(57)【要約】【課題】  単結晶シリコン基板を使用した高精度なノズルプレートの低コストな製造方法、その製造方法で製造されたノズルプレートを使用したインクジェットヘッド及びこのインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】  単結晶シリコン基板３ａにエッチングを施して、溶液を吐出するためのノズル穴１１を有するノズルプレート３を製造する方法であって、ノズルプレート３となる単結晶シリコン基板３ａの少なくとも１つの面の全体をエッチングすることにより、単結晶シリコン基板３ａを薄くする工程を有するものである。【選択図】        図１
2005053066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板にエッチングを施して、溶液を吐出するためのノズル穴を有するノズルプレートを製造する方法であって、
前記ノズルプレートとなる前記単結晶シリコン基板の少なくとも１つの面の全体をエッチングすることにより、前記単結晶シリコン基板を薄くする工程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】
前記単結晶シリコン基板の面方位が、（１００）方位である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】
前記単結晶シリコン基板を薄くする工程において、前記単結晶シリコン基板の１つの面に、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなるエッチングマスクが形成されてい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】
前記エッチングマスクが、ＣＶＤ装置によって形成されることを特徴とする請求項３記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項５】
前記単結晶シリコン基板を薄くする工程において、当該工程の後に前記単結晶シリコン基板の面積が縮小したときに所定の面積になるように、前記所定の面積より大きい面積の単結晶シリコン基板を使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項６】
前記単結晶シリコン基板を薄くする工程が、２０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項７】
前記単結晶シリコン基板を薄くする工程が、１０重量％以上のエタノールを添加した１０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項８】
前記単結晶シリコン基板を薄くする工程が、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液によるウェットエッチングであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項９】
前記ノズル穴を、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングによって形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項１０】
前記ノズル穴が、第１の溝と第２の溝からなり、第１の溝の横断面の面積が第２の溝の横断面の面積よりも小さく、階段状となっていることを特徴とする請求項９記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法で製造されたノズルプレートを使用したインクジェットヘッド。
【請求項１２】
請求項１１記載のインクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルプレートの製造方法、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関し、特に単結晶シリコン基板を使用したノズルプレートの低コストな製造方法、その製造方法で製造されたノズルプレートを使用したインクジェットヘッド及びこのインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の噴射装置のノズル形成方法では、単結晶シリコン基板にＩＣＰ放電等による異方性ドライエッチングを施して、先端側に向けて階段状に断面が小さくなったノズルを形成しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では、シリコン基板ではなく、ポリイミドシート等のプラスチック材料からなる基板にエッチングを施すことにより、ノズルプレートを製造して低コスト化を図っているものがあった（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８８２０号公報（第４頁、図２，図３）
