JPWO2016158917A1 - 液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、加工精度が高く安定した射出性能が得られ、ノズルの泡抜け性が高い液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法を提供することである。本発明の液体吐出ヘッド用ノズルプレート２１の製造方法は、Ｓｉ基板に、異方性エッチング方法により、一方の面に開口する小径部２１２と、小径部２１２と連通する連通口２１２ａから他方の面に開口し、小径部２１２より大きな大径部２１３と、を有するノズル孔２１１を設ける液体吐出ヘッド用ノズルプレート２１の製造方法であって、大径部２１３を、他方の面と接するトップ層２１３ｔ、連通口２１２ａと接するボトム層２１３ｂとしたとき、トップ層２１３ｔを平均スカロップ幅Ｗｔで形成する工程と、ボトム層２１３ｂを平均スカロップ幅Ｗｂで形成する工程と、を有し、下記式（１）を満たすことを特徴とする。式（１）：Ｗｔ＞Ｗｂ

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッドに関する。

近年、インクジェット式プリンターは高速で高解像度の印刷が要求されている。このプリンターに用いられるインクジェット式記録ヘッドの構成部品の製造方法には、マイクロマシン分野の微細加工技術であるシリコン基板等を対象とした半導体プロセスが用いられているものがある。このようなインクジェット式記録ヘッドの構成部品の一つとして、ノズルプレートがあり、シリコン基板にエッチングを施すことにより液滴を吐出するノズル孔（吐出口を一方の開口とする貫通孔）を形成したものであることが知られている。

シリコン基板の垂直方向（厚さ方向）に選択性の高いエッチング加工を行う方法としては、エッチングと側壁保護膜の形成（デポジション）とを交互に切り替えて繰り返す異方性エッチング方法が知られている。

このような異方性エッチング方法によるシリコンの深溝形成技術として、ボッシュプロセスが知られている。ボッシュプロセスは、エッチングのステップとデポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のステップを繰り返してエッチングを行うことにより孔を形成する。この形成された孔の側壁は、スカロップと呼ばれるホタテ貝の貝殻表面に認められるような波形の形状になることが知られている。

ボッシュプロセスによるノズルプレートの製造方法としては、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いてノズル孔を形成する方法が知られている（特許文献１参照）。

また、一方の面に開口する小径部と、当該小径部に連通し、他方の面に開口する小径部より大きな大径部と、を有するノズル孔を設ける液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法が知られている。例えば、エッチング深さＤ、小径部を形成するためのエッチングマスクパターンの開口の直径Ｒとしたときに、「Ｄ≦０．１×Ｒ」になるようにエッチングの加工条件最適化することで、ノズル孔の吐出口の開口形状が、エッチングマスクパターンに忠実に形成することができるノズルプレートの製造方法が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００５−１４４５７１号公報 国際公開第２００８／１５５９８６号

ところで、通常、ノズル孔の小径部は、高い精度が求められるため、特許文献１又は２に記載されているような従来のボッシュプロセスによってノズルプレートを製造する場合、スカロップ幅を狭くして高精度にエッチングを行う。一方で、ノズル孔の大径部は、小径部と比較すれば、求められる精度が低く、かつ加工領域も広いため、スカロップ幅を広くして、エッチング速度を上げて製造する。

そこで、発明者らが、従来のボッシュプロセスを用いたノズルプレートの製造方法によって、スカロップ幅を広くした大径部をノズルプレートに形成したところ、欠ノズルや射出ぶれが発生し易いことが分かった。これは、幅の広いスカロップには、微小な気泡が引っかかって気泡が大きくなり易いため、その大きくなった気泡が流れたときに、ノズル孔から気泡が抜け難くなり、欠ノズルや、射出ぶれの原因となっているためであると考えられる。

また、ボッシュプロセスによるノズルプレートの製造方法において、スカロップ幅を非常に小さくして大径部を形成させれば、加工精度が向上し、欠ノズルや射出ぶれが改善できると考えられるが、製造に時間を要するとともに、コストを要するという問題がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大径部のスカロップ幅を最適化することによって、加工精度が高く安定した射出性能が得られ、ノズルの泡抜け性が高い液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッドを提供することである。

