JP6780466B2 - Nozzle plate manufacturing method and inkjet head manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、ノズルプレートの製造方法と、その製造方法を用いたインクジェットヘッドの製造方法とに関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle plate and a method for manufacturing an inkjet head using the manufacturing method.

従来、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドの吐出精度を向上させるため、テーパー形状のノズルの出口付近のみをストレートに加工するノズルプレートが提案されている。ノズルにストレート部を形成することにより、ノズルの加工時における孔径の寸法精度が安定するため、各ノズルにおけるインク吐出量を一定に保つ効果が期待できる。 Conventionally, in order to improve the ejection accuracy of an inkjet head that ejects ink from a nozzle, a nozzle plate that processes only the vicinity of the outlet of a tapered nozzle to be straight has been proposed. By forming the straight portion on the nozzle, the dimensional accuracy of the hole diameter at the time of processing the nozzle is stabilized, so that the effect of keeping the ink ejection amount in each nozzle constant can be expected.

このようなノズルプレートの製造方法は、例えば特許文献1および2に開示されている。特許文献1の製造方法では、図16に示すように、まず、シリコン基板101の一方の面の表層部に高濃度の硼素を注入して硼素層102を形成する。続いて、シリコン基板101に対して硼素層102が形成されていない面にマスク層103を形成してパターニングを行い、パターニングされたマスク層103側からウェットエッチングを行うことにより、シリコン基板101にテーパー部104aを形成する。このとき、硼素層102はエッチングストッパー層として機能し、エッチングされない。テーパー部104aのエッチングが完了し、マスク層103を除去した後、高濃度の硼素層102上にマスク層105を形成してパターニングを行う。そして、硼素層102に対してマスク層105側から、つまり、ウェットエッチングを行った側(テーパー部104aの形成側)とは反対側からドライエッチングを行うことにより、硼素層102にストレート部104bを形成する。最後に、マスク層105を除去することにより、テーパー部104aとストレート部104bとが連通したノズル104を有するノズルプレート100が完成する。 Methods for manufacturing such nozzle plates are disclosed, for example, in Patent Documents 1 and 2. In the manufacturing method of Patent Document 1, as shown in FIG. 16, first, a high concentration of boron is injected into the surface layer portion of one surface of the silicon substrate 101 to form the boron layer 102. Subsequently, the mask layer 103 is formed on the surface on which the boron layer 102 is not formed on the silicon substrate 101 to perform patterning, and wet etching is performed from the patterned mask layer 103 side to taper the silicon substrate 101. Part 104a is formed. At this time, the boron layer 102 functions as an etching stopper layer and is not etched. After the etching of the tapered portion 104a is completed and the mask layer 103 is removed, the mask layer 105 is formed on the high-concentration boron layer 102 to perform patterning. Then, the straight portion 104b is attached to the boron layer 102 by performing dry etching on the boron layer 102 from the mask layer 105 side, that is, from the side opposite to the side where the wet etching is performed (the side where the tapered portion 104a is formed). Form. Finally, by removing the mask layer 105, the nozzle plate 100 having the nozzle 104 in which the tapered portion 104a and the straight portion 104b communicate with each other is completed.

一方、特許文献2の製造方法では、図17に示すように、まず、シリコン基板201の一方の面にエッチングストッパー層(例えばシリコン酸化物層)202を形成する。続いて、シリコン基板201の他方の面にマスク層203を形成してパターニングを行い、パターニングされたマスク層203側からシリコン基板201に対してドライエッチングを行うことにより、シリコン基板201にテーパー部204aを形成する。その後、同じマスク層203を使用し、マスク層203側からエッチングストッパー層202に対してドライエッチングを行うことにより、エッチングストッパー層202にストレート部204bを形成する。最後に、マスク層203を剥離することにより、テーパー部204aとストレート部204bとが連通したノズル204を有するノズルプレート200が完成する。 On the other hand, in the manufacturing method of Patent Document 2, as shown in FIG. 17, first, an etching stopper layer (for example, a silicon oxide layer) 202 is formed on one surface of the silicon substrate 201. Subsequently, a mask layer 203 is formed on the other surface of the silicon substrate 201 to perform patterning, and dry etching is performed on the silicon substrate 201 from the patterned mask layer 203 side, whereby the tapered portion 204a is formed on the silicon substrate 201. To form. After that, the same mask layer 203 is used, and the etching stopper layer 202 is dry-etched from the mask layer 203 side to form a straight portion 204b on the etching stopper layer 202. Finally, by peeling off the mask layer 203, the nozzle plate 200 having the nozzle 204 in which the tapered portion 204a and the straight portion 204b communicate with each other is completed.

特許第3269618号公報(請求項10、段落〔0033〕〜〔0039〕、図3等参照)Japanese Patent No. 3269618 (see claim 10, paragraphs [0033] to [0039], FIG. 3, etc.) 特許第4706850号公報(請求項1、段落〔0024〕〜〔0030〕、図1等参照)Japanese Patent No. 4706850 (see claim 1, paragraphs [0024] to [0030], FIG. 1, etc.)

ところが、特許文献1の製造方法では、ノズル104のテーパー部104aとストレート部104bとは、シリコン基板101に対して互いに反対側からのエッチングによって形成されるため、テーパー部104aとストレート部104bとで孔の中心位置がずれやすくなり、これらを良好な位置精度で形成することができない。テーパー部104aおよびストレート部104bの位置ずれはインクの吐出特性に影響し、上記位置ずれが大きいと、インクの吐出方向が曲がるため、吐出特性が低下する。 However, in the manufacturing method of Patent Document 1, since the tapered portion 104a and the straight portion 104b of the nozzle 104 are formed by etching from opposite sides to the silicon substrate 101, the tapered portion 104a and the straight portion 104b are formed. The center positions of the holes tend to shift, and these cannot be formed with good position accuracy. The misalignment of the tapered portion 104a and the straight portion 104b affects the ink ejection characteristics, and if the misalignment is large, the ink ejection direction is bent and the ejection characteristics are deteriorated.

これに対して、特許文献2の製造方法では、シリコン基板201に対して同じ面側(マスク層203側)からの加工によってシリコン基板201にテーパー部204aおよびストレート部204bを形成するため、テーパー部204aおよびストレート部204bの位置ずれは抑えられる。しかし、テーパー部204aの加工時とストレート部204bの加工時とで同じマスク層203を使用しているため、ストレート部204bの加工精度の悪化が新たな問題として生じる。 On the other hand, in the manufacturing method of Patent Document 2, since the tapered portion 204a and the straight portion 204b are formed on the silicon substrate 201 by processing from the same surface side (mask layer 203 side) with respect to the silicon substrate 201, the tapered portion The misalignment of the 204a and the straight portion 204b can be suppressed. However, since the same mask layer 203 is used when the tapered portion 204a is processed and when the straight portion 204b is processed, deterioration of the processing accuracy of the straight portion 204b occurs as a new problem.

すなわち、テーパー部204aの加工時には、パターニングされたマスク層203のエッジ部203aも多少はエッチングされて、エッジ部203aが後退する。このため、次工程でマスク層203を使用してストレート部204bを形成する際に、ストレート部204bを所望の形状で形成することが困難となる。また、一般的に、マスク層を用いた加工対象の加工において、加工精度を高めるためには、マスク層を加工対象に密着させる必要がある。しかし、特許文献2の製造方法では、パターニングされたマスク層203は、ストレート部204bの加工対象であるエッチングストッパー層202と、シリコン基板201の厚み分だけ距離が離れており、密着していない。このため、エッチングストッパー層202に対する加工精度が悪化し、ストレート部204bを精度よく加工することが困難となる。ストレート部204bの加工精度が悪化すると、各ノズル204間でのストレート部204bの孔径のばらつきが大きくなり、各ノズル204間でインクの吐出量がばらつくことになる。 That is, when the tapered portion 204a is processed, the edge portion 203a of the patterned mask layer 203 is also slightly etched, and the edge portion 203a recedes. Therefore, when the straight portion 204b is formed by using the mask layer 203 in the next step, it becomes difficult to form the straight portion 204b in a desired shape. Further, in general, in processing a processing target using a mask layer, it is necessary to bring the mask layer into close contact with the processing target in order to improve the processing accuracy. However, in the manufacturing method of Patent Document 2, the patterned mask layer 203 is separated from the etching stopper layer 202, which is the processing target of the straight portion 204b, by the thickness of the silicon substrate 201, and is not in close contact with the mask layer 203. Therefore, the processing accuracy of the etching stopper layer 202 deteriorates, and it becomes difficult to process the straight portion 204b with high accuracy. If the processing accuracy of the straight portion 204b deteriorates, the hole diameter of the straight portion 204b will vary widely among the nozzles 204, and the amount of ink ejected will vary among the nozzles 204.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ノズルのテーパー部およびストレート部の位置精度およびストレート部の加工精度を両方とも向上させることができるノズルプレートの製造方法と、その製造方法を含むインクジェットヘッドの製造方法とを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to improve both the positional accuracy of the tapered portion and the straight portion of the nozzle and the machining accuracy of the straight portion. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a manufacturing method of an inkjet head including the manufacturing method.

本発明の一側面に係るノズルプレートの製造方法は、ノズル形成用基板の一方の表面上に、第1の開口部を有する第1のマスクパターンを形成する第1パターン形成工程と、前記第1のマスクパターンの前記第1の開口部よりも開口径の小さい第2の開口部を有し、前記第1の開口部の内側に前記第2の開口部が位置するように、前記第1のマスクパターンのマスク材を覆う第2のマスクパターンを形成する第2パターン形成工程と、前記第2のマスクパターンの前記第2の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側からドライエッチングすることにより、前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向に進むにつれて開口幅が広がる逆テーパー形状のテーパー部を前記ノズル形成用基板に形成するテーパー部形成工程と、前記テーパー部の形成後、前記第2のマスクパターンを除去して、前記第1のマスクパターンを露出させる第2パターン除去工程と、露出した前記第1のマスクパターンの前記第1の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向にストレートにドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通するストレート部を前記ノズル形成用基板に形成するストレート部形成工程とを含む。 The method for manufacturing a nozzle plate according to one aspect of the present invention includes a first pattern forming step of forming a first mask pattern having a first opening on one surface of a nozzle forming substrate, and the first pattern forming step. The first opening has a second opening having an opening diameter smaller than that of the first opening of the mask pattern of the above, and the second opening is located inside the first opening. The nozzle forming substrate is placed on the one surface side of the nozzle forming substrate through the second pattern forming step of forming the second mask pattern covering the mask material of the mask pattern and the second opening of the second mask pattern. A taper portion forming step of forming a tapered portion having a reverse taper shape in which the opening width increases as the nozzle forming substrate advances from one surface side in the thickness direction of the nozzle forming substrate by dry etching from the nozzle forming substrate. After forming the tapered portion, the second pattern removing step of removing the second mask pattern to expose the first mask pattern and the first opening of the exposed first mask pattern are formed. By dry-etching the nozzle-forming substrate straight from one surface side in the thickness direction of the nozzle-forming substrate, a straight portion communicating with the tapered portion is formed on the nozzle-forming substrate. Includes a straight portion forming step.

前記テーパー部形成工程では、前記第2の開口部の内側を介して露出する前記ノズル形成用基板の面を覆うように保護膜を形成する工程(a)と、前記保護膜を、前記ノズル形成用基板の厚さ方向への異方性エッチングによって選択的に除去する工程(b)と、前記保護膜の選択的な除去によって露出する前記ノズル形成用基板を等方性エッチングする工程(c)とを繰り返して行うとともに、前記工程(a)から前記工程(c)の繰り返しごとに、前記工程(c)のエッチング条件を変更することにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成してもよい。 In the taper portion forming step, a step (a) of forming a protective film so as to cover the surface of the nozzle forming substrate exposed through the inside of the second opening, and a step (a) of forming the protective film on the nozzle. A step (b) of selectively removing the substrate by anisotropic etching in the thickness direction of the substrate and a step (c) of isotropic etching of the substrate for forming a nozzle exposed by the selective removal of the protective film. By repeating the above steps and changing the etching conditions of the step (c) for each repetition of the steps (a) to (c), the tapered portion is formed on the nozzle forming substrate. May be good.

前記テーパー部形成工程では、前記工程(a)から前記工程(c)の繰り返しごとに、前記工程(c)でのエッチング時間を長くすることにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成してもよい。 In the taper portion forming step, the tapered portion is formed on the nozzle forming substrate by lengthening the etching time in the step (c) each time the steps (a) to (c) are repeated. You may.

前記第1パターン形成工程は、前記ノズル形成用基板の前記一方の表面全体に、前記マスク材を形成する工程と、前記マスク材上に、前記第1の開口部に対応する開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記マスク材をパターニングすることにより、前記第1の開口部を有する前記第1のマスクパターンを形成する工程とを含んでいてもよい。 The first pattern forming step is a step of forming the mask material on the entire surface of the one surface of the nozzle forming substrate, and a resist having an opening corresponding to the first opening on the mask material. A step of forming the pattern and a step of forming the first mask pattern having the first opening by patterning the mask material using the resist pattern as a mask may be included.

前記第1のマスク材は、酸化シリコン膜であってもよい。 The first mask material may be a silicon oxide film.

前記第1のマスクパターンの前記マスク材を、第1のマスク材としたとき、前記第2パターン形成工程は、前記第1のマスクパターンにおける前記第1の開口部の内側および前記第1のマスク材上に、前記第1のマスク材とは材質の異なる第2のマスク材を塗布する工程と、前記第1の開口部の内側に塗布された前記第2のマスク材の一部を除去することにより、前記第1の開口部の内側に前記第2の開口部を有する前記第2のマスクパターンを、前記第1のマスク材を覆うように形成する工程とを含んでいてもよい。 When the mask material of the first mask pattern is used as the first mask material, the second pattern forming step is performed on the inside of the first opening in the first mask pattern and the first mask. A step of applying a second mask material different from the first mask material on the material, and removing a part of the second mask material applied to the inside of the first opening. Thereby, the step of forming the second mask pattern having the second opening inside the first opening so as to cover the first mask material may be included.