【特許文献２】特開２００２−９６４７２号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の噴射装置のノズル形成方法では（例えば、特許文献１参照）、ノズルの深さやノズルの周辺部のワイピングの関係上、初めから１８０μｍの厚さのシリコン基板を用いてノズルプレートを作製しているため、高価な薄いシリコン基板が必要となりコストが高くなるという問題点があった。また、薄いシリコン基板を用いるため、取り扱いが難しく歩留りが低くなるという問題点もあった。
【０００６】
また従来のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では（例えば、特許文献２参照）、エッチングによって凹部やノズル孔を形成するときに、プラスチック材料からなる基板を使用しているため、エッチングされる面にピット（くぼみ）等の凹凸が発生しやすく加工精度が悪いという問題点があった。また、キャビティプレートとノズルプレートを接合する際に、シリコン基板を用いた場合には直接接合等の直接的な接合方法を用いることができるのに対して、プラスチック材料からなる基板では接着剤を使用しなければならないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、単結晶シリコン基板を使用した高精度なノズルプレートの低コストな製造方法、その製造方法で製造されたノズルプレートを使用したインクジェットヘッド及びこのインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置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】
【０００８】
本発明に係るノズルプレートの製造方法は、単結晶シリコン基板にエッチングを施して、溶液を吐出するためのノズル穴を有するノズルプレートを製造する方法であって、ノズルプレートとなる単結晶シリコン基板の少なくとも１つの面の全体をエッチングすることにより、単結晶シリコン基板を薄くする工程を有するものである。
ノズルプレートとなる単結晶シリコン基板の少なくとも１つの面の全体をエッチングすることにより、単結晶シリコン基板を薄くする工程を有することにより、安価な標準仕様のシリコン基板を使ってノズルプレートを製造することができ、低コストのノズルプレートの製造方法を実現することができる。また、単結晶シリコン基板を用いているため、加工精度の高いノズルプレートを製造することができる。
【０００９】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記のノズルプレートとなる単結晶シリコン基板の面方位が、（１００）方位であるものである。
面方位が（１００）方位である単結晶シリコン基板を用いてノズルプレートを製造すれば、ウェットエッチングの際のピットやマイクロピラミッド等の発生を抑制することができ、高精度のノズルプレートを製造することができる。
【００１０】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記の単結晶シリコン基板を薄くする工程において、単結晶シリコン基板の１つの面に、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなるエッチングマスクが形成されているものである。
エッチングによって単結晶シリコン基板を薄くする工程では、エッチングされる面に表面荒れが発生するが、単結晶シリコン基板の１つの面にエッチングマスクを形成して、エッチングがされないようにし、ノズルプレートのキャビティプレートと接合する面に表面荒れが発生しないようにすることができる。
【００１１】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記のエッチングマスクが、ＣＶＤ装置によって形成されるものである。
エッチングマスクを形成する際には、熱酸化によってエッチングマスクを形成することもできるが、単結晶シリコン基板の両面に熱酸化膜ができるため、一方の面の熱酸化膜を除去する工程が必要となる。このエッチングマスクをＣＶＤ装置によって形成するようにすれば、片方の面に選択的にエッチングマスクを形成することができるため、製造工程を簡略化することができる。
【００１２】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記の単結晶シリコン基板を薄くする工程において、当該工程の後に単結晶シリコン基板の面積が縮小したときに所定の面積になるように、この所定の面積より大きい面積の単結晶シリコン基板を使用するものである。
単結晶シリコン基板をウェットエッチングによって薄くする工程では、単結晶シリコン基板の厚さが薄くなるだけでなく、単結晶シリコン基板の外周部（側面）もエッチングされるため面積が小さくなる。この単結晶シリコン基板の面積の縮小する度合いは予め予測できるため、単結晶シリコン基板をエッチングにより薄くする工程の後に所定の面積になるように、この所定の面積より大きい面積の単結晶シリコン基板を使用するものである。このようにすることにより、単結晶シリコン基板を薄くする工程の後に、所望の面積の単結晶シリコン基板を得ることができる。また、後に示すＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングをするときに吸着面が露出することがなく、吸着面がエッチングされて正常な吸着ができなくなるのを防止することができる。
