JP2011037053A

JP2011037053A - ノズルプレートの製造方法

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Publication number: JP2011037053A
Application number: JP2009184222A
Authority: JP
Inventors: Motoki Itoda; 基樹糸田; Kazufumi Otani; 和史大谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】ノズル孔の形状のばらつきに起因するインク液滴の吐出量のばらつきが低減されたノズルプレートを得る。
【解決手段】表面が（１００）面である単結晶シリコン基板４０の第１の面４０ａをエッチングして凹部４５を形成する工程と、凹部４５の内面を含む第１の面４０ａの全面にエッチングマスク層４７を形成する工程と、凹部４５の底面におけるエッチングマスク層４７を除去して単結晶シリコンを露出させる工程と、凹部４５の底面を掘り下げて掘り下げ部４６を形成する工程と、掘り下げ部４６の内面に結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングを施して、正８面体の空洞部４８を形成する工程と、単結晶シリコン基板４０を第１の面４０ａの反対側の面である第２の面４０ｂ側から空洞部４８に達するまで薄型化して空洞部４８の一部を第２の面４０ｂ側に開口された第２のノズル孔部１１ｂとする工程と、を有するノズルプレート１の製造方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、ノズルプレートの製造方法に関する。

インクジェットヘッドのノズル孔から任意のインク液滴を吐出して印字、描画等を行うインクジェット装置は、高速印字（描画）が可能、記録時の騒音が極めて小さい、安価な普通紙を使用できる、等の多くの利点を有するため、近年、普及率が高まっている。

インクジェットヘッドにノズル孔を設ける方式には、インクジェットヘッドの側面側からインク液滴を吐出するサイドイジェクトタイプと、インクジェットヘッドの表面側からインク液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプがある。フェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドでは、ノズル孔の流路抵抗を調整し、ノズル孔の長さが最適になるようにノズルプレートの厚さを調整するのが望ましい。かかる調整の手法として、ノズルプレートの基となるシリコン基板の一方の面から異方性ドライエッチングにより、内径の異なる第１のノズル孔部と第２のノズル孔部を２段に形成した後に、反対側の面を掘り下げてノズル孔の長さを調整する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしかかる手法は、フォトリソグラフィー工程を２回行うため、アライメントずれの可能性がある。アライメントずれが発生した場合、第１のノズル孔部の中心軸と第２のノズル孔部の中心軸にずれが生じ、その結果、インク液滴の吐出の際にインク液滴の吐出方向にばらつきが生じる。そのため、シリコン基板の一方の面に第１のノズル孔部を形成後に、該第１のノズル孔部に連続する空間を等方性エッチングにより形成し、上記一方の面の反対側の面からシリコン基板を薄膜化してノズル孔として開口させる手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１５９６６１号公報特開２００５−２２５０５９号公報

しかし上記の手法は空間形成の制御性が困難であるという問題点を有する。等方性ドライエッチングは制御性があまり高くないため、均一な球状空間の形成は困難である。したがって、ノズル孔の形状のばらつきに起因するインク液滴の吐出量のばらつきが生じ、印字（描画）品質の低下の原因となる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］表面が（１００）面である単結晶シリコン基板の第１の面をエッチングして将来的に第１のノズル孔部となる凹部を形成する第１の工程と、上記凹部の内面を含む上記第１の面の全面にシリコンのエッチャントに対して耐エッチング性を有するエッチングマスク層を形成する第２の工程と、上記凹部の底面における上記エッチングマスク層を除去して単結晶シリコンを露出させる第３の工程と、上記底面を異方性ドライエッチングにより掘り下げて掘り下げ部を形成する第４の工程と、上記掘り下げ部の内面に対して上記単結晶シリコン基板の結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングを施して、上記第１のノズル孔部との連通部分を除くと（１１１）面で形成された正８面体の空洞部を形成する第５の工程と、上記単結晶シリコン基板を上記第１の面の反対側の面である第２の面側から上記空洞部に達するまで薄型化して上記空洞部の一部を上記第２の面に開口された第２のノズル孔部とする第６の工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。