上記課題の解決のために、請求項１に記載の発明は、
Ｓｉ基板に、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、一方の面に開口する小径部と、前記小径部と連通する連通口から他方の面に開口し、前記小径部より大きな大径部と、を有するノズル孔を設ける液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法であって、
前記大径部を、前記他方の面から前記連通口までのうち、前記他方の面と接するトップ層、前記連通口と接するボトム層としたとき、
前記トップ層を平均スカロップ幅Ｗｔで形成する工程と、
前記ボトム層を平均スカロップ幅Ｗｂで形成する工程と、
を有し、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
式（１）：Ｗｔ＞Ｗｂ

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
前記トップ層と前記ボトム層の間をミドル層としたとき、
前記ミドル層を平均スカロップ幅Ｗｍで形成する工程を有し、
下記式（２）を満たすことを特徴とする。
式（２）：Ｗｔ＞Ｗｂ＞Ｗｍ

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
前記異方性エッチング方法は、ボッシュプロセスを用いて行われることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
前記Ｓｉ基板は、２つのＳｉ層の間にエッチングレートの低いＳｉＯ_２層からなる結合層を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
前記小径部が開口する面に、撥液層を形成することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
前記撥液層の厚さは、０．１〜３．０μｍの範囲内であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、
Ｓｉ基板に、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、一方の面に開口する小径部と、前記小径部と連通する連通口から他方の面に開口し、前記小径部より大きな大径部と、を有するノズル孔を設ける液体吐出ヘッド用ノズルプレートであって、
前記大径部を、前記他方の面から前記連通口までのうち、前記他方の面と接するトップ層、前記連通口と接するボトム層としたとき、
前記トップ層の平均スカロップ幅Ｗｔ、及び前記ボトム層の平均スカロップ幅Ｗｂが下記式（１）を満たすことを特徴とする。
式（１）：Ｗｔ＞Ｗｂ

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、
前記トップ層と前記ボトム層の間をミドル層としたとき、前記ミドル層の平均スカロップ幅Ｗｍが下記式（２）を満たすことを特徴とする。
式（２）：Ｗｔ＞Ｗｂ＞Ｗｍ

請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、
前記小径部が開口する面に、撥液層を有することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、
前記撥液層の厚さは、０．１〜３．０μｍの範囲内であることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、
請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートを有するヘッドチップを備えることを特徴とする液体吐出ヘッドである。

本発明によれば、ノズルの泡抜け性が高く、安定した射出性能を有する液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッドを提供することができる。

インクジェットヘッドの分解斜視図 ヘッドチップの断面図 ノズルプレートのノズル孔を説明するための模式図 ノズルプレートの大径部を形成する工程の初期状態のノズルプレートを示す図 フォトレジストを塗布した後のノズルプレートを示す図 フォトレジストパターンを形成した後のノズルプレートを示す図 エッチングマスクパターンを形成した後のノズルプレートを示す図 フォトレジストパターンを除去した後のノズルプレートを示す図 大径部のトップ層を形成したノズルプレートを示す図 大径部のミドル層を形成したノズルプレートを示す図 大径部のボトム層を形成したノズルプレートを示す図 大径部の形成工程が完了したノズルプレートを示す図 ノズルプレートの小径部を形成する工程の初期状態のノズルプレートを示す図 フォトレジストを塗布した後のノズルプレートを示す図 フォトレジストパターンを形成した後のノズルプレートを示す図 エッチングマスクパターンを形成した後のノズルプレートを示す図 フォトレジストパターンを除去した後のノズルプレートを示す図 小径部を形成したノズルプレートを示す図 小径部の形成工程が完了したノズルプレートを示す図

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、発明の範囲は図示例に限定されない。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。

［インクジェットヘッドの概略構成］
液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッド１は、ヘッドチップ２、保持板３、接続部材４、インク流路部材５等を備える（図１等参照）。

ヘッドチップ２は、下側から順にノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３の３枚の基板が積層一体化されることによって構成されている。
ノズルプレート２１には、インクを射出するノズル孔２１１が設けられている。
中間プレート２２には、インクの射出時にインク流路となる連通孔２２１が設けられている。

