(57)【要約】【課題】  吐出特性を実質的に均一化することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  流路基板が複数一体的に形成されるシリコンウェハを、所定の保護膜をマスクとして一定時間エッチングすることでシリコンウェハに複数の各流路基板に対応する供給口部を同時に形成するエッチング工程と、供給口部が形成されたシリコンウェハを分割して複数の流路基板とする分割工程とを少なくとも具備し、且つエッチング工程では、シリコンウェハの面内位置に応じて供給口部の分流路部を構成する細溝の幅又は長さの少なくとも一方を実質的に調整することで、シリコンウェハに形成される各供給口部の流路抵抗を均一化する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴が吐出されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、単一流路部と複数の細溝からなる分流路部とで構成され前記共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口部とを具備すると共に、少なくとも前記供給口部がシリコン単結晶基板からなる流路基板に形成された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路基板が複数一体的に形成されるシリコンウェハを、所定の保護膜をマスクとして一定時間エッチングすることで当該シリコンウェハに複数の各流路基板に対応する前記供給口部を同時に形成するエッチング工程と、前記供給口部が形成された前記シリコンウェハを分割して複数の前記流路基板とする分割工程とを少なくとも具備し、且つ前記エッチング工程では、前記シリコンウェハの面内位置に応じて前記供給口部の前記分流路部を構成する前記細溝の幅又は長さの少なくとも一方を実質的に調整することで、前記シリコンウェハに形成される各供給口部の流路抵抗を均一化したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記エッチング工程では、各細溝を画成する柱状突起に対応する領域の前記保護膜の幅又は長さの少なくとも何れか一方を調整することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記エッチング工程では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）放電によって前記シリコンウェハを異方性ドライエッチングすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記シリコンウェハの周縁部に形成する前記細溝の幅又は長さの少なくとも何れか一方を、当該シリコンウェハの中心部に形成する前記細溝のそれよりも実質的に短くなるようにしたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記流路基板が、前記供給口部と共に前記ノズルを有するノズルプレートであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルからインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に用いられるインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドでは、液滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種方式のものが知られている。例えば、発熱素子等によって液体を沸騰させ、そのときに生じる気泡圧で液滴を吐出させるものや、液滴が充填された圧力発生室の容積を、圧電素子の変位によって膨張又は収縮させることでノズルから液滴を吐出させるものがある。さらに、例えば、静電気力を利用して圧力発生室の容積を変化させることで、ノズルから液滴を吐出させるようにしたものもある。
【０００３】
例えば、静電駆動方式のインクジェット式記録ヘッドとしては、シリコン単結晶基板からなり複数のノズルが形成されたノズルプレートと、シリコン単結晶基板からなりノズルに連通するインクキャビティ（圧力室）及びインクリザーバ（共通液室）が形成されたキャビティプレートと、個別電極が配設されるガラス基板とが貼り付けられて構成され、上記インクキャビティとインクリザーバとが、ノズルプレートに形成されたインク供給路を介して連通させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、例えば、ノズルプレートは、シリコンウェハに複数一体的に形成され、最終的にこのシリコンウェハを分割することによって形成されている。すなわち、各ノズルプレートに対応する複数のノズル及びインク供給路が、シリコンウェハにエッチングにより形成された後、シリコンウェハを複数のノズルプレートに分割している。
【０００５】
そして、このように複数のノズル及びインク供給路等をシリコンウェハにエッチングによって形成すると、シリコンウェハの面内で深さにばらつきが生じてしまい、上記のような構成のインクジェット式記録ヘッドとした際に、各ヘッドでインク吐出特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。また、このような吐出特性のばらつきは比較的大きいため、歩留まりが低くなってしまうという問題もある。
