JP4435112B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力発生素子から発生させた吐出エネルギーにより液滴を吐出させて、被記録媒体に画像形成する液体吐出記録装置に用いられる液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

液滴を吐出して被記録媒体上に付着させて画像形成を行う液体吐出方式の記録装置は、高画質、高精細の記録要求に応えるために、多ノズル化に伴う精密微細加工と、複雑な形状が必要とされている。そこで、単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングなどを用いて簡便に微細且つ複雑な形状を形成できるマイクロマシニング技術を応用したインクジェットヘッドの製造方法が提案されている。

例えば、特許文献１（特開平５−２２９１２８号公報）に開示されたインクジェットヘッドの製造方法を図８に示す。流路基板５００はシリコン単結晶基板を用いる。流路基板５００の一方の面に２段階の異方性エッチングを施すことで、ノズル５０１、圧力発生室５０２、インク供給口５０３、リザーバ５０４等のインク流路を一体形成している。

また、特許文献２（特開平１０−２０９１１３号公報）に開示されたインクジェットヘッドの製造方法を、図９に示す。Ｓｉ（１１０）単結晶基板６００を用いて異方性エッチングによる溝を形成する際に、溝形成用のマスクパターン６０１を用いることで、エッチングレートの面積依存性を低減している。工程を、図９（ａ）に示す。開口部６０２を有するマスクパターン６０１によるエッチングを行うことで、図９（ｂ）に示すように狭い幅の溝６０３を形成する。続いて、図９（ｃ）に示すようにこれらの狭い幅の溝６０３間のシリコン部分６０４をエッチング除去し、図９（ｄ）に示すように広い幅の溝６０５を形成する。
特開平５−２２９１２８号公報 特開平１０−２０９１１３号公報

特許文献１（特開平５−２２９１２８号公報）に開示された製造方法は、エッチング速度の結晶方位依存性を利用しているのでリザーバの形成精度の高いものが形成可能であるが、使用可能なシリコン単結晶基板の面方位が限られているためにプロセス上の制約が生じる場合がある。

また、シリコン単結晶基板にリザーバを形成するため、Ｓｉ（１００）基板の異方性エッチングで高密度ノズルを形成すると、必然的に基板厚さが薄くなる。この為、基板剛性の確保が難しくなり、歩留まりの向上、ヘッドの耐久性、安定性が図られない。特に、Ｓｉ（１１０）基板を用いた場合は、形状自由度の制限、リザーバ深さの調節に多段マスク層が必要など、工程的にもより難しくなることが予想される。

特許文献２（特開平１０−２０９１１３号公報）に開示された製造方法は、Ｓｉ（１１０）単結晶基板の結晶異方性エッチングを利用している。この場合も使用可能なＳｉ単結晶基板の面方位が限られているためにプロセス上の制約が生じる場合がある。

特に、矩形以外の複雑な形状を有する溝を作製したい場合や、エッチング底面の深さがエッチング開口領域で異なる場合、さらには比較的大きなエッチング深さの必要な場合には所望の形成精度を満たさなくなるおそれがある。

本発明は、上記従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであって、基板剛性の低下を抑制する液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、それぞれ圧力発生素子を具備した複数の圧力発生室と、該複数の圧力発生室にそれぞれ連通し、液体を吐出する複数のノズル口と、前記複数の圧力発生室がそれぞれ連通部を介して共通に連通した、前記連通部を含むリザーバと、を有し、前記リザーバ内における前記連通部の近傍の部位、の深さより浅い部位が前記リザーバ内に設けられている液体吐出ヘッドの製造方法であって、基板の二つの主面のうちの一方の主面における前記圧力発生室に対応する部位に対してエッチングを施すことにより、前記一方の主面に前記圧力発生室となる第一の凹部を形成する工程と、前記基板の二つの主面のうちの他方の主面における前記連通部に対応する部位と前記近傍の部位に対応する部位とに対してエッチングを施すことにより、前記他方の主面に前記連通部と前記近傍の部位とに対応する第二の凹部を形成する工程と、前記他方の主面における前記第二の凹部と前記浅い部位に対応する部位とに対してエッチングを施すことにより、前記他方の主面に前記リザーバとなる第三の凹部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明は上述のとおりリザーバ内における連通部の近傍の連通部近傍部の深さよりも浅い部位がリザーバ内に設けられているので、基板のリザーバが設けられている部位の剛性が不用意に低下することがない。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。

