JP4993731B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に係り、特に、液体供給路から液体を圧力室に供給し、圧力室内の液体に圧力を加えて、圧力室に連通するノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

従来より、液体吐出ヘッドとして、インクタンクからインク供給路を通してインクを圧力室に供給し、圧電素子等の圧力発生手段によって圧力室内に圧力を発生させて、圧力室に連通するノズル（吐出口）からインクを吐出するインク吐出ヘッド（インクジェットヘッド）が知られている。

また、このようなインクジェットヘッドと記録媒体とを相対的に移動させながらインクジェットヘッドのノズルから記録媒体に向けてインクを吐出することにより記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。

このように、インクジェットプリンタにおいては、ノズルから記録媒体上に吐出されたインクによって形成されるインクドットを組み合わせることによって画像が形成される。近年、インクジェットプリンタにおいても記録画像を写真プリント並に高画質化することが望まれている。

そのためには、ノズル及びノズルに連通する圧力室を高密度に配置すること、及び圧力室にインクを供給する供給路等を高精度に形成する必要がある。そのため、従来より様々な提案がなされている。

例えば、一端はインク供給路を介してインク溜まりに連通し、他端はインク滴を吐出するノズルに連通した複数のインク圧力室を有したインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給路は、結晶方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基材の表面に対して傾斜した２つの（１１１）面の壁面によって形成され、また圧力室は、前記シリコン基材の表面に対して垂直である少なくとも２つの（１１１）面の壁面によって形成されたインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特許文献１に示されたこのインクジェットヘッドの製造方法を図を用いて以下に説明する。

図１６は、単結晶シリコン基材上に形成されるインク溜部、圧力室及び供給路の部分を拡大して示す平面図である。図１６に示すように、表面の結晶方位が（１１０）となる単結晶シリコン基材１００に対して、シリコン酸化物の膜２００を形成し、これにマスクをパターニングし、圧力室１０１となるキャビティと、インク溜部１０３となるキャビティ及び供給路１０２とを結晶異方性ウエットエッチングで形成する。そしてさらにウエットエッチングを進めることにより、上で形成された（１１１）面をエッチングで消失させる。最後に圧力室１０１と供給路１０２との隔壁２０４ａと、インク溜部１０３と供給路１０２との隔壁２０４ｂとを等方性ウエットエッチングを用いてエッチングし、圧力室１０１と供給路１０２及び供給路１０２とインク溜部１０３とを連通する。このとき、同時にシリコン酸化物の膜２００を除去する。

また、このインクジェットヘッドの製造方法においては、供給路１０２の深さをマスク開口幅で規定しようとしており、上記工程では、その形状寸法精度を確保しようとしてい
る。
特許第３１４１６５２号公報

しかしながら、上記インクジェットヘッドの製造工程において、圧力室１０１となるキャビティに形成された順テーパ形状の（１１１）面を消失させるためにウエットエッチャントに基材１００を長時間浸漬させておくと、マスク下部でのサイドエッチングが進行して、供給路１０２の凹部を形成する（１１１）面が後退し、供給路１０２の寸法が設計寸法からずれてしまう。また、一般的に基材面内でのウエットエッチングレートは、ばらつきを生じるため寸法がばらついて寸法精度を確保することができないという問題がある。

さらに、上記インクジェットヘッドの製造工程において、隔壁２０４ａと、隔壁２０４ｂとを等方性ウエットエッチングでエッチングすることにより、事前に形成済みの供給路１０２の形状が等方的な形状に変化するので、その形状を確保することができない。また、前述したのと同様の理由で、寸法精度の確保が困難であるという問題がある。

総じて、流路の形状、寸法、寸法精度とを流路の加工後に確保することができず、インクの吐出特性にばらつきを生じる。特に、供給絞り（抵抗流路部）として供給路１０２を使用する場合は、吐出特性に与える影響は大きい。