【００１３】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記の単結晶シリコン基板を薄くする工程が、２０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングであるものである。
２０重量％以下の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行うと、エッチングされた面にピット（くぼみ）が多く発生し、低濃度となるほどこのピットは大きくなる。また３０重量％以上の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行うと、単結晶シリコン基板の外周部（側面）が鋸状にエッチングされて、単結晶シリコン基板の割れや傷の原因となる。そのため、これらの問題が最も少ない２０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液によってウェットエッチングを行うものである。
【００１４】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記の単結晶シリコン基板を薄くする工程が、１０重量％以上のエタノールを添加した１０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングであるものである。
水酸化カリウム水溶液によるエッチングの際にエタノールを添加したものを使用すると、エッチング速度の面方位依存性が変化し、エッチングされる面にピットが発生するのを抑制することができる。しかし、１０重量％以下のエタノールではピットが発生してしまうため、１０重量％以上のエタノールを添加した１０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングを行うようにしたものである。なおエタノールの添加量の上限は、水酸化カリウム水溶液のエタノールの溶解度までである。
【００１５】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記の単結晶シリコン基板を薄くする工程が、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液によるウェットエッチングであるものである。
水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液によるウェットエッチングを行えば、２０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液等と同様に、エッチングされる面の表面荒れを抑制することができる。
【００１６】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、ノズル穴を、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングによって形成するものである。
ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングによれば、高い異方性で比較的深いノズル穴を形成することができるため、精度が高いノズル穴を形成することができる。
【００１７】
また本発明に係るノズルプレートの製造方法は、ノズル穴が、第１の溝と第２の溝からなり、第１の溝の横断面の面積が第２の溝の横断面の面積よりも小さく、階段状となっているものである。
ノズル穴を、第１の溝の横断面の面積が第２の溝の横断面の面積よりも小さい階段状に形成することにより、液滴の吐出時の直進性を増すことができる。
【００１８】
本発明に係るインクジェットヘッドは、上記のいずれかのノズルプレートの製造方法で製造されたノズルプレートを使用したものである。
このインクジェットヘッドは、低コストのノズルプレートの製造方法で製造されたノズルプレートを使用しているため、製造コストを抑えることができる。また、ノズルプレートに単結晶シリコン基板を用いているため、吐出精度の高いインクジェットヘッドである。
【００１９】
本発明に係るインクジェット記録装置は、上記のインクジェットヘッドを搭載したものである。
上記のインクジェットヘッドを搭載しているため、低コストで吐出精度の高いインクジェット記録装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図であり、図２はこのインクジェットヘッドの右半分の縦断面図である。なお図１は、一部を断面で示している。また本実施形態１では、インク等の液滴を基板の上面側から吐出するフェイスインクジェットヘッドについて示している。図１に示すように、本実施形態１に係るインクジェットヘッドは、キャビティプレート１、電極基板２及びノズルプレート３を重ねて接合した積層構造となっており、キャビティプレート１は電極基板２及びノズルプレート３に挟まれている。
