセスによって行うことができる。なお、ボッシュプロセスとは、厚さ方向のエッチングと、保護膜による側壁の保護とを繰り返しながらエッチングを行う手法である。例えばＳＦ₆ガスを用いたエッチングと、Ｃ₄Ｆ₈ガスなどを用いた側壁の保護とを繰り返すことにより、細くて深い穴を掘ることができる。ストレート部３２ｂの開口径は、開口部４１ａ₁の開口径と同じ（例えば１５〜３０μｍ）である。また、ストレート部３２ｂは、ノズル形成用基板３１ａの厚さ方向に沿った長さが１０μｍ以下となるように形成される。このようにして、テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂからなるノズル３２が得られる。

（Ｓ２１；第１のマスクパターン除去工程）
（Ｓ２２；エッチングストッパー層除去工程）
最後に、ノズル形成用基板３１ａの両面の熱酸化膜、すなわち、第１のマスクパターン４１およびエッチングストッパー層４２を除去する（Ｓ２１、Ｓ２２）。これにより、ノズルプレート３１が完成する。熱酸化膜の除去方法としては、ＨＦ（フッ酸）などの薬品を使ったウェットプロセスや、ＣＦ₄（四フッ化炭素）ガスまたはＣＨＦ₃ガスを使ったドライプロセスを採用することができる。

なお、第１のマスクパターン４１を除去する工程（Ｓ２１）は、Ｓ２０のストレート部形成工程の後、第１のマスクパターン４１を除去する第１パターン除去工程に対応する。また、エッチングストッパー層３２を除去する工程（Ｓ２２）は、ストレート部３２ｂの形成後、エッチングストッパー層４２を除去するエッチングストッパー層除去工程に対応する。

Ｓ２２の後、得られたノズルプレート３１におけるエッチングストッパー層４２が除去された面側を、ノズル３２と圧力室２２ａ（図３参照）とが連通するように基板２２に接合することにより、インクジェットヘッド２１を得ることができる（図４のＳ７のノズルプレート接合工程）。

以上のように、本実施形態のノズルプレート３１の製造方法は、上記した第１パターン形成工程（Ｓ１００）と、第２パターン形成工程（Ｓ２００）と、テーパー部形成工程（Ｓ１８）と、第２のマスクパターン除去工程（Ｓ１９）と、ストレート部形成工程（Ｓ２０）とを含む。Ｓ１８およびＳ２０では、ノズル３２のテーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂは、Ｓ２００で形成された第２のマスクパターン４４およびＳ１００で形成された第１のマスクパターン４１をそれぞれ用いて、ノズル形成用基板３１ａに対して同じ側（ノズル形成用基板３１ａの一方の表面側（エッチングストッパー層４２とは反対側））からのドライエッチングによって形成される。つまり、第２のマスクパターン４４および第１のマスクパターン４１は、ノズル形成用基板３１ａに対して同じ側にある。これにより、第２のマスクパターン４４および第１のマスクパターン４１を加工するときの機械精度を良好に確保することが容易となり、第２のマスクパターン４４および第１のマスクパターン４１のそれぞれの開口部４４ａ₁・４１ａ₁を、フォトリソグラフィ技術を用いて精度よく（中心位置のズレを抑えながら）形成することが容易となる。

したがって、このような第２のマスクパターン４４および第１のマスクパターン４１を用いて、テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂを形成することにより、テーパー部３２ａとストレート部３２ｂとの位置ズレ（孔の中心位置のずれ）を抑えることができ、これらの位置精度を向上させることができる。

また、テーパー部３２ａの形成時とストレート部３２ｂの形成時とで、異なるマスク（第２のマスクパターン４４、第１のマスクパターン４１）を使用しており、同じマスクを再利用しない。したがって、たとえテーパー部３２ａの形成時に第２のマスクパターン４４のエッジ部がエッチングによって後退したとしても、ストレート部３２ｂの形成時には、その第２のマスクパターン４４は除去されて使用されないため、ストレート部３２ｂの形成には何ら影響しない。しかも、ストレート部３２ｂの形成時に用いる第１のマスクパターン４１は、ストレート部３２ｂの加工対象であるノズル形成用基板３１ａと密着しているため、ノズル形成用基板３１ａに対するストレート部３２ｂの加工ずれは生じにくくなる。よって、ストレート部３２ｂの加工精度を向上させて、ストレート部３２ｂの孔径のばらつきを低減することができる。その結果、インクジェットヘッド２１において、各ノズル３２のストレート部３２ｂからのインク吐出量のばらつきを低減することが可能となる。