ボディプレート２３には、インクが充填される圧力室２３１を内部に備える。そして、圧力室２３１にインクの供給又は排出に利用されるインク共通流路２３２、インク共通流路２３２の両端部でボディプレート２３の上面に開口するインク通路口２３６を備える。
また、ボディプレート２３の上面には、圧力発生手段としての圧電素子２３４が設けられており、圧電素子２３４の変位によって、ヘッドチップ２の内部の圧力室２３１に充填されたインクが加圧され、ノズル孔２１１からインクの液滴が射出する。

保持板３は、ヘッドチップ２の強度保持のために、ヘッドチップ２上面に接着剤を用いて接合されている。また、保持板３は、中央部に開口部３１を有しており、ボディプレート２３の上面の圧電素子２３４が開口部３１の内部に格納されるように構成されている。
また、保持板３の左右方向の両端部近傍には、インク通路口２３６とインク流路部材５を連通する貫通孔３２，３２が形成されている。貫通孔３２，３２は、それぞれインク流路部材５，５とヘッドチップ２の間を連通するインク流路として用いられる。

接続部材４は、例えばＦＰＣ等からなる配線部材であり、その幅方向が保持板３の左右方向に沿って保持板３の上面の後側付近に接着され、保持板３の中央に設けられた開口部３１を通して圧電素子２３４と電気的に接続している。また、接続部材４は、駆動部（図示省略）に接続しており、当該駆動部から、接続部材４を通じて圧電素子２３４に給電することができる。

インク流路部材５は、保持板３上面の左右方向の両端部にそれぞれ１つ接合されており、インク流路部材５の上面に、インクの供給又排出を行うためのインク流路口５１を備える。２つのインク流路部材５のうち、一方をインクの供給用、他方をインクの排出用としても良く、両方をインクの供給用としても良い。
また、インク流路部材５の内部には、インク流路部材５の内部を通過するインク中のごみや気泡等の不純物を取り除くためのフィルター５２を設けることが好ましい。
以下、ヘッドチップ２について詳細に説明する。

［ヘッドチップ］
ヘッドチップ２は、下側から順にノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３の３枚の基板が積層一体化されることによって構成されている（図２）。

ノズルプレート２１は、例えば、厚さが１００〜３００μｍ程度のＳｉ基板からなり、ノズルプレートには、インク等の液滴を吐出するための上下方向に貫通するノズル孔２１１が形成されている。ノズル孔２１１は、一方の面に開口する小径部２１２と、小径部２１２と連通して他方の面に開口し、小径部２１２より大きな大径部２１３と、によって形成されている。

中間プレート２２は、例えば、１００〜３００μｍ程度のガラス基板からなり、ノズルプレート２１の大径部２１３に対応する位置に、中間プレート２２を貫通し、インクの射出時にインク流路となる連通孔２２１が形成されている。
連通孔２２１は、インクが通過する経路の径を絞る形状とする等、インクの流路の形状を調整し、インクの射出においてインクに加えられる運動エネルギーを調整している。
また、中間プレート２２のガラス基板としては、ホウケイ酸ガラス（例えば、テンパックスガラス）が好ましく用いられる。

ボディプレート２３は、例えば、１００〜３００μｍ程度のＳｉ基板からなり、中間プレート２２の連通孔２２１に連通する圧力室２３１と、圧力室２３１に個別にインクを供給するインレット２３３と、ボディプレート２３に設けられた複数のインレット２３３のそれぞれにインクを供給するインク共通流路２３２と、が形成されている。

圧力室２３１の上面には、２０〜３０μｍ程度の薄さで弾性変形可能な振動板２３５が形成されている。そして、振動板２３５の上面に設けられた圧電素子２３４の動作に応じて振動板２３５が振動し、圧力室２３１内のインクに圧力を加えることができる。
次に、本発明におけるノズルプレート２１について、詳細に説明する。

［ノズルプレート］
ノズルプレート２１には、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、下側の面に開口する小径部２１２と、小径部２１２と連通する連通口２１２ａから上側の面に開口し、小径部２１２より大きな大径部２１３と、を有するノズル孔２１１が形成されている（図３）。
なお、図３の小径部２１２及び大径部２１３の内壁には、エッチングと側壁保護膜の形成（デポジション）を繰り返し行う異方性エッチングを用いて形成されたために見られるスカロップを模式的に示している。

