JP7119943B2 - 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に関し、更に詳しくは、ノズル径の寸法精度と、ノズル内部形状を高精度で形成することができるノズルプレートの製造方法と、当該ノズルプレートを製造する各工程を有するインクジェットヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle plate and a method for manufacturing an inkjet head using the method. More specifically, the present invention relates to a nozzle plate capable of forming nozzle diameters with high dimensional accuracy and nozzle internal shapes with high accuracy. The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing method of an inkjet head having each step of manufacturing the nozzle plate.

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 nozzles, there has been proposed a nozzle plate in which only the outlet vicinity of tapered nozzles is straightened. By forming the straight portion in the nozzle, the dimensional accuracy of the hole diameter during processing of the nozzle is stabilized, so that the effect of keeping the ink discharge amount from each nozzle constant can be expected.

このようなノズルプレートの製造方法が、例えば、特許文献1及び特許文献2に開示されている。 A method for manufacturing such a nozzle plate is disclosed, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献1には、酸化膜上にシリコン単結晶層を形成した構造のシリコンウェハであるSOI(Silicon On Insulator)基板にテーパー連通路とストレート開口部を形成した漏斗型のノズルプレートの製造方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a funnel-shaped nozzle plate in which a tapered communication passage and a straight opening are formed in an SOI (Silicon On Insulator) substrate, which is a silicon wafer having a structure in which a silicon single crystal layer is formed on an oxide film. disclosed.

特許文献1に記載の方法は、SOI基板を使用し、BOX層(熱酸化膜層)止めでICP深掘り加工し、BOX層側にストレート開口部(ノズルストレート部ともいう。)を形成し、次いで、ストレート開口部を酸化膜で保護して、例えば、ウェット異方性エッチングによりテーパー連通路(テーパー部ともいう。)を形成する方法である。特許文献1で記載の方法では、射出時のノズルストレート部はICP深掘加工の底面に形成される。ICP加工のエッチングにおけるばらつきを考慮すると、エッチング時間を長めに設定し、プロセスマージンを確保する必要がある。また、BOX層は絶縁であり、底面部(BOX層付近)では、プラズマはノッチングを起こしやすく、ノズル径精度が満足できないことが想定される。また、ストレート開口部を形成した後、テーパー連通路を形成するパターンでは、それぞれの中心線での芯ずれが生じるという問題を抱えている。 In the method described in Patent Document 1, an SOI substrate is used, and a BOX layer (thermal oxide film layer) is stopped by ICP deep etching to form a straight opening (also referred to as a nozzle straight portion) on the BOX layer side, Then, the straight opening is protected with an oxide film, and a tapered communication path (also called a tapered portion) is formed by, for example, wet anisotropic etching. In the method described in Patent Document 1, the nozzle straight portion at the time of injection is formed on the bottom surface of ICP deep excavation. Considering variations in etching in ICP processing, it is necessary to set the etching time longer to secure a process margin. In addition, the BOX layer is an insulator, and plasma notching is likely to occur at the bottom surface (near the BOX layer), and it is assumed that the nozzle diameter accuracy cannot be satisfied. Further, in the pattern of forming a tapered communication path after forming a straight opening, there is a problem that misalignment occurs at each center line.

また、特許文献2には、シリコン基板を使用し、テーパー連通路とストレート開口部を形成した漏斗型のノズルプレートの製造方法が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a method of manufacturing a funnel-shaped nozzle plate in which a silicon substrate is used and tapered communication passages and straight openings are formed.

特許文献2で開示されている方法は、ストレート開口部はシリコン基板の上面部に形成する方法である。詳しくは、シリコン基板を使用し、ICP深堀加工で中間止め加工で、初めにストレート開口部を形成し、ストレート開口部の側面を保護膜で保護し、次いで、底面の保護膜を除去したのち、異方性ウェットエッチングでテーパー連通路を形成する方法である。 The method disclosed in Patent Document 2 is a method of forming a straight opening in the upper surface of a silicon substrate. Specifically, a silicon substrate is used, and a straight opening is first formed by ICP deep engraving and intermediate stopper processing. This is a method of forming a tapered communication path by anisotropic wet etching.

特許文献2で開示されている方法では、上記特許文献1に記載の方法で生じやすいノッチング等による影響がなくなり、ノズル径精度は向上するものと予想される。また、パターン形成は1回のみで行うため、芯ずれの問題も解決できる。 The method disclosed in Patent Document 2 eliminates the influence of notching and the like that tend to occur in the method described in Patent Document 1, and is expected to improve the nozzle diameter accuracy. Moreover, since pattern formation is performed only once, the problem of misalignment can also be solved.