また、第１パターン形成工程（Ｓ１００）は、第１のマスク材形成工程（Ｓ１１）と、レジストパターン形成工程（Ｓ１３）と、第１のマスクパターン形成工程（Ｓ１４）とを含む。第１のマスク材４１ａ上に、開口部４１ａ₁に対応する開口部４３ａを有するレジストパターン４３を形成し、そのレジストパターン４３をマスクとして、第１のマスク材４１ａをパターニングすることにより、開口部４１ａ₁を有する第１のマスクパターン４１を確実に形成することができる。

また、第１のマスク材４１ａは、酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂膜）で形成されている。第１のマスク材４１ａは金属膜（例えばＣｒ膜）でも形成可能であるが、酸化シリコン膜は、ドライエッチングによるパターニングが容易であるため、第１のマスク材４１ａとして非常に有効である。また、ノズル形成用基板３１ａが本実施形態のようにシリコン基板である場合には、シリコン基板の熱酸化によってＳｉＯ₂膜を容易に形成でき、ＳｉＯ₂膜からなる第１のマスク材４１ａを容易に実現できるメリットもある。

また、第１パターン形成工程（Ｓ１００）は、エッチングストッパー層形成工程（Ｓ１２）を含む。ノズル形成用基板３１ａの他方の表面上（第１のマスク材４１ａの形成側とは反対側の表面上）に、エッチングストッパー層４２を形成しておくことにより、Ｓ１８にてテーパー部３２ａを形成すべく、基板を厚さ方向にエッチングする際に、そのエッチングを所望の位置（エッチングストッパー層４２の形成位置）で止めることが可能となる。

また、第２パターン形成工程（Ｓ２００）は、第２のマスク材形成工程（Ｓ１６）と、第２のマスクパターン形成工程（Ｓ１７）とを含む。第１のマスクパターン４１における第１の開口部４１ａ₁の内側および第１のマスク材４１ａ上に、第１のマスク材４１ａとは材質の異なる第２のマスク材４４ａを塗布し、第１の開口部４１ａ₁の内側に塗布された第２のマスク材４４ａの一部を除去することにより、上述した第２のマスクパターン４４を確実に形成することができる。つまり、第１の開口部４１ａ₁の内側に第２の開口部４４ａ₁を有する第２のマスクパターン４４を、第１のマスク材４１ａを覆うように確実に形成することができる。

また、ノズル形成用基板３１ａの厚み方向に垂直な面内で、第１のマスクパターン４１の開口部４１ａ₁の開口中心Ｏ₁と、開口部４１ａ₁の内側に形成される第２のマスクパターン４４の開口部４４ａ₁の開口中心Ｏ₂とは一致している。これにより、開口部４４ａ₁を介してノズル形成用基板３１ａをドライエッチングすることによって形成されるテーパー部３２ａと、開口部４１ａ₁を介してノズル形成用基板３１ａをドライエッチングすることによって形成されるストレート部３２ｂとの位置ズレを確実に無くすことができ、テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂの位置精度を確実に向上させることができる。

また、第２のマスク材４４ａは、感光性樹脂であるため、フォトリソグラフィ技術を用いて第２のマスク材４４ａをパターニングして、第２のマスクパターン４４を容易に形成することが可能となる。

また、本実施形態のノズルプレート３１の製造方法は、第１パターン除去工程としての第１のマスクパターン除去工程（Ｓ２１）を含む。Ｓ２０のストレート部形成工程の後、第１のマスクパターン４１を除去することにより、ノズルプレート３１を得ることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド２１の製造方法は、上記したノズルプレート３１の製造方法を用いたインクジェットヘッド２１の製造方法であって、テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂをノズル形成用基板３１ａに形成して構成されるノズルプレート３１と、圧電素子２７を支持するとともに圧力室２２ａが形成された基板２２とを、圧力室２２ａとテーパー部３２ａとが連通するように接合する工程（Ｓ７）を含む。