ノズルプレート２１は、Ｓｉ基板からなり、特に、加工性の向上の観点から、二つのＳｉ層２１ａの間にＳｉＯ_２層からなる結合層２１ｂが設けられた、いわゆるＳＯＩウエハを用いることが好ましい。結合層２１ｂは、Ｓｉ層よりも薄く（例えば、０．３〜１．０μｍ）、かつエッチングレートの非常に低い層である。そのため、小径部２１２と大径部２１３をそれぞれ結合層２１ｂに向かって加工した際に、加工ムラがあった場合であっても、結合層２１ｂで加工を制御することが可能である。

大径部２１３は、上側の面から連通口２１２ａまでのうち、上側の面と接するトップ層２１３ｔ、連通口２１２ａと接するボトム層２１３ｂとしたとき、トップ層２１３ｔの平均スカロップ幅Ｗｔ、及びボトム層２１３ｂの平均スカロップ幅Ｗｂが下記式（１）を満たすことを特徴とする。
式（１）：Ｗｔ＞Ｗｂ

本発明における「スカロップ幅」とは、異方性エッチング方法において交互に繰り返すエッチングと側壁保護膜の形成との繰り返し単位を１サイクルとしたとき、この１サイクル当たりのスカロップの幅の間隔のことをいう。また、本発明における「平均スカロップ幅」とは、個々のスカロップ幅の平均値のことをいう。

上記式（１）を満たすように、連通口２１２ａに近いボトム層２１３ｂのスカロップ幅Ｗｂを、トップ層２１３ｔのスカロップ幅Ｗｔよりも狭くすることによって、ボトム層２１３ｂの側壁の平滑性を向上させ、ボトム層２１３ｂに気泡を溜まりにくくすることができる。これにより、ノズルの泡抜け性が高く、安定した射出性能を得ることができる。

また、トップ層２１３ｔとボトム層２１３ｂの間をミドル層２１３ｍとしたとき、ミドル層２１３ｍの平均スカロップ幅Ｗｍが下記式（２）を満たすことが好ましい。
式（２）：Ｗｔ＞Ｗｂ＞Ｗｍ

これにより、ミドル層２１３ｍの側壁の平滑性が向上するため、ミドル層２１３ｍにおいて、微小な気泡が引っかかり難くなると考えられる。そして、大径部２１３に発生した気泡が大きく成長し難くなり、連通口２１２ａを塞いでしまうような大きな気泡が発生し難くなると考えられる。
また、大径部の主柱となるミドル層２１３ｍを上下方向に垂直になるように精度良く加工することによって、ノズルプレート２１に設けられた複数の各ノズル孔２１１間の加工誤差による影響を最小限に抑え、各ノズル孔２１１において高い射出性能を得ることができる。

また、トップ層２１３ｔ、ミドル層２１３ｍ及びボトム層２１３ｂの大径部の上下方向の全長に対する割合は、トップ層２１３ｔを５〜５０％の範囲内（例えば２０％）、ミドル層２１３ｍを０〜９０％の範囲内（例えば６０％）、ボトム層を５〜５０％の範囲内（例えば２０％）として、それぞれの合計を１００％とすることが好ましい。
また、ここで、平均スカロップ幅Ｗｔ、平均スカロップ幅Ｗｍ、平均スカロップ幅Ｗｂは、特に限られることはないが、２．５μｍ以下であることが好ましく、気泡の引っかかり難さの観点から２．０μｍ以下であることが特に好ましい。

小径部２１２は、例えば、厚さ１０〜２０μｍで形成され、平均スカロップ幅は０．２μｍ以下であることが好ましい。小径部２１２は、液滴を射出するための射出口となるため、スカロップ幅（エッチング幅）を狭くして、高い加工精度で形成されることが好ましい。

