JP2007175992A - ノズルプレートの製造方法及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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製造方法及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ノズル孔１１が、吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が段階的に大きくなるテーパー状ノズル部分で構成されており、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストエッチングマスクを用いて基板をエッチング除去する工程を少なくとも２回以上繰り返し行うことでテーパー状ノズル部分を形成するものである。
【選択図】図３ｃ

Description

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及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置に関する。

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。

例えば、インクジェットヘッドにおいて、液滴の流れを整えて液滴の吐出時の直進性を増すために、ノズル穴を、円筒状の第１のノズル孔と、第１のノズル孔と連通し第１のノズル孔よりも径の大きい円筒状の第２のノズル孔とで形成して２段ノズルとしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、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、ノズル穴を、インク吐出方向とノズル孔内周面の接線方向のなす角度が少なくともインク吐出面側とインク流入面側で異なり、且つ、角度が連続的に変化する部位を有するように形成したものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−４６２７６号公報（図２） 特開２０００−３３４９６５号公報（図３）

特許文献１のように２段ノズルとした場合、インク吐出特性の改善が可能であるが、更なる改善が求められていた。

また、特許文献２のように、ノズル部分全体をテーパー形状とすると、先端ノズル径やテーパー角度によってはインク供給側のノズル径が増加し、ノズル高密度配置が困難になるという問題があった。

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製造方法及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るノズルプレートの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートの製造方法において、ノズル孔が、吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が段階的に大きくなるテーパー状ノズル部分で構成されており、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストエッチングマスクを用いて基板をエッチング除去する工程を少なくとも２回以上繰り返し行うことでテーパー状ノズル部分を形成するものである。
これにより、繰り返し回数やレジストエッチングマスクにおける開口の大きさを変えることで、テーパー状ノズル部分のテーパ角度を自由に且つ高い精度で制御することができる。よって、所望のインク量等の各種吐出条件を満足し、且つ安定した吐出特性を得るのに最適なテーパー角度となるように形成することができる。したがって、必要最低限のテーパー角度で形成するようにすれば、ノズル密度の高密度化にも効果がある。

また、本発明に係るノズルプレートの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートの製造方法において、ノズル孔が、吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が段階的に大きくなるテーパー状ノズル部分で構成されており、基板上に金属膜を形成し、その金属膜を、フォトリソグラフィー法によって形成したエッチングマスクを用いてエッチング除去する工程を少なくとも３回以上繰り返し行って、表面側から基板側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなる開口を有するエッチングマスクを基板上に形成し、そのエッチングマスクを用いた１回の基板に対するエッチングによりテーパー状ノズル部分を形成するものである。
これにより、エッチングマスクを形成する際の繰り返し回数やエッチングマスクにおける開口の大きさを変えることで、テーパー状ノズル部分のテーパ角度を自由に且つ高い精度で制御することができる。よって、所望のインク量等の各種吐出条件を満足し、且つ安定した吐出特性を得るのに最適なテーパー角度となるように形成することができる。したがって、必要最低限のテーパー角度で形成するようにすれば、ノズル密度の高密度化にも効果がある。

また、本発明に係るノズルプレートの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートの製造方法において、ノズル孔は、吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が連続的に大きくなるテーパー状ノズル部分で構成されており、基板上に、テーパー状の開口を有するフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることによりテーパー状ノズル部分を形成するものである。
これにより、フォトレジストパターン形成するテーパー状の開口の形状を制御することで、テーパー状ノズル部分のテーパ角度を自由に且つ高い精度で制御することができる。
よって、所望のインク量等の各種吐出条件を満足し、且つ安定した吐出特性を得るのに最適なテーパー角度となるように形成することができる。したがって、必要最低限のテーパー角度で形成するようにすれば、ノズル密度の高密度化にも効果がある。

また、本発明に係るノズルプレートは、上記の何れかのノズルプレートの製造方法を用いて製造されたノズルプレートである。
これにより、安定した吐出特性を有するとともに、ノズル密度の高密度化が図られたノズルプレートを得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何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。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造されたものである。
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。