前記ノズル形成用基板の厚み方向に垂直な面内で、前記第1の開口部の開口中心と前記第2の開口部の開口中心とは一致していることが望ましい。 It is desirable that the opening center of the first opening and the opening center of the second opening coincide with each other in a plane perpendicular to the thickness direction of the nozzle forming substrate.

前記第2のマスク材は、感光性樹脂であってもよい。 The second mask material may be a photosensitive resin.

前記第1パターン形成工程は、前記ノズル形成用基板の他方の表面上に、エッチングストッパー層を形成する工程を含んでいてもよい。 The first pattern forming step may include a step of forming an etching stopper layer on the other surface of the nozzle forming substrate.

前記ノズル形成用基板は、酸化膜を介して2枚のシリコン基板を接合したSOI基板であり、前記テーパー部形成工程では、前記ノズル形成基板の一方のシリコン基板に前記テーパー部を形成し、前記ストレート部形成工程では、前記ノズル形成基板の前記一方のシリコン基板に前記ストレート部を形成し、該製造方法は、前記ストレート部形成工程の後、前記他方のシリコン基板および前記酸化膜を、前記一方のシリコン基板とは反対側からドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通する連通路部を前記ノズル形成用基板に形成する連通路部形成工程をさらに含んでいてもよい。 The nozzle-forming substrate is an SOI substrate in which two silicon substrates are bonded via an oxide film, and in the taper portion forming step, the tapered portion is formed on one silicon substrate of the nozzle-forming substrate, and the tapered portion is formed. In the straight portion forming step, the straight portion is formed on the one silicon substrate of the nozzle forming substrate, and in the manufacturing method, after the straight portion forming step, the other silicon substrate and the oxide film are formed on the one. A step of forming a communication passage portion for forming a communication passage portion communicating with the tapered portion on the nozzle forming substrate by dry etching from the side opposite to the silicon substrate of the above may be further included.

前記ストレート部形成工程の後、前記第1のマスクパターンを除去する第1パターン除去工程をさらに含んでいてもよい。 After the straight portion forming step, a first pattern removing step of removing the first mask pattern may be further included.

前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記ストレート部の長さは、10μm以下であることが望ましい。 It is desirable that the length of the straight portion along the thickness direction of the nozzle forming substrate is 10 μm or less.

前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記テーパー部の長さは、10μm以上であることが望ましい。 It is desirable that the length of the tapered portion along the thickness direction of the nozzle forming substrate is 10 μm or more.

本発明の他の側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上述したノズルプレートの製造方法を用いてインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記テーパー部および前記ストレート部を前記ノズル形成用基板に形成して構成されるノズルプレートと、圧電素子を支持するとともに圧力室が形成された基板とを、前記圧力室と前記テーパー部とが連通するように接合する工程を含む。 The method for manufacturing an inkjet head according to another aspect of the present invention is a method for manufacturing an inkjet head using the above-described method for manufacturing a nozzle plate, in which the tapered portion and the straight portion are formed into the nozzle. The step includes joining the nozzle plate formed on the substrate for use and the substrate on which the piezoelectric element is supported and the pressure chamber is formed so that the pressure chamber and the tapered portion communicate with each other.

上記の製造方法によれば、ノズルのテーパー部およびストレート部の位置精度およびストレート部の加工精度を両方とも向上させることができる。 According to the above manufacturing method, both the positional accuracy of the tapered portion and the straight portion of the nozzle and the processing accuracy of the straight portion can be improved.

本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the schematic structure of the inkjet printer which concerns on one Embodiment of this invention. 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドのアクチュエータの概略の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the actuator of the inkjet head included in the said inkjet printer. 図2AにおけるA−A’線矢視断面図である。2A is a cross-sectional view taken along the line AA'in FIG. 2A. 上記インクジェットヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドの製造時の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process flow at the time of manufacturing the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドに適用されるノズルプレートを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which shows the nozzle plate applied to the said inkjet head in an enlarged manner. 上記ノズルプレートの製造時の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow at the time of manufacturing of the said nozzle plate. 上記ノズルプレートの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said nozzle plate. 上記ノズルプレートの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said nozzle plate. 上記ノズルプレートの製造に用いるノズル形成用基板の平面図である。It is a top view of the substrate for forming a nozzle used for manufacturing the said nozzle plate. 上記ノズルプレートの製造工程に含まれるテーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the taper part forming process included in the manufacturing process of the nozzle plate. 上記テーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the said taper part forming process. 上記テーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the said taper part forming process. 上記ノズルプレートの他の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of the said nozzle plate. 図14のノズルプレートの製造時の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow at the time of manufacturing of the nozzle plate of FIG. 特許文献1のノズルプレートの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the nozzle plate of Patent Document 1. FIG. 特許文献2のノズルプレートの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the nozzle plate of Patent Document 2. FIG.

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をA〜Bと表記した場合、その数値範囲に下限Aおよび上限Bの値は含まれるものとする。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, when the numerical range is expressed as A to B, the numerical range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.

〔インクジェットプリンタの構成〕
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェットヘッド部2において、インクジェットヘッド21が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
[Configuration of Inkjet Printer]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the inkjet printer 1 of the present embodiment. The inkjet printer 1 is a so-called line head type inkjet recording device in which the inkjet head 21 is provided in a line shape in the width direction of the recording medium in the inkjet head unit 2.

インクジェットプリンタ1は、上記のインクジェットヘッド部2と、繰り出しロール3と、巻き取りロール4と、2つのバックロール5・5と、中間タンク6と、送液ポンプ7と、貯留タンク8と、定着機構9とを備えている。 The inkjet printer 1 has the above-mentioned inkjet head portion 2, a feeding roll 3, a take-up roll 4, two back rolls 5.5, an intermediate tank 6, a liquid feeding pump 7, a storage tank 8, and fixing. It is equipped with a mechanism 9.

インクジェットヘッド部2は、インクジェットヘッド21から記録媒体Pに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成(描画)を行うものであり、一方のバックロール5の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド21の詳細については後述する。 The inkjet head unit 2 ejects ink from the inkjet head 21 toward the recording medium P to form (draw) an image based on the image data, and is arranged in the vicinity of one of the back rolls 5. The details of the inkjet head 21 will be described later.

繰り出しロール3、巻き取りロール4および各バックロール5は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール3は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Pを、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール3は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Pを図1のX方向へ繰り出して搬送する。 The feeding roll 3, the winding roll 4, and each back roll 5 are members having a cylindrical shape that can rotate around an axis. The feeding roll 3 is a roll in which a long recording medium P wound around the peripheral surface in a number of layers is fed toward a position facing the inkjet head portion 2. The feeding roll 3 is rotated by a driving means (not shown) such as a motor, so that the recording medium P is fed in the X direction of FIG. 1 and conveyed.

巻き取りロール4は、繰り出しロール3より繰り出されて、インクジェットヘッド部2によってインクが吐出された記録媒体Pを周面に巻き取る。 The take-up roll 4 is unwound from the pay-out roll 3 and winds up the recording medium P on which the ink is ejected by the inkjet head unit 2 on the peripheral surface.

各バックロール5は、繰り出しロール3と巻き取りロール4との間に配設されている。記録媒体Pの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール5は、繰り出しロール3によって繰り出された記録媒体Pを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール5は、インクジェットヘッド部2との対向位置から巻き取りロール4に向けて、記録媒体Pを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。 Each back roll 5 is arranged between the feeding roll 3 and the winding roll 4. One of the back rolls 5, which is located on the upstream side in the transport direction of the recording medium P, winds the recording medium P, which is unwound by the feeding roll 3, around a part of the peripheral surface to support the recording medium P, and faces the inkjet head portion 2. Transport towards. The other back roll 5 carries the recording medium P around a part of its peripheral surface while supporting it from a position facing the inkjet head portion 2 toward the take-up roll 4.

中間タンク6は、貯留タンク8より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク6は、複数のインクチューブ10と接続され、各インクジェットヘッド21におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド21にインクを供給する。 The intermediate tank 6 temporarily stores the ink supplied from the storage tank 8. Further, the intermediate tank 6 is connected to a plurality of ink tubes 10 and adjusts the back pressure of the ink in each of the inkjet heads 21 to supply the ink to each of the inkjet heads 21.

送液ポンプ7は、貯留タンク8に貯留されたインクを中間タンク6に供給するものであり、供給管11の途中に配設されている。貯留タンク8に貯留されたインクは、送液ポンプ7によって汲み上げられ、供給管11を介して中間タンク6に供給される。 The liquid feed pump 7 supplies the ink stored in the storage tank 8 to the intermediate tank 6, and is arranged in the middle of the supply pipe 11. The ink stored in the storage tank 8 is pumped up by the liquid feed pump 7 and supplied to the intermediate tank 6 via the supply pipe 11.

定着機構9は、インクジェットヘッド部2によって記録媒体Pに吐出されたインクを当該記録媒体Pに定着させる。この定着機構9は、吐出されたインクを記録媒体Pに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにUV(紫外線)を照射することによりインクを硬化させるためのUVランプ等で構成されている。 The fixing mechanism 9 fixes the ink ejected to the recording medium P by the inkjet head unit 2 to the recording medium P. The fixing mechanism 9 is composed of a heater for heating and fixing the discharged ink to the recording medium P, a UV lamp for curing the discharged ink by irradiating the discharged ink with UV (ultraviolet rays), and the like. There is.

上記の構成において、繰り出しロール3から繰り出される記録媒体Pは、バックロール5により、インクジェットヘッド部2との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部2から記録媒体Pに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Pに吐出されたインクは定着機構9によって定着され、インク定着後の記録媒体Pが巻き取りロール4によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ1では、インクジェットヘッド部2を静止させた状態で、記録媒体Pを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Pに画像が形成される。 In the above configuration, the recording medium P fed out from the feeding roll 3 is conveyed to a position facing the inkjet head unit 2 by the back roll 5, and ink is ejected from the inkjet head unit 2 to the recording medium P. After that, the ink ejected to the recording medium P is fixed by the fixing mechanism 9, and the recording medium P after the ink is fixed is wound up by the take-up roll 4. In this way, in the line head type inkjet printer 1, ink is ejected while conveying the recording medium P while the inkjet head portion 2 is stationary, and an image is formed on the recording medium P.

なお、インクジェットプリンタ1は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。また、記録媒体としては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ(形状)に裁断されたシート状のものを用いてもよい。 The inkjet printer 1 may be configured to form an image on a recording medium by a serial head method. The serial head method is a method in which an image is formed by ejecting ink by moving an inkjet head in a direction orthogonal to the conveying direction while conveying a recording medium. Further, as the recording medium, a sheet-like medium pre-cut to a predetermined size (shape) may be used in addition to the long-shaped one.

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド21の構成について説明する。図2Aは、インクジェットヘッド21のアクチュエータ21a(圧電アクチュエータ)の概略の構成を示す平面図であり、図2Bは、図2AにおけるA−A’線矢視断面図である。インクジェットヘッド21は、基板22上に、熱酸化膜23、下部電極24、圧電薄膜25、上部電極26をこの順で有している。
[Structure of inkjet head]
Next, the configuration of the above-mentioned inkjet head 21 will be described. FIG. 2A is a plan view showing a schematic configuration of an actuator 21a (piezoelectric actuator) of the inkjet head 21, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A. The inkjet head 21 has a thermal oxide film 23, a lower electrode 24, a piezoelectric thin film 25, and an upper electrode 26 on the substrate 22 in this order.

基板22は、厚さが例えば50〜300μm程度の単結晶Si(シリコン)単体からなる半導体基板またはSOI基板で構成されている。なお、図2Bでは、基板22をSOI基板で構成した場合を示している。基板22は、例えば厚さ750μm程度のSi基板またはSOI基板を研磨処理することによって、上記の厚さに調整されている。なお、基板22の厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。基板22には、複数の圧力室22a(開口部)が形成されており、中間タンク6(図1参照)より供給されるインクが、図示しないインク供給路を介して圧力室22aに供給され、そこに収容される。 The substrate 22 is composed of a semiconductor substrate or an SOI substrate made of a single crystal Si (silicon) element having a thickness of, for example, about 50 to 300 μm. Note that FIG. 2B shows a case where the substrate 22 is composed of an SOI substrate. The substrate 22 is adjusted to the above thickness by, for example, polishing a Si substrate or an SOI substrate having a thickness of about 750 μm. The thickness of the substrate 22 may be appropriately adjusted according to the device to be applied. A plurality of pressure chambers 22a (openings) are formed in the substrate 22, and ink supplied from the intermediate tank 6 (see FIG. 1) is supplied to the pressure chamber 22a via an ink supply path (not shown). It is housed there.

SOI基板は、酸化膜を介して2枚のSi基板を接合したものである。基板22における圧力室22aの上壁(圧力室22aよりも圧電薄膜25側に位置する壁)は、従動膜となる振動板22bを構成しており、圧電薄膜25の駆動(伸縮)に伴って変位(振動)し、圧力室22a内のインクに圧力を付与する。なお、圧力室22aが形成される上記の基板22は、後述する圧電素子27を支持する支持基板でもある。 The SOI substrate is formed by joining two Si substrates via an oxide film. The upper wall of the pressure chamber 22a (the wall located closer to the piezoelectric thin film 25 than the pressure chamber 22a) in the substrate 22 constitutes a vibrating plate 22b serving as a driven film, and is accompanied by the drive (expansion and contraction) of the piezoelectric thin film 25. It is displaced (vibrated) and pressure is applied to the ink in the pressure chamber 22a. The substrate 22 on which the pressure chamber 22a is formed is also a support substrate that supports the piezoelectric element 27 described later.

