(57)【要約】【課題】ノズル孔が所望の傾斜面を有してノズルが高密度化され、ノズル孔が連続する曲面で形成されて流路特性が最適化されたノズル基板およびその製造方法等を提供する。【解決手段】液滴を吐出するためのノズル孔１１が、基板面に対して垂直な中心軸１１ｄを有する回転体の連続曲面で構成され、前記中心軸１１ｄと垂直な断面積が、吐出部１１ａから導入部１１ｂにむけて漸増し、前記中心軸１１ｄを含む断面形状が、前記中心軸１１ｄを対称軸として線対称な指数曲線１１ｅを有することを特徴とするシリコン製ノズル基板。【選択図】図３
2009018463.tif 000002
【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中心軸を有する回転体の連続
曲面で構成され、
前記中心軸と垂直な断面積が、吐出部から導入部にむけて漸増し、
前記中心軸を含む断面形状が、前記中心軸を対称軸として線対称な指数曲線を有するこ
とを特徴とするシリコン製ノズル基板。
【請求項２】
前記中心軸を含む断面形状は、前記中心軸を対称軸として、前記線対称な指数曲線と、
該指数曲線に連続する直線により構成されていることを特徴とする請求項１記載のシリコ
ン製ノズル基板。
【請求項３】
シリコン基材の表面にエッチング保護膜を設け、該エッチング保護膜に開口部を形成す
る第１の工程と、
前記エッチング保護膜の開口部から異方性ドライエッチングを行って前記シリコン基材
に垂直孔部を形成する第２の工程と、
前記シリコン基材の表面に設けた前記エッチング保護膜を除去し、前記シリコン基材に
形成した前記垂直孔部から等方性ドライエッチングを行って、前記垂直孔部の開口部側に
向けて断面積が漸増し、該断面形状が前記シリコン基材に対して垂直な中心軸を対称軸と
して線対称な指数曲線となるような孔部を形成する第３の工程と、
を有することを特徴とするシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項４】
前記垂直孔部の開口部側から異方性ドライエッチングを施して、前記断面形状が前記中
心軸を対称軸として、前記線対称な指数曲線に連続する線対称な直線となるような孔部を
形成する第４の工程をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のシリコン製ノズル
基板の製造方法。
【請求項５】
前記等方性ドライエッチングは、エッチングを促進する第１のガスと、前記孔部の側壁
に保護膜を形成してサイドエッチング量を調整する第２のガスとの混合ガスによる連続処
理で行うことを特徴とする請求項３または４記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１のガスがＳＦ6 であり、前記第２のガスがＯ2 であることを特徴とする請求項
５記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記ＳＦ6 と、前記Ｏ2 とが、１０対１の割合で混合されていることを特徴とする請求
項６記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項８】
前記指数曲線となるような孔部の制御は、前記垂直孔部の深さと、前記等方性ドライエ
ッチングを行う時間とを制御して行うことを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の
シリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項９】
前記垂直孔部の深さを５０〜１００μｍとし、前記等方性ドライエッチングを行う時間
を５〜１０分とすることを特徴とする請求項８記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１または２記載のシリコン製ノズル基板を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッ
ド。
【請求項１１】
請求項１０記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン製ノズル基板及びその製造方法、液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装
置に関する。
【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
れた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基板と、このノズル基板に接合され
ノズル基板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
たキャビティ基板とを備え、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。
【０００３】
近年、印刷速度の高速化及びカラー化を目的として、ノズル列を複数有する構造のイン
クジェットヘッドが求められている。さらに、ノズルは高密度化すると共に長尺化（１列
当りのノズル数が増加）しており、インクジェットヘッド内のアクチュエータ数は、益々
増加している。このため、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。
【０００４】
従来のインクジェットヘッドに、（１００）面のシリコン基材に異方性ウェットエッチ
ングを施してピラミッド状のノズル孔を貫通させたノズル基板を備えたものがあった（例
えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来のインクジェットヘッドに、シリコン基材に等方性ドライエッチングと異方
性ドライエッチングを繰り返してノズル孔を加工したノズル基板を備えたものがあった（
例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、従来のインクジェットヘッドに、（１００）面のシリコン基材に一方の面から
ウェットエッチングによって未貫通の傾斜したノズル孔部を形成し、他方の面からドライ
エッチングによって垂直のノズル孔部を貫通形成したノズル基板を備えたものがあった（
例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５６−１３５０７５号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】特開２００６−４５６５６号公報（第１５頁、図１６）
【特許文献３】特開平１０−３１５４６１号公報（第４頁−第５頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の技術によれば、ノズル孔を異方性ウェットエッチングで形成するため
、ノズル孔の傾斜角度がシリコン単結晶基板の面方位に依存してしまい、ノズル密度を高
めることには限界があった。また、ノズル孔の先端形状がシリコン基材の面方位のために
四角くなってしまい、吐出物の直進性に悪影響を与えることになる。さらに、ノズル吐出
口に垂直なノズル孔部がないため、メニスカスを安定維持することが困難であった。
【０００９】
特許文献２記載の技術によれば、等方性ドライエッチングによってノズル孔の側壁のア
ンダーカットが進むので、ノズル孔の底部径の制御が困難であった。また、ノズル孔の吐
出口に垂直なノズル孔部がないため、メニスカスを安定維持することが困難であった。
【００１０】
特許文献３記載の技術によれば、ノズル孔の傾斜したノズル孔部を異方性ウェットエッ
チングで形成するため、傾斜角度がシリコン単結晶基材の面方位に依存してしまい、ノズ
ル密度を高めることには限界があった。また、傾斜したノズル孔部と垂直のノズル孔部の
両面位置合わせが必要であり、精度が落ちる場合があった。
このため、ノズル孔の傾斜角度がシリコン単結晶基材の面方向に依存しないようにしつ
つ、傾斜したノズル孔部と垂直のノズル孔部を片面から位置合わせして形成していくこと
も考えられるが、この場合でも、傾斜したノズル孔部と垂直のノズル孔部の境界部に段差
部が残ったり、傾斜したノズル孔部の深さを高精度に制御したりすることが容易でなく、
工程数が多く、かつ複雑になってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ノズル孔がシリコン基材
の結晶方位に拘束されない所望の傾斜面を有してノズルが高密度化され、ノズル孔が連続
する曲面で形成されて流路特性が最適化されたシリコン製ノズル基板及びその製造方法、
液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出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】
【００１２】
本発明に係るシリコン製ノズル基板は、液滴を吐出するためのノズル孔が、基板面に対
して垂直な中心軸を有する回転体の連続曲面で構成され、中心軸と垂直な断面積が、吐出
部から導入部にむけて漸増し、中心軸を含む断面形状が、中心軸を対称軸として線対称な
指数曲線を有するものである。
【００１３】
ノズル孔の導入部がシリコン基板の結晶方位に拘束されない所望の傾斜面を有するため
、ノズルの高密度化が可能となる。そして、導入部の断面形状が中心軸を対称軸として線
対称な指数曲線であるため、漸次縮小管による損失防止効果があり、最適な流路抵抗及び
整流作用を得ることができる。また、ノズル孔の吐出部と導入部とが段差なく連続形成さ
れているため、メニスカスの連続性を確保することができ、流路特性が最適化されて安定
した吐出特性を有する。
【００１４】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板は、中心軸を含む断面形状が、中心軸を対称
軸として、前記線対称な指数曲線と、該指数曲線に連続する直線により構成されているも
のである。
【００１５】
吐出部が円筒形、つまり中心軸を含む断面形状が直線部分を有するので、研削による薄
板化の際の厚みばらつきがノズル径に影響せず、ノズル径の精度を確保することができる
。
【００１６】
本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、シリコン基板の表面にエッチング保
護膜を設け、該エッチング保護膜に開口部を形成する第１の工程と、エッチング保護膜の
開口部から異方性ドライエッチングを行ってシリコン基板に垂直孔部を形成する第２の工
程と、シリコン基板の表面に設けたエッチング保護膜を除去し、シリコン基板に形成した
垂直孔部から等方性ドライエッチングを行って、垂直孔部の開口部側に向けて断面積が漸
増し、該断面形状がシリコン基板に対して垂直な中心軸を対称軸として線対称な指数曲線
となるような孔部を形成する第３の工程と、を有するものである。
【００１７】
等方性ドライエッチングを行い、シリコン基板の結晶方位に拘束されない所望の傾斜面
をもち断面積が漸増する孔部、つまりノズル孔を形成するようにしたので、ノズルを高密
度に形成することができる。そして、製造時においては工程数が少なく、かつ低コストで
済み、生産性に優れている。
【００１８】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、垂直孔部の開口部側から異方
性ドライエッチングを施して、断面形状が中心軸を対称軸として、前記線対称な指数曲線
に連続する線対称な直線となるような孔部を形成する第４の工程をさらに有するものであ
る。
【００１９】
中心軸を含む断面形状が直線部分を有するので、研削による薄板化の際の厚みばらつき
がノズル径に影響せず、ノズル径の精度を確保することができる。
【００２０】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、等方性ドライエッチングは、
エッチングを促進する第１のガスと、孔部の側壁に保護膜を形成してサイドエッチング量
を調整する第２のガスとの混合ガスによる連続処理で行うものである。
【００２１】
第１のガスによってエッチングを促進し、第２のガスによってノズルである孔部の側壁
に保護膜を形成してサイドエッチング量を制御するようにしたので、シリコン基板の結晶
方位に拘束されない所望の傾斜面を持つ孔部を形成することができる。
【００２２】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、第１のガスがＳＦ6 であり、
第２のガスがＯ2 である。
【００２３】
ＳＦ6 によってエッチングを促進し、Ｏ2 によってノズルである孔部の側壁に保護膜を
形成してサイドエッチング量を制御するようにしたので、シリコン基板の結晶方位に拘束
されない所望の傾斜面を持つ孔部を形成することができる。
【００２４】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、ＳＦ6  と、Ｏ2  とが、１０
対１の割合で混合されているものである。
【００２５】
ＳＦ6 と、Ｏ2 とを上記の割合で混合することによって、シリコン基板の結晶方位に拘
束されない所望の傾斜面を持つ孔部を形成することができる。
【００２６】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、指数曲線となるような孔部の
制御は、垂直孔部の深さと、等方性ドライエッチングを行う時間とを制御して行うもので
ある。
【００２７】
垂直孔部の深さと、等方性ドライエッチングを行う時間とを制御して行うことによって
、シリコン基板の結晶方位に拘束されない所望の深さと所望の傾斜を持つ孔部を形成する
ことができる。
【００２８】
また、本発明に係るシリコン製ノズル基板の製造方法は、垂直孔部の深さを５０〜１０
０μｍとし、等方性ドライエッチングを行う時間を５〜１０分とするものである。
【００２９】
垂直孔部の深さを５０〜１００μｍとし、等方性ドライエッチングを行う時間を５〜１
０分とすることによって、シリコン基板の結晶方位に拘束されない所望の深さと所望の傾
斜を持つ孔部を最適条件で形成することができる。
【００３０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のいずれかのノズル基板を備えたものである。
【００３１】
ノズルが高密度化し、流路特性が最適化された液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００３２】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００３３】
ノズルが高密度化し、流路特性が最適化された液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係るインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）の一部を
断面で示した分解斜視図、図２は図１を組立てた状態の要部を示す縦断面図、及び図３は
図２のノズル孔の近傍を拡大して示した断面図である。
インクジェットヘッド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基板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基板２と、キャビティ基板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。