【００２１】
キャビティプレート１は単結晶シリコン基板からなり、底面が振動板４となる凹部５ａが形成されている。この凹部５ａの上にノズルプレート３が接合されることにより吐出室５（図２参照）が形成される。またキャビティプレート１には、各吐出室５に液滴を供給するための共通リザーバー６を形成するための凹部６ａがあり、キャビティプレート１とノズルプレート３が接合されることにより、共通リザーバー６が形成される。キャビティプレート１には、全面にプラズマＣＶＤ（プラズマ化学蒸着法）によって、ＴＥＯＳ膜（テトラエチルオルソシリケート膜、図示せず）を例えば０．１μｍ形成して絶縁膜としている。このＴＥＯＳ膜は、インクジェットヘッドの駆動時の絶縁破壊やショートを防止し、またインク等の液滴によるキャビティプレート１のエッチングを防止するためのものである。
【００２２】
電極基板２はホウ珪酸ガラスからなり、電極基板２の上面には電極７を装着するための凹部８が形成されている。この凹部８は、電極７と振動板４の間にギャップＧ（隙間）を設けるためのものであり（図２参照）、振動板４と対向して形成されている。また凹部８は、その内部に電極７，リード部９及び端子部１０を装着できるように形成されており、電極７を装着する部分は、電極７よりやや大きめの形状にパターン形成されている。電極７は、電極基板２の凹部８の内部にＩＴＯ膜（インジウム錫酸化物膜）をスパッタすることにより形成する。
ここで例えば、凹部８を０．３μｍの深さでエッチングして電極７のＩＴＯ膜を０．１μｍの厚さで形成したとすると、ギャップＧは０．２μｍとなる。
なお、電極基板２はホウ珪酸ガラスではなく、シリコン基板等で形成してもよい。
【００２３】
ノズルプレート３は、例えば厚さ１８０μｍの単結晶シリコン基板からなり、ノズルプレート３の厚さ方向に貫通するノズル穴１１が形成されている。ノズル穴１１は、ノズルプレート３の下面側が吐出室５に連通し、ノズルプレート３の上面側が液滴を吐出するための開口部となっている。このノズル穴１１は、ノズルプレート３の上面側が横断面の面積の小さい第１の溝１１ａからなり、ノズルプレート３の下面側が横断面の面積の広い第２の溝１１ｂとなっており、階段状の２段ノズルとなっている。またノズルプレート３の下面には、吐出室５と共通リザーバー６を連通するためのオリフィス１２となる凹部１２ａと、リザーバーダイヤフラム１３を設けるための凹部１３ａ（図２参照）が設けられている。ノズルプレート３の上面のリザーバーダイヤフラム１３に対応する部分は凹部になっている。このようにしてリザーバーダイヤフラム１３の部分を薄くすることにより、外気圧の変動があった場合でも液滴の吐出が安定して行えるようになっている。
なお図１では、ノズル穴１１及び吐出室５が２列に並んだインクジェットヘッドを示しているが、ノズル穴１１及び吐出室５が１列に並んだものであってもよい。
【００２４】
図１及び図２に示されるインクジェットヘッドの動作を説明する。電極７と振動板４の間に発信回路（図示せず）によって３０ボルト程度の電圧を印加して、静電気力によって振動板４を電極７側に撓ませる。次に、印加した電圧を除去すると撓んでいた振動板４が元の状態に復元する。このとき、吐出室５の内部の圧力が急激に上昇するためノズル穴１１から液滴が吐出することとなる。再び電極７と振動板４の間に電圧が印加されると振動板４が電極７側に撓み、リザーバー６に溜まっていたインク等の液滴がオリフィス１２を通って吐出室５内へ供給される。なお振動板４への電圧の印加は、キャビティ基板１の一部に開けられた酸化膜の窓１５から行う。またリザーバー６への液滴の供給は、電極基板２を貫通するインク供給穴１４及びリザーバー６の底面に設けられたインク供給孔１４ａを介して行われる。
なお本実施形態１では、静電気力で振動板４を撓ませることにより液滴を吐出する静電駆動方式のインクジェットヘッドを示しているが、後の示すノズルプレートの製造方法で得られたノズルプレートは、圧電駆動方式等のインクジェットヘッドにも使用することができる。
【００２５】
本実施形態１に示すインクジェットヘッドの振動板４は、絶縁膜の部分を除いて高濃度のボロンドープ層からできている。アルカリ水溶液によるシリコン基板のエッチングでは、ボロンが高濃度でドープされている領域においてエッチング速度が非常に小さくなる。このため本実施形態１では、振動板４を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ水溶液によるキャビティプレート１の異方性エッチングにおいて、吐出室５となる凹部５ａを形成する際に、エッチングが振動板４の部分で止まるようにし所望の厚さの振動板４を得るようにしている。
【００２６】
図３及び図４は、図１及び図２に示したインクジェットヘッドのノズルプレート３の製造工程を示した縦断面図である。なお図３及び図４は、図１に示すノズルプレート３の右半分を示している。