しかしながら、特許文献2に記載の方法では、ストレート開口部の内部に保護膜を形成した後、底面部の保護膜のみを選択的に異方エッチングすることは製造上難しく、加工精度にばらつきが生じることの懸念がある。特に、異方性エッチングの反応種は、エッジ部分や絶縁膜にチャージしやすいため、開口エッジ部の保護膜の破損や、底面部のストレート長さのばらつきが生じやすい。また、特許文献2で提案されている方法では、ストレート加工部底面の被エッチング領域が閉鎖系になっており、エッチャントの入れ替わりが起こりづらく、エッチングに多大な時間を要することが予想される。反対に、ノズル開口部に相当するストレート開口部の先端ではエッチングが比較的早く進むため、保護膜が消失しやすく、同様に加工精度のばらつきが予想される。 However, in the method described in Patent Document 2, it is difficult to selectively anisotropically etch only the protective film on the bottom surface after forming the protective film inside the straight opening, resulting in variations in processing accuracy. I have concerns about that. In particular, since the reactive species of anisotropic etching tends to charge the edge portion and the insulating film, damage to the protective film at the edge portion of the opening and variations in the straight length of the bottom portion are likely to occur. In addition, in the method proposed in Patent Document 2, the etched region of the bottom surface of the straight processed portion is a closed system, so it is difficult to replace the etchant, and it is expected that the etching will take a long time. On the other hand, since etching progresses relatively quickly at the tip of the straight opening corresponding to the nozzle opening, the protective film tends to disappear, and variations in processing accuracy are also expected.

従って、中心軸にずれのないテーパー連通路部分を形成し、同時に、加工ばらつきを抑え、高精度にストレート開口部の形成が可能で、量産性に優れたノズルプレートの製造方法の開発が要望されている。 Therefore, there is a demand for the development of a nozzle plate manufacturing method that is capable of forming a tapered communication passage without misalignment on the central axis, suppressing variations in processing, and forming a straight opening with high precision, and which is excellent in mass productivity. ing.

特許第5519263号公報Japanese Patent No. 5519263 特開2011-37053号公報JP 2011-37053 A

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、ノズル径の寸法精度と、ノズルのテーパー連通路とストレート開口部を、中心軸のばらつきがなく、高精度で形成することができるノズルプレートの製造方法と、当該ノズルプレートを製造する各工程を有するインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved is to form the dimensional accuracy of the nozzle diameter, and to form the tapered communication passage and the straight opening of the nozzle with high accuracy without variations in the central axis. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a nozzle plate that can achieve a high degree of uniformity, and a method for manufacturing an inkjet head having each step of manufacturing the nozzle plate.

本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、ノズルプレートの製造方法として、1回のパターン形成でテーパー連通路とストレート開口部(ノズル孔)を同時に連続して形成する形成パターンを取ることにより、テーパー連通路とストレート開口部との中心軸のばらつきを無くすことができる。さらに、ウェットエッチングによりテーパー連通路を形成した後、ノズル孔を形成するストレート開口部を形成する方法とすることにより、ウェットエッチングによるノズル先端部の形状不良を解消することができ、所望の先端形状を有するノズルを高精度で形成することができることを見出し、本発明に至った。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention, in the process of studying the causes of the above problems, have found a method for manufacturing a nozzle plate in which a tapered communication passage and a straight opening (nozzle hole) are simultaneously formed continuously by forming a single pattern. By adopting a formation pattern formed in such a manner that the tapered communication passage and the straight opening are formed, it is possible to eliminate the variation in the center axis. Furthermore, by adopting a method of forming the straight opening for forming the nozzle hole after forming the tapered communication passage by wet etching, it is possible to eliminate the shape defect of the nozzle tip due to wet etching, and achieve the desired tip shape. The present inventors have found that a nozzle having

すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。 That is, the above problems related to the present invention are solved by the following means.

1.少なくとも、テーパー連通路と、ノズル部を形成するストレート開口部を有するノズルプレートの製造方法であって、
少なくとも、下記工程1~工程8を経て、ノズルプレートを製造することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
1. A method for manufacturing a nozzle plate having at least a tapered communication passage and a straight opening forming a nozzle portion,
A method for manufacturing a nozzle plate, characterized by manufacturing a nozzle plate through at least steps 1 to 8 below.