また、ノズルプレート２１の小径部２１２が開口する面には、撥液層２１５を設けることが好ましい。撥液層２１５を設けることにより、ノズル孔２１１から射出される液体が、ノズルプレート２１の下面に染み出して広がることを抑制することができる。
撥液層２１５としては、ノズル孔２１１から射出する液体が水性であれば、撥水性を有する材料が用いられ、ノズル孔２１１から射出する液体が油性であれば、撥油性を有する材料が用いられる。具体的には、例えば、ＦＥＰ（四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）、フッ素シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が挙げられ、塗布や蒸着等の公知の方法でノズルプレートの下面に成膜される。撥液層２１５の厚さは、特に限定されるものではないが、０．１〜３．０μｍの範囲内とすることが好ましい。

［ノズルプレートの製造方法］
ノズルプレートの製造方法についての一例を説明する。以下で説明するノズルプレートの製造方法では、大径部２１３を形成した後に小径部２１２を形成し、ＳｉＯ_２層からなる結合層２１ｂを、希釈フッ酸溶液を用いたウェットエッチング方法によって除去する方法を説明するが、上記で説明したノズルプレート２１を製造することができれば製造方法は適宜選択可能であり、以下に示す例に限定されるものではない。
例えば、ＳｉＯ_２層からなる結合層２１ｂをドライエッチングによる方法によって除去しても良く、加工する順番を逆にして、小径部２１２を形成した後に大径部２１３を形成しても良い。

本発明のノズルプレート２１の製造方法について、Ｓｉ基板にノズル孔を形成する方法を説明する。ノズルプレート２１に形成するノズル孔２１１は、まず大径部２１３をノズルプレートの一方の面から形成し（図４Ａ〜Ｉ）、次に、小径部２１２をノズルプレートの他方の面から形成する（図５Ａ〜Ｇ）。
なお、以下の製造方法の一例の説明では、異方性エッチング方法としては、ボッシュプロセスを用いており、ノズルプレート２１を製造するためのＳｉ基板としては、二つのＳｉ層２１ａの間にＳｉＯ_２層からなる結合層２１ｂが設けられたＳＯＩウエハを用いているが、これらに限定されない。

（大径部の形成方法）
ノズルプレート２１を製造するためのＳｉ基板として、エッチングマスクとなるＳｉＯ₂からなる熱酸化膜２１６、２１７を両面に設けてあるＳＯＩウエハを準備する（図４Ａ）。

次に、大径部２１３を形成する側の熱酸化膜２１７の面に、フォトレジスト２１８を塗布した後（図４Ｂ）、大径部２１３を形成する位置の上面以外にフォトレジスト２１８が塗布された状態となるように、フォトレジストパターン２１８ａを形成する（図４Ｃ）。次に、フォトレジストパターン２１８ａをエッチングマスクとして、例えばＣＨＦ_３を用いたドライエッチングにより熱酸化膜パターンを形成し、これを異方性エッチング方法におけるエッチングマスクパターン２１７ａとする（図４Ｄ）。

フォトレジストパターン２１８ａを除去後（図４Ｅ）、エッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法より、エッチング条件とデポジション条件を平均スカロップ幅Ｗｔでエッチングを行える条件に設定し、大径部２１３のトップ層２１３ｔを形成する（図４Ｆ）。
ここで、異方性エッチング方法を行うエッチング装置は、ＩＣＰ型ＲＩＥ装置が好ましく、例えば、エッチング時のエッチングガスとして、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、デポジション時のデポジションガスとしてフッ化炭素（Ｃ_４Ｆ_８）を交互に使用する。

次に、エッチング条件とデポジション条件を平均スカロップ幅Ｗｍでエッチングを行える条件に変更し、大径部２１３のミドル層２１３ｍを形成する（図４Ｇ）。次に、エッチング条件とデポジション条件を平均スカロップ幅Ｗｂでエッチングを行える条件に変更し、結合層２１ｂが露出するまでエッチングを行い、大径部２１３のボトム層２１３ｂを形成する（図４Ｈ）。そして、最後に、エッチングマスクパターン２１７ａを除去することで、大径部２１３を形成する工程が完了する（図４Ｉ）。

以上のように、本発明における大径部２１３を形成する工程は、トップ層２１３ｔを平均スカロップ幅Ｗｂで形成する工程と、ボトム層２１３ｂを平均スカロップ幅Ｗｂで形成する工程と、ミドル層２１３ｍを平均スカロップ幅Ｗｍで形成する工程と、を有している。
また、上述した平均スカロップ幅Ｗｔ、Ｗｍ及びＷｂは、少なくとも下記式（１）を満たしており、さらに、下記式（２）を満たすことが好ましい。
式（１）：Ｗｔ＞Ｗｂ
式（２）：Ｗｔ＞Ｗｂ＞Ｗｍ