まず、厚さが５２５μｍで面方位が（１００）方位である単結晶シリコン基板３ａを準備する（図３（ａ））。なお、単結晶シリコン基板の厚さは５２５μｍに限られないが、この程度の厚みの安価な単結晶シリコン基板を準備すればよい。またこの単結晶シリコン基板３ａは、以下に示す図３（ｄ）の単結晶シリコン基板３ａの厚さを薄くする工程において面積が縮小するため、図３（ｄ）の工程の後に所定の面積になるように、この所定の面積よりも大きい面積のシリコン基板を使用する。例えば、予め単結晶シリコン基板３ａの外周部（側面）から直径が２ｍｍ縮小することが分かっている場合には、直径が２ｍｍ大きく面積の広い単結晶シリコン基板３ａを準備する。
【００２７】
次に単結晶シリコン基板３ａに、水蒸気を含んだ酸素雰囲気の中で熱酸化処理を行い、表側表面及び裏側表面に約１．８μｍのシリコン酸化膜を形成する（図３（ｂ））。この熱酸化処理は、温度１０７５℃で８時間程度行う。
そして、単結晶シリコン基板３ａの裏側表面にレジストを形成して、緩衝フッ酸水溶液に単結晶シリコン基板３ａを浸し表側表面のシリコン酸化膜を取り除く（図３（ｃ））。
なお図３（ｂ）では、熱酸化処理によって単結晶シリコン基板３ａの表側表面と裏側表面にシリコン酸化膜を形成しているが、熱酸化処理の代わりにＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によって裏側表面のみにシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を形成してもよい。このようにＣＶＤ装置によって、裏側表面のみにシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を形成すれば、図３（ｃ）の工程を省くことができる。
【００２８】
その後、シリコン酸化膜を取り除いた表側表面の全体をエッチングして、単結晶シリコン基板３ａを１８０μｍまで薄くする（図３（ｄ））。なおこの工程では、単結晶シリコン基板３ａの裏側表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜がエッチングマスクとして機能する。この全面エッチングの工程はウェットエッチングで行い、２０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液、１０重量％以上のエタノールを添加した１０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液又は水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を使用する。
エタノールが添加されていない水酸化カリウム水溶液で全面エッチングを行った場合、２０重量％以下の濃度ではエッチングされる面にピットが大量に発生し、低濃度であるほどピットが大きくなる。また、２０重量％以上の濃度であればエッチングされる面のピットはほとんど発生しなくなるが、３０重量％以上の濃度になると単結晶シリコン基板３ａの外周部（側面）が鋸状にエッチングされてガタガタになり、取り扱いの際の割れや傷の原因となる。このためエタノールが添加されていない水酸化カリウム水溶液を使って全面エッチングを行う場合は、２０重量％〜３０重量％の濃度のものを使用する。
【００２９】
図５は、エタノールを添加した水酸化カリウム水溶液で全面エッチングを行った場合の、水酸化カリウムの濃度及びエタノールの濃度によってエッチングされる面及び単結晶シリコン基板３ａの外周部がどのような状態になるかを示した図である。図５に示すように、水酸化カリウムの濃度が１０重量％以下の領域及びエタノールの濃度が１０重量％以下の領域では、エッチングされる面にピットが大量に発生する。また、水酸化カリウムの濃度が３０重量％以上の領域では、単結晶シリコン基板３ａの外周部が鋸状にエッチングされてガタガタになる。このため、エタノールを添加した水酸化カリウム水溶液を使って全面エッチングを行う場合は、１０重量％以上のエタノールを添加した１０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液を使用する。
なおエタノールの添加量の上限は、水酸化カリウム水溶液にエタノールが溶解できるように、水酸化カリウム水溶液のエタノールの溶解度までとする。
【００３０】
また図３（ｄ）の全面エッチングの工程は、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液によるウェットエッチングでもよい。水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液による全面エッチングでは、２０重量％〜３０重量％の水酸化カリウム水溶液と同様に、エッチングされる面のピット等の表面荒れを抑制することができる。この表面荒れの抑制は、水酸化テトラメチルアンモニウムの濃度に関係がなく、どのような濃度でもよい。しかし、水酸化テトラメチルアンモニウムの濃度が低くなると、エッチング速度が遅くなりエッチングに要する時間が長くなるため、通常市販されている中で最高濃度の２５重量％のものを使用するのが望ましい。
【００３１】