このような製造方法であれば、ノズル孔の形成に要するフォトリソグラフィー工程を１回のみにできるため、第１のノズル孔部の中心軸と第２のノズル孔部の中心軸とが一致したノズル孔を形成できる。また、このような製造方法であれば、第２のノズル孔部を漏斗状、すなわちテーパーを有する形状にできるため、気泡等の残留が抑制されたノズル孔を形成できる。したがって、吐出性能（吐出量及び吐出方向の精度）が向上したノズルプレートを形成できる。

［適用例２］上述のノズルプレートの製造方法であって、上記第６の工程は、上記空洞部を構成する８つの面の内の上記第２の面側の４つの面が消滅するまで上記単結晶シリコン基板を薄型化する工程であることを特徴とするノズルプレートの製造方法。

このような製造方法であれば、第２のノズル孔部を、角部を有しないテーパー部とすることができる。したがって、吐出性能がより一層向上したノズルプレートを形成できる。

［適用例３］上述のノズルプレートの製造方法であって、上記第１の工程は異方性誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチングにより上記凹部を形成する工程であることを特徴とするノズルプレートの製造方法。

このような製造方法であれば、第１の面、すなわちインク液滴が吐出される側の面に与えるストレスを抑制できる。したがって、該第１の面における欠け等の発生を低減でき、吐出性能がより一層向上したノズルプレートを形成できる。

［適用例４］上述の製造方法で製造されたノズルプレートを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。

このような構成によれば、インク液滴の吐出精度が向上したインクジェットヘッドが得られる。したがって、かかるインクジェットヘッドを用いることによって高品位な印字等を行うことができる。

［適用例５］上述のインクジェットヘッドが搭載されていることを特徴とするインクジェット記録装置。

このような構成によれば、対象物に対して、インク液滴の吐出精度が向上したインクジェット装置が得られる。したがって、このインクジェット装置を用いることによって高品位な印字や印刷、あるいは画像形成を行うことができる。

インクジェットヘッドの一部を断面で示した分解斜視図。組立てた状態のインクジェットヘッドの要部を示す縦断面図。ノズルプレート上のノズル孔の配置を示す上面図。本実施形態のノズルプレートの製造方法を説明する工程断面図。本実施形態のノズルプレートの製造方法を説明する工程断面図。本実施形態のノズルプレートの製造方法を説明する工程断面図。本実施形態のノズルプレートの製造方法を説明する工程断面図。本実施形態のノズルプレートの製造方法を説明する工程断面図。本実施形態に係る製造方法によるノズルプレートのノズル孔部分の拡大図。従来の製造方法によるノズルプレートのノズル孔部分の拡大図。本実施形態に係るノズルプレートを備え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。変形例のノズルプレートを示す図。

以下、本発明の実施形態について図面に従って述べる。なお、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならしめてある。

＜インクジェットヘッドの構造＞
まず、本実施形態の対象となるノズルプレート１を備えるインクジェットヘッド１０の構造について、図１〜３を用いて説明する。図１は、インクジェットヘッド１０の一部を断面で示した分解斜視図である。図２は、図１を組立てた状態の要部を示す縦断面図であり、後述する図３のＡ−Ａ’線における断面図である。図３は、ノズルプレート１上のノズル孔１１の配置を示す上面図である。

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ー基板２と、キャビティー基板２の振動板２２に対峙して個別電極３１が配置された電極基板３と、を貼り合わせることにより形成されている。

ノズルプレート１はインク液滴を吐出するためのノズル孔１１が、図３に示すように直列状に規則的に形成された基板であり、単結晶シリコン基板（以下、「シリコン基板」と称する。）に後述する諸工程を加えることで形成されている。なお、図３に示す外周部５３は、後述するように撥水膜５２（図７参照）が除去された領域である。

各ノズル孔１１は、後述する図８（ｍ）等に示すように、先端面（吐出方向の先端側の面）１ａに開口し、ほぼ円筒状で垂直な側壁を有する第１のノズル孔部１１ａと、吐出方向の後端側に位置し、第１のノズル孔部１１ａの後端から吐出方向の後端面（吐出方向の後端側の面）１ｂに向けて断面積が漏斗状に広がる第２のノズル孔部１１ｂと、で構成されている。第２のノズル孔部１１ｂは４つの（１１１）面で構成されているため、平面視では略正方形であり、図３の破線で示すように、ノズル孔１１と同様に直列状に規則的に形成されている。本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、かかる２つのノズル孔部（１１ａと１１ｂ）を、段差等を生じさせることなく、かつ、中心軸のずれを生じさせることなく形成するものである。