熱酸化膜23は、例えば厚さが0.1μm程度のSiO2(酸化シリコン)からなり、基板22の保護および絶縁の目的で形成されている。 The thermal oxide film 23 is made of SiO 2 (silicon oxide) having a thickness of, for example, about 0.1 μm, and is formed for the purpose of protecting and insulating the substrate 22.

下部電極24は、複数の圧力室22aに共通して設けられるコモン電極であり、Ti(チタン)層とPt(白金)層とを積層して構成されている。Ti層は、熱酸化膜23とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1μm程度である。なお、Ti層の代わりにTiOx(酸化チタン)からなる層を用いてもよい。 The lower electrode 24 is a common electrode commonly provided in a plurality of pressure chambers 22a, and is configured by laminating a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer. The Ti layer is formed to improve the adhesion between the thermal oxide film 23 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 μm, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 μm. A layer made of TIOx (titanium oxide) may be used instead of the Ti layer.

圧電薄膜25は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの、ペロブスカイト型構造を有する強誘電体薄膜で構成されており、各圧力室22aに対応して設けられている。圧電薄膜25の膜厚は、例えば1μm以上10μm以下とすることができるが、インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータとしては、2μm以上6μm以下であることが、薄膜の構成でインクの吐出を確実に行える観点から望ましい。また、インクジェットヘッドにおいては、圧電薄膜25を構成する圧電材料として、鉛(Pb)を有するもの、つまり、鉛系のペロブスカイト型構造を有する圧電材料が、良好な圧電特性が得られる点で望ましいが、鉛を含まない、いわゆる非鉛の圧電材料(例えばニオブ酸カリウムナトリウム(KNN))で圧電薄膜25が構成されていてもよい。 The piezoelectric thin film 25 is made of a ferroelectric thin film having a perovskite-type structure, such as lead zirconate titanate (PZT), and is provided corresponding to each pressure chamber 22a. The film thickness of the piezoelectric thin film 25 can be, for example, 1 μm or more and 10 μm or less, but as a piezoelectric actuator for an inkjet head, it is 2 μm or more and 6 μm or less from the viewpoint that ink can be reliably ejected in the thin film configuration. Desirable from. Further, in the inkjet head, as the piezoelectric material constituting the piezoelectric thin film 25, a material having lead (Pb), that is, a piezoelectric material having a lead-based perovskite type structure is desirable in that good piezoelectric characteristics can be obtained. The piezoelectric thin film 25 may be made of a lead-free, so-called lead-free piezoelectric material (for example, sodium potassium niobate (KNN)).

上部電極26は、各圧力室22aに対応して設けられる個別電極であり、Ti層とPt層とを積層して構成されている。Ti層は、圧電薄膜25とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1〜0.2μm程度である。上部電極26は、下部電極24との間で圧電薄膜25を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Pt層の代わりに、金(Au)からなる層を形成してもよい。なお、上部電極26は、上部電極引出部と接続されて、圧力室22aの外側の基板22の上方に引き出されているが、上部電極引出部は、本実施形態において本質的なものではないため、図面を簡略化すべく、図2Aおよび図2Bではその図示を省略している。 The upper electrode 26 is an individual electrode provided corresponding to each pressure chamber 22a, and is configured by laminating a Ti layer and a Pt layer. The Ti layer is formed to improve the adhesion between the piezoelectric thin film 25 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 μm, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 to 0.2 μm. The upper electrode 26 is provided so as to sandwich the piezoelectric thin film 25 with the lower electrode 24 from the film thickness direction. A layer made of gold (Au) may be formed instead of the Pt layer. The upper electrode 26 is connected to the upper electrode drawing portion and is pulled out above the substrate 22 outside the pressure chamber 22a, but the upper electrode drawing portion is not essential in the present embodiment. , In order to simplify the drawings, the drawings are omitted in FIGS. 2A and 2B.

下部電極24、圧電薄膜25および上部電極26は、圧力室22a内のインクを外部に吐出させるための圧電素子27を構成している。この圧電素子27は、駆動回路28から下部電極24および上部電極26に印加される電圧(駆動信号)に基づいて駆動される。インクジェットヘッド21は、圧電素子27および圧力室22aを縦横に並べることにより形成される。 The lower electrode 24, the piezoelectric thin film 25, and the upper electrode 26 constitute a piezoelectric element 27 for ejecting ink in the pressure chamber 22a to the outside. The piezoelectric element 27 is driven from the drive circuit 28 based on the voltage (drive signal) applied to the lower electrode 24 and the upper electrode 26. The inkjet head 21 is formed by arranging the piezoelectric element 27 and the pressure chamber 22a vertically and horizontally.

図3は、図2のアクチュエータ21aを備えたインクジェットヘッド21の断面図である。アクチュエータ21aの、圧力室22aが形成された基板22に対して、圧電薄膜25の形成側とは反対側には、ノズルプレート31が接合されている。ノズルプレート31には、圧力室22aに収容されるインクを外部に吐出するためのノズル32が、各圧力室22aに対応して複数形成されている。なお、ノズル32の詳細については後述する。ノズル32は、基板22の圧力室22aと連通している。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet head 21 provided with the actuator 21a of FIG. A nozzle plate 31 is joined to the substrate 22 of the actuator 21a on which the pressure chamber 22a is formed, on the side opposite to the forming side of the piezoelectric thin film 25. A plurality of nozzles 32 for ejecting ink stored in the pressure chamber 22a to the outside are formed on the nozzle plate 31 corresponding to each pressure chamber 22a. The details of the nozzle 32 will be described later. The nozzle 32 communicates with the pressure chamber 22a of the substrate 22.

上記の構成において、駆動回路28から下部電極24および上部電極26に電圧を印加すると、圧電薄膜25が、下部電極24と上部電極26との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向(基板22の面に平行な方向)に伸縮する。そして、圧電薄膜25と振動板22bとの長さの違いにより、振動板22bに曲率が生じ、振動板22bが厚さ方向に変位(湾曲、振動)する。このような振動板22bの変位により、圧力室22a内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室22a内のインクがノズル32からインク滴Dとして外部に吐出される。 In the above configuration, when a voltage is applied from the drive circuit 28 to the lower electrode 24 and the upper electrode 26, the piezoelectric thin film 25 is in a direction perpendicular to the thickness direction (substrate) according to the potential difference between the lower electrode 24 and the upper electrode 26. It expands and contracts in the direction parallel to the surface of 22). Then, due to the difference in length between the piezoelectric thin film 25 and the diaphragm 22b, the diaphragm 22b is curved, and the diaphragm 22b is displaced (curved, vibrated) in the thickness direction. Due to such displacement of the diaphragm 22b, a pressure wave is propagated to the ink in the pressure chamber 22a, and the ink in the pressure chamber 22a is ejected from the nozzle 32 as ink droplets D to the outside.

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッド21の製造方法について以下に説明する。図4は、インクジェットヘッド21の製造時の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、基板準備工程(S1)、熱酸化膜成膜工程(S2)、下部電極形成工程(S3)、圧電薄膜成膜工程(S4)、上部電極形成工程(S5)、圧力室形成工程(S6)、ノズルプレート接合工程(S7)が順に行われることで、インクジェットヘッド21が作製される。以下、各工程の詳細について説明する。図5は、インクジェットヘッド21の製造工程を示す断面図である。
[Manufacturing method of inkjet head]
Next, the method of manufacturing the inkjet head 21 of the present embodiment will be described below. FIG. 4 is a flowchart showing a processing flow at the time of manufacturing the inkjet head 21. In this embodiment, a substrate preparation step (S1), a thermal oxide film forming step (S2), a lower electrode forming step (S3), a piezoelectric thin film forming step (S4), an upper electrode forming step (S5), and a pressure chamber forming The inkjet head 21 is manufactured by sequentially performing the step (S6) and the nozzle plate joining step (S7). The details of each step will be described below. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the inkjet head 21.

(S1;基板準備工程)
まず、基板22を用意する。基板22としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)に多く利用されている結晶シリコン(Si)を用いることができ、ここでは、酸化膜22eを介して2枚のSi基板22c・22dが接合されたSOI構造のものを用いている。
(S1; Substrate preparation process)
First, the substrate 22 is prepared. As the substrate 22, crystalline silicon (Si), which is often used in MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), can be used, and here, two Si substrates 22c and 22d are bonded via an oxide film 22e. The one with SOI structure is used.

(S2;熱酸化膜成膜工程)
基板22を加熱炉に入れ、1500℃程度に所定時間保持して、Si基板22c・22dの表面にSiO2からなる熱酸化膜23a・23bをそれぞれ形成する。
(S2; thermal oxide film film forming process)
The substrate 22 is placed in a heating furnace and held at about 1500 ° C. for a predetermined time to form thermal oxide films 23a and 23b made of SiO 2 on the surfaces of the Si substrates 22c and 22d, respectively.

(S3;下部電極形成工程)
次に、一方の熱酸化膜23a上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極24を形成する。これにより、基板22、熱酸化膜23aおよび下部電極24からなる下地層が形成される。つまり、下部電極24は、上記の下地層において、基板22とは反対側の最表層に位置している。
(S3; lower electrode forming step)
Next, the layers of Ti and Pt are sequentially formed on one of the thermal oxide films 23a by a sputtering method to form the lower electrode 24. As a result, a base layer composed of the substrate 22, the thermal oxide film 23a, and the lower electrode 24 is formed. That is, the lower electrode 24 is located on the outermost layer on the opposite side of the substrate 22 in the above-mentioned base layer.

(S4;圧電薄膜成膜工程)
続いて、下部電極24上に、PZTなどのペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜25を成膜する。より具体的には、基板22を600℃程度に再加熱し、変位膜となるPZTの層25aをスパッタ法で成膜する。次に、層25a上に感光性樹脂35をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂35の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜25の形状を転写する。その後、感光性樹脂35をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層25aの形状を加工し、圧電薄膜25とする。
(S4; Piezoelectric thin film film forming process)
Subsequently, a piezoelectric thin film 25 having a perovskite-type structure such as PZT is formed on the lower electrode 24. More specifically, the substrate 22 is reheated to about 600 ° C., and the PZT layer 25a to be a displacement film is formed by a sputtering method. Next, the photosensitive resin 35 is applied onto the layer 25a by a spin coating method, exposed and etched through a mask to remove unnecessary portions of the photosensitive resin 35, and the shape of the piezoelectric thin film 25 to be formed is transferred. To do. Then, using the photosensitive resin 35 as a mask, the shape of the layer 25a is processed by a reactive ion etching method to obtain a piezoelectric thin film 25.

(S5;上部電極形成工程)
次に、圧電薄膜25を覆うように、下部電極24上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、層26aを形成する。続いて、層26a上に感光性樹脂36をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂36の不要な部分を除去し、形成する上部電極26の形状を転写する。その後、感光性樹脂36をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層26aの形状を加工し、上部電極26を形成する。
(S5; upper electrode forming step)
Next, layers of Ti and Pt are sequentially formed on the lower electrode 24 by a sputtering method so as to cover the piezoelectric thin film 25 to form the layer 26a. Subsequently, the photosensitive resin 36 is applied onto the layer 26a by a spin coating method, and an unnecessary portion of the photosensitive resin 36 is removed by exposure and etching through a mask, and the shape of the upper electrode 26 to be formed is transferred. To do. Then, using the photosensitive resin 36 as a mask, the shape of the layer 26a is processed by a reactive ion etching method to form the upper electrode 26.

(S6;圧力室形成工程)
次に、基板22の裏面(熱酸化膜23b側)に感光性樹脂37をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂37の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室22aの形状を転写する。そして、感光性樹脂37をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板22の除去加工を行い、圧力室22aを形成してアクチュエータ21aとする。
(S6; pressure chamber forming step)
Next, the photosensitive resin 37 is applied to the back surface (thermal oxide film 23b side) of the substrate 22 by a spin coating method, and exposed and etched through a mask to remove unnecessary parts of the photosensitive resin 37. The shape of the pressure chamber 22a to be formed is transferred. Then, using the photosensitive resin 37 as a mask, the substrate 22 is removed by using a reactive ion etching method to form a pressure chamber 22a to form an actuator 21a.

(S7;ノズルプレート接合工程)
その後、アクチュエータ21aの基板22と、ノズル32を有するノズルプレート31とを、基板22に形成された圧力室22aと、ノズルプレート31のノズル32とが連通するように、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド21が完成する。なお、図5では、基板22の裏面の熱酸化膜23bを残したまま、基板22とノズルプレート31とを熱酸化膜23bを介して接合しているが、熱酸化膜23bを除去した後、基板22とノズルプレート31とを接着剤等で直接接合してもよい。
(S7; Nozzle plate joining process)
After that, the substrate 22 of the actuator 21a and the nozzle plate 31 having the nozzle 32 are joined by using an adhesive or the like so that the pressure chamber 22a formed in the substrate 22 and the nozzle 32 of the nozzle plate 31 communicate with each other. To do. As a result, the inkjet head 21 is completed. In FIG. 5, the substrate 22 and the nozzle plate 31 are joined via the thermal oxide film 23b while leaving the thermal oxide film 23b on the back surface of the substrate 22, but after removing the thermal oxide film 23b, The substrate 22 and the nozzle plate 31 may be directly bonded with an adhesive or the like.

また、ノズル32に対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜23bを除去して、基板22と中間ガラス、および中間ガラスとノズルプレート31とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに3者(基板22、中間ガラス、ノズルプレート31)を接合することができる。 Further, even if an intermediate glass having a through hole at a position corresponding to the nozzle 32 is used and the thermal oxide film 23b is removed, the substrate 22 and the intermediate glass, and the intermediate glass and the nozzle plate 31 are anodically bonded to each other. Good. In this case, the three parties (the substrate 22, the intermediate glass, and the nozzle plate 31) can be joined without using an adhesive.

