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特開2023-18470液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023018470
(43)【公開日】2023-02-08
(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの製造方法
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20230201BHJP
B41J 2/16 20060101ALI20230201BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 501
B41J2/16 401
B41J2/16 507
B41J2/16 201
B41J2/14 613
B41J2/16 517
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021122625
(22)【出願日】2021-07-27
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100090527
【弁理士】
【氏名又は名称】舘野 千惠子
(72)【発明者】
【氏名】青山 伝
【テーマコード（参考）】
2C057
【Ｆターム（参考）】
2C057AF93
2C057AG01
2C057AG07
2C057AG80
2C057AM31
2C057AN01
2C057AP02
2C057AP32
2C057AP51
2C057AP60
(57)【要約】
【課題】ノズルプレートにおけるノズル最表部の径の均一性を向上させた液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】ノズル１２１を有するノズルプレート１３１を備えた液体吐出ヘッドであって、前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、液体吐出面１１０側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径Ｄ１が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さいことを特徴とする。
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）÷（極小値の数＋極大値の数）
【選択図】図２
【解決手段】ノズル１２１を有するノズルプレート１３１を備えた液体吐出ヘッドであって、前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、液体吐出面１１０側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径Ｄ１が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さいことを特徴とする。
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）÷（極小値の数＋極大値の数）
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ノズルを有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、
液体吐出面側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、
液体吐出面側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
【請求項2】
前記ノズルは、前記ノズルプレートの厚さ方向に対して２つの前記円筒形状を有し、
前記２つの円筒形状における前記平均値は互いに異なり、液体吐出面側の前記円筒形状における前記平均値が、他の前記円筒形状における前記平均値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記２つの円筒形状における前記平均値は互いに異なり、液体吐出面側の前記円筒形状における前記平均値が、他の前記円筒形状における前記平均値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項3】
前記ノズルプレートは、一の前記円筒形状が形成された基板と、他の前記円筒形状が形成された基板とを有し、
前記一の円筒形状が形成された基板と前記他の円筒形状が形成された基板は、シリコンのドライエッチングに対するエッチング選択比が異なることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
前記一の円筒形状が形成された基板と前記他の円筒形状が形成された基板は、シリコンのドライエッチングに対するエッチング選択比が異なることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項4】
前記ノズルプレートの表面に保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項5】
液体吐出面の前記保護膜上に撥水膜が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項6】
請求項１～５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。
【請求項7】
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ユニット。
【請求項8】
請求項１～５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項６若しくは７に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
【請求項9】
ノズルを有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
基板及び／又はデポジション膜に対してエッチングを行うエッチング工程と、基板を保護するデポジション膜を作製するデポジション膜作製工程とを含むボッシュプロセスを用いて前記ノズルプレートを作製し、
初回の前記エッチング工程を行う前に前記デポジション膜作製工程を行い、
前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、
液体吐出面側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さくなるようにすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
基板及び／又はデポジション膜に対してエッチングを行うエッチング工程と、基板を保護するデポジション膜を作製するデポジション膜作製工程とを含むボッシュプロセスを用いて前記ノズルプレートを作製し、
初回の前記エッチング工程を行う前に前記デポジション膜作製工程を行い、
前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、
液体吐出面側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さくなるようにすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェットヘッドのノズルプレートでは、ボッシュプロセスを用いたドライエッチングにより加工を行う技術が知られている。この技術では、シリコン基板の表裏にパターニングを行い、ドライエッチングにより加工を行い、連通させてノズルプレートを製造する。
【0003】
例えば特許文献１には、インク吐出口の大きさを適切な大きさにすることを目的としたノズル基板やその製造方法が開示されている。特許文献１において、ノズル基板が有するノズル孔は、半導体基板の第１表面に形成されかつ半導体基板を貫通する凹部と、凹部の底面に形成され、凹部の底壁を貫通する横断面円形状のインク吐出通路とからなる。インク吐出通路は、その直径が深さ方向に周期的に変化しており、その凹部側とは反対側の開口端であるインク吐出口の直径は、インク吐出通路の直径の極小値と極大値の平均値よりも大きい。
