JP5725664B2 - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ストレート部とテーパ部とを有するノズルを備えるノズルプレートの製造方法に関する。

一般に、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドは、複数のノズル（ノズル孔ともいう）が形成されたノズルプレートを備えている。インクジェットヘッドは、例えば圧電素子や発熱素子などから与えられる吐出エネルギーを利用して圧力室内のインクを加圧することで、圧力室に連通するノズルからインク滴をそれぞれ吐出して記録媒体上に記録を行う。

ノズルプレート（ノズル形成基板ともいう）には、ノズル開口と、ノズル開口から垂直方向に延びて形成されたストレート部と、このストレート部のノズル開口とは反対側に形成され、ストレート部に対して傾斜した略漏斗状のテーパ部と、を含むノズルが形成されているものが良く知られている。ストレート部とテーパ部との間に略直角の段差が形成されていないので、インクに気泡が残留している場合であってもこの気泡が段差部に残留して吐出性能を低下させることが防止される。これにより、スムーズなインク液滴の吐出が可能となる。

このようなノズルプレートは、例えば、表面が＜１００＞面である単結晶シリコン基板の第１の面をエッチングして将来的にストレート部となる凹部を形成（フォトリソグラフィー）する第１の工程と、凹部の内面を含む第１の面の全面にエッチングマスク層を形成する第２の工程と、凹部の底面におけるエッチングマスク層を除去して単結晶シリコンを露出させる第３の工程と、凹部の底面を異方性ドライエッチングにより掘り下げて掘り下げ部を形成する第４の工程と、掘り下げ部の内面に対して単結晶シリコン基板の結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングを施して、略正８面体の空洞部を形成する第５の工程と、単結晶シリコン基板を第１の面の反対側の面である第２の面側から空洞部に達するまで薄型化（研磨等）して空洞部の一部をテーパ部とする第６の工程と、を経て形成される（特許文献１参照）。特許文献１に記載のノズルプレートの製造方法では、フォトリソグラフィ工程を１回しか行わないのでノズルのストレート部とテーパ部とは同軸に形成される。その結果、ストレート部とテーパ部との位置ずれが防止される。

特開２０１１−３７０５３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のノズルプレートの製造方法では、第４工程及び第５工程で実行される各種エッチングのエッチング量（エッチングの深さ、エッチング時間）に応じて、ノズルのストレート部とテーパ部との長さ（ノズルプレートの厚み方向の長さ）が変わる。このため、ストレート部及びテーパ部のそれぞれの長さにばらつきが生じるおそれがある。

また、第６工程において単結晶シリコン基板を第２の面側から薄型化してテーパ部を形成しているが、この際にテーパ部のエッジが欠けるおそれがある。

本発明の目的は、ノズルのストレート部及びテーパ部を高精度に形成可能なノズルプレートの製造方法を提供することにある。

本発明の目的を達成するためのノズルプレートの製造方法は、酸化膜の一面側に面方位が＜１００＞の第１シリコン基板と、面方位が＜１１１＞の第２シリコン基板とを順番に積層してなる積層基板の第２シリコン基板上に、第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、積層基板のノズルを形成すべき位置に、第１保護膜、第２シリコン基板、及び第１シリコン基板を貫通して酸化膜の一面まで達する非貫通穴を形成することで、第２シリコン基板にノズルのストレート部を形成する非貫通穴形成工程と、非貫通穴を形成する第１シリコン基板、第２シリコン基板、及び第１保護膜のそれぞれの内面に第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、第１保護膜及び第２保護膜をマスクとして、非貫通穴を通して酸化膜をエッチングすることで、酸化膜と対向する第１シリコン基板の対向面における非貫通穴の開口周縁部を露呈させる酸化膜エッチング工程と、酸化膜、第１保護膜、及び第２保護膜をマスクとして、第１シリコン基板を開口周縁部から第２シリコン基板に達するまで結晶異方性エッチングする結晶異方性エッチング工程であって、結晶異方性エッチングにより露呈された第１シリコン基板の＜１１１＞面により、ストレート部に連通しかつこのストレート部に近づくのに従って次第に先細りとなるノズルのテーパ部を形成する結晶異方性エッチング工程と、第１保護膜及び第２保護膜を除去する保護膜除去工程と、
酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、を有することを特徴とする。

本発明によればテーパ部及びストレート部の長さ（ノズルプレートの厚み方向の長さ）を、第１及び第２シリコン基板の厚みで決定することができる。また、研磨によらずテーパ部を形成することができる。さらに、１枚のマスク（１回のフォトリソグラフィー）で積層基板の一面側からの加工によりノズル形成が可能である。

酸化膜エッチング工程は、酸化膜にベーパエッチング又はウェットエッチングを施して、酸化膜に非貫通穴と同軸の第１開口部を形成するものであり、酸化膜エッチング工程でのエッチング時間を調整して第１開口部の開口径の大きさを調整することにより、テーパ部の開口径の大きさを決定することが好ましい。これにより、テーパ部の開口径の大きさを高精度に制御することができる。

第１シリコン基板の厚みを調整することにより、テーパ部の長さを決定することが好ましい。これにより、テーパ部の長さを高精度に制御することができる。

第２シリコン基板の厚みを調整することにより、ストレート部の長さを決定することが好ましい。これにより、ストレート部の長さを高精度に制御することができる。

結晶異方性エッチング工程では、第２シリコン基板が第１シリコン基板を結晶異方性エッチングする際のエッチングストッパとして機能することが好ましい。これにより、第１シリコン基板のみにテーパ部を形成することができる。

非貫通穴形成工程では、非貫通穴を丸孔形状に形成することが好ましい。これにより、ノズルのストレート部を丸孔形状に形成することができるので、ノズルの吐出性能を安定させることができる。

非貫通穴形成工程は、ノズルを形成すべき位置に第２開口部を有するレジストパターン層を第１保護膜上に形成するレジストパターン層形成工程と、レジストパターン層をマスクとして第１保護膜、第２シリコン基板、及び第１シリコン基板を順番にドライエッチングして、非貫通穴を形成するドライエッチング工程と、レジストパターン層を除去するレジストパターン層除去工程と、を有することが好ましい。これにより、積層基板に非貫通穴を形成することができる。

第２保護膜形成工程は、非貫通穴の内部と第１保護膜上とに第２保護膜を形成する第２保護膜全面形成工程と、第２保護膜全面形成工程で形成された第２保護膜に異方性エッチングを施して、第１保護膜上に形成された第２保護膜と、非貫通穴の底部に形成された第２保護膜とを除去する選択エッチング工程と、を有することが好ましい。これにより、非貫通穴を形成する内側面のみを第２保護膜で覆うことができる。

積層基板は、第３シリコン基板上に酸化膜及び第１シリコン基板を順番に積層してなるＳＯＩ基板と、ＳＯＩ基板の第１シリコン基板上に積層された第２シリコン基板とを有するものであり、保護膜除去工程と酸化膜除去工程との間に、第３シリコン基板を除去する第３シリコン基板除去工程を有することが好ましい。これにより、ＳＯＩ基板を用いてノズルプレートを製造することができる。