【００３５】
ノズル基板１は、シリコン単結晶基材（単にシリコン基材ともいう）から作製されてい
る。ノズル基板１には、インク滴を吐出するためのノズル孔１１が開口されている。この
ノズル孔１１は、図３に示すように、基板面に対して垂直な中心軸１１ｄを有する回転体
の連続曲面を有し、中心軸１１ｄと垂直な断面積が、吐出部１１ａから導入部１１ｂにむ
けて漸増し、中心軸１１ｄを含む断面形状が、中心軸１１ｄを対称軸として線対称な指数
曲線１１ｅにより構成されているものである。
【００３６】
そして、ノズル孔１１の導入部１１ｂは、シリコンの結晶方位に拘束されない所望の傾
斜面を有し、深さにほぼ反比例してサイドエッチング量が変化する等方的なエッチング条
件で等方性ドライエッチングを施すことによって形成される。また、ほぼ円筒形状をなす
吐出部１１ａは、導入部１１ｂの底部に異方性ドライエッチングを施して形成する。
【００３７】
なお、吐出部１１ａはノズル基板１の表面（吐出方向の先端側の面１ａ）に対して垂直
に形成されており、また、吐出部１１ａと導入部１１ｂは同軸上に形成されている。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。
【００３８】
キャビティ基板２は、シリコン単結晶基材（単にシリコン基材ともいう）から作製され
ている。シリコン基材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２４、リ
ザーバ２５をそれぞれ構成するための凹部２４０、２５０、及びオリフィス２３を構成す
るための段差部２３０が形成される。凹部２４０はノズル孔１１に対応する位置に独立に
複数形成される。したがって、ノズル基板１とキャビティ基板２とを接合した際、各凹部
２４０は吐出室２４を構成し、それぞれがノズル孔１１に連通し、またインク供給口であ
るオリフィス２３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２４（凹部２４０）の底壁
が振動板２２となっている。
【００３９】
他方の凹部２５０は、液状のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２４に共通
の共通インク室であるリザーバ２５を構成する。そして、リザーバ２５は、それぞれオリ
フィス２３を介して全ての吐出室２４に連通している。また、リザーバ２５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、この孔で形成されたインク供給孔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。
また、キャビティ基板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、Ｓｉ
Ｏ2 膜等からなる絶縁膜２６が形成されている。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッ
ド１０を駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。
【００４０】
電極基板３は、ガラス基材から作製されている。このガラス基材は、キャビティ基板２
のシリコン基材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好ましい。こ
れは、電極基板３とキャビティ基板２とを陽極接合する際、両基板３、２の熱膨張係数が
近いため、電極基板３とキャビティ基板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とキャビティ基板２とを強固に接合す
ることができるからである。
【００４１】
電極基板３のキャビティ基板２と対向する面には、キャビティ基板２の各振動板２２に
対向する位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。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が形成されて
いる。そして、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）Ｇは、イ
ンクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。なお、個別電極３１の材料にはクロム
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
すいため、一般にＩＴＯが用いられている。
【００４２】
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２に示すように、配線のためにキ
ャビティ基板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。
【００４３】
上述したノズル基板１、キャビティ基板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、キャビティ基板２と電極基板３とは例えば陽極接合により