【０００６】
なお、このような問題は、勿論、インクジェット式記録ヘッドだけでなく、他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１９８３８６号公報（特許請求の範囲、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、吐出特性を実質的に均一化することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液滴が吐出されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、単一流路部と複数の細溝からなる分流路部とで構成され前記共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口部とを具備すると共に、少なくとも前記供給口部がシリコン単結晶基板からなる流路基板に形成された液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路基板が複数一体的に形成されるシリコンウェハを、所定の保護膜をマスクとして一定時間エッチングすることで当該シリコンウェハに複数の各流路基板に対応する前記供給口部を同時に形成するエッチング工程と、前記供給口部が形成された前記シリコンウェハを分割して複数の前記流路基板とする分割工程とを少なくとも具備し、且つ前記エッチング工程では、前記シリコンウェハの面内位置に応じて前記供給口部の前記分流路部を構成する前記細溝の幅又は長さの少なくとも一方を実質的に調整することで、前記シリコンウェハに形成される各供給口部の流路抵抗を均一化したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１の態様では、シリコンウェハの面内位置に拘わらず、各供給口部の流路抵抗のばらつきが抑えられる。これにより、各ヘッドの吐出特性を均一化することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記エッチング工程では、各細溝を画成する柱状突起に対応する領域の前記保護膜の幅又は長さの少なくとも何れか一方を調整することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第２の態様では、各供給口部の細溝の形状（幅又は長さ）を極めて容易且つ確実に調整することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記エッチング工程では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）放電によって前記シリコンウェハを異方性ドライエッチングすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第３の態様では、ＩＰＣ放電による異方性ドライエッチングを行う場合、流路抵抗のばらつきが特に生じやすいが、細溝の幅又は長さを調整することで、比較的容易且つ確実に流路抵抗のばらつきを抑えることができる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記シリコンウェハの周縁部に形成する前記細溝の幅又は長さの少なくとも何れか一方を、当該シリコンウェハの中心部に形成する前記細溝のそれよりも実質的に短くなるようにしたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第４の態様では、供給口部の流路抵抗のばらつきをより確実に抑えることができる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記流路基板が、前記供給口部と共に前記ノズルを有するノズルプレートであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第５の態様では、比較的小型で且つインク吐出特性に優れた液体噴射ヘッドを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略斜視図であり、図２は、その断面図であり、図３は、インク供給口部を示す概略図である。図示したインクジェット式記録ヘッドは、いわゆる静電駆動方式のヘッドであり、キャビティ基板１０と、このキャビティ基板１０の両面にそれぞれ接合されるノズルプレート２０及び電極基板３０とで構成されている。
【００１５】
キャビティ基板１０は、例えば、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面側に開口する圧力室（キャビティ）１１がその幅方向に複数並設されている。また、本実施形態では、図２に示すように、キャビティ基板１０には、複数の圧力室１１が並設された列が２列形成されている。さらに、キャビティ基板１０には、各列の圧力室１１に共通するインク室となる共通インク室１２が形成されており、この共通インク室１２は、後述するインク供給口部を介して各圧力室１１に連通されている。また、共通インク室１２の底壁には、共通インク室１２にインクを供給するためのインク供給孔１３が形成されている。また、キャビティ基板１０には、共通インク室１２の外側に、後述する個別電極に接続される個別端子部を露出させるための貫通孔１４が形成されている。なお、この貫通孔１４は、キャビティ基板１０の共通インク室１２とは反対側の端面まで連続的に形成されていてもよい。