また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて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装置を製造すれば、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搭載した液滴吐出装置を得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造されたものである。
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搭載した液滴吐出装置を提供することができる。

実施形態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１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及び図２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及び液滴吐出装置にも適用できるものである。

図１は、本実施形態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。なお、図１及び図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。

本実施形態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及び図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。

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。

各ノズル孔１１は、図２に示すように、ノズルプレート１のインク吐出方向の先端（基板表面で凹部１２の底面）側から後側方向に行くに従って開口径が大きくなるように複数の円筒状のノズル孔から形成されて多段形状を有している。以下、吐出方向の先端側から順に第１のノズル孔１１ａ、第２のノズル孔１１ｂ、第３のノズル孔１１ｃという。

なお、本例のノズル孔１１は、インク吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が連続的に大きくなっていくテーパー状ノズル部分で構成された形状を理想とするものであり、図２の例では、３段の図示左右対称の段差からなる多段形状とし、段階的に大きくすることでこの形状に近づけるようにしている。すなわち、第１のノズル孔１１ａが円筒状ノズル部分に相当し、第２のノズル孔１１ｂ及び第３のノズル孔１１ｃがいわばテーパー状ノズル部分に相当する。なお、図２ではテーパー状ノズル部分が２段の例を示しているが、本来は更に複数設けて、よりテーパー状に近づける構成とすることが望ましい。そうすることにより、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。

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。

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及びリザーバ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。

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。

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。

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。

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。

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及び振動板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。

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及び図２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。

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、及び電極基板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。

そして最後に、図２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。

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に電荷の供給及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。

本実施形態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を多段形状に形成して従来の２段のノズルに比べてよりテーパー形状に近づけるようにしているので、吐出液体の流れがスムーズになり、吐出性能の安定化及び吐出特性を向上させることができる。さらに、ノズル孔１１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。

なお、ノズル孔１１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。

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３ａ乃至図７ｂを参照して説明する。
図３ａ乃至図６は、ノズルプレート１の製造方法を示す製造工程の断面図であり、図７ａ及び図７ｂは、キャビティプレート２及び電極基板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４００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。ここでは、３通りの製造方法を説明する。

＜ノズルプレート１の製造方法（その１）＞
ノズルプレート１の製造方法（その１）は、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストエッチングマスクを用いて基板をエッチング除去する工程、すなわちフォトレジスト塗布−露光−現像−シリコン基板のエッチングのサイクルをノズル孔の段数と同じだけ繰り返し行うことで多段ノズル孔を形成するようにした製造方法である。

図３ａ，図３ｂ，図３ｃは、ノズルプレートの製造方法（その１）を示す図である。以下、図３ａ，図３ｂ，図３ｃを参照してノズルプレートの製造方法（その１）について説明する。なお、本例ではノズルプレートとなるシリコン基板に、ノズル１１が開口する凹部１２を形成した後にノズル孔１１を形成するものとし、図３ａ，図３ｂ，図３ｃには、凹部１２を形成して厚さが薄くなった部分のシリコン基板を示している。以降に説明するノズルプレート１の製造方法（その２）、（その３）を示す図においても同様とする。
まず、シリコン基板１００の表面全体にフォトレジスト１０１を塗布して成膜する（図３ａ（ａ））。フォトレジスト１０１は、レジスト選択比により耐えうる厚みに成膜する。そして、第１のノズル孔パターン用の露光マスク１０２を介して露光し（図３ａ（ｂ），（ｃ））、現像して第１のノズル孔１１ａとなる部分１０１ａを開口したレジストパターン１０１ｂを形成する（図３ａ（ｄ））。そのレジストパターン１０１ｂをエッチングマスクとしてシリコン基板１００に対しＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、第１のノズル孔１１ａを形成する（図３ａ（ｅ））。そして、レジストパターン１０１ｂを除去する（図３ａ（ｆ））。

ついで、第１のノズル孔１１ａを形成したシリコン基板１００の全面にフォトレジスト１１１を成膜する（図３ｂ（ｇ））。フォトレジスト１１１は、レジスト選択比により耐えうる厚みに成膜する。そして、第２のノズル孔パターン用の露光マスク１１２を介して露光し（図３ｂ（ｈ），（ｉ））、現像して第２のノズル孔１１ｂとなる部分１１１ａを開口したレジストパターン１１１ｂを形成する（図３ｂ（ｊ））。そのレジストパターン１１１ｂをエッチングマスクとしてＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、第２のノズル孔１１ｂを形成する（図３ｂ（ｋ））。そして、レジストパターン１１１ｂを除去する（図３ｂ（ｌ））。

そして、第１のノズル孔１１ａ及び第２のノズル孔１１ｂを形成したシリコン基板１００の全面にフォトレジスト１２１を成膜する（図３ｃ（ｍ））。フォトレジスト１２１は、レジスト選択比により耐えうる厚みに成膜する。そして、第３のノズル孔パターン用の露光マスク１２２を介して露光し（図３ｃ（ｎ），（ｏ））、現像して第３のノズル孔となる部分１２１ａを開口したレジストパターン１２１ｂを形成する（図３ｃ（ｐ））。そのレジストパターン１２１ｂをエッチングマスクとしてＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、第３のノズル孔１１ｃを形成する（図３ｃ（ｑ））。そして、レジストパターン１２１ｂを除去する（図３ｃ（ｒ））。

そして、最後に、液滴吐出ノズルとして必要な表面処理（図示せず）を施すことによりノズルプレート１が完成する。表面処理とは、例えばノズル孔１１の吐出側表面（凹部１２の底面）にフッ素系の樹脂のコーティングやフッ素含有のニッケルメッキによる撥液膜（図示せず）を形成する処理などである。

以上に説明したノズルプレート１の製造方法（その１）によれば、テーパー状ノズル部分を形成するに際し、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストエッチングマスクを用いてシリコン基板１００をエッチング除去する工程を繰り返して形成するようにしたので、繰り返し回数やレジストエッチングマスクにおける開口の大きさを変えることで、テーパー状ノズル部分のテーパ角度を自由に且つ高い精度で制御することができる。よって、所望のインク量等の各種吐出条件に応じて最適なテーパー角度となるように形成することができる。したがって、必要最低限のテーパー角度で形成するようにすれば、ノズル密度の高密度化にも効果がある。

＜ノズルプレート１の製造方法（その２）＞
ノズルプレート１の製造方法（その２）は、第１のノズル孔１１ａ、第２のノズル孔１１ｂ及び第３のノズル孔１１ｃに対応する部分を開口したエッチングマスクを例えばＳｉＯ₂ 膜などの金属膜で形成し、そのエッチングマスクを用いた１回のシリコン基板に対するエッチングにより、第１のノズル孔１１ａ、第２のノズル孔１１ｂ及び第３のノズル孔１１ｃを一気に形成するようにした製造方法である。なお、この方法では、図２に示したようにノズル孔１１の段差部分がエッジとはならず、丸みを帯びた形状となって形成される。

図４ａ，図４ｂ，図４ｃ，図４ｄは、ノズルプレートの製造方法（その２）を示す図である。以下、図４ａ，図４，図４ｃ，図４ｄを参照してノズルプレートの製造方法（その２）について説明する。
まず、シリコン基板２００の表面全体にプラズマＣＶＤを用いて金属膜としての例えばＳｉＯ₂ 膜２０１を成膜する。そして、その上にフォトレジスト２０２を成膜し、露光マスク２０３を介して露光し（図４ａ（ｂ），（ｃ））、現像して第１のノズル孔１１ａに対応する部分２０２ａを開口したレジストパターン２０２ｂを形成する（図４ａ（ｄ））。そして、そのレジストパターン２０２ｂを用いてＳｉＯ₂ 膜２０１をエッチングし、第１のノズル孔１１ａに対応する部分２０１ａを除去する（図４ａ（ｅ））。そして、レジストパターン２０２ｂを除去する（図４ａ（ｆ））。

そして、再度シリコン基板２００の表面全体にプラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ₂ 膜２０４を成膜する（図４ｂ（ｇ））。そして、その上にフォトレジスト２０５を成膜し、露光マスク２０６を介して露光し（図４ｂ（ｈ），（ｉ））、現像して第２のノズル孔１１ｂに対応する部分２０５ａを開口したレジストパターン２０５ｂを形成する（図４ｂ（ｊ））。そして、この状態でエッチングを行う。これにより、レジストパターン２０５ｂがエッチングマスクとなってＳｉＯ₂ 膜２０４から第２のノズル孔１１ｂに対応する部分２０４ａが除去されるとともに、ＳｉＯ₂ 膜２０１から第２のノズル孔１１ｂに対応する部分２０１ａが除去される（図４ｂ（ｋ））。そして、レジストパターン２０５ｂを除去する（図４ｂ（ｌ））。

ついで、再度シリコン基板２００の表面全体にプラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ₂ 膜２０７を成膜する（図４ｃ（ｍ））。そして、その上にフォトレジスト２０８を成膜し、露光マスク２０９を介して露光し（図４ｃ（ｎ），（ｏ））、現像して第３のノズル孔１１ｃに対応する部分２０８ａを開口したレジストパターン２０８ｂを形成する（図４ｃ（ｐ））。そして、この状態でエッチングを行う。これにより、第３のノズル孔１１ｃに対応する部分２０７ａが開口されたＳｉＯ₂ 膜２０７と、第２のノズル孔１１ｂに対応する部分２０４ａが開口されたＳｉＯ₂ 膜２０４と、第１のノズル孔１１ａに対応する部分２０１ａが開口されたＳｉＯ₂ 膜２０１とからなるエッチングマスク２０９が形成される（図４ｃ（ｑ））。そして、フォトレジスト２０８を除去する（図４ｃ（ｒ））。

そして、このエッチングマスク２０９を用いてＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、第１のノズル孔１１ａ、第２のノズル孔１１ｂ及び第３のノズル孔１１ｃからなるノズル孔１１を形成する。そして、最後に、液滴吐出ノズルとして必要な表面処理（図示せず）を施すことによりノズルプレート１が完成する（図４ｃ（ｓ））。表面処理とは、例えばノズル孔１１の吐出側表面（凹部１２の底面）にフッ素系の樹脂のコーティングやフッ素含有のニッケルメッキによる撥液膜（図示せず）を形成する処理などである。

以上に説明したノズルプレート１の製造方法（その２）によれば、シリコン基板２００上にＳｉＯ₂ 膜を形成し、そのＳｉＯ₂ 膜に対してフォトリソグラフィー法によって形成したレジストエッチングマスクを用いてエッチング除去する工程を繰り返し行い、表面側からシリコン基板２００側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなる開口を有するエッチングマスク２０９を形成し、そのエッチングマスク２０９を用いた１回のシリコン基板２００に対するエッチングによりテーパー状ノズル部分を形成するようにしたので、エッチングマスク２０９を形成する際の繰り返し回数やエッチングマスク２０９における開口の大きさを変えることで、テーパー状ノズル部分のテーパ角度を自由に且つ高い精度で制御することができる。よって、所望のインク量等の各種吐出条件に応じて最適なテーパー角度となるように形成することができる。したがって、必要最低限のテーパー角度で形成するようにすれば、ノズル密度の高密度化にも効果がある。

＜ノズルプレート１の製造方法（その３）＞
上記の製造方法では、複数の段差を形成することでノズル孔１１の後側をテーパー状に近づけるようにしていたが、ノズルプレート１の製造方法（その３）では、テーパー形状そのものに形成するようにしたものである。具体的には、テーパー形状の開口を有するレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをエッチングマスクとして用いてシリコン基板をエッチングすることにより、テーパー状ノズル部分を形成するものである。

図５は、ノズルプレート１の製造方法（その３）で形成されるノズルプレートのノズル孔部分を拡大して示した図である。
図５において、ノズル孔１１ｄは、インク吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分１１ｅで構成され、その後側が後方に向けて開口断面積が連続的に大きくなるテーパー状ノズル部分１１ｆで構成されている。

図６は、図５に示すノズルプレートの製造方法（その３）を示す図である。
まず、シリコン基板３００の裏面に、フォトレジスト３０１を塗布して成膜する（図６（ａ））。そして、円筒状ノズル部分パターン用の露光マスク（図示せず）を介して露光・現像を行い、円筒状ノズル部分１１ｅとなる部分３０１ａを開口したレジストパターン３０１ｂを形成する（図６（ｂ））。そして、レジストパターン３０１ｂをエッチングマスクとしてシリコン基板３００に対しＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、円筒状ノズル部分１１ｅを形成する（図６（ｃ））。そして、レジストパターン３０１ｂを除去する（図６（ｄ））。

次に、シリコン基板３００の表面にフォトレジスト３０２を塗布して成膜する（図６（ｅ））。ここでは、紫外線の透過性に特徴があるフォトレジスト（例えばセパレータ材料やバンク材料など）を用いる。そして、テーパー状ノズル部分パターン用の露光マスク３０３を介し、紫外線により露光し（図６（ｆ）、図６（ｇ））、現像して内周面がテーパー状の開口３０２ａを有するフォトレジストパターン３０２ｂを形成する（図６（ｈ））。

フォトレジスト３０２にテーパー状の開口３０２ａを形成するに際しては、フォトレジスト材料の特性（例えば、形成可能なテーパー角度や紫外光により感光できる膜厚）により成膜膜厚を調整する必要がある。また、形成したいテーパー角度に応じてシリコン基板３００の厚みを考慮したり、円筒状ノズル部分側のノズル径を調整する必要があるなど、各種条件があるが、フォトレジスト３０２にテーパー状の開口を形成する技術は従来既存の技術であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

そして、レジストパターン３０２ｂをエッチングマスクとしてシリコン基板３００に対しＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、テーパー状ノズル部分１１ｆを形成する（図６（ｉ））。そして、レジストパターン３０２ｂを除去し、円筒状ノズル部分１１ｅとテーパー状ノズル部分１１ｆとからなるノズル孔１１ｄが形成され、ノズルプレート１ａが完成する（図６（ｊ））。

以上に説明したノズルプレート１の製造方法（その３）によれば、シリコン基板３００上に、表面側からシリコン基板側に行くに従って開口断面が小さくなるテーパー状の開口３０２ａを有するフォトレジストパターン３０２ｂを形成し、そのフォトレジストパターン３０２ｂをエッチングマスクとしてシリコン基板３００をエッチングすることによりテーパー状ノズル部分を形成するようにしたので、フォトレジストパターン形成するテーパー状の開口の形状を制御することで、テーパー状ノズル部分のテーパ角度を自由に且つ高い精度で制御することができる。よって、所望のインク量等の各種吐出条件に応じて最適なテーパー角度となるように形成することができる。したがって、必要最低限のテーパー角度で形成するようにすれば、ノズル密度の高密度化にも効果がある。

なお、本実施形態１のノズルプレート１の製造方法では、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。

また、本実施形態１のノズルプレート１の製造方法は、液滴を吐出するノズル孔の形成以外にも、テーパー形状を必要とするデバイス、テーパー形状形成が必要なプロセスに応用することができる。

次に、キャビティプレート２及び電極基板３の製造方法について説明する。
ここでは、電極基板３にシリコン基板を接合した後、そのシリコン基板からキャビティプレート２を製造する方法について図７ａ、図７ｂを参照して簡単に説明する。

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５００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７ａ（ａ））。

次に、厚さが例えば５２５μｍのシリコン基板４００の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板４００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７ａ（ｂ））。なお、シリコン基板４００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。

そして、このシリコン基板４００と、図７ａ（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４００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７ａ（ｃ））。
シリコン基板４００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４００をエッチングすることにより、シリコン基板４００の厚さを例えば１４０μｍになるまで薄板化する（図７ａ（ｄ））。