隔壁２０４ａ及び２０４ｂの厚さは、エッチングマスクとして用いるシリコン酸化物の膜２００の厚さと同じになるようにすることで、隔壁２０４ａ、２０４ｂの等方性ウエットエッチングと同時に、シリコン酸化物の膜２００も除去するようにしているが、一般的に、基材面内でのウエットエッチングレートは、ばらつきを生じるので、隔壁とシリコン酸化物の膜とのエッチングレートにばらつきが生じることに起因して、膜２００の下部の基材面（本来エッチングしたくない部分のシリコン表面）をエッチングする可能性が高い。その結果として、所望の形状が得られず、吐出特性に影響を与えてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、製造コストの低減と、圧力室の高密度配置と、絞りの形状、寸法及び寸法精度の確保とを同時に実現することのでき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。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体供給路から絞りを介して圧力室に供給された液体を、圧力室に連通する吐出口から吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、結晶面方位（１１０）のシリコン基板の表面に対して、垂直な対向する２つの（１１１）面と、傾斜した２つの（１１１）面とを壁面に有する、前記液体供給路及び前記圧力室を形成する２つの第１の空間を異方性エッチングにより形成し、前記２つの第１の空間が形成された前記シリコン基板にエッチング保護膜を形成し、前記シリコン基板の表面に対して傾斜した２つの（１１１）面を壁面に有し、前記２つの第１の空間同士を連通させる前記絞りを形成する第２の空間を形成するためのエッチングマスクを、前記連通方向の開口の長さが前記第２の空間の前記連通方向の長さよりも長く、前記２つの第１の空間とそれぞれ一部がオーバーラップするように形成し、前記エッチングマスクを用いて、異方性エッチングを行い、前記第２の空間を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

これにより、圧力室を高密度に配置するとともに、絞りの形状、寸法及び寸法精度を確保した液体吐出ヘッドを低コストで製造することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、圧力室を高密度に配置するとともに、絞りの形状、寸法及び寸法精度を確保した液体吐出ヘッドを低コストで製造することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法により製造された液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドの圧力室付近を示す断面図である。

図１において、インクジェットヘッド５０は、複数のプレートが積層されて形成されており、その中に圧力室５２、インク供給路５４等が形成されている。

圧力室５２には、ノズル流路５１ａを介してノズル５１が連通するとともに、絞り５３を介してインク供給路５４が連通する。インク供給路５４には共通液室５５が連通している。共通液室５５は、図示を省略したインクタンクから供給されたインクを個別流路である各インク供給路５４に供給する。

圧力室５２の一面（図では天面）は、振動板５６で構成され、その上側には振動板５６に圧力を付与して振動板５６を変形させる圧電素子５８が接合されている。なお、図示を省略するが圧電素子５８の上面には個別電極が形成されており、振動板５６は共通電極を兼ね、圧電素子５８は共通電極と個別電極で挟まれた形となっている。

これらの共通電極と個別電極に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が変形する。圧電素子５８の変形によって振動板５６が圧力室５２側に押され、圧力室５２の容積が減少し、圧力室５２内のインクに圧力が付与されノズル５１からインクが吐出されるようになっている。これらの電極への電圧印加が解除されると圧電素子５８がもとに戻り、圧力室５２の容積が元の大きさに回復し、共通流路５５からインク供給路５４及び絞り５３を介して新しいインクが圧力室５２に供給される。

また、このような圧電素子５８の変形を確保し、圧電素子５８を保護するために振動板５６及び圧電素子５８の上側にはピエゾカバー５９が形成されている。ピエゾカバー５９によって圧電素子５８の上側には空間５８ａが形成され、圧電素子５８の自由な駆動が確保されている。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態として、インクジェットヘッドの製造方法を説明するが、まずそれに先立って、一般的に、結晶面方位が（１１０）のシリコン基材に対して結晶異方性ウエットエッチングにより凹部を形成する場合について説明する。

最初に、結晶面方位（１１０）のシリコン（Ｓｉ）基板に対して、略平行四辺形形状のエッチングマスクを用いて結晶異方性ウエットエッチングを行い、少なくとも２面が基板
表面に対して垂直の凹部を形成する場合を説明する。

図２に示すように、結晶面方位が（１１０）のシリコン基材に対して、＜２１１＞方位に各辺を持つ略平行四辺形形状のエッチングマスクのいずれかの１辺を基材の＜２１１＞方位にアライメントし、結晶異方性ウエットエッチングで凹部を形成する。