〔ノズルの詳細〕
次に、上述したノズルプレート31のノズル32の詳細について説明する。図6は、ノズルプレート31を拡大して示す断面図である。ノズルプレート31のノズル32は、テーパー部32aおよびストレート部32bを有している。テーパー部32aおよびストレート部32bは互いに連通しており、基板22の圧力室22a(図3参照)から供給されるインクを外部に吐出するための吐出孔を構成している。
[Details of nozzle]
Next, the details of the nozzle 32 of the nozzle plate 31 described above will be described. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the nozzle plate 31. The nozzle 32 of the nozzle plate 31 has a tapered portion 32a and a straight portion 32b. The tapered portion 32a and the straight portion 32b communicate with each other to form a discharge hole for discharging the ink supplied from the pressure chamber 22a (see FIG. 3) of the substrate 22 to the outside.

テーパー部32aは、基板22の圧力室22aと連通しており、ノズルプレート31の厚さ方向に垂直な方向の開口幅Wが圧力室22a側からインク吐出側(ストレート部32b側)に向かうにつれて狭くなるテーパー形状を有している。このように、ノズル32がテーパー部32aを有していることにより、圧力室22aからのインクがテーパー部32aを介してノズル32内部にスムーズに流れ込むため、ノズル32から外部へのインクの吐出を安定させることができる。 The tapered portion 32a communicates with the pressure chamber 22a of the substrate 22, and as the opening width W in the direction perpendicular to the thickness direction of the nozzle plate 31 goes from the pressure chamber 22a side to the ink ejection side (straight portion 32b side). It has a tapered shape that narrows. In this way, since the nozzle 32 has the tapered portion 32a, the ink from the pressure chamber 22a smoothly flows into the nozzle 32 through the tapered portion 32a, so that the ink is ejected from the nozzle 32 to the outside. It can be stabilized.

このとき、ノズルプレート31の厚さ方向におけるテーパー部32aの長さをL1(μm)とすると、長さL1は10μm以上であることが望ましい。テーパー部32aの長さL1が10μm以上であれば、テーパー部32aを所定の角度で形成したときに、つまり、ノズルプレート31の厚さ方向に垂直な面に対するテーパー部32aの側面の傾斜角が最適な角度となるようにテーパー部32aを形成したときに、テーパー部32aの圧力室22aとの連通側における開口幅を十分に確保できる。これにより、圧力室22aからノズル32内部にインクを確実にかつスムーズに供給でき、インクを安定して吐出させる上述の効果を高めることが可能となる。 At this time, assuming that the length of the tapered portion 32a in the thickness direction of the nozzle plate 31 is L1 (μm), it is desirable that the length L1 is 10 μm or more. When the length L1 of the tapered portion 32a is 10 μm or more, when the tapered portion 32a is formed at a predetermined angle, that is, the inclination angle of the side surface of the tapered portion 32a with respect to the surface perpendicular to the thickness direction of the nozzle plate 31 is When the tapered portion 32a is formed so as to have an optimum angle, a sufficient opening width on the communication side of the tapered portion 32a with the pressure chamber 22a can be secured. As a result, the ink can be reliably and smoothly supplied from the pressure chamber 22a to the inside of the nozzle 32, and the above-mentioned effect of stably ejecting the ink can be enhanced.

ストレート部32bは、テーパー部32aの最小の開口幅と同じ開口幅W0で、ノズルプレート31の厚さ方向にストレートに形成されている。テーパー部32aと連通してストレート部32bを設けることにより、各ノズル32における開口径のばらつきを抑えることができる。つまり、ノズル32をテーパー部32aだけで構成すると、テーパー部32aの先端(最も開口幅の狭い部分)を精度よく加工することが困難であるため、複数のノズル32間で開口径にばらつきが生じやすくなる。ストレート部32bはドライエッチングなどで一定の開口幅で形成することが容易であるため、開口径のばらつきを抑えたノズル32の形成が可能となる。その結果、各ノズル32からのインクの吐出量のばらつきを抑えることが可能となる。 The straight portion 32b has an opening width W0 that is the same as the minimum opening width of the tapered portion 32a, and is formed straight in the thickness direction of the nozzle plate 31. By providing the straight portion 32b in communication with the tapered portion 32a, it is possible to suppress variations in the opening diameter of each nozzle 32. That is, if the nozzle 32 is composed of only the tapered portion 32a, it is difficult to accurately process the tip of the tapered portion 32a (the portion having the narrowest opening width), so that the opening diameter varies among the plurality of nozzles 32. It will be easier. Since the straight portion 32b can be easily formed with a constant opening width by dry etching or the like, it is possible to form the nozzle 32 with suppressed variation in the opening diameter. As a result, it is possible to suppress variations in the amount of ink ejected from each nozzle 32.

ノズルプレート31の厚さ方向におけるストレート部32bの長さをL2(μm)としたとき、長さL2は、(0μmよりも大きく)10μm以下であることが望ましい。この場合、ストレート部32bの加工(エッチング)を容易にしながら、ストレート部32bの形成によって開口径のばらつきを抑える上述の効果を得ることができる。特に、ストレート部32bの長さL2が5μm以下であることが、ストレート部32bの加工をより容易にする観点から望ましい。また、ストレート部32bの開口幅W0は、例えば15〜30μmに設定されるが、この範囲に限定されるわけではない。 When the length of the straight portion 32b in the thickness direction of the nozzle plate 31 is L2 (μm), the length L2 is preferably 10 μm or less (greater than 0 μm). In this case, the above-mentioned effect of suppressing the variation in the opening diameter can be obtained by forming the straight portion 32b while facilitating the processing (etching) of the straight portion 32b. In particular, it is desirable that the length L2 of the straight portion 32b is 5 μm or less from the viewpoint of facilitating the processing of the straight portion 32b. Further, the opening width W0 of the straight portion 32b is set to, for example, 15 to 30 μm, but is not limited to this range.

〔ノズルプレートの製造方法〕
次に、上記したノズルプレート31の製造方法について説明する。図7は、ノズルプレート31の製造時の流れを示すフローチャートである。同図のように、本実施形態では、第1のマスク材形成工程(S11)、エッチングストッパー層形成工程(S12)、レジストパターン形成工程(S13)、第1のマスクパターン形成工程(S14)、レジストパターン除去工程(S15)、第2のマスク材形成工程(S16)、第2のマスクパターン形成工程(S17)、テーパー部形成工程(S18)、第2のマスクパターン除去工程(S19)、ストレート部形成工程(S20)、第1のマスクパターン除去工程(S21)、エッチングストッパー層除去工程(S22)が行われることで、ノズルプレート31が作製される。以下、図8および図9も参照しながら、各工程の詳細について説明する。図8および図9は、ノズルプレート31の製造工程を示す断面図である。
[Manufacturing method of nozzle plate]
Next, the method for manufacturing the nozzle plate 31 described above will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a flow during manufacturing of the nozzle plate 31. As shown in the figure, in the present embodiment, the first mask material forming step (S11), the etching stopper layer forming step (S12), the resist pattern forming step (S13), the first mask pattern forming step (S14), Resist pattern removing step (S15), second mask material forming step (S16), second mask pattern forming step (S17), taper portion forming step (S18), second mask pattern removing step (S19), straight The nozzle plate 31 is manufactured by performing the portion forming step (S20), the first mask pattern removing step (S21), and the etching stopper layer removing step (S22). Hereinafter, details of each step will be described with reference to FIGS. 8 and 9. 8 and 9 are cross-sectional views showing a manufacturing process of the nozzle plate 31.

(S11;第1のマスク材形成工程)
(S12;エッチングストッパー層形成工程)
まず、シリコンウェハをノズル形成用基板31aとして用意し、このノズル形成用基板31aを熱酸化炉にセットし、酸素ガス、または水蒸気雰囲気中で加熱することにより、ノズル形成用基板31aの両面に熱酸化膜を形成する。ここでは、一方の熱酸化膜を、後述するテーパー部32aの形成の際のマスクとして用いるため、第1のマスク材41aと称する。また、他方の熱酸化膜を、テーパー部32aのエッチングの進行を止めるエッチングストッパーとして用いるため、エッチングストッパー層42と称する。したがって、ノズル形成用基板31aの両面に熱酸化膜を形成する工程は、ノズル形成用基板31aの一方の表面全体に、第1のマスク材41aを形成する工程(S11)と、ノズル形成用基板31aの他方の表面上に、エッチングストッパー層42を形成する工程(S12)とを含むと言うことができる。このとき、第1のマスク材41aおよびエッチングストッパー層42は、シリコンウェハの熱酸化によって形成されるため、酸化シリコン膜(SiO2膜)で構成される。
(S11; first mask material forming step)
(S12; etching stopper layer forming step)
First, a silicon wafer is prepared as a nozzle forming substrate 31a, and the nozzle forming substrate 31a is set in a thermal oxidation furnace and heated in an oxygen gas or steam atmosphere to heat both sides of the nozzle forming substrate 31a. Form an oxide film. Here, since one of the thermal oxide films is used as a mask when forming the tapered portion 32a described later, it is referred to as a first mask material 41a. Further, since the other thermal oxide film is used as an etching stopper for stopping the progress of etching of the tapered portion 32a, it is referred to as an etching stopper layer 42. Therefore, the steps of forming the thermal oxide film on both sides of the nozzle forming substrate 31a include the step of forming the first mask material 41a on the entire surface of one surface of the nozzle forming substrate 31a (S11) and the nozzle forming substrate. It can be said that the step (S12) of forming the etching stopper layer 42 on the other surface of 31a is included. At this time, since the first mask material 41a and the etching stopper layer 42 are formed by thermal oxidation of the silicon wafer, they are composed of a silicon oxide film (SiO 2 film).

なお、酸素ガスを使う方式をドライ酸化と呼び、水蒸気を使う方式をウェット酸化と呼ぶが、上記の熱酸化として、どちらの方式を採用しても構わない。加熱温度は、ドライ酸化の場合で900〜1200℃程度であり、ウェット酸化の場合で800〜1100℃程度である。例えば、ウェット酸化を用いた場合、1000℃、4時間程度の加熱によって、ノズル形成用基板31aの両面に、厚さ1μmの熱酸化膜(第1のマスク材41a、エッチングストッパー層42)を形成することができる。 The method using oxygen gas is called dry oxidation, and the method using water vapor is called wet oxidation, but either method may be adopted as the above thermal oxidation. The heating temperature is about 900 to 1200 ° C. in the case of dry oxidation and about 800 to 1100 ° C. in the case of wet oxidation. For example, when wet oxidation is used, a 1 μm-thick thermal oxide film (first mask material 41a, etching stopper layer 42) is formed on both sides of the nozzle-forming substrate 31a by heating at 1000 ° C. for about 4 hours. can do.

なお、熱酸化ではなく、蒸着やスパッタなどの手法を用いて、第1のマスク材41aおよびエッチングストッパー層42を形成してもよい。この場合、第1のマスク材41aおよびエッチングストッパー層42を、SiO2膜のほか、SiO2膜以外の膜(例えばクロム(Cr)などの金属膜)で構成することも可能となる。 The first mask material 41a and the etching stopper layer 42 may be formed by using a method such as thin film deposition or sputtering instead of thermal oxidation. In this case, the first mask material 41a and the etching stopper layer 42, in addition to the SiO 2 film, it is possible to configure a film other than SiO 2 film (e.g., chromium (Cr) metal film, etc.).

なお、用いるノズル形成用基板31aの厚みは、ノズル形成用基板31aにテーパー部32aおよびストレート部32bを所望の長さで形成できる厚みであればよく、基板の研磨等によって適宜調整されればよい。 The thickness of the nozzle-forming substrate 31a to be used may be any thickness as long as it can form the tapered portion 32a and the straight portion 32b on the nozzle-forming substrate 31a with desired lengths, and may be appropriately adjusted by polishing the substrate or the like. ..

(S13;レジストパターン形成工程)
次に、ウェハの表面を疎水性にするため、HMDS処理を行う。HDMS処理とは、ヘキサメチルジシラザン(HMDS;hexamethyldisilazane)を用いて基板表面を疎水化する処理である。このHMDS処理は、第1のマスク材41a上に、例えば東京応化製の「OAP」を、スピンコーターを用いて例えば2500rpm、15secの条件で塗布して行うことができる。
(S13; resist pattern forming step)
Next, an HMDS treatment is performed to make the surface of the wafer hydrophobic. The HDMS treatment is a treatment in which the surface of the substrate is hydrophobized using hexamethyldisilazane (HMDS). This HMDS treatment can be carried out by applying, for example, "OAP" manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. on the first mask material 41a using a spin coater under the conditions of, for example, 2500 rpm and 15 sec.

続いて、第1のマスク材41a上に、ポジ型レジスト(東京応化工業製 OFPR−800LB)を、スピンコーターを用いて例えば3000rpm、30secの条件で塗布する。その後、110℃、90secのプリベークを行い、コンタクトアライナーで約50mJ/cm2の光量で上記レジストを露光する。そして、ウェハを25℃の現像液(東京応化製 NMD−3)に60〜90秒浸漬させて上記レジストの感光部を除去することにより、第1のマスク材41a上に、開口部43aを有するレジストパターン43を形成する。開口部43aは、次工程で第1のマスク材41aに形成する開口部41a1に対応する大きさで形成される。例えば、開口部43aの開口径は、15〜30μmである。 Subsequently, a positive resist (OFPR-800LB manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied onto the first mask material 41a using a spin coater under the conditions of, for example, 3000 rpm and 30 sec. Then, prebaking is performed at 110 ° C. for 90 sec, and the resist is exposed with a contact aligner with a light intensity of about 50 mJ / cm 2 . Then, the wafer is immersed in a developing solution at 25 ° C. (NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) for 60 to 90 seconds to remove the photosensitive portion of the resist, whereby the opening 43a is provided on the first mask material 41a. The resist pattern 43 is formed. The opening 43a is formed in a size corresponding to the opening 41a 1 formed in the first mask material 41a in the next step. For example, the opening diameter of the opening 43a is 15 to 30 μm.