上述したノズルプレート３１の製造方法によれば、テーパー部３２ａとストレート部３２ｂとの位置ズレを抑えて位置精度を向上させることができるとともに、ストレート部３２ｂの加工精度を向上させて、ストレート部３２ｂの孔径のばらつきを低減することができる。したがって、このようなノズルプレート３１を用いてインクジェットヘッド２１を構成することにより、ノズル３２から吐出されるインクの吐出方向が曲がるのを抑えて、インクの吐出特性を向上させることができるとともに、各ノズル３２から吐出されるインクの吐出量のばらつきを低減することができる。

〔テーパー部形成工程の詳細〕
次に、Ｓ１８のテーパー部形成工程の詳細について説明する。上述したように、逆テーパー形状のテーパー部３２ａの加工は、ＩＣＰを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）プロセスによって行うことができる。ここでは、加工精度を向上させるため、後にテーパー部３２ａとなる凹部３２ｃ（図１１参照）の側壁を保護する保護膜形成ステップ、凹部３２ｃの底面の保護膜を選択的に除去する異方性エッチングステップ、シリコン（ノズル形成用基板３１ａ）を等方的にエッチングする等方性エッチングステップ、の３つのステップを繰り返すことにより、シリコンの深堀り加工を行うボッシュプロセスを利用した。また、ＩＣＰ装置としては、サムコ製エッチング装置（ＲＩＥ−８００ｉＰＢ）を使用した。以下、より具体的に説明する。

図１１〜図１３は、テーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。まず、第２のマスクパターン４４の開口部４４ａ₁の内側を介して露出するノズル形成用基板３１ａの面３１ｂを覆うように、ノズル形成用基板３１ａ上および第２のマスク材４４ａ上に保護膜４５を形成する（工程（ａ））。保護膜４５は、例えばフロロカーボン膜（ポリフッ化ビニリデン）からなり、例えばＣ₄Ｆ₈ガスを用いて形成される。このときの保護膜４５の形成条件の一例としては、ＩＣＰパワー；３０００Ｗ、圧力；１０Ｐａ、Ｃ₄Ｆ₈流量；２００ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量；１０ｓｃｃｍである。

次に、保護膜４５を、ノズル形成用基板３１ａの厚さ方向への異方性エッチングによって選択的に除去する（工程（ｂ））。すなわち、工程（ｂ）では、保護膜４５のうち、面３１ｂを覆う保護膜４５の一部が上記厚さ方向の異方性エッチングによって除去され、開口部４４ａ₁の側壁上および第２のマスク材４４ａ上の保護膜４５は残る。上記の異方性エッチングは、選択的に底面の保護膜４５を除去するために、ＳＦ₆ガスから発生させたイオンを、低圧の状況で、ノズル形成用基板３１ａに負のバイアス電圧を印加してノズル形成用基板３１ａへ加速させながら行われる。このときの異方性エッチングの条件の一例としては、ＩＣＰパワー；７５０Ｗ、バイアス；３５０Ｗ、圧力；２Ｐａ、ＳＦ₆流量；２００ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量；１０ｓｃｃｍである。

続いて、工程（ｂ）での保護膜４５の選択的な除去によって露出するノズル形成用基板３１ａを等方性エッチングする（工程（ｃ））。等方性エッチングは、ＳＦ₆ガスから発生させたラジカルにより、等方的にノズル形成用基板３１ａのシリコンをエッチングすることによって行われる。等方性エッチングの条件の一例としては、ＩＣＰパワー；３０００Ｗ、圧力；３０Ｐａ、ＳＦ₆流量；６００ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量；１０ｓｃｃｍである。この等方性エッチングにより、ノズル形成用基板３１ａの厚さ方向および厚さ方向に垂直な方向にシリコンがエッチングされ、凹部３２ｃが形成される。

以降では、上述した工程（ａ）から工程（ｃ）を１サイクルとして、これらの工程を繰り返して行う（図１２、図１３参照）。なお、２サイクル目以降では、工程（ａ）における「第２のマスクパターン４４の開口部４４ａ₁の内側を介して露出するノズル形成用基板３１ａの面３１ｂ」には、凹部３２ｃの内面、すなわち、底面３２ｃ₁および側面３２ｃ₂が含まれる。また、工程（ｂ）では、保護膜４５が厚さ方向に異方性エッチングされるため、２サイクル目以降では、保護膜４５のうち、凹部３２ｃの底面３２ｃ₁上の保護膜４５の一部が選択的に除去され、側面３２ｃ₂上の保護膜４５は除去されずに残る。

本実施形態では、工程（ａ）から工程（ｃ）の繰り返しごとに、工程（ｃ）のエッチング条件を変更することにより、テーパー部３２ａをノズル形成用基板３１ａに形成する。例えば、１サイクル目よりも２サイクル目において、工程（ｃ）のエッチング時間を長くすることにより、１サイクル目で形成される凹部３２ｃよりも２サイクル目で形成される凹部３２ｃのほうが、深さおよび幅（開口径）がともに増大する。したがって、このようにエッチング条件を変更しながら工程（ａ）から工程（ｃ）を繰り返して行うことにより、エッチングが厚さ方向に進行するにつれて凹部３２ｃの深さおよび幅を徐々に大きくすることができ、最終的に逆テーパー形状のテーパー部３２ａを得ることができる。また、工程（ｃ）でのエッチングの時間を制御することにより、テーパー部３２ａの側壁を所望の角度で形成できるとともに、制御の複雑化を招くことなく、逆テーパー形状のテーパー部３２ａを形成することができる。

逆テーパー形状に加工されたテーパー部３２ａの側壁には、図１３に示すように、スキャロップ３２ａ₁と呼ばれる表面の凹凸が残っている。このスキャロップ３２ａ₁は、等方性エッチングの時間を長くすればするほど顕著に出現する。スキャロップ３２ａ₁は、局所的に電荷が溜まりやすいため、除去されることが望ましい。そこで、例えば逆テーパー形状のテーパー部３２ａをノズル形成用基板３１ａに形成した後、ノズル形成用基板３１ａにバイアス電圧を印加して異方性エッチングを所定の時間行う。これにより、上記のスキャロップ３２ａ₁が選択的に除去されたテーパー部３２ａを得ることができる。

〔ノズルプレートの他の構成〕
図１４は、本実施形態のノズルプレート３１の他の構成を示す断面図である。ノズルプレート３１のノズル形成用基板３１ａは、ＳＯＩ基板５０であってもよい。ＳＯＩ基板５０は、酸化膜５３を介して２枚のシリコン基板５１・５２を接合した基板である。一方のシリコン基板５１は、厚みが１０〜３０μｍ程度の活性層である。他方のシリコン基板５２は、厚みが５０〜５００μｍ程度（好ましくは１００〜２００μｍ程度）の支持層である。酸化膜５３は、厚みが０．２〜１μｍのＳｉＯ₂膜からなるＢＯＸ（Buried Oxide）層である。テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂからなるノズル３２は、例えば活性層（シリコン基板５１）に形成される。

ＳＯＩ基板５０において、ノズル３２が形成されていない層、すなわち、シリコン基板５２および酸化膜５３には、ノズル３２（特にテーパー部３２ａ）と連通する連通路部５４が形成されている。連通路部５４は、基板２２の圧力室とノズルプレート３１のノズル３２とを連通する部分である。連通路部５４において、基板厚み方向に垂直な方向の幅は、例えば１００〜２００μｍであり、ノズル３２よりも広幅となっている。

図１５は、ＳＯＩ基板５０を用いた図１４のノズルプレート３１の製造時の流れを示すフローチャートである。図１４のノズルプレート３１は、図７で示したエッチングストッパー層形成工程（Ｓ１２）およびエッチングストッパー層除去工程（Ｓ２２）を省き、連通路部形成工程（Ｓ２３）を新たに加えることによって製造することができる。