接合され、そのキャビティ基板２の上面（図２の上面）にはノズル基板１が接着剤等によ
り接合されている。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップＧの
開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材２７で封止されている。これにより、湿気や
塵埃等がギャップＧへ侵入するのを防止することができる。
【００４４】
そして、図２に示すように、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、キャビティ基板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）を介して接続されている。
【００４５】
上記のように構成されたインクジェットヘッド１０において、駆動制御回路４によりキ
ャビティ基板２と個別電極３１との間にパルス電圧が印加されると、振動板２２と個別電
極３１との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板２２が個別電極３１側に引
き寄せられて撓み、吐出室２４の容積が拡大する。これにより、リザーバ２５の内部に溜
まっていたインクがオリフィス２３を通じて吐出室２４に流れ込む。次に、個別電極３１
への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板２２が復元し、吐出室２４の
容積が急激に収縮する。これにより、吐出室２４内の圧力が急激に上昇し、この吐出室２
４に連通しているノズル孔１１からインク液滴が吐出される。
【００４６】
次に、インクジェットヘッド１０の製造方法について、図４〜図１３を用いて説明する
。図４は本発明の実施の形態１に係るノズル基板１を示す上面図、図５〜図１１はノズル
基板１の製造工程を示す断面図（図４をＡ−Ａ線で切断した断面図）である。図１２、図
１３はキャビティ基板２と電極基板３との接合工程を示す断面図であり、ここでは、主に
、電極基板３にシリコン基材２００を接合した後に、キャビティ基板２を製造する方法を
示している。
まず最初に、ノズル基板１の製造方法を、図５〜図１１を用いて説明する。
【００４７】
（ａ）  図５（ａ）に示すように、基板の厚みが、例えば２８０μｍのシリコン基材４１
を用意し、熱酸化装置にセットする。なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、
これに限定するものではない。
【００４８】
（ｂ）  例えば、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、図５（ｂ）に示すように、シリコン基材４１の両面４１ａ、４
１ｂに、エッチング保護膜となる例えば膜厚１μｍのＳｉＯ2 膜４２を均一に成膜する。
【００４９】
（ｃ）  図６（ｃ）に示すように、シリコン基材４１においてキャビティ基板２と接合さ
れる側の接合面４１ａにレジスト４３をコーティングし、そのレジスト４３から垂直孔部
１１０（図６（ｆ）参照）に対応する部分４３ａを除去し、レジストパターンを形成する
。
【００５０】
（ｄ）  図６（ｃ）に示す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、図６（ｄ）に示
すように、ＳｉＯ2 膜４２に垂直孔部１１０に対応する部分４２ａを開口する。このとき
、面（吐出面）４１ｂのＳｉＯ2 膜４２はエッチングされ、完全に除去される。
【００５１】
（ｅ）  図６（ｅ）に示すように、レジスト４３を硫酸洗浄などにより剥離する。
【００５２】
（ｆ）  ＩＣＰドライエッチング装置により、ＳｉＯ2 膜４２の開口された部分４２ａを
介して垂直に異方性ドライエッチングを行い、図６（ｆ）に示すように、例えば深さ５０
μｍの垂直孔部１１０を形成する。この場合のエッチングガスとしては、例えば、Ｃ4 Ｆ
8 、ＳＦ6 を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。ここで、Ｃ4 Ｆ8 は形
成される孔の側面にエッチングが進行しないように孔側面を保護するために使用し、ＳＦ
6 は垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
【００５３】
（ｇ）  図７（ｇ）に示すように、シリコン基材４１の表面のＳｉＯ2 膜４２を、希フッ
酸水溶液によりエッチング除去する。
【００５４】
（ｈ）  垂直孔部１１０に、深さにほぼ反比例してサイドエッチング量が変化する等方的
なエッチング条件で、図７（ｈ）に示すように、ドライエッチングを施す。この場合、反
応ガスのスイッチングを行わず、ガスを連続して流した状態にして処理する。傾斜面は、
処理時間、及び垂直部（垂直孔部１１０）の深さによって制御する。この場合、処理時間
を５〜１０分、垂直部（垂直孔部１１０）の深さを５０〜１００μｍとするのが好ましい
。
上記の等方的なエッチングは、エッチングを促進する第１のガス（例えばＳＦ6 ）と、
ノズル側壁に保護膜を形成することでサイドエッチング量を調整する第２のガス（例えば
Ｏ2 ）とを、垂直孔部１１０内に導入して行う。ガスの混合比は、例えば、ＳＦ6 ：Ｏ2 
＝１０：１である。第２のガスであるＯ2 を導入することでノズル側壁に酸化膜が形成さ
れ、サイドエッチング量の制御が可能となる。圧力は、例えば、数Ｐａとし、Ｃｏｉｌ  
Ｐｏｗｅｒは５００〜１０００Ｗとする。
【００５５】
（ｉ）  所定の時間経過すると、図７（ｉ）に示すように、所望の傾斜面を持つほぼラッ
パ形状のノズル（ノズル断面積が漸増したほぼラッパ形状のノズル）、すなわち導入部１
１ｂが形成される。
【００５６】
（ｊ）  異方性ドライエッチングにより、導入部１１ｂの底部を、図８（ｊ）に示すよう
に垂直にエッチングし、円筒形状のノズル孔部、すなわち吐出部１１ａを形成する。この
際の異方性ドライエッチングは、Ｃ4Ｆ8とＳＦ6 とからなるガスを交互に使用して行う。
Ｃ4 Ｆ8 は吐出部１１ａ、導入部１１ｂの側面にエッチングが進行しないように吐出部１
１ａ、導入部１１ｂの側面を保護し、ＳＦ6 は垂直方向のエッチングを促進する。
【００５７】
（ｋ）  シリコン基材４１を熱酸化装置にセットし、例えば酸化温度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、図８（ｋ）に示すように、吐出部１
１ａ及び導入部１１ｂの側面及び底面を含む表面全体に、例えば膜厚０．１μｍのＳｉＯ
2 膜４６を均一に成膜する。
【００５８】
（ｌ）  図９（ｌ）に示すように（図９（ｌ）より図９（ｏ）に至るまでは図８（ｋ）の
上下を逆転した図を示す）、ガラス等よりなる透明材料の支持基板５０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６１を持った両面テープ６０を張り合
わせる。具体的には、支持基板５０に張り合わせた両面テープ６０の自己剥離層６１の面
と、シリコン基材４１の面（接合面）４１ａ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（ｍ）工程の研削加工において薄板化されるシリコン基材４１の
板厚がばらつく原因となる。
【００５９】
（ｍ）  シリコン基材４１の吐出面側からバックグラインダーで研削加工を行い、図９（
ｍ）に示すように、吐出部１１ａの先端部１１ｃが開口するまでシリコン基材４１を薄く
する。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１１内に残るため、ノズル孔１
１内の研磨材の水洗除去工程などで吐出部１１ａ及び導入部１１ｂ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材４１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
、吐出部１１ａの先端部１１ｃのＳｉＯ2 膜４６が露呈するまでシリコン基材４１を薄く
し、そして、その先端部１１ｃのＳｉＯ2 膜４６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。
【００６０】
（ｎ）  オゾンを溶存させた洗浄水にシリコン基材４１を１０分間浸し、図９（ｎ）に示
すように、吐出面４１ｂに例えば膜厚２ｎｍのＳｉＯ2 膜４７を形成する。このとき、ノ
ズル孔１１内に入り込んだ自己剥離層６１の一部も除去される。また、シリコン基材４１
の表面が洗浄され、異物、汚れの付着がなくなり、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。
【００６１】
（ｏ）  シリコン基材４１の吐出面４１ｂに、図９（ｏ）に示すように、撥インク処理を
施す。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４８を形成する。このとき、吐出部１１ａ及び導入部１１ｂの内壁も撥インク
処理される。
【００６２】
（ｐ）  図１０（ｐ）（図１０（ｐ）より図１０（ｓ）に至るまでは図９（ｏ）の上下を
逆転した図を示す）に示すように、吐出面４１ｂにダイシングテープ７０をサポートテー
プとして貼り付ける。
【００６３】
（ｑ）  図１０（ｑ）に示すように、支持基板５０側からＵＶ光を照射する。
【００６４】
（ｒ）  図１０（ｒ）に示すように、両面テープ６０の自己剥離層６１をシリコン基材４
１から剥離する。
【００６５】
（ｓ）  図１０（ｓ）に示すように、Ａｒスパッタもしくは０2 プラズマ処理によって、
シリコン基材４１の吐出部１１ａ及び導入部１１ｂの内壁に余分に形成された撥インク層
４８を除去する。
【００６６】
（ｔ）  図１１（ｔ）（図１１（ｔ）より図１１（ｕ）に至るまでは図１０（ｓ）の上下
を逆転した図を示す）に示すように、シリコン基材４１のダイシングテープ７０を貼り付
けている面とは反対側に位置する接合面４１ａを真空ポンプに連通した吸着冶具８０で吸
着固定し、その状態でダイシングテープ７０を剥離する。
【００６７】
（ｕ）  図１１（ｕ）に示すように、吸着冶具８０の吸着固定を解除し、ノズル基板１が
完成する。なお、図示を省略したが、シリコン基材４１にはノズル孔１１を形成するのと
