JP4660683B2 - Nozzle plate manufacturing method and droplet discharge head manufacturing method - Google Patents

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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、液滴吐出ヘッドの製造方法、ノズルプレート及び液滴吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle plate having nozzle holes for discharging droplets, a method for manufacturing a droplet discharge head, a nozzle plate, and a droplet discharge head .

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。 As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. Ink jet heads generally include a nozzle plate in which a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets are formed, and an ink in a discharge chamber, a reservoir, or the like that is joined to the nozzle plate and communicates with the nozzle holes. And a cavity plate in which a flow path is formed, and an ink droplet is ejected from a selected nozzle hole by applying pressure to the ejection chamber by a driving unit. As a driving means, there are a method using an electrostatic force, a piezoelectric method using a piezoelectric element, a bubble jet (registered trademark) method using a heating element, and the like.
In recent years, there has been an increasing demand for high quality printing, image quality, and the like for inkjet heads, and thus there is a strong demand for higher density and improved ejection performance. Against this background, various devices and proposals have been made for the nozzle portion of an inkjet head.

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は、ノズルとして、先端側に一定断面の細いノズル孔部分と、その後側に円錐状あるいは角錐状に広がったノズル孔部分が形成された断面形状のものを使用することが望ましい。例えば、特許文献１に示されるように、ノズル形状を、先端側を円筒形状とし、後側の部分の内周面を四角錐台形状とすると、全体として円筒形状をしたノズルを使用する場合に比べて、インクキャビティの側からノズルに加わるインク圧力の方向をノズル軸線方向に揃えることができ、安定した吐出特性を得ることができる。また、特許文献２に示されるように、ノズルを、先端側のノズル部分を異方性ドライエッチングにより円筒状に形成し、後側のノズル部分を異方性ウェットエッチングによりテーパ状に形成すれば、インクの澱み部分が発生するおそれが少なくなり、さらに安定した吐出特性を得ることができる。   In order to improve ink ejection characteristics in an inkjet head, the nozzle has a cross-sectional shape in which a nozzle hole part having a narrow cross section at the tip side and a nozzle hole part spreading in a cone shape or a pyramid shape are formed on the rear side. It is desirable to use something. For example, as shown in Patent Document 1, when the nozzle shape is a cylindrical shape on the front end side and the inner peripheral surface of the rear side portion is a quadrangular pyramid shape, when using a nozzle having a cylindrical shape as a whole, In comparison, the direction of the ink pressure applied to the nozzle from the ink cavity side can be aligned in the nozzle axis direction, and stable ejection characteristics can be obtained. Further, as shown in Patent Document 2, if the nozzle is formed into a cylindrical shape by anisotropic dry etching at the tip side and the nozzle portion at the rear side is tapered by anisotropic wet etching, In addition, there is less risk of the occurrence of ink stagnation, and more stable ejection characteristics can be obtained.

特開昭５６−１３５０７５号公報（図２）JP 56-1335075 (FIG. 2) 特開平１０−３１５４６１号公報（図１、図２）Japanese Patent Laid-Open No. 10-315461 (FIGS. 1 and 2)

しかし、特許文献１、２のように、インクの導入口となるテーパ状ノズル部分をシリコン単結晶基板に異方性ウェットエッチングで形成する場合には、シリコン単結晶基板の面方位に依存するため、テーパ角が決まってしまい、ノズル密度を上げることには限界があるという課題があった。すなわち、ノズル密度を上げるにはノズルプレートの厚さをより薄くする必要があるが、そうするとノズルプレートが割れたり欠けたりしてハンドリングが難しくなるためである。   However, as in Patent Documents 1 and 2, when the tapered nozzle portion serving as the ink inlet is formed on the silicon single crystal substrate by anisotropic wet etching, it depends on the plane orientation of the silicon single crystal substrate. The taper angle is determined, and there is a problem that there is a limit to increasing the nozzle density. That is, in order to increase the nozzle density, it is necessary to reduce the thickness of the nozzle plate. However, if this is done, the nozzle plate will be cracked or chipped, making handling difficult.

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の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、ノズルプレート及び液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a nozzle plate for droplet discharge, a method for manufacturing a droplet discharge head, a nozzle plate, and a droplet discharge head that have stable discharge characteristics and can achieve a high nozzle density, that is, a high density. The purpose is to provide.

また、本発明に係るノズルプレートの製造方法では、液滴を吐出するためのノズル孔が、基板面に対して垂直な筒状で吐出方向の先端側となる噴射口部分と、噴射口部分から吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状部分とを有し、ノズル孔を、シリコン基板をエッチングすることにより形成するノズルプレートの製造方法であって、シリコン基板の一方の面にドライエッチングを施して噴射口部分を形成する工程と、少なくとも一方の面と噴射口部分の側面及び底面とにエッチング保護膜を形成する工程と、エッチング保護膜のうち、噴射口部分の周囲部分を、噴射口部分の孔径よりも大きく除去して開口を形成する工程と、開口が形成されたエッチング保護膜を有するシリコン基板にドライエッチングを施し、テーパ状部分を形成する工程と、シリコン基板を、一方の面とは反対側の面側から噴射口部分の先端部が開口するまで薄板化する工程とを有するものである。
このように、異方性ウェットエッチングに依ることなくドライエッチングでノズル孔のテーパ状部分を形成するため、ノズル密度を高密度とすることが可能である。また、ノズル孔全体をドライエッチングで形成するため、噴射口部分とテーパ状部分との境界部分をなめらかに連続した形状とすることができ、気泡排出性が良く、安定した吐出特性を有するインクジェットヘッドを形成することができる。また、テーパ状部分を形成する際のエッチング工程では、噴射口部分の側面及び底面をエッチング保護膜で保護した状態で行うため、噴射口部分の孔径にエッチングガスの影響が及ぶのを防止でき、噴射口部分の孔径精度を維持することができる。 Further, in the method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention, the nozzle holes for discharging droplets are formed in a cylindrical shape perpendicular to the substrate surface and on the tip side in the discharge direction, and from the injection port part A nozzle plate having a tapered cross-sectional area gradually increasing toward a rear end side in a discharge direction, and forming a nozzle hole by etching a silicon substrate, A step of performing dry etching on one surface to form an injection port portion; a step of forming an etching protective film on at least one surface and a side surface and a bottom surface of the injection port portion; and an injection port portion of the etching protective film The peripheral portion of the substrate is removed larger than the hole diameter of the injection port portion to form an opening, and the silicon substrate having the etching protective film in which the opening is formed is dry-etched, Forming a Jo moiety, a silicon substrate, but the one surface and a step of thinning to the tip of the injection port portion from the side opposite to the opening.
As described above, since the tapered portion of the nozzle hole is formed by dry etching without depending on anisotropic wet etching, the nozzle density can be increased. In addition, since the entire nozzle hole is formed by dry etching, the boundary portion between the jet port portion and the tapered portion can be formed into a smooth and continuous shape, with good bubble discharge and stable ejection characteristics. Can be formed. Further, in the etching step when forming the tapered portion, since the side surface and the bottom surface of the injection port portion are protected with an etching protective film, the influence of the etching gas on the hole diameter of the injection port portion can be prevented, The hole diameter accuracy of the injection port portion can be maintained.

また、本発明に係るノズルプレートの製造方法では、テーパ状部分を形成するドライエッチングを、テーパ状部分の側面方向のエッチングを抑制して側面を保護するための保護膜を形成するための第１のガスと、テーパ状部分の深さ方向のエッチングを促進するための第２のガスと、保護膜をエッチングしてテーパー角を調整するための第３のガスとを導入することにより行うものである。
これにより、テーパ状部分のテーパー角を自由に且つ高い精度で制御することができる。 In the method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention, the dry etching for forming the tapered portion is the first for forming the protective film for protecting the side surface by suppressing the etching in the side surface direction of the tapered portion. Gas, a second gas for accelerating the etching of the tapered portion in the depth direction, and a third gas for adjusting the taper angle by etching the protective film. is there.
Thereby, the taper angle of the tapered portion can be freely controlled with high accuracy.

また、前記ドライエッチングとしては、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングが好適である。 As the pre Kido dry etching, is suitable dry etching with ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge.

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、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。 A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head using any one of the above-described nozzle plate manufacturing methods.
If a droplet discharge head is manufactured using any one of the above-described nozzle plate manufacturing methods, a droplet discharge head having stable droplet discharge characteristics and a high density can be obtained.