工程1:表面が(100)面である単結晶シリコン基板を準備する工程、
工程2:前記単結晶シリコン基板の表面に、マスク層を一様に形成する工程、
工程3:前記マスク層に、将来的にノズル孔となる環状パターンと、その内側に多角形又は円形パターンを形成する工程、
工程4:前記環状パターン上にレジスト層を形成し、前記多角形又は円形パターンを、ドライエッチングで貫通、又は一部を深掘加工する工程、
工程5:前記環状パターン上に形成したレジスト層を除去する工程、
工程6:前記単結晶シリコン基板を異方性ウェットエッチングして、前記多角形又は円形パターンから八面体形状に広がる前記テーパー連通路を形成する工程、
工程7:前記環状パターンをドライエッチングによる深掘りにより、前記テーパー連通
路まで貫通させて、ノズル孔先端となる前記ストレート開口部を形成する工程、
工程8:所定の大きさに外径寸法を整えてチップ化する工程。
Step 1: a step of preparing a single crystal silicon substrate having a (100) surface;
Step 2: a step of uniformly forming a mask layer on the surface of the single crystal silicon substrate;
Step 3: A step of forming an annular pattern, which will become a nozzle hole in the future, and a polygonal or circular pattern inside it, on the mask layer;
Step 4: A step of forming a resist layer on the annular pattern and penetrating or partly deep-etching the polygonal or circular pattern by dry etching;
Step 5: removing the resist layer formed on the annular pattern;
Step 6: A step of anisotropically wet-etching the single crystal silicon substrate to form the tapered communication path extending from the polygonal or circular pattern into an octahedral shape;
Step 7: A step of forming the straight opening that will be the tip of the nozzle hole by penetrating the annular pattern to the tapered communication path by deep etching by dry etching;
Step 8: A step of trimming the outside diameter to a predetermined size and chipping.

2.前記工程7の後に、前記単結晶シリコン基板の前記ストレート開口部を設けた面とは反対側の面を前記テーパー連通路の中心部まで研削、研磨する工程を有することを特徴とする第1項に記載のノズルプレートの製造方法。 2. Item 1, characterized in that, after the step 7, there is a step of grinding and polishing the surface of the single crystal silicon substrate opposite to the surface on which the straight opening is provided, up to the center portion of the tapered communication path . A method for manufacturing the nozzle plate according to 1.

3.ノズル孔先端部の上部表面と、前記ストレート開口部の側面とのなす角度(θ2)を、70~90度の範囲内とすることを特徴とする第1項又は第2項に記載のノズルプレートの製造方法。 3. 3. The nozzle plate according to claim 1 or 2, wherein the angle (θ2) formed by the upper surface of the tip of the nozzle hole and the side surface of the straight opening is within the range of 70 to 90 degrees. manufacturing method.

4.前記テーパー連通路及びストレート開口部の表面が、インク耐性を有する保護膜で被覆することを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法。 4. 4. The method of manufacturing a nozzle plate according to any one of items 1 to 3, wherein surfaces of the tapered communication passage and the straight opening are covered with a protective film having ink resistance.

5.最表面部に、撥インク層を形成することを特徴とする第1項から第4項までのいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法。 5. 5. The method of manufacturing a nozzle plate according to any one of items 1 to 4, wherein an ink-repellent layer is formed on the outermost surface.

6.第1項から第5項までのいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法における工程1~工程8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。 6. A method for manufacturing an inkjet head, comprising steps 1 to 8 in the method for manufacturing a nozzle plate according to any one of items 1 to 5.

上記の上記手段によれば、ノズル径の寸法精度と、ノズルのテーパー連通路とストレート開口部を、中心軸のばらつきがなく、高精度で形成することができるノズルプレートの製造方法と、当該ノズルプレートを製造する各工程を有するインクジェットヘッドの製造方法を提供することができる。 According to the above-described means, a method for manufacturing a nozzle plate that can form the dimensional accuracy of the nozzle diameter, the tapered communication passage and the straight opening of the nozzle with high accuracy without variations in the central axis, and the nozzle. It is possible to provide an inkjet head manufacturing method having each step of manufacturing a plate.

本発明で規定する構成からなるノズルプレートの製造方法の技術的特徴とその効果の発現機構は、以下のとおりである。 The technical features of the method for manufacturing a nozzle plate having the configuration defined by the present invention and the mechanism of its effects are as follows.

本発明のノズルプレートの製造方法の技術的特徴は、1回のパターン形成により、テーパー連通路とストレート開口部(ノズル孔)とを、この順で連続して形成することを特徴とし、この形成パターンを取ることにより、テーパー連通路とストレート開口部との中心軸のばらつきを無くすことができる。さらに、ウェットエッチングによりテーパー連通路を形成した後、ノズル孔を形成するストレート開口部を形成する方法とすることにより、ノズル孔を形成した後、ウェットエッチングによりテーパー連通路を形成する従来の方法に対し、ウェットエッチング時に発生するアンダーカットによる先端径のずれや、それらのウエハ面内のばらつきなど、ノズル先端部の形状不良を解消することができ、所望の先端形状を有するノズルを高精度で形成することができる。 The technical feature of the method for manufacturing a nozzle plate of the present invention is characterized in that the tapered communication passage and the straight opening (nozzle hole) are continuously formed in this order by one pattern formation. By taking the pattern, it is possible to eliminate variations in the center axis between the tapered communication passage and the straight opening. Further, by adopting a method of forming a tapered communication path by wet etching and then forming a straight opening for forming a nozzle hole, the conventional method of forming a tapered communication path by wet etching after forming a nozzle hole is adopted. On the other hand, it is possible to eliminate the shape defects of the nozzle tip, such as the deviation of the tip diameter due to the undercut that occurs during wet etching and the variation in the wafer surface, and form the nozzle with the desired tip shape with high accuracy. can do.