第１保護膜形成工程の前に、積層基板を準備する積層基板準備工程を有することが好ましい。

酸化膜は、ＳｉＯ_２膜であることが好ましい。

第１保護膜及び第２保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３のいずれかであることが好ましい。

本発明のノズルプレートの製造方法は、面方位が異なる第１シリコン基板及び第２シリコン基板を酸化膜上に積層してなる積層基板を用いて、この積層基板の第１及び第２シリコン基板にそれぞれノズルのテーパ部、ストレート部を形成するので、テーパ部及びストレート部の長さ（ノズルプレートの厚み方向の長さ）を、第１及び第２シリコン基板の厚みで決定することができる。これにより、テーパ部及びストレート部の長さを高精度に管理することができる。また、研磨によらずテーパ部を形成することができるので、テーパ部の開口のエッジが欠けることが防止される。さらに、１枚のマスク（１回のフォトリソグラフィー）で積層基板の一面側からの加工によりノズル形成が可能であるので、テーパ部とストレート部との位置ずれが防止される。その結果、ノズルのストレート部とテーパ部とを高精度に形成することができる。

本発明のインクジェットヘッドの断面図である。 インクジェットの製造工程の工程フローである。 非貫通穴形成工程の工程フローである。 第２保護膜形成工程の工程フローである。 積層基板準備工程を説明するための説明図である。 第１保護膜形成工程を説明するための説明図である。 非貫通穴形成工程のレジストパターン層形成工程を説明するための説明図である。 非貫通穴形成工程の第１及び第２ドライエッチング工程を説明するための説明図である。 非貫通穴形成工程のレジスト剥離工程を説明するための説明図である。 第２保護膜形成工程の第２保護膜全面形成工程を説明するための説明図である。 第２保護膜形成工程の選択エッチング工程を説明するための説明図である。 ＢＯＸ層エッチング工程を説明するための説明図である。 結晶異方性エッチング工程を説明するための説明図である。 結晶異方性エッチング処理後のテーパ部の正面図である。 結晶異方性エッチング処理後のテーパ部の斜視図である。 第１及び第２保護膜除去工程を説明するための説明図である。 ダミー基板貼付工程を説明するための説明図である。 ハンドル層除去工程、ＢＯＸ層除去工程を説明するための説明図である。 流路基板貼付工程を説明するための説明図である。 圧電素子形成工程を説明するための説明図である。 ダミー基板除去工程を説明するための説明図である。 インクジェット記録装置の概略図である。 印字部を上面側から見た上面図である。 インクジェットヘッドのノズル面の概略図である。 インクジェットヘッドへのインクの供給系を示す概略図である。 インクジェット記録装置の電気的構成を示すブロック図である。

［インクジェットヘッドの全体構成］
インクジェットヘッド１０の断面を示す図１において、インクジェットヘッド１０は、複数のノズル１２が形成されたノズルプレート１３と、圧力室１４や共通流路（図示せず）等の流路が形成された流路基板１５と、振動板１６と、圧電素子１７と、を含んで構成されている。

ノズル１２は、ノズル開口１９と、ストレート部２０と、テーパ部２１とを含んで構成されている。ノズル開口１９は、ノズルプレート１３（インクジェットヘッド１０）のノズル面１３ａ側に開口している。ストレート部２０は、ノズル開口１９から垂直方向（ノズルプレート１３の厚み方向）に延びた丸孔形状を有している。テーパ部２１は、ストレート部２０におけるノズル開口１９とは反対側に形成されており、略漏斗形状（略四角錐形状）を有している（図１３〜図１５参照）。このテーパ部２１は、ストレート部２０に連通しており、ストレート部２０に近づくのに従って次第に先細りとなる。

ノズルプレート１３は、第１活性層（第１シリコン基板）２３と、第２活性層（第２シリコン基板）２４とを含んで構成されている。第１活性層２３はテーパ部２１を有している。第２活性層２４は、ノズル開口１９（ノズル面１３ａ）とストレート部２０と有している。なお、図示は省略するが、ノズル面１３ａに周知の撥液膜が形成されていてもよい。

流路基板１５は、圧力室１４の側壁部を構成する。また、流路基板１５は、共通流路（図示せず）から圧力室１４にインクを導く個別供給路の絞り部（最狭窄部）としての供給口（図示せず）を形成している。なお、説明の便宜上、図１では流路基板１５を簡略的に図示しているが、流路基板１５は１枚又は複数の基板を積層した構造である。共通流路（図示せず）は、インク供給源たるインクタンク（図示せず）と連通している。インクタンクから供給されるインクは共通流路を介して各圧力室１４に供給される。

圧力室１４の天面（図１中の上面）を構成している振動板１６上には、圧電素子１７が形成されている。圧電素子１７は、下部電極２６と圧電膜２７と上部電極２８とを含んで構成されており、駆動電圧の印加により変形する。圧電素子１７の変形に伴い振動板１６が変形して圧力室１４の容積が減少することで、圧力室１４内のインクに圧力が加わる。これにより、ノズル１２からインクが吐出される。

［インクジェットヘッド（ノズルプレート）の製造工程］
次に、図２から図４の工程フロー及び図５から図２１の説明図を用いて、インクジェットヘッド１０の製造工程、特にノズルプレート１３の製造工程について説明を行う。なお、図５から図２１では、図面の煩雑化を防止するために、インクジェットヘッド１０の記録素子の単位となる１チャンネル分のインク噴射素子のみの製造過程を図示している。

図２に示すように、インクジェットヘッド１０の製造工程３０では、大別してノズルプレート製造工程３１と、流路基板貼付工程３２と、圧電素子形成工程３３と、ダミー基板除去工程３４とが順番に実行される。

ノズルプレート製造工程３１では、大別して、積層基板準備工程３６、第１保護膜形成工程３７、非貫通穴形成工程３８、第２保護膜形成工程３９、ＢＯＸ層エッチング工程（酸化膜エッチング工程）４０、結晶異方性エッチング工程４１、第１及び第２保護膜除去工程（保護膜除去工程）４２、ダミー基板貼付工程４３、ハンドル層除去工程４４、ＢＯＸ層除去工程（酸化膜除去工程）４５が順番に実行される。

図５（Ａ）に示すように、本実施形態のノズルプレート１３は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板４８を用いて製造する。ＳＯＩ基板４８は、ハンドル層（支持層ともいう、本発明の第３シリコン基板に相当）５０上に、ＢＯＸ層（埋め込み酸化膜層ともいう、本発明の酸化膜に相当）５１、第１活性層２３を順番に積層してなる。なお、「〜上とは」は図中上方側を指し、ここではハンドル層５０から第２活性層２４に向かう方向（積層方向）側を指す。

ハンドル層５０は、面方位が＜１００＞、すなわち両面が＜１００＞面である単結晶シリコン基板である。なお、ハンドル層５０の面方位は特に限定はされない。ハンドル層５０の厚みは１００〜１０００μｍに調整される。この際に、ハンドル層５０が４００μｍ未満であるとハンドリング性が悪く基板が破損する可能性が高くなる。また、５００μｍを上回ると後工程（ハンドル層除去工程４４）でハンドル層５０の除去に要する時間が長くなり、コストアップにつながる。このため、本実施形態ではハンドル層５０の厚みを５００μｍとしたが、４００μｍ程度がより好ましい。