すなわち、第１パターン形成工程（Ｓ１００）および第２パターン形成工程（Ｓ２００）において、シリコン基板５１に対して酸化膜５３とは反対側の面に第１のマスクパターン４１および第２のマスクパターン４４（図８、図９参照）を形成する。そして、Ｓ１８のテーパー部形成工程において、第２のマスクパターン４４を用い、開口部４４ａ₁を介してシリコン基板５１をドライエッチングすることにより、シリコン基板５１にテーパー部３２ａを形成する。その後、Ｓ１９の第２のマスクパターン除去工程において、第２のマスクパターン４４を除去して第１のマスクパターン４１を露出させる。そして、Ｓ２０のストレート部形成工程において、露出した第１のマスクパターン４１を用い、開口部４１ａ₁を介してシリコン基板５１をドライエッチングすることにより、シリコン基板５１にストレート部３２ｂを形成する。ストレート部３２ｂの形成後は、Ｓ２１の第１パターン除去工程にて、第１のマスクパターン４１を除去する。

Ｓ２３の連通路部形成工程では、シリコン基板５２および酸化膜５３をシリコン基板５１とは反対側からドライエッチングすることにより、テーパー部３２ａと連通する連通路部５４を形成する。連通路部５４の加工は、ストレート部３２ｂの加工と同様に、例えばＩＣＰ装置を用いたボッシュプロセスによって行うことができる。なお、Ｓ２３の連通路部形成工程は、Ｓ２０のストレート部形成工程の後であればよく、Ｓ２１の第１のマスクパターン除去工程の前に行われてもよい。連通路部５４を形成し、第１のマスクパターン４１を除去した後は、連通路部５４が圧力室２２ａと連通するように、基板２２とノズルプレート３１ａとを接合することにより、ノズルプレート３１を得ることができる。

このように、ＳＯＩ基板５０を用いる場合でも、テーパー部３２ａおよびストレート部３２ｂを基板に対して同じ側からの加工によって形成する本実施形態の手法をそのまま利用して、ノズルプレート３１を得ることができる。

また、ノズル３２から吐出されるインクの吐出特性（特にインク吐出方向の曲がり）は、幅（径）がある程度狭められているテーパー部３２ａとストレート部３２ｂとの位置精度に依存して決まり、幅の広い連通路部５４と幅の狭いノズル３２との位置精度とはほとんど関係しない。したがって、所望のインク吐出特性を確保するにあたって、連通路部５４とノズル３２との位置ズレは、ある程度許容されるため、連通路部５４をＳＯＩ基板５０のノズル３２とは反対側からの加工によって形成することが可能となる。

また、ＳＯＩ基板５３の酸化膜５３は、連通路部５４をエッチングする際のエッチングストッパー層として機能するため、図８のように、ノズル形成用基板３１ａに、別途のエッチングストッパー層４２を形成したり、そのエッチングストッパー層４２を最後に除去するなどの工程が不要になる。

本発明のノズルプレートの製造方法は、テーパー部およびストレート部をノズルとして有するノズルプレートの製造に利用可能である。

２１ インクジェットヘッド
２２ 基板（支持基板）
２２ａ 圧力室
２７ 圧電素子
３１ ノズルプレート
３１ａ ノズル形成用基板
３２ ノズル
３２ａ テーパー部
３２ｂ ストレート部
４１ 第１のマスクパターン
４１ａ 第１のマスク材
４１ａ₁ 開口部（第１の開口部）
４２ エッチングストッパー層
４３ レジストパターン
４４ 第２のマスクパターン
４４ａ 第２のマスク材
４４ａ₁ 開口部（第２の開口部）
４５ 保護膜
５０ ＳＯＩ基板（ノズル形成用基板）
５１ シリコン基板
５２ シリコン基板
５３ 酸化膜
５４ 連通路部
Ｏ₁ 開口中心
Ｏ₂ 開口中心

Claims (14)