(S14;第1のマスクパターン形成工程)
次に、レジストパターン43をマスクとして、第1のマスク材41aをパターニングすることにより、開口部43aと同形状の開口部41a1(第1の開口部)を有する第1のマスクパターン41(第1パターンとも称する)を形成する。このときの第1のマスク材41aのパターニングは、CHF3(トリフルオロメタン)ガスまたはCH4(メタン)ガスを用いたドライエッチングによって行うことができる。例えば、サムコ製RIE−100Cを使用し、CHF3ガス流量;80sccm、圧力;3Pa、RFパワー;90W、エッチング時間;1時間程度、のドライエッチング条件で第1のマスク材41aをパターニングすることにより、開口部41a1を有する第1のマスクパターン41を形成することができる。開口部41a1の開口径は、開口部43aの開口径と同じ(例えば15〜30μm)である。
(S14; first mask pattern forming step)
Next, by patterning the first mask material 41a using the resist pattern 43 as a mask, the first mask pattern 41 (first opening) having an opening 41a 1 (first opening) having the same shape as the opening 43a is formed. (Also referred to as one pattern) is formed. The patterning of the first mask material 41a at this time can be performed by dry etching using CHF 3 (trifluoromethane) gas or CH 4 (methane) gas. For example, by using Samco's RIE-100C and patterning the first mask material 41a under dry etching conditions of CHF 3 gas flow rate; 80 sccm, pressure; 3 Pa, RF power; 90 W, etching time: about 1 hour. , A first mask pattern 41 having an opening 41a 1 can be formed. The opening diameter of the opening 41a 1 is the same as the opening diameter of the opening 43a (for example, 15 to 30 μm).

上記したS11〜S14の工程は、ノズル形成用基板31aの一方の表面上に、開口部41a1を有する第1のマスクパターン41を形成する第1パターン形成工程(S100)に対応する。 The steps S11 to S14 described above correspond to the first pattern forming step (S100) of forming the first mask pattern 41 having the opening 41a 1 on one surface of the nozzle forming substrate 31a.

(S15;レジストパターン除去工程)
続いて、S14で用いたレジストパターン43を除去する。例えばアセトンやアルカリ溶液などを用いたウェットプロセスや、酸素プラズマなどを用いたドライプロセスにより、レジストパターン43を除去することができる。
(S15; resist pattern removing step)
Subsequently, the resist pattern 43 used in S14 is removed. For example, the resist pattern 43 can be removed by a wet process using acetone, an alkaline solution, or the like, or a dry process using oxygen plasma or the like.

(S16;第2のマスク材形成工程)
次に、ウェハの表面を疎水性にするため、S13と同様のHMDS処理を行う。その後、第1のマスクパターン41における開口部41a1の内側および第1のマスク材41a上に、感光性樹脂であるポジ型レジスト(東京応化工業製 OFPR−800LB)を、スピンコーターを用いて例えば3000rpm、30secの条件で塗布し、上記感光性樹脂からなる第2のマスク材44aを形成する。
(S16; second mask material forming step)
Next, in order to make the surface of the wafer hydrophobic, the same HMDS treatment as in S13 is performed. After that, a positive resist (OFPR-800LB manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), which is a photosensitive resin, is applied to the inside of the opening 41a 1 in the first mask pattern 41 and on the first mask material 41a, for example, using a spin coater. It is applied under the conditions of 3000 rpm and 30 sec to form a second mask material 44a made of the above-mentioned photosensitive resin.

(S17;第2のマスクパターン形成工程)
続いて、110℃、90secのプリベークを行い、コンタクトアライナーで約50mJ/cm2の光量で第2のマスク材44aを露光する。そして、ウェハを25℃の現像液(東京応化製 NMD−3)に60〜90秒浸漬させて第2のマスク材44aの感光部を除去する。より詳しくは、第2のマスク材44aの露光および現像により、第1のマスクパターン41の開口部41a1の内側に形成された第2のマスク材44aの一部を除去する。これにより、開口部41a1の内側に開口部44a1(第2の開口部)を有する第2のマスクパターン44(第2パターンとも称する)を、第1のマスク材41aを覆うように形成する。
(S17; second mask pattern forming step)
Subsequently, prebaking is performed at 110 ° C. for 90 sec, and the second mask material 44a is exposed with a contact aligner with a light intensity of about 50 mJ / cm 2 . Then, the wafer is immersed in a developing solution at 25 ° C. (NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) for 60 to 90 seconds to remove the photosensitive portion of the second mask material 44a. More specifically, the exposure and development of the second mask material 44a removes a part of the second mask material 44a formed inside the opening 41a 1 of the first mask pattern 41. As a result, a second mask pattern 44 (also referred to as a second pattern) having an opening 44a 1 (second opening) inside the opening 41a 1 is formed so as to cover the first mask material 41a. ..

ここで、図10は、第1のマスクパターン41および第2のマスクパターン44が形成されたノズル形成用基板31aの平面図である。ノズル形成用基板31aの厚み方向に垂直な面内で、第1のマスクパターン41の開口部41a1の開口中心O1と、第2のマスクパターン44の開口部44a1の開口中心O2とが一致するように、上記の露光、現像を行って、上記第2のマスクパターン44を形成する。なお、上記の「一致」には、完全一致のほか、位置ズレを許容できる範囲の略一致も含まれる。第2のマスクパターン44の開口部44a1の開口径は例えば10μmであり、第1のマスクパターン41の開口部41a1の開口径よりも小さい。 Here, FIG. 10 is a plan view of the nozzle forming substrate 31a on which the first mask pattern 41 and the second mask pattern 44 are formed. In a plane perpendicular to the thickness direction of the nozzle forming substrate 31a, the opening center O 1 of the opening 41a 1 of the first mask pattern 41 and the opening center O 2 of the opening 44a 1 of the second mask pattern 44. The above-mentioned exposure and development are performed so that the above-mentioned second mask pattern 44 is formed. It should be noted that the above-mentioned "match" includes not only an exact match but also a substantially match within a range in which a positional deviation can be tolerated. The opening diameter of the opening 44a 1 of the second mask pattern 44 is, for example, 10 μm, which is smaller than the opening diameter of the opening 41a 1 of the first mask pattern 41.

上記したS16〜S17の工程は、第1のマスクパターン41の開口部41a1よりも開口径の小さい開口部44a1を有し、開口部41a1の内側に開口部44a1が位置するように、第1のマスクパターン41の第1のマスク材41aを覆う第2のマスクパターン44を形成する第2パターン形成工程(S200)に対応する。 The steps S16 to S17 described above have an opening 44a 1 having an opening diameter smaller than that of the opening 41a 1 of the first mask pattern 41, so that the opening 44a 1 is located inside the opening 41a 1. Corresponds to the second pattern forming step (S200) of forming the second mask pattern 44 covering the first mask material 41a of the first mask pattern 41.

(S18;テーパー部形成工程)
次に、第2のマスクパターン44の開口部44a1を介して、ノズル形成用基板31aを一方の表面側(第2のマスクパターン44側)からドライエッチングすることにより、ノズル形成用基板31aにテーパー部32aを形成する。このテーパー部32aの形状は、ノズル形成用基板31aの一方の表面側からその厚さ方向に進むにつれて(エッチングストッパー層42に向かうにつれて)、開口幅が広がる逆テーパー形状である。逆テーパーの加工は、RIE(Reactive Ion Etching)装置や、放電形式に誘導結合方式(Inductively Coupled Plasma)を採用したドライエッチング装置であるICP−RIEエッチング装置等のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、プロセスガスには、SF6(六フッ化硫黄)ガスやC48(オクタフルオロシクロブタン)ガスなどを用いることができる。エッチングストッパー層42までエッチングが進むと、そこでエッチングが停止される。このようなエッチングにより、ノズル形成用基板31aの厚さ方向に沿ったテーパー部32aの長さとして、10μm以上が確保される。なお、逆テーパー形状のテーパー部32aの形成方法の詳細については後述する。
(S18; taper portion forming step)
Next, the nozzle-forming substrate 31a is dry-etched from one surface side (second mask pattern 44 side) through the opening 44a 1 of the second mask pattern 44 to form the nozzle-forming substrate 31a. The tapered portion 32a is formed. The shape of the tapered portion 32a is a reverse taper shape in which the opening width increases as the nozzle forming substrate 31a advances from one surface side toward the thickness direction (toward the etching stopper layer 42). The reverse taper processing can be performed using a dry etching apparatus such as a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus or an ICP-RIE etching apparatus which is a dry etching apparatus that employs an inductively coupled plasma as a discharge type. it can. Further, as the process gas, SF 6 (sulfur hexafluoride) gas, C 4 F 8 (octafluorocyclobutane) gas, or the like can be used. When the etching proceeds to the etching stopper layer 42, the etching is stopped there. By such etching, the length of the tapered portion 32a along the thickness direction of the nozzle forming substrate 31a is secured to be 10 μm or more. The details of the method of forming the tapered portion 32a having the reverse taper shape will be described later.

(S19;第2のマスクパターン除去工程)
続いて、S18で用いた第2のマスクパターン44を除去する。これにより、第2のマスクパターン44の下地の第1のマスクパターン41が露出する。例えば、S15と同様に、アセトンやアルカリ溶液などを用いたウェットプロセスや、酸素プラズマなどを用いたドライプロセスにより、第2のマスクパターン44を除去することができる。なお、S19の工程は、ノズル形成用基板31aにテーパー部32aを形成した後、第2のマスクパターン44を除去して、第1のマスクパターン41を露出させる第2パターン除去工程に対応する。
(S19; second mask pattern removing step)
Subsequently, the second mask pattern 44 used in S18 is removed. As a result, the first mask pattern 41, which is the base of the second mask pattern 44, is exposed. For example, as in S15, the second mask pattern 44 can be removed by a wet process using acetone, an alkaline solution, or the like, or a dry process using oxygen plasma or the like. The step S19 corresponds to the second pattern removing step of forming the tapered portion 32a on the nozzle forming substrate 31a and then removing the second mask pattern 44 to expose the first mask pattern 41.

(S20;ストレート部形成工程)
次に、露出した第1のマスクパターン41の開口部41a1を介して、ノズル形成用基板31aを一方の表面側からノズル形成用基板31aの厚さ方向にストレートにドライエッチングする。これにより、テーパー部32aと連通するストレート部32bをノズル形成用基板31aに形成する。このときのストレート部32bの加工は、例えばICP装置を用いたボッシュプロセスによって行うことができる。なお、ボッシュプロセスとは、厚さ方向のエッチングと、保護膜による側壁の保護とを繰り返しながらエッチングを行う手法である。例えばSF6ガスを用いたエッチングと、C48ガスなどを用いた側壁の保護とを繰り返すことにより、細くて深い穴を掘ることができる。ストレート部32bの開口径は、開口部41a1の開口径と同じ(例えば15〜30μm)である。また、ストレート部32bは、ノズル形成用基板31aの厚さ方向に沿った長さが10μm以下となるように形成される。このようにして、テーパー部32aおよびストレート部32bからなるノズル32が得られる。
(S20; straight portion forming step)
Next, the nozzle forming substrate 31a is dry-etched straight from one surface side in the thickness direction of the nozzle forming substrate 31a through the opening 41a 1 of the exposed first mask pattern 41. As a result, the straight portion 32b communicating with the tapered portion 32a is formed on the nozzle forming substrate 31a. The processing of the straight portion 32b at this time can be performed by, for example, a Bosch process using an ICP device. The Bosch process is a method of performing etching while repeating etching in the thickness direction and protection of the side wall by a protective film. For example, by repeating etching with SF 6 gas and protection of the side wall with C 4 F 8 gas or the like, a thin and deep hole can be dug. The opening diameter of the straight portion 32b is the same as the opening diameter of the opening 41a 1 (for example, 15 to 30 μm). Further, the straight portion 32b is formed so that the length of the nozzle forming substrate 31a along the thickness direction is 10 μm or less. In this way, the nozzle 32 including the tapered portion 32a and the straight portion 32b is obtained.

(S21;第1のマスクパターン除去工程)
(S22;エッチングストッパー層除去工程)
最後に、ノズル形成用基板31aの両面の熱酸化膜、すなわち、第1のマスクパターン41およびエッチングストッパー層42を除去する(S21、S22)。これにより、ノズルプレート31が完成する。熱酸化膜の除去方法としては、HF(フッ酸)などの薬品を使ったウェットプロセスや、CF4(四フッ化炭素)ガスまたはCHF3ガスを使ったドライプロセスを採用することができる。
(S21; first mask pattern removing step)
(S22; Etching stopper layer removing step)
Finally, the thermal oxide films on both sides of the nozzle-forming substrate 31a, that is, the first mask pattern 41 and the etching stopper layer 42 are removed (S21, S22). As a result, the nozzle plate 31 is completed. As a method for removing the thermal oxide film, a wet process using a chemical such as HF (hydrofluoric acid) or a dry process using CF 4 (carbon tetrafluoride) gas or CHF 3 gas can be adopted.

なお、第1のマスクパターン41を除去する工程(S21)は、S20のストレート部形成工程の後、第1のマスクパターン41を除去する第1パターン除去工程に対応する。また、エッチングストッパー層32を除去する工程(S22)は、ストレート部32bの形成後、エッチングストッパー層42を除去するエッチングストッパー層除去工程に対応する。 The step of removing the first mask pattern 41 (S21) corresponds to the first pattern removing step of removing the first mask pattern 41 after the straight portion forming step of S20. Further, the step (S22) of removing the etching stopper layer 32 corresponds to the etching stopper layer removing step of removing the etching stopper layer 42 after forming the straight portion 32b.