キャビティー基板２は、単結晶シリコン基板からなり、インク流路の吐出室２４を構成するための第２の凹部２４０とリザーバー２５を構成するための第３の凹部２５０とオリフィス２３を構成するための段差部２３０とを有している。かかる各要素は、単結晶シリコン基板に結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングを施すことで形成されている。

第２の凹部２４０は各ノズル孔１１に対応する位置にそれぞれ独立に、すなわち複数個形成されている。したがって、ノズルプレート１とキャビティー基板２を接合した際、各第２の凹部２４０は吐出室２４を構成する。夫々の第２の凹部２４０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とも夫々連通している。そして、吐出室２４（第２の凹部２４０）の底壁が振動板２２となっている。

第３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に共通のリザーバー（共通インク室）２５を構成する。そして、リザーバー２５（第３の凹部２５０）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、リザーバー２５の底部には、後述する電極基板３を貫通する孔が形成されている。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、キャビティー基板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、ＳｉＯ₂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を駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。

電極基板３は、ガラス基板から形成されている。このガラス基板は、キャビティー基板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好ましい。これは、電極基板３とキャビティー基板２とを陽極接合する際、双方の基板（３、２）の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティー基板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とキャビティー基板２とを強固に接合することができるからである。

電極基板３のキャビティー基板２と対向する面には、キャビティー基板２の各振動板２２に対向する位置にそれぞれ第１の凹部３２が設けられている。そして、各第１の凹部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が形成されており、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。

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ー基板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。

上述したノズルプレート１、キャビティー基板２、および電極基板３は、一般に個別に形成され、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の本体部が形成される。すなわち、キャビティー基板２と電極基板３は例えば陽極接合により接合され、そのキャビティー基板２の上面（図２の上面）にはノズルプレート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内へ侵入するのを防止することができる。

そして、図２に示すように、ＩＣドライバー等の駆動制御回路４が、各個別電極３１の端子部３１ｂと、キャビティー基板２上に設けられた共通電極２８とに、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。

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によりキャビティー基板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、リザーバー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２４に連通しているノズル孔１１から紙等の媒体に向けてインク液滴が吐出される。そして、該インク液滴により、該媒体上に文字あるいは画像が形成される。

ここで、上述のインク液滴の量（吐出量）および吐出される方向は、上述の文字あるいは画像の品質に大きく影響する。そして、かかる吐出量等には、ノズルプレート１が備えているノズル孔１１の形状も大きく影響している。本実施形態のノズルプレートの製造方法は、ノズル孔１１の寸法精度等を向上させることで、上記品質を向上させ、さらにはインクジェットヘッドの信頼性も向上させている。

＜ノズルプレートの製造方法＞
以下、本実施形態のノズルプレートの製造方法を、図４〜８の工程断面図を用いて説明する。なお本願発明はノズル孔１１の形成に関するものなので、上述の工程断面図は、ノズル孔１１のみの断面図を示している。

まず、図４（ａ）に示すように、表面が（１００）面である、すなわち表面の結晶方位が（１００）であるシリコン基板（単結晶シリコン基板）４０の両面、すなわち第１の面としての表面４０ａと第２の面としての裏面４０ｂとに、エッチング保護膜となる第１の酸化膜（シリコン酸化膜）４２を形成する。そして、表面４０ａ側の将来的にノズル孔１１が形成される領域において第１の酸化膜４２を選択的に除去して開口４４を形成する。なお、以下の記載において、シリコン基板４０を基材と表現することもある。

第１の酸化膜４２は、シリコン基板４０を熱酸化することで形成する。酸化条件はＤｒｙ（酸素雰囲気中）酸化でもよく、Ｗｅｔ（酸素と水蒸気の混合雰囲気）酸化でもよい。膜厚は略１．０μｍである。開口４４は、フォトリソグラフィー法で形成する。開口４４の形成後に残るレジストは硫酸洗浄等の手段で除去する。