1. ノズル形成用基板の一方の表面上に、第１の開口部を有する第１のマスクパターンを形成する第１パターン形成工程と、
   前記第１のマスクパターンの前記第１の開口部よりも開口径の小さい第２の開口部を有し、前記第１の開口部の内側に前記第２の開口部が位置するように、前記第１のマスクパターンのマスク材を覆う第２のマスクパターンを形成する第２パターン形成工程と、
   前記第２のマスクパターンの前記第２の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側からドライエッチングすることにより、前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向に進むにつれて開口幅が広がる逆テーパー形状のテーパー部を前記ノズル形成用基板に形成するテーパー部形成工程と、
   前記テーパー部の形成後、前記第２のマスクパターンを除去して、前記第１のマスクパターンを露出させる第２パターン除去工程と、
   露出した前記第１のマスクパターンの前記第１の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向にストレートにドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通するストレート部を前記ノズル形成用基板に形成するストレート部形成工程とを含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. 前記テーパー部形成工程では、前記第２の開口部の内側を介して露出する前記ノズル形成用基板の面を覆うように保護膜を形成する工程（ａ）と、前記保護膜を、前記ノズル形成用基板の厚さ方向への異方性エッチングによって選択的に除去する工程（ｂ）と、前記保護膜の選択的な除去によって露出する前記ノズル形成用基板を等方性エッチングする工程（ｃ）とを繰り返して行うとともに、前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）の繰り返しごとに、前記工程（ｃ）のエッチング条件を変更することにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成することを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
3. 前記テーパー部形成工程では、前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）の繰り返しごとに、前記工程（ｃ）でのエッチング時間を長くすることにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成することを特徴とする請求項２に記載のノズルプレートの製造方法。
4. 前記第１パターン形成工程は、
   前記ノズル形成用基板の前記一方の表面全体に、前記マスク材を形成する工程と、
   前記マスク材上に、前記第１の開口部に対応する開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして、前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１の開口部を有する前記第１のマスクパターンを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
5. 前記マスク材は、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレートの製造方法。
6. 前記第１のマスクパターンの前記マスク材を、第１のマスク材としたとき、
   前記第２パターン形成工程は、
   前記第１のマスクパターンにおける前記第１の開口部の内側および前記第１のマスク材上に、前記第１のマスク材とは材質の異なる第２のマスク材を塗布する工程と、
   前記第１の開口部の内側に塗布された前記第２のマスク材の一部を除去することにより、前記第１の開口部の内側に前記第２の開口部を有する前記第２のマスクパターンを、前記第１のマスク材を覆うように形成する工程とを含むことを特徴とする請求項４または５に記載のノズルプレートの製造方法。
7. 前記ノズル形成用基板の厚み方向に垂直な面内で、前記第１の開口部の開口中心と前記第２の開口部の開口中心とは一致していることを特徴とする請求項６に記載のノズルプレートの製造方法。
8. 前記第２のマスク材は、感光性樹脂であることを特徴とする請求項６または７に記載のノズルプレートの製造方法。
9. 前記第１パターン形成工程は、
   前記ノズル形成用基板の他方の表面上に、エッチングストッパー層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
10. 前記ノズル形成用基板は、酸化膜を介して２枚のシリコン基板を接合したＳＯＩ基板であり、
    前記テーパー部形成工程では、前記ノズル形成基板の一方のシリコン基板に前記テーパー部を形成し、
    前記ストレート部形成工程では、前記ノズル形成基板の前記一方のシリコン基板に前記ストレート部を形成し、
    該製造方法は、前記ストレート部形成工程の後、前記他方のシリコン基板および前記酸化膜を、前記一方のシリコン基板とは反対側からドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通する連通路部を前記ノズル形成用基板に形成する連通路部形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
11. 前記ストレート部形成工程の後、前記第１のマスクパターンを除去する第１パターン除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
12. 前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記ストレート部の長さは、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
13. 前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記テーパー部の長さは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法を用いてインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、
    前記テーパー部および前記ストレート部を前記ノズル形成用基板に形成して構成されるノズルプレートと、圧電素子を支持するとともに圧力室が形成された支持基板とを、前記圧力室と前記テーパー部とが連通するように接合する工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

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