本発明のノズルプレートの製造工程の主要形成ステップの一例を示す断面図FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of main forming steps in the manufacturing process of the nozzle plate of the present invention; 本発明の代表的なノズルプレートの製造方法における製造ステップ(その1)を示す断面図(実施形態1)FIG. 2 is a cross-sectional view (embodiment 1) showing a manufacturing step (part 1) in a typical method of manufacturing a nozzle plate according to the present invention; 本発明の代表的なノズルプレートの製造方法における製造ステップ(その2)を示す断面図(実施形態1)FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing step (No. 2) in a typical method of manufacturing a nozzle plate according to the present invention (Embodiment 1); 図2に記載の製造ステップS-3及び製造ステップS-6における上面図Top view in manufacturing step S-3 and manufacturing step S-6 shown in FIG. 保護膜と撥インク層を形成した本発明のノズルプレートの構成の一例を示す断面図(実施形態2)FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the nozzle plate of the present invention in which a protective film and an ink-repellent layer are formed (Embodiment 2). 本発明の代表的なノズルプレートの製造方法の他の一例(その1)を示す断面図(実施形態3)FIG. 11 is a cross-sectional view (Embodiment 3) showing another example (No. 1) of the manufacturing method of a typical nozzle plate of the present invention. 本発明の代表的なノズルプレートの製造方法の他の一例(その2)を示す断面図(実施形態3)FIG. 11 is a cross-sectional view (Embodiment 3) showing another example (No. 2) of the manufacturing method of a representative nozzle plate of the present invention. 本発明のノズルプレートで、ノズル孔先端部の角度とテーパー連通部の角度を説明するための図FIG. 4 is a diagram for explaining the angle of the tip of the nozzle hole and the angle of the taper communicating portion in the nozzle plate of the present invention; ノズルプレートに連通路プレートを接続した構成の一例を示す断面図(実施形態4)Sectional view showing an example of a configuration in which a communicating path plate is connected to a nozzle plate (Embodiment 4) ノズルプレートにシード層を介してNi電鋳を接続した構成の一例を示す断面図(実施形態5)FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a configuration in which Ni electroforming is connected to a nozzle plate via a seed layer (Embodiment 5) インクジェットヘッドの構成の一例を示す断面図Cross-sectional view showing an example of the configuration of an inkjet head

本発明のノズルプレートの製造方法は、少なくとも、テーパー連通路と、ノズル部を形成するストレート開口部を有するノズルプレートの製造方法であって、少なくとも、前記工程1~工程8を経て、ノズルプレートを製造することを特徴とする。この特徴は、下記各実施形態に係る発明に共通する技術的特徴である。 A method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention is a method for manufacturing a nozzle plate having at least a tapered communication passage and a straight opening forming a nozzle portion, wherein the nozzle plate is manufactured through at least steps 1 to 8. It is characterized by manufacturing. This feature is a technical feature common to the inventions according to the following embodiments.

本発明の実施形態としては、本発明の効果発現の観点から、前記工程7の後に、前記単結晶シリコン基板の前記ストレート開口部を設けた面とは反対側の面を前記テーパー連通路の中心部まで研削、研磨する工程を有することが好ましい形態である。 As an embodiment of the present invention, from the viewpoint of exhibiting the effect of the present invention, after the step 7, the surface of the single crystal silicon substrate opposite to the surface on which the straight opening is provided is the center of the tapered communication path . It is preferable to have a step of grinding and polishing up to the part.

また、ノズル孔先端部の上部表面と、前記ストレート開口部の側面とのなす角度(θ2)を、70~90度の範囲内とすることが、より安定したインク出射性能を確保することができる点で好ましい。 Further, by setting the angle (θ2) between the upper surface of the tip of the nozzle hole and the side surface of the straight opening within the range of 70 to 90 degrees, more stable ink ejection performance can be ensured. point is preferable.

また、テーパー連通路及びストレート開口部の表面を、インク耐性を有する保護膜で被覆することが、インクによる腐食を防止し、耐久性の高いノズルプレートを作製することができる点で好ましい。 In addition, it is preferable to coat the surfaces of the tapered communication passage and the straight opening with a protective film having ink resistance in that corