(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するためのノズル孔が、基板面に対して垂直な筒状で吐出方向の先端側となる噴射口部分と、該噴射口部分から吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状部分とを有し、前記ノズル孔を、シリコン基板をエッチングすることにより形成するノズルプレートの製造方法であって、
前記シリコン基板の一方の面にドライエッチングを施して前記噴射口部分を形成する工程と、
少なくとも前記一方の面と前記噴射口部分の側面及び底面とにエッチング保護膜を形成する工程と、
前記エッチング保護膜のうち、前記噴射口部分の周囲部分を、前記噴射口部分の孔径よりも大きく除去して開口を形成する工程と、
前記開口が形成された前記エッチング保護膜を有する前記シリコン基板にドライエッチングを施し、前記テーパ状部分を形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記一方の面とは反対側の面側から前記噴射口部分の先端部が開口するまで薄板化する工程と
を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
前記テーパ状部分を形成するドライエッチングは、前記テーパ状部分の側面方向のエッチングを抑制して該側面を保護するための保護膜を形成するための第１のガスと、前記テーパ状部分の深さ方向のエッチングを促進するための第２のガスと、前記保護膜をエッチングしてテーパー角を調整するための第３のガスとを導入することにより行うことを特徴とする請求項１記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
前記ドライエッチングは、ＩＣＰ放電によるドライエッチングであることを特徴とする請求項１又は２記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、ノズルプレート及び液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合されノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティプレートとを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景から、インクジェットヘッドのノズル部に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
【０００３】
インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズルとして、先端側に一定断面の細いノズル孔部分と、その後側に円錐状あるいは角錐状に広がったノズル孔部分が形成された断面形状のものを使用することが望ましい。例えば、特許文献１に示されるように、ノズル形状を、先端側を円筒形状とし、後側の部分の内周面を四角錐台形状とすると、全体として円筒形状をしたノズルを使用する場合に比べて、インクキャビティの側からノズルに加わるインク圧力の方向をノズル軸線方向に揃えることができ、安定した吐出特性を得ることができる。また、特許文献２に示されるように、ノズルを、先端側のノズル部分を異方性ドライエッチングにより円筒状に形成し、後側のノズル部分を異方性ウェットエッチングによりテーパ状に形成すれば、インクの澱み部分が発生するおそれが少なくなり、さらに安定した吐出特性を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−１３５０７５号公報（図２）
【特許文献２】特開平１０−３１５４６１号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１、２のように、インクの導入口となるテーパ状ノズル部分をシリコン単結晶基板に異方性ウェットエッチングで形成する場合には、シリコン単結晶基板の面方位に依存するため、テーパ角が決まってしまい、ノズル密度を上げることには限界があるという課題があった。すなわち、ノズル密度を上げるにはノズルプレートの厚さをより薄くする必要があるが、そうするとノズルプレートが割れたり欠けたりしてハンドリングが難しくなるためである。
【０００６】
そこで本発明は、安定した吐出特性を有するとともに、ノズル密度すなわち高密度化を図ることができる液滴吐出用のノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、ノズルプレート及び液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
また、本発明に係るノズルプレートの製造方法では、液滴を吐出するためのノズル孔が、基板面に対して垂直な筒状で吐出方向の先端側となる噴射口部分と、噴射口部分から吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状部分とを有し、ノズル孔を、シリコン基板をエッチングすることにより形成するノズルプレートの製造方法であって、シリコン基板の一方の面にドライエッチングを施して噴射口部分を形成する工程と、少なくとも一方の面と噴射口部分の側面及び底面とにエッチング保護膜を形成する工程と、エッチング保護膜のうち、噴射口部分の周囲部分を、噴射口部分の孔径よりも大きく除去して開口を形成する工程と、開口が形成されたエッチング保護膜を有するシリコン基板にドライエッチングを施し、テーパ状部分を形成する工程と、シリコン基板を、一方の面とは反対側の面側から噴射口部分の先端部が開口するまで薄板化する工程とを有するものである。
このように、異方性ウェットエッチングに依ることなくドライエッチングでノズル孔のテーパ状部分を形成するため、ノズル密度を高密度とすることが可能である。また、ノズル孔全体をドライエッチングで形成するため、噴射口部分とテーパ状部分との境界部分をなめらかに連続した形状とすることができ、気泡排出性が良く、安定した吐出特性を有するインクジェットヘッドを形成することができる。また、テーパ状部分を形成する際のエッチング工程では、噴射口部分の側面及び底面をエッチング保護膜で保護した状態で行うため、噴射口部分の孔径にエッチングガスの影響が及ぶのを防止でき、噴射口部分の孔径精度を維持することができる。
【００１５】
また、本発明に係るノズルプレートの製造方法では、テーパ状部分を形成するドライエッチングを、テーパ状部分の側面方向のエッチングを抑制して側面を保護するための保護膜を形成するための第１のガスと、テーパ状部分の深さ方向のエッチングを促進するための第２のガスと、保護膜をエッチングしてテーパー角を調整するための第３のガスとを導入することにより行うものである。
これにより、テーパ状部分のテーパー角を自由に且つ高い精度で制御することができる。
【００１６】
また、前記ドライエッチングとしては、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングが好適である。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかのノズルプレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造するものである。
上記のいずれかのノズルプレートの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造すれば、安定した液滴吐出特性を有し、かつ高密度の液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１８】
本発明に係るノズルプレートは、上記のいずれかのノズルプレートの製造方法を用いて製造されたものである。
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のノズルプレートを有するものである。これにより、安定した液滴吐出特性を有し、かつ高密度の液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
以下、本発明のノズルプレートを備えた液滴吐出ヘッドの実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１乃至図３を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、また、駆動方式についても他の異なる駆動方式により液滴を吐出する液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置にも適用できるものである。
【００２０】
図１は、本実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図２は、図１の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図であり、ノズル部をさらに拡大して表してある。図３は、図２のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図１および図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【００２１】
本実施の形態１のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、図１および図２に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズルプレート１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティプレート２と、キャビティプレート２の振動板２２に対峙して個別電極３１が配設された電極基板３とを貼り合わせることにより構成されている。
【００２２】
ノズルプレート１は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズルプレート１は、複数のノズル孔１１が設けられる領域に凹部１２が形成され、この凹部１２の底面にインク液滴を吐出するためのノズル孔１１が開口している。すなわち、ノズル部分の長さ（基板厚み）を凹部１２により薄肉化することにより各ノズル孔１１の流路抵抗を調整している。これにより、均一な吐出性能を確保するとともに、吐出面（凹部１２の底面）に記録用紙などの他の物体が直接接触することがないので、記録用紙の汚損やノズル孔１１の先端の損傷などを防止することができる。
【００２３】
各ノズル孔１１は、図２に示すように、ノズルプレート１の表面（基板表面で凹部１２の底面）に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径（あるいは横断面積）の大きい導入口部分１１ｂとを有し、さらに噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂとの境界部１１ｃがラッパ状（テーパ状やアール等を含む。以下同じ。）に形成されている。これにより、境界部１１ｃにインクの淀み部分が生じないため、ノズル孔１１の流路抵抗を低減するとともに、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。
【００２４】
また、ノズルプレート１の図２において下面（キャビティプレート２との接合側の面）にはインク流路の一部を形成するオリフィス（細溝）１３が設けられている。また、後述するキャビティプレート２のリザーバ２３に対応する位置に凹部により薄肉化されたダイヤフラム部１４が設けられている。ダイヤフラム部１４はリザーバ２３内の圧力変動を抑制するために設けられている。
【００２５】
キャビティプレート２は、例えば厚さ約１４０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の吐出室２１およびリザーバ２３を構成するための凹部２４、２５が形成される。凹部２４は前記ノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図２に示すようにノズルプレート１とキャビティプレート２を接合した際、各凹部２４は吐出室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス１３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２１（凹部２４）の底壁が振動板２２となっている。
【００２６】
他方の凹部２５は、液状材料のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３（凹部２５）はそれぞれオリフィス１３を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には後述する電極基板３を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔３４を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【００２７】
また、上述のように、キャビティプレート２に（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を用いるのは、このシリコン基板に異方性ウエットエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面または下面に対して垂直にエッチングすることができるためであり、これによりインクジェットヘッドの高密度化を図ることができるからである。
【００２８】
また、キャビティプレート２の全面もしくは少なくとも電極基板３との対向面には熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）によりＳｉＯ2やＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２６が膜厚０．１μｍで施されている。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッドを駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
【００２９】
電極基板３は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から作製される。中でも、キャビティプレート２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板３とキャビティプレート２を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティプレート２との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティプレート２を強固に接合することができるからである。
【００３０】
電極基板３には、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより深さ約０．３μｍで形成されている。そして、各凹部３２内には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成される。したがって、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップ（空隙）は、この凹部３２の深さ、個別電極３１および振動板２２を覆う絶縁膜２６の厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすい等の理由から、一般にＩＴＯが用いられる。
【００３１】
個別電極３１は、リード部３１ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部３１ｂとを有する。これらの端子部３１ｂは、図１〜図３に示すように、配線のためにキャビティプレート２の末端部が開口された電極取り出し部２９内に露出している。
【００３２】
上述したように、ノズルプレート１、キャビティプレート２、および電極基板３は、一般に個別に作製され、これらを図２に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。すなわち、キャビティプレート２と電極基板３は陽極接合により接合され、そのキャビティプレート２の上面（図２において上面）にノズルプレート１が接着等により接合される。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材２７で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００３３】
そして最後に、図２、図３に簡略化して示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路４が各個別電極３１の端子部３１ｂとキャビティプレート２上に設けられた共通電極２８とに前記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド１０が完成する。
【００３４】
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路４は、個別電極３１に電荷の供給および停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２間に静電気力（クーロン力）が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む（変位する）。これによって吐出室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により吐出室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔１１より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクがリザーバ２３からオリフィス１３を通じて吐出室２１内に補給される。
【００３５】
本実施の形態１のインクジェットヘッド１０は、前述したように、ノズル孔１１がノズルプレート１の表面（吐出面）に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、この噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとを有し、さらに噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂとの境界部１１ｃがラッパ状に形成されているため、ノズル孔１１内で渦等を生ずることがなく、ノズル孔１１の流路抵抗を減少させることができる。そのため、インク滴をノズル孔１１の中心軸方向に真っ直ぐに吐出させることができ、きわめて安定した吐出特性を有する。また、気泡の排出性も良好なものである。
さらに、導入口部分１１ｂの横断面形状を円形や四角形などに形成することができるので、ノズルプレート１の厚さを薄くしなくてもインクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。
【００３６】
なお、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａおよび導入口部分１１ｂの横断面形状は特に限定されるものではなく、角形や円形などに形成される。但し、円形にする方が吐出特性や加工性の面で有利となるので好ましい。
【００３７】
次に、このインクジェットヘッド１０の製造方法について図４乃至図９を参照して説明する。
図４乃至図７は、ノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図であり、図８および図９は、キャビティプレート２および電極基板３の製造方法を示す製造工程の断面図であり、ここでは、主に、電極基板３にシリコン基板２００を接合した後にキャビティプレート２を製造する方法を示す。
まず最初に、ノズルプレート１の製造方法を説明する。
【００３８】
（１）ノズルプレート１の製造方法
まず、厚さが１８０μｍのシリコン基板１００を用意し、このシリコン基板１００の全面に膜厚１μｍのＳｉＯ2膜１０１を均一に成膜する（図４（Ａ））。このＳｉＯ2膜１０１は、例えば熱酸化装置にシリコン基板１００をセットし、酸化温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で４時間熱酸化を行うことにより形成する。ＳｉＯ2膜１０１はシリコンの耐エッチング材として使用するものである。
【００３９】
次に、シリコン基板１００の両面にレジスト１０２をコーティングし、キャビティプレート２と接合される側の接合面１００ｂに、ノズル孔１１の導入口部分１１ｂとなる部分１０５ｂをパターニングして、導入口部分１１ｂとなる部分１０５ｂのレジスト１０２を除去する（図４（Ｂ））。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でＳｉＯ2膜１０１をハーフエッチングし、導入口部分１１ｂとなる部分１０５ｂのＳｉＯ2膜１０１を薄くする（図４（Ｃ））。
その後、上記レジスト１０２を剥離する（図４（Ｄ））。
【００４０】
次に、レジスト１０２を剥離後、再度シリコン基板１００の両面にレジスト１０６をコーティングし、接合面１００ｂにノズル孔１１の噴射口部分１１ａとなる部分１０５ａをパターニングして、噴射口部分１１ａとなる部分１０５ａのレジスト１０６を除去する（図５（Ｅ））。
【００４１】
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でＳｉＯ2膜１０１をハーフエッチングして、噴射口部分１１ａとなる部分１０５ａのＳｉＯ2膜１０１を開口する（図５（Ｆ））。ＳｉＯ2膜１０１の開口が終わったら、両面のレジスト１０６を剥離する（図５（Ｇ））。
【００４２】
次に、図６（Ｈ）に示すように、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングによってＳｉＯ2膜１０１の開口部を、例えば深さ２５μｍで異方性ドライエッチングして、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａとなる凹部１０７を形成する。この場合、エッチングガスとして、例えば、Ｃ4Ｆ8（フッ化炭素：第１のエッチングガス）、ＳＦ6（フッ化硫黄：第２のエッチングガス）を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用し、かつエッチングガス導入時間を段階的に変更する。ここで、Ｃ4Ｆ8は凹部１０７の側面方向にエッチングが進行しないように凹部１０７の側面を保護するために使用し、ＳＦ6は凹部１０７の垂直方向のエッチングを促進するために使用する。
【００４３】
本実施の形態１では、例えば、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6の導入時間をそれぞれ３秒、４．５秒から開始し、ＳＦ6の導入時間のみを０．２秒ずつ段階的に増加するように変更し、終了時にはそれぞれ３秒、６秒となるようにした。すなわち、Ｃ4Ｆ8の導入時間は毎回３秒と一定とし、ＳＦ6の導入時間のみを毎回０．０２秒ずつ段階的に増加する。これをそれぞれのエッチングガスについて７６回ずつ交互に導入し、終了時にはそれぞれ３秒、６秒となるようにして、異方性ドライエッチングを行った。
【００４４】
次に、導入口部分１１ｂとなる部分１０５ａのＳｉＯ2膜１０１のみが無くなるように、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングした（図６（Ｉ））。そして、再度ＩＣＰ放電によるドライエッチングによりＳｉＯ2膜１０１の開口部を、例えば４０μｍの深さで垂直に異方性ドライエッチングし、凹部１０７よりも径の大きい凹部１０８、すなわち導入口部分１１ｂとなる凹部１０８を形成する。そうしたところ、凹部１０７の縦断面形状が、図６（Ｉ）のように壺状の中太形状から図６（Ｊ）、（Ｋ）のように庇部１０９が次第にエッチングされて入口部がテーパ状に拡大していき、さらに図６（Ｌ）のように最終的には入口部（ノズル孔１１の噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂの境界部１１ｃ）がアールの付いたラッパ状の形状に形成された。
【００４５】
次に、シリコン基板１００の表面に残るＳｉＯ2膜１０１をフッ酸水溶液で除去した後、シリコン基板１００を熱酸化装置にセットし、酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、水蒸気と酸素の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、ＩＣＰドライエッチング装置で加工した噴射口部分１１ａとなる凹部１０７および導入口部分１１ｂとなる凹部１０８の側面と底面に、膜厚１μｍのＳｉＯ2膜１１０を均一に成膜する（図７（Ｍ））。
【００４６】
次に、シリコン基板１００の両面にレジスト（図示せず）をコーティングし、インク吐出面となる部分１１１をパターニングし、例えば、フッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でエッチングし、ＳｉＯ2膜１１０を開口し、レジストを剥離する（図７（Ｎ））。
【００４７】
次に、シリコン基板１００を濃度２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液に浸漬し、インク吐出面となる部分１１１をエッチングして、インク吐出面１１２（図１、図２の凹部１２の底面）を形成する。このとき、エッチング部のシリコン基板厚み（ノズル部分の基板厚み）が６０μmとなるようにする（図７（Ｏ））。なお、このとき、図示は省略するが、図１、図２に示すオリフィス１３およびダイヤフラム部１４もエッチングにより形成される。
【００４８】
最後に、シリコン基板１００の表面のＳｉＯ2膜１１０をフッ酸水溶液等で除去すれば、ノズルプレート１が完成する（図７（Ｐ））。
【００４９】
なお、本実施の形態１のノズルプレート１の製造方法では、第１、第２のエッチングガスであるＣ4Ｆ8、ＳＦ6の導入時間を、それぞれ３秒、３秒から開始し、ＳＦ6の導入時間のみを段階的に変更し、終了時にはそれぞれ３秒、６秒となるようにしても、図６（Ｋ）に示すように、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂの境界部１１ｃをアールの付いたラッパ状の形状に形成することができた。
また、Ｃ4Ｆ8の導入時間を一定、または単調減少し、ＳＦ6の導入時間を一定、または単調増加（但し、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6の導入時間がともに一定の場合を除く。）させても同様のノズル形状（縦断面形状）が得られる。
また、ドライエッチングの際に、ＳＦ6に、酸素（Ｏ2）やアルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ2）、あるいは３フッ化メタン（ＣＨＦ3）等を添加してもよい。
また、本実施の形態１のノズルプレート１の製造方法は、単結晶のシリコン基板の代わりに、硼珪酸系のガラス基板を用いることもできる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態１のノズルプレート１の製造方法によれば、二種類以上のエッチングガスを使用し、そのエッチングガスの導入時間を変化させることにより、ノズル孔１１の異方性ドライエッチングを行うものであり、これにより、高い寸法精度で、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂの境界部１１ｃをラッパ状に形成することができる。
また、異方性ドライエッチングのみでノズル孔１１を作製するため、異方性ドライエッチングと異方性ウェットエッチングを組み合わせた製造方法に比べて、低コストでノズルプレート１を製造することができる。
【００５１】
（２）キャビティプレート２および電極基板３の製造方法
ここでは、電極基板３にシリコン基板２００を接合した後、そのシリコン基板２００からキャビティプレート２を製造する方法について図８、図９を参照して簡単に説明する。
【００５２】
電極基板３は以下のようにして製造される。
まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板３００に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより凹部３２を形成する。なお、この凹部３２は個別電極３１の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極３１ごとに複数形成される。
そして、凹部３２の内部に、例えばスパッタによりＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）からなる個別電極３１を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔３４となる孔部３４ａを形成することにより、電極基板３が作製される（図８（Ａ））。
【００５３】
次に、厚さが例えば５２５μｍのシリコン基板２００の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板２００の片面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって厚さ０．１μｍのＴＥＯＳ（TetraEthylorthosilicate）からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）２６を形成する（図８（Ｂ））。なお、シリコン基板２００を形成する前に、エッチングストップ技術を利用し振動板２２の厚みを高精度に形成するためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。
【００５４】
そして、このシリコン基板２００と、図８（Ａ）のように作製された電極基板３を、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基板２００に陽極を、電極基板３を陰極に接続して８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する（図８（Ｃ））。
シリコン基板２００と電極基板３を陽極接合した後に、水酸化カリウム水溶液等で接合状態のシリコン基板２００をエッチングすることにより、シリコン基板２００の厚さを例えば１４０μｍになるまで薄板化する（図８（Ｄ））。
【００５５】
次に、シリコン基板２００の上面（電極基板３が接合されている面と反対側の面）の全面にプラズマＣＶＤによって例えば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。