本発明に係るノズルプレートは、上記のいずれかのノズルプレートの製造方法を用いて製造されたものである。
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のノズルプレートを有するものである。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。 The nozzle plate according to the present invention is manufactured using any one of the above-described nozzle plate manufacturing methods.
A droplet discharge head according to the present invention has the nozzle plate described above . Thereby, it is possible to provide a high-density droplet discharge head having stable droplet discharge characteristics.

実施の形態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乃至図３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および液滴吐出装置にも適用できるものである。 Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, an embodiment of a droplet discharge head provided with a nozzle plate of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, an electrostatic drive type inkjet head will be described with reference to FIGS. 1 to 3 as an example of a droplet discharge head. Note that the present invention is not limited to the structure and shape shown in the following drawings, and also for a droplet discharge head and a droplet discharge device that discharge droplets by other different drive methods. Applicable.

図１は、本実施の形態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。図３は、図２のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図１および図２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。   FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded schematic configuration of the ink jet head according to the first embodiment, and a part thereof is shown in cross section. FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet head showing a schematic configuration of the right half of FIG. 1, in which the nozzle portion is further enlarged. FIG. 3 is a top view of the inkjet head of FIG. 1 and 2 are shown upside down from a state in which they are normally used.

本実施の形態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。   As shown in FIGS. 1 and 2, an inkjet head (an example of a droplet discharge head) 10 according to the first embodiment includes a nozzle plate 1 in which a plurality of nozzle holes 11 are provided at a predetermined pitch, and each nozzle hole. 11, the cavity plate 2 provided with an ink supply path independently of the electrode plate 11 and the electrode substrate 3 provided with the individual electrodes 31 facing the diaphragm 22 of the cavity plate 2 are bonded together. .

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。   The nozzle plate 1 is made of, for example, a silicon single crystal substrate (hereinafter also simply referred to as a silicon substrate) having a thickness of 180 μm. In the nozzle plate 1, a recess 12 is formed in a region where a plurality of nozzle holes 11 are provided, and a nozzle hole 11 for ejecting ink droplets is opened on the bottom surface of the recess 12. That is, the flow path resistance of each nozzle hole 11 is adjusted by thinning the length of the nozzle portion (substrate thickness) by the recess 12. This ensures uniform ejection performance and prevents other objects such as recording paper from coming into direct contact with the ejection surface (bottom surface of the recess 12), so that the recording paper is soiled or the tip of the nozzle hole 11 is damaged. Can be prevented.

各ノズル孔１１は、図２に示すように、ノズルプレート１の表面（基板表面で凹部１２の底面）に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径（あるいは横断面積）の大きい導入口部分１１ｂとを有し、さらに噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂとの境界部１１ｃがラッパ状（テーパ状やアール等を含む。以下同じ。）に形成されている。これにより、境界部１１ｃにインクの淀み部分が生じないため、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。   As shown in FIG. 2, each nozzle hole 11 is provided on the same axis as the cylindrical injection port portion 11a perpendicular to the surface of the nozzle plate 1 (the bottom surface of the recess 12 on the substrate surface) and the injection port portion 11a. The injection port portion 11a has a larger diameter (or cross-sectional area) than the introduction port portion 11b, and the boundary portion 11c between the injection port portion 11a and the introduction port portion 11b includes a trumpet shape (including a taper shape and a round shape). The same shall apply hereinafter.) As a result, no ink stagnation occurs at the boundary portion 11c, so that the flow path resistance of the nozzle hole 11 can be reduced, and the ink droplet ejection direction can be aligned with the central axis direction of the nozzle hole 11. The discharge characteristics can be exhibited. That is, there is no variation in the flying direction of ink droplets, there is no scattering of ink droplets, and variations in the ejection amount of ink droplets can be suppressed.

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。   Further, in FIG. 2 of the nozzle plate 1, an orifice (narrow groove) 13 that forms a part of the ink flow path is provided on the lower surface (the surface on the joint side with the cavity plate 2). Further, a diaphragm portion 14 that is thinned by a concave portion is provided at a position corresponding to a reservoir 23 of the cavity plate 2 described later. The diaphragm portion 14 is provided to suppress pressure fluctuation in the reservoir 23.

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およびリザーバ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。   The cavity plate 2 is made of, for example, a (110) plane silicon single crystal substrate having a thickness of about 140 μm (this substrate is also simply referred to as a silicon substrate hereinafter). The silicon substrate is subjected to anisotropic wet etching to form recesses 24 and 25 for constituting the discharge chamber 21 and the reservoir 23 of the ink flow path. A plurality of recesses 24 are independently formed at positions corresponding to the nozzle holes 11. Therefore, as shown in FIG. 2, when the nozzle plate 1 and the cavity plate 2 are joined, each recess 24 constitutes a discharge chamber 21 and communicates with each nozzle hole 11 and the orifice 13 serving as an ink supply port. Both communicate with each other. The bottom wall of the discharge chamber 21 (recessed portion 24) is a diaphragm 22.

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。   The other recess 25 is for storing liquid material ink, and constitutes a common reservoir (common ink chamber) 23 for each discharge chamber 21. The reservoirs 23 (recesses 25) communicate with all the discharge chambers 21 through the orifices 13, respectively. Further, a hole penetrating the electrode substrate 3 described later is provided in the bottom of the reservoir 23, and ink is supplied from an ink cartridge (not shown) through the ink supply hole 34 of the hole.

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。   In addition, as described above, a silicon single crystal substrate having a (110) orientation is used for the cavity plate 2 by performing anisotropic wet etching on the silicon substrate so that the side surfaces of the recesses and the grooves are formed on the upper surface of the silicon substrate. This is because the etching can be performed perpendicularly to the lower surface, whereby the density of the inkjet head can be increased.

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。 An insulating film made of SiO 2 or TEOS (Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane) is formed on the entire surface of the cavity plate 2 or at least the surface facing the electrode substrate 3 by thermal oxidation or plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). 26 is applied with a film thickness of 0.1 μm. This insulating film 26 is provided for the purpose of preventing dielectric breakdown and short circuit when the ink jet head is driven.

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。   The electrode substrate 3 is made from a glass substrate having a thickness of about 1 mm, for example. Among them, it is suitable to use a borosilicate heat-resistant hard glass having a thermal expansion coefficient close to that of the silicon substrate of the cavity plate 2. This is because when the electrode substrate 3 and the cavity plate 2 are anodically bonded, the thermal expansion coefficients of the two substrates are close to each other, so that the stress generated between the electrode substrate 3 and the cavity plate 2 can be reduced, and as a result, peeling, etc. This is because the electrode substrate 3 and the cavity plate 2 can be firmly bonded without causing the above problem.

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および振動板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。   The electrode substrate 3 is provided with a recess 32 at a position on the surface of the cavity plate 2 facing each diaphragm 22. The recess 32 is formed with a depth of about 0.3 μm by etching. And in each recessed part 32, the individual electrode 31 which generally consists of ITO (Indium Tin Oxide: Indium tin oxide) is formed by the thickness of 0.1 micrometer, for example. Therefore, the gap (gap) formed between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is determined by the depth of the recess 32 and the thickness of the insulating film 26 covering the individual electrode 31 and the diaphragm 22. This gap greatly affects the ejection characteristics of the inkjet head. Here, the material of the individual electrode 31 is not limited to ITO, and a metal such as chromium may be used. However, since ITO is transparent, it is generally easy to confirm whether or not a discharge has occurred. ITO is used.

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〜図３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。   The individual electrode 31 has a lead part 31a and a terminal part 31b connected to a flexible wiring board (not shown). As shown in FIGS. 1 to 3, these terminal portions 31 b are exposed in the electrode extraction portion 29 in which the end portion of the cavity plate 2 is opened for wiring.

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、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。   As described above, the nozzle plate 1, the cavity plate 2, and the electrode substrate 3 are generally manufactured individually, and the main body of the inkjet head 10 is manufactured by bonding them together as shown in FIG. 2. That is, the cavity plate 2 and the electrode substrate 3 are joined by anodic bonding, and the nozzle plate 1 is joined to the upper surface (the upper surface in FIG. 2) of the cavity plate 2 by adhesion or the like. Furthermore, the open end portion of the interelectrode gap formed between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is sealed with a sealing material 27 made of resin such as epoxy. Thereby, moisture and dust can be prevented from entering the gap between the electrodes, and the reliability of the inkjet head 10 can be kept high.

そして最後に、図２、図３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。 Finally, as shown in a simplified manner in FIGS. 2 and 3, a drive control circuit 4 such as an IC driver is connected to the terminal portion 31 b of each individual electrode 31 and the common electrode 28 provided on the cavity plate 2. They are connected via a wiring board (not shown).
Thus, the ink jet head 10 is completed.

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に電荷の供給およ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。 Next, the operation of the inkjet head 10 configured as described above will be described.
The drive control circuit 4 is an oscillation circuit that controls the supply and stop of charges to the individual electrodes 31. This oscillation circuit oscillates at, for example, 24 kHz, and supplies electric charges by applying pulse potentials of, for example, 0 V and 30 V to the individual electrodes 31. When the oscillation circuit is driven and charges are supplied to the individual electrode 31 to be positively charged, the diaphragm 22 is negatively charged and an electrostatic force (Coulomb force) is generated between the individual electrode 31 and the diaphragm 22. Therefore, the diaphragm 22 is attracted to the individual electrode 31 by this electrostatic force and bends (displaces). As a result, the volume of the discharge chamber 21 increases. When the supply of electric charges to the individual electrode 31 is stopped, the diaphragm 22 returns to its original state due to its elastic force, and at this time, the volume of the discharge chamber 21 decreases rapidly. Part of the ink is ejected from the nozzle hole 11 as an ink droplet. Next, when the vibration plate 22 is similarly displaced, ink is supplied from the reservoir 23 to the discharge chamber 21 through the orifice 13.

本実施の形態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がノズルプレート１の表面（吐出面）に対して垂直な筒状の噴射口部分１１ａと、この噴射口部分１１ａと同軸上に設けられ噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとを有し、さらに噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂとの境界部１１ｃがラッパ状に形成されているため、ノズル孔１１内で渦等を生ずることがなく、ノズル孔１１の流路抵抗を減少させることができる。そのため、インク滴をノズル孔１１の中心軸方向に真っ直ぐに吐出させることができ、きわめて安定した吐出特性を有する。また、気泡の排出性も良好なものである。
さらに、導入口部分１１ｂ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。 As described above, the inkjet head 10 according to the first embodiment includes the cylindrical injection port portion 11a in which the nozzle holes 11 are perpendicular to the surface (discharge surface) of the nozzle plate 1, and the coaxial with the injection port portion 11a. The nozzle hole 11 has an inlet port portion 11b that is provided on the top and has a larger diameter than the jet port portion 11a, and a boundary portion 11c between the jet port portion 11a and the inlet port portion 11b is formed in a trumpet shape. The flow resistance of the nozzle hole 11 can be reduced without generating vortices or the like. Therefore, ink droplets can be ejected straight in the direction of the central axis of the nozzle hole 11 and have extremely stable ejection characteristics. Moreover, the discharge property of bubbles is also good.
Furthermore, since the cross-sectional shape of the inlet port portion 11b can be formed in a circular shape or a quadrangular shape, the density of the inkjet head 10 can be increased without reducing the thickness of the nozzle plate 1.

なお、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａおよび導入口部分１１ｂ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。   In addition, the cross-sectional shape of the injection port portion 11a and the introduction port portion 11b of the nozzle hole 11 is not particularly limited, and is formed in a square shape or a circular shape. However, a circular shape is preferable because it is advantageous in terms of discharge characteristics and workability.

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４乃至図９を参照して説明する。
図４乃至図７は、ノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図であり、図８および図９は、キャビティプレート２および電極基板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２００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。 Next, a method for manufacturing the inkjet head 10 will be described with reference to FIGS.
4 to 7 are cross-sectional views of the manufacturing process showing the manufacturing method of the nozzle plate. FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views of the manufacturing process showing the manufacturing method of the cavity plate 2 and the electrode substrate 3. Here, FIG. Now, a method for manufacturing the cavity plate 2 after bonding the silicon substrate 200 to the electrode substrate 3 will be mainly described.
First, a method for manufacturing the nozzle plate 1 will be described.

（１）ノズルプレート１の製造方法
まず、厚さが１８０μｍのシリコン基板１００を用意し、このシリコン基板１００の全面に膜厚１μｍのＳｉＯ2膜１０１を均一に成膜する（図４（Ａ））。このＳｉＯ2膜１０１は、例えば熱酸化装置にシリコン基板１００をセットし、酸化温度１０７５℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で４時間熱酸化を行うことにより形成する。ＳｉＯ2膜１０１はシリコンの耐エッチング材として使用するものである。 (1) Manufacturing Method of Nozzle Plate 1 First, a silicon substrate 100 having a thickness of 180 μm is prepared, and a SiO 2 film 101 having a thickness of 1 μm is uniformly formed on the entire surface of the silicon substrate 100 (FIG. 4A). ). The SiO 2 film 101 is formed, for example, by setting the silicon substrate 100 in a thermal oxidation apparatus and performing thermal oxidation for 4 hours in an oxygen and water vapor mixed atmosphere at an oxidation temperature of 1075 ° C. The SiO 2 film 101 is used as an etching resistant material for silicon.

次に、シリコン基板１００の両面にレジスト１０２をコーティングし、キャビティプレート２と接合される側の接合面１００ｂに、ノズル孔１１の導入口部分１１ｂとなる部分１０５ｂをパターニングして、導入口部分１１ｂとなる部分１０５ｂのレジスト１０２を除去する（図４（Ｂ））。
そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でＳｉＯ2膜１０１をハーフエッチングし、導入口部分１１ｂとなる部分１０５ｂのＳｉＯ2膜１０１を薄くする（図４（Ｃ））。
その後、上記レジスト１０２を剥離する（図４（Ｄ））。 Next, a resist 102 is coated on both surfaces of the silicon substrate 100, and a portion 105b to be the inlet portion 11b of the nozzle hole 11 is patterned on the joint surface 100b on the side to be joined to the cavity plate 2, thereby introducing the inlet portion 11b. Then, the resist 102 in the portion 105b is removed (FIG. 4B).
Then, for example, half-etching the SiO 2 film 101 with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution prepared by mixing an aqueous solution with an ammonium fluoride aqueous solution of hydrofluoric acid in a one-to-6, to reduce the SiO 2 film 101 of the portion 105b of the inlet port portion 11b (FIG. 4 (C)).
After that, the resist 102 is peeled off (FIG. 4D).

次に、レジスト１０２を剥離後、再度シリコン基板１００の両面にレジスト１０６をコーティングし、接合面１００ｂにノズル孔１１の噴射口部分１１ａとなる部分１０５ａをパターニングして、噴射口部分１１ａとなる部分１０５ａのレジスト１０６を除去する（図５（Ｅ））。   Next, after removing the resist 102, the resist 106 is coated again on both surfaces of the silicon substrate 100, and the portion 105a that becomes the injection port portion 11a of the nozzle hole 11 is patterned on the bonding surface 100b to form the injection port portion 11a. The resist 106a 105a is removed (FIG. 5E).

そして、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でＳｉＯ2膜１０１をハーフエッチングして、噴射口部分１１ａとなる部分１０５ａのＳｉＯ2膜１０１を開口する（図５（Ｆ））。ＳｉＯ2膜１０１の開口が終わったら、両面のレジスト１０６を剥離する（図５（Ｇ））。 Then, for example, the SiO 2 film 101 is half-etched with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed 1: 6 to open the SiO 2 film 101 of the portion 105a to be the injection port portion 11a ( FIG. 5 (F)). When the opening of the SiO 2 film 101 is finished, the resists 106 on both sides are peeled off (FIG. 5G).

次に、図６（Ｈ）に示すように、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチングによってＳｉＯ2膜１０１の開口部を、例えば深さ２５μｍで異方性ドライエッチングして、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａとなる凹部１０７を形成する。この場合、エッチングガスとして、例えば、Ｃ4Ｆ8（フッ化炭素：第１のエッチングガス）、ＳＦ6（フッ化硫黄：第２のエッチングガス）を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用し、かつエッチングガス導入時間を段階的に変更する。ここで、Ｃ4Ｆ8は凹部１０７の側面方向にエッチングが進行しないように凹部１０７の側面を保護するために使用し、ＳＦ6は凹部１０７の垂直方向のエッチングを促進するために使用する。 Next, as shown in FIG. 6H, the opening of the SiO 2 film 101 is anisotropically dry-etched at a depth of 25 μm, for example, by dry etching using ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge, so that the nozzle hole 11 A concave portion 107 to be the injection port portion 11a is formed. In this case, for example, C 4 F 8 (fluorocarbon: first etching gas) and SF 6 (sulfur fluoride: second etching gas) are used as etching gases, and these etching gases are used alternately. And the etching gas introduction time is changed stepwise. Here, C 4 F 8 is used to protect the side surface of the recess 107 so that etching does not proceed in the side direction of the recess 107, and SF 6 is used to promote the etching of the recess 107 in the vertical direction.