【0004】
また、特許文献１では、側壁保護膜の形成工程とエッチング工程とを交互に繰り返し行うボッシュプロセスを用いている。特許文献１では、最初のエッチングではエッチングレートが低く、側壁保護膜の一部が残ることを指摘しており、これを異常時としている。そして、このような異常時が発生することを防止するため、側壁保護膜の形成工程よりも先にボッシュプロセスにおけるエッチング工程を行うこととし、シリコンのドライエッチングの際に生じるエッチング不良を防止することを目的としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来技術においては、ノズルのエッジ形状のばらつきによりノズル寸法が変化し、インクの吐出速度が変わり、インクの着弾精度が低下する、あるいは吐出波形との親和性が低下し、ミストが発生する問題があった。
【0006】
そこで本発明は、ノズルプレートにおけるノズル最表部の径の均一性を向上させた液体吐出ヘッド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】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、ノズルを有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドであって、前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、液体吐出面側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さいことを特徴とする。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、ノズルプレートにおけるノズル最表部の径の均一性を向上させた液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】本発明の製造方法の一例を説明するための概略図（ａ）～（ｃ）である。
【図1B】本発明の製造方法の一例を説明するための概略図（ｄ）～（ｆ）である。
【図1C】本発明の製造方法の一例を説明するための概略図（ｇ）～（ｉ）である。
【図2】本発明におけるノズルの一例を説明するための概略図である。
【図3】本発明におけるノズルの一例の内部断面の画像であり、ウェハ中心部のノズルの画像（Ａ）及びウェハ外周部のノズルの画像（Ｂ）である。
【図4】本発明におけるノズルの他の例を説明するための概略図である。
【図5】本発明におけるノズルの他の例を説明するための他の概略図（ａ）及び（ｂ）である。
【図6A】本発明におけるノズルの他の例を説明するための概略図である。
【図6B】本発明におけるノズルの他の例を説明するための概略図である。
【図7A】本発明の製造方法の他の例を説明するための概略図である。
【図7B】本発明の製造方法の他の例を説明するための概略図である。
【図7C】本発明におけるノズルの他の例を説明するための概略図である。
【図8A】本発明の製造方法の他の例を説明するための概略図（ａ）～（ｃ）である。
【図8B】本発明の製造方法の他の例を説明するための概略図（ｄ）～（ｆ）である。
【図8C】本発明の製造方法の他の例を説明するための概略図（ｇ）及び（ｈ）である。
【図9】液体吐出装置の一例における概略図である。
【図10】液体吐出装置の他の例における概略図である。
【図11】液体吐出ユニットの一例における概略図である。
【図12】液体吐出ユニットの他の例における概略図である。
【図13A】従来例の製造方法を説明するための概略図（ａ）～（ｃ）である。
【図13B】従来例の製造方法を説明するための概略図（ｄ）～（ｆ）である。
【図13C】従来例におけるノズルを説明するための概略図である。
【図13D】従来例におけるノズルを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【0011】
本発明の液体吐出ヘッドは、ノズルを有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドであって、前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、液体吐出面側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さいことを特徴とする。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
【0012】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、ノズルを有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、基板及び／又はデポジション膜に対してエッチングを行うエッチング工程と、基板を保護するデポジション膜を作製するデポジション膜作製工程とを含むボッシュプロセスを用いて前記ノズルプレートを作製し、初回の前記エッチング工程を行う前に前記デポジション膜作製工程を行い、前記ノズルは、側壁に周期的な凹凸形状が形成された円筒形状を前記ノズルプレートの厚さ方向に対して１つ以上有し、液体吐出面側の前記円筒形状において、前記ノズルの最表部の直径が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値よりも小さくなるようにすることを特徴とする。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
【0013】
本発明によれば、ノズルプレートにおけるノズル最表部の径の均一性を向上させることができる。本発明では、液体吐出面のノズルの孔の形状を制御し、寸法の均一性を向上させることができる。
【0014】
また、本発明では、本発明の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出ユニット、本発明の液体吐出ヘッドや液体吐出ユニットを備えた液体を吐出する装置が提供される。本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態として、例えばインクジェットヘッドが提供され、本発明の液体を吐出する装置の一実施形態として、例えばインクジェット記録装置が提供される。
【0015】
インクジェット記録装置は、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり、安価な普通紙を使用できるなど多くの利点がある。このため、インクジェット記録装置は、プリンター、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として広く展開されている。
【0016】
液体吐出ヘッドは、例えば、圧電素子などの電気機械変換素子、やヒータなどの電気熱変換素子と、それに対向する加圧室（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される）と、加圧室と連通するノズルにより形成される。このような液体吐出ヘッドでは、加圧室内に液体（例えばインク）を充填させ、前記圧電素子やヒータで加圧室内に圧力を発生させ、加圧室に連通したノズルより液体を吐出する。本実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズルを有するノズルプレートを備えている。
【0017】
液体吐出ヘッドの性能として最も重要な項目は、インク滴を所望の位置に着弾させることである。これを達成するためには、ノズルが吐出対象に垂直に向いていること、ノズルエッジが真円であること、ノズル径が均一であることなどが挙げられる。
【0018】
ノズルが吐出対象に対して垂直でない場合、着弾位置がずれるのは想像に難くない。ノズルエッジが真円でなく突起やバリがあった場合、その点を起点に液滴が曲がり、着弾位置精度が下がる。ノズル径が均一でなくばらつく場合、ノズルごとに流体抵抗が変わり、吐出された液滴の速度が変わってしまう。印刷の仕組みとして、インクジェットヘッドが動く、あるいは印刷対象（記録媒体）が動くため、吐出された液滴の速度が変わると着弾位置も変わってしまう。
【0019】