そして、このＴＥＯＳ膜に、吐出室２１となる凹部２４およびリザーバ２３となる凹部２５を形成するためのレジストをパターニングし、これらの部分のＴＥＯＳ膜をエッチング除去する。
その後、シリコン基板２００を水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、吐出室２１となる凹部２４およびリザーバ２３となる凹部２５を形成する（図９（Ｅ））。このとき、配線のための電極取り出し部２９となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお、図９（Ｅ）のウェットエッチングの工程では、例えば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板２２の面荒れを抑制することができる。
【００５６】
シリコン基板２００のエッチングが終了した後に、フッ酸水溶液でエッチングすることによりシリコン基板２００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜を除去する（図９（Ｆ））。
次に、シリコン基板２００の吐出室２１となる凹部２４等が形成された面に、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜（絶縁膜２６）を例えば厚さ０．１μｍで形成する（図９（Ｇ））。
その後、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）等によって電極取り出し部２９を開放する。また、電極基板３のインク供給孔３４となる孔部からレーザ加工を施してシリコン基板２００のリザーバ２３となる凹部２５の底部を貫通させ、インク供給孔３４を形成する（図９（Ｈ））。また、振動板２２と個別電極３１の間の電極間ギャップの開放端部をエポキシ樹脂等の封止材（図示せず）を充填することにより封止する。また、図１、図２に示すように共通電極２８がスパッタによりシリコン基板２００の上面（ノズルプレート１との接合側の面）の端部に形成される。
【００５７】
以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基板２００からキャビティプレート２が作製される。
そして最後に、このキャビティプレート２に、前述のように作製されたノズルプレート１を接着等により接合することにより、図２に示したインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。
【００５８】
本実施の形態１のインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、キャビティプレート２を、予め作製された電極基板３に接合した状態のシリコン基板２００から作製するものであるので、その電極基板３によりキャビティプレート２を支持した状態となるため、キャビティプレート２を薄板化しても、割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。したがって、キャビティプレート２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【００５９】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２のインクジェットヘッドの断面図であり、ノズル部をさらに拡大して表してある。図１０において、図２と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
実施の形態２は、実施の形態１のノズルプレート１に代えて、ノズルプレート４００としたもので、その他の構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分について説明し、重複する説明は省略する。
【００６０】
ノズルプレート４００のノズル孔４１は、吐出方向の先端側となる円筒状の噴射口部分４１ａと、噴射口部分４１ａから吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状部分４１ｂとを有している。なお、噴射口部分４１ａはノズルプレート４００の表面（基板表面で凹部１２の底面）に対して垂直に設けられており、噴射口部分４１ａとテーパ状部分４１ｂ とは同軸上に設けられている。かかる構成により、インク滴の吐出方向をノズル孔４１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。
【００６１】
ここで、実施の形態２は、ノズル密度を高密度化するにあたり、ノズルプレート４００の製造工程に特徴を持たせたものであり、その製造工程について以下に詳細に説明する。
【００６２】
図１１乃至図１６は、ノズルプレート４００の製造方法を示す製造工程の断面図である。
まず、基板厚み２８０μｍのシリコン基板４１１を用意し、熱酸化装置にセットし、酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、シリコン基板４１１の両面４１１ａ、４１１ｂに、エッチング保護膜となる膜厚１μｍのＳｉＯ2膜４１２を均一に成膜する（図１１（Ａ））。
【００６３】
次に、シリコン基板４１１においてキャビティプレート２と接合される側の接合面４１１ａにレジスト４１３をコーティングし、そのレジスト４１３から噴射口部分４１ａに対応する部分４１３ａを除去し、レジストパターンを形成する（図１１（Ｂ））。
そして、そのレジストパターンをマスクとして、例えば、緩衝フッ酸水溶液（フッ酸水溶液：フッ化アンモニウム水溶液＝１：６）でエッチングし、ＳｉＯ2膜４１２から噴射口部分４１ａに対応する部分４１２ａを開口する。このとき、裏面４１１ｂのＳｉＯ2膜４１２はエッチングされ、完全に除去される（図１１（Ｃ））。
その後、レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離する（図１１（Ｄ））。
【００６４】