次に、シリコン基板４００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及びリザーバ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４００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及びリザーバ２３となる凹部２５を形成する（図７ｂ（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７ｂ（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。

シリコン基板４００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４００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜を除去する（図７ｂ（ｆ））。
次に、シリコン基板４００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７ｂ（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４００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７ｂ（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４００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。

以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基板４００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。

本実施形態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４００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。

また、上述のノズルプレートの製造方法を用いてインクジェットヘッド１０を製造することにより、安定したインク吐出特性を有し、かつ高密度のインクジェットヘッド１０を提供することができる。

実施形態２．
図８は、実施形態１に示すインクジェットヘッド１０を搭載したインクジェットプリンタを示す斜視図である。
実施形態１に示すインクジェットヘッド１０は、吐出特性が良く、また高密度化が可能なため、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プリンタ６００を得ることができる。
なお実施の形態１に示すインクジェットヘッド１０は、図８に示すインクジェットプリンタの他に、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。

本発明の実施形態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。 ノズルプレートの製造方法（その１）を示す製造工程の断面図。 図３ａに続く製造工程を示す断面図。 図３ａに続く製造工程を示す断面図。 ノズルプレートの製造方法（その２）を示す製造工程の断面図。 図４ａに続く製造工程を示す断面図。 図４ａに続く製造工程を示す断面図。 ノズルプレートの他の例を示す断面図。 ノズルプレートの製造方法（その３）を示す製造工程の断面図。 キャビティプレート及び電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図７ａに続く製造工程を示す断面図。 実施の形態１の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の斜視図。

符号の説明

１ ノズルプレート、１ａ 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 第１のノズル孔、１１ｂ 第２のノズル孔、１１ｃ 第３のノズル孔、１１ｄ ノズル孔、１１ｅ 円筒状ノズル部分、１１ｆ テーパー状ノズル部分、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、３４ａ 孔部、１００ シリコン基板、１０１ フォトレジスト、１０１ｂ レジストパターン、１１１ｂ レジストパターン、１２１ｂ レジストパターン、２００ シリコン基板、２０１ ＳｉＯ₂ 膜、２０２ｂ レジスト、２０４ ＳｉＯ₂ 膜、２０５ｂ レジストパターン、２０７ ＳｉＯ₂ 膜、２０８ｂ レジストパターン、２０９ エッチングマスク、３００ シリコン基板、３０２ａ 開口、３０２ｂ フォトレジストパターン、４００ シリコン基板、５００ ガラス基板、６００ インクジェットプリンタ。

Claims (8)

1. 液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートの製造方法において、
   前記ノズル孔は、吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が段階的に大きくなるテーパー状ノズル部分で構成されており、
   フォトリソグラフィー法によって形成したレジストエッチングマスクを用いて基板をエッチング除去する工程を少なくとも２回以上繰り返し行うことで前記テーパー状ノズル部分を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. 液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートの製造方法において、
   前記ノズル孔は、吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が段階的に大きくなるテーパー状ノズル部分で構成されており、
   基板上に金属膜を形成し、その金属膜を、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストエッチングマスクを用いてエッチング除去する工程を少なくとも３回以上繰り返し行って、表面側から基板側に行くに従って開口断面積が段階的に小さくなる開口を有するエッチングマスクを前記基板上に形成し、そのエッチングマスクを用いた１回の基板に対するエッチングにより前記テーパー状ノズル部分を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
3. 液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートの製造方法において、
   前記ノズル孔は、吐出方向の先端側が円形の一定断面の円筒状ノズル部分で構成され、その後側が後方に向けて開口断面が連続的に大きくなるテーパー状ノズル部分で構成されており、
   基板上に、テーパー状の開口を有するフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記テーパー状ノズル部分を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のノズルプレートの製造方法を用いて製造されたノズルプレート。
5. 請求項１乃至請求項３の何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。
6. 請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド。
7. 請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
8. 請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出装置。
   

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