このとき略平行四辺形形状のマスクの１辺を図に示すシリコン基板のオリエンテーションフラットの＜１１０＞方位に対してγ＝５４．７４°反時計回りに回転した位置にマスクを配置する。また、図において、マスクの形状は、α＝１０９．４７°、β＝７０．５３°である。

図２に示すような形状のエッチングマスクを用いて、結晶異方性ウエットエッチングを行って得られるエッチング形状を図３、図４に示す。図３は、エッチング形状の上面図であり、図４（ａ）は、図３中のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図４（ｂ）は、図３中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図３に示すように、エッチングで形成された略平行四辺形形状の凹部の４つの壁面は（１１１）面で形成される。具体的には、図３中のＡ−Ａ線に沿って切断したときの断面は、図４（ａ）に示すように対向する１対の壁面は基材表面に対して垂直（９０°）となり、残る２面は、図３中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を図４（ｂ）に示すように、基材表面に対して３５．２６°傾いた順テーパ面となる。

なお、このとき、さらにウエットエッチングを進めると、この凹部の４つの壁面は、すべて基材表面に対して垂直な（１１１）面に形成される。

次に、結晶面方位（１１０）のシリコン基板に対して略平行四辺形形状のエッチングマスクを前述した例とは異なる位置に配置して結晶異方性ウエットエッチングを行い、凹部を形成する場合について説明する。

結晶面方位が（１１０）のシリコン基材に対して、＜１１０＞方位と＜２１１＞方位との対向する１対の辺を持つ略平行四辺形形状のエッチングマスクの＜１１０＞方位のいずれかの１辺を基板の＜１１０＞方位にアライメントして結晶異方性ウエットエッチングを行い凹部を形成する。

例えば、図５に示すように、結晶面方位（１１０）のシリコン基材に対して略長方形形状のエッチングマスクをシリコン基材のオリエンテーションフラットの＜１１０＞方位に平行に（すなわち、図２のγ＝０°とした場合に相当）配置する。

このようなエッチングマスクを用いて結晶異方性ウエットエッチングを行って形成される凹部の形状を図６に斜視図で示す。この凹部の断面はＶ字形状であり、その壁面は（１１１）面となる。

図６中に示すＡ面で切った断面図を図７（ａ）に示し、図６中に示すＢ面で切った断面図を図７（ｂ）に示す。また、図７（ａ）のＶ字形状の断面を図７（ｃ）に拡大して示すように、この凹部の深さＤは、＜２１１＞方位のマスク開口幅Ｗで規定できる。すなわち、図７（ｃ）に示すように、Ｄ＝（Ｗ／２）×ｔａｎ３５．２６°となる。

本発明は、上で説明した２種類の結晶異方性ウエットエッチングを組み合わせることで高密度な圧力室配置の液体吐出ヘッドを低コストで製造することを可能にしたものである。すなわち、本発明は以下の内容を組み合わせたものである。

（ａ）製造コストダウンのために、ウエットエッチングを利用する。

（ｂ１）圧力室を高密度配置で形成するために、結晶面方位が（１１０）のシリコン基材に対して、＜２１１＞方位に各辺を持つ略平行四辺形形状のいずれかの１辺を、基材の＜２１１＞方位にアライメントしたエッチングマスクを用い、結晶異方性ウエットエッチングにより、２つの壁面が基材表面に垂直で、かつ残りの２面
が順テーパ面である凹部を形成する。

（ｂ２）絞り形成のために、結晶面方位が（１１０）のシリコン基材に対して＜１１０＞方位と＜２１１＞方位とに対向する１対の辺を持つ略平行四辺形形状の＜１１０＞方位のいずれかの１辺を基材表面の＜１１０＞方位にアライメントしたエッチングマスクを用い、結晶異方性ウエットエッチングにより断面はＶ字形状で、深さはマスク開口で規定される凹部を形成する。