ノズルの工法としては、金属板にプレスで穴を開けるプレス工法、Ｓｉ基板をエッチングして穴を開けるドライエッチング工法が挙げられる。前者は形状制御が難しく、またノズルエッジにバリが発生しやすく、液滴が曲がる不具合が生じやすい。そのため、その形状の制御性の高さから、後者のボッシュプロセスによるドライエッチング工法が主に用いられる。
【0020】
加工の真円度の向上はドライエッチングにより向上可能であるが、ノズル径の均一性の向上はプレス工法、ドライエッチング工法ともに難しい。ノズル径を均一にすることについては、ドライエッチング工法の場合、液体を吐出する側のノズルエッジの仕上がり形状の制御を精密に行う必要がある。
【0021】
ドライエッチング工法の一種であるボッシュプロセスは、基板及び／又はデポジション膜に対してエッチングを行うエッチング工程と、基板を保護するデポジション膜を作製するデポジション膜作製工程とを行う。ボッシュプロセスでは、エッチング工程とデポジション膜作製工程を交互に行うことでＳｉを垂直加工する。ボッシュプロセスは、寸法の制御性を高くすることができ、かつ容易に垂直加工を行うことができる。
【0022】
前記エッチング工程は、２つのステップに分けられる。
２つのステップは、電極のバイアスを高めてウェハにイオンを衝突させ、デポジション膜を除去するデポ除去ステップと、電圧をかけずにＳｉを化学的に削る等方エッチングステップである。エッチング工程では、このデポ除去ステップと等方エッチングステップを順に行っている。ステップの名称は適宜変更してもよい。
２つのステップは、電極のバイアスを高めてウェハにイオンを衝突させ、デポジション膜を除去するデポ除去ステップと、電圧をかけずにＳｉを化学的に削る等方エッチングステップである。エッチング工程では、このデポ除去ステップと等方エッチングステップを順に行っている。ステップの名称は適宜変更してもよい。
【0023】
なお、デポ除去ステップは、デポジション膜を除去した後の余剰なエネルギーでＳｉも削られる。
【0024】
エッチングされるＳｉ基板は、レジストでパターニングされている他、通常は表面に薄い自然酸化膜を有している。
【0025】
デポジション膜は、垂直加工する際の側壁を保護することから、側壁保護膜などと称されることもある。
【0026】
本実施形態の詳細の説明を行う前に、まず図１３を用いて従来例について説明する。
概要を先に説明すると、従来例では、初回のエッチング工程を先に行った後に、デポジション膜作製工程を行い、その後、エッチング工程とデポジション膜作製工程を交互に行う。この場合、最初のステップにおいて、自然酸化膜を削る際にレジストも削れてしまい、加工後、ウェハ面内におけるノズル寸法の均一性が低下してしまう。また、デポ除去ステップで自然酸化膜を削った後にＳｉを削るため、エッチングガスの均一性が悪い場合、１サイクル目の形状もウェハ面内で異なってしまう。
概要を先に説明すると、従来例では、初回のエッチング工程を先に行った後に、デポジション膜作製工程を行い、その後、エッチング工程とデポジション膜作製工程を交互に行う。この場合、最初のステップにおいて、自然酸化膜を削る際にレジストも削れてしまい、加工後、ウェハ面内におけるノズル寸法の均一性が低下してしまう。また、デポ除去ステップで自然酸化膜を削った後にＳｉを削るため、エッチングガスの均一性が悪い場合、１サイクル目の形状もウェハ面内で異なってしまう。
【0027】
従来例の製造方法について図を用いて説明する。従来例では、まずエッチング工程を行う。
図１３Ａ（ａ）は、初回のエッチング工程を行う前の状態を示す図である。Ｓｉ基板１０１の表面に自然酸化膜１０２が形成されており、自然酸化膜１０２上にレジスト１０３が形成されている。
図１３Ａ（ａ）は、初回のエッチング工程を行う前の状態を示す図である。Ｓｉ基板１０１の表面に自然酸化膜１０２が形成されており、自然酸化膜１０２上にレジスト１０３が形成されている。
【0028】
図１３Ａ（ｂ）は、初回のエッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。デポ除去ステップにより、自然酸化膜１０２が削れるが、その際にレジスト１０３も削れてしまう。図では、レジスト１０３が削れていることが模式的に示されている。レジストが削れるため、ウェハ面内でノズル寸法の均一性が低下してしまうことになる。
【0029】
なお、図１３Ａ（ｂ）に図示されているように、デポ除去ステップでは、自然酸化膜１０２を除去した後の余剰なエネルギーにより、Ｓｉ基板１０１が削られている。Ｓｉ基板１０１において、このときに削られた部分を符号１０６ａで示している。
【0030】
図１３Ａ（ｃ）は、初回のエッチング工程における等方エッチングステップを行った後の状態を示す図である。図示されるように、Ｓｉ基板１０１が削られている。Ｓｉ基板１０１において、このときに削られた部分を符号１０６ｂで示している。
【0031】
次いで、デポジション膜作製工程を行う。
図１３Ｂ（ｄ）は、Ｓｉ基板１０１にデポジション膜１０７ａを作製した後の状態を示す図である。レジスト１０３上やＳｉ基板１０１における削られた部分（符号１０６ｂ）にデポジション膜１０７ａが形成されている。
図１３Ｂ（ｄ）は、Ｓｉ基板１０１にデポジション膜１０７ａを作製した後の状態を示す図である。レジスト１０３上やＳｉ基板１０１における削られた部分（符号１０６ｂ）にデポジション膜１０７ａが形成されている。
【0032】
次いで、２回目のエッチング工程を行う。
図１３Ｂ（ｅ）は、エッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。エッチングが所定の時間行われることにより、デポジション膜１０７ａの底面部が除去される。
図１３Ｂ（ｅ）は、エッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。エッチングが所定の時間行われることにより、デポジション膜１０７ａの底面部が除去される。
【0033】
図１３Ｂ（ｆ）は、エッチング工程における等方エッチングステップを行った後の状態を示す図である。図示されるように、Ｓｉ基板１０１が削られている。Ｓｉ基板１０１において、このときに削られた部分を符号１０６ｃで示している。図示されるように、この段階でＳｉ基板１０１は符号１０６ｂ、１０６ｃのように削られている。
【0034】
以降、デポジション膜作製工程とエッチング工程を繰り返し行う。
図１３Ｃは、上記のようにして形成された従来例のノズル１１５を示す図である。図中、符号１１４は液体吐出面を示している。また、Ｄ１はノズル１１５の最表部の直径を示している。また、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ１０はノズルが有する円筒形状の直径の極小値を示し、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ９は円筒形状の直径の極大値を示している。
図１３Ｃは、上記のようにして形成された従来例のノズル１１５を示す図である。図中、符号１１４は液体吐出面を示している。また、Ｄ１はノズル１１５の最表部の直径を示している。また、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ１０はノズルが有する円筒形状の直径の極小値を示し、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ９は円筒形状の直径の極大値を示している。
【0035】
詳細は後述するが、ノズル１１５の最表部の直径Ｄ１は、円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値Ｄａｖよりも大きくなっている。これは、初回のエッチング工程においてレジスト１０３が削れてしまったことに起因する。また、従来例では、ウェハ面内におけるノズルの均一性が低下し、最表部の直径Ｄ１がばらついてしまう。
【0036】
図１３Ｄは、特許文献１によって形成されたノズルを説明するための図である。ノズル最表部の直径Ｄ１は、ノズルの円筒形状における極小値と極大値の平均値よりも大きくなっている。
【0037】
次に、本発明の一実施形態について図１等を用いて説明する。
概要を先に説明すると、本実施形態では、ボッシュプロセスによりノズルプレートを作製する際に、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行う。これにより、初回のエッチング工程の際にレジスト欠損を抑えることができ、ノズルの寸法の均一性が低下することを抑えることができる。また、初回のエッチング工程では、デポ除去プロセスの余剰エネルギーで自然酸化膜を除去した後に等方エッチングでＳｉを削る。このため、１サイクル目の形状をウェハ面内で同一形状にすることができ、ノズル形状の均一性を向上させることができる。
概要を先に説明すると、本実施形態では、ボッシュプロセスによりノズルプレートを作製する際に、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行う。これにより、初回のエッチング工程の際にレジスト欠損を抑えることができ、ノズルの寸法の均一性が低下することを抑えることができる。また、初回のエッチング工程では、デポ除去プロセスの余剰エネルギーで自然酸化膜を除去した後に等方エッチングでＳｉを削る。このため、１サイクル目の形状をウェハ面内で同一形状にすることができ、ノズル形状の均一性を向上させることができる。
【0038】
まず、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行う。
図１Ａ（ａ）は、初回のエッチング工程を行う前の状態を示す図であり、デポジション膜作製工程を行った後の状態を示す図である。Ｓｉ基板１０１の表面に自然酸化膜１０２が形成されており、自然酸化膜１０２上にレジスト１０３が形成されている。更に、デポジション膜作製工程を行うことにより、デポジション膜１０４ａがレジスト１０３上と自然酸化膜１０２上に形成されている。
図１Ａ（ａ）は、初回のエッチング工程を行う前の状態を示す図であり、デポジション膜作製工程を行った後の状態を示す図である。Ｓｉ基板１０１の表面に自然酸化膜１０２が形成されており、自然酸化膜１０２上にレジスト１０３が形成されている。更に、デポジション膜作製工程を行うことにより、デポジション膜１０４ａがレジスト１０３上と自然酸化膜１０２上に形成されている。
【0039】
デポジション膜は、垂直加工する際の側壁を保護することから、側壁保護膜などと称されることもある。また、本実施形態において、デポジション膜の材料及び作製方法としては、特に制限されるものではなく、適宜選択することができる。
【0040】
次いで、初回のエッチング工程を行う。
図１Ａ（ｂ）は、初回のエッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。図示されるように、デポジション膜１０４ａが除去されている。また、本実施形態において、初回のエッチング工程におけるデポ除去ステップでは、デポジション膜１０４ａを除去する際の余剰エネルギーで自然酸化膜１０２の一部が除去される。図中、符号１０２ａは、デポ除去ステップ後に残った自然酸化膜１０２の一部を示している。
図１Ａ（ｂ）は、初回のエッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。図示されるように、デポジション膜１０４ａが除去されている。また、本実施形態において、初回のエッチング工程におけるデポ除去ステップでは、デポジション膜１０４ａを除去する際の余剰エネルギーで自然酸化膜１０２の一部が除去される。図中、符号１０２ａは、デポ除去ステップ後に残った自然酸化膜１０２の一部を示している。
【0041】
図１Ａ（ｃ）は、初回のエッチング工程における等方エッチングステップを行った後の状態を示す図である。等方エッチングステップにより、自然酸化膜１０２の一部（符号１０２ａ）が削られ、更にＳｉ基板１０１が削られる。Ｓｉ基板１０１において、このときに削られた部分を符号１０５ａで示している。
【0042】
従来例である図１３Ａ（ｂ）と本実施形態における図１Ａ（ｂ）を比較するとわかるように、本実施形態では、初回のエッチング工程においてレジスト１０３の欠損を抑えることができる。そのため、ノズル最表部の形状（直径）がウェハ内でばらつくことを抑えることができる。
【0043】
また、従来例である図１３Ａ（ｃ）と本実施形態における図１Ａ（ｃ）を比較するとわかるように、本実施形態では、初回のエッチング工程における等方エッチングステップの際に、Ｓｉ基板１０１が削られ過ぎることを抑えることができる。そのため、ノズル最表部の直径がねらいとする大きさよりも大きくなることを防止でき、寸法の均一性を向上させることができる。
【0044】
以降、デポジション膜作製工程とエッチング工程を繰り返し行う。
図１Ｂ（ｄ）は、２回目のデポジション膜作製工程を行った後の状態を示す図であり、Ｓｉ基板１０１とレジスト１０３上にデポジション膜１０４ｂを作製した後の状態を示す図である。
図１Ｂ（ｄ）は、２回目のデポジション膜作製工程を行った後の状態を示す図であり、Ｓｉ基板１０１とレジスト１０３上にデポジション膜１０４ｂを作製した後の状態を示す図である。
【0045】
次いで、２回目のエッチング工程を行う。
図１Ｂ（ｅ）は、エッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。エッチングが所定の時間行われることにより、デポジション膜１０４ｂが除去される。
図１Ｂ（ｅ）は、エッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。エッチングが所定の時間行われることにより、デポジション膜１０４ｂが除去される。
【0046】
図示されるように、今回のデポ除去ステップを行った後では、デポジション膜１０４ｂの一部が除去されずに残っている。図中、除去されずに残ったデポジション膜１０４ｂの一部は、符号１０４ｃで示されている。デポジション膜１０４ｂを除去する際、例えば垂直方向（例えば紙面の上から下）にデポジション膜が除去される。そのため、符号１０４ｃの部分は、除去方向に長さを有しているため、デポジション膜の一部が除去されずに残る。しかし、本実施形態では、後述するように、他の工程、例えばその後の等方エッチングステップやデポジション膜作製工程に影響はない。
【0047】
図１Ｂ（ｆ）は、エッチング工程における等方エッチングステップを行った後の状態を示す図である。図示されるように、Ｓｉ基板１０１が削られている。Ｓｉ基板１０１において、ここで除去された部分を符号１０５ｂで示している。
【0048】
図１Ｃ（ｇ）は、次のデポジション膜作製工程を行った後の状態を示す図であり、Ｓｉ基板１０１にデポジション膜１０４ｄを作製した後の状態を示す図である。レジスト１０３上の他、Ｓｉ基板１０１における削られた部分（符号１０５ｂ）にデポジション膜１０４ｄが形成されている。
【0049】
ここでのデポジション膜作製工程において、前のデポ除去ステップで一部除去されずに残った部分（符号１０４ｃ）に更にデポジション膜１０４ｄを作製すると、残った部分の厚みが足されてデポジション膜の厚みが大きくなる。これについては、後のデポ除去ステップで所望の箇所が除去されるため、残った部分（符号１０４ｃ）の影響は少ない。
【0050】
次いで、次のエッチング工程を行う。
図１Ｃ（ｈ）は、エッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。エッチングが所定の時間行われることにより、デポジション膜１０４ｄが除去される。これにより、レジスト１０３上の部分とデポジション膜１０４ｄの底面の部分が主に除去されて、デポジション膜１０４ｅが残る。図示されるように、デポジション膜の厚みが大きくなった箇所があっても、所望の箇所のデポジション膜が除去される。
図１Ｃ（ｈ）は、エッチング工程におけるデポ除去ステップを行った後の状態を示す図である。エッチングが所定の時間行われることにより、デポジション膜１０４ｄが除去される。これにより、レジスト１０３上の部分とデポジション膜１０４ｄの底面の部分が主に除去されて、デポジション膜１０４ｅが残る。図示されるように、デポジション膜の厚みが大きくなった箇所があっても、所望の箇所のデポジション膜が除去される。
【0051】
図１Ｃ（ｉ）は、エッチング工程における等方エッチングステップを行った後の状態を示す図である。図示されるように、Ｓｉ基板１０１が削られている。Ｓｉ基板１０１において、このときに削られた部分を符号１０５ｃで示している。図示されるように、この段階でＳｉ基板１０１は符号１０５ｂ、１０５ｃのように削られている。
【0052】
なお、図示するように、符号１０５ｂの側壁がデポジション膜１０４ｅにより保護されるので、デポジション膜を側壁保護膜などと称することがある。
【0053】
以降、上記と同様にして、デポジション膜作製工程とエッチング工程を繰り返し行い、ノズルを形成する。繰り返す回数は、特に制限されるものではなく、適宜選択することができる。また、デポジション膜作製工程とエッチング工程を繰り返した後は、例えばアッシング処理により、デポジション膜やレジストを除去する。
【0054】
このようにして、Ｓｉ基板を垂直加工することができる。このようなプロセスにより、円筒形状を有するノズルが形成され、円筒形状の側壁は周期的な凹凸形状を有する。
【0055】
本実施形態によって得られるノズルの一例を図２に示す。ここでは、Ｓｉ基板１０１、自然酸化膜１０２、液体吐出面１１０、ノズル１２１、ノズルプレート１３１が図示されている。図示は省略しているが、ノズルプレート１３１を上から見たときに、ノズル１２１は円形の開口を有しており、ノズル１２１は円筒形状を有している。また、ここでの図示は省略しているが、ノズル１２１は液室（加圧室）と連通している。
【0056】
なお、本例のノズルは、１つの円筒形状を有しているため、ノズルと円筒形状は同じであるといえる。符号１２０はノズルを示し、符号１２１は円筒形状もしくは第１の円筒形状を示す。図では便宜上「１２１（１２０）」と表記しており、ノズルと円筒形状をまとめて指し示すものである。以下の本例の説明では、「ノズル１２１」と表記しており、ノズルと円筒形状をまとめて説明している。
【0057】
図中、Ｄ１はノズル１２１の最表部の直径を示している。また、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８はノズルが有する円筒形状の直径の極小値を示し、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ９は円筒形状の直径の極大値を示している。Ｄａｖは極小値と極大値の平均値を模式的に示したものである。
【0058】
本実施形態では、ノズル１２１（液体吐出面側の円筒形状）の最表部の直径Ｄ１が、以下で定義される該円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値Ｄａｖよりも小さくなっている。
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
［円筒形状の直径の極小値と極大値の平均値］
平均値＝（極小値の合計値＋極大値の合計値）／（極小値の数＋極大値の数）
【0059】
図２に示す例において上記の式にあてはめると、
Ｄａｖ＝（（Ｄ２＋Ｄ４＋Ｄ６＋Ｄ８）＋（Ｄ３＋Ｄ５＋Ｄ７＋Ｄ９））／（４＋４）
となる。前記平均値は、極小値の平均値と極大値の平均値をそれぞれ求めておき、この２つの平均値を足して２で割って求めてもよい。
Ｄａｖ＝（（Ｄ２＋Ｄ４＋Ｄ６＋Ｄ８）＋（Ｄ３＋Ｄ５＋Ｄ７＋Ｄ９））／（４＋４）
となる。前記平均値は、極小値の平均値と極大値の平均値をそれぞれ求めておき、この２つの平均値を足して２で割って求めてもよい。
【0060】
なお、上記「極小値の数」は、円筒形状における全ての極小値の数である必要はなく、円筒形状における極小値の一部、例えば測定した箇所とすればよい。「極大値の数」についても同様に、円筒形状における全ての極大値の数である必要はない。
【0061】
上述のように、本実施形態では、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行うことで、レジスト欠損を抑えることができる。このため、ノズルプレートにおけるノズル最表部の径の均一性を向上させることができる。また、最初のデポ除去プロセスの余剰エネルギーで自然酸化膜を除去した後に等方エッチングでＳｉを削るため、１サイクル目の形状もウェハ面内で同一形状となり、形状均一性が向上する。
【0062】
上述のように、デポジション膜作製工程⇒エッチング工程⇒繰り返しの順に作製された場合（本実施形態）のノズルの最表部の直径は、エッチング工程⇒デポジション膜作製工程⇒繰り返しの順に作製された場合（従来例）のノズルの最表部の直径よりも小さくなる。このように直径が小さくなるのは、ノズルを所望の形状に形成できたためであり、この結果、ノズルの最表部の直径と前記平均値が上記の関係となる。
【0063】
ノズルの最表部の直径と前記平均値が上記の関係となるノズルを有するノズルプレート及び該ノズルプレートを有する液体吐出ヘッドにおいては、ノズル最表部の径の均一性を向上でき、ノズル寸法の均一性を向上できる。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、ノズルが不均一であることによって生じる液体の吐出速度が変わるといった問題を防止でき、着弾精度を向上させることができる。また、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、吐出波形との親和性が低下することを抑制でき、ミストの発生を抑えることができる。
【0064】
ノズルの最表部の直径並びに円筒形状の直径の極小値と極大値の測定方法としては、以下のようにして行う。
ノズルの最表部の直径は、顕微鏡による画像を取得し、取得した画像に対して、画像処理で寸法測定を行う光学系自動測定器を使用して求める。
円筒形状の直径の極小値と極大値は、ノズルの断面についてＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の画像を取得し、ＳＥＭ観察により側壁の直径を測定して求める。極小値と極大値の測定箇所、すなわち極小値と極大値を求める箇所の個数としては、例えば１つのノズルにつき３０箇所程度（極小値を３０箇所及び極大値を３０箇所）である。
ノズルの最表部の直径は、顕微鏡による画像を取得し、取得した画像に対して、画像処理で寸法測定を行う光学系自動測定器を使用して求める。
円筒形状の直径の極小値と極大値は、ノズルの断面についてＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の画像を取得し、ＳＥＭ観察により側壁の直径を測定して求める。極小値と極大値の測定箇所、すなわち極小値と極大値を求める箇所の個数としては、例えば１つのノズルにつき３０箇所程度（極小値を３０箇所及び極大値を３０箇所）である。
【0065】
ノズルの最表部の直径と前記平均値が上記の関係となるようにするには、上述のように、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行うようにする。
【0066】
図３は、本例のノズルの内部断面の画像であり、ウェハ中心部のノズルの画像（Ａ）及びウェハ外周部のノズルの画像（Ｂ）である。図３は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の画像である。画像からわかるように、ノズルが有する円筒形状の側壁には、周期的な凹凸形状が形成されている。また、（Ａ)と（Ｂ）とでほぼ同一形状となっており、上述したように、ウェハ面内でノズル形状の均一性を向上できる。
【0067】
本実施形態によって得られるノズルの他の例を図４に示す。
本例において、ノズル１２０は、ノズルプレート１３１の厚さ方向に対して２つの円筒形状１２１、１２２を有している。液体吐出面１１０側の円筒形状を第１の円筒形状１２１とも称し、他の円筒形状を第２の円筒形状１２２とも称する。
本例において、ノズル１２０は、ノズルプレート１３１の厚さ方向に対して２つの円筒形状１２１、１２２を有している。液体吐出面１１０側の円筒形状を第１の円筒形状１２１とも称し、他の円筒形状を第２の円筒形状１２２とも称する。
【0068】
本例において、２つの円筒形状１２１、１２２における前記平均値は互いに異なり、液体吐出面側の円筒形状（第１の円筒形状１２１）における前記平均値が、他の円筒形状（第２の円筒形状１２２）における前記平均値よりも小さくなっている。本例のような関係を満たすことにより、ノズル１２０の流体抵抗を小さくし、吐出波形設計の自由度を向上させることができる。
【0069】
本例のノズル１２０を形成するには、例えば、図２に示される第１の円筒形状１２１を形成した後、レジスト１０３やデポジション膜を除去する前に、更にデポジション膜作製工程とエッチング工程を繰り返して第２の円筒形状１２２を形成する。なお、第２の円筒形状１２２を形成する際、デポジション膜作製工程とエッチング工程のどちらを先に行ってもよい。上記と同様に、第２の円筒形状１２２を形成した後、例えばアッシング処理によりレジスト１０３やデポジション膜を除去する。
【0070】
なお、図４では、Ｄ１～Ｄ３及びＤａｖのみを図示しており、その他の極小値と極大値については図示を省略している。上述したノズルの最表部の直径Ｄ１と平均値Ｄａｖの関係は、液体吐出面１１０側の円筒形状、すなわち第１の円筒形状１２１において満たすことを要し、第２の円筒形状１２２で満たすことは必要ではない。ノズルが更にその他の円筒形状を有する場合でも同様である。
【0071】
ノズルが更にその他の円筒形状を有する場合、例えば第３の円筒形状を液体吐出面とは反対側に有する場合、第２の円筒形状の前記平均値は、第３の円筒形状の前記平均値よりも小さいことが好ましい。この場合、ノズル１２０の流体抵抗を小さくすることができる。
【0072】
図５は、図４に示す例を説明するための他の図である。図５（ａ）は液体１３０（例えばインク）が充填される前の状態を示す図であり、図５（ｂ）は液体１３０が充填され、液体１３０を吐出する際の状態を示す図である。
【0073】
ノズルの形状としては、本例のように、ノズルプレート１３１の厚さ方向に対して２つの円筒形状（第１の円筒形状１２１、第２の円筒形状１２２）を有していることが好ましい。また、第１の円筒形状１２１の前記平均値は、第２の円筒形状１２２の前記平均値よりも小さいことが好ましい。ノズル１２０の出口の径が小さいほど微小なインク滴が吐出できるため、画像の解像度が向上し、高品質な画像を形成できる。
【0074】
一方で、ノズルの容積が小さいと流体抵抗が増大してしまい、吐出制御の自由度が損なわれてしまう。そのため、ノズル出口の径を小さくし、かつ流体抵抗を低減する目的から、本例のように２段の形状が好ましい。
【0075】
インク吐出の際は、図５（ｂ）に示すように、小径円筒部（第１の円筒形状１２１）にインクの水面が保持され、インクにかかる圧力に応じて液面の位置が変動する。従来例では、ノズル形状の均一性を高めることができないため、同じ圧力であっても液面の位置がノズルごとでばらついてしまい、吐出特性を高めることができない。一方、本実施形態によれば、液面の位置をノズル間で均一にしやすくなり、吐出特性を高めることができる。
【0076】
次に、本発明の液体吐出ヘッドについて、他の実施形態を説明する。
図６Ａは、本実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための概略図である。本実施形態では、ノズルプレート１３１の表面に保護膜１４０が形成されている。保護膜１４０が形成されていることにより、Ｓｉ基板１０１のＳｉがインクに溶出することを抑制できる。特に、ノズル１２０内部に保護膜１４０が形成されていることで、Ｓｉ基板１０１のＳｉがインクに溶出することをより抑制できる。
図６Ａは、本実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための概略図である。本実施形態では、ノズルプレート１３１の表面に保護膜１４０が形成されている。保護膜１４０が形成されていることにより、Ｓｉ基板１０１のＳｉがインクに溶出することを抑制できる。特に、ノズル１２０内部に保護膜１４０が形成されていることで、Ｓｉ基板１０１のＳｉがインクに溶出することをより抑制できる。
【0077】
保護膜１４０の材料や作製方法としては、特に制限されるものではなく、適宜選択することができる。本実施形態における保護膜１４０を耐インク保護膜などと称してもよい。
【0078】
保護膜１４０が形成されている場合、保護膜１４０を含めてノズルの最表部の直径と前記平均値が上記の関係となるかどうかを判断する。例えば、ノズル最表部の直径と円筒形状の直径の極小値や極大値を求める場合、保護膜１４０の表面からの距離を求める。
【0079】
次に、本発明の液体吐出ヘッドについて、他の実施形態を説明する。
図６Ｂは、本実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための概略図である。本実施形態では、液体吐出面１１０の保護膜１４０上に撥水膜１４１が形成されている。撥水膜１４１が形成されていることにより、ノズル表面の清浄性を確保することができ、吐出滴の曲がりをより抑制することができる。
図６Ｂは、本実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための概略図である。本実施形態では、液体吐出面１１０の保護膜１４０上に撥水膜１４１が形成されている。撥水膜１４１が形成されていることにより、ノズル表面の清浄性を確保することができ、吐出滴の曲がりをより抑制することができる。
【0080】
撥水膜１４１の材料や作製方法としては、特に制限されるものではなく、適宜選択することができる。
【0081】
撥水膜１４１が形成されている場合、撥水膜１４１を含めてノズルの最表部の直径と前記平均値が上記の関係となるかどうかを判断する。例えば、ノズル最表部の直径を求める場合、撥水膜１４１の表面からの距離を求める。
【0082】
次に、本発明の液体吐出ヘッドについて、他の実施形態を説明する。
本実施形態において、ノズルプレートは、一の前記円筒形状が形成された基板と、他の前記円筒形状が形成された基板とを有し、前記一の円筒形状が形成された基板と前記他の円筒形状が形成された基板は、シリコンのドライエッチングに対するエッチング選択比が異なる。
本実施形態において、ノズルプレートは、一の前記円筒形状が形成された基板と、他の前記円筒形状が形成された基板とを有し、前記一の円筒形状が形成された基板と前記他の円筒形状が形成された基板は、シリコンのドライエッチングに対するエッチング選択比が異なる。
【0083】
【0084】
図７Ａは、例えば図２に示す例の第１の円筒形状１２１が形成された状態を示す図である。本実施形態では、第１の円筒形状１２１は第１のＳｉ基板１０１ａに形成され、第２の円筒形状１２２は第２のＳｉ基板１０１ｂに形成される。本実施形態におけるノズルプレート１３１は第１のＳｉ基板１０１ａと第２のＳｉ基板１０１ｂを有している。
【0085】
また、本実施形態では、第１のＳｉ基板１０１ａと第２のＳｉ基板１０１ｂは、シリコンのドライエッチングに対するエッチング選択比が異なっている。例えば、第２のＳｉ基板１０１ｂにシリコンのドライエッチングに対するエッチング選択比が高い層を用いる。
【0086】
図７Ａに示すように、第１の円筒形状１２１を形成する際のエッチング工程では、第２のＳｉ基板１０１ｂに到達した場合、エッチングの速度が変わり、例えば削れにくくなる。これにより、第１の円筒形状１２１の高さを高精度で制御でき、所望の形状にしやすくなる。なお、ここではエッチング選択比を用いて説明しているが、例えば第２のＳｉ基板１０１ｂが第１のＳｉ基板１０１ａよりも削られにくい層などであってもよい。
【0087】
次いで、図７Ｂに示すように、上述と同様にしてエッチング工程とデポジション膜作製工程を繰り返し、第２の円筒形状１２２を形成する。図７Ｂは、第２の円筒形状１２２を形成した後の状態を示す図であり、レジストやデポジション膜を除去した後の状態を示す図である。
【0088】
次いで、図７Ｃに示すように、レジスト１０３やデポジション膜を除去し、本実施形態におけるノズルプレート１３１が得られる。
【0089】
本実施形態では、第１のＳｉ基板１０１ａと第２のＳｉ基板１０１ｂとでエッチング選択比を異ならせることにより、ノズルの形状を高精度で制御することができる。また、ノズルの形状を高精度で制御できるため、吐出制御を向上させることができる。本実施形態によれば、第１の円筒形状１２１の高さをノズル間で均一にすることができ、液面の位置（図５参照）をノズル間で均一にすることができる。これにより、ある圧力に対する液面の位置をノズル間で同じにしやすくなる。また、第１の円筒形状１２１の高さが大きすぎて流体抵抗が増大するといった問題を防止できる。
【0090】
なお、第１のＳｉ基板１０１ａとしては後述のＳＯＩにおける活性層とすることが好ましく、第２のＳｉ基板１０１ｂとしては後述のＳＯＩにおけるＢｏｘ層とすることが好ましい。
【0091】
次に、本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法における他の実施形態について、図８を用いて説明する。ここでは液室の形成についても説明する。
【0092】