プラズマエッチング加工によって液体吐出ヘッドのリザーバを形成するには、例えばＩＣＰ放電（Inductively Coupled Plasma）を用いたドライエッチング加工（以下、「ＩＣＰ放電エッチング加工」という。）を用い、Ｓｉ基板表面に略垂直の側壁を有する溝を形成する。プラズマエッチング加工なので、使用するＳｉ単結晶基板の面方位に制限はないが、通常はＳｉ（１００）基板を使用する。

図１は、一実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。

（１）図１（ａ）に示すように、基板１０の二つの主面のうち一方の主面（Ａ面）に、圧力発生室１２および連通部である後方絞り２０に対応する開口部を有するエッチングマスクパターン１１を形成する。また、基板１０の他方の主面（Ｂ面）に、１層目としてリザーバ１８に対応する開口部を有する第１エッチングマスクパターン１４を形成する。さらにその上の２層目としてリザーバ内部における後方絞り２０が開口されている連通部とその近傍部を含む連通部近傍部１７のみをエッチングできる開口部を有する第２エッチングマスクパターン１６を形成する。

（２）上記工程（１）ののち、基板１０のＡ面側に、エッチングマスクパターン１１を用いたＩＣＰ放電エッチング加工を施して圧力発生室１２および後方絞り２０に対応する凹部を形成する。

（３）上記工程（２）ののち、基板１０のＢ面側に、第２エッチングマスクパターン１６を用いたＩＣＰ放電エッチング加工を施すことにより、リザーバ１８に対応する凹部内における連通部とその近傍の連通部近傍部１７に対応する凹部を形成する。

（４）上記工程（３）ののち、図１（ｂ）に示すように、Ｂ面側の第２エッチングマスクパターン１６をエッチング剥離したのち、第１エッチングマスクパターン１４を用いたＩＣＰ放電エッチング加工を行って、リザーバ１８に対応する凹部を形成する。

このように、第２エッチングマスクパターン１６を用いて形成された連通部近傍部１７が、第１エッチングマスクパターン１４を用いて形成された凹部より深い（よりＡ面に近い）形態をとっている為、基板Ａ面に形成された絞り部２０と確実に連通する。その為、第１エッチングマスクパターン１４を用いて形成された凹部を、必要以上にオーバーエッチングする必要がなく、基板の剛性劣化を抑制できる。

本実施の形態において、エッチングマスクパターンとしては、Ｓｉに対してＩＣＰ放電エッチング加工時の選択性を有し、１層目と２層目とが選択的に除去可能なものであればその種類を問わない。例えば、１層目は熱酸化膜をパターニング形成したもの、２層目はレジストをパターニング形成したものでもよい。この場合、両エッチングマスクパターンともＳｉに対して高いエッチング選択比を有している。エッチングマスクパターンの除去については、レジストは酸素プラズマで、熱酸化膜はＢＨＦ（Buffered Hydrogen Fluoride）で選択的に除去可能である。

図２は、他の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。

（１）本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、基板５０のＢ面側に、リザーバ５８に対応する領域内に互いに間隔をおいてモザイク状に配列された複数の小開口部を設けたエッチングマスクパターン５６を形成する。

（２）上記工程（１）ののち、ＩＣＰ放電エッチング加工を施して、リザーバ５８に対応する凹部内に、互いに間隔をおいてモザイク状に配列された複数の柱状体５９を形成する。

（３）上記工程（２）ののち、図２（ｃ）に示すように、例えば、ＴＭＡＨ（Tetra methyl ammonium hydroxide ）等の等方性エッチングを行って、複数の柱状体５９を除去する。

本実施の形態によれば、ＩＣＰ放電エッチング加工時におけるリザーバに対応する凹部内のエッチングの深さむらを低減でき、平坦なエッチング底面が形成可能である。この場合、エッチング底面において、リザーバ５８に対応する凹部内にモザイク状に微小突出部６０が形成されるが、問題になるレベルではない。等方性エッチャントにＴＭＡＨを用いた場合は、ＩＣＰ放電エッチング加工で用いられるエッチングマスクパターンとして熱酸化膜を用いるとよい。

また、エッチングマスクパターンのモザイク状に配列された小開口部の形状は、均一形状でも、面積の異なる形状の組み合わせでも問題無い。均一形状の場合、エッチング速度の面積依存が少なく結果的に同一深さで構成される。