なお、上述の先端面１ａは表面４０ａに後述する撥水膜等を積層してなる面である。一方で、シリコン基板４０は後述する諸工程で裏面４０ｂ側から薄型化（薄板化）される。したがって、裏面４０ｂは後端面１ｂとは全く別の面である。

次に、図４（ｂ）に示すように、第１の酸化膜４２をエッチングマスクとして、シリコン基板４０を表面４０ａ側から異方性エッチングすることにより開口４４の形成領域を略２５μｍまで掘り下げて、凹部４５を形成する。該凹部は、将来的に第１のノズル孔部１１ａとなる。かかる凹部４５を形成する工程が第１の工程である。

上述の異方性エッチングは、ＩＣＰ放電によるドライエッチングが好ましい。エッチングガスとしては例えばＣ₄Ｆ₈、ＳＦ₆を用い、これらのエッチングガスを交互に使用する。ここで、Ｃ₄Ｆ₈は形成される凹部４５の側壁面にエッチングが進行しないように（該側壁面を）保護するために使用するガスであり、ＳＦ₆はシリコン基材の垂直方向のエッチングを促進させるために使用するガスである。なお、かかる凹部４５の形成時に第１の酸化膜４２も若干エッチングされて、膜厚が減少する。
なお、以下の記載において、底面とはシリコン基板４０の基板面に水平な面であり、側壁面とは該基板面に角度を有する面である。底面と側壁面とをあわせた面が内面である。

次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板４０を全面的に熱酸化して、凹部４５の表面、すなわち該凹部の側壁面と底面とにエッチングマスクとしての第２の酸化膜４７を形成する。かかる工程、すなわち第２の酸化膜４７の形成工程が、第２の工程である。なお、かかる熱酸化により、第１の酸化膜４２の膜厚も若干増加する。

次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板４０を表面４０ａ側からDeep-RIE（深堀り反応性イオンエッチング）により異方的にエッチングして、凹部４５の側壁面における第２の酸化膜４７はエッチングせずに、凹部４５の底面における第２の酸化膜４７を除去する。そして、凹部４５の底面に、シリコン基板４０を構成する単結晶シリコンを露出させる。すなわち、凹部４５を、側壁面はシリコン酸化膜（第２の酸化膜４７）で被われており、底面には単結晶シリコンが露出した状態にする。かかる工程が第３の工程である。

次に、図５（ｅ）に示すように、シリコン基板４０を表面４０ａ（図４参照）側から、単結晶シリコンを酸化シリコンに対して高い選択比でエッチング可能な条件で異方性ドライエッチングを行い、凹部４５の底面を略８０μｍ掘り下げて、掘り下げ部４６を形成する。かかる工程が第４の工程である。エッチングガスは、上述のＩＣＰドライエッチングと同様にＣ₄Ｆ₈とＳＦ₆とを用いることができる。略８０μｍ掘り下げるため、掘り下げ部４６の底面までの深さは略１０５μｍとなる。

次に、図５（ｆ）に示すように、掘り下げ部４６に結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングを施して、正８面体の空洞部（以下、「正８面体部」と称する。）４８を形成する。かかる工程が第５の工程である。上記エッチングは、単結晶シリコンを酸化膜（シリコン酸化膜）に対して選択的にエッチング可能なＫＯＨ（水酸化カリウム）用いたＷＥＴエッチングで行う。掘り下げ部４６は、凹部４５とは異なりエッチングマスク（第２の酸化膜４７）を有しないため、表面（側壁面と底面の双方の面）には単結晶シリコンが露出している。したがって、かかるエッチングにより、凹部４５は維持されたままで、掘り下げ部４６のみが内側からエッチングされる。

上述したように、シリコン基板４０の表面（表面４０ａおよび裏面４０ｂ）は、結晶方位が（１００）である。したがって、シリコン基板４０は表面に対して４５度の角度を有する計８つの（１１１）面を有している。そして、単結晶シリコンは、結晶方位によりエッチングレートが大きく異なっている。（１１１）面のエッチングレート、すなわち該（１１１）面に対して垂直方向のエッチングレートは、他の方向のエッチングレートに比べてきわめて低い（遅い）。したがって、掘り下げ部４６にエッチング液であるＫＯＨが導入されると、すなわち掘り下げ部４６がエッチング液で満たされると、掘り下げ部４６は、凹部４５との接合部以外は上述の８つの面で構成される正８面体となる。