次に、ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ2膜４１２の開口４１２ａを介して、例えば、深さ５０μmで垂直に異方性ドライエッチングを行い、噴射口部分４１ａを形成する（図１１（Ｅ））。この場合のエッチングガスとしては、例えば、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ4Ｆ8は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ6はＳｉ基板の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
その後、シリコン基板４１１の表面に残るＳｉＯ2膜４１２をフッ酸水溶液で除去する（図１２（Ｆ））。
そして、シリコン基板４１１を熱酸化装置にセットし、酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、シリコン基板４１１表面全体に、エッチング保護膜となる膜厚１μｍのＳｉＯ2膜４１４を均一に成膜する（図１２（Ｇ））。このとき、噴射口部分４１ａの内面（側面及び底面）全体にもＳｉＯ2膜４１４が形成される。
【００６５】
次に、シリコン基板４１１においてキャビティプレート２と接合される側の接合面４１１ａにレジスト４１５をコーティングし、そのレジスト４１５から、テーパ状部分４１ｂをドライエッチングする際のガスの導入路となる部分４１５ａを除去し、レジスト４１５をパターニングする（図１２（Ｈ））。
そして、そのレジストパターンをマスクとしてＳｉＯ2膜４１４をＲＩＥドライエッチング装置でドライエッチングし、ＳｉＯ2膜４１４に開口４１４ａを形成する（図１２（Ｉ））。
その後、レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離する（図１２（Ｊ））。
【００６６】
図１３は、図１２の（Ｊ）工程及びそれ以降の工程を示す図で、ノズル孔部分のみを拡大して示している。
ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ2膜４１４をエッチングマスクとしてテーパ状にドライエッチングし、テーパ状部分４１ｂを形成する（図１３（Ｋ））。この場合のエッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ8などの側面のエッチングが進行しないように側面を保護する保護膜を生成するガス（第１のガス）と、ＳＦ6などのシリコン基板４１１のエッチングを促進するガス（第２のガス）と、有機物（ここでは保護膜）を除去するＯ2などのガス（第３のガス）を混合して導入する。これにより、ＳｉＯ2膜４１４の開口４１４ａを起点としたテーパ状のドライエッチングが可能となる。本例では、ＳＦ6とＣ4Ｆ8とＯ2とをそれぞれ毎分２０、４０、５０ｃｃずつ導入して、テーパ角７５度、深さ１４μｍのテーパ状部分４１ｂを形成している。ここで、噴射口部分４１ａの側面及び底面にはエッチング保護膜としてのＳｉＯ2 膜４１４が形成されているため、この（Ｋ）のエッチング工程の際に噴射口部分４１ａにエッチングガスの影響が及ぶことはなく、噴射口部分４１ａの形状を維持することが可能となっている。
その後、噴射口部分４１ａの側面及び底面とシリコン基板４１１の表面に残るＳｉＯ2膜４１４をフッ酸水溶液で除去する（図１３（Ｌ））。
【００６７】
そして、シリコン基板４１１を熱酸化装置にセットし、酸化温度１０００℃、酸化時間２時間、酸素雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、ＩＣＰドライエッチング装置で加工した噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの側面及び底面を含むシリコン基板４１１の表面全体に膜厚０．１μｍのＳｉＯ2膜４１６を均一に成膜する（図１４（Ｍ））。
次に、透明材料（ガラス等）の支持基板５００に、紫外線または熱などの刺激で容易に接着力が低下する自己剥離層６０１を持った両面テープ６００を張り合わせる（図１４（Ｎ））。具体的には、支持基板５００に張り合わせた両面テープ６００の自己剥離層６０１の面と、シリコン基板４１１の接合面４１１ａとを向かい合わせ、真空中で貼り合せる。これにより接着界面に気泡が残らないきれいな接着が可能になる。この接着の際に接着界面に気泡が残ると、次の（Ｏ）の研削加工で薄板化されるシリコン基板４１１の板厚がばらつく原因となる。
【００６８】
そして、シリコン基板４１１の吐出面側からバックグラインダーで研削加工を行い、噴射口部分４１ａの先端部４１ｃが開口するまでシリコン基板４１１を薄くする（図１４（Ｏ））。この薄板化の方法としては、他にポリッシャー、ＣＭＰ装置による方法がある。これらの加工方法を用いた場合、研磨剤のカス等がノズル孔４１内に残るため、ノズル孔４１内の研磨材の水洗除去工程などで噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの内壁は洗浄される。また、これらの方法以外に、ドライエッチングによりシリコン基板４１１を薄板化するようにしてもよい。すなわち、例えばＳＦ6をエッチングガスとするドライエッチングにより、噴射口部分４１ａの先端部４１ｃのＳｉＯ2膜４１６が露呈するまでシリコン基板４１１を薄くし、そして、その先端部４１ｃのＳｉＯ2膜４１６をＣＦ4又はＣＨＦ3等のエッチングガスとするドライエッチングで除去するようにしてもよい。
【００６９】
次に、オゾンを溶存させた洗浄水にシリコン基板４１１を１０分間浸し、吐出面４１１ａに膜厚２ｎｍの酸化膜４１７を形成する（図１４（Ｐ））。このとき、ノズル孔４１内に入り込んだ自己剥離層６０１の一部も除去される。また、シリコン基板４１１の表面が洗浄され、異物、汚れの付着が無くなり、これにより、次の工程で形成される撥インク膜の均一なコーティングが可能となる。
続いて、シリコン基板４１１の吐出面４１１ａに撥インク処理を施す（図１４（Ｑ））。すなわち、Ｆ原子を含む撥インク性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥インク層４１８を形成する。このとき、噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの内壁も撥インク処理される。
次に支持基板５００を剥離する。すなわち、先ず、吐出面４１１ａにダイシングテープ７００をサポートテープとして貼り付ける（図１５（Ｒ））。
【００７０】