本実施形態では、Ｓｉ基板としてＳＯＩ（Silicon on Insulator）を用いる。ＳＯＩは、Ｂｏｘ層（ＳｉＯ２）を、活性層（Ｓｉ）とＳｉ基板で挟んだ構造であり、一般的にＬＳＩの製造に利用されている。本実施形態においてＳＯＩを用いることにより、インクジェットの吐出速度の制御性を向上させることができる。また、ＳＯＩウェハはＳｉ基板の表面を酸化させ、その片面にＳｉ基板を貼り付けて製造することから、その板厚のばらつきは数百ナノメートルに抑えられる。
【0093】
図８Ａ（ａ）は、本実施形態に用いられるＳＯＩを示す図である。Ｓｉ基板３０１上にＢｏｘ層３０２（ＳｉＯ２）が形成されており、Ｂｏｘ層３０２上に活性層３０３（Ｓｉ）が形成されている。ここでは表面層（自然酸化膜）の図示は省略している。
【0094】
次いで、図８Ａ（ｂ）に示すように、活性層３０３上に第１のレジストパターン３０４を形成する。
【0095】
次いで、図８Ａ（ｃ）に示すように、ドライエッチングにより第１の円筒形状１２１を形成する。第１の円筒形状１２１は、上述のように、デポジション膜作製工程とエッチング工程により形成される。上記実施形態と同様に、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行う。なお、ここでは周期的な凹凸形状の図示を省略している。
【0096】
レジストパターンを付けた状態で加工を行う理由としては、ドライエッチング時のエッジへのダメージ抑制を狙いとしている。エッチングダメージによりエッジが変形した場合、その変形箇所を起点としてインクの吐出方向が曲がってしまう。
【0097】
次いで、図８Ｂ（ｄ）に示すように、第２の円筒形状１２２を形成する。形成方法としては、上記実施形態と同様にすることができる。デポジション膜作製工程と、例えばドライエッチングを用いたエッチング工程とにより形成される。図示されるように、第１の円筒形状１２１は活性層３０３に形成され、第２の円筒形状１２２はＢｏｘ層３０２に形成されている。第１の円筒形状を第１のノズル孔などと称してもよく、第２の円筒形状を第２のノズル孔などと称してもよい。
【0098】
次いで、図８Ｂ（ｅ）に示すように、第１のレジストパターン３０４を除去する。なお、第１のレジストパターン３０４を除去するタイミングは、第２の円筒形状１２２を形成した後であればよく、適宜変更することができる。
【0099】
次いで、図８Ｂ（ｆ）に示すように、Ｓｉ基板３０１に第２のレジストパターン３０５を形成する。
【0100】
次いで、図８Ｃ（ｇ）に示すように、ドライエッチングにより、液室３０６（加圧室、流路液室などとも称される）を形成する。
【0101】
次いで、図８Ｃ（ｈ）に示すように、第２のレジストパターン３０５を除去する。これにより、本実施形態におけるノズルを有するノズルプレート１３１を形成することができる。本実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズルプレート１３１と液室基板１３２を有している。液室基板１３２は、液室３０６を有しており、液室プレート、流路基板などと称してもよい。ただし、ノズルプレートが液室を有するとしてもよく、この場合、符号１３１と符号１３２を有する基板がノズルプレートに該当する。
【0102】
本実施形態では、図４に示す例と同様に、基板に垂直な２段の円筒形状としている。すなわち、ノズルは第１の円筒形状１２１と第２の円筒形状１２２を有している。
また、第１の円筒形状１２１の前記平均値は第２の円筒形状１２２の前記平均値よりも小さくなっている。これにより、ノズルの出口の径が小さいことで微小なインク滴が吐出でき、画像の解像度が向上し、高品質な画像を形成できる。また流体抵抗を低減できる。
また、第１の円筒形状１２１の前記平均値は第２の円筒形状１２２の前記平均値よりも小さくなっている。これにより、ノズルの出口の径が小さいことで微小なインク滴が吐出でき、画像の解像度が向上し、高品質な画像を形成できる。また流体抵抗を低減できる。
【0103】
また本実施形態では、ＳＯＩを用いることにより、第１の円筒形状１２１の高さを高精度に制御できる。これは、活性層３０３とＢｏｘ層３０２とで、シリコンのドライエッチングに対するエッチング選択比が異なるためである。本実施形態では、活性層３０３が削られ過ぎて第１の円筒形状１２１の高さがばらつくことを抑制できる。
【0104】
【0105】
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。
【0106】
このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
【0107】
液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。
【0108】
供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。
【0109】
この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。
【0110】
搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
【0111】
そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
【0112】
さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。
【0113】
維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。
【0114】
主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。
【0115】
このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。
【0116】
そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。
【0117】
このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。
【0118】
【0119】
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。
【0120】
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
【0121】
【0122】
この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。
【0123】
なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。
【0124】
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
【0125】
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
【0126】
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
【0127】
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【0128】
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
【0129】
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイルなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【0130】
また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。
【0131】
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
【0132】
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
【0133】
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
【0134】
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
【0135】