S22の後、得られたノズルプレート31におけるエッチングストッパー層42が除去された面側を、ノズル32と圧力室22a(図3参照)とが連通するように基板22に接合することにより、インクジェットヘッド21を得ることができる(図4のS7のノズルプレート接合工程)。 After S22, the surface side of the obtained nozzle plate 31 from which the etching stopper layer 42 has been removed is joined to the substrate 22 so that the nozzle 32 and the pressure chamber 22a (see FIG. 3) communicate with each other. 21 can be obtained (nozzle plate joining step of S7 in FIG. 4).

以上のように、本実施形態のノズルプレート31の製造方法は、上記した第1パターン形成工程(S100)と、第2パターン形成工程(S200)と、テーパー部形成工程(S18)と、第2のマスクパターン除去工程(S19)と、ストレート部形成工程(S20)とを含む。S18およびS20では、ノズル32のテーパー部32aおよびストレート部32bは、S200で形成された第2のマスクパターン44およびS100で形成された第1のマスクパターン41をそれぞれ用いて、ノズル形成用基板31aに対して同じ側(ノズル形成用基板31aの一方の表面側(エッチングストッパー層42とは反対側))からのドライエッチングによって形成される。つまり、第2のマスクパターン44および第1のマスクパターン41は、ノズル形成用基板31aに対して同じ側にある。これにより、第2のマスクパターン44および第1のマスクパターン41を加工するときの機械精度を良好に確保することが容易となり、第2のマスクパターン44および第1のマスクパターン41のそれぞれの開口部44a1・41a1を、フォトリソグラフィ技術を用いて精度よく(中心位置のズレを抑えながら)形成することが容易となる。 As described above, the method for manufacturing the nozzle plate 31 of the present embodiment includes the above-mentioned first pattern forming step (S100), second pattern forming step (S200), taper portion forming step (S18), and second. The mask pattern removing step (S19) and the straight portion forming step (S20) are included. In S18 and S20, the tapered portion 32a and the straight portion 32b of the nozzle 32 use the second mask pattern 44 formed in S200 and the first mask pattern 41 formed in S100, respectively, to form the nozzle forming substrate 31a. It is formed by dry etching from the same side (one surface side (opposite side of the etching stopper layer 42) of the nozzle forming substrate 31a). That is, the second mask pattern 44 and the first mask pattern 41 are on the same side with respect to the nozzle forming substrate 31a. As a result, it becomes easy to ensure good mechanical accuracy when processing the second mask pattern 44 and the first mask pattern 41, and the openings of the second mask pattern 44 and the first mask pattern 41 are respectively opened. It becomes easy to form the portions 44a 1 and 41a 1 with high accuracy (while suppressing the deviation of the center position) by using the photolithography technique.

したがって、このような第2のマスクパターン44および第1のマスクパターン41を用いて、テーパー部32aおよびストレート部32bを形成することにより、テーパー部32aとストレート部32bとの位置ズレ(孔の中心位置のずれ)を抑えることができ、これらの位置精度を向上させることができる。 Therefore, by forming the tapered portion 32a and the straight portion 32b by using the second mask pattern 44 and the first mask pattern 41, the positional deviation (center of the hole) between the tapered portion 32a and the straight portion 32b is formed. Positional deviation) can be suppressed, and the accuracy of these positions can be improved.

また、テーパー部32aの形成時とストレート部32bの形成時とで、異なるマスク(第2のマスクパターン44、第1のマスクパターン41)を使用しており、同じマスクを再利用しない。したがって、たとえテーパー部32aの形成時に第2のマスクパターン44のエッジ部がエッチングによって後退したとしても、ストレート部32bの形成時には、その第2のマスクパターン44は除去されて使用されないため、ストレート部32bの形成には何ら影響しない。しかも、ストレート部32bの形成時に用いる第1のマスクパターン41は、ストレート部32bの加工対象であるノズル形成用基板31aと密着しているため、ノズル形成用基板31aに対するストレート部32bの加工ずれは生じにくくなる。よって、ストレート部32bの加工精度を向上させて、ストレート部32bの孔径のばらつきを低減することができる。その結果、インクジェットヘッド21において、各ノズル32のストレート部32bからのインク吐出量のばらつきを低減することが可能となる。 Further, different masks (second mask pattern 44, first mask pattern 41) are used when the tapered portion 32a is formed and when the straight portion 32b is formed, and the same mask is not reused. Therefore, even if the edge portion of the second mask pattern 44 is retracted by etching when the tapered portion 32a is formed, the second mask pattern 44 is removed and not used when the straight portion 32b is formed, so that the straight portion is not used. It has no effect on the formation of 32b. Moreover, since the first mask pattern 41 used when forming the straight portion 32b is in close contact with the nozzle forming substrate 31a to be processed by the straight portion 32b, the processing deviation of the straight portion 32b with respect to the nozzle forming substrate 31a is large. It is less likely to occur. Therefore, it is possible to improve the processing accuracy of the straight portion 32b and reduce the variation in the hole diameter of the straight portion 32b. As a result, in the inkjet head 21, it is possible to reduce the variation in the amount of ink ejected from the straight portion 32b of each nozzle 32.

また、第1パターン形成工程(S100)は、第1のマスク材形成工程(S11)と、レジストパターン形成工程(S13)と、第1のマスクパターン形成工程(S14)とを含む。第1のマスク材41a上に、開口部41a1に対応する開口部43aを有するレジストパターン43を形成し、そのレジストパターン43をマスクとして、第1のマスク材41aをパターニングすることにより、開口部41a1を有する第1のマスクパターン41を確実に形成することができる。 Further, the first pattern forming step (S100) includes a first mask material forming step (S11), a resist pattern forming step (S13), and a first mask pattern forming step (S14). A resist pattern 43 having an opening 43a corresponding to the opening 41a 1 is formed on the first mask material 41a, and the opening is formed by patterning the first mask material 41a using the resist pattern 43 as a mask. The first mask pattern 41 having 41a 1 can be reliably formed.

また、第1のマスク材41aは、酸化シリコン膜(SiO2膜)で形成されている。第1のマスク材41aは金属膜(例えばCr膜)でも形成可能であるが、酸化シリコン膜は、ドライエッチングによるパターニングが容易であるため、第1のマスク材41aとして非常に有効である。また、ノズル形成用基板31aが本実施形態のようにシリコン基板である場合には、シリコン基板の熱酸化によってSiO2膜を容易に形成でき、SiO2膜からなる第1のマスク材41aを容易に実現できるメリットもある。 Further, the first mask material 41a is formed of a silicon oxide film (SiO 2 film). The first mask material 41a can also be formed by a metal film (for example, a Cr film), but the silicon oxide film is very effective as the first mask material 41a because patterning by dry etching is easy. Further, when the nozzle forming substrate 31a is a silicon substrate as in the present embodiment, a SiO 2 film can be easily formed by thermal oxidation of the silicon substrate, facilitates the first mask material 41a made of SiO 2 film There is also a merit that can be realized.

また、第1パターン形成工程(S100)は、エッチングストッパー層形成工程(S12)を含む。ノズル形成用基板31aの他方の表面上(第1のマスク材41aの形成側とは反対側の表面上)に、エッチングストッパー層42を形成しておくことにより、S18にてテーパー部32aを形成すべく、基板を厚さ方向にエッチングする際に、そのエッチングを所望の位置(エッチングストッパー層42の形成位置)で止めることが可能となる。 Further, the first pattern forming step (S100) includes an etching stopper layer forming step (S12). By forming the etching stopper layer 42 on the other surface of the nozzle forming substrate 31a (on the surface opposite to the forming side of the first mask material 41a), the tapered portion 32a is formed in S18. Therefore, when the substrate is etched in the thickness direction, the etching can be stopped at a desired position (the position where the etching stopper layer 42 is formed).

また、第2パターン形成工程(S200)は、第2のマスク材形成工程(S16)と、第2のマスクパターン形成工程(S17)とを含む。第1のマスクパターン41における第1の開口部41a1の内側および第1のマスク材41a上に、第1のマスク材41aとは材質の異なる第2のマスク材44aを塗布し、第1の開口部41a1の内側に塗布された第2のマスク材44aの一部を除去することにより、上述した第2のマスクパターン44を確実に形成することができる。つまり、第1の開口部41a1の内側に第2の開口部44a1を有する第2のマスクパターン44を、第1のマスク材41aを覆うように確実に形成することができる。 Further, the second pattern forming step (S200) includes a second mask material forming step (S16) and a second mask pattern forming step (S17). A second mask material 44a, which is different from the first mask material 41a, is applied to the inside of the first opening 41a 1 and on the first mask material 41a in the first mask pattern 41. By removing a part of the second mask material 44a applied to the inside of the opening 41a 1 , the above-mentioned second mask pattern 44 can be reliably formed. That is, the second mask pattern 44 having the second opening 44a 1 inside the first opening 41a 1 can be reliably formed so as to cover the first mask material 41a.

また、ノズル形成用基板31aの厚み方向に垂直な面内で、第1のマスクパターン41の開口部41a1の開口中心O1と、開口部41a1の内側に形成される第2のマスクパターン44の開口部44a1の開口中心O2とは一致している。これにより、開口部44a1を介してノズル形成用基板31aをドライエッチングすることによって形成されるテーパー部32aと、開口部41a1を介してノズル形成用基板31aをドライエッチングすることによって形成されるストレート部32bとの位置ズレを確実に無くすことができ、テーパー部32aおよびストレート部32bの位置精度を確実に向上させることができる。 Further, in a plane perpendicular to the thickness direction of the nozzle forming substrate 31a, a second mask with aperture center O 1 of the opening 41a 1 of the first mask pattern 41, is formed inside the opening 41a 1 pattern It coincides with the opening center O 2 of the opening 44a 1 of 44. As a result, the tapered portion 32a formed by dry-etching the nozzle-forming substrate 31a through the opening 44a 1 and the nozzle-forming substrate 31a formed by dry-etching the nozzle-forming substrate 31a through the opening 41a 1. The positional deviation from the straight portion 32b can be reliably eliminated, and the positional accuracy of the tapered portion 32a and the straight portion 32b can be reliably improved.

また、第2のマスク材44aは、感光性樹脂であるため、フォトリソグラフィ技術を用いて第2のマスク材44aをパターニングして、第2のマスクパターン44を容易に形成することが可能となる。 Further, since the second mask material 44a is a photosensitive resin, it is possible to easily form the second mask pattern 44 by patterning the second mask material 44a using a photolithography technique. ..

また、本実施形態のノズルプレート31の製造方法は、第1パターン除去工程としての第1のマスクパターン除去工程(S21)を含む。S20のストレート部形成工程の後、第1のマスクパターン41を除去することにより、ノズルプレート31を得ることができる。 Further, the method for manufacturing the nozzle plate 31 of the present embodiment includes a first mask pattern removing step (S21) as a first pattern removing step. The nozzle plate 31 can be obtained by removing the first mask pattern 41 after the straight portion forming step of S20.

また、本実施形態のインクジェットヘッド21の製造方法は、上記したノズルプレート31の製造方法を用いたインクジェットヘッド21の製造方法であって、テーパー部32aおよびストレート部32bをノズル形成用基板31aに形成して構成されるノズルプレート31と、圧電素子27を支持するとともに圧力室22aが形成された基板22とを、圧力室22aとテーパー部32aとが連通するように接合する工程(S7)を含む。 Further, the method for manufacturing the inkjet head 21 of the present embodiment is the method for manufacturing the inkjet head 21 using the method for manufacturing the nozzle plate 31 described above, in which the tapered portion 32a and the straight portion 32b are formed on the nozzle forming substrate 31a. (S7) includes a step (S7) of joining the nozzle plate 31 and the substrate 22 on which the piezoelectric element 27 is supported and the pressure chamber 22a is formed so that the pressure chamber 22a and the tapered portion 32a communicate with each other. ..

上述したノズルプレート31の製造方法によれば、テーパー部32aとストレート部32bとの位置ズレを抑えて位置精度を向上させることができるとともに、ストレート部32bの加工精度を向上させて、ストレート部32bの孔径のばらつきを低減することができる。したがって、このようなノズルプレート31を用いてインクジェットヘッド21を構成することにより、ノズル32から吐出されるインクの吐出方向が曲がるのを抑えて、インクの吐出特性を向上させることができるとともに、各ノズル32から吐出されるインクの吐出量のばらつきを低減することができる。 According to the manufacturing method of the nozzle plate 31 described above, the positional deviation between the tapered portion 32a and the straight portion 32b can be suppressed to improve the positioning accuracy, and the processing accuracy of the straight portion 32b can be improved to improve the straight portion 32b. It is possible to reduce the variation in the hole diameter of. Therefore, by configuring the inkjet head 21 using such a nozzle plate 31, it is possible to suppress bending of the ink ejection direction of the ink ejected from the nozzle 32, improve the ink ejection characteristics, and improve the ink ejection characteristics. It is possible to reduce variations in the amount of ink ejected from the nozzle 32.