上述したように（１１１）面はエッチングレートが低いため、掘り下げ部４６が正８面体となった時点で、エッチングレートが大きく低下する。したがって、エッチング時間のばらつきによる該正８面体の寸法の変動は、極めて抑制されている。

次に、図６（ｇ）に示すように、シリコン基板４０を全面的にエッチングして、シリコン基板４０の表面４０ａと裏面４０ｂとに形成されていた第１の酸化膜４２（図５（ｆ）参照）と凹部４５の内壁に形成されていた第２の酸化膜４７（図５（ｆ）参照）とを除去する。エッチングはフッ酸、あるいはフッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液によるウェトエッチングが好ましい。

次に、図６（ｈ）に示すように、シリコン基板４０を全面的に熱酸化して表面（ひょうめん）に第３の酸化膜５０を形成する。ここでシリコン基板４０の表面とは、凹部４５の内面及び正８面体部４８の内面を含む全面である。熱酸化は、上述の他工程と同様に、酸化条件はＤｒｙ酸化（酸素中の酸化）でもよく、Ｗｅｔ酸化（酸素と水蒸気の混合気体中の酸化）でもよい。かかる酸化処理により、シリコン基板４０の表面４０ａ（図４参照）から正８面体部４８の内面、すなわち将来的に第１のノズル孔部１１ａの内面及び第２のノズル孔部１１ｂの内面となる領域に、切れ目のない連続した第３の酸化膜５０が形成される。

次に、図６（ｉ）に示すように、シリコン基板４０に表面４０ａ側から撥水化（撥インク化）処理を施して、表面４０ａと凹部４５の内面、及び正８面体部４８の内面に撥水化処理を施して、撥水（撥インク）膜５２を形成する。撥水化処理の方法は、フッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とする撥水性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥水膜５２とする方法が好ましい。フッ素含有有機ケイ素化合物を主成分とする材料は、撥インク性が良く、ディッピングで簡単に成膜可能な利点を有している。
ここまでの工程により、ノズルプレート１（図１参照）の先端面１ａが形成される。すなわち、シリコン基板４０の表面４０ａに第３の酸化膜５０と撥水膜５２とが積層された面が先端面１ａである。

次に、図７（ｊ）に示すように、ノズルプレート１の外周部５３における撥水膜５２を除去する。外周部５３とは、上述の図３に示すように、ノズルプレートの先端面１ａの外縁部の所定の幅を有する環状の領域である。したがって、ノズル孔１１とはかなりの距離がある。したがって、図７（ｊ）は、外周部５３を模式的に示している。具体的には、外周部５３以外の領域にマスキングテープ５４を貼付した後に、該マスキングテープをマスクとして撥水膜５２アルゴンプラズマを照射して、該マスキングテープに覆われていない領域、すなわち外周部５３における撥水膜５２を除去する。なお、撥水膜５２の局所的な除去（すなわちパターニング）が終了した後に、図７（ｊ）に示すマスキングテープ５４も除去する。

本工程は、完成後のノズルプレート１を備えるインクジェットヘッドを複数個連結するために行う工程である。インクジェットヘッドの製造には、本実施形態に示すノズルプレート１の製造を含めて複雑な工程を要する。したがって、大型、すなわち先端面１ａの面積が大きくノズル孔１１を多数備えるインクジェットヘッドの製造においては、歩留まりが充分ではない場合があり得る。かかる場合にコストを低減する手法のひとつとして、いくつかに分割して形成したインクジェットヘッドを完成後に連結する手法がある。その場合、完成後の個々のインクジェットヘッドを並べて、接着剤でカバーヘッドを装着してひとつの大型のインクジェットヘッドとする。ここで、カバーヘッドの装着面に撥水膜５２が成膜されていると、接着剤が均一に分布しないため、連結が不完全になる。そこで、本実施形態では、図３に示す外周部５３における撥水膜５２を除去して、カバーヘッドの装着を容易にしている。
仮に大型のインクジェットヘッドを分割等せずに高い歩留まりで製造できる場合には、本工程は不要である。したがって、本工程は必須のものではない。

次に、図７（ｋ）に示すように、シリコン基板４０を、少なくとも中間線４９に達するまで、裏面４０ｂ側から薄型化（薄板化）する。ここで、中間線４９とは、正８面体を構成する８つの（１１１）面の内の表面４０ａ側の４面と裏面４０ｂ側の４面との境界の線である。第２のノズル孔部１１ｂの（シリコン基板４０に垂直な面における）断面形状を漏斗状とするためには、正８面体を構成する８つの（１１１）面の内、裏面４０ｂ側の４面が除去されるまでシリコン基板４０を薄型化する必要がある。したがって、本実施形態の製造方法では、少なくとも中間線４９に達するまでシリコン基板４０を薄型化する必要がある。

本実施形態における薄型化は、研削法で行っている。まず、シリコン基板４０の表面４０ａ側に接着層５６を介して保護ガラス基板５８を貼付する。そして、裏面４０ｂ側からバックグラインダーで研削加工を行い、シリコン基板４０を薄くする。かかる工程が第６の工程である。なお、薄型化の方法としては、他にポリッシャー法、ＣＭＰ法等がある。

本実施形態の場合、「中間線４９に達するまで」とは、「シリコン基板４０の厚さが６０〜６５μｍとなるまで」である。本実施形態において、凹部４５の深さは２５μｍであり、掘り下げ部４６の深さは８０μｍである。正８面体部４８の形成時に多少は裏面４０ｂ（図４参照）側へもエッチングされるため、中間線４９は表面４０ａから６２．５〜６５μｍの深さとなる。したがって、表面４０ａから６０〜６５μｍとなるまで薄型化することで裏面４０ｂ側の４面を完全に除去でき、表面４０ａ側の４面（４つの三角形の面）と裏面４０ｂ側の４面とで構成される段差（折れ曲がり部分）を有しないノズル孔１１（第２のノズル孔部１１ｂ）を形成できる。

次に、図７（ｌ）に示すように、保護ガラス基板５８を貼付したままで元の裏面４０ｂ側、すなわち先端面１ａ側の反対側からアルゴン等の不活性ガスのプラズマを照射して、将来的にノズル孔１１となる部分の内面に形成されている撥水膜５２を除去する。かかる処理の結果、撥水膜５２はノズルプレート１の先端面１ａにのみ残る。

次に、図８（ｍ）に示すように、保護ガラス基板５８を貼付したままで、元の裏面４０ｂ側から第４のシリコン酸化膜６０を形成する。該第４のシリコン酸化膜はインク保護膜として機能する。形成方法は、スパッタ法あるいは低温プラズマＣＶＤ法等が好ましい。接着層５６は略１５０℃以下であれば耐えられるため、低温プラズマＣＶＤ法であれば先端面１ａをカバーしつつ第４のシリコン酸化膜６０を形成できる。そして、該第４のシリコン酸化膜の形成後に、接着層５６及び保護ガラス基板５８を除去する。
以上の工程で、第１のノズル孔部１１ａと第２のノズル孔部１１ｂと後端面１ｂとが形成され、ノズルプレート１が完成する。

＜本実施形態の効果＞
図９は、本実施形態に係る製造方法で形成されたノズルプレート１のノズル孔１１部分の拡大図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、比較のために示す、従来の製造方法で形成されたノズルプレート１のノズル孔１１部分の拡大図である。なお、図１０において、図９に示す本実施形態にかかるノズルプレート１の構成要素に対応する構成要素には、同一の符号を付与し、説明の記載は一部省略する。

上述したように、本実施形態に係るノズルプレート１において、第１のノズル孔部１１ａは凹部４５（図４参照）の内面に第３の酸化膜５０等を成膜して形成されている。また、第２のノズル孔部１１ｂは、凹部４５を垂直方向に掘り下げて形成した掘り下げ部４６（図５参照）を、結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングにより拡大して得た正８面体部４８（図５参照）を拡大して形成されている。ここで、掘り下げ部４６は凹部４５を垂直方向に掘り下げることで形成されているため、凹部４５と掘り下げ部４６とは同一の中心軸を有している。したがって、第１のノズル孔部１１ａと第２のノズル孔部１１ｂは、互いに共通する中心軸７０を有している。

一方、図１０に示すように、従来のノズル孔１１は第１のノズル孔部１１ａの中心軸である第１の中心軸７１と第２のノズル孔部１１ｂの中心軸である第２の中心軸７２の２本の中心軸を有している。上述したように、従来のノズルプレート１のノズル孔１１はフォトリソグラフィー工程を２回行って形成するため、上記双方の中心軸には「ずれ」が生じ得る。そして、該ずれにより、インク液滴の吐出性能が低下し得る。本実施形態にかかるノズルプレート１は中心軸７０にずれがないため吐出性能が向上しており、良好な文字あるいは画像の形成が可能となっている。

また、本実施形態に係る製造方法で得られたノズルプレート１は、第２のノズル孔部１１ｂが漏斗状であるため、第１のノズル孔部１１ａと第２のノズル孔部１１ｂとの接合部に略直角の段差を有しないことが特徴である。従来の製造方法によるノズル孔１１は、第１のノズル孔部１１ａと第２のノズル孔部１１ｂとが互いに直径の異なる２つの円筒状の孔である。したがって、図１０（ｂ）に示すように、第１のノズル孔部１１ａと第２のノズル孔部１１ｂとの接合部には略直角の段差７５が形成される。

ここで、インクには若干の気体が混入あるいは溶解していることがある。かかる気体はインク液滴の吐出時に気泡となり、段差部に残留する。そし、かかる残留気泡はインク液滴の吐出時に抵抗として働くため吐出性能を低下させ得る。

本実施形態に係る製造方法で得られたノズルプレート１は、第２のノズル孔部１１ｂを（１１１）面すなわち基板面に対して４５度の角度の面で構成しているため、第１のノズル孔部１１ａと第２のノズル孔部１１ｂとが、略４５度の角度で接合している。したがって、インクに気体が混入している場合であっても、上述の気泡の残留を低減できる。そのため、常にスムーズなインク液滴の吐出を可能としており、良好な文字あるいは画像の形成が可能である。

また、本実施形態に係る製造方法で得られたノズルプレート１は、先端面１ａに研磨（研削）等の処理が施されていないため、エッジ部７４に欠け等の不良が発生しないことも特徴である。図１０（ａ）に示すように、従来のノズルプレートは、シリコン基板４０を矢印で示すように第１のノズル孔部１１ａ側から薄型化して形成される。したがって、エッジ部７４には、研磨時に生じた欠け、あるいはバリの残留等が起こり得る。そして、かかる欠け等は、インク液滴のムーズな吐出を妨げることとなる。

それに対して、本実施形態に係る製造方法で得られたノズルプレート１は、先端面１ａに施される処理が成膜とＩＣＰによるエッチングのみであるため、欠け等は発生しない。したがって、インク液滴のスムーズな吐出を可能としており、良好な文字あるいは画像の形成が可能となっている。

また、本実施形態に係る製造方法で得られたノズルプレート１は、エッジ部７４が連続した保護膜、すなわち第３の酸化膜５０で覆われていることも特徴である。上述したように、従来のノズルプレート１は第１のノズル孔部１１ａ側から薄型化する。したがって、先端面１ａは研磨された面であり、研磨後に保護膜を成膜する必要がある。その結果、図１０（ｂ）に示すように、研磨工程前に第１のノズル孔部１１ａの内面と第２のノズル孔部１１ｂの内面に形成された第３の酸化膜５０と、研磨工程後に先端面１ａ側に形成された先端面保護膜６１との２種類の保護膜が形成される。したがって、エッジ部７４には第３の酸化膜５０と第３の酸化膜５０との間の継ぎ目が形成される。かかる継ぎ目には、インク液滴の吐出時にインクが浸み込むことがある。そして、かかる浸み込んだインクは保護膜の剥離等を引き起こすことがある。したがって、継ぎ目の存在はノズルプレート１及び該ノズルプレートを備えるインクジェットヘッドの信頼性を低下させ得る。

一方、本実施形態の製造方法においては、正８面体部４８（図５参照）の形成後に成膜した第３の酸化膜５０が先端面１ａ側の保護膜としてそのまま残っている。したがって、エッジ部７４において、シリコン基板４０（図４参照）の基材である単結晶シリコンが第３の酸化膜５０で一体的に覆われており、継ぎ目が存在しない。したがって、上述したようなインクが浸み込む現象が発生せず、ノズルプレート１及び該ノズルプレートを備えるインクジェットヘッドの信頼性を向上させている。