（小径部の形成）
大径部２１３を形成したＳｉ基板に（図５Ａ）、小径部２１２を形成する側の熱酸化膜２１６の面にフォトレジスト２１９を塗布した後（図５Ｂ）、小径部２１２を形成する位置の上面以外にフォトレジスト２１９が塗布された状態となるように、フォトレジストパターン２１９ａを形成する（図５Ｃ）。
次に、フォトレジストパターン２１９ａをエッチングマスクとして、熱酸化膜パターンを形成し、これを異方性エッチング方法におけるエッチングマスクパターン２１６ａとする（図５Ｄ）。

次に、フォトレジストパターン２１９ａを除去後（図５Ｅ）、エッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、結合層２１ｂが露出するまでエッチングを行い、小径部２１２を形成する（図５Ｆ）。そして、希釈フッ酸溶液に浸漬して、エッチングマスクパターン２１６ａと、表面に露出した結合層２１ｂを除去し、小径部２１２を形成する工程が完了する（図５Ｇ）。

［その他］
本発明の今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した詳細な説明に限定されるものではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、本発明のノズルプレートの製造方法において、ＳＯＩウエハを用いた方法を示したが、これに限られず、ＳＯＩウエハを用いないＳｉ基板によってノズルプレート２１を製造しても良い。

また、大径部２１３の形成において、トップ層２１３ｔ、ミドル層２１３ｍ及びボトム層２１３ｂのそれぞれにおいて、平均エッチングレートを変更する製造方法を示したが、上記式（１）満たす構成であれば必ずしも３層構成である必要はない。例えば、平均エッチングレートを１回のみ変更するトップ層２１３ｔとボトム層２１３ｂの２層構成であってもよく、平均エッチングレートを３回以上変更する４層以上の構成であっても良い。

また、大径部２１３の形状は、図３に示したようなノズルプレート２１に対して垂直方向に形成した大径部２１３に限られず、適宜選択可能である。例えば、大径部２１３のトップ層２１３ｔ側の直径が大きくなるように、テーパ形状としても良い。また、図３の上側から下側に直径が小さくなるようにして大径部２１３を２段以上の階段状となるように形成し、それぞれの段にトップ層２１３ｔ、ミドル層２１３ｍ、及びボトム層２１３ｂを設け、それぞれのスカロップ幅Ｗｔ、Ｗｍ、及びＷｂが上記式（１）又は上記式（２）を満たすように構成しても良い。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

≪ノズルプレート１〜４の製造方法≫
小径部２１２及び大径部２１３から構成されるノズル孔２１１を有するノズルプレート１〜４を、ボッシュプロセスによる異方性エッチング方法によって製造した。

（大径部の形成）
ノズルプレート１〜４を製造するためのＳｉ基板として、エッチングマスクとなるＳｉＯ₂からなる厚さ１μｍの熱酸化膜２１６、２１７を両面に設けてある、厚さ２００μｍ
のＳＯＩウエハを準備した（図４Ａ）。ＳＯＩウエハの結合層２１ｂの厚さは、０．５μｍであった。

次に、大径部２１３を形成する側の熱酸化膜２１７の面に、フォトレジスト２１８を塗布した後（図４Ｂ）、大径部２１３を形成する位置の上面以外にフォトレジスト２１８が塗布された状態となるように、直径１００μｍのフォトレジストパターン２１８ａを形成した（図４Ｃ）。次に、フォトレジストパターン２１８ａをエッチングマスクとして、ＣＨＦ_３を用いたドライエッチングにより直径１００μｍの熱酸化膜パターンを形成し、これを異方性エッチング方法におけるエッチングマスクパターン２１７ａとした（図４Ｄ）。次に、フォトレジストパターン２１８ａを除去した（図４Ｅ）。