ＢＯＸ層５１は、例えばＳｉＯ_２で形成されている。このＢＯＸ層５１の厚みは０．１μｍ〜１０μｍに調整されるが、本実施形態では１μｍとしている。

第１活性層２３は、面方位が＜１００＞、すなわち両面が＜１００＞面である単結晶シリコン基板である。この第１活性層２３の厚みは、ノズルプレート１３の厚み方向におけるテーパ部２１の長さ（以下、単に「テーパ部２１の長さ」と略す）に応じて決定される。テーパ部２１の長さは、吐出性能から決めればよく、吐出する液滴（インク）の性質や相性から決定される。テーパ部２１の長さは、例えば０．５〜５００μｍに調整されるが、本実施形態ではインクの吐出効率などから５０μｍとしている。

＜積層基板準備工程＞
積層基板準備工程３６では、例えばシリコン基板をスライスするなどして予め形成された第２活性層２４を第１活性層２３上に積層する（貼り合せる）ことで、図５（Ｂ）に示すように積層基板５３を形成する。これにより、ＢＯＸ層５１の一面側（図中では上面側）には、第１活性層２３と第２活性層２４とが順番に積層される。また、第２活性層２４を第１活性層２３上に積層（貼りあわせる）した後に研削、研磨し所定の厚さにすればよい。第２活性層が薄い場合は、基板のハンドリング性が悪く破損の可能性が高いので、積層後、研削、研磨した方が良い。なお、積層基板５３は、メーカで製造されたものを購入してもよい。

第２活性層２４は、面方位が＜１１１＞、すなわち両面が＜１１１＞面である単結晶シリコン基板である。この第２活性層２４の厚みは、ノズルプレート１３の厚み方向におけるストレート部２０の長さ（以下、単に「ノズルプレート１３の長さ」と略す）に応じて決定される。ストレート部２０の長さは、吐出性能から決めればよく、吐出する液滴（インク）の性質、相性、吐出される液滴の方向性から決定される。ストレート部２０の長さは、例えば０．５〜５００μｍに調整されるが、本実施形態では５μｍとしている。

このように第１及び第２活性層２３，２４の厚みに応じてテーパ部２１、ストレート部２０の長さが決定される。第１及び第２活性層２３，２４の厚みは、積層基板５３（ＳＯＩ基板４８）の製造時に高精度に管理することができるので、ストレート部２０及びテーパ部２１の長さも高精度に管理することができる。

また、第２活性層２４をシリコンで形成している理由は、シリコン以外の材料を用いると熱膨張係数の違いなどの材料物性値が異なることで、ノズルプレート製造工程３１（製造工程３０）の各工程で加熱処理が実施された時にノズルプレート１３に反りが生じるためである。ノズルプレート１３に反りが生じると、ストレート部２０が直線状にならずに曲がったり、非対称に変形したりするなどの問題が発生する。このため、第２活性層２４もシリコンで形成されている。

＜第１保護膜形成工程＞
図６に示すように、第１保護膜形成工程３７では、第２活性層２４上に第１保護膜５５（マスク層ともいう）を形成する。第１保護膜５５はＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３などで形成することができるが、本実施形態ではＳｉＮで第１保護膜５５を形成した。この第１保護膜５５、すなわちＳｉＮ膜は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などで形成される。なお、ＳｉＮ膜の形成方法によっては、図中に示したように積層基板５３のハンドル層５０側の表面にも第１保護膜５５が形成される場合があるが、第２活性層２４上のみに第１保護膜５５を選択的に形成してもよい。

例えばＣＶＤ法を用いて第１保護膜５５（ＳｉＮ膜）を形成する場合には、ＬＰＣＶＤ（減圧化学気相成長）法や熱ＣＶＤ法を選択することができる。熱ＣＶＤ法を選択した場合には、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ジクロルシラン）とＮＨ_３（アンモニア）の熱反応でＳｉＮ膜を生成する。この際の反応圧力は２０〜２００Ｐａとし、加熱温度は６５０〜８００℃とすればよい。

第１保護膜５５の膜厚は、０．１〜５．０μｍ程度に調整されるが、本実施形態では０．５μｍに形成した。この第１保護膜５５の膜厚は、後工程の結晶異方性エッチング工程４１で用いられるＫＯＨなどのエッチャントとの選択比から必要な膜厚を決めれば良い。また、エッチャントとしてＫＯＨを用いた場合に、ＳｉＮは選択比が高いので必要な第１保護膜５５の膜厚を薄くすることができる。

＜非貫通穴形成工程＞
図３に示すように、非貫通穴形成工程３８では、レジストパターン層形成工程５７と、第１ドライエッチング工程５８と、第２ドライエッチング工程５９と、レジスト剥離工程（レジストパターン層除去工程）６０とが順番に実行される。なお、第１及び第２ドライエッチング工程５８，５９は、本発明のドライエッチング工程に相当するものである。

（レジストパターン層形成工程）
図７に示すように、レジストパターン層形成工程５７は、大別して、レジスト層形成ステップと、フォトリソグラフィーステップ（以下、フォトリソステップという）と、ポストベークステップとを経て、第２活性層２４上に形成された第１保護膜５５上にレジストパターン層６２を形成する。以下、特に記載がない限り「第１保護膜５５」は、第２活性層２４上に形成された第１保護膜５５を指す。

レジスト層形成ステップでは、汎用品の東京応化工業社製のＯＦＰＲシリーズやＴＳＭＲシリーズを用いて、スピンコート法やスプレーコート法などにより第１保護膜５５上にレジスト層（次のステップでレジストパターン層６２となる層）を形成する。このレジスト層の膜厚は０．１〜１０μｍに調整されるが、本実施形態では２μｍとした。次いで、レジスト層中の溶剤成分を揮発させるため、プリベークが行われる。このプリベークには、ホットプレートやオーブンを用いれば良く、本実施形態ではホットプレートを用いて１００度で２分間行った。

フォトリソステップでは、ステッパーやアライナーなどの露光装置によりマスクパターンをレジスト層に転写する、いわゆる露光を行う。この際の露光時間及び／又は露光量は、レジスト層に用いるレジストの種類、レジスト層の膜厚などから最適な値が選択される。この露光後に、専用の現像液（例えば東京応化工業のＮＭＤ−３（ＴＭＡＨ ２．３８％））を用いてレジスト層を現像する。本実施形態では現像時間を１分に設定した。これにより、レジスト層には、積層基板５３のノズル１２（ストレート部２０）を形成すべき位置に対応した位置に開口部（第２開口部）６２ａが形成される。こうして、レジストパターン層６２が形成される。

開口部６２ａは円形状（丸孔形状）に形成されている。開口部６２ａの開口径（ストレート部２０の径）は本実施形態では２０μｍに形成されている。

ポストベークステップでは、ホットプレートやオーブンなどを用いて現像処理後のレジストパターン層６２をポストベークする。本実施形態では、ホットプレートにより１２０度で３分間のポストベークを行った。以上で、第１保護膜５５上に、ノズル１２（ストレート部２０）を形成すべき位置に開口部６２ａを有するレジストパターン層６２が形成される。