本実施の形態１では、例えば、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6の導入時間をそれぞれ３秒、４．５秒から開始し、ＳＦ6の導入時間のみを０．２秒ずつ段階的に増加するように変更し、終了時にはそれぞれ３秒、６秒となるようにした。すなわち、Ｃ4Ｆ8の導入時間は毎回３秒と一定とし、ＳＦ6の導入時間のみを毎回０．０２秒ずつ段階的に増加する。これをそれぞれのエッチングガスについて７６回ずつ交互に導入し、終了時にはそれぞれ３秒、６秒となるようにして、異方性ドライエッチングを行った。 In the first embodiment, for example, the introduction times of C 4 F 8 and SF 6 are started from 3 seconds and 4.5 seconds, respectively, and only the introduction time of SF 6 is increased stepwise by 0.2 seconds. To 3 seconds and 6 seconds at the end. That is, the introduction time of C 4 F 8 is constant at 3 seconds each time, and only the introduction time of SF 6 is increased stepwise by 0.02 seconds each time. This was alternately introduced 76 times for each etching gas, and anisotropic dry etching was performed so as to be 3 seconds and 6 seconds, respectively, at the end.

次に、導入口部分１１ｂとなる部分１０５ａのＳｉＯ2膜１０１のみが無くなるように、例えばフッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングした（図６（Ｉ））。そして、再度ＩＣＰ放電によるドライエッチングによりＳｉＯ2膜１０１の開口部を、例えば４０μｍの深さで垂直に異方性ドライエッチングし、凹部１０７よりも径の大きい凹部１０８、すなわち導入口部分１１ｂとなる凹部１０８を形成する。そうしたところ、凹部１０７の縦断面形状が、図６（Ｉ）のように壺状の中太形状から図６（Ｊ）、（Ｋ）のように庇部１０９が次第にエッチングされて入口部がテーパ状に拡大していき、さらに図６（Ｌ）のように最終的には入口部（ノズル孔１１の噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂの境界部１１ｃ）がアールの付いたラッパ状の形状に形成された。 Next, half etching is performed with, for example, a buffered hydrofluoric acid aqueous solution in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed 1: 6 so that only the SiO 2 film 101 of the portion 105a to be the introduction port portion 11b is eliminated (FIG. 6 ( I)). Then, the opening of the SiO 2 film 101 is again anisotropically dry etched at a depth of, for example, 40 μm by dry etching using ICP discharge, so that a recess 108 having a diameter larger than the recess 107, that is, the inlet portion 11b is obtained. A recess 108 is formed. As a result, the longitudinal cross-sectional shape of the recess 107 is changed from a bowl-shaped middle thick shape as shown in FIG. 6 (I) to the flange 109 being gradually etched as shown in FIGS. 6 (J) and 6 (K), and the inlet is tapered. Further, as shown in FIG. 6 (L), the inlet portion (boundary portion 11c of the injection port portion 11a and the inlet portion 11b of the nozzle hole 11) finally has a trumpet shape. Formed.

次に、シリコン基板１００の表面に残るＳｉＯ2膜１０１をフッ酸水溶液で除去した後、シリコン基板１００を熱酸化装置にセットし、酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、水蒸気と酸素の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、ＩＣＰドライエッチング装置で加工した噴射口部分１１ａとなる凹部１０７および導入口部分１１ｂとなる凹部１０８の側面と底面に、膜厚１μｍのＳｉＯ2膜１１０を均一に成膜する（図７（Ｍ））。 Next, after the SiO 2 film 101 remaining on the surface of the silicon substrate 100 is removed with an aqueous hydrofluoric acid solution, the silicon substrate 100 is set in a thermal oxidation apparatus, an oxidation temperature of 1075 ° C., an oxidation time of 4 hours, and a mixed atmosphere of water vapor and oxygen. The SiO 2 film 110 having a thickness of 1 μm is uniformly formed on the side surface and the bottom surface of the concave portion 107 to be the injection port portion 11a and the concave portion 108 to be the inlet portion 11b processed by the ICP dry etching apparatus. (FIG. 7M).

次に、シリコン基板１００の両面にレジスト（図示せず）をコーティングし、インク吐出面となる部分１１１をパターニングし、例えば、フッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を１対６で混合した緩衝フッ酸水溶液でエッチングし、ＳｉＯ2膜１１０を開口し、レジストを剥離する（図７（Ｎ））。 Next, a resist (not shown) is coated on both surfaces of the silicon substrate 100, and the portion 111 to be the ink ejection surface is patterned. For example, buffered hydrofluoric acid in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed 1: 6. Etching with an aqueous solution opens the SiO 2 film 110 and strips the resist (FIG. 7N).

次に、シリコン基板１００を濃度２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液に浸漬し、インク吐出面となる部分１１１をエッチングして、インク吐出面１１２（図１、図２の凹部１２の底面）を形成する。このとき、エッチング部のシリコン基板厚み（ノズル部分の基板厚み）が６０μmとなるようにする（図７（Ｏ））。なお、このとき、図示は省略するが、図１、図２に示すオリフィス１３およびダイヤフラム部１４もエッチングにより形成される。   Next, the silicon substrate 100 is immersed in an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 25 wt%, and the portion 111 that becomes the ink discharge surface is etched to form the ink discharge surface 112 (the bottom surface of the recess 12 in FIGS. 1 and 2). . At this time, the silicon substrate thickness of the etching part (substrate thickness of the nozzle part) is set to 60 μm (FIG. 7O). At this time, although not shown, the orifice 13 and the diaphragm portion 14 shown in FIGS. 1 and 2 are also formed by etching.

最後に、シリコン基板１００の表面のＳｉＯ2膜１１０をフッ酸水溶液等で除去すれば、ノズルプレート１が完成する（図７（Ｐ））。 Finally, if the SiO 2 film 110 on the surface of the silicon substrate 100 is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution or the like, the nozzle plate 1 is completed (FIG. 7 (P)).

なお、本実施の形態１のノズルプレート１の製造方法では、第１、第２のエッチングガスであるＣ4Ｆ8、ＳＦ6の導入時間を、それぞれ３秒、３秒から開始し、ＳＦ6の導入時間のみを段階的に変更し、終了時にはそれぞれ３秒、６秒となるようにしても、図６（Ｋ）に示すように、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂの境界部１１ｃをアールの付いたラッパ状の形状に形成することができた。
また、Ｃ4Ｆ8の導入時間を一定、または単調減少し、ＳＦ6の導入時間を一定、または単調増加（但し、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6の導入時間がともに一定の場合を除く。）させても同様のノズル形状（縦断面形状）が得られる。
また、ドライエッチングの際に、ＳＦ6に、酸素（Ｏ2）やアルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ2）、あるいは３フッ化メタン（ＣＨＦ3）等を添加してもよい。
また、本実施の形態１のノズルプレート１の製造方法は、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。 In the method of manufacturing a nozzle plate 1 of the first embodiment, first, the introduction time of the second C 4 F 8, SF 6 as an etching gas, respectively 3 seconds, starting from 3 seconds, SF 6 As shown in FIG. 6 (K), even if only the introduction time of the nozzle is changed stepwise and becomes 3 seconds and 6 seconds at the end, the injection port portion 11a and the introduction port portion 11b of the nozzle hole 11 are The boundary portion 11c could be formed in a trumpet shape with a rounded shape.
In addition, the introduction time of C 4 F 8 is constant or monotonously decreased, and the introduction time of SF 6 is constant or monotonously increased (except when the introduction times of C 4 F 8 and SF 6 are both constant). Even if it makes it, the same nozzle shape (vertical cross-sectional shape) is obtained.
In dry etching, oxygen (O 2 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ), trifluoromethane (CHF 3 ), or the like may be added to SF 6 .
Further, in the manufacturing method of the nozzle plate 1 of the first embodiment, a borosilicate glass substrate can be used instead of the single crystal silicon substrate.