例えば、液体吐出ユニットとして、図１０で示した液体吐出ユニット４４０のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
【0136】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
【0137】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図１１で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
【0138】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
【0139】
また、液体吐出ユニットとして、図１２で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。
【0140】
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
【0141】
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。
【0142】
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
【実施例0143】
以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【0144】
（実施例１及び比較例１）
実施例１では、ＳＯＩを用い、図８Ａ～図８Ｃに示すようにして液体吐出ヘッドを作製した。実施例１では、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行った（図１Ａ参照）。また、２つの円筒形状を有するノズルとした。
実施例１では、ＳＯＩを用い、図８Ａ～図８Ｃに示すようにして液体吐出ヘッドを作製した。実施例１では、初回のエッチング工程を行う前にデポジション膜作製工程を行った（図１Ａ参照）。また、２つの円筒形状を有するノズルとした。
【0145】
比較例１では、実施例１と同様にしてＳＯＩを用いて作製しているが、デポジション膜作製工程を行う前に初回のエッチング工程を行った（図１３Ａ参照）。
【0146】
次に、上記のようにして得られた液体吐出ヘッドについて以下の評価を行った。
上記液体吐出ヘッドのそれぞれについて、ノズル２００００個に対してノズル最表部の直径を求め、これにより直径の孔径分布を求め、これにより標準偏差３σを求めて評価を行った。標準偏差３σの値が小さいほど、ノズル最表部の直径の均一性が高いといえる。評価基準は、３σの値が０．１μｍを下回ることを基準とした。
上記液体吐出ヘッドのそれぞれについて、ノズル２００００個に対してノズル最表部の直径を求め、これにより直径の孔径分布を求め、これにより標準偏差３σを求めて評価を行った。標準偏差３σの値が小さいほど、ノズル最表部の直径の均一性が高いといえる。評価基準は、３σの値が０．１μｍを下回ることを基準とした。
【0147】
ノズルの最表部の直径は、ニコンインステック社製光学測長機NEXIVで寸法を光学測定した。寸法測定誤差が０．０２μｍとなる条件を利用した。ノズルの最表部の直径は、ノズル最表部の画像を取得し、この画像に対し、画像処理で寸法測定を行う光学系自動測定器を使用して求めた。
円筒形状の直径の極小値と極大値は、ノズルの断面についてＳＥＭの画像を取得し、ＳＥＭ観察により側壁の直径を測定して求めた。極小値と極大値の測定箇所、すなわち極小値と極大値を求める箇所の個数としては、１つのノズルにつき３０箇所とした。
円筒形状の直径の極小値と極大値は、ノズルの断面についてＳＥＭの画像を取得し、ＳＥＭ観察により側壁の直径を測定して求めた。極小値と極大値の測定箇所、すなわち極小値と極大値を求める箇所の個数としては、１つのノズルにつき３０箇所とした。
【0148】
表１に測定結果及び評価結果を示す。
表１では、ウェハ内位置が中心のノズル１つと、ウェハ内位置が外周のノズル１つに対して、ノズル最表部の直径、円筒形状の直径の平均値、円筒形状の直径の極大値の平均値、円筒形状の直径の極小値の平均値を求めた値を示している。表１中、円筒形状の直径の平均値は、円筒形状の直径の極大値の平均値と、円筒形状の直径の極小値の平均値とを足して２で割った値である。
表１では、ウェハ内位置が中心のノズル１つと、ウェハ内位置が外周のノズル１つに対して、ノズル最表部の直径、円筒形状の直径の平均値、円筒形状の直径の極大値の平均値、円筒形状の直径の極小値の平均値を求めた値を示している。表１中、円筒形状の直径の平均値は、円筒形状の直径の極大値の平均値と、円筒形状の直径の極小値の平均値とを足して２で割った値である。
【0149】
表１に示すように、実施例１では、ウェハ中心部のノズルとウェハ外周部のノズルはともに、ノズル最表部の直径が円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも小さくなっている。表１に示す測定値は、ウェハ中心部のノズル１つと、ウェハ外周部のノズル１つのものであるが、実施例１ではその他のノズルについても同様に、ノズル最表部の直径が円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも小さくなっていた。
一方、比較例１では、ウェハ中心部のノズルとウェハ外周部のノズルはともに、ノズル最表部の直径が円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも大きくなっている。比較例１においても、比較例１ではその他のノズルについても同様に、ノズル最表部の直径が円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも大きくなっていた。
なお、円筒形状の側壁は、実施例１及び比較例１ともに、図３に示すように周期的な凹凸形状を有していた。
一方、比較例１では、ウェハ中心部のノズルとウェハ外周部のノズルはともに、ノズル最表部の直径が円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも大きくなっている。比較例１においても、比較例１ではその他のノズルについても同様に、ノズル最表部の直径が円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも大きくなっていた。
なお、円筒形状の側壁は、実施例１及び比較例１ともに、図３に示すように周期的な凹凸形状を有していた。
【0150】
また、表１に示すように実施例１では、ノズル最表部の直径分布により求められる標準偏差３σが０．０８５μｍであり、基準値０．１μｍを下回っていた。このため、実施例１では、ノズル最表部の直径の均一性が高いといえる。
一方、比較例１では、標準偏差３σが０．１４２μｍであり、基準値０．１μｍを上回っていた。このため、比較例１では、ノズル最表部の直径の均一性が低いといえる。
このように、ノズル最表部の直径を円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも小さくすることで、ウェハ面内やノズルプレートにおけるノズル最表部の直径の均一性を向上させることができる。
一方、比較例１では、標準偏差３σが０．１４２μｍであり、基準値０．１μｍを上回っていた。このため、比較例１では、ノズル最表部の直径の均一性が低いといえる。
このように、ノズル最表部の直径を円筒形状の直径の極大値と極小値の平均値よりも小さくすることで、ウェハ面内やノズルプレートにおけるノズル最表部の直径の均一性を向上させることができる。
【0151】
【表1】
【符号の説明】
【0152】
１０１ Ｓｉ基板
１０２ 自然酸化膜
１０３ レジスト
１０４ デポジション膜
１０５ 削られた部分
１１０ 液体吐出面
１２１ 第１の円筒形状
１２２ 第２の円筒形状
１３０ 液体
１３１ ノズルプレート
１３２ 液室基板
１４０ 保護膜
１４１ 撥水膜
１０２ 自然酸化膜
１０３ レジスト
１０４ デポジション膜
１０５ 削られた部分
１１０ 液体吐出面
１２１ 第１の円筒形状
１２２ 第２の円筒形状
１３０ 液体
１３１ ノズルプレート
１３２ 液室基板
１４０ 保護膜
１４１ 撥水膜
【先行技術文献】
【特許文献】
【0153】
【特許文献1】特開２０１８－０５１８３３号公報
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