（第１ドライエッチング工程）
図８に示すように、第１ドライエッチング工程５８では、周知のドライエッチング装置により、レジストパターン層６２をマスクとして第１保護膜５５に対してドライエッチング処理を施す。このドライエッチング処理にはフッ素系のガスが用いられる。ドライエッチング処理により、レジストパターン層６２の開口部６２ａの形状が第１保護膜５５に転写される。これにより、第１保護膜５５には、積層基板５３のノズル１２（ストレート部２０）を形成すべき位置に対応する位置に開口部５５ａが形成される。開口部５５ａは、開口部６２ａと同形状、すなわち円形状（丸孔形状）に形成される。

（第２ドライエッチング工程）
引き続き、第２ドライエッチング工程５９では、レジストパターン層６２及び第１保護膜５５をマスクとして、ドライエッチング装置により第２活性層２４、第１活性層２３に順番にドライエッチング処理を施す。

この際に、第１及び第２活性層２３，２４（すなわち、面方位＜１００＞、＜１１１＞の単結晶シリコン基板）は、ドライエッチング法を用いれば面方位に関係なくエッチング加工が可能である。ドライエッチングは、例えばボッシュプロセスを用いても良い。また、ＳＦ_６などのフッ素ガスによるエッチング工程と、Ｃ_４Ｆ_８などのフッ素ガスによるポリマー堆積工程とを交互に繰り返して行うことで垂直な孔加工を行うことができる。なお、この場合には、いわゆるスキャロップといわれる規則的な凹凸が形成されるので、エッチングとポリマー堆積とのそれぞれの工程の時間を短くするなどの工夫が必要となる。

また、ドライエッチングには、ＳＦ_６、ＣＦ_４ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_８などのフッ素系ガスのうちの少なくとも１種類以上のガスと、酸素とをエッチングガスとして用いることもできる。さらに、不活性ガスとしてＡｒ，Ｎ_２、Ｈｅなどを添加してもよい。この方法を用いればスキャロップの問題はないが、エッチングガスに酸素を用いるため、マスクとして使用するレジスト（レジストパターン層６２）との選択比を考慮して、予め厚めなレジストパターン層６２を形成する必要がある。ＳＦ_６と酸素を１：１で混合するエッチング条件によりドライエッチングを行うことで、垂直な孔加工が可能である。

このようなドライエッチング処理により、開口部６２ａ及び開口部５５ａと同形状同形状［円形状（丸孔形状）］の穴がＢＯＸ層５１の一面側（図中では上面側）に向けて垂直に掘り下げられる。このドライエッチングは、ＳｉＯ_２で形成されたＢＯＸ層５１によりストップされる。すなわち、ＢＯＸ層５１がドライエッチングのエッチングストッパとして機能する。こうして、積層基板５３のノズル１２を形成すべき位置に、第１保護膜５５、第２活性層２４、及び第１活性層２３を貫通してＢＯＸ層５１の一面に達する非貫通穴６４（開口部５５ａを含む）が形成される。なお、第１及び第２活性層２３，２４は共にシリコンであるので一括で加工が可能である。

非貫通穴６４を形成することで、この非貫通穴６４の一部としてストレート部２０が第２活性層２４に形成される。このストレート部２０の長さは第１活性層２３の厚みに応じて決定される。また、非貫通穴６４は丸孔形状に形成されるので、ストレート部２０も丸孔形状（断面円形状）に形成される。

ここで、第２活性層２４として面方位＜１１０＞の単結晶シリコン基板を用いた場合は、四角孔形状（断面四角形状）のストレート部が形成される。ストレート部が四角孔形状であると、液滴吐出時に四角形の角の部分と他の部分との流速が異なってしまうので、ゴミの付着や固化の原因となり好ましくない。

これに対して、本実施形態のように第２活性層２４として面方位＜１１１＞の単結晶シリコン基板を用い、さらにフォトリソグラフィにより開口部６２ａの形状を調整することで、ストレート部２０の形状を自由に決定することができる。特にストレート部２０を丸孔形状とすることでノズル１２の吐出性能を安定させることができる。なお、ここでいう丸孔形状には断面楕円形状も含まれる。

（レジスト剥離工程）
図９に示すように、レジスト剥離工程６０では、アッシングや専用の剥離液を用いてレジストパターン層６２を剥離する。以上で非貫通穴形成工程３８が完了する。

［第２保護膜形成工程］
図４に示すように、第２保護膜形成工程３９では、非貫通穴６４を形成する第１活性層２３、第２活性層２４、及び第１保護膜５５のそれぞれの内面（以下、単に非貫通穴６４の内側面という）にそれぞれ第２保護膜６９（図１１参照）を形成する。第２保護膜形成工程３９では、第２保護膜全面形成工程６６と、選択エッチング工程６７とが順番に実行される。

（第２保護膜全面形成工程）
図１０に示すように、第２保護膜全面形成工程６６では、非貫通穴６４の内部を含む第１保護膜５５の全面上に第２保護膜６９を形成する。第２保護膜６９は、第１保護膜５５と同様にＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３などで形成することができるが、本実施形態ではＳｉＮを用いて形成した。なお、第２保護膜６９の製造方法は前述の第１保護膜５５の製造方法と基本的に同じであり、本実施形態ではＣＶＤ法を用いて０．５μｍの厚みの第２保護膜６９を形成した。

（選択エッチング工程）
図１１に示すように、選択エッチング工程６７では、積層基板５３の第２保護膜６９が形成された面に対して、基板バイアスを印加したドライエッチング、すなわち、異方性エッチングを行う。この異方性エッチングでは、図中垂直方向のみのエッチングが可能であるので、非貫通穴６４の内側面に形成された第２保護膜６９が除去されることはない。これにより、第１保護膜５５上に形成された第２保護膜６９と非貫通穴６４の底部に形成された第２保護膜６９とが選択的に除去されて、非貫通穴６４の内側面に形成された第２保護膜６９だけが残る。以上で第２保護膜形成工程３９が完了する。なお、図中の符号「５１ａ，５１ｂ」については後述する。

＜ＢＯＸ層エッチング工程＞
図１２に示すように、ＢＯＸ層エッチング工程（酸化膜エッチング工程）４０では、ＨＦベーパエッチング装置などを用いて、非貫通穴６４を通してＢＯＸ層５１をベーパエッチングする。この際に、非貫通穴６４の底に露呈しているＢＯＸ層５１以外の部分は第１保護膜５５又は第２保護膜６９でマスクされているのでベーパエッチングされることはない。従ってＢＯＸ層５１だけがベーパエッチングされる。このベーパエッチングはいわゆる等方エッチングであるので、ＢＯＸ層５１には非貫通穴６４と同軸の丸孔形状の開口部（第１開口部）７０が形成される。