以上のように、本実施の形態１のノズルプレート１の製造方法によれば、二種類以上のエッチングガスを使用し、そのエッチングガスの導入時間を変化させることにより、ノズル孔１１の異方性ドライエッチングを行うものであり、これにより、高い寸法精度で、ノズル孔１１の噴射口部分１１ａと導入口部分１１ｂの境界部１１ｃをラッパ状に形成することができる。
また、異方性ドライエッチングのみでノズル孔１１を作製するため、異方性ドライエッチングと異方性ウェットエッチングを組み合わせた製造方法に比べて、低コストでノズルプレート１を製造することができる。 As described above, according to the manufacturing method of the nozzle plate 1 of the first embodiment, the anisotropy of the nozzle hole 11 is obtained by using two or more kinds of etching gas and changing the introduction time of the etching gas. By performing dry etching, the boundary portion 11c between the injection port portion 11a and the introduction port portion 11b of the nozzle hole 11 can be formed in a trumpet shape with high dimensional accuracy.
Moreover, since the nozzle hole 11 is produced only by anisotropic dry etching, the nozzle plate 1 can be produced at a lower cost compared to a production method combining anisotropic dry etching and anisotropic wet etching.

（２）キャビティプレート２および電極基板３の製造方法
ここでは、電極基板３にシリコン基板２００を接合した後、そのシリコン基板２００からキャビティプレート２を製造する方法について図８、図９を参照して簡単に説明する。 (2) Manufacturing Method of Cavity Plate 2 and Electrode Substrate 3 Here, a method for manufacturing the cavity plate 2 from the silicon substrate 200 after bonding the silicon substrate 200 to the electrode substrate 3 will be described with reference to FIGS. Briefly described.

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３００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８（Ａ））。 The electrode substrate 3 is manufactured as follows.
First, a concave portion 32 is formed by etching a glass substrate 300 made of borosilicate glass or the like with a plate thickness of about 1 mm with hydrofluoric acid using, for example, a gold / chromium etching mask. Note that the recess 32 has a groove shape slightly larger than the shape of the individual electrode 31, and a plurality of the recesses 32 are formed for each individual electrode 31.
Then, an individual electrode 31 made of ITO (Indium Tin Oxide) is formed inside the recess 32 by sputtering, for example.
Thereafter, the hole 34a to be the ink supply hole 34 is formed by a drill or the like, whereby the electrode substrate 3 is manufactured (FIG. 8A).

次に、厚さが例えば５２５μｍのシリコン基板２００の両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板２００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８（Ｂ））。なお、シリコン基板２００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。   Next, after both surfaces of the silicon substrate 200 having a thickness of, for example, 525 μm are mirror-polished, a silicon oxide film made of TEOS (TetraEthylorthosilicate) having a thickness of 0.1 μm is formed on one surface of the silicon substrate 200 by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). An insulating film 26 is formed (FIG. 8B). Note that before the silicon substrate 200 is formed, a boron doped layer for forming the thickness of the diaphragm 22 with high accuracy may be formed using an etching stop technique. Etching stop is defined as a state in which bubbles generated from the etching surface are stopped, and in actual wet etching, it is determined that the etching is stopped when the generation of bubbles is stopped.

そして、このシリコン基板２００と、図８（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２００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８（Ｃ））。
シリコン基板２００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２００をエッチングすることにより、シリコン基板２００の厚さを例えば１４０μｍになるまで薄板化する（図８（Ｄ））。 Then, the silicon substrate 200 and the electrode substrate 3 manufactured as shown in FIG. 8A are heated to, for example, 360 ° C., and the anode is connected to the silicon substrate 200 and the electrode substrate 3 is connected to the cathode, and the voltage is about 800V. A voltage is applied to join by anodic bonding (FIG. 8C).
After anodic bonding of the silicon substrate 200 and the electrode substrate 3, the bonded silicon substrate 200 is etched with an aqueous potassium hydroxide solution or the like, thereby reducing the thickness of the silicon substrate 200 to, for example, 140 μm (FIG. 8 ( D)).

次に、シリコン基板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膜を形成する。
そして、このＴＥＯＳ膜に、吐出室２１となる凹部２４およびリザーバ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、吐出室２１となる凹部２４およびリザーバ２３となる凹部２５を形成する（図９（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９（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。 Next, a TEOS film having a thickness of, for example, 1.5 μm is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 200 (the surface opposite to the surface to which the electrode substrate 3 is bonded) by plasma CVD.
Then, a resist for forming the recess 24 to be the discharge chamber 21 and the recess 25 to be the reservoir 23 is patterned on the TEOS film, and the TEOS film in these portions is removed by etching.
Thereafter, the silicon substrate 200 is etched with a potassium hydroxide aqueous solution or the like, thereby forming a recess 24 to be the discharge chamber 21 and a recess 25 to be the reservoir 23 (FIG. 9E). At this time, the portion that becomes the electrode extraction portion 29 for wiring is also etched and thinned. In the wet etching step of FIG. 9E, for example, a 35% by weight potassium hydroxide aqueous solution can be used first, and then a 3% by weight potassium hydroxide aqueous solution can be used. Thereby, surface roughness of the diaphragm 22 can be suppressed.

シリコン基板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することによりシリコン基板２００の上面に形成されているＴＥＯＳ膜を除去する（図９（Ｆ））。
次に、シリコン基板２００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９（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２００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９（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２００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。 After the etching of the silicon substrate 200 is completed, the TEOS film formed on the upper surface of the silicon substrate 200 is removed by etching with a hydrofluoric acid aqueous solution (FIG. 9F).
Next, a TEOS film (insulating film 26) is formed to a thickness of, for example, 0.1 μm by plasma CVD on the surface of the silicon substrate 200 where the recesses 24 to be the discharge chambers 21 are formed (FIG. 9G).
Thereafter, the electrode lead-out portion 29 is opened by RIE (Reactive Ion Etching) or the like. Further, laser processing is performed from the hole portion that becomes the ink supply hole 34 of the electrode substrate 3 to penetrate the bottom portion of the concave portion 25 that becomes the reservoir 23 of the silicon substrate 200, thereby forming the ink supply hole 34 (FIG. 9H). . Further, the open end portion of the interelectrode gap between the diaphragm 22 and the individual electrode 31 is sealed by filling a sealing material (not shown) such as an epoxy resin. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the common electrode 28 is formed on the end portion of the upper surface of the silicon substrate 200 (the surface on the bonding side with the nozzle plate 1) by sputtering.

以上により、電極基板３に接合した状態のシリコン基板２００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。 As described above, the cavity plate 2 is manufactured from the silicon substrate 200 bonded to the electrode substrate 3.
Finally, the main body of the inkjet head 10 shown in FIG. 2 is manufactured by joining the nozzle plate 1 manufactured as described above to the cavity plate 2 by bonding or the like.

本実施の形態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２００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。   According to the method of manufacturing the ink jet head 10 of the first embodiment, the cavity plate 2 is manufactured from the silicon substrate 200 in a state of being bonded to the electrode substrate 3 manufactured in advance. Since the plate 2 is supported, even if the cavity plate 2 is thinned, it is not cracked or chipped, and handling is easy. Therefore, the yield is improved as compared with the case where the cavity plate 2 is manufactured alone.

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２の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。図１０において、図２と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
実施の形態２は、実施の形態１のノズルプレート１に代えて、ノズルプレート４００としたもので、その他の構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分について説明し、重複する説明は省略する。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the ink jet head according to the second embodiment, in which the nozzle portion is further enlarged. In FIG. 10, the same parts as those in FIG.
In the second embodiment, a nozzle plate 400 is used instead of the nozzle plate 1 of the first embodiment, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. In the following, the differences between the second embodiment and the first embodiment will be described, and overlapping descriptions will be omitted.

ノズルプレート４００のノズル孔４１は、吐出方向の先端側となる円筒状の噴射口部分４１ａと、噴射口部分４１ａから吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状部分４１ｂとを有している。なお、噴射口部分４１ａはノズルプレート４００の表面（基板表面で凹部１２の底面）に対して垂直に設けられており、噴射口部分４１ａとテーパ状部分４１ｂ とは同軸上に設けられている。かかる構成により、インク滴の吐出方向をノズル孔４１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。   The nozzle hole 41 of the nozzle plate 400 includes a cylindrical injection port portion 41a on the front end side in the discharge direction, and a tapered portion in which the nozzle cross-sectional area gradually increases from the injection port portion 41a toward the rear end side in the discharge direction. 41b. The injection port portion 41a is provided perpendicular to the surface of the nozzle plate 400 (the bottom surface of the recess 12 on the substrate surface), and the injection port portion 41a and the tapered portion 41b are provided coaxially. With this configuration, the ink droplet ejection direction can be aligned with the central axis direction of the nozzle hole 41, and stable ink ejection characteristics can be exhibited. That is, there is no variation in the flying direction of ink droplets, there is no scattering of ink droplets, and variations in the ejection amount of ink droplets can be suppressed.

ここで、実施の形態２は、ノズル密度を高密度化するにあたり、ノズルプレート４００の製造工程に特徴を持たせたものであり、その製造工程について以下に詳細に説明する。   Here, in the second embodiment, when the nozzle density is increased, the manufacturing process of the nozzle plate 400 is characterized, and the manufacturing process will be described in detail below.

図１１乃至図１６は、ノズルプレート４００の製造方法を示す製造工程の断面図である。
まず、基板厚み２８０μｍのシリコン基板４１１を用意し、熱酸化装置にセットし、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を行い、シリコン基板４１１の両面４１１ａ、４１１ｂに、エッチング保護膜となる膜厚１μｍのＳｉＯ2膜４１２を均一に成膜する（図１１（Ａ））。 11 to 16 are cross-sectional views of the manufacturing process showing the method for manufacturing the nozzle plate 400.
First, a silicon substrate 411 having a substrate thickness of 280 μm is prepared, set in a thermal oxidation apparatus, and subjected to thermal oxidation treatment under conditions of an oxidation temperature of 1075 ° C., an oxidation time of 4 hours, and a mixed atmosphere of oxygen and water vapor. A SiO 2 film 412 having a thickness of 1 μm, which serves as an etching protection film, is uniformly formed on both surfaces 411a and 411b (FIG. 11A).

次に、シリコン基板４１１においてキャビティプレート２と接合される側の接合面４１１ａにレジスト４１３をコーティングし、そのレジスト４１３から噴射口部分４１ａに対応する部分４１３ａを除去し、レジストパターンを形成する（図１１（Ｂ））。
そして、そのレジストパターンをマスクとして、例えば、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、ＳｉＯ2膜４１２から噴射口部分４１ａに対応する部分４１２ａを開口する。このとき、裏面４１１ｂのＳｉＯ2膜４１２はエッチングされ、完全に除去される（図１１（Ｃ））。
その後、レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離する（図１１（Ｄ））。 Next, a resist 413 is coated on the bonding surface 411a on the silicon substrate 411 on the side to be bonded to the cavity plate 2, and a portion 413a corresponding to the spray port portion 41a is removed from the resist 413 to form a resist pattern (FIG. 11 (B)).
Then, using the resist pattern as a mask, etching is performed with, for example, a buffered hydrofluoric acid aqueous solution (hydrofluoric acid aqueous solution: ammonium fluoride aqueous solution = 1: 6), and a portion 412a corresponding to the injection port portion 41a is opened from the SiO 2 film 412. . At this time, the SiO 2 film 412 on the back surface 411b is etched and completely removed (FIG. 11C).
Thereafter, the resist pattern is peeled off by sulfuric acid cleaning or the like (FIG. 11D).

次に、ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ2膜４１２の開口４１２ａを介して、例えば、深さ５０μmで垂直に異方性ドライエッチングを行い、噴射口部分４１ａを形成する（図１１（Ｅ））。この場合のエッチングガスとしては、例えば、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ4Ｆ8は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ6はＳｉ基板の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
その後、シリコン基板４１１の表面に残るＳｉＯ2膜４１２をフッ酸水溶液で除去する（図１２（Ｆ））。
そして、シリコン基板４１１を熱酸化装置にセットし、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を行い、シリコン基板４１１表面全体に、エッチング保護膜となる膜厚１μｍのＳｉＯ2膜４１４を均一に成膜する（図１２（Ｇ））。このとき、噴射口部分４１ａの内面（側面及び底面）全体にもＳｉＯ2膜４１４が形成される。 Next, anisotropic dry etching is performed vertically at a depth of 50 μm, for example, through the opening 412a of the SiO 2 film 412 by an ICP dry etching apparatus to form the injection port portion 41a (FIG. 11E). As an etching gas in this case, for example, C 4 F 8 and SF 6 are used, and these etching gases may be used alternately. Here, C 4 F 8 is used to protect the side surface of the groove so that the etching does not proceed to the side surface of the groove to be formed, and SF 6 is used to promote the vertical etching of the Si substrate.
Thereafter, the SiO 2 film 412 remaining on the surface of the silicon substrate 411 is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution (FIG. 12F).
Then, the silicon substrate 411 is set in a thermal oxidation apparatus, and is subjected to thermal oxidation treatment under conditions of an oxidation temperature of 1075 ° C., an oxidation time of 4 hours, and a mixed atmosphere of oxygen and water vapor. A SiO 2 film 414 having a thickness of 1 μm is uniformly formed (FIG. 12G). At this time, the SiO 2 film 414 is also formed on the entire inner surface (side surface and bottom surface) of the injection port portion 41a.

次に、シリコン基板４１１においてキャビティプレート２と接合される側の接合面４１１ａにレジスト４１５をコーティングし、そのレジスト４１５から、テーパ状部分４１ｂをドライエッチングする際のガスの導入路となる部分４１５ａを除去し、レジスト４１５をパターニングする（図１２（Ｈ））。
そして、そのレジストパターンをマスクとしてＳｉＯ2膜４１４をＲＩＥドライエッチング装置でドライエッチングし、ＳｉＯ2膜４１４に開口４１４ａを形成する（図１２（Ｉ））。
その後、レジストパターンを硫酸洗浄などにより剥離する（図１２（Ｊ））。 Next, a resist 415 is coated on the bonding surface 411a of the silicon substrate 411 that is bonded to the cavity plate 2, and a portion 415a that serves as a gas introduction path when dry-etching the tapered portion 41b is formed from the resist 415. After removing, the resist 415 is patterned (FIG. 12H).
Then, using the resist pattern as a mask, the SiO 2 film 414 is dry-etched with an RIE dry etching apparatus to form an opening 414a in the SiO 2 film 414 (FIG. 12 (I)).
Thereafter, the resist pattern is removed by washing with sulfuric acid or the like (FIG. 12J).

図１３は、図１２の（Ｊ）工程及びそれ以降の工程を示す図で、ノズル孔部分のみを拡大して示している。
ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ2膜４１４をエッチングマスクとしてテーパ状にドライエッチングし、テーパ状部分４１ｂを形成する（図１３（Ｋ））。この場合のエッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ8などの側面のエッチングが進行しないように側面を保護する保護膜を生成するガス（第１のガス）と、ＳＦ6などのシリコン基板４１１のエッチングを促進するガス（第２のガス）と、有機物（ここでは保護膜）を除去するＯ2などのガス（第３のガス）を混合して導入する。これにより、ＳｉＯ2膜４１４の開口４１４ａを起点としたテーパ状のドライエッチングが可能となる。本例では、ＳＦ6とＣ4Ｆ8とＯ2とをそれぞれ毎分２０、４０、５０ｃｃずつ導入して、テーパ角７５度、深さ１４μｍのテーパ状部分４１ｂを形成している。ここで、噴射口部分４１ａの側面及び底面にはエッチング保護膜としてのＳｉＯ2 膜４１４が形成されているため、この（Ｋ）のエッチング工程の際に噴射口部分４１ａにエッチングガスの影響が及ぶことはなく、噴射口部分４１ａの形状を維持することが可能となっている。
その後、噴射口部分４１ａの側面及び底面とシリコン基板４１１の表面に残るＳｉＯ2膜４１４をフッ酸水溶液で除去する（図１３（Ｌ））。 FIG. 13 is a diagram showing step (J) in FIG. 12 and subsequent steps, and shows only the nozzle hole portion in an enlarged manner.
An ICP dry etching apparatus is used to dry-etch in a tapered shape using the SiO 2 film 414 as an etching mask to form a tapered portion 41b (FIG. 13K). As an etching gas in this case, for example, a gas (first gas) that forms a protective film for protecting the side surface such that etching of the side surface such as C 4 F 8 does not proceed, and etching of the silicon substrate 411 such as SF 6 are performed. A gas (second gas) that promotes gas and a gas (third gas) such as O 2 that removes organic substances (here, a protective film) are mixed and introduced. As a result, tapered dry etching starting from the opening 414a of the SiO 2 film 414 becomes possible. In this example, SF 6 , C 4 F 8 and O 2 are introduced at 20, 40 and 50 cc per minute, respectively, to form a tapered portion 41b having a taper angle of 75 degrees and a depth of 14 μm. Here, since the SiO 2 film 414 as an etching protective film is formed on the side surface and the bottom surface of the injection port portion 41a, the etching port portion 41a is affected by the etching gas during the etching step (K). There is no such thing, and it is possible to maintain the shape of the injection port portion 41a.
Thereafter, the SiO 2 film 414 remaining on the side surface and bottom surface of the injection port portion 41a and the surface of the silicon substrate 411 is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution (FIG. 13L).