次に、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ製Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ−ＩＣＰを使用して、エッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法によって、直径１００μｍの大径部２１３を形成した（図４Ｆ，図４Ｇ，図４Ｈ）。この後、エッチングマスクパターン２１７ａを、ＣＨＦ_３を用いたドライエッチングで除去した（図４Ｉ）。
ここで、上記の大径部２１３を形成は、表１に示すとおり、トップ層２１３ｔの平均スカロップ幅Ｗｔ、ミドル層２１３ｍの平均スカロップ幅Ｗｍ、及びトップ層２１３ｔの平均スカロップ幅Ｗｔとなるように異方性エッチング条件をそれぞれ調整して、ノズルプレート１〜４の大径部２１３を形成した。
また、本実施例において、トップ層２１３ｔは３６μｍ、ミドル層２１３ｍは１０８μｍ、ボトム層２１３ｂは３６μｍとなるように形成した。ここで、厚さ２００μｍのＳｉ基板を使用しているため、残りのＳｉ基板の厚さは２０μｍであった。

（小径部の形成）
大径部２１３を形成したＳｉ基板に（図５Ａ）、小径部２１２を形成する側の熱酸化膜２１６の面にフォトレジスト２１９を塗布した（図５Ｂ）。次に、小径部２１２を形成する位置の上面以外にフォトレジスト２１９が塗布された状態となるように、大径部２１３の穴と同心で直径２０μｍのフォトレジストパターン２１９ａを形成した（図５Ｃ）。
次に、フォトレジストパターン２１９ａをエッチングマスクとして、直径２０μｍの熱酸化膜パターンを形成し、これを異方性エッチング方法におけるエッチングマスクパターン２１６ａとした（図５Ｄ）。次に、フォトレジストパターン２１９ａを除去した（図５Ｅ）。

次に、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ製Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ−ＩＣＰを使用して、エッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法によって、結合層２１ｂが露出するまでエッチングを行い、直径２０μｍの小径部２１２を形成した（図５Ｆ）。そして、希釈フッ酸溶液に浸漬して、エッチングマスクパターン２１６ａと、表面に露出した結合層２１ｂを除去した（図５Ｇ）。
ここで、ノズルプレート１〜４における上記の小径部２１２の形成では、平均スカロップ幅０．２μｍとなるように異方性エッチング条件を調整して形成させ、ノズルプレート１〜４にそれぞれ同一の小径部２１２を形成した。
また、形成した小径部２１２の厚さは２０μｍであった。

また、ノズルプレート１〜４には、上記のような大径部２１３と小径部２１２によって構成されるノズル孔２１１を、１０２４個形成させた。また、上記の方法で製造したノズルプレート１〜４において、図３に示したような撥液層２１５は設けなかった。

≪インクジェットヘッド１〜４の製造方法≫
公知の方法によって、図１及び図２に示すような、中間プレート２２及びボディプレート２３を製造した。そして、上記のように製造したノズルプレート１〜４のそれぞれに対して、中間プレート２２及びボディプレート２３を接着剤で貼り合わせてヘッドチップ２を製造し、更に、ヘッドチップ２の上面に保持板３、接続部材４、インク流路部材５を形成してインクジェットヘッド１〜４を製造した。

≪評価方法≫
以上のように製造したインクジェットヘッド１〜４を用いて、以下の液滴の射出実験を行い、液滴の射出性能の評価を行った。
インクジェットヘッド１〜４をそれぞれインクジェット記録装置に搭載し、７０ｋＰａで１０秒間、インクをインク流路部材５からヘッドチップ２の内部を通過して、１０２４個の各ノズル孔２１１からインクを排出させることによって、インクの初期充填を行った。次に、１００ｋＰａで１０秒間、インクをインク流路部材５からヘッドチップ２の内部を通過して、１０２４個の各ノズル孔２１１からインクを排出させることによって、インクの追加充填を行った。その後、１０２４個の各ノズル孔２１１から、３．５ｐＬの液滴を５０ｋＨｚの条件でインクを射出させ、射出したインク滴の飛翔軌道をストロボカメラで撮影した。そして、射出したインク滴に射出ぶれが生じているか否かを観察した。
射出ぶれの評価は、各ノズル孔２１１から連続して射出した２０個のインク滴の飛翔軌道をストロボカメラで撮影した際に、射出したインク滴が、ノズルプレート２１の底面から１ｍｍ離れた到達位置において、２０個全てのインク滴が、インクの射出方向に垂直な点を中心として直径２０μｍ以内に収まった場合を射出ぶれが生じなかったと評価した。一方で、直径２０μｍ以内に収まらなかったインク滴があった場合を射出ぶれが生じたと評価した。

具体的には、以下に示す基準でインクジェットヘッド１〜４の射出性能を評価し、◎と○を合格とした。
◎：ノズル孔１０２４個全て射出ぶれが生じなかった。
○：ノズル孔１０２４個中１〜４個に射出ぶれが生じた。
△：ノズル孔１０２４個中５〜９個に射出ぶれが生じた。
×：ノズル孔１０２４個中１０個以上に射出ぶれが生じた。

≪評価結果≫
本発明のノズルプレート１〜３を用いたインクジェットヘッド１〜３では、射出ぶれの発生が抑えられおり、射出性能が高いことが分かった。これは、ノズルの泡抜け性が高く、ノズル孔２１１に泡が溜まり難かったためであると考えられる。
また、本発明のノズルプレート１を用いたインクジェットヘッド１では、全てのノズル孔で射出ぶれが発生せず、特に良好な射出性能が得られることが分かった。これは、ミドル層をより精密に形成したことによって、ノズルプレートに設けられた複数の各ノズル孔の加工誤差による影響を最小限に抑え、全てのノズル孔において高い射出性能を得ることができたためであると考えられる。

本発明は、液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッドに利用することができる。

１ 液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）
２ ヘッドチップ
２１ ノズルプレート
２１１ ノズル孔
２１２ 小径部
２１３ 大径部
２１３ｔ トップ層
２１３ｍ ミドル層
２１３ｂ ボトム層
２１５ 撥液層
Ｗｔ トップ層の平均スカロップ幅
Ｗｍ ミドル層の平均スカロップ幅
Ｗｂ ボトム層の平均スカロップ幅

Claims (11)

1. Ｓｉ基板に、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、一方の面に開口する小径部と、前記小径部と連通する連通口から他方の面に開口し、前記小径部より大きな大径部と、を有するノズル孔を設ける液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法であって、
   前記大径部を、前記他方の面から前記連通口までのうち、前記他方の面と接するトップ層、前記連通口と接するボトム層としたとき、
   前記トップ層を平均スカロップ幅Ｗｔで形成する工程と、
   前記ボトム層を平均スカロップ幅Ｗｂで形成する工程と、
   を有し、下記式（１）を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
   式（１）：Ｗｔ＞Ｗｂ
2. 前記トップ層と前記ボトム層の間をミドル層としたとき、
   前記ミドル層を平均スカロップ幅Ｗｍで形成する工程を有し、
   下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
   式（２）：Ｗｔ＞Ｗｂ＞Ｗｍ
3. 前記異方性エッチング方法は、ボッシュプロセスを用いて行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
4. 前記Ｓｉ基板は、２つのＳｉ層の間にエッチングレートの低いＳｉＯ_２層からなる結合層を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
5. 前記小径部が開口する面に、撥液層を形成することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
6. 前記撥液層の厚さは、０．１〜３．０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
7. Ｓｉ基板に、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、一方の面に開口する小径部と、前記小径部と連通する連通口から他方の面に開口し、前記小径部より大きな大径部と、を有するノズル孔を設ける液体吐出ヘッド用ノズルプレートであって、
   前記大径部を、前記他方の面から前記連通口までのうち、前記他方の面と接するトップ層、前記連通口と接するボトム層としたとき、
   前記トップ層の平均スカロップ幅Ｗｔ、及び前記ボトム層の平均スカロップ幅Ｗｂが下記式（１）を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
   式（１）：Ｗｔ＞Ｗｂ
8. 前記トップ層と前記ボトム層の間をミドル層としたとき、前記ミドル層の平均スカロップ幅Ｗｍが下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
   式（２）：Ｗｔ＞Ｗｂ＞Ｗｍ
9. 前記小径部が開口する面に、撥液層を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
10. 前記撥液層の厚さは、０．１〜３．０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
11. 請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートを有するヘッドチップを備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。

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