面積の異なる形状の場合、開口面積の大きい方はエッチング速度が相対的に速くエッチングされやすいことを利用して、凹部の底面に段差形状を形成することが可能である。

なお、等方性エッチングを行うエッチャントは、プロセス工程において問題なければ、（フッ酸、酢酸、硝酸）の混酸、Ｆを主成分とするエッチングガスなどでも使用可能である。その際のエッチングマスクパターン層は、上記プロセスからみて可能なものを用いる。

圧力発生素子としては、圧電膜または電歪素子、発熱素子、静電気力などが代表的であるが、吐出圧力を発生できる素子ならばその種類は問わない。

振動板上への圧電膜または電歪膜の形成方法としては、成膜基板上に成膜された圧電膜または電歪膜を接着剤もしくは陽極接合で接着・接合後、成膜基板を剥離してもよい。また、直接振動板上に下電極を形成したのち、構造体の許容する温度範囲内、かつプロセス工程からみて可能な成膜手段を用いて圧電膜または電歪膜を成膜してもよい。例えば、スパッタリング、ＣＶＤ、ゾルゲル、ＥＢ蒸着、レーザーアブレーションなどを用いる。

圧電膜または電歪膜に用いられる材料としては、ペロブスカイト型化合物が挙げられる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛ＰＺＴ［Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ₃ ］やチタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃ などの圧電材料やリラクサ系材料の電歪材料である。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のｘは０．４０から０．６５のＭＰＢ（meso phase boundary ）組成が好ましいが、それ以外の組成比でもよい。ＰＺＴの結晶構造は正方晶、菱面体晶のいずれの結晶構造でもよい。ＢａＴｉＯ₃ は、正方晶で（００１）配向された膜が好ましい。また、ＢａＴｉＯ₃ は微量の鉛、ビスマスが含有していてもよい。

本発明で使用する電歪材料としては、以下の物が選択できる。

例えば、ＰＭＮ［Ｐｂ（ＭｇｘＮｂ１−ｘ）Ｏ₃ ］、ＰＮＮ［Ｐｂ（ＮｂｘＮｉ１−ｘ）Ｏ₃ ］、ＰＳＮ[Ｐｂ（ＳｃｘＮｂ１−ｘ）Ｏ₃ ]、ＰＺＮ［Ｐｂ（ＺｎｘＮｂ１−ｘ）Ｏ₃ ］、ＰＭＮ−ＰＴ｛（１-ｙ）［Ｐｂ（ＭｇｘＮｂ１−ｘ）Ｏ₃ ］−ｙ［ＰｂＴｉＯ₃ ］｝、ＰＳＮ−ＰＴ
｛（１−ｙ）［Ｐｂ（ＳｃｘＮｂ１−ｘ）Ｏ₃ ］−ｙ［ＰｂＴｉＯ₃ ］｝、ＰＺＮ−ＰＴ｛（１−ｙ）［Ｐｂ(ＺｎｘＮｂ１−ｘ)Ｏ₃ ］−ｙ［ＰｂＴｉＯ₃ ］｝、ＬＮ[ＬｉＮｂＯ₃ ]、ＫＮ［ＫＮｂＯ₃ ］である。ここで、ｘおよびｙは１以下で０以上の数である。例えば、ＰＭＮの場合ｘは０．２〜０．５で、ＰＳＮではｘは０．４〜０．７が好ましく、ＰＭＮ−ＰＴのｙは０．２〜０．４、ＰＳＮ−Ｐｔのｙは０．３５〜０．５、ＰＺＮ−ＰＴのｙは０．０３〜０．３５が好ましい。また、ＰＭＮ−ＰＴ、
ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＮＮ−ＰＴ、ＰＳＮ−ＰＴにＺｒがＴｉに代替されて含まれた
ＰＭＮ−ＰＺＴ、ＰＺＮ−ＰＺＴ、ＰＮＮ−ＰＺＴ、ＰＳＮ−ＰＺＴ化合物であってもよい。

圧電膜または電歪膜は単一組成であってもよいし、２種類以上の組み合わせでもよい。また、上記主成分に微量の元素をドーピングした組成物であってもよい。圧電膜または電歪膜は、優れた圧電性を発現するために、結晶制御されたものがよく、Ｘ線回折で特定の結晶構造の特定の方位が５０％以上あるものが好ましく、さらには、９０％以上のものがより好ましい。