以上の（ａ）、（ｂ１）、（ｂ２）を組み合わせることで、高密度な圧力室配置の液体吐出ヘッドを低コストで製造することができる。

なお、ここで高密度な圧力室配置というのは、垂直壁を基材に対して作ることができれば、その圧力室の隔壁サイズを小さくすることができ、高密度な圧力室配置を実現することができ、高密度なノズル配置につなげることができるという意味である。また、低コストというのは、真空装置を使うようなドライエッチング装置などを用いてシリコン基板を加工するようなものではなく、ウエットエッチングを用いているため、例えば、１回で２５枚程度のウエハを加工することができ、低コストで製造することができるという意味である。

また、さらに次の工程を組み合わせることで、絞りの形状、寸法、寸法精度を確保することができる。

（ｃ）絞りの形状、寸法、寸法精度確保のために、
（ｃ１）絞り以外の凹部を形成した後、
（ｃ２）基材にエッチング保護膜を形成し、
（ｃ３）絞り以外の加工済み凹部に、絞り形成用のマスクをアライメントしてフォトリソグラフィーを行い、
（ｃ４）最後に、絞りを形成して流路を連通させる。

この（ｃ）の工程の特徴としては、まず第１に、絞りよりも深さの深い凹部を形成した後で、最後に絞りを形成するようにしていること。第２に、前記工程（ｃ２）の保護膜を、工程（ｃ４）でのエッチングマスクとして用いる他に、工程（ｃ１）で加工済みの絞り以外の凹部と絞りとを連結させるエッチングでの絞りの長さ方向のエッチング保護としても利用していること。またさらに、第３として、上記工程（ｃ３）での絞り形成用マスクは、絞りを連通させたい凹部にオーバーラップするよう設計しておくようにしていることである。

この（ｃ）の工程によれば、絞りの深さを、絞り形成用マスクの開口寸法で規定でき、絞りの長さを上記工程（ｃ３）のマスク寸法（正確には２つの流路の壁の間の距離）で規定できるので、絞りの形状、寸法、寸法精度を確保することができる。

総じて、上記（ａ）、（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｃ）を組み合わせて行うことにより、製造コストダウンと、圧力室の高密度配置、及び絞りの形状、寸法、寸法精度確保とを同時に実現することができる。

以下、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法について、特に図１に示すインクジェットヘッドの下側部分を構成するインク供給路５４、圧力室５２、及び絞り５３の製造工程についてより具体的に説明する。

面方位が（１１０）の単結晶シリコン基板に対して、略平行四辺形形状のエッチングマスクを図２に示すように基板の＜２１１＞方向にアライメントし、インク供給路５４と圧力室５２を結晶異方性ウエットエッチングにより形成した後、基板を熱酸化したの窒化珪素膜を形成して、後述するエッチング時のエッチング保護膜を形成し、最後に略長方形形状のエッチングマスクを図５に示すように基板の＜１１０＞方向にアライメントし、前述の保護膜を用いた結晶異方性ウエットエッチングすることで、２つの（１１１）面からなるＶ字形状断面の絞りを形成し、前記インク供給路５４と圧力室５２とを連通させる。このとき絞りをウエットエッチングする際に、その長さ方向のウエットエッチングを前述の保護膜でストップすることができる。

まず、面方位が（１１０）の単結晶シリコン基板に対して、略平行四辺形形状のエッチングマスクを用い、結晶異方性ウエットエッチングによりそれぞれインク供給路５４及び圧力室５２となる２つの凹部を形成する。次に、この２つの凹部に対して、これらを連通する絞りを形成する。

図８に、加工済みの２つの凹部であるインク供給路５４と圧力室５２に対する、絞り５３を形成するための絞り形成用マスク６０の位置関係を示す。

以下、インク供給路５４、圧力室５２、及び絞り５３の製造工程を図９〜図１５を用いて詳細に説明する。

なお、以下の図９〜図１５は、いずれもそれぞれ（ａ）は上面図であり、（ｂ）は例えば図１５（ａ）（あるいは図８）に示すような互いに連通するインク供給路５４と絞り５３と圧力室５２に沿って切り開いた断面図である。

まず図９（特に図９（ｂ））に示す工程（１）において、面方位が（１１０）のシリコン（Ｓｉ）基板７０を用意し、両面研磨した後、熱酸化してシリコン基板７０全面に酸化シリコン膜７２を１５００Å（オングストローム）の厚みで形成する。続けて、ウエットエッチャントである水酸化カリウム水溶液のエッチングに対して高い耐久性を示す窒化シリコン膜７４をＣＶＤ法で１０００Å（オングストローム）の厚みで形成する。これらの酸化シリコン膜７２及び窒化シリコン膜７４は、後述する図１１において説明するインク供給路５４及び圧力室５２を形成するウエットエッチングでのエッチングマスクとして用いられる。なお、酸化シリコン膜７２は、窒化シリコン膜７４の応力緩和の機能を有している。

次に図１０に示す工程（２）において、インク供給路５４と圧力室５２となる凹部を形成するための略平行四辺形形状のウエットエッチングマスク７６をシリコン基板７０の＜２１１＞方向にアライメントしてフォトリソグラフィーで形成する。

具体的には、シリコン基板７０上（正確には、上記工程（１）で形成済みの窒化シリコン膜７４上）に、スピンコート法で感光性フォトレジストを塗布して、インク供給路５４と圧力室５２の形成用フォトマスクで感光性フォトレジストをパターニングする。その後、パターニング済みレジストマスクを用いて、工程（１）で形成した窒化シリコン膜７４と酸化シリコン膜７２とをパターニングする。そして、最後に感光性フォトレジストをレジスト剥離液や酸素プラズマなどで除去して、インク供給路５４と圧力室５２とをウエットエッチングするための開口を形成し、図１０（ｂ）に示すようにシリコン表面７０ａを露出させ、図１０（ａ）に示すような略平行四辺形形状のウエットエッチングマスク７６を形成する。

窒化シリコン膜７４のパターニングには熱リン酸を用い、酸化シリコン膜７２のパターニングにはフッ素ウエットエッチャントを用いて、それぞれウエットエッチングする。また、それぞれの膜のパターニングにはドライエッチングを用いても良い。窒化シリコン膜７４のドライエッチングでは、ＣＦ_４、ＣＦ_４＋Ｈ_２、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨＦ_３などのフッ素系エッチングガスを用いることができる。酸化シリコン膜７２のドライエッチングでは、ＣＦ_４＋Ｈ_２、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素系エッチングガスを用いることができる。

次に、図１１に示す工程（３）において、結晶異方性ウエットエッチングを用いて、インク供給路５４となる凹部５４ａ及び圧力室５２となる凹部５２ａを形成する。

ウエットエッチングでは、（１１１）面と他の結晶面とでエッチングレートの差が大きい、水酸化カリウム水溶液がエッチャントとして適している。一般的に、水酸化カリウム水溶液の場合、（１１１）面と（１００）面とのエッチングレートの比は、Ｒ（１００）／Ｒ（１１１）＝４００であり、Ｒ（１１０）＞Ｒ（１００）＞＞Ｒ（１１１）である。

エッチング深さは時間管理で行う。水酸化カリウム水溶液のエッチングレートは、６０〜８０℃のエッチャント温度において、０．５〜２．０μｍ／ｍｉｎである。面方位が（１１０）のシリコン基板７０を、濃度が４０％、温度が７０℃の水酸化カリウム水溶液（エッチングレートは約１．７μｍ／ｍｉｎ）を用いて、高さ１００μｍの圧力室５２となるべき凹部５２ａを６０ｍｉｎ程度で形成できる。

また、エッチング条件、すなわちエッチャント種類や温度、濃度あるいは攪拌状態に依存して、エッチングレートが変化するので、所望の深さでエッチングを停止できるようにエッチストップ層を設けるようにしてもよい。

なお、２つの凹部の壁面は（１１１）面で形成されており、対向する１対の面は基板表面に対して垂直な（１１１）面であり、他方の１対の面は基板表面に対して３５．２６°傾いた順テーパ面である。

