JP2009012398A - ノズル基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板厚みが変化せず、底部径の制御が可能で、所望の傾斜面を有し、流路特性が最適化されたノズル基板の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基材４１の表面に第１の保護膜４２を形成する工程と、第１の保護膜４２に積層して第１の保護膜４２と材質が異なる第２の保護膜４３を形成する工程と、第２の保護膜４３に第２の開口孔４３ａを形成し、さらに第１の保護膜４２に第１の開口孔４２ａを形成する工程と、第１、第２の開口孔４２ａ、４３ａから異方性ドライエッチングを行って垂直孔部１１０を形成する工程と、第１の保護膜４２をエッチングして第１の開口孔４２ａを拡径する工程と、第１、第２の開口孔４２ａ、４３ａから等方性ドライエッチングを行って、第１、第２の開口孔４２ａ、４３ａ側に向かって断面積が漸増するテーパ状孔部を形成する工程とを有するものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、ノズル基板の製造方法に関する。

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。

近年、インクジェットヘッドに対して、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が求められており、さらに加えて、ノズルは高密度化するとともに、１列あたりのノズル数が増加して長尺化しており、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。このような背景から、ノズル密度が高く、長尺かつ多数のノズル列を有する、小型で吐出特性に優れたインクジェットヘッドが要求され、従来より様々な工夫、提案がなされている。

従来のインクジェットヘッドに、シリコン基材に一方の側より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テーパ状の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１参照）。

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ウェットエッチングで未貫通の傾斜したノズル孔部を形成し、反対側からドライエッチングで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２参照）。

特開２００６−４５６５６号公報（第１５頁、図１６） 特開平１０−３１５４６１号公報（第４頁−第５頁、図２）

特許文献１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。

特許文献２記載の技術によれば、傾斜面がシリコン単結晶基材の面方向に依存してしまい、ノズル密度を高めることには限界があった。

このため、ノズル孔の底部径の制御を可能とし、ノズル孔の傾斜面がシリコン単結晶基材の面方向に依存しないようにして、ノズル孔を基材の片面から形成していくことも考えられる。
しかしながらこの場合においても、ノズル孔の形成時に基材厚みが変化したり、ノズル孔がすぼまったり、ノズル孔に段差部が残ったりしてしまうという問題があった。

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、基板厚みが変化することなくノズル孔を形成することができ、この際にノズル孔の底部径の制御が可能で、所望の傾斜面を有し、ノズル基板の流路特性が最適化されたノズル基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、シリコン基材の表面に第１の保護膜を形成する工程と、第１の保護膜に積層して該第１の保護膜と材質が異なる第２の保護膜を形成する工程と、第２の保護膜に第２の開口孔を形成し、さらに第１の保護膜に第１の開口孔を形成する工程と、第１、第２の開口孔から異方性ドライエッチングを行って垂直孔部を形成する工程と、第１の保護膜をエッチングして第１の開口孔を拡径する工程と、第１、第２の開口孔から等方性ドライエッチングを行って、第１、第２の開口孔側に向かって断面積が漸増するテーパ状孔部を形成する工程と、を有するものである。

ノズル孔のテーパ状孔部の形成時に第１の保護膜によってシリコン基材の表面が保護されているので、エッチング時にシリコン基材の厚みが変化することはない。また、第１の保護膜の拡径量を制御することで、所望の底部径と傾斜面を持つテーパ状孔部を形成することができる。
こうして形成されたテーパ状孔部は、シリコン単結晶基材の面方向に依存せず所望の傾斜面を有するため、ノズルを高密度化させることができる。そして、ノズル孔はテーパ状であるため、漸次縮小管による圧力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、垂直孔部とテーパ状孔部とが一体的に構成されているため、液滴のメニスカスを安定維持することができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法においては、第１の保護膜は酸化膜であり、第２の保護膜は窒化膜である。

保護膜は種類の異なる膜の積層によって構成されているので、第１の保護膜である酸化膜をエッチングして第１の開口孔を所望の径に拡径する際に、第２の保護膜である窒化膜がエッチングされることはない。

本発明に係るノズル基板の製造方法は、酸化膜のエッチングは、緩衝フッ酸水溶液を用いて行うものである。

保護膜は種類の異なる膜の積層によって構成されているので、第１の保護膜である酸化膜を緩衝フッ酸水溶液でエッチングして第１の開口孔を所望の径に拡径する際に、第２の保護膜である窒化膜が緩衝フッ酸水溶液でエッチングされることはない。

本発明に係る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、垂直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のガスとにより行うものである。

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の垂直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、所望の傾斜面を持ちノズル断面積が漸増して拡がるノズル孔を形成することができる。

本発明に係るノズル基板の製造方法においては、前記第１のガスがＳＦ₆ であり、前記第２のガスがＯ₂ である。

ＳＦ₆ である第１のガスによってエッチングを促進し、Ｏ₂ である第２のガスによってノズルの垂直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、所望の傾斜面を持ちノズル断面積が漸増して拡がるノズル孔を形成することができる。

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、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。

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テーパ状のノズル孔１１が設けられており、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ている。そして、図３に示すように、各ノズル孔１１は、一端が吐出方向の先端側の面１ａに開口しており、この開口部より吐出方向の後端側の面１ｂに向けてノズル断面積が漸増し、他端が後端の面１ｂで最も拡径して開口している。そして、吐出方向の後端側の面１ｂにおいては、ノズル孔１１の底部径（後端側の面１ｂに位置するノズル孔１１の開口部の径）が所望の径ｄで開口されている。

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。

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、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１０を駆動させたときに、絶縁破壊や短絡が発生することを防止する。

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。

電極基板３のキャビティ基板２と対向する側の面には、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。この、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。

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。

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る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からインク液滴が吐出される。

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（キャビテイ基材）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す。
まず最初に、ノズル基板１の製造方法を説明する。
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。

（ａ） 図５（ａ）に示すように、厚さが例えば２８０μｍのシリコン基材（ノズル基材）４１を用意する。

（ｂ） 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し、図５（ｂ）に示すように、シリコン基材４１の表面４１ａ、４１ｂに例えば膜厚１μｍの酸化膜４２を均一に成膜する。

（ｃ） プラズマＣＶＤにより、図５（ｃ）に示すように、酸化膜４２の上に例えば膜厚１μｍの窒化膜４３を積層して成膜する。

（ｄ） 図６（ｄ）に示すように、窒化膜４３の上にレジスト４４をコーティングし、垂直孔部１１０（図７（ｈ）参照）となる部分に対応する部分４４ａのパターニングを行う。

（ｅ） 図６（ｅ）に示すように、例えば１５０℃のリン酸水溶液でエッチングし、パターニングされた部分４４ａによって窒化膜４３を開口し、第２の開口孔４３ａを形成する。この開口孔４３ａは、ＣＦ₄ による異方性ドライエッチングによって開口してもよい。

（ｆ） 図６（ｆ）に示すように、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、窒化膜４３に設けた第２の開口孔４３ａによって酸化膜４２を開口し、第２の開口孔４３ａとほぼ同径の第１の開口孔４２ａを形成する。この第１の開口孔４２ａは、ＣＨＦ₃ による異方性ドライエッチングで開口してもよい。

（ｇ） 図６（ｇ）に示すように、レジスト４４を硫酸洗浄などによって剥離する。

（ｈ） 図７（ｈ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置により、窒化膜４３及び酸化膜４２の第２、第１の開口孔４３ａ、４２ａを介して垂直方向（図の上下方向）に異方性ドライエッチングを行い、例えば深さ７０μｍの垂直孔部１１０を形成する。この場合のエッチングガスは、例えば、Ｃ₄Ｆ₈、ＳＦ₆ を使用し、これらの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し、ＳＦ₆ は垂直方向のエッチングを促進させる。

（ｉ） 図７（ｉ）に示すように、シリコン基材４１の酸化膜４２を緩衝フッ酸水溶液でエッチングし、第１の開口孔４２ａを幅方向（図の左右方向）に拡げる。すなわち、酸化膜４２の拡径によってオーバ−ハングを形成する。
この第１の開口孔４２ａの幅ｄ₁ は、後述のように垂直孔部１１０をエッチングしてテーパ状のノズル孔１１を形成したときに、ノズル孔１１の底部径、すなわちシリコン基材４１の接合面４１ａ側に位置するノズル孔１１の開口部の径ｄ（図３参照）に対応する。

（ｊ） 図７（ｊ）に示すように、それぞれ第１、第２の開口孔４２ａ、４３ａを設けた酸化膜４２及び窒化膜４３をマスクとして、ＩＣＰドライエッチング装置により、シリコン基材４１の垂直孔部１１０を等方的なエッチング条件でドライエッチングする。エッチングガスとしては、例えば、第１のガスとしてＳＦ₆ 、第２のガスとしてＯ₂ を使用する。この場合、スイッチングなしで、ガスを連続して流した状態にして処理する。
ノズル孔１１の底部径ｄ（図の上部）は、酸化膜４２に形成した第１の開口孔４２ａの径ｄ₁ によって規制される。また、ノズル孔１１の傾斜面は、エッチングによる処理時間、及び垂直孔部１１０の深さによって制御される。
よって、垂直孔部１１０の傾斜面の形状は、時間の経過とともに図の上部に向かってノズル断面積が漸増して径方向に拡がっていく。一方、ノズル孔１１の上部（図の下部）の径はそのまま維持される。
上記のエッチングは、エッチングを促進する第１のガス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Ｏ₂ とを、第２、第１の開口孔４３ａ、４２ａから垂直孔部１１０に導入して行う。第２のガスであるＯ₂ を導入することによって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。

（ｋ） ＩＣＰドライエッチング装置によりドライエッチングを続けて傾斜面を拡げていき、所定の時間経過させると、図７（ｋ）に示すように、所望の傾斜面を持つテーパ状のノズル孔１１が形成される。この場合、形成されたノズル孔１１の底部径ｄは、酸化膜４２の開口孔４２ａの径ｄ₁ と同じである。

（ｌ） 図８（ｌ）に示すように、例えば１５０℃のリン酸水溶液でシリコン基材４１表面の窒化膜４３を除去し、さらに、緩衝フッ酸水溶液により酸化膜４２を除去する。
こうして、所望の底部径ｄと所望の傾斜面を有するテーパ状のノズル孔１１が形成される。

（ｍ） 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し、ＩＣＰドライエッチング装置によって、図８（ｍ）に示すように、加工したノズル孔１１の側面、底面を含めたシリコン基材４１の表面に、例えば膜厚０．１μｍの酸化膜４６を均一に成膜する。

（ｎ） 図９（ｎ）（図９（ｎ）より図９（ｑ）に至るまでは図８（ｍ）の上下を逆転した図を示す）に示すように、ガラス等の透明材料からなる支持基板５０に両面テープ６０を貼り付ける。次に、両面テープ６０の自己剥離層６１の面とシリコン基材４１の接合面４１ａとを向かい合わせ、支持基板５０とシリコン基材４１とを真空中で貼り合せる。こうすると、接着界面に気泡が残らず、接着がきれいに行われる。

（ｏ） シリコン基材４１の吐出面４１ｂ側からバックグラインダーで研削加工を行い、図９（ｏ）に示すように、ノズル孔１１の先端が開口するまでシリコン基材４１を薄くする。さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によって吐出面４１ｂを研磨して、ノズル孔１１の先端を開口してもよい。あるいは、ノズル孔１１の先端の開口をドライエッチングで行ってもよい。例えば、ＳＦ₆ をエッチングガスとするドライエッチングで、ノズル孔１１の先端までシリコン基材４１を薄くし、表面に露出したノズル孔１１の先端部１１ｃの酸化膜４６を、ＣＦ₄ 又はＣＨＦ₃ 等をエッチングガスとするドライエッチングによって除去してもよい。

（ｐ） 図９（ｐ）に示すように、シリコン基材４１の吐出面４１ｂに、スパッタ装置で、酸化膜４７を厚さが例えば０．１μｍとなるように成膜する。ここで、酸化膜４７の成膜は、両面テープ６０が劣化しない温度（２００℃程度）以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を成膜する必要があり、ＥＣＲスパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが好ましい。

（ｑ） 図９（ｑ）に示すように、シリコン基材４１の吐出面４１ｂに撥インク処理を施す。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、撥インク膜４８を形成する。

（ｒ） 図１０（ｒ）（図１０（ｒ）より図１０（ｕ）に至るまでは図９（ｑ）の上下を逆転した図を示す）に示すように、吐出面４１ｂにサポートテープとしてダイシングテープ７０を貼り付ける。

（ｓ） 図１０（ｓ）に示すように、支持基板５０側からＵＶ光を照射する。

（ｔ） 図１０（ｔ）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４１の接合面４１ａから剥離する。

（ｕ） 図１０（ｕ）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のノズル孔１１の内壁に余分に形成された撥インク膜４８を除去する。

（ｖ） 図１１（ｖ）（図１１（ｖ）より図１１（ｗ）に至るまでは図１０（ｕ）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。

（ｗ） 図１１（ｗ）に示すように、吸着冶具８０の吸着固定を解除してシリコン基材４１からノズル基板１を回収する。シリコン基板１にはノズル基板外輪溝が彫られているため、吸着冶具８０からピックアップする段階でノズル基板１は個片に分割されている。

実施の形態１によれば、ノズル孔１１をエッチングによって形成するときに、ノズル基材４１の表面が酸化膜４２によって保護されているので、ノズル基材４１の厚みが変化することはない。また、酸化膜４２の第１の開口孔４２ａの径ｄ₁ を所望の大きさに制御することで、所望の底部径ｄを持つノズル孔１１を形成することができる。
こうして形成されたノズル孔１１は、テーパ状であって傾斜面がシリコン単結晶基材の面方向に依存しないため、漸次縮小管による圧力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１１を構成する垂直孔部１１０とテーパ状孔部とが一体的に構成されているため、インクのメニスカスを安定維持することができる。

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（キャビティ基材）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。

（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、ガラス基材３００から電極基板３を作製する。

（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１２（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。

（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とを、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。

（ｄ） シリコン基材２００と電極基板３とを陽極接合した後、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。

（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。

（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２６０を除去する。

（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。

（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。さらに、振動板２２と個別電極３１との間のギャップＧ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。

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。

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によってキャビティ基材２００を支持した状態となり、キャビティ基材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、ＳＵＳノズル基板で発生する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。

実施の形態２．
実施の形態１ではノズル孔１１はほぼラッパ形状をなすが、本実施の形態２では、ほぼラッパ形状のノズル孔１１の吐出方向先端側にさらに垂直部を導入したものである。
すなわち、図１４に示すように、ノズル孔１１は、実施の形態１で示したほぼラッパ形状のノズル孔（実施の形態２では、この部分に対応する部分を、以下、ラッパ部（第２のノズル孔部）１１ｂという）の吐出方向の先端側に、さらに円筒状の垂直部（第１のノズル孔部）１１ａを設けたものである。そして、これらのラッパ部１１ｂと垂直部１１ａによってノズル孔１１を構成し、ラッパ部１１ｂと垂直部１１ａの中心軸線が同一となるようにしてある。

ノズル孔１１の垂直部１１ａは、実施の形態１のｌ工程（図８（ｌ））ののちに、異方性ドライエッチングにより、ノズル孔１１の吐出方向の先端側をさらに垂直にエッチングして形成したものである。この際のエッチングは異方性ドライエッチングであり、Ｃ₄ Ｆ₈ とＳＦ₆ とからなるガスを交互に使用して行う。Ｃ₄ Ｆ₈ は側面にエッチングが進行しないように側面を保護し、ＳＦ₆ は垂直方向のエッチングを促進する。
そののちの工程は、実施の形態１に示したｍ工程（図８（ｍ））以下と同様である。

実施の形態２では、図１４に示すように、実施の形態１に示したノズル孔１１の吐出方向の先端側に垂直部１１ａを導入したので、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向にそろえることができ、このためノズル孔１１の精度をさらに高めることができる。

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２のノズル孔部分を拡大した縦断面図。 図１のノズル基板の上面図。 ノズル基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図５に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図６に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図７に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図８に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図９に続くノズル基板の製造工程の断面図。 図１０に続くノズル基板の製造工程の断面図。 キャビティ基板および電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。 図１２に続く製造工程の断面図。 本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録装置を示す斜視図。

符号の説明

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、２２ 振動板、２３ オリフィス、２４ 吐出室、２５ リザーバ、２８ 共通電極、３１ 個別電極、３２ 凹部、３４ インク供給孔、４１ シリコン基材、４２ 酸化膜、４２ａ 第１の開口孔、４３ 窒化膜、４３ａ 第２の開口孔、４４ レジスト、１１０ 垂直孔部、４００ インクジェット記録装置。

Claims (5)

1. シリコン基材の表面に第１の保護膜を形成する工程と、
   前記第１の保護膜に積層して該第１の保護膜と材質が異なる第２の保護膜を形成する工程と、
   前記第２の保護膜に第２の開口孔を形成し、さらに前記第１の保護膜に第１の開口孔を形成する工程と、
   前記第１、第２の開口孔から異方性ドライエッチングを行って垂直孔部を形成する工程と、
   前記第１の保護膜をエッチングして前記第１の開口孔を拡径する工程と、
   前記第１、第２の開口孔から等方性ドライエッチングを行って、前記第１、第２の開口孔側に向かって断面積が漸増するテーパ状孔部を形成する工程と、
   を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
2. 前記第１の保護膜は酸化膜であり、前記第２の保護膜は窒化膜であることを特徴とする請求項１記載のノズル基板の製造方法。
3. 前記酸化膜のエッチングは、緩衝フッ酸水溶液を用いて行うことを特徴とする請求項２記載のノズル基板の製造方法。
4. 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、前記垂直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のガスとにより行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のノズル基板の製造方法。
5. 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４記載のノズル基板の製造方法。

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