図３（ｄ）に示す水酸化カリウム水溶液等によるウェットエッチングの工程では、単結晶シリコン基板３ａの外周部もエッチングされて単結晶シリコン基板３ａの面積が縮小するが（図３（ｄ）の点線参照）、図３（ｄ）の工程の後に所定の面積になるように予め大きい面積の単結晶シリコン基板３ａを使用しているため、所望の面積の単結晶シリコン基板３ａが得られ、また後に示す図４（ｈ）のＩＣＰ放電による異方性ドライエッチング時に吸着面が露出して、吸着面がダメージを受けることがなくなる。
さらに、面方位が（１００）方位の単結晶シリコン基板３ａを使用しているため、図３（ｄ）の全面エッチングの際にエッチングされる面のピットやマイクロピラミッド等の表面荒れを抑制することができる。
また、図３（ｄ）の工程の際に、単結晶シリコン基板３ａの裏側表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなるエッチングマスクが形成されているため、この面が全面エッチングによって表面荒れを起こすのを防ぎ、ノズルプレート３とキャビティプレート１を接合する面を平坦に保つことができる。
【００３２】
図３（ｄ）の単結晶シリコン基板３ａを薄くする工程の後、単結晶シリコン基板３ａの裏側表面に形成されているシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜をフッ酸水溶液によって除去し、改めて単結晶シリコン基板３ａの表側表面及び裏側表面に熱酸化処理によって厚さ１．８μｍのシリコン酸化膜を形成する（図３（ｅ））。この熱酸化処理も、温度１０７５℃の水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で８時間程度行う。
次に単結晶シリコン基板３ａの裏側表面の、ノズル穴１１の第１の溝１１ａに対応する部分１１ｃ及び電極取り出し用の窓１５と端子部１０を露出させる部分１５ａをフォトリソグラフィーによりパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜をエッチングにより除去する（図３（ｆ））。なおパターニングは、シリコン酸化膜を除去しない部分（単結晶シリコン基板３ａの表側表面を含む）にレジストを塗布して行う。
そして単結晶シリコン基板３ａの裏側表面の、ノズル穴１１の第２の溝１１ｂに対応する部分１１ｄ、オリフィス１２に対応する部分１２ｂ及びリザーバーダイヤフラム１３に対応する部分１３ｂをフォトリソグラフィーによりパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜をハーフエッチングする（図３（ｇ））。なおパターニングは図３（ｆ）と同様に行い、ハーフエッチングではシリコン酸化膜が１．０μｍの厚さに残るようにする。
【００３３】
図４は、図３に示したノズルプレート３の製造工程の続きを示した縦断面図である。図３（ｇ）でシリコン酸化膜をハーフエッチングした単結晶シリコン基板３ａの裏側表面に、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）放電による異方性ドライエッチングを施し２２μｍの深さにエッチングする。このときシリコン酸化膜の残った部分（ハーフエッチングされた部分を含む）はエッチングされない。その後、フッ酸水溶液で単結晶シリコン基板３ａをエッチングし、ハーフエッチングされた部分に残っているシリコン酸化膜の厚みだけ薄くする。このとき、図３（ｇ）でハーフエッチングされた部分はシリコン酸化膜がすべて除去され、残りの部分はエッチングした分だけシリコン酸化膜が薄くなる。そして再び裏側表面に、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、５５μｍエッチングする。これにより、ノズル穴１１の第１の溝１１ａに対応する部分１１ｃ及び電極取り出し用の窓１５と端子部１０を露出させる部分１５ａは７７μｍエッチングされ、ノズル穴１１の第２の溝１１ｂに対応する部分１１ｄ、オリフィス１２に対応する部分１２ｂ及びリザーバーダイヤフラム１３に対応する部分１３ｂは５５μｍエッチングされることとなる。その後、単結晶シリコン基板３ａをフッ酸水溶液に浸し、残ったすべてのシリコン酸化膜を除去する（図４（ｈ））。
【００３４】
図４（ｈ）の工程では、ノズル穴１１の第１の溝１１ａ及び第２の溝１１ｂをＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングで形成しているため、単結晶シリコン基板３ａに垂直にエッチングすることができ、精度の高いノズル穴１１を形成することができる。また、ノズル穴１１は２段ノズルとなっているので、第２の溝１１ｂで液滴の流れが整えられ、液滴の吐出時の直進性を増すことができる。
なお図４（ｈ）の工程では、オリフィス１２に対応する部分１２ｂ及びリザーバーダイヤフラム１３に対応する部分１３ｂから、オリフィス１２となる凹部１２ａと、リザーバーダイヤフラム１３を設けるための凹部１３ａが形成されることとなる。
【００３５】