【００１６】
なお、各圧力室１１の底壁は、圧力室１１内に圧力変化を生じさせるための振動板１５として機能し、且つこの振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための共通電極としての役割を兼ねている。そして、キャビティ基板１０の貫通孔１４近傍には、ノズルプレート２０の後述する露出孔内に露出されて図示しない駆動配線が接続される共通端子部１６が形成されている。
【００１７】
ノズルプレート２０は、キャビティ基板１０と同様に、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、各圧力室１１に連通する複数のノズル２１が形成されている。そして、このノズルプレート２０は、キャビティ基板１０の開口面側に接合され、圧力室１１及び共通インク室１２の一方の面を形成している。また、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０とは反対側の面には、ノズル２１に対応する領域に亘って厚さ方向の一部を除去したノズル段差部２２が形成されている。
【００１８】
ここで、各ノズル２１は、インク滴が吐出される側に設けられてノズル段差部２２内に開口する略円形の小径部２１ａと、小径部２１ａよりも大きい径を有し小径部２１ａと圧力室１１とを連通する大径部２１ｂとからなる。そして、全てのノズル２１（小径部２１ａ）は、このノズル段差部２２内に開口しており、本実施形態では、このノズル段差部２２内のノズルプレート２０の表面がノズル面となる。
【００１９】
また、このノズルプレート２０のキャビティ基板１０との接合面には、圧力室１１と共通インク室１２との境界に対応する領域に、これら各圧力室１１と共通インク室１２とを連通するインク供給口部２３が形成されている。このインク供給口部２３の中央部、すなわち、圧力室１１と共通インク室１２と中間部には、図３に示すように複数の柱状突起２４が並設され、この柱状突起２４によって画成される複数の細溝２５からなる分流路部２６が形成されている。そして、本実施形態に係るインク供給口部２３は、この分流路部２６と、その両側の単一流路部２７とで構成されている。
【００２０】
また、ノズルプレート２０には、共通インク室１２の外側に対応する位置に、キャビティ基板１０の貫通孔１４に連通し、後述する個別端子部と共に共通端子部１６を露出させる露出孔２８が形成されている。なお、この露出孔２８は、貫通孔１４と同様に、共通インク室１２とは反対側の端面まで連続的に形成されていてもよい。
【００２１】
さらに、このノズルプレート２０の表面、本実施形態では、ノズル段差部２２内には、例えば、フッ素含有シランカップリング化合物等からなる撥水撥油性材料からなる撥水撥油膜２９が形成されている。これにより、ノズルプレート２０の表面（ノズル面）へのインク滴の付着を抑えている。
【００２２】
一方、電極基板３０は、シリコン単結晶基板に近い熱膨張率を有する、例えば、ホウ珪酸ガラス等のガラス基板からなり、キャビティ基板１０の振動板１５側の面に接合されている。この電極基板３０の振動板１５に対向する領域には、各圧力室１１に対応して凹部３１が形成されている。また、電極基板３０には、キャビティ基板１０のインク供給孔１３に対応する位置には、このインク供給孔１３に連通するインク導入孔３２が形成されている。そして、図示しないインクタンクからこのインク導入孔３２及びインク供給孔１３を介して共通インク室１２にインクが充填されるようになっている。
【００２３】
また、各凹部３１には、振動板１５を変位させる静電気力を発生させるための個別電極３３が、振動板１５との間に所定の間隔を確保した状態でそれぞれ配置されている。また、凹部３１内には、キャビティ基板１０の貫通孔１４に対向する領域に、図示しない駆動配線が接続される個別端子部３４が形成されており、この個別端子部３４と各個別電極３３とはリード電極３５によって接続されている。なお、図示しないが、これら各個別電極３３及びリード電極３５は絶縁膜によって封止され、また個別端子部３４と共通端子部１６との間には、接続配線を介して駆動電圧パルスを印加するための発振回路が接続されている。
【００２４】
そして、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、発振回路によって個別電極３３と振動板１５（キャビティ基板１０）との間に駆動電圧を印加すると、これら個別電極３３と振動板１５との隙間に発生する静電気力によって振動板１５が個別電極３３側に撓み変形して、圧力室１１の容積が拡大し、駆動電圧の印加を解除すると、振動板１５が元の状態に復帰し、圧力室１１の容積が収縮する。そして、このとき発生する圧力室１１内の圧力変化によって、圧力室１１内のインクの一部が、ノズル２１からインク滴として吐出される。
【００２５】
ここで、本実施形態に係る流路基板であるノズルプレートの製造方法について説明する。なお、ノズルプレート２０は、図４に示すように、一枚のシリコンウェハであるノズルプレート用ウェハ２００に複数一体的に形成され、最終的に各チップサイズに分割される。また、図５及び図６は、ノズルの列とは直交する方向の断面図であり、図７は、ノズルプレート用ウェハ２００の中心部に形成されるノズルプレート２０Ａ、周縁部に形成されるノズルプレート２０Ｃ及び中間部（中心部と周縁部との間の領域）に形成されるノズルプレート２０Ｂ（図４参照）のそれぞれに対応するインク供給口部のマスク形状を示す図である。