そして、支持基板５００側からＵＶ光を照射し両面テープ６００の自己剥離層６０１をシリコン基板４１１から剥離する（図１５（Ｓ））。
次にＡｒスパッタもしくは０2プラズマ処理によってシリコン基板４１１の噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの内壁に余分に形成された撥インク層４１８を除去する（図１５（Ｔ））。
シリコン基板４１１においてダイシングテープ７００を貼り付けている面とは反対側の面４１１ｂを真空ポンプに連通した吸着治具８００に吸着固定し、その状態でダイシングテープ７００を剥離する（図１６（Ｕ））。
最後に、吸着治具８００の吸着固定を解除し、ノズルプレート４００が完成する（図１６（Ｖ））。なお、図示省略したが、シリコン基板４１１にはノズル孔４１を形成するのと同時にノズルプレート外輪となる部分に貫通溝を形成するようにしており、吸着治具８００を取り外す段階でノズルプレート４００が個片に分割されるようになっている。
【００７１】
また、別の実施例として上記（Ｋ）の工程のガス導入量を、ＳＦ6、Ｃ4Ｆ8、Ｏ2をそれぞれ毎分２０、４０、７０ｃｃずつとなるようにしたところ、テーパ角６５度、深さ１３μｍのテーパ状部分４１ｂが形成できた。
【００７２】
このように本実施の形態２のノズルプレート４００の製造方法によれば、異方性ウェットエッチングに依ることなくドライエッチングでテーパ状部分４１ｂを形成するため、ノズル密度を高密度とすることが可能である。また、ノズル孔全体をドライエッチングで形成するため、噴射口部分４１ａとテーパ状部分４１ｂとの境界部分をなめらかに連続した形状とすることができ、気泡排出性が良く、安定した吐出特性を有するインクジェットヘッドを形成することができる。また、テーパ状部分４１ｂを形成する際のエッチング工程では、噴射口部分４１ａの側面及び底面をエッチング保護膜としてのＳｉＯ2膜４１４で保護するため、噴射口部分４１ａの孔径にエッチングガスの影響が及ぶのを防止でき、噴射口部分４１ａの孔径精度を維持することができる。
【００７３】
また、ノズル孔４１の先端側の孔形状を円筒形状としたので、ノズルプレート４００となるシリコン基板４１１を研削してノズル孔４１の先端部４１ｃを開口する際に、その研削量が所定量よりも多少ずれたとしても、吐出性能に非常に関わるノズル孔径は変化しないため、歩留まり良く製造することが可能となり、すなわち低コストで製造することが可能となる。
【００７４】
また、ノズル孔４１をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）放電によるドライエッチングで形成することにより、短時間で高精度に形成することができる。
【００７５】
上記の各実施の形態では、インクジェットヘッドおよびそのノズルプレート、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】図１の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図３】図２のインクジェットヘッドの上面図。
【図４】ノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図。
【図５】図４に続く製造工程を示す断面図。
【図６】図５に続く製造工程を示す断面図。
【図７】図６に続く製造工程を示す断面図。
【図８】キャビティプレートおよび電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。
【図９】図８に続く製造工程を示す断面図。
【図１０】実施の形態２に係るインクジェットヘッドの断面図。
【図１１】図１０のノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図。
【図１２】図１１に続くノズルプレートの製造工程の断面図。
【図１３】図１２に続くノズルプレートの製造工程の断面図。
【図１４】図１３に続くノズルプレートの製造工程の断面図。
【図１５】図１４に続くノズルプレートの製造工程の断面図。
【図１６】図１５に続くノズルプレートの製造工程の断面図。
【符号の説明】
【００７７】
１  ノズルプレート、２  キャビティプレート、３  電極基板、４  駆動制御回路、１０  インクジェットヘッド、１１  ノズル孔、１１ａ  噴射口部分、１１ｂ  導入口部分、１１ｃ  境界部、１２  凹部、１３  オリフィス、１４  ダイヤフラム部、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバ、２４  凹部、２５  凹部、２６  絶縁膜、２７  封止材、２８  共通電極、２９  電極取り出し部、３１  個別電極、３１ａ  リード部、３１ｂ  端子部、３２  凹部、３４  インク供給孔、１００  シリコン基板、１０１  ＳｉＯ2膜、１０２  レジスト、１０６  レジスト、１０７  凹部、１０８  凹部、１０９  庇部、１１０  ＳｉＯ2膜、１１２  インク吐出面、２００  シリコン基板、３００  ガラス基板、４１１  シリコン基板、４１２  ＳｉＯ2 膜、４１４  ＳｉＯ2膜、４１４ａ  開口。
【図１】
0004660683.tif 000002
【図２】
0004660683.tif 000003
【図３】
0004660683.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004660683.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004660683.tif 000008
【図８】
0004660683.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004660683.tif 000011
【図１１】
0004660683.tif 000012
【図１２】
0004660683.tif 000013
【図１３】
0004660683.tif 000014
【図１４】
0004660683.tif 000015
【図１５】
0004660683.tif 000016
【図１６】
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