その後、単結晶シリコン基板３ａに水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で熱酸化処理を施し、全面に厚さ１．２μｍのシリコン酸化膜を形成する（図４（ｉ））。この熱酸化処理は、温度１０７５℃の水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で４時間程度行う。
そして単結晶シリコン基板３ａの表側表面に、ノズル穴１１を開口させるための凹部１１ｅを形成する部分（図４（ｋ）参照）、リザーバーダイヤフラム１３を形成するための凹部１３ｂを形成する部分（図４（ｋ）参照）及び電極取り出し用の窓１５と端子部１０を露出させるための切り欠き１５ｂを形成する部分（図４（ｋ）参照）をフォトリソグラフィーによってパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜をエッチングにより除去する（図４（ｊ））。なおパターニングは図３（ｆ）と同様に行う。
次に、単結晶シリコン基板３ａを２５重量％の水酸化カリウム水溶液に浸し、図４（ｊ）の工程でシリコン酸化膜を除去した部分から１０３μｍエッチングを行う（図４（ｋ））。なおこの図４（ｋ）の工程では、単結晶シリコン基板３ａの表側表面から斜めにエッチングが進むため、図４（ｊ）の工程ではそれに合わせたパターニングを行うようにする。凹部１１ｅを形成するのは、ノズル穴１１の周辺部以外の部分の単結晶シリコン基板３ａの厚みを確保するためであるが、
図４（ｈ）の工程で第１の溝１１ａと第２の溝１１ｂを深く形成して、凹部１１ｅを形成しないようにしてもよい。なお図４（ｋ）の工程では、厚さ２２μｍのリザーバーダイヤフラム１３が形成されることとなる。
【００３６】
そして、単結晶シリコン基板３ａに残っているシリコン酸化膜をフッ酸水溶液によって除去し、ノズル穴１１の第１の溝１１ａを貫通させる（図４（ｌ））。この際、電極取り出し用の窓１５と端子部１０を露出させるための切り欠き１５ｂの部分のシリコン酸化膜も除去される。
最後に、単結晶シリコン基板３ａの全面に酸素雰囲気中で熱酸化処理を行い、厚さ０．１μｍのシリコン酸化膜を形成してノズルプレート３が完成する（図４（ｍ））。この熱酸化処理は、温度１０００℃で３．５時間程度行う。最後にシリコン酸化膜を形成するのは、インク等の液滴によるエッチングの防止と、ノズル穴１１の側面及びその周辺部の撥水処理のためである。
【００３７】
本実施形態１では、ノズルプレートとなる単結晶シリコン基板の少なくとも１つの面の全体をエッチングすることにより、単結晶シリコン基板を薄くする工程を有することにより、安価な標準仕様のシリコン基板を使ってノズルプレートを製造することができ、低コストのノズルプレートの製造方法を実現することができる。また、単結晶シリコン基板を用いているため、加工精度の高いノズルプレートを製造することができる。
さらに、図１及び図２に示すインクジェットヘッドは、本実施形態１に示す低コストのノズルプレートの製造方法で製造されたノズルプレートを使用しているため、製造コストを抑えることができる。
【００３８】
実施形態２．
図６は、実施形態１で得られたインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の１例を示した斜視図である。インクジェット記録装置１００は、一般的なインクジェットプリンタである。
なお実施形態１で得られるインクジェットヘッドは、化学的に安定な物質のみで構成されているため、一般的にアルカリ性でない液滴の吐出に使用することができ、例えば、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬの発光部分の形成、生体液体の吐出等に適用することができる。
【００３９】
本実施形態２のインクジェット記録装置は、実施形態１の製造方法で得られたノズルプレート３を使用したインクジェットヘッドを搭載しているため、低コストで製造することができ、吐出精度の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図２】図１のインクジェットヘッドの右半分の縦断面図。
【図３】本実施形態１のノズルプレートの製造工程を示した縦断面図。
【図４】本実施形態１のノズルプレートの製造工程を示した縦断面図。
【図５】エタノール入り水酸化カリウム水で全面エッチングをするときのエッチング面の状態の濃度依存性を示した図。
【図６】インクジェット記録装置の１例を示した斜視図。
【符号の説明】
【００４１】
１  キャビティプレート、２  電極基板、３  ノズルプレート、４  振動板、５  吐出室、６  共通リザーバー、７  電極、８  凹部、９  リード部、１０  端子部、１１  ノズル穴、１２  オリフィス、１３  リザーバーダイヤフラム、１４  インク供給穴、１５  窓。
【図１】
2005053066.tif 000003
【図２】
2005053066.tif 000004
【図３】
2005053066.tif 000005
【図４】
2005053066.tif 000006
【図５】
2005053066.tif 000007
【図６】
2005053066.tif 000008