＜インクジェット記録装置＞
図１１は、本実施形態に係るノズルプレート１を備えるインクジェットヘッド１０（図２参照）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１１に示すインクジェット記録装置５００はインクジェットプリンターであり、吐出特性が向上したノズルプレート１を備えるインクジェットヘッド１０を搭載しているため、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あるいは描画が可能である。

なお、インクジェットヘッド１０は、図１１に示すインクジェットプリンターの他に、吐出するインク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ーの製造、プロテインチップやＤＮＡチップの作成、配線基板をインクジェット法により作成するプリント配線基板製造、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、等の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。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例）
図１２（ａ）は、変形例としてのノズルプレートを示す図であり、ノズル孔１１の配置の態様を示す図である。図１２（ｂ）は、上述の実施形態にかかるノズルプレート１の、ノズル孔１１の配置の態様を示す図である。本変形例のノズルプレートは、正８面体部４８がジグザグに、すなわち千鳥状に配置されていることが特徴である。正８面体部４８の配置に合せてノズル孔１１もジグザグに、すなわち千鳥状に配置されている。その結果ノズル孔１１を直線に投影したときの間隔、すなわちピッチが縮小されている。

図示するように、本変形例のピッチＰ₁は、等しい大きさの正８面体部、すなわち第２のノズル孔部１１ｂを有する従来のノズルプレート１のピッチＰ₂と比較して狭く形成されている。したがって、本変形例の構成であれば、インク液滴の吐出性能に影響を及ぼすことなく微細化が可能である。

１…ノズルプレート、２…キャビティー基板、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…第１のノズル孔部、１１ｂ…第２のノズル孔部、２２…振動板、２３…オリフィス、２４…吐出室、２５…リザーバー（共通インク室）、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…第１の凹部、３４…インク供給孔、４０…シリコン基板、４０ａ…第１の面としての表面、４０ｂ…第２の面としての裏面、４２…第１の酸化膜、４４…開口、４５…凹部、４６…掘り下げ部、４７…第２の酸化膜、４８…正８面体部、４９…中間線、５０…第３の酸化膜、５２…撥水膜、５３…外周部、５４…マスキングテープ、５６…接着層、５８…保護ガラス基板、６０…第４のシリコン酸化膜、６１…先端面保護膜、７０…エッチング中心軸、７１…第１の中心軸、７２…第２の中心軸、７４…エッジ部、７５…段差、２３０…段差部、２４０…第２の凹部、２５０…第３の凹部、５００…インクジェット記録装置。

Claims

表面が（１００）面である単結晶シリコン基板の第１の面をエッチングして将来的に第１のノズル孔部となる凹部を形成する第１の工程と、
前記凹部の内面を含む前記第１の面の全面にシリコンのエッチャントに対して耐エッチング性を有するエッチングマスク層を形成する第２の工程と、
前記凹部の底面における前記エッチングマスク層を除去して単結晶シリコンを露出させる第３の工程と、
前記底面を異方性ドライエッチングにより掘り下げて掘り下げ部を形成する第４の工程と、
前記掘り下げ部の内面に対して前記単結晶シリコン基板の結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングを施して、前記第１のノズル孔部との連通部分を除くと（１１１）面で形成された正８面体の空洞部を形成する第５の工程と、
前記単結晶シリコン基板を前記第１の面の反対側の面である第２の面側から前記空洞部に達するまで薄型化して前記空洞部を前記第２の面に開口された第２のノズル孔部とする第６の工程と、
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１に記載のノズルプレートの製造方法であって、
前記第６の工程は、前記空洞部を構成する８つの面の内の前記第２の面側の４つの面が消滅するまで前記単結晶シリコン基板を薄型化する工程であることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
請求項１または２に記載のノズルプレートの製造方法であって、
前記第１の工程は異方性誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチングにより前記凹部を形成する工程であることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたノズルプレートを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項４に記載のインクジェットヘッドが搭載されていることを特徴とするインクジェット記録装置。