次に、図１２に示す工程（４）において、上記工程（３）で用いたウエットエッチングマスクである窒化シリコン膜７４と酸化シリコン膜７２とを上記工程（２）で記述した方法でそれぞれ除去する。次に、シリコン基板７０を熱酸化してシリコン基板７０全面に酸化シリコン膜８２を１５００Å（オングストローム）の厚みで形成し、続けて窒化シリコン膜８４をＣＶＤ法で１０００Å（オングストローム）の厚みで形成する。

この酸化シリコン膜８２及び窒化シリコン膜８４は、後述する図１４における工程（６）でのウエットエッチングのエッチングマスクとして用いる他にエッチング保護膜として利用される。

具体的には、上記工程（３）で加工済みのインク供給路５４となる凹部５４ａと圧力室５２となる凹部５２ａにおいて、後述する工程（６）でウエットエッチングをしたくない部分をウエットエッチャントに暴露されてもエッチングが進まないように保護する。

次に、図１３に示す工程（５）において、インク供給路５４（となる凹部５４ａ）と圧力室５２（となる凹部５２ａ）とを連通させる絞り５３（となる凹部）を形成するために、略平行四辺形形状のウエットエッチングマスクを＜１１０＞方向にアライメントしてフォトリソグラフィーで形成する。

なお、このウエットエッチングマスクは、インク供給路５４となる凹部５４ａ及び圧力室５２となる凹部５２ａとを確実に連通するために、凹部５４ａおよび凹部５２ａのそれぞれとその一部がオーバーラップするように、エッチングマスクの連通方向の開口が、絞り５３となる凹部の連通方向の開口の長さよりも長く形成される。

具体的には、シリコン基板７０上（正確には上記工程（４）で形成済みの窒化シリコン膜８４上）に、スピンコート法またはスプレーコート法で感光性フォトレジストを塗布して絞り形成用フォトマスクで感光性フォトレジストをパターニングする。その後パターニング済みレジストマスクを用いて、工程（４）で形成した窒化シリコン膜８４と酸化シリコン膜８２とをパターニングする。そして最後に感光性フォトレジストをレジスト剥離液や酸素プラズマなどで除去して、絞りをウエットエッチングするための開口を形成し、図１３（ｂ）に示すように、シリコン基板表面７０ｂを露出させる。

絞り形成用フォトマスクにおいて、絞りパターンのサイズはインク供給路５４（となる凹部５４ａ）と圧力室５２（となる凹部５２ａ）との距離よりも大きく設計し、フォトリソグラフィーでパターニング後に、絞りパターン形状のフォトレジストが、図１３（ａ）に示すように、加工済みのインク供給路５４（となる凹部５４ａ）と圧力室５２（となる凹部５２ａ）とそれぞれオーバーラップする部分８６ａ、８６ｂを有するように形成する。このようにオーバーラップ部８６ａ、８６ｂを設けることで、工程（４）のウエットエッチングにおいて３つの流路（インク供給路５４と絞り５３と圧力室５２）とを連通できる。インク供給路５４と絞り５３とのオーバーラップ量（オーバーラップ部８６ａの幅）と、圧力室５２と絞り５３とのオーバーラップ量（オーバーラップ部８６ｂの幅）は、ともに２μｍ以上とる必要があり、好ましくは、５μｍ程度必要である。

これは、オーバーラップ量が２μｍ未満の場合、絞りパターンのフォトリソグラフィー時に２つの連通部分のうち、少なくとも１方が連通しない場合が生じるからである。この際、非連通部分を連通させようとして過剰にエッチングを行うと、（１１１）面のエッチングが進行し、所望の形状、寸法、寸法精度を有する絞りを加工することができなくなってしまう。従ってオーバーラップ量は２μｍ以上とる必要がある。

なお、このオーバーラップ量は２μｍ以上とる必要があるが、オーバーラップ部８６ａ、８６ｂが、それぞれ凹部５４ａ、５２ａの一つの辺（壁面）とぶつかった後、その隣の辺（壁面）にぶつかるまではオーバーラップさせないようにする。他のエッチングに影響を与えないようにするためである。

加工済み凹部にレジストがオーバーラップする部分は、工程（３）での順テーパ面であり、その深さが２０μｍ以上であれば、スプレーコート法を用いて基板表面に均一にレジストを塗布することが好ましい。

なお、スプレーコート法を用いて段差のある形状にレジストを塗布した場合、段差の形状によっては、レジストで被覆したい部分を完全に被覆することは困難である。特に、垂直壁をレジストで被覆することは困難である。レジストで被覆された部分の下部にある窒化シリコン膜と酸化シリコン膜、または酸化シリコン膜は次の工程（６）におけるウエットエッチングのエッチング保護膜として機能する。

本実施例においては、基板表面と（１１１）面からなる順テーパ面には、レジストを塗布できる。しかし、（１１１）面からなる順テーパ面と、（１１１）面からなる基板に垂直な面（１対の順テーパ面のうち、絞りパターンが形成される側の順テーパ面近傍の垂直壁面）にはレジストの塗布が困難である。

前述のテーパ面と垂直面へのレジスト塗布が不完全であって、レジストのパターニング後（窒化シリコン膜のパターニング前）に窒化シリコン膜が露出した場合は、窒化シリコン膜のパターニングを工程（２）に記載のガス種を用いて基板バイアスを印加しながらのドライエッチングで行うことが好ましい。前述のドライエッチングでは、反応性ガスはテーパ面または基板表面へ衝突するが、垂直壁へは衝突しにくいので、垂直壁で窒化シリコン膜が露出していても、膜のエッチングはそれ程進行することはなく、窒化シリコン膜のパターニング後に垂直壁の窒化シリコン膜を残すことができる。然る後の酸化シリコン膜のパターニングも工程（２）に記載のガス種を用いて、基板バイアスを印加しながらのドライエッチングで行うことで酸化シリコン膜のパターニング後に前述の垂直壁にある酸化シリコン膜を残すことができる。

一方、順テーパ部分で絞り形状パターンのオーバーラップ部分はレジストで被覆され、かつレジストのパターニング時に露光されるので、レジストのパターニング後に窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とが露出しやすい。しかし、仮に露出してもテーパ面は（１１１）面で形成されているので、工程（６）でのウエットエッチングの際に、形成済みの（１１１）面のエッチングは、本発明で想定する絞りをウエットエッチングする時間（〜３０分程度）ではほとんどエッチングが進行せず、形状が崩れる影響は少ない。

レジストのパターニング後にレジストで被覆したい部分が完全に被覆されている場合は、工程（４）で形成した窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とはともにウエットエッチングでパターニングしてもよい。その場合の窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とのウエットエッチングによるパターニング方法は、工程（２）で述べたとおりである。

次に、図１４に示す工程（６）において、結晶異方性ウエットエッチングを用いて絞り５３となる凹部５３ａを形成する。ウエットエッチングの条件（すなわち、エッチャントの種類やその温度や濃度）は工程（３）で述べたとおりである。

なお、面方位が（１１０）のシリコン基板を濃度が４０％、温度が７０℃の水酸化カリウム水溶液（エッチングレートは約１．７μｍ／ｍｉｎ）を用いて、開口幅が１００μｍの絞り５３（深さは約３５μｍ）を２０ｍｉｎ程度で形成することができる。

本発明における絞りパターンの形状と配置（＜１１０＞方位へのアライメント）とを用いれば、エッチングで形成される２つの（１１１）面がぶつかり合った時点でエッチングは自動的に停止するので、絞りの深さ方向へのエッチングストップ層を設ける必要がない。

また、絞り５３の長さ方向は、工程（４）で述べたエッチング保護膜によって長さ方向へのエッチストップがなされるので、工程（２）で用いるフォトマスク上でインク供給路５４と圧力室５２との距離で規定できる。

インク供給路５４と絞り５３との連結部分でインク供給路５４側のテーパ面の一部と、圧力室５２と絞り５３との連結部分で圧力室５２側のテーパ面の一部とは、絞り５３形成のためのウエットエッチング時にエッチャントに暴露されている。しかし、ともに（１１１）面で形成されており、エッチングがそれ程進行しない。また、仮にエッチングが進行したとしても、前述した２つの部分は絞り５３の深さよりも深い位置でエッチングが進行するので、絞り５３の長さ方向に影響を与えることはない。

最後に、図１５に示す工程（７）において、窒化シリコン膜８４と酸化シリコン膜８２を剥離し、インク供給路５４、圧力室５２及びこれらを連通する絞り５３を形成する。

これら２つの膜の剥離方法は、工程（２）で述べたとおりである。流路の内面を親水化処理や耐インク処理を施す必要がある場合は、例えば、加工済みシリコン基板を熱酸化して表面に酸化シリコン膜を形成すればよい。処理で施す材料は、酸化シリコン膜以外に窒化シリコン膜や炭化珪素膜などでもよく、その形成方法は、拡散法やＣＶＤ法あるいはスパッタ法などを用いてもよい。

このようにして、図１におけるインク供給路５４、絞り５３及び圧力室５２の部分が形成される。これに対して、圧力室５２にノズル流路５１ａを形成し、別途ノズル５１が形成されたノズルプレートを圧力室５２の下側に貼り付けるとともに、圧力室５２の上側には振動板５６及びその上に圧電素子５８及びピエゾカバー５９を貼り付けることによってインクジェットヘッドが形成される。なお、ノズル５１や圧電素子５８等の形成方法については特に限定されるものではない。

以上説明したように、本実施形態によれば、絞り以外のインク供給路や圧力室等となる凹部を先に形成した後で、最後に絞りを形成するようにしており、また絞りのパターンは絞り以外の凹部にオーバーラップさせるようにしている。

そのため、絞り以外の凹部の加工面が絞りの深さよりも深い位置にあるので、絞りをエッチングする際に、絞りよりも深い位置でエッチングが進行し、絞りの長さ方向の寸法に影響を与えにくい。また、絞り部分（の特に流路連結部分）が長時間エッチャントに暴露されないので形状を保持しやすいという利点もある。その結果、絞りの形状、寸法、寸法精度を確保することができる。また、同時に製造コストの低減及び圧力室の高密度配置を実現することができる。

以上、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法により製造された液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドの圧力室付近を示す断面図である。 面方位（１１０）のシリコン基板を結晶異方性ウエットエッチングする際のエッチングマスクの例を示す説明図である。 図２のエッチングマスクを用いてエッチングしたエッチング形状を示す上面図である。 （ａ）は、図３中のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は、図３中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 面方位（１１０）のシリコン基板を結晶異方性ウエットエッチングする際のエッチングマスクの他の例を示す説明図である。 図５のエッチングマスクを用いてエッチングしたエッチング形状を示す斜視図である。 （ａ）は図６中のＡ面による断面図であり、（ｂ）は図６中のＢ面による断面図であり、（ｃ）は図７（ａ）のＶ字形状部分の拡大図である。 加工済みのインク供給路と圧力室となる２つの凹部と、絞りを形成するための絞り形成用マスクとの位置関係を示す説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 同じく本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 同じく本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 同じく本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 同じく本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 同じく本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 同じく本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 従来のインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図である。

符号の説明

５０…インクジェットヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…絞り、５４…インク供給路、５５…共通液室、５６…振動板、５８…圧電素子、５９…ピエゾカバー、７０…シリコン基材、７２…酸化シリコン膜、７４…窒化シリコン膜、７６…ウエットエッチングマスク

Claims (1)

1. 液体供給路から絞りを介して圧力室に供給された液体を、圧力室に連通する吐出口から吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   結晶面方位（１１０）のシリコン基板の表面に対して、垂直な対向する２つの（１１１）面と、傾斜した２つの（１１１）面とを壁面に有する、前記液体供給路及び前記圧力室を形成する２つの第１の空間を異方性エッチングにより形成し、
   前記２つの第１の空間が形成された前記シリコン基板にエッチング保護膜を形成し、
   前記シリコン基板の表面に対して傾斜した２つの（１１１）面を壁面に有し、前記２つの第１の空間同士を連通させる前記絞りを形成する第２の空間を形成するためのエッチングマスクを、前記連通方向の開口の長さが前記第２の空間の前記連通方向の長さよりも長く、前記２つの第１の空間とそれぞれ一部がオーバーラップするように形成し、
   前記エッチングマスクを用いて、異方性エッチングを行い、前記第２の空間を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

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