同時にノズル基板外輪となる部分に貫通溝を形成するようにしており、吸着冶具８０を取
り外す段階でノズル基板１が個片に分割されるようになっている。
【００６８】
本実施の形態１によれば、深さにほぼ反比例してサイドエッチング量が変化する等方的
なエッチング条件で等方性ドライエッチングを行い、サイドエッチング量を制御すること
で、シリコンの結晶方位に拘束されない所望の傾斜面を持つほぼラッパ形状の導入部を形
成するようにしたので、高密度なノズル孔を形成することができる。そして、導入部１１
ｂがほぼラッパ形状であるため、漸次縮小管による損失防止効果があり、最適な流路抵抗
及び整流作用を得ることができる。また、ノズル先端が垂直のノズルであるため、研削に
よるノズル径のばらつきが発生せず、吐出部１１ａのノズル径の精度を確保することが可
能である。こうして形成されたノズル孔１１は、吐出部１１ａと導入部１１ｂが連続形成
されているため、メニスカスの連続性を確保することができる。
なお、ノズル孔１１の製造時においては、工程数が少なくて済み、コストが低くて生産
性に優れる。
【００６９】
上記のノズル基板１の製造方法では、静電駆動方式のインクジェットヘッドに用いるノ
ズル基板の場合を例に説明したが、圧電駆動方式やバブルジェット（登録商標）方式など
、他方式のインクジェットヘッドのノズル基板にも適用可能である。
【００７０】
次に、キャビティ基板２および電極基板３の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板３にシリコン基材２００を接合した後、そのシリコン基材２００か
らキャビティ基板２を製造する方法について、図１２、図１３を用いて説明する。
【００７１】
（ａ）  硼珪酸ガラス等からなる板厚が例えば約１ｍｍのガラス基材３００に、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、
図１２（ａ）に示すように、電極基板３を作製する。
【００７２】
（ｂ）  厚さが例えば５２５μｍのシリコン基材２００の両面を鏡面研磨した後に、図１
２（ｂ）に示すように、シリコン基材２００の片面に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition）によって、例えば厚さ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。なお、シリコン基材２００を形成す
る前に、エッチングストップ技術を用いて、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。
【００７３】
（ｃ）  このシリコン基材２００と、図１２（ａ）のようにして作製された電極基板３を
、例えば３６０℃に加熱し、シリコン基材２００を陽極に、電極基板３を陰極に接続して
８００Ｖ程度の電圧を印加して、図１２（ｃ）に示すように、陽極接合により接合する。
【００７４】
（ｄ）  シリコン基材２００と電極基板３とを陽極接合した後に、図１２（ｄ）に示すよ
うに、水酸化カリウム水溶液等で接合状態のシリコン基材２００をエッチングし、シリコ
ン基材２００を例えば１４０μｍの厚さまで薄板化する。
【００７５】
（ｅ）  シリコン基材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２６０を形成する。
そして、このＴＥＯＳ膜２６０に、吐出室２４となる凹部２４０、オリフィス２３とな
る段差部２３０およびリザーバ２５となる凹部２５０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２６０をエッチング除去する。
その後、シリコン基材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、
図１３（ｅ）に示すように、吐出室２４となる凹部２４０、オリフィス２３となる段差部
２３０及びリザーバ２５となる凹部２５０を形成する。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、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。
【００７６】
（ｆ）  シリコン基材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し
、図１３（ｆ）に示すように、シリコン基材２００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜２
６０を除去する。
【００７７】
（ｇ）  シリコン基材２００の吐出室２４となる凹部２４０等が形成された面に、図１３
（ｇ）に示すように、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。
【００７８】
（ｈ）  ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によって、図１３（ｈ）に示すように、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となる孔部にレーザ加