振動板を形成する材料としては、ホウ珪酸ガラス（ＨＯＹＡ株式会社製 ＳＤ２ガラス）、酸化シリコン、セラミックス材料の他に、ニッケル、クロムなどの金属などが適した材料である。振動板の形成工程は、厚板状の振動板部材を流路形成基板に接合し薄板化を行う。若しくは支持基板に振動板を形成後、流路形成基板側に転写接合し支持基板を除去することで可能である。ここで振動板を含む部材と流路形成基板との接合は、陽極接合や、原子間の結合/熱拡散を利用した固相接合を用いるのが好適である。固相接合における代表的な方式としては、Ａｕ接合やＡｕＳｎ合金接合がある。前記圧電アクチュエータもしくは前記電歪アクチュエータは、振動板の撓み変位を用いる薄膜構成であってもよい。

以下に具体的な実施例を示すが、圧力発生素子、振動板、圧力発生室、後方絞り、リザーバ、ノズル連絡口およびノズル口等の寸法や形状や材質、駆動条件等は一例であり、設計事項として任意に変更できるものである。ここで、後方絞りは後方抵抗素子として圧力発生室に連通され、ノズル連絡口はノズル口に連通する流路である。

図３は本発明に係る実施例１による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。

本実施例の液体吐出ヘッドは、図３（ｅ）に示すように、厚さ２００μｍのＳｉ単結晶基板（以下、「基板」という。）１００に、圧力発生室１０２（幅６０μｍ、深さ５０μｍ、長さ２．５ｍｍ）、リザーバ１０８、連通部である後方絞り１１０、ノズル連絡口１０３が形成されている。３００ｄｐｉノズル密度のノズル口１１３を有するノズルプレート１１４が、ノズル口１１３と基板側のノズル連絡口１０３とが連通するように接着剤で接着固定されている。

アクチュエータは、振動板１１２として３μｍ厚のホウ珪酸ガラス（ＨＯＹＡ株式会社製 ＳＤ２ガラス）を用いた。その上に圧電膜１１１として上Ｐｔ膜（１００ｎｍ厚）／Ｐｂ（Ｚｒ_0.52Ｔｉ_0.48）Ｏ₃ 膜（１μｍ強厚）／下Ｐｔ膜（１００ｎｍ厚）が形成されている。下電極、上電極とも駆動用ＩＣに配線され、各アクチュエータが独立に駆動できるようになっている。

続いて、本実施例による液体吐出ヘッドの製造方法を図３を参照しつつ詳細に説明する。

（１）図３（ａ）に示すように、同一の基板の二つの主面のうち一方の主面である基板１００のＡ面側に熱酸化膜（１μｍ）で、圧力発生室１０２に対応する開口部と後方絞り１１０に対応する開口部を有するエッチングマスクパターン１０１を形成する。同一の基板の二つの主面のうち他方の主面である基板１００のＢ面側に熱酸化膜（１μｍ）でリザーバ１０８に対応する開口部とノズル連絡口１０３に対応する開口部を有する第１エッチングマスクパターン１０４を形成する。その上に２層目としてレジスト膜（１．５μｍ）で、ノズル連絡口１０３に対応する開口部とリザーバ内の連通部近傍部１０７に対応する開口部を有する第２エッチングマスクパターン１０６を形成する。

（２）上記工程（１）ののち、圧力発生室１０２をＩＣＰ放電エッチング加工により５０μｍ深さまでエッチングする。次に、図３（ｂ）に示すように、Ｂ面側のノズル連絡口１０３と、リザーバに対応する凹部内の連通部近傍部１０７に対応する凹部のみを前記第２エッチングマスクパターン１０６を用いて、１０μｍの深さまでＩＣＰ放電エッチング加工によりエッチングする。

（３）上記工程（２）ののち、図３（ｃ）に示すように、Ｂ面側の前記第２エッチングマスクパターン１０６のレジスト膜を酸素プラズマでエッチング剥離する。ついで、前記第１エッチングマスクパターン１０４でＢ面側をＩＣＰ放電エッチング加工し、リザーバ１０８と後方絞り１１０とを連通部近傍部１０７を介して連通させる。

ＩＣＰ放電エッチング加工においては、エッチング速度は面積依存の関係を示すため、ノズル連絡口１０３より相対的に面積の広いリザーバ１０８が後方絞り１１０と先に連通する。