〔テーパー部形成工程の詳細〕
次に、S18のテーパー部形成工程の詳細について説明する。上述したように、逆テーパー形状のテーパー部32aの加工は、ICPを用いたRIE(反応性イオンエッチング)プロセスによって行うことができる。ここでは、加工精度を向上させるため、後にテーパー部32aとなる凹部32c(図11参照)の側壁を保護する保護膜形成ステップ、凹部32cの底面の保護膜を選択的に除去する異方性エッチングステップ、シリコン(ノズル形成用基板31a)を等方的にエッチングする等方性エッチングステップ、の3つのステップを繰り返すことにより、シリコンの深堀り加工を行うボッシュプロセスを利用した。また、ICP装置としては、サムコ製エッチング装置(RIE−800iPB)を使用した。以下、より具体的に説明する。
[Details of taper part forming process]
Next, the details of the taper portion forming step of S18 will be described. As described above, the processing of the tapered portion 32a having a reverse taper shape can be performed by a RIE (reactive ion etching) process using ICP. Here, in order to improve the processing accuracy, a protective film forming step for protecting the side wall of the recess 32c (see FIG. 11) which will later become the tapered portion 32a, and anisotropic etching for selectively removing the protective film on the bottom surface of the recess 32c. A Bosch process was used to deeply dig the silicon by repeating the three steps of the step and the isotropic etching step of isotropically etching the silicon (nozzle forming substrate 31a). As the ICP apparatus, a SAMCO etching apparatus (RIE-800iPB) was used. Hereinafter, a more specific description will be given.

図11〜図13は、テーパー部形成工程の詳細を示す断面図である。まず、第2のマスクパターン44の開口部44a1の内側を介して露出するノズル形成用基板31aの面31bを覆うように、ノズル形成用基板31a上および第2のマスク材44a上に保護膜45を形成する(工程(a))。保護膜45は、例えばフロロカーボン膜(ポリフッ化ビニリデン)からなり、例えばC48ガスを用いて形成される。このときの保護膜45の形成条件の一例としては、ICPパワー;3000W、圧力;10Pa、C48流量;200sccm、O2流量;10sccmである。 11 to 13 are cross-sectional views showing details of the taper portion forming step. First, a protective film is formed on the nozzle forming substrate 31a and on the second mask material 44a so as to cover the surface 31b of the nozzle forming substrate 31a exposed through the inside of the opening 44a 1 of the second mask pattern 44. 45 is formed (step (a)). The protective film 45 is made of, for example, a fluorocarbon film (polyvinylidene fluoride), and is formed by using, for example, C 4 F 8 gas. As an example of the formation conditions of the protective film 45 at this time, ICP power; 3000 W, pressure; 10 Pa, C 4 F 8 flow rate; 200 sccm, O 2 flow rate; 10 sccm.

次に、保護膜45を、ノズル形成用基板31aの厚さ方向への異方性エッチングによって選択的に除去する(工程(b))。すなわち、工程(b)では、保護膜45のうち、面31bを覆う保護膜45の一部が上記厚さ方向の異方性エッチングによって除去され、開口部44a1の側壁上および第2のマスク材44a上の保護膜45は残る。上記の異方性エッチングは、選択的に底面の保護膜45を除去するために、SF6ガスから発生させたイオンを、低圧の状況で、ノズル形成用基板31aに負のバイアス電圧を印加してノズル形成用基板31aへ加速させながら行われる。このときの異方性エッチングの条件の一例としては、ICPパワー;750W、バイアス;350W、圧力;2Pa、SF6流量;200sccm、O2流量;10sccmである。 Next, the protective film 45 is selectively removed by anisotropic etching in the thickness direction of the nozzle-forming substrate 31a (step (b)). That is, in the step (b), a part of the protective film 45 covering the surface 31b of the protective film 45 is removed by anisotropic etching in the thickness direction, and the upper side wall of the opening 44a 1 and the second mask The protective film 45 on the material 44a remains. In the above anisotropic etching, in order to selectively remove the protective film 45 on the bottom surface, a negative bias voltage is applied to the nozzle forming substrate 31a of the ions generated from the SF 6 gas under a low pressure condition. This is performed while accelerating to the nozzle forming substrate 31a. As an example of the anisotropic etching conditions at this time, ICP power; 750 W, bias; 350 W, pressure; 2 Pa, SF 6 flow rate; 200 sccm, O 2 flow rate; 10 sccm.

続いて、工程(b)での保護膜45の選択的な除去によって露出するノズル形成用基板31aを等方性エッチングする(工程(c))。等方性エッチングは、SF6ガスから発生させたラジカルにより、等方的にノズル形成用基板31aのシリコンをエッチングすることによって行われる。等方性エッチングの条件の一例としては、ICPパワー;3000W、圧力;30Pa、SF6流量;600sccm、O2流量;10sccmである。この等方性エッチングにより、ノズル形成用基板31aの厚さ方向および厚さ方向に垂直な方向にシリコンがエッチングされ、凹部32cが形成される。 Subsequently, the nozzle-forming substrate 31a exposed by the selective removal of the protective film 45 in the step (b) is isotropically etched (step (c)). The isotropic etching is performed by isotropically etching the silicon of the nozzle forming substrate 31a with radicals generated from SF 6 gas. As an example of the conditions for isotropic etching, ICP power; 3000 W, pressure: 30 Pa, SF 6 flow rate; 600 sccm, O 2 flow rate; 10 sccm. By this isotropic etching, silicon is etched in the thickness direction of the nozzle forming substrate 31a and in the direction perpendicular to the thickness direction, and the recess 32c is formed.

以降では、上述した工程(a)から工程(c)を1サイクルとして、これらの工程を繰り返して行う(図12、図13参照)。なお、2サイクル目以降では、工程(a)における「第2のマスクパターン44の開口部44a1の内側を介して露出するノズル形成用基板31aの面31b」には、凹部32cの内面、すなわち、底面32c1および側面32c2が含まれる。また、工程(b)では、保護膜45が厚さ方向に異方性エッチングされるため、2サイクル目以降では、保護膜45のうち、凹部32cの底面32c1上の保護膜45の一部が選択的に除去され、側面32c2上の保護膜45は除去されずに残る。 Hereinafter, these steps are repeated with the above-mentioned steps (a) to (c) as one cycle (see FIGS. 12 and 13). In the second and subsequent cycles, the inner surface of the recess 32c, that is, the "surface 31b of the nozzle forming substrate 31a exposed through the inside of the opening 44a 1 of the second mask pattern 44" in the step (a). , Bottom surface 32c 1 and side surface 32c 2 . Further, in the step (b), since the protective film 45 is anisotropically etched in the thickness direction, in the second and subsequent cycles, a part of the protective film 45 on the bottom surface 32c 1 of the recess 32c of the protective film 45 Is selectively removed, and the protective film 45 on the side surface 32c 2 remains unremoved.

本実施形態では、工程(a)から工程(c)の繰り返しごとに、工程(c)のエッチング条件を変更することにより、テーパー部32aをノズル形成用基板31aに形成する。例えば、1サイクル目よりも2サイクル目において、工程(c)のエッチング時間を長くすることにより、1サイクル目で形成される凹部32cよりも2サイクル目で形成される凹部32cのほうが、深さおよび幅(開口径)がともに増大する。したがって、このようにエッチング条件を変更しながら工程(a)から工程(c)を繰り返して行うことにより、エッチングが厚さ方向に進行するにつれて凹部32cの深さおよび幅を徐々に大きくすることができ、最終的に逆テーパー形状のテーパー部32aを得ることができる。また、工程(c)でのエッチングの時間を制御することにより、テーパー部32aの側壁を所望の角度で形成できるとともに、制御の複雑化を招くことなく、逆テーパー形状のテーパー部32aを形成することができる。 In the present embodiment, the tapered portion 32a is formed on the nozzle forming substrate 31a by changing the etching conditions of the step (c) every time the steps (a) to (c) are repeated. For example, by lengthening the etching time of the step (c) in the second cycle rather than the first cycle, the recess 32c formed in the second cycle has a depth deeper than the recess 32c formed in the first cycle. And the width (opening diameter) both increase. Therefore, by repeating the steps (a) to (c) while changing the etching conditions in this way, the depth and width of the recess 32c can be gradually increased as the etching progresses in the thickness direction. Finally, a tapered portion 32a having a reverse taper shape can be obtained. Further, by controlling the etching time in the step (c), the side wall of the tapered portion 32a can be formed at a desired angle, and the tapered portion 32a having an inverted tapered shape can be formed without complicating the control. be able to.

逆テーパー形状に加工されたテーパー部32aの側壁には、図13に示すように、スキャロップ32a1と呼ばれる表面の凹凸が残っている。このスキャロップ32a1は、等方性エッチングの時間を長くすればするほど顕著に出現する。スキャロップ32a1は、局所的に電荷が溜まりやすいため、除去されることが望ましい。そこで、例えば逆テーパー形状のテーパー部32aをノズル形成用基板31aに形成した後、ノズル形成用基板31aにバイアス電圧を印加して異方性エッチングを所定の時間行う。これにより、上記のスキャロップ32a1が選択的に除去されたテーパー部32aを得ることができる。 As shown in FIG. 13, surface irregularities called scallops 32a 1 remain on the side walls of the tapered portion 32a processed into an inverted tapered shape. The scallop 32a 1 appears more prominently as the isotropic etching time increases. It is desirable to remove the scallop 32a 1 because the electric charge tends to accumulate locally. Therefore, for example, after forming the tapered portion 32a having a reverse taper shape on the nozzle forming substrate 31a, a bias voltage is applied to the nozzle forming substrate 31a to perform anisotropic etching for a predetermined time. As a result, the tapered portion 32a from which the scallop 32a 1 is selectively removed can be obtained.

〔ノズルプレートの他の構成〕
図14は、本実施形態のノズルプレート31の他の構成を示す断面図である。ノズルプレート31のノズル形成用基板31aは、SOI基板50であってもよい。SOI基板50は、酸化膜53を介して2枚のシリコン基板51・52を接合した基板である。一方のシリコン基板51は、厚みが10〜30μm程度の活性層である。他方のシリコン基板52は、厚みが50〜500μm程度(好ましくは100〜200μm程度)の支持層である。酸化膜53は、厚みが0.2〜1μmのSiO2膜からなるBOX(Buried Oxide)層である。テーパー部32aおよびストレート部32bからなるノズル32は、例えば活性層(シリコン基板51)に形成される。
[Other configurations of nozzle plate]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another configuration of the nozzle plate 31 of the present embodiment. The nozzle forming substrate 31a of the nozzle plate 31 may be the SOI substrate 50. The SOI substrate 50 is a substrate in which two silicon substrates 51 and 52 are bonded via an oxide film 53. On the other hand, the silicon substrate 51 is an active layer having a thickness of about 10 to 30 μm. The other silicon substrate 52 is a support layer having a thickness of about 50 to 500 μm (preferably about 100 to 200 μm). The oxide film 53 is a BOX (Buried Oxide) layer made of a SiO 2 film having a thickness of 0.2 to 1 μm. The nozzle 32 including the tapered portion 32a and the straight portion 32b is formed on, for example, an active layer (silicon substrate 51).

SOI基板50において、ノズル32が形成されていない層、すなわち、シリコン基板52および酸化膜53には、ノズル32(特にテーパー部32a)と連通する連通路部54が形成されている。連通路部54は、基板22の圧力室とノズルプレート31のノズル32とを連通する部分である。連通路部54において、基板厚み方向に垂直な方向の幅は、例えば100〜200μmであり、ノズル32よりも広幅となっている。 In the SOI substrate 50, the layer on which the nozzle 32 is not formed, that is, the silicon substrate 52 and the oxide film 53, is formed with a communication passage portion 54 communicating with the nozzle 32 (particularly the tapered portion 32a). The communication passage portion 54 is a portion that communicates the pressure chamber of the substrate 22 with the nozzle 32 of the nozzle plate 31. In the communication passage portion 54, the width in the direction perpendicular to the substrate thickness direction is, for example, 100 to 200 μm, which is wider than the nozzle 32.

図15は、SOI基板50を用いた図14のノズルプレート31の製造時の流れを示すフローチャートである。図14のノズルプレート31は、図7で示したエッチングストッパー層形成工程(S12)およびエッチングストッパー層除去工程(S22)を省き、連通路部形成工程(S23)を新たに加えることによって製造することができる。 FIG. 15 is a flowchart showing a flow during manufacturing of the nozzle plate 31 of FIG. 14 using the SOI substrate 50. The nozzle plate 31 of FIG. 14 is manufactured by omitting the etching stopper layer forming step (S12) and the etching stopper layer removing step (S22) shown in FIG. 7 and newly adding a connecting passage portion forming step (S23). Can be done.

すなわち、第1パターン形成工程(S100)および第2パターン形成工程(S200)において、シリコン基板51に対して酸化膜53とは反対側の面に第1のマスクパターン41および第2のマスクパターン44(図8、図9参照)を形成する。そして、S18のテーパー部形成工程において、第2のマスクパターン44を用い、開口部44a1を介してシリコン基板51をドライエッチングすることにより、シリコン基板51にテーパー部32aを形成する。その後、S19の第2のマスクパターン除去工程において、第2のマスクパターン44を除去して第1のマスクパターン41を露出させる。そして、S20のストレート部形成工程において、露出した第1のマスクパターン41を用い、開口部41a1を介してシリコン基板51をドライエッチングすることにより、シリコン基板51にストレート部32bを形成する。ストレート部32bの形成後は、S21の第1パターン除去工程にて、第1のマスクパターン41を除去する。 That is, in the first pattern forming step (S100) and the second pattern forming step (S200), the first mask pattern 41 and the second mask pattern 44 are on the surface opposite to the oxide film 53 with respect to the silicon substrate 51. (See FIGS. 8 and 9). Then, in the taper portion forming step of S18, the tapered portion 32a is formed on the silicon substrate 51 by dry etching the silicon substrate 51 through the opening 44a 1 using the second mask pattern 44. After that, in the second mask pattern removing step of S19, the second mask pattern 44 is removed to expose the first mask pattern 41. Then, in the straight portion forming step of S20, the straight portion 32b is formed on the silicon substrate 51 by dry etching the silicon substrate 51 through the opening 41a 1 using the exposed first mask pattern 41. After forming the straight portion 32b, the first mask pattern 41 is removed in the first pattern removing step of S21.