そして、シリコン基板４１１を熱酸化装置にセットし、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を行い、ＩＣＰドライエッチング装置で加工した噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの側面及び底面を含むシリコン基板４１１の表面全体に膜厚０．１μｍのＳｉＯ2膜４１６を均一に成膜する（図１４（Ｍ））。
次に、透明材料（ガラス等）の支持基板５００に、紫外線または熱などの刺激で容易に接着力が低下する自己剥離層６０１を持った両面テープ６００を張り合わせる（図１４（Ｎ））。具体的には、支持基板５００に張り合わせた両面テープ６００の自己剥離層６０１の面と、シリコン基板４１１の接合面４１１ａとを向かい合わせ、真空中で貼り合せる。これにより接着界面に気泡が残らないきれいな接着が可能になる。この接着の際に接着界面に気泡が残ると、次の（Ｏ）の研削加工で薄板化されるシリコン基板４１１の板厚がばらつく原因となる。 Then, the silicon substrate 411 is set in a thermal oxidation apparatus, an oxidation temperature of 1000 ° C., an oxidation time of 2 hours, thermal oxidation treatment is performed under conditions in an oxygen atmosphere, and an injection port portion 41a and a tapered portion processed by an ICP dry etching apparatus A SiO 2 film 416 having a thickness of 0.1 μm is uniformly formed on the entire surface of the silicon substrate 411 including the side surface and the bottom surface of 41b (FIG. 14M).
Next, a double-sided tape 600 having a self-peeling layer 601 whose adhesion is easily reduced by stimulation with ultraviolet rays or heat is attached to a support substrate 500 made of a transparent material (glass or the like) (FIG. 14N). Specifically, the surface of the self-peeling layer 601 of the double-sided tape 600 bonded to the support substrate 500 and the bonding surface 411a of the silicon substrate 411 face each other and are bonded in a vacuum. As a result, clean adhesion without bubbles remaining at the bonding interface becomes possible. If bubbles remain at the bonding interface during the bonding, the thickness of the silicon substrate 411 to be thinned by the next grinding process (O) may cause variations.

そして、シリコン基板４１１の吐出面側からバックグラインダーで研削加工を行い、噴射口部分４１ａの先端部４１ｃが開口するまでシリコン基板４１１を薄くする（図１４（Ｏ））。この薄板化の方法としては、他にポリッシャー、ＣＭＰ装置による方法がある。これらの加工方法を用いた場合、研磨剤のカス等がノズル孔４１内に残るため、ノズル孔４１内の研磨材の水洗除去工程などで噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの内壁は洗浄される。また、これらの方法以外に、ドライエッチングによりシリコン基板４１１を薄板化するようにしてもよい。すなわち、例えばＳＦ6をエッチングガスとするドライエッチングにより、噴射口部分４１ａの先端部４１ｃのＳｉＯ2膜４１６が露呈するまでシリコン基板４１１を薄くし、そして、その先端部４１ｃのＳｉＯ2膜４１６をＣＦ4又はＣＨＦ3等のエッチングガスとするドライエッチングで除去するようにしてもよい。 Then, grinding is performed with a back grinder from the discharge surface side of the silicon substrate 411, and the silicon substrate 411 is thinned until the tip end portion 41c of the injection port portion 41a is opened (FIG. 14 (O)). Other thinning methods include a method using a polisher and a CMP apparatus. When these processing methods are used, abrasive residue or the like remains in the nozzle hole 41, so that the inner walls of the injection port portion 41a and the tapered portion 41b are washed in the water removal removal process of the abrasive in the nozzle hole 41. The In addition to these methods, the silicon substrate 411 may be thinned by dry etching. That is, for example, by dry etching using SF 6 as an etching gas, the silicon substrate 411 is thinned until the SiO 2 film 416 at the tip portion 41c of the injection port portion 41a is exposed, and the SiO 2 film 416 at the tip portion 41c is then thinned. It may be removed by dry etching using an etching gas such as CF 4 or CHF 3 .

次に、オゾンを溶存させた洗浄水にシリコン基板４１１を１０分間浸し、吐出面４１１ａに膜厚２ｎｍの酸化膜４１７を形成する（図１４（Ｐ））。このとき、ノズル孔４１内に入り込んだ自己剥離層６０１の一部も除去される。また、シリコン基板４１１の表面が洗浄され、異物、汚れの付着が無くなり、これにより、次の工程で形成される撥インク膜の均一なコーティングが可能となる。
続いて、シリコン基板４１１の吐出面４１１ａに撥インク処理を施す（図１４（Ｑ））。すなわち、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、撥インク層４１８を形成する。このとき、噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの内壁も撥インク処理される。
次に支持基板５００を剥離する。すなわち、先ず、吐出面４１１ａにダイシングテープ７００をサポートテープとして貼り付ける（図１５（Ｒ））。 Next, the silicon substrate 411 is immersed in cleaning water in which ozone is dissolved for 10 minutes to form an oxide film 417 having a thickness of 2 nm on the discharge surface 411a (FIG. 14P). At this time, a part of the self-peeling layer 601 that has entered the nozzle hole 41 is also removed. In addition, the surface of the silicon substrate 411 is cleaned, and foreign matter and dirt are not attached. This makes it possible to uniformly coat the ink repellent film formed in the next step.
Subsequently, an ink repellent process is performed on the ejection surface 411a of the silicon substrate 411 (FIG. 14 (Q)). That is, an ink repellent material containing F atoms is formed by vapor deposition or dipping to form the ink repellent layer 418. At this time, the inner walls of the ejection port portion 41a and the tapered portion 41b are also subjected to ink repellent treatment.
Next, the support substrate 500 is peeled off. That is, first, the dicing tape 700 is attached as a support tape to the discharge surface 411a (FIG. 15R).

そして、支持基板５００側からＵＶ光を照射し両面テープ６００の自己剥離層６０１をシリコン基板４１１から剥離する（図１５（Ｓ））。
次に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板４１１の噴射口部分４１ａ及びテーパ状部分４１ｂの内壁に余分に形成された撥インク層４１８を除去する（図１５（Ｔ））。
シリコン基板４１１においてダイシングテープ７００を貼り付けている面とは反対側の面４１１ｂを真空ポンプに連通した吸着治具８００に吸着固定し、その状態でダイシングテープ７００を剥離する（図１６（Ｕ））。
最後に、吸着治具８００の吸着固定を解除し、ノズルプレート４００が完成する（図１６（Ｖ））。なお、図示省略したが、シリコン基板４１１にはノズル孔４１を形成するのと同時にノズルプレート外輪となる部分に貫通溝を形成するようにしており、吸着治具８００を取り外す段階でノズルプレート４００が個片に分割されるようになっている。 Then, UV light is irradiated from the support substrate 500 side, and the self-peeling layer 601 of the double-sided tape 600 is peeled from the silicon substrate 411 (FIG. 15S).
Then removed Ar sputtering or 0 2 plasma treatment ink-repellent layer 418 extra formed on the inner wall of the injection port portion 41a and a tapered portion 41b of the silicon substrate 411 (Fig. 15 (T)).
A surface 411b of the silicon substrate 411 opposite to the surface to which the dicing tape 700 is attached is adsorbed and fixed to an adsorbing jig 800 connected to a vacuum pump, and the dicing tape 700 is peeled in this state (FIG. 16U). ).
Finally, the suction fixing of the suction jig 800 is released, and the nozzle plate 400 is completed (FIG. 16 (V)). Although not shown, a through groove is formed in the silicon substrate 411 at the same time as the nozzle hole 41 is formed in the nozzle plate outer ring, and the nozzle plate 400 is removed when the suction jig 800 is removed. It is designed to be divided into pieces.

また、別の実施例として上記（Ｋ）の工程のガス導入量を、ＳＦ6、Ｃ4Ｆ8、Ｏ2をそれぞれ毎分２０、４０、７０ｃｃずつとなるようにしたところ、テーパ角６５度、深さ１３μｍのテーパ状部分４１ｂが形成できた。 As another example, when the gas introduction amount in the step (K) is such that SF 6 , C 4 F 8 , and O 2 are 20, 40, and 70 cc per minute, respectively, the taper angle is 65 degrees. A tapered portion 41b having a depth of 13 μm could be formed.

このように本実施の形態２のノズルプレート４００の製造方法によれば、異方性ウェットエッチングに依ることなくドライエッチングでテーパ状部分４１ｂを形成するため、ノズル密度を高密度とすることが可能である。また、ノズル孔全体をドライエッチングで形成するため、噴射口部分４１ａとテーパ状部分４１ｂとの境界部分をなめらかに連続した形状とすることができ、気泡排出性が良く、安定した吐出特性を有するインクジェットヘッドを形成することができる。また、テーパ状部分４１ｂを形成する際のエッチング工程では、噴射口部分４１ａの側面及び底面をエッチング保護膜としてのＳｉＯ2膜４１４で保護するため、噴射口部分４１ａの孔径にエッチングガスの影響が及ぶのを防止でき、噴射口部分４１ａの孔径精度を維持することができる。 As described above, according to the manufacturing method of the nozzle plate 400 of the second embodiment, since the tapered portion 41b is formed by dry etching without depending on anisotropic wet etching, the nozzle density can be increased. It is. In addition, since the entire nozzle hole is formed by dry etching, the boundary portion between the injection port portion 41a and the tapered portion 41b can be formed into a smooth and continuous shape, has good bubble discharge properties, and has stable discharge characteristics. An ink jet head can be formed. Further, in the etching process when forming the tapered portion 41b, the side surface and the bottom surface of the injection port portion 41a are protected by the SiO 2 film 414 as an etching protection film, and therefore the influence of the etching gas on the hole diameter of the injection port portion 41a. It is possible to prevent this, and the hole diameter accuracy of the injection port portion 41a can be maintained.

また、ノズル孔４１の先端側の孔形状を円筒形状としたので、ノズルプレート４００となるシリコン基板４１１を研削してノズル孔４１の先端部４１ｃを開口する際に、その研削量が所定量よりも多少ずれたとしても、吐出性能に非常に関わるノズル孔径は変化しないため、歩留まり良く製造することが可能となり、すなわち低コストで製造することが可能となる。   Further, since the hole shape on the tip side of the nozzle hole 41 is a cylindrical shape, when the silicon substrate 411 serving as the nozzle plate 400 is ground to open the tip portion 41c of the nozzle hole 41, the grinding amount is larger than a predetermined amount. Even if there is a slight deviation, the nozzle hole diameter, which is very much related to the discharge performance, does not change, so that it is possible to manufacture with a high yield, that is, it is possible to manufacture at a low cost.

また、ノズル孔４１をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）放電によるドライエッチングで形成することにより、短時間で高精度に形成することができる。   Further, by forming the nozzle hole 41 by dry etching using ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge, it can be formed with high accuracy in a short time.

上記の各実施の形態では、インクジェットヘッドおよびそのノズルプレート、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、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。   In each of the above embodiments, the ink jet head, the nozzle plate thereof, and the manufacturing method thereof have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention. Can be changed. For example, by changing the liquid material ejected from the nozzle holes, in addition to inkjet printers, the production of color filters for liquid crystal displays, the formation of light-emitting portions of organic EL display devices, the microarray of biomolecule solutions used for genetic testing, etc. It can be used as a droplet discharge device for various uses such as manufacture of

実施の形態１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。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of the inkjet head according to the first embodiment. 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。FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head showing a schematic configuration of the right half of FIG. 1. 図２のインクジェットヘッドの上面図。FIG. 3 is a top view of the inkjet head of FIG. 2. ノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process which shows the manufacturing method of a nozzle plate. 図４に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図５に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図６に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. キャビティプレートおよび電極基板の製造方法を示す製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process which shows the manufacturing method of a cavity plate and an electrode substrate. 図８に続く製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 実施の形態２に係るインクジェットヘッドの断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of an inkjet head according to a second embodiment. 図１０のノズルプレートの製造方法を示す製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process which shows the manufacturing method of the nozzle plate of FIG. 図１１に続くノズルプレートの製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle plate following FIG. 図１２に続くノズルプレートの製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle plate following FIG. 図１３に続くノズルプレートの製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle plate following FIG. 図１４に続くノズルプレートの製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the nozzle plate following FIG. 図１５に続くノズルプレートの製造工程の断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view of the nozzle plate manufacturing process following FIG. 15.

符号の説明Explanation of symbols

１ 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 噴射口部分、１１ｂ 導入口部分、１１ｃ 境界部、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、１００ シリコン基板、１０１ ＳｉＯ2膜、１０２ レジスト、１０６ レジスト、１０７ 凹部、１０８ 凹部、１０９ 庇部、１１０ ＳｉＯ2膜、１１２ インク吐出面、２００ シリコン基板、３００ ガラス基板、４１１ シリコン基板、４１２ ＳｉＯ2 膜、４１４ ＳｉＯ2膜、４１４ａ 開口。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate, 2 Cavity plate, 3 Electrode board | substrate, 4 Drive control circuit, 10 Inkjet head, 11 Nozzle hole, 11a Ejection port part, 11b Introduction port part, 11c Boundary part, 12 Recessed part, 13 Orifice, 14 Diaphragm part, 21 Discharge chamber, 22 Diaphragm, 23 Reservoir, 24 Recessed part, 25 Recessed part, 26 Insulating film, 27 Sealing material, 28 Common electrode, 29 Electrode extracting part, 31 Individual electrode, 31a Lead part, 31b Terminal part, 32 Recessed part, 34 Ink supply hole, 100 silicon substrate, 101 SiO 2 film, 102 resist, 106 resist, 107 recess, 108 recess, 109 collar, 110 SiO 2 film, 112 ink ejection surface, 200 silicon substrate, 300 glass substrate, 411 silicon substrate 412 SiO 2 film, 414 SiO 2 film, 414a opening .

Claims (4)

液滴を吐出するためのノズル孔が、基板面に対して垂直な筒状で吐出方向の先端側となる噴射口部分と、該噴射口部分から吐出方向の後端側に向けてノズル断面積が漸増しているテーパ状部分とを有し、前記ノズル孔を、シリコン基板をエッチングすることにより形成するノズルプレートの製造方法であって、
前記シリコン基板の一方の面にドライエッチングを施して前記噴射口部分を形成する工程と、
少なくとも前記一方の面と前記噴射口部分の側面及び底面とにエッチング保護膜を形成する工程と、
前記エッチング保護膜のうち、前記噴射口部分の周囲部分を、前記噴射口部分の孔径よりも大きく除去して開口を形成する工程と、
前記開口が形成された前記エッチング保護膜を有する前記シリコン基板にドライエッチングを施し、前記テーパ状部分を形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記一方の面とは反対側の面側から前記噴射口部分の先端部が開口するまで薄板化する工程と
を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。 The nozzle hole for discharging the droplet is a cylindrical portion perpendicular to the substrate surface and is the tip side in the discharge direction, and the cross-sectional area of the nozzle from the nozzle portion toward the rear end side in the discharge direction Wherein the nozzle hole is formed by etching a silicon substrate, and the nozzle hole is formed by etching a silicon substrate,
Applying dry etching to one surface of the silicon substrate to form the injection port portion;
Forming an etching protective film on at least the one surface and the side surface and bottom surface of the injection port portion;
Of the etching protective film, the step of forming the opening by removing the peripheral portion of the spray port portion larger than the hole diameter of the spray port portion;
Performing dry etching on the silicon substrate having the etching protective film in which the opening is formed, and forming the tapered portion;
And a step of thinning the silicon substrate from the surface opposite to the one surface until the tip of the injection port portion is opened. 前記テーパ状部分を形成するドライエッチングは、前記テーパ状部分の側面方向のエッチングを抑制して該側面を保護するための保護膜を形成するための第１のガスと、前記テーパ状部分の深さ方向のエッチングを促進するための第２のガスと、前記保護膜をエッチングしてテーパー角を調整するための第３のガスとを導入することにより行うことを特徴とする請求項１記載のノズルプレートの製造方法。   In the dry etching for forming the tapered portion, the first gas for forming a protective film for protecting the side surface by suppressing the etching in the side surface direction of the tapered portion, and the depth of the tapered portion. 2. The method according to claim 1, wherein the second gas for promoting lateral etching and the third gas for adjusting the taper angle by etching the protective film are introduced. Manufacturing method of nozzle plate. 前記ドライエッチングは、ＩＣＰ放電によるドライエッチングであることを特徴とする請求項１又は２記載のノズルプレートの製造方法。   3. The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1, wherein the dry etching is dry etching by ICP discharge. 請求項１乃至３のいず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。   A method for manufacturing a droplet discharge head, wherein the droplet discharge head is manufactured using the method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1.
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