（４）上記工程（３）ののち、図３（ｄ）に示すように、連通したリザーバ１０８にレジストによるマスク層１０９を配置することでエッチングされないようにし、引き続きノズル連絡口１０３（深さ１５０μｍ）をエッチングして圧力発生室１０２と連通させる。そののち、基板１００の両面に存在する第１エッチングマスクパターン１０４の熱酸化膜をＢＨＦでエッチング除去する。

（５）上記工程（４）ののち、図３（ｅ）に示すように、振動板１１２、圧電膜１１１を有するアクチュエータを以下のように形成する。ここで、図３（ｅ）において、振動板１１２と圧電膜１１１とを設けていないヘッドの、基板のＡ面からみた模式図を図４に示す。複数の圧力発生室１０２が、連通部である後方絞り１１０を介して共通に連通されたリザーバ１０８を有している。

基板１００の圧力発生室１０２側に３０μｍ程度に平坦研磨されたホウ珪酸ガラス（ＨＯＹＡ株式会社製 ＳＤ２ガラス）を４００℃、４００Ｖの条件で陽極接合する。その後、ＨＦを用いたウェットエッチングで厚さ３μｍに薄片化することで、振動板１１２を形成する。その上に上Ｐｔ膜（１００ｎｍ厚）／Ｐｂ（Ｚｒ_0.52Ｔｉ_0.48）Ｏ₃ 膜（１μｍ強厚）／下Ｐｔ膜（１００ｎｍ厚）を真空成膜で形成する。上Ｐｔ電極が成膜される前にＰＺＴ膜は酸素雰囲気中、６８０℃、５ｈｒの条件で焼成し、ＸＲＤによりＰＺＴ膜の結晶化確認を行う。配線パターン加工は、ホトリソプロセス、ドライエッチングプロセスにより加工する。

最後にノズルプレート１１４を以下のように接着固定する。ノズルプレート１１４は、厚さ５０μｍのＳＵＳ３０４にパンチング加工でノズル口１１３（吐出φ２０μｍ、逆側φ５０μｍ）が形成されたものである。接着剤をノズルプレート１１４側にスピンコート塗布し、ノズルプレート１１４、基板１００両者のアライメント用マーカーをもとにアライメント配置・固定し７０℃、３０分程度で接着した。

本実施例によれば、リザーバ１０８に対応する凹部の一部領域の深さを調整することでリザーバ１０８の中央部深さを必要以上にオーバーエッチングする必要が無くなる。このようにして従来よりも高加工精度を有し、且つインク吐出時における耐久性、信頼性に優れた液体吐出ヘッドを提供することができる。

図５は、本発明に係る実施例２による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。

本実施例の液体吐出ヘッドは、図５（ｆ）に示すように、厚さ３００μｍのＳｉ単結晶基板（以下、「基板」という。）２００に、リザーバ２０８、圧力発生室２０２（幅６０μｍ、深さ５０μｍ、長さ２．５ｍｍ）、後方絞り２１０、ノズル連絡口２０３が形成されている。基本構成は実施例１と同様であるが、ノズル口２１３はノズル連絡口２０３と連通するように基板２００内に一体形成されている。振動板２１２と圧電膜２１１を有するアクチュエータは実施例１と同様である。

続いて、本実施例による液体吐出ヘッドの製造方法を図５を参照しつつ詳細に説明する。

（１）本実施例ではノズル口を同一の基板に形成するため、図５（ａ）に示すように、ノズル連絡口２０３は圧力発生室２０２側から形成する。基板２００のＡ面側に、熱酸化膜（１μｍ）で、圧力発生室２０２および後方絞り２１０に対応する開口部を有する第１エッチングマスクパターン２０１を形成する。その上層にホトレジスト（４μｍ）を塗布してノズル連絡口２０３に対応する開口部を有する第２エッチングマスクパターン２０６ａを形成する。

また、基板２００のＢ面側に熱酸化膜（１μｍ）で、ノズル口２１３およびリザーバ２０８にそれぞれ対応する開口部を有する第１エッチングマスクパターン２０４を形成しする。その上層にホトレジスト（４μｍ）を塗布しノズル口２１３およびリザーバ２０８に対応する凹部内の連通部近傍部２０７にそれぞれ対応する開口部を有する第２エッチングマスクパターン２０６ｂを形成する。

（２）上記工程（１）ののち、Ａ面側の第２エッチングマスクパターン２０６ａを用いてノズル連絡口２０３（５０×２００μｍ□面積）に対応する深さ２００μｍの凹部をＩＣＰ放電エッチング加工によりエッチングする。

（３）上記工程（２）ののち、図５（ｂ）に示すように、Ａ面側の第２エッチングマスクパターン２０６ａのレジスト膜を酸素プラズマで剥離する。次に、圧力発生室２０２および後方絞り３１０に対応する開口部を有する第１エッチングマスクパターン２０１を用いて圧力発生室２０２に対応する深さ５０μｍの凹部を形成する。凹部の形成には、ＩＣＰ放電のエッチング加工を用いる。既にノズル連絡口２０３に対応する深さの凹部を形成してあるため、本エッチング工程により、同一の基板内に連通した圧力発生室２０２とノズル連絡口２０３が形成される。

（４）上記工程（３）ののち、図５（ｃ）に示すように、Ｂ面側のノズル口２１３、リザーバ２０８、リザーバ内における連通部の近傍の連通部近傍部２０７を形成するため、前工程と同様に２層のエッチングマスクパターンによる多段階のＩＣＰ放電エッチング加工を行う。先ず、第２エッチングマスクパターン２０６ｂを用いてノズル口２１３、リザーバ２０８内における連通部近傍の連通部近傍部２０７に対応する凹部をＩＣＰ放電エッチング加工により深さ２５μｍまでエッチングする。

（５）上記工程（４）ののち、図５（ｄ）に示すように、Ｂ面側のＩＣＰ放電エッチング加工を行い、深さ５０μｍのノズル口２１３（吐出φ２０μｍ、逆側φ２０μｍ）に対応する凹部を形成する。この際、リザーバ２０８内の連通部近傍部２０７を保護するマスク層２０９ａを配置することでエッチングの進行を防いでいる。

（６）上記工程（５）ののち、図５（ｅ）に示すように、Ｂ面側の第２エッチングマスクパターン２０６ｂのレジスト膜を酸素プラズマでエッチング剥離する。ここでも、ノズル口２１３のエッチング進行を防ぐためマスク層２０９ｂで保護しエッチングの進行を防ぐ。そののち、Ｂ面側の第１エッチングマスクパターン２０４を用い、連続してＩＣＰ放電エッチング加工を行いリザーバ２０８と後方絞り２１０を連通部近傍部２０７を介して連通させる。ついで、基板両面に存在する熱酸化膜をＢＨＦでエッチング除去する。

（７）上記工程（６）ののち、図５（ｆ）に示すように、振動板２１２、圧電膜２１１を有するアクチュエータを実施例１と同様の手順で形成する。また、リザーバ２０８の開口部を封止板２１４で閉鎖する。

以上のようにして、リザーバ２０８の一部領域の深さを調整することで中央部深さを必要以上にオーバーエッチングする必要が無くなる。またノズル口２１３まで含めた流路構成を同一の基板に形成するため、ノズルプレートを接着する場合のように、接着時における接着位置誤差等を生じることがなくなる。その結果、従来よりも高精度を有し、且つ液体吐出時における耐久性、信頼性に優れた液体吐出ヘッドを提供することができる。

本実施例の液体吐出ヘッドは、図６（ｆ）に示すように、厚さ３００μｍのＳｉ単結晶基板（以下、「基板」という。）４００を用いて、リザーバ４０８、圧力発生室（幅６０μｍ、深さ５０μｍ、長さ２．５ｍｍ）４０２、後方絞り４１０、ノズル連絡口４０３、ノズル口４１３を含む液体流路が形成されている。基本的構成は実施例１と同様に、ノズル口４１３は基板４００側に一体に形成され、ノズル連絡口４０３と連通している。振動板４１２、圧電膜４１１を有するアクチュエータは実施例１と同様である。

次に、本実施例における液体吐出ヘッドの製造方法を詳細に説明する。

（１）本実施例ではノズル口を同一の基板に形成するため、図６（ａ）に示すように、ノズル連絡口４０３は圧力発生室４０２側から形成する。基板４００の二つの主面に熱酸化膜を厚さ１μｍ成膜する。一方の主面（Ａ面）側に熱酸化膜（１μｍ）で、圧力発生室４０２および後方絞り４１０を形成するための開口部を有する第１エッチングマスクパターン４０１を形成する。その上層にホトレジスト（４μｍ）を塗布してノズル連絡口４０３を形成するための開口部を有する第２エッチングマスクパターン４０４を形成する。そののち、第２エッチングマスクパターン４０４を用いてノズル連絡口４０３（５０×２００μｍ□面積）に対応する深さ２００μｍの凹部をＩＣＰ放電エッチング加工によりエッチングする。

（２）上記工程（１）ののち、図６（ｂ）に示すように、Ａ面側の第２エッチングマスクパターン４０４のレジスト膜を酸素プラズマで剥離し、圧力発生室４０２を形成するための第１エッチングマスクパターン４０１の熱酸化膜をエッチング表面にする。

（３）上記工程（２）ののち、Ａ面側の第１エッチングマスクパターン４０１を用いて圧力発生室４０２および後方絞り４１０に対応する深さ５０μｍの凹部をＩＣＰ放電エッチング加工によりエッチングする。既にノズル連絡口４０３に対応する深さの凹部を形成してあるため、本エッチング工程により、同一基板内に圧力発生室４０２とノズル連絡口４０３が連通して形成される。

続いて、本実施例では、リザーバ４０８形成時にアルカリエッチャントを用いるので、形成した流路壁面に熱酸化膜４１５を５０ｎｍ成膜しておく。

（４）上記工程（３）ののち、図６（ｃ）に示すように、ノズル口４１３、リザーバ４０８を形成する。基板４００のＢ面側にノズル口４１３とリザーバ４０８を形成するための開口部を有する第２エッチングマスクパターン４０６を熱酸化膜（１μｍ）で形成する。

図６（ｃ）において、基板Ｂ面（リザーバが形成されるほう）側からみた模式図を図７に示す。こここでは、リザーバ４０８のマスクパターンは、リザーバ形成領域を格子状（マトリックス状）に分割するように形成する。格子パターンは、リザーバ４０８に対応する領域内に互いに間隔をおいてモザイク状に配列された複数の小開口部を有するエッチングマスクパターン４０６からなる。

リザーバ４０８内の連通部近傍４０７に対応する開口部に形成されるエッチングパターンの格子１つあたりに対応する開口面積は、連通部近傍に対応する開口部以外のリザーバ４０８に対応する開口部に形成されるエッチングパターンの格子１つあたりに対応する開口面積より大きい。具体的には、連通部近傍４０７を除くリザーバ４０８に対応する部分のエッチングパターンの格子パターン（開口面積）は５０μｍ×５０μｍとする。各格子間であるエッチングパターンの幅は５μｍとする。これらが、リザーバ４０８に対応する凹部の８５０μｍ（各ヘッド分を含む長さ方向）×２０ｍｍ（全ヘッド分を含む長さ方向）領域内に整列配置されている。そして、連通部である後方絞り４１０の近傍の連通部近傍部４０７に対応する部分のエッチングパターンの格子パターン（開口面積）は５０μｍ×８５μｍとし、他の格子パターンより開口面積を大きくしてある。

（５）上記工程（４）ののち、前記エッチングマスクパターン４０６を用いて、ノズル口４１３およびリザーバ４０８にそれぞれ対応する凹部をＩＣＰ放電エッチング加工により、ノズル深さが深さ５０μｍに達するまでエッチング加工する。形成したノズル口４１３のサイズは、吐出φ２０μｍ、逆側φ２０μｍである。

（６）上記工程（５）に引き続いてＩＣＰ放電エッチング加工を行い、図６（ｄ）に示すように、リザーバ４０８内の連通部近傍部４０７を圧力発生室４０２側の後方絞り４１０と連通させる。本実施例ではＩＣＰ放電エッチング加工においてエッチングレートの面積依存性があることを利用して、リザーバ４０８に対応する凹部内にエッチング面積の異なる２種類のパターンを設けてある。そのためリザーバ４０８内における、エッチング開口部の相対的に広いリザーバ４０８内における連通部の近傍の連通部近傍部４０７がリザーバ４０８内の平均的深さより深くエッチングされる。上述では、連通部近傍４０７を除くリザーバ４０８に対応する部分の格子パターンを５０μｍ×５０μｍ、連通部近傍部４０７に対応する部分の格子パターンを５０μｍ×８５μｍとした。しかし、エッチングレートをより顕著にする為に、連通部近傍４０７を除くリザーバ４０８に対応する部分の格子パターンを２０μｍ×２０μｍ、連通部近傍部４０７に対応する部分の格子パターンを５０μｍ×８５μｍとしてもよい。この際、ノズル口４１３をレジスト膜４１１ａで保護し、エッチングの進行を防いでいる。