工を施して、シリコン基材２００のリザーバ２５となる凹部２５０の底部を貫通させ、イ
ンク供給孔３４を形成する。また、振動板２２と個別電極３１の間のギャップの開放端部
にエポキシ樹脂等の封止材２７を充填して封止する。また、共通電極２８をスパッタによ
り、シリコン基材２００の端部に形成する。
【００７９】
以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基材２００からキャビティ基板２が
作製される。
最後に、キャビティ基板２に、前述のようにして作製（図５〜図１１）されたノズル基
板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が完成
する。
【００８０】
本実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、キャビティ基板
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材２００から作製するので
、電極基板３によりシリコン基材２００を支持した状態となり、シリコン基材２００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、
キャビティ基板２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。また、シリコンによ
ってノズル基板１を形成しているので、キャビティ基板との熱膨張係数差に起因する接着
位置ずれがない。
【００８１】
実施の形態２．
図１４は、実施の形態１に係るノズル基板の製造方法で得られたノズル基板を有するイ
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示す斜視図である。図１４に示
すインクジェット記録装置４００は、インクジェットプリンタであり、実施の形態１に係
るインクジェットヘッド１０を搭載しているため、吐出特性が良く、また高密度化が可能
であり、このため液滴の着弾位置の高精度化が可能で、安定した高品質の印字が可能なイ
ンクジェット記録装置４００を得ることができる。
なお、実施の形態１に示したインクジェットヘッド１０は、図１４に示すインクジェッ
ト記録装置４００の他に、液滴を種々変更することで、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】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを組立てた状態の要部の縦断面図。
【図３】図２のノズル孔部分を拡大した縦断面図。
【図４】図１のノズル基板の上面図。
【図５】図１のノズル基板の製造工程の断面図。
【図６】図５に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図７】図６に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図８】図７に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図９】図８に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図１０】図９に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図１１】図１０に続くノズル基板の製造工程の断面図。
【図１２】キャビティ基板および電極基板の製造工程の断面図。
【図１３】図１２に続く製造工程の断面図。
【図１４】本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録装置の斜視図。
【符号の説明】
【００８３】
１  ノズル基板、２  キャビティ基板、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  吐出部、１１ｂ  導入部、２２  振動板、
２３  オリフィス、２４  吐出室、２５  リザーバ、２６  絶縁膜、２８  共通電極、３
１  個別電極、３２  凹部、３４  インク供給孔、４１  シリコン基材、４２  ＳｉＯ2 
膜（エッチング保護膜）、４２ａ  垂直孔部に対応する部分（開口部）、１１０  垂直孔
部、４００  インクジェット記録装置。
【図１】
2009018463.tif 000003
【図２】
2009018463.tif 000004
【図３】
2009018463.tif 000005
【図４】
2009018463.tif 000006
【図５】
2009018463.tif 000007
【図６】
2009018463.tif 000008
【図７】
2009018463.tif 000009
【図８】
2009018463.tif 000010
【図９】
2009018463.tif 000011
【図１０】
2009018463.tif 000012
【図１１】
2009018463.tif 000013
【図１２】
2009018463.tif 000014
【図１３】
2009018463.tif 000015
【図１４】
2009018463.tif 000016