JP4706850B2

JP4706850B2 - ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置

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Publication number: JP4706850B2
Application number: JP2006081129A
Authority: JP
Inventors: 秀治高橋
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-03-23
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Description

本発明はノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、インクジェット方式の画像形成装置の印字ヘッドの吐出面などに用いられるノズルプレートの製造方法に関する。

インクジェット方式の画像形成装置の印字ヘッドは、記録媒体と対向する吐出面を構成するノズルプレートに複数のノズルが形成されている。記録媒体に対してインク滴を吐出する各ノズルの形状は、インク滴の大きさや吐出速度等に影響を与えやすいため、ノズルは高精度に加工されることが要求される。そして、ノズルプレートの出口部位に直線部を形成すれば、インク吐出の直進性を向上させることができる。

このようなノズルプレートの製造方法が、特許文献１に開示されている（以下、従来の製造方法という）。図１０は、従来の製造方法の工程を示す図である。図１０（ａ）に示すようなシリコン基板１６０において、図１０（ｂ）に示すように一側面に硼素層１７１を形成する。この硼素層１７１は、エッチング阻止層として作用する。そこで、図１０（ｃ）に示すように硼素層１７１が形成されていない面をフォトレジスト１７２等を使用してマスキングし、パターニングした後、図１０（ｄ）に示すように結晶異方性エッチング液によりウェットエッチングを行う。すると、硼素層１７１が形成されていない面が四角錐型にエッチングされノズル１５１のテーパ部１５１Ａが形成される。そして、フォトレジスト１７２等を除去する。次に、図１０（ｅ）に示すように硼素層１７１をフォトレジスト１７５等でマスキングしてパターニングした後、ドライエッチングを行い、ノズルの直線部を形成する。そして、図１０（ｆ）に示すようにフォトレジスト１７５等を除去してノズルプレート１６１が完成するとする。
特開２００１−３０５００号公報

しかしながら、従来の製造方法には、次のような問題がある。

すなわち、従来の製造方法では、結晶異方性のウエットエッチングを用いているため、シリコン基板１６０の結晶方位に依存し、ノズル１５１のテーパ部１５１Ａは四角錐に限られてしまう。また、テーパー角度にも制限がある。さらに、シリコン基板１６０の異なる面からそれぞれエッチングを行いノズルのテーパ部と直線部を形成するため、ノズルのテーパ部とノズルの直線部の中心軸の位置がずれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノズルのテーパ部を自由な断面形状・角度にすることができ、ノズルのテーパ部と直線部の位置合わせができるノズルプレートの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ノズルプレートの製造方法において、シリコン基板の一方の面に前記シリコン基板のエッチングの進行を阻止するエッチストッパ層を形成するエッチストッパ層形成工程と、前記シリコン基板の他方の面にマスク層を形成するマスク層形成工程と、前記マスク層の開口部をパターニングするマスクパターニング工程と、前記マスク層側からドライエッチングを行うことにより前記シリコン基板にノズルのテーパ部を形成するテーパ部形成工程と、前記マスク層側からドライエッチングを行うことにより前記エッチストッパ層にノズルの直線部を形成する直線部形成工程と、前記マスク層を剥離するマスク層剥離工程と、を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、テーパ部形成工程においてドライエッチングを行うので、シリコン基板の結晶方位に依存されないことから、ノズルのテーパ部の断面形状は四角形に限られず円形など自由な形状に形成できる。また、テーパ角度も自由に設定することができる。

また、テーパ部形成工程および直線部形成工程において同じ方向であるマスク層側からドライエッチングを行うので、ノズルのテーパ部と直線部の中心軸の位置合わせが可能となる。そして、ノズルのテーパ部と直線部が滑らかに交わりノズルの内面を高精度に形成することができる。そのため、ノズル内部でインクの流れが安定することから、インクの吐出を安定させることができる。

なお、エッチストッパ層の材質は、酸化物系であっても窒化物系であっても炭化物系であってもよいが、シリコン基板との選択比を考慮しつつ選択する。そのため、直線部形成工程においてはエッチストッパ層の材質により、照射するプラズマの種類を選択する。

前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法において、前記テーパ部形成工程は少なくとも、前記シリコン基板のドライエッチングを行う第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程にてドライエッチングされた面にデポジションを行い保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、前記第１エッチング工程の時よりもエッチング幅が小さくなるようにして前記シリコン基板のドライエッチングを行う第２エッチング工程と、前記第２エッチング工程にてドライエッチングされた面にデポジションを行い保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、保護膜を形成することによりノズルの側面方向のエッチングを抑制しつつ、ノズルの垂直方向にエッチング幅が順次小さくなるように制御しながらドライエッチングを行うので、ノズルのテーパ部を高精度に形成することができる。

前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のノズルプレートの製造方法において、前記テーパ部形成工程のドライエッチングは、エッチング用ガスと保護膜形成用ガスとの混合ガスを用いて行うこと、を特徴とする。

本発明によれば、エッチング用ガスと保護膜形成用ガスとの混合ガスを用いて、保護膜を形成することによりノズルの側面方向のエッチングを抑制しつつ、ノズルの垂直方向にエッチング幅が順次小さくなるように制御しながらドライエッチングを行うので、混合ガスの選択や混合比の調整によりノズルのテーパ部を高精度に形成することができる。

また、シリコン基板を低温状態にすることによりノズルのテーパ部の制御の条件自由度が向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載のいずれか１項のノズルプレートの製造方法において、前記マスク層に重ねて感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層をパターニングする感光性樹脂層形成工程を有し、前記マスクパターニング工程では、前記感光性樹脂層形成工程にてパターニングされた前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行うことにより前記マスク層をパターニングすること、を特徴とする。

本発明によれば、シリコン基板やエッチストッパ層のエッチングにおけるマスク機能はマスク層により実現させることから、感光性樹脂層はマスク層のパターニングのために必要な限度内で薄く形成すれば足りる。そのため、感光性樹脂膜のパターニングを高精度に行うことができるので、マスク層のパターニングも高精度に行うことができる。したがって、ノズルを高精度に形成することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４に記載のいずれか１項のノズルプレートの製造方法において、前記エッチストッパ層に重ねて撥液膜を形成する撥液膜形成工程を有し、前記直線部形成工程では、前記マスク層側からドライエッチングを行うことにより前記撥液膜にノズルの直線部を形成すること、を特徴とする。

本発明によれば、インクの吐出面のノズル開口部周辺において高精度に撥液膜を形成することができるので、吐出時の液滴の飛翔方向が安定してノズルにおける吐出状況が良好となる。

請求項６に記載の発明は、液滴吐出ヘッドにおいて、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法によって製造されたノズルプレートを備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、画像形成装置において、請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ノズルのテーパ部を自由な断面形状・角度にすることができ、ノズルのテーパ部と直線部の位置合わせができるノズルプレートの製造方法を提供することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔ノズルプレートの製造方法〕
まず、本発明の特徴であるノズルプレートの製造方法を説明する。

図１（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した説明図である。まず、図１（ａ）に示すように、エッチストッパ層形成工程として、シリコン基板６０にエッチストッパ層７１を形成する。このエッチストッパ層７１は、後述するようにテーパ部形成工程においてエッチングの進行を阻止する機能を発揮するものである。

シリコン基板６０としては、厚さ２０〜３００μｍのベア基板を使用する。エッチストッパ層７１は、シリコン基板６０との選択比を考慮したうえで、無機材料のシリコン酸化物ＳｉＯ_２、シリコン窒化物ＳｉＮ、炭化シリコンＳｉＣなどを真空蒸着やスパッタ、ＣＶＤなどで形成する。または、有機材料であるポリイミドなどの液状材料を用いる場合には、材料をスピンコート法を用いて塗布した後、任意の温度で加熱キュアを行い硬化させて形成する。

なお、エッチストッパ層７１は、単数の層であっても複数の層の構成からなるものであってもよい。また、酸化膜付きのシリコン基板を使用することも考えられ、この場合は、一方の面の酸化膜をエッチストッパ層として用い、他方の面の酸化膜を除去しておく。

次に、マスク層形成工程として、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板６０のエッチストッパ層７１が形成される面とは反対側の面にマスク層７２を形成する。具体的には、レジストなどの感光性樹脂を付着させた後、プリベークを行い、レジストから溶剤を蒸発させてシリコン基板６０との密着性を向上させてマスク層７２を形成する。なお、シート状のレジストを使用する場合にはプリベークを行う必要がなくなる。また、マスク層７２の層厚はシリコン基板６０との選択比を考慮して設定する。

次に、マスクパターニング工程として、図１（ｃ）に示すように、レジストにより形成されたマスク層７２についてフォトリソグラフィによりパターニングを行う。具体的には、マスク層７２に対して露光を行った後に現像処理およびポストベークを行いパターニングを行う。なお、ポストベークの代わりにＵＶキュアを行ってもよい。また、露光条件、現像条件、ポストベーク条件は、マスク層７２のレジスト種によって設定した層厚をもとに設定する。

次に、テーパ部形成工程として、図１（ｄ）に示すように、マスク層７２側からシリコン基板６０の表面にドライエッチングを行い、シリコン基板６０にノズル５１のテーパ部５１Ａを形成する。このように、ウェットエッチングではなくドライエッチングを行うので、シリコン基板６０の結晶方位に依存されないことから、ノズル５１のテーパ部５１Ａの断面形状は四角形に限られず円形など自由な形状に形成できる。また、テーパ角度も自由に設定することができる。

ここで、ノズル５１のテーパ部５１Ａについて具体的な形成方法をいくつか説明する。

まず、第１の形成方法として、図２に示すようにドライエッチングと保護膜形成を繰り返し行う形成方法が考えられる。そこで、この形成方法について詳細に説明する。まず、シリコン基板６０を高周波電源に接続された平面電極（不図示）の上に配置して、平面電極への高周波電力の印加を行う。そして、図２（ａ）に示すように、ＳＦ_６ガス（六フッ化硫黄ガス）を導入して生成されるＳＦ_６プラズマ（六フッ化硫黄プラズマ）を照射する。すると、パターニングされたマスク層７２の間のシリコン基板の露出部分６０Ａにおいて、ＳＦ_６プラズマ中のＦラジカル（フッ素ラジカル）とシリコンが反応する。そして、ＳｉＦ_４ガス（四ふっ化けい素ガス）としてシリコン基板６０から離脱し、シリコン基板６０に対して等方性エッチングが行われる。

次に、平面電極への高周波電力の印加を止め、図２（ｂ）に示すように、Ｃ_４Ｆ_８ガス（オクタフルオロシクロブタンガス）より生成されたＣ_４Ｆ_８プラズマ（オクタフルオロシクロブタンプラズマ）を照射する。すると、ＳＦ_６プラズマによりエッチングされた面の全面にＣＦ系ポリマー層が堆積して保護膜７４を形成する。

次に、再び平面電極への高周波電力の印加を行い、ＳＦ_６ガスから生成されるＳＦ_６プラズマを照射する。すると、図２（ｃ）に示すように、ＳＦ_６プラズマ中のイオンの多くが底面方向に照射され、照射された底面部分のＣＦ系ポリマー層の保護膜７４が除去される。そして、図２（ｄ）に示すように、ポリマー層が除去された底面部分において、前記の図２（ａ）と同様に、ＳＦ_６プラズマ中のＦラジカルによりシリコン基板６０に対してエッチングがなされる。なおこの時、前記の図２（ａ）にてエッチングされた側面部分には保護膜７４が形成されている。そして、前記の図２（ａ）におけるエッチング時に比べＳＦ_６ガスの量を少なくして、エッチングの幅を小さくすることにより、テーパ形状のエッチングを実現することができる。

次に、再び平面電極への高周波電力の印加を止め、図２（ｅ）に示すように、Ｃ_４Ｆ_８プラズマを導入し、前記の図２（ｂ）と同様に、ＳＦ_６プラズマによりエッチングされた面の全面にＣＦ系ポリマー層が堆積して保護膜７４を形成する。

その後、以上のようなエッチングと保護膜形成を繰り返すことにより、シリコン基板６０にノズル５１のテーパ部５１Ａを形成することができる。

なお、保護膜７４の形成については、エッチングされた面の全面にポリマー層が蓄積される条件を満たす限り、平面電極への高周波電力の印加を行った状況下で行ってもよい。また、エッチングと保護膜７４の形成の時間の調整を図ることにより、テーパ角を制御することができる。

本実施形態では、エッチングの際にＳＦ_６ガスを使用したが、その他、ＳＦ_６と酸素Ｏ_２の混合ガスや、フッ素ガスを使用してもよく、例えばＣＦ_４ガス（四フッ化炭素ガス）やＮＦ_３ガス（三フッ化窒素ガス）などのフッ素ガスを使用してもよい。

また、ポリマー層形成の際にＣ_４Ｆ_８ガスを使用したが、その他、ＣＨＦ_３ガス（三フッ化メタンガス）やＣ_２Ｆ_６ガス（ヘキサフルオロエタン（フロン１１６）ガス）などを使用してもよい。以上が、ノズル５１のテーパ部５１Ａについての第１の形成方法である。

次に、ノズル５１のテーパ部５１Ａについての第２の形成方法として、六フッ化硫黄ＳＦ_６とオクタフルオロシクロブタンＣ_４Ｆ_８、または酸素Ｏ_２、または三フッ化メタンＣＨＦ_３などの混合ガスを用いて側面に保護膜７４を形成しながらドライエッチングを行う方法が考えられる。

第２の形成方法の一例として、図３にＳＦ_６ガスとＯ_２ガスの混合ガスを使用した場合の概要を示す。図３に示すように、Ｏ_２ガスから生成されたＯ_２プラズマにより保護膜としてＳｉＯ_ＸＦ_ｙが形成される。その一方で、ＳＦ_６ガスから生成されたＳＦ_６プラズマのイオンが底面方向に照射されるので底面部分のＳｉＯ_ＸＦ_ｙが除去され、ＳｉＯ_ＸＦ_ｙは側面のみに形成されていく。そして、ＳＦ_６プラズマ中のＦラジカルによりシリコン基板６０がエッチングされる。このような方法のもと、ＳＦ_６ガスとＯ_２ガスの混合ガス量、混合比、プラズマ生成用ＲＦ出力、ＲＦバイアス出力、圧力、基板温度などを調整してＳｉＯ_ＸＦ_ｙを形成しつつシリコン基板６０をエッチングすることにより、ノズル５１のテーパ部５１Ａを形成することができる。なお、混合ガスとしては、ＳＦ_６／Ｏ_２／Ｃ_４Ｆ_８、ＳＦ_６／Ｏ_２／ＣＨＦ_３などを用いてもよい。

また、前記のようにＳＦ_６ガスとＯ_２ガスの混合ガス（あるいはＳＦ_６ガス単体でも可）によりエッチングを行うにあたって、シリコン基板６０を低温状態にすること（クライオプロセス）によってノズル５１のテーパ部５１Ａを形成してもよい。シリコン基板６０を低温状態にすることによって、Ｆラジカルによる側面方向へのエッチングが抑制される一方で、底面方向にはイオンアシスト反応によりエッチングが進行させることができるからである。なお、低温状態の温度によってＦラジカルによる側面方向へのエッチング量を調整することができる。以上が、ノズル５１のテーパ部５１Ａについての第２の形成方法である。

以上がテーパ部形成工程についての説明である。

次に、直線部形成工程として、図１（ｅ）に示すように、エッチストッパ層７１のドライエッチングを行う。具体的には、下記に述べるガスから生成されるプラズマを使用して、マスク層７２側からイオン照射を行いエッチングを行う。

また、この時、前記のようにノズル５１のテーパ部５１Ａには保護膜７４が形成されているため、エッチングは側面方向に進行せず底面方向にのみ進行させることができる。さらに、前記のテーパ部形成工程と同じくマスク層７２側からドライエッチングプラズマを照射してドライエッチングを行うので、ノズル５１のテーパ部５１Ａと直線部５１Ｂの中心軸の位置合わせが可能となる。

以上により、エッチストッパ層７１にノズル５１の直線部５１Ｂを形成することができる。

なお、テーパ部５１Ａの底面側の開口径Ｄをマスク層７２の開口部の径ｄと等しく形成しておけば、テーパ部５１Ａの底面側の開口径Ｄと等しい径の直線部が形成されやすくなる。そのため、ノズル５１のテーパ部５１Ａと直線部５１Ｂが段差無く滑らかに交わり、ノズル５１の内面をより高精度に形成することができる。

なお、エッチストッパ層７１を形成する材質によってドライエッチングに使用するガスを選択する。例えば、エッチストッパ層７１を形成する材質がシリコン酸化物ＳｉＯ_２などの酸化物系の場合には、エッチングガスにフルオロカーボン系ガスやフッ素系ガスを１種類または複数種混合した混合ガスや、これらのガスに酸素や水素などを添加したガスを使用する。または、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスにフルオロカーボン系ガスやフッ素系ガスを１種類または複数種混合した混合ガスや、これらのガスに酸素や水素などを添加したガスを使用してもよい。具体例としては、ＣＦ_４／Ｈ_２、ＣＨＦ_３、ＣＨＦ／ＳＦ_６／Ｈｅ、Ｃ_４Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２、ＣＦ_４／ＣＨＦ_３／Ａｒ、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ、Ｃ_５Ｆ_８などがある。なお、混合ガスや添加ガスについては「（ガス名）／（ガス名）」のように表した。

また、エッチストッパ層７１を形成する材質がシリコン窒化物ＳｉＮなどの窒化物系の場合には、エッチングガスにフルオロカーボン系ガスやフッ素系ガスを１種類または複数種混合した混合ガスや、これらのガスに酸素、水素や塩素などを添加したガスを使用してもよい。具体例としては、ＣＨＦ_３／Ｏ_２、ＣＨ_２Ｆ_２、ＮＦ_３／Ｃｌ_２などがある。

また、エッチストッパ層７１を形成する材質が炭化シリコンＳｉＣなどの炭化物系の場合には、酸素ガスや酸素ガスにフッ素系ガスを添付したものを使用する。または、アンモニア（ＮＨ_３）、水素（Ｈ_２）、窒素（Ｎ_２）などを使用してもよい。具体例としては、Ｏ_２、Ｏ_２／ＳＦ_６、Ｏ_２／ＣＦ_４などがある。

以上が、直線部形成工程についての説明である。

次に、マスク層剥離工程として、図１（ｆ）に示すように、アッシング処理として酸素プラズマを照射することによりマスク層７２を剥離する。これにより、マスク層７２の剥離とノズル５１の内側のクリーニング及び親水化処理を同時に行うことができ、作業の効率化が図れる。なお、ウエット処理（剥離液やアセトン）によりマスク層７２の剥離を行ってもよい。

以上、第１の実施形態の説明である。

続いて、第２の実施形態について説明する。

図４（ａ）〜（ｇ）は、第２の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した説明図である。まず、図４（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にエッチストッパ層形成工程を行う。

次に、マスク層形成工程として、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板６０のエッチストッパ層７１が形成される面とは反対側の面にマスク層７５を形成する。ここで、第１の実施形態と異なる点として、マスク層７５にレジスト以外の材料を使用する。具体的には、無機材料のシリコン酸化物ＳｉＯ_２、シリコン窒化物ＳｉＮ、炭化シリコンＳｉＣなどや、有機材料のポリイミドなど、シリコン基板６０との選択比を考慮して選択する。

マスク層７５の形成方法としては、無機材料や有機材料などを真空蒸着やスパッタ、ＣＶＤなどで形成する。また、有機材料の液状材料を用いる場合には、材料をスピンコート法を用いて塗布した後、任意の温度で加熱キュアを行い硬化させて形成する。なお、マスク層７５は、単数の層であっても複数の層の構成からなるものであってもよい。

次に、感光性樹脂層形成工程として、図４（ｃ）に示すように、マスク層７５の上にレジスト層７６を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行う。具体的には、レジスト層７６に対して露光を行った後に現像処理、ポストベークを行う。なお、ポストベークの変わりにＵＶキュアを行ってもよい。

次に、マスクパターニング工程として、図４（ｄ）に示すように、感光性樹脂層形成工程にてパターニングされたレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、マスク層７５のパターニングを行う。なお、ウエットエッチングにより行ってもよい。なお、後の直線部形成工程におけるマスク機能はマスク層７２により実現できることから、レジストはマスク層７２のパターニングのために必要な限度内で薄く形成すれば足りる。そのため、レジストのパターニングを高精度に行うことができるので、マスク層７２のパターニングも高精度に行うことができる。

次に、図４（ｅ）〜（ｇ）に示すように、テーパ部形成工程、直線部形成工程、マスク層剥離工程を第１の実施形態と同様に行う。

なお、本実施形態では、酸素プラズマ処理工程として、ノズル内側（インク供給側）をクリーニング及び親水化処理する。なお、テーパ部形成工程にて、ＣＦ系のデポガスを用いてエッチングを行う場合には、ノズル５１の内面にフッ素系ポリマー層が形成されるので、事前に硫酸化水などにより洗浄を行うとよい。

以上、第２の実施形態の説明である。

続いて、第３の実施形態について説明する。

図５（ａ）〜（ｈ）は、第３の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した説明図である。まず、図５（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にエッチストッパ層形成工程を行う。

次に、撥液膜形成工程として、図５（ｂ）に示すように、エッチストッパ層７１に重ねて撥液膜７３を形成する。撥液膜７３は、アモルファスフッ素樹脂やフルオロアルキルシランなどの単分子膜でもよい。具体的には、スピンコート法にて塗布後、加熱キュアにより硬化させて撥液膜７３を形成する。なお、その他、真空蒸着法や蒸着重合法などを用いてもよい。また、撥液膜７３の形成前に基板表面のクリーニングに前処理を行ってもよい。

次に、図５（ｃ）〜（ｅ）に示すように、第１の実施例と同様にマスク層形成工程、マスクパターニング工程、テーパ部形成工程を行う。

次に、直線部形成工程として、図５（ｆ）に示すように第１実施形態と同様に、エッチストッパ層７１のドライエッチングを行う。そして、図５（ｇ）に示すように撥液膜７３のドライエッチングを行う。撥液膜７３のドライエッチングは、酸素プラズマなどをマスク層７２側から照射させて行う。この時、エッチストッパ層７１に重ねて撥液膜７３を形成しているので、エッチストッパ層７１のドライエッチングにより形成されたノズル５１の直線部５１Ｂがマスクとして機能する。そのため、インクの吐出口であるノズル５１の直線部５１Ｂ周辺において高精度に撥液膜７３を形成することができるので、インク吐出時の液滴の飛翔方向が安定してノズル５１における吐出状況が良好となる。

なお、マスク層７２がレジストで形成されている場合には、オーバーエッチングによりレジストの剥離を行ってもよい。これにより、同時にノズル５１の内面のクリーニング及び親水化処理も行うことができる。

次に、マスク層剥離工程として、図５（ｈ）に示すようにマスク層７２を剥離する。ここで、マスク層７２がレジストにより形成されている場合には、前記の直線部形成工程の後に残留しているマスク層７２を酸素プラズマによるアッシング処理によりマスク層７２を剥離する。一方、マスク層７２がレジスト以外により形成されている場合には、ドライエッチングによりマスク層７２を剥離する。

以上、第３の実施形態の説明である。

〔印字ヘッドの構造〕
次に、前記の製造方法により製造されたノズルプレート６１を利用した印字ヘッド５０の構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを示すものとする。

図６は印字ヘッド５０の構造例を示す平面透視図である。また図７は１つの液滴吐出素子（１つのノズル５１に対応したインク室ユニット）の立体的構成を示す断面図（図６中７−７線に沿う断面図）である。

印字ヘッド５０は、おもにノズルプレート６１、流路基板７６、圧力室基板８０、加圧板５６、アクチュエータ５８、カバー８４を備えている。

記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド５０は、図６に示したように、インク滴の吐出口であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット（液滴吐出素子）５３を千鳥でマトリクス状（２次元的）に配置させた構造を有し、これにより、印字ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており（図６参照）、対角線上の両隅部にノズル５１と供給インクの流入口（供給口）５４が設けられている。

印字ヘッド５０のノズル面（インク吐出面）５０Ａには、図７に示すように、本発明の特徴であるノズルプレート６１が設けられている。ノズルプレート６１は、撥液膜７３とシリコン基板６０を有している。

また、圧力室基板８０により形成される圧力室５２は、供給口５４を介して共通流路５５と連通されている。共通流路５５はインク供給源たるインクタンク（不図示）と連通しており、インクタンクから供給されるインクは共通流路５５を介して各圧力室５２に分配供給される。

透光プレート６０の撥液膜７３が形成される面と反対側の面には、圧力室５２とノズル５１とをつなげる連通孔を有する流路基板７６が接合されている。圧力室５２の天面を構成している加圧板（共通電極）５６には個別電極５７を備えたアクチュエータ５８が接合されており、個別電極５７と共通電極５６に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ５８が変形して圧力室５２の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル５１からインクが吐出される。なおアクチュエータ５８には、ピエゾ素子などの圧電体が好適に用いられる。インク吐出後、共通流路５５から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。また、アクチュエータ５８は、加圧板（共通電極）５６に接合するカバー８４により覆われている。

かかる構造を有する多数のインク室ユニット５３は、図８に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に配列させた構造になっている。主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなる。

すなわち、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

なお、印字可能幅の全幅に対応した長さのノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時には、（１）全ノズルを同時に駆動する、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、用紙の幅方向（用紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン又は１個の帯状を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。

特に、図８に示すようなマトリクス状に配置されたノズル５１を駆動する場合は、上記（３）のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル５１-11 、５１-12 、５１-13 、５１-14 、５１-15 、５１-16 を１つのブロックとし（他にはノズル５１-21 、…、５１-26 を１つのブロック、ノズル５１-31 、…、５１-36 を１つのブロック、…として）、記録紙２０の搬送速度に応じてノズル５１-11 、５１-12 、…、５１-16 を順次駆動することで記録紙２０の幅方向に１ラインを印字する。

一方、上述したフルラインヘッドと用紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットからなるライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。

本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、本実施形態では、ピエゾ素子（圧電素子）に代表されるアクチュエータ５８の変形によってインク液滴を飛ばす方法が採用されているが、本発明の実施に際して、インクを吐出させる方式には限定されず、ピエゾ方式に代えて、ヒータ等の発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式等でもよい。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
次に、前記の印字ヘッド５０を利用した画像形成装置として、インクジェット記録装置の構造について説明する。

図９は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図９に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図９では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図９のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図９に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図９において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図９の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考え
られるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図６参照）。

図６に示すように、印字部１２を構成する各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図９の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図９に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）
がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

以上、本発明のノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

第１の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した図である。ノズルのテーパ部についての第１の形成方法を示す図である。ノズルのテーパ部についての第２の形成方法を示す図である。第２の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した図である。第３の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した図である。印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図６中７−７線に沿う断面図である。図６に示した印字ヘッドの一部を拡大した詳細図である。本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。従来の製造方法の工程を示す図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５１Ａ…（ノズルの）テーパ部、５１Ｂ…（ノズルの）直線部、６０…シリコン基板、６１…ノズルプレート、７１…エッチストッパ層、７２…マスク層、７３…撥液膜、７４…保護膜、ｄ…マスク層の開口部の径、Ｄ…テーパ部の底面側の開口径

Claims

シリコン基板の一方の面に前記シリコン基板のエッチングの進行を阻止するエッチストッパ層を形成するエッチストッパ層形成工程と、
前記シリコン基板の他方の面にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層の開口部をパターニングするマスクパターニング工程と、
前記マスク層側からドライエッチングを行うことにより、前記シリコン基板にノズルのテーパ部を形成するテーパ部形成工程と、
前記マスク層側からドライエッチングを行うことにより、前記エッチストッパ層にノズルの直線部を形成する直線部形成工程と、
前記マスク層を剥離するマスク層剥離工程と、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において、
前記テーパ部形成工程は少なくとも、
前記シリコン基板のドライエッチングを行う第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程にてドライエッチングされた面にデポジションを行い保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記第１エッチング工程の時よりもエッチング幅が小さくなるようにして前記シリコン基板のドライエッチングを行う第２エッチング工程と、
前記第２エッチング工程にてドライエッチングされた面にデポジションを行い保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、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に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記テーパ部形成工程のドライエッチングは、エッチング用ガスと保護膜形成用ガスとの混合ガスを用いて行うこと、
を特徴とするノズルプレートの製造方法。
請求項１乃至３に記載のいずれか１項のノズルプレートの製造方法において、
前記マスク層に重ねて感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層をパターニングする感光性樹脂層形成工程を有し、
前記マスクパターニング工程では、前記感光性樹脂層形成工程にてパターニングされた前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行うことにより前記マスク層をパターニングすること、
を特徴とするノズルプレートの製造方法。
請求項１乃至４に記載のいずれか１項のノズルプレートの製造方法において、
前記エッチストッパ層に重ねて撥液膜を形成する撥液膜形成工程を有し、
前記直線部形成工程では、前記マスク層側からドライエッチングを行うことにより、前記撥液膜にノズルの直線部を形成すること、
を特徴とするノズルプレートの製造方法。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法によって製造されたノズルプレートを備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。