S23の連通路部形成工程では、シリコン基板52および酸化膜53をシリコン基板51とは反対側からドライエッチングすることにより、テーパー部32aと連通する連通路部54を形成する。連通路部54の加工は、ストレート部32bの加工と同様に、例えばICP装置を用いたボッシュプロセスによって行うことができる。なお、S23の連通路部形成工程は、S20のストレート部形成工程の後であればよく、S21の第1のマスクパターン除去工程の前に行われてもよい。連通路部54を形成し、第1のマスクパターン41を除去した後は、連通路部54が圧力室22aと連通するように、基板22とノズルプレート31aとを接合することにより、ノズルプレート31を得ることができる。 In the step of forming the communication passage portion in S23, the silicon substrate 52 and the oxide film 53 are dry-etched from the side opposite to the silicon substrate 51 to form the communication passage portion 54 communicating with the taper portion 32a. The processing of the communication passage portion 54 can be performed by, for example, a Bosch process using an ICP device, as in the processing of the straight portion 32b. The step of forming the continuous passage portion in S23 may be performed after the step of forming the straight portion in S20, and may be performed before the first mask pattern removing step in S21. After forming the communication passage portion 54 and removing the first mask pattern 41, the nozzle plate 31 is joined by joining the substrate 22 and the nozzle plate 31a so that the communication passage portion 54 communicates with the pressure chamber 22a. Can be obtained.

このように、SOI基板50を用いる場合でも、テーパー部32aおよびストレート部32bを基板に対して同じ側からの加工によって形成する本実施形態の手法をそのまま利用して、ノズルプレート31を得ることができる。 As described above, even when the SOI substrate 50 is used, the nozzle plate 31 can be obtained by directly using the method of the present embodiment in which the tapered portion 32a and the straight portion 32b are formed by processing from the same side with respect to the substrate. it can.

また、ノズル32から吐出されるインクの吐出特性(特にインク吐出方向の曲がり)は、幅(径)がある程度狭められているテーパー部32aとストレート部32bとの位置精度に依存して決まり、幅の広い連通路部54と幅の狭いノズル32との位置精度とはほとんど関係しない。したがって、所望のインク吐出特性を確保するにあたって、連通路部54とノズル32との位置ズレは、ある程度許容されるため、連通路部54をSOI基板50のノズル32とは反対側からの加工によって形成することが可能となる。 Further, the ejection characteristics of the ink ejected from the nozzle 32 (particularly the bending in the ink ejection direction) are determined depending on the position accuracy of the tapered portion 32a and the straight portion 32b whose width (diameter) is narrowed to some extent, and the width is determined. It has little to do with the position accuracy of the wide passage portion 54 and the narrow nozzle 32. Therefore, in order to secure the desired ink ejection characteristics, the positional deviation between the communication passage portion 54 and the nozzle 32 is allowed to some extent. Therefore, the communication passage portion 54 is processed from the side opposite to the nozzle 32 of the SOI substrate 50. It becomes possible to form.

また、SOI基板53の酸化膜53は、連通路部54をエッチングする際のエッチングストッパー層として機能するため、図8のように、ノズル形成用基板31aに、別途のエッチングストッパー層42を形成したり、そのエッチングストッパー層42を最後に除去するなどの工程が不要になる。 Further, since the oxide film 53 of the SOI substrate 53 functions as an etching stopper layer when etching the communication passage portion 54, a separate etching stopper layer 42 is formed on the nozzle forming substrate 31a as shown in FIG. Alternatively, a step such as removing the etching stopper layer 42 at the end becomes unnecessary.

本発明のノズルプレートの製造方法は、テーパー部およびストレート部をノズルとして有するノズルプレートの製造に利用可能である。 The method for manufacturing a nozzle plate of the present invention can be used for manufacturing a nozzle plate having a tapered portion and a straight portion as nozzles.

21 インクジェットヘッド
22 基板(支持基板)
22a 圧力室
27 圧電素子
31 ノズルプレート
31a ノズル形成用基板
32 ノズル
32a テーパー部
32b ストレート部
41 第1のマスクパターン
41a 第1のマスク材
41a1 開口部(第1の開口部)
42 エッチングストッパー層
43 レジストパターン
44 第2のマスクパターン
44a 第2のマスク材
44a1 開口部(第2の開口部)
45 保護膜
50 SOI基板(ノズル形成用基板)
51 シリコン基板
52 シリコン基板
53 酸化膜
54 連通路部
1 開口中心
2 開口中心
21 Inkjet head 22 Substrate (support substrate)
22a Pressure chamber 27 Piezoelectric element 31 Nozzle plate 31a Nozzle forming substrate 32 Nozzle 32a Tapered part 32b Straight part 41 First mask pattern 41a First mask material 41a 1 opening (first opening)
42 Etching stopper layer 43 Resist pattern 44 Second mask pattern 44a Second mask material 44a 1 Opening (second opening)
45 Protective film 50 SOI substrate (nozzle forming substrate)
51 Silicon Substrate 52 Silicon Substrate 53 Oxide Film 54 Continuous Passage O 1 Opening Center O 2 Opening Center

Claims (14)

ノズル形成用基板の一方の表面上に、第1の開口部を有する第1のマスクパターンを形成する第1パターン形成工程と、
前記第1のマスクパターンの前記第1の開口部よりも開口径の小さい第2の開口部を有し、前記第1の開口部の内側に前記第2の開口部が位置するように、前記第1のマスクパターンのマスク材を覆う第2のマスクパターンを形成する第2パターン形成工程と、
前記第2のマスクパターンの前記第2の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側からドライエッチングすることにより、前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向に進むにつれて開口幅が広がる逆テーパー形状のテーパー部を前記ノズル形成用基板に形成するテーパー部形成工程と、
前記テーパー部の形成後、前記第2のマスクパターンを除去して、前記第1のマスクパターンを露出させる第2パターン除去工程と、
露出した前記第1のマスクパターンの前記第1の開口部を介して、前記ノズル形成用基板を前記一方の表面側から前記ノズル形成用基板の厚さ方向にストレートにドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通するストレート部を前記ノズル形成用基板に形成するストレート部形成工程とを含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
A first pattern forming step of forming a first mask pattern having a first opening on one surface of a nozzle forming substrate,
The second opening having a diameter smaller than that of the first opening of the first mask pattern is provided, and the second opening is located inside the first opening. A second pattern forming step of forming a second mask pattern covering the mask material of the first mask pattern, and
By dry etching the nozzle-forming substrate from the one surface side through the second opening of the second mask pattern, the thickness direction of the nozzle-forming substrate from the one surface side. A taper portion forming step of forming a tapered portion having a reverse taper shape in which the opening width increases as the nozzle is formed on the nozzle forming substrate.
A second pattern removing step of removing the second mask pattern to expose the first mask pattern after forming the tapered portion.
The nozzle-forming substrate is dry-etched straight from one surface side in the thickness direction of the nozzle-forming substrate through the first opening of the exposed first mask pattern. A method for manufacturing a nozzle plate, which comprises a straight portion forming step of forming a straight portion communicating with a tapered portion on the nozzle forming substrate.
前記テーパー部形成工程では、前記第2の開口部の内側を介して露出する前記ノズル形成用基板の面を覆うように保護膜を形成する工程(a)と、前記保護膜を、前記ノズル形成用基板の厚さ方向への異方性エッチングによって選択的に除去する工程(b)と、前記保護膜の選択的な除去によって露出する前記ノズル形成用基板を等方性エッチングする工程(c)とを繰り返して行うとともに、前記工程(a)から前記工程(c)の繰り返しごとに、前記工程(c)のエッチング条件を変更することにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成することを特徴とする請求項1に記載のノズルプレートの製造方法。 In the taper portion forming step, a step (a) of forming a protective film so as to cover the surface of the nozzle forming substrate exposed through the inside of the second opening, and a step (a) of forming the protective film on the nozzle. A step (b) of selectively removing the substrate by anisotropic etching in the thickness direction of the substrate and a step (c) of isotropic etching of the substrate for forming nozzles exposed by the selective removal of the protective film. The tapered portion is formed on the nozzle forming substrate by repeating the above steps and changing the etching conditions of the step (c) each time the steps (a) to (c) are repeated. The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1, wherein the nozzle plate is manufactured. 前記テーパー部形成工程では、前記工程(a)から前記工程(c)の繰り返しごとに、前記工程(c)でのエッチング時間を長くすることにより、前記テーパー部を前記ノズル形成用基板に形成することを特徴とする請求項2に記載のノズルプレートの製造方法。 In the taper portion forming step, the tapered portion is formed on the nozzle forming substrate by lengthening the etching time in the step (c) each time the steps (a) to (c) are repeated. The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 2, wherein the nozzle plate is manufactured. 前記第1パターン形成工程は、
前記ノズル形成用基板の前記一方の表面全体に、前記マスク材を形成する工程と、
前記マスク材上に、前記第1の開口部に対応する開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記マスク材をパターニングすることにより、前記第1の開口部を有する前記第1のマスクパターンを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
The first pattern forming step is
A step of forming the mask material on the entire surface of the nozzle forming substrate, and
A step of forming a resist pattern having an opening corresponding to the first opening on the mask material, and
Any of claims 1 to 3, further comprising a step of forming the first mask pattern having the first opening by patterning the mask material using the resist pattern as a mask. The method for manufacturing a nozzle plate according to.
前記マスク材は、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項4に記載のノズルプレートの製造方法。 The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 4, wherein the mask material is a silicon oxide film. 前記第1のマスクパターンの前記マスク材を、第1のマスク材としたとき、
前記第2パターン形成工程は、
前記第1のマスクパターンにおける前記第1の開口部の内側および前記第1のマスク材上に、前記第1のマスク材とは材質の異なる第2のマスク材を塗布する工程と、
前記第1の開口部の内側に塗布された前記第2のマスク材の一部を除去することにより、前記第1の開口部の内側に前記第2の開口部を有する前記第2のマスクパターンを、前記第1のマスク材を覆うように形成する工程とを含むことを特徴とする請求項4または5に記載のノズルプレートの製造方法。
When the mask material of the first mask pattern is used as the first mask material,
The second pattern forming step is
A step of applying a second mask material different from the first mask material on the inside of the first opening and on the first mask material in the first mask pattern.
The second mask pattern having the second opening inside the first opening by removing a part of the second mask material applied to the inside of the first opening. The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 4 or 5, wherein the step of forming the nozzle plate so as to cover the first mask material is included.
前記ノズル形成用基板の厚み方向に垂直な面内で、前記第1の開口部の開口中心と前記第2の開口部の開口中心とは一致していることを特徴とする請求項6に記載のノズルプレートの製造方法。 The sixth aspect of claim 6 is characterized in that the opening center of the first opening and the opening center of the second opening coincide with each other in a plane perpendicular to the thickness direction of the nozzle forming substrate. Nozzle plate manufacturing method. 前記第2のマスク材は、感光性樹脂であることを特徴とする請求項6または7に記載のノズルプレートの製造方法。 The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 6 or 7, wherein the second mask material is a photosensitive resin. 前記第1パターン形成工程は、
前記ノズル形成用基板の他方の表面上に、エッチングストッパー層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項4から8のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
The first pattern forming step is
The method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 4 to 8, further comprising a step of forming an etching stopper layer on the other surface of the nozzle forming substrate.
前記ノズル形成用基板は、酸化膜を介して2枚のシリコン基板を接合したSOI基板であり、
前記テーパー部形成工程では、前記ノズル形成用基板の一方のシリコン基板に前記テーパー部を形成し、
前記ストレート部形成工程では、前記ノズル形成用基板の前記一方のシリコン基板に前記ストレート部を形成し、
該製造方法は、前記ストレート部形成工程の後、前記ノズル形成用基板の他方のシリコン基板および前記酸化膜を、前記一方のシリコン基板とは反対側からドライエッチングすることにより、前記テーパー部と連通する連通路部を前記ノズル形成用基板に形成する連通路部形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
The nozzle-forming substrate is an SOI substrate in which two silicon substrates are bonded via an oxide film.
In the taper portion forming step, the tapered portion is formed on one silicon substrate of the nozzle forming substrate .
In the straight portion forming step, the straight portion is formed on the one silicon substrate of the nozzle forming substrate .
In the manufacturing method, after the straight portion forming step, the other silicon substrate of the nozzle forming substrate and the oxide film are dry-etched from the side opposite to the one silicon substrate to communicate with the tapered portion. The method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of forming a continuous passage portion to form a continuous passage portion on the nozzle forming substrate.
前記ストレート部形成工程の後、前記第1のマスクパターンを除去する第1パターン除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。 The method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 10, further comprising a first pattern removing step of removing the first mask pattern after the straight portion forming step. 前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記ストレート部の長さは、10μm以下であることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。 The method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 11, wherein the length of the straight portion along the thickness direction of the nozzle-forming substrate is 10 μm or less. 前記ノズル形成用基板の厚さ方向に沿った前記テーパー部の長さは、10μm以上であることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。 The method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 12, wherein the length of the tapered portion along the thickness direction of the nozzle-forming substrate is 10 μm or more. 請求項1から13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インクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記テーパー部および前記ストレート部を前記ノズル形成用基板に形成して構成されるノズルプレートと、圧電素子を支持するとともに圧力室が形成された支持基板とを、前記圧力室と前記テーパー部とが連通するように接合する工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
A method for manufacturing an inkjet head, wherein the inkjet head is manufactured by using the method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 13.
The pressure chamber and the tapered portion form a nozzle plate formed by forming the tapered portion and the straight portion on the nozzle forming substrate, and a support substrate on which the piezoelectric element is supported and the pressure chamber is formed. A method for manufacturing an inkjet head, which comprises a step of joining so as to communicate with each other.
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