（７）上記工程（６）ののち、図６（ｅ）に示すように、形成された複数の支柱構造体４０８ａを８０℃のＴＭＡＨ溶液に１分程度浸漬させてエッチング除去する。この際ノズル口４１３をマスク層４１４と治具を用いて保護しエッチングの進行を防いでいる。そののち、基板４００の両面に存在する熱酸化膜をＢＨＦでエッチング除去する。

（８）上記工程（７）ののち、図６（ｆ）に示すように、振動板４１２、圧電膜４１１を有するアクチュエータは実施例１と同様の手順で形成する。

以上のようにして、リザーバ底面を２段階の深さで構成される平坦化領域で形成することができ、任意形状に調整された、および形成精度の高いリザーバを形成できる。また、ノズル口まで含めた液体流路を同一の基板に形成するため、上記従来例のようなノズルプレート接着時における接着位置誤差が発生するおそれがない。このようにして従来よりも加工精度を有し、且つインク吐出時における耐久性、信頼性に優れた液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明によれば、上記各実施例において用いたプラズマエッチングに限らず、例えばドライエッチングやウェットエッチング等の他のエッチング方法を用いてもよい。

一実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。 他の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る実施例１による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る実施例１による液体吐出ヘッドのマスクパターンを示す図である。 本発明に係る実施例２による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る実施例３による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る実施例３による液体吐出ヘッドのマスクパターンを示す図である。 一従来例のインクジェットヘッドを示す模式断面図である。 他の従来例のインクジェットヘッドの製造方法を説明する工程図である。

符号の説明

１０、５０、１００、２００、３００、４００ 基板
１１、５６、１０１、２０１、３０１、４０１ 第１エッチングマスクパターン（Ａ面側）
１２、１０２、２０２、３０２、４０２ 圧力発生室
１４、１０４、２０４、３０１ 第１エッチングマスクパターン（Ｂ面側）
１６、１０６、２０６ｂ、３０４、４０４ 第２エッチングマスクパターン
１８、１０８、２０８、３０８、４０８ リザーバ
２０、１１０、２１０、３１０、４１０ 後方絞り

Claims (3)

1. それぞれ圧力発生素子を具備した複数の圧力発生室と、該複数の圧力発生室にそれぞれ連通し、液体を吐出する複数のノズル口と、前記複数の圧力発生室がそれぞれ連通部を介して共通に連通した、前記連通部を含むリザーバと、を有し、前記リザーバ内における前記連通部の近傍の部位、の深さより浅い部位が前記リザーバ内に設けられている液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   基板の二つの主面のうちの一方の主面における前記圧力発生室に対応する部位に対してエッチングを施すことにより、前記一方の主面に前記圧力発生室となる第一の凹部を形成する工程と、
   前記基板の二つの主面のうちの他方の主面における前記連通部に対応する部位と前記近傍の部位に対応する部位とに対してエッチングを施すことにより、前記他方の主面に前記連通部と前記近傍の部位とに対応する第二の凹部を形成する工程と、
   前記他方の主面における前記第二の凹部と前記浅い部位に対応する部位とに対してエッチングを施すことにより、前記他方の主面に前記リザーバとなる第三の凹部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第二の凹部を形成する工程では、前記連通部に対応する部位と前記近傍の部位に対応する部位と前記浅い部位に対応する部位とに対応する開口部を有する第一のエッチングパターンと、前記連通部に対応する部位と前記近傍の部位に対応する部位とに対応する開口部を有する第二のエッチングパターンと、がこの順に積層された前記他方の主面に対し、前記第二のエッチングパターンを用いてエッチングを施し、
   前記第三の凹部を形成する工程では、前記第二のエッチングパターンを剥離した後、前記第一のエッチングパターンを用いてエッチングを施すことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記第三の凹部を形成する工程では、前記リザーバに対応する部分に設けられた格子状のエッチングパターンを用いてエッチングを施し、
   前記連通部に対応する部位と前記近傍の部位に対応する部位とに形成される前記エッチングパターンの格子１つあたりに対応する開口面積は、前記浅い部位に対応する部位に形成される前記エッチングパターンの格子１つあたりに対応する開口面積より大きいことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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