開口部７０の大きさ（開口径）は、ペーパエッチングのエッチング時間の増加に伴って増加する。従って、ベーパエッチングが実施されると、非貫通穴６４の底に露呈しているＢＯＸ層５１の露呈部分５１ａ（図１１参照）が最初に除去され、次いでこの露呈部分５１ａの周辺部分５１ｂ（図１１参照）が除去される。これにより、第１活性層２３のＢＯＸ層５１との対向面２３ａにおける非貫通穴６４の開口周縁部２３ｂが露呈される。

この際に、開口部７０の開口径（開口周縁部２３ｂの外径）は、後述の結晶異方性エッチング工程４１で形成されるテーパ部２１の圧力室１４側の開口（以下、単にテーパ部２１の開口という）の大きさを決定するものである。このため、ベーパエッチングのエッチング時間とエッチング量との関係を予め求めておき、この関係に基づき、テーパ部２１の開口の大きさに応じたエッチング時間を決定することで、ペーパエッチングのエッチングストップを行う。なお、エッチング量は、例えば積層基板５３をＩＲ顕微鏡で観察することで測定することができる。

テーパ部２１の開口の大きさは、ストレート部２０の孔径と、テーパ部２１の角度と、第１活性層２３の厚みとに基づいて決定される。例えば、ストレート部２０の孔径をＸ、テーパ部２１の開口（開口部７０の開口）の大きさをＹとし、第１活性層２３の厚みをｄとし、テーパ部２１の角度をθとしたときに、以下の（式１）が成り立つ。
（式１）Ｙ＝Ｘ＋（ｄ／tanθ）×２
従って、ストレート部２０の孔径Ｘを２０μｍ、第１活性層２３の厚みｄを５０μｍ、テーパ部２１の角度θを５４．７４度とした時に、上記（式１）に基づきテーパ部２１の開口の大きさＹは約９０．６μｍとなる。このため、テーパ部２１の開口の大きさが９０．６μｍとなるようにエッチング時間を決定してベーパエッチングのエッチングストップを行えばよい。

なお、本実施形態のＢＯＸ層エッチング工程４０では、ベーパエッチングを行っているが、ベーパエッチングの代わりにウェットエッチングを行ってもよい。

＜結晶異方性エッチング工程＞
結晶異方性エッチング工程４１では、第１及び第２保護膜５５，６９とＢＯＸ層５１とをマスクとして、ウェットエッチング装置により非貫通穴６４を通して第１活性層２３を開口周縁部２３ｂから結晶異方性エッチングする。非貫通穴６４の内側面は第２保護膜６９によりマスクされているので、開口部７０内に露呈されている第１活性層２３の開口周縁部２３ｂ、及びハンドル層５０のＢＯＸ層５１との対向面５０ａがエッチングされる。

結晶異方性エッチングに用いられるエッチング液としてはＫＯＨやＴＭＡＨなどが用いられるが、本実施形態ではＫＯＨ、例えば三菱ガス化学社製のシリコンエッチング液“ＥＬＭ−ＳｉＭ”を用いた。ＥＬＭ−ＳｉＭは、ＫＯＨベースのエッチング液であり、ＫＯＨベース液とヒドロキシルアミン含有液とを重量比で１：１に混合した混合液を５０〜９０℃に加熱（本実施形態では８０℃に加熱）して使用される。また、結晶異方性エッチングを行う際には、積層基板５３を回転（例えば本実施形態では４５ｒｐｍ）させることでエッチングの均一性の向上を図った。

第１活性層２３（対向面２３ａ）及びハンドル層５０（対向面５０ａ）の面方位は＜１００＞である。このため、第１活性層２３及びハンドル層５０は、それぞれ対向面２３ａ、対向面５０ａに対して４５°の角度を有する＜１１１＞面を有している。ここで、単結晶シリコンは面方位（結晶方位）によりエッチングレートが大きく異なっている。このため、＜１００＞面と＜１１１＞面とのエッチングレートが１０〜１０００倍異なる。例えば、＜１００＞面のエッチングレートが１μｍ／ｍｉｎだとすると＜１１１＞面のエッチングレート１〜１００ｎｍ／ｍｉｎであり、＜１１１＞面はエッチングがほとんど進行しない。

また、第２活性層２４の面方位は＜１１１＞であるので、第２活性層２４の第１活性層２３と対向する対向面２４ａ（＜１１１＞面）も同様にエッチングがほとんど進行しない。このため、第２活性層２４は、第１活性層２３の結晶異方性エッチングをストップさせるエッチングストッパとして機能する。

図１３から図１５に示すように、エッチング液により、第１活性層２３は開口周縁部２３ｂから第２活性層２４側に向けて結晶異方性エッチングされる。第１活性層２３を第２活性層２３に達するまで結晶異方性エッチングすると、第２活性層２４（対向面２４ａ：＜１１１＞面）により、さらなる積層方向（ハンドル層５０から第２活性層２４に向かう方向）側への結晶異方性エッチングのエッチングレートが大きく低下する。従って、積層方向側への結晶異方性エッチングがストップされる。

また、結晶異方性エッチングにより第１活性層２３の４つの＜１１１＞面７２が露呈されると、結晶異方性エッチングのエッチングレートが大きく低下するので、第１活性層２３内における結晶異方性エッチングもストップされる。これにより、第１活性層２３には、４つの＜１１１＞面７２により構成される略四角錐状（略漏斗状）のテーパ部２１が形成される。テーパ部２１は、ストレート部２０に連通（第２保護膜６９は後工程で除去）し、かつストレート部２０に近づくのに従って次第に先細りとなる。

テーパ部２１の開口の大きさは、前述の通り、開口部７０の開口径（開口周縁部２３ｂの外径）に基づき決定され、テーパ部２１の長さは第１活性層２３の厚みに応じて決定される。

また、テーパ部２１は、非貫通穴６４を基準としてＢＯＸ層５１や第１活性層２３をエッチングして形成されるので、ストレート部２０及びテーパ部２１の形状や形成位置を規定するためのフォトリソグラフィは１回（レジストパターン層形成工程５７）しか行われない。このため、テーパ部２１とストレート部２０（非貫通穴６４）とは同軸に形成されるので、両者の位置ずれが防止される。さらに、ストレート部２０とテーパ部２１との間に略直角の段差を有さないので、インクに気泡が残留している場合であってもこの気泡が段差部に残留して吐出性能を低下させることが防止される。これにより、スムーズなインク液滴の吐出が可能となる。

なお、第１活性層２３の結晶異方性エッチングと同時に、エッチング液により、ハンドル層５０の対向面５０ａが積層方向とは反対側の方向に向けて結晶異方性エッチングされる（図１４及び図１５で図示は省略）。この結晶異方性エッチングによりハンドル層５０に４つの＜１１１＞面７３が露呈されると、ハンドル層５０内における結晶異方性エッチングもストップされる。これにより、ハンドル層５０には、４つの＜１１１＞面７３により構成されるテーパ部７４が形成される。

このような第１活性層２３及びハンドル層５０の結晶異方性エッチングにより、非貫通穴６４は、第１活性層２３内の４つの＜１１１＞面７２とハンドル層５０内の４つの＜１１１＞面７３とで構成される略正８面体形状となる。そして、この略正８面体形状の非貫通穴６４の一部がテーパ部２１となる。

＜第１及び第２保護膜除去工程＞
図１６に示すように、第１及び第２保護膜除去工程４２（保護膜除去工程）では、第１及び第２保護膜５５，６９（本実施形態ではＳｉＮ膜）を積層基板５３から除去する。本実施形態では、第１及び第２保護膜５５，６９を例えばウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングには、１００〜１５０℃に加熱した燐酸が用いられる。

＜ダミー基板貼付工程＞
図１７に示すように、ダミー基板貼付工程４３では、第２活性層の対向面２４ａとは反対側の反対面２４ｂ（図中の上面、図１のノズル面１３ａ）上に、ダミー基板７６を貼り付ける。なお、図中の符号「７６ａ」は接着層を示す。

＜ハンドル層除去工程、ＢＯＸ層除去工程＞
図１８に示すように、最初にハンドル層除去工程（第３シリコン基板除去工程）４４では、周知のポリッシャー装置やＣＭＰ（化学機械研磨）装置などの研磨装置、あるいはドライエッチング装置などを用いてハンドル層５０を除去してＢＯＸ層５１を露呈させる。次いで、ＢＯＸ層除去工程（酸化膜除去工程）４５では、ＨＦやＢＨＦを用いたウェットエッチングによりＢＯＸ層５１を除去する。研磨によらずＢＯＸ層５１を除去、すなわち、テーパ部２１を形成することができるので、前述の特許文献１の製造方法のようにテーパ部２１の開口のエッジが欠けることが防止される。

以上でノズルプレート製造工程の全工程が終了して、ノズルプレート１３がダミー基板７６に貼り付けられた状態で形成される。ノズルプレート１３には、上述の各工程を経てストレート部２０とテーパ部２１と含むノズル１２が形成されている。なお、ノズルプレート１３を単体で出荷する場合にはダミー基板７６が除去される。

＜流路基板貼付工程＞
図１９に示すように、流路基板貼付工程３２では、ノズルプレート１３（第１活性層２３）の対向面２３ａに流路基板１５（振動板１６が接合された状態のもの）を貼り付ける。

＜圧電素子形成工程＞
図２０に示すように、圧電素子形成工程３３では、振動板１６の圧力室１４に対向する面側とは反対面側に、下部電極２６と、圧電膜２７と、上部電極２８とを形成することで、圧電素子１７を形成する。圧電素子１７の形成方法は公知であるので、ここでは具体的な説明は省略する。

＜ダミー基板除去工程＞
図２１に示すように、ダミー基板除去工程３４では、ノズルプレート１３からダミー基板７６を除去（剥離）する。これにより、各ノズル１２のノズル開口１９が解放される。以上でインクジェットヘッド１０の製造工程３０が全て完了して、インクジェットヘッド１０が完成する。

＜インクジェットヘッドの製造工程の効果＞
上述の製造工程３０では、ノズル１２のストレート部２０及びテーパ部２１の長さを、第２活性層２４、第１活性層２３の厚みで決定することができる。これら両活性層２３，２４の厚みは、積層基板５３（ＳＯＩ基板４８）の製造時に高精度に管理することができるので、ストレート部２０及びテーパ部２１の長さも高精度に管理することができる。また、研磨によらずＢＯＸ層５１を除去する、すなわち、テーパ部２１を形成することができるので、テーパ部２１の開口のエッジが欠けることが防止される。さらに、非貫通穴６４を基準としてＢＯＸ層５１や第１活性層２３をエッチングしてテーパ部２１を形成することで、フォトリソグラフィは１回で済む。１枚のマスクでノズル形成が可能であり、さらに積層基板５３の一方面側のみからの加工によりストレート部２０とテーパ部２１とを形成することができる。このため、ストレート部２０とテーパ部２１との位置ずれが防止される。その結果、製造工程３０では、従来よりもノズル１２のストレート部２０とテーパ部２１とを高精度に形成することができる。

また、第１及び第２活性層２３，２４にノズル１２のストレート部２０とテーパ部２１とをそれぞれ形成する際に、ストレート部２０の孔径（ノズル開口１９の開口径）を、レジストパターン層６２の開口部６２ａに基づき決定することができる。すなわち、１つのパラメータでストレート部２０の孔径の大きさが決定される。その結果、ストレート部２０及びテーパ部２１の長さの高精度な管理と位置ずれ防止とを図りつつ、ストレート部２０を高精度に形成することができる。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図２２は、本発明の製造方法で製造されたノズルプレート１３を有するインクジェットヘッド１０を備えたインクジェット記録装置１１０の概略を示す全体構成図である。図２２に示すように、インクジェット記録装置１１０は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェットヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙ（上述のインクジェットヘッド１０にそれぞれ対応）を有する印字部１１２と、各インクジェットヘッド（以下、単にヘッドと略す）１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、ヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙのノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と印字部１１２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６を備えている。

図２２では、給紙部１１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する場合には、裁断用のカッター１２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、この固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター１２８は不要である。

給紙部１１８から送り出される記録紙１１６は、マガジンに装填されていたことによる巻き癖が残るため、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部１２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１，１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有しており、少なくともヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙのノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。ローラ１３１，１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側には、印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置に吸着チャンバー１３４が設けられている。この吸着チャンバー１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。

ベルト１３３が巻かれているローラ１３１，１３２の少なくとも一方にモータ１８８（図２６参照）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図中時計回り方向に駆動される。これにより、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は、図中の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。ベルト清掃部１３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部１２２に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

図２３に示すように、印字部１１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドを有している。印字部１１２を構成する各ヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙは、本インクジェット記録装置１１０が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１１６の搬送方向に沿って上流側（図２２の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色ごとに設けられてなる印字部１１２によれば、紙送り方向について記録紙１１６と印字部１１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（即ち、１回の副走査で）記録紙１１６の全面に画像を記録することができる。これにより、ヘッドが紙送り方向と直交する主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出するヘッドを追加する構成も可能である。

図２２に戻って、インク貯蔵／装填部１１４は、各ヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各ヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する機能を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部１２４は、印字部１１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、このイメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする機能を有する。

本実施形態の印字検出部１２４は、少なくとも各ヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が２次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部１２４は、各色のヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部１２４の後段には後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、例えば加熱ファンが用いられており、印字された画像面を乾燥させる。なお、印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいため、後乾燥部１４２は熱風を吹きつける方式が好ましい。

後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４は画像表面の光沢度を制御する。加熱・加圧部１４４は、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で加圧して、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別部（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター１４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター１４８は、排紙部１２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断する。カッター１４８の構造は前述した第１のカッター１２８と同様であり、固定刃１４８Ａと丸刃１４８Ｂとから構成されている。

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド１０Ｋ，１０Ｃ，１０Ｍ，１２
Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号１５０によってヘッドを示すものとする。

図２４（ａ）はヘッド１５０の構造例を示す平面透視図であり、図２４（ｂ）はその一部の拡大図である。また、図２４（ｃ）はヘッド１５０の他の構造例を示す平面透視図で
ある。

記録紙１１６上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド１５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド１５０は、インク滴の吐出孔であるノズル１５１（前述のノズル１２に対応）と、各ノズル１５１に対応する圧力室１５２（前述の圧力室１４に対応）、供給口１５４等からなる複数のインク室ユニット１５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有している。これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）を狭め、高密度化を達成している。

紙送り方向と略直交する主走査方向に記録紙１１６の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図２４（ａ）の構成に代えて、図２４（ｃ） に示すように、複数のノズル１５１が２次元状に配列された短尺のヘッドブロック１５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。

なお、本例では圧力室１５２の平面形状が略正方形である態様を示したが、圧力室１５２の平面形状は略正方形に限定されず、略円形状、略だ円形状、略平行四辺形（ひし形）など様々な形状を適用することができる。また、ノズル１５１や供給口１５４の配置も図２４（ａ）〜（ｃ）に示す配置に限定されず、圧力室１５２の略中央部にノズル１５１を配置してもよいし、圧力室１５２の側壁側に供給口１５４を配置してもよい。

図２４（ｂ）に示すように、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。

即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット１５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ×ｃｏｓθとなり、主走査方向については、各ノズル１５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり２４００個（２４００ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造や、２列の千鳥配置されたノズル列を有する構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。

なお、印字可能幅の全幅に対応した長さのノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時には、（１）全ノズルを同時に駆動する、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、記録媒体の幅方向（主走査方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。

特に、図２４（ａ）〜（ｃ）に示すようなマトリクス状に配置されたノズル１５１を駆動する場合は、上記（３）のような主走査が好ましい。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙１１６とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。

なお、本実施形態ではフルラインヘッドを例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、記録紙１１６の幅よりも短い長さのノズル列を有する短尺のヘッドを記録紙１１６の幅方向に走査させながら、記録紙１１６の幅方向の印字を行うシリアル型ヘッドにも適用可能である。

なお、図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、各ノズル１５１に対応して設けられている圧力室１５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部に形成されたノズル１５１と供給口１５４が設けられている。各圧力室１５２は不図示の共通流路（共通液室）と連通されている。この共通流路は不図示のインク供給タンクと連通している。インク供給タンクから供給されるインクは、共通流路を介して各圧力室１５２に分配供給される。

〔吐出回復装置〕
図２５は、インクジェット記録装置１１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク１９０は、図２２に示したインク貯蔵／装填部１１４に設置されており、ヘッド１５０にインクを供給する。インクタンク１９０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、インクタンク１９０は、先に記載した図２２のインク貯蔵／装填部１１４と等価のものである。

インクタンク１９０とヘッド１５０を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ１９２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズはヘッド１５０のノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図２５には示さないが、印字ヘッド１５０の近傍又はヘッド１５０と一体にサブタンクを設けてもよい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１１０には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するキャップ１９４と、ノズル面１５０Ａを清掃するためのクリーニングブレード１９６とが設けられている。

これらキャップ１９４及びクリーニングブレード１９６を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド１５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド１５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ１９４は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド１５０に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ１９４を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド１５０に密着させることにより、ノズル面１５０Ａのノズル領域をキャップ１９４で覆う。

クリーニングブレード１９６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構によりヘッド１５０のインク吐出面（ノズル面１５０Ａ）に摺動可能である。ノズル面１５０Ａにインク液滴又は異物が付着した場合は、クリーニングブレード１９６をノズル面１５０Ａに摺動させることでノズル面１５０Ａを拭き取り、ノズル面１５０Ａを清浄化する。

印字中又は待機中において、特定のノズル１５１の使用頻度が低くなり、そのノズル１５１近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ１９４に向かって予備吐出が行われる。

すなわち、ヘッド１５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータ（圧電素子）が動作してもノズル１５１からインクが吐出しなくなる。従って、このような状態になる手前で（圧電素子の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かって圧電素子を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、クリーニングブレード１９６等のワイパーによってノズル面１５０Ａの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル１５１内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ヘッド１５０内のインク（圧力室１５２内のインク）に気泡が混入した場合、印字ヘッド１５０にキャップ１９４を当て、吸引ポンプ１９７で圧力室１５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク１９８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、あるいは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。

具体的には、ノズル１５１や圧力室１５２内に気泡が混入したり、ノズル１５１内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、圧電素子を動作させる予備吐出ではノズル１５１からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド１５０のノズル面１５０Ａに、キャップ１９４を当てて圧力室１５２内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ１９７で吸引する動作が行われる。

ただし、上記の吸引動作は、圧力室１５２内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。従って、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図２５で説明したキャップ１９４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。

また、好ましくは、キャップ１９４の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。

〔制御系の説明〕
図２６はインクジェット記録装置１１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。

通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース１７０にはＵＳＢ（Universal serial bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介してインクジェット記録装置１１０に取り込まれ、一旦メモリ１７４に記憶される。メモリ１７４は、通信インターフェース１７０を介して入力された画像を一旦格納する。このメモリ１７４は、システムコントローラ１７２を通じてデータの読み書きが行われる。なお、メモリ１７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ１７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等で構成されており、ホストコンピュータ１８６との間の通信制御、メモリ１７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８やヒータ１８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従ってモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１７８は、システムコントローラ１７２からの指示に従って後乾燥部１４２（図２２に図示）等のヒータ１８９を駆動するドライバである。

プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、メモリ１７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有しており、生成した印字制御信号をヘッドドライバ１８４に供給する。プリント制御部１８０において所要の信号処理が施され、画像データに基づいてヘッドドライバ１８４を介してヘッド１５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御（打滴制御）が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１８２に一時的に格納される。なお、図中では、画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、メモリ１７４と兼用することも可能である。

ヘッドドライバ１８４はプリント制御部１８０から与えられる印字データに基づいて各色のヘッド１０Ｋ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｙ（ヘッド１５０）の圧電素子を駆動する。ヘッドドライバ１８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系が含まれていてもよい。

印字検出部１２４は、図２２に示したようにラインセンサを含むブロックであり、記録紙１１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出して、その検出結果をプリント制御部１８０に提供する。プリント制御部１８０は、必要に応じて印字検出部１２４から得られる情報に基づいてヘッド１５０に対する各種補正を行う。

なお、システムコントローラ１７２及びプリント制御部１８０は、１つのプロセッサで構成されていてもよい。また、システムコントローラ１７２とモータドライバ１７６とヒータドライバ１７８とを一体に構成したデバイスや、プリント制御部１８０とヘッドドライバとを一体に構成したデバイスを用いてもよい。

＜インクジェット記録装置の作用効果＞
各ヘッド１０Ｋ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｙ（ヘッド１５０）のノズル１５１（前述のノズル１２）が高精度に形成されており、吐出性能が安定しているので、良質な記録画像が得られる。

＜装置応用例＞
なお、上記実施形態のインクジェットヘッド１０では、各ノズルから液滴を吐出させるための吐出用の圧力（吐出エネルギー）を圧電素子から発生させているが、静電アクチュエータ、サーマル方式（ヒータの加熱による膜沸騰の圧力を利用してインクを吐出させる方式）におけるヒータ（加熱素子）や他の方式による各種アクチュエータなど様々な圧力発生素子（吐出エネルギー発生素子）を適用し得る。ヘッドの吐出方式に応じて、相応のエネルギー発生素子が流路構造体に設けられる。

上記実施形態では、グラフィック印刷用のインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドのノズルプレートの製造方法について説明したが、電子回路の配線パターンを描画する配線描画装置、各種デバイスの製造装置、吐出用の機能性液体として樹脂液を用いるレジスト印刷装置、カラーフィルター製造装置、マテリアルデポジション用の材料を用いて微細構造物を形成する微細構造物形成装置など、液状機能性材料を用いて様々な形状やパターンを描画する各種インクジェット記録装置に用いられるノズルプレートの製造方法に本発明を適用することができる。

上記実施形態ではＳＯＩ基板４８の第１活性層２３上に第２活性層２４を積層してなる積層基板５３を用いてノズルプレート１３を製造したが、ＳＯＩ基板４８を用いずに、ＳｉＯ_２膜などの酸化膜上に第１及び第２活性層２３，２４を積層してなる積層基板を用いてノズルプレートの製造を行ってもよい。

上記実施形態では、ハンドル層５０として面方位＜１００＞の単結晶シリコン基板を用いたが、ハンドル層５０の面方位は特に＜１００＞に限定されるものない。さらに、ハンドル層５０としてシリコン以外の材料を用いてもよい。ただし、この場合には、製造工程３０の各工程での加熱処理により積層基板に反りなどが発生しない、あるいは反りが低減するような材料の種類や厚みなどを選択することが好ましい。また、上記各実施形態では、ＢＯＸ層５１としてＳｉＯ_２膜を例に挙げて説明したが、加熱処理により積層基板に反りなどが発生しない範囲内で各種の酸化膜を用いてもよい。

さらに、本発明は上述した実施形態（例えば各層及び各膜の形成方法、エッチング方法など）に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１０…インクジェットヘッド，１２…ノズル，１３…ノズルプレート，２０…ストレート部，２１…テーパ部，２３…第１活性層，２４…第２活性層，３０…インクジェットヘッドの製造工程，３１…ノズルプレート製造工程，３６…積層基板準備工程，３７…第１保護膜形成工程，３８…非貫通穴形成工程，３９…第２保護膜形成工程，４０…ＢＯＸ層エッチング工程，４１…結晶異方性エッチング工程，４２…第１及び第２保護膜除去工程，４５…ＢＯＸ層除去工程，４８…ＳＯＩ基板，５０…ハンドル層，５１…ＢＯＸ層，５３…積層基板

Claims (12)

1. 酸化膜の一面側に面方位が＜１００＞の第１シリコン基板と、面方位が＜１１１＞の第２シリコン基板とを順番に積層してなる積層基板の前記第２シリコン基板上に、第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
   前記積層基板のノズルを形成すべき位置に、前記第１保護膜、前記第２シリコン基板、及び前記第１シリコン基板を貫通して前記酸化膜の一面まで達する非貫通穴を形成することで、前記第２シリコン基板に前記ノズルのストレート部を形成する非貫通穴形成工程と、
   前記非貫通穴を形成する前記第１シリコン基板、前記第２シリコン基板、及び前記第１保護膜のそれぞれの内面に第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、
   前記第１保護膜及び第２保護膜をマスクとして、前記非貫通穴を通して前記酸化膜をエッチングすることで、前記酸化膜と対向する前記第１シリコン基板の対向面における前記非貫通穴の開口周縁部を露呈させる酸化膜エッチング工程と、
   前記酸化膜、前記第１保護膜、及び前記第２保護膜をマスクとして、前記第１シリコン基板を前記開口周縁部から前記第２シリコン基板に達するまで結晶異方性エッチングする結晶異方性エッチング工程であって、前記結晶異方性エッチングにより露呈された前記第１シリコン基板の＜１１１＞面により、前記ストレート部に連通しかつ当該ストレート部に近づくのに従って次第に先細りとなる前記ノズルのテーパ部を形成する結晶異方性エッチング工程と、
   前記第１保護膜及び前記第２保護膜を除去する保護膜除去工程と、
   前記酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
   を有するノズルプレートの製造方法。
2. 前記酸化膜エッチング工程は、前記酸化膜にベーパエッチングまたはウェットエッチングを施して、当該酸化膜に前記非貫通穴と同軸の第１開口部を形成するものであり、
   前記酸化膜エッチング工程でのエッチング時間を調整して前記第１開口部の開口径の大きさを調整することにより、前記テーパ部の開口径の大きさを決定する請求項１記載のノズルプレートの製造方法。
3. 前記第１シリコン基板の厚みを調整することにより、前記テーパ部の長さを決定する請求項１または２記載のノズルプレートの製造方法。
4. 前記第２シリコン基板の厚みを調整することにより、前記ストレート部の長さを決定する請求項１から３のいずれか１項記載のノズルプレートの製造方法。
5. 前記結晶異方性エッチング工程では、前記第２シリコン基板が前記第１シリコン基板を
   結晶異方性エッチングする際のエッチングストッパとして機能する請求項１から４のいず
   れか１項記載のノズルプレートの製造方法。
   
6. 前記非貫通穴形成工程では、前記非貫通穴を丸孔形状に形成する請求項１から５のいずれか１項記載のノズルプレートの製造方法。
7. 前記非貫通穴形成工程は、
   前記ノズルを形成すべき位置に第２開口部を有するレジストパターン層を前記第１保護膜上に形成するレジストパターン層形成工程と、
   前記レジストパターン層をマスクとして前記第１保護膜、前記第２シリコン基板、及び前記第１シリコン基板を順番にドライエッチングして、前記非貫通穴を形成するドライエッチング工程と、
   前記レジストパターン層を除去するレジストパターン層除去工程と、
   を有する請求項１から６のいずれか１項記載のノズルプレートの製造方法。
8. 前記第２保護膜形成工程は、
   前記非貫通穴の内部と前記第１保護膜上とに前記第２保護膜を形成する第２保護膜全面形成工程と、
   前記第２保護膜全面形成工程で形成された前記第２保護膜に異方性エッチングを施して、前記第１保護膜上に形成された前記第２保護膜と、前記非貫通穴の底部に形成された前記第２保護膜とを除去する選択エッチング工程と、
   を有する請求項１から７のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法。
9. 前記積層基板は、第３シリコン基板上に前記酸化膜及び前記第１シリコン基板を順番に積層してなるＳＯＩ基板と、前記ＳＯＩ基板の前記第１シリコン基板上に積層された前記第２シリコン基板とを有するものであり、
   前記保護膜除去工程と前記酸化膜除去工程との間に、前記第３シリコン基板を除去する第３シリコン基板除去工程を有する請求項１から８のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法。
10. 前記第１保護膜形成工程の前に、前記積層基板を準備する積層基板準備工程を有する請求項１から９のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法。
11. 前記酸化膜は、ＳｉＯ_２膜である請求項１から１０のいずれか１項記載のノズルプレートの製造方法。
12. 前記第１保護膜及び第２保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３のいずれかである請求項１から１１のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法。

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