【００２６】
まず、図５（ａ）に示すように、例えば、厚さが１８０μｍのシリコンウェハであるノズルプレート用ウェハ２００を熱酸化することにより、その表面に二酸化シリコンからなる酸化膜からなる保護膜２０１を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００の一方面側の保護膜２０１を、例えば、フッ化アンモニウム等によってエッチングすることにより、ノズル２１が形成される領域に、小径部２１ａと略同一径の開口部２０２を形成する。また、個別端子部を露出させるための露出孔２８が形成される領域にも、所定形状の開口部２０３を形成する。なお、本実施形態では、開口部２０３は、露出孔２８が形成される領域の周縁部のみに形成している。次いで、図５（ｃ）に示すように、保護膜２０１をさらにハーフエッチングすることにより、ノズル２１が形成される領域に、大径部２１ｂと略同一径で所定深さの凹部２０４を形成する。また、インク供給口部２３が形成される領域に、インク供給口部２３と略同一開口形状を有する所定深さの凹部２０５を形成する。すなわち、インク供給口部２３が形成される領域で、柱状突起２４が形成される領域の保護膜２０１ａを残して、所定深さの凹部２０５を形成する。
【００２７】
ここで、本実施形態では、このような凹部２０５を形成する際に、ノズルプレート用ウェハ２００の面内位置に応じて、凹部２０５の開口形状、すなわち、柱状突起２４に対応する部分の保護膜２０１ａの形状（大きさ）を調整するようにしている。例えば、本実施形態では、ノズルプレート用ウェハ２００の周縁部側ほど保護膜２０１ａの長さが長くなるように形成している。すなわち、図７に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００の中心部のノズルプレート２０Ａに対応するインク供給口部２３Ａと、中間部のノズルプレート２０Ｂに対応するインク供給口部２３Ｂと、周縁部のノズルプレート２０Ｃに対応するノズル供給口部２３Ｃとの三段階で、それぞれ異なる長さの保護膜２０１ａを残すようにしている。
【００２８】
次に、図５（ｄ）に示すように、このような保護膜２０１をマスクとしてノズルプレート用ウェハ２００をエッチングすることによって溝部２０６，２０７を形成する。例えば、本実施形態では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）放電によってノズルプレート用ウェハを異方性ドライエッチングすることで、溝部２０６，２０７をノズル２１の小径部２１ａと略同一深さとなるように形成する。
【００２９】
次に、図５（ｅ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００の表面の保護膜２０１をフッ酸水溶液でエッチングし、その厚さ方向の一部を除去して、凹部２０４，２０５に対応する部分に開口部２０８，２０９を形成する。すなわち、凹部２０４，２０５内の保護膜２０１が完全に除去されるまで保護膜２０１全体を均一な厚さで除去する。
【００３０】
そして、図５（ｆ）に示すように、この開口部２０３，２０８，２０９を介してノズルプレート用ウェハ２００を、再び、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）放電によって異方性エッチングする。このとき、ノズルプレート用ウェハ２００は、表面形状が維持されたままエッチングされる。したがって、ノズルプレート用ウェハ２００を大径部２１ｂと同一の深さだけエッチングすることにより、開口部２０８に対応する部分に、小径部２１ａ及び大径部２１ｂからなるノズル２１が形成される。また、開口部２０９に対応する領域に単一流路部２７と、分流路部２６とで構成されるインク供給口部２３が形成される。また同時に、溝部２０７がさらに深く形成される。
【００３１】
ここで、ノズルプレート用ウェハ２００であるシリコンウェハは、その面内位置によってエッチング速度が異なるため、例えば、インク供給口部２３等の深さは、ノズルプレートの面内位置によって大きくばらついてしまう。具体的には、ノズルプレート用ウェハ２００の周縁部側ほどエッチング速度が速いため、周縁部側ほどインク供給口部２３が深く形成されてしまう。さらに、本実施形態のように、誘導結合プラズマ（ＩＰＣ）放電による異方性エッチングによってインク供給口部２３を形成する場合、このような深さのばらつきが特に顕著に現れる。そして、このようなインク供給口部２３の深さの違いに起因して、各ヘッドでのインク吐出特性にばらつきが生じてしまう。
【００３２】
しかしながら、本実施形態では、ノズルプレート用ウェハ２００の面内位置に応じて、すなわち、形成されるインク供給口部２３の深さに応じて、各柱状突起２４に対応する部分の保護膜２０１ａの長さを調整し、実質的に細溝２５の長さを調整するようにした。したがって、ノズルプレート用ウェハ２００の面内位置によって、各インク供給口部２３の深さは異なるものの、各インク供給口部２３の流路抵抗は均一化される。
【００３３】
したがって、このように同一のノズルプレート用ウェハ２００に形成された各ノズルプレート２０を用いてインクジェット式記録ヘッドを形成すれば、少なくともインク供給口部２３の流路抵抗に起因する吐出特性のばらつきは確実に抑えられ、各ヘッドでの吐出特性が均一化される。また、このように、吐出特性が均一化されることで、印刷品質のばらつきが低減し、歩留まりも向上する。
【００３４】
なお、このように各インク供給口部２３等を形成した後は、図６（ａ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００表面の保護膜２０１をフッ酸水溶液によって、一旦全て剥離させる。次いで図６（ｂ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００を熱酸化し、ノズル２１内等を含む全表面に、再び酸化膜からなる保護膜２１１を形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００のインク供給口部２３とは反対側の面、すなわち、ノズル面側の保護膜２１１を、例えば、フッ化アンモニウム等によってエッチングすることにより、ノズル段差部２２及び露出孔２８が形成される領域に開口部２１２，２１３を形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、この保護膜２１１をマスクとしてノズルプレート用ウェハ２００を、例えば、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）等によって異方性ウェットエッチングすることにより、ノズル段差部２２を形成すると共に、露出孔２８を実質的に貫通させる。
【００３５】
また、このようにノズル段差部２２等を形成した後は、図６（ｅ）に示すように、ノズルプレート用ウェハ２００表面の保護膜２１１を、フッ酸水溶液等によって完全に剥離させる。これによって、ノズル２１がノズル段差部２２内に開口すると共に、露出孔２８が完全に貫通される。なお、その後は、図示しないが、ノズルプレート用ウェハ２００を、再び熱酸化してノズル２１等の内面にインク保護膜となる酸化膜を形成して、ダイシング等により所定の大きさに切断することによってノズルプレート２０が形成される。
【００３６】
以上本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、柱状突起２４（細溝２５）の長さによってインク供給口部２３の流路抵抗を調整するようにしたが、これに限定されず、柱状突起２４（細溝２５）の幅、あるいは柱状突起２４（細溝２５）の数等によってインク供給口部２３の流路抵抗を調整するようにしてもよい。何れにしても、柱状突起２４に対応する部分の保護膜２０１ａの形状（大きさ）を調整するだけで、比較的容易に各インク供給口部２３の流路抵抗を均一化することができる。また、本実施形態では、インク供給口部がノズルプレートに形成された構造を例示したが、本発明は、例えば、キャビティ基板にインク供給口部が形成された構成等のあらゆる構成のヘッドに適用することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、静電駆動方式のインクジェット式記録ヘッドを一例として本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、圧電素子の変位によってインク滴を吐出させる方式、あるいは、発熱素子等によってインクを加熱することでインク滴を吐出させる方式等、あらゆる方式のインクジェット式記録ヘッドに採用することができる。また、勿論、本発明は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、他のあらゆる液滴を吐出する液体噴射ヘッドにも採用することができる。他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】一実施形態に係る記録ヘッドの概略斜視図である。
【図２】一実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【図３】一実施形態に係る記録ヘッドのインク供給口部を示す概略図である。
【図４】ノズルプレート用ウェハを説明する概略図である。
【図５】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】インク供給口部に対応する保護膜の形状を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  キャビティ基板、  １１  圧力室、  １２  共通インク室、  １３  インク供給孔、  １４  貫通孔、  １５  振動板、  １６  共通端子部、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル、  ２２  ノズル段差部、  ２３  インク供給口部、  ２４  柱状突起、  ２５  細溝、  ２６  分流路部、  ２７  単一流路部、２８  露出孔、  ２９  撥水撥油膜、  ３０  電極基板、  ３１  凹部、  ３２  インク導入孔、  ３３  個別電極、  ３４  個別端子部、  ３５  リード電極、  ２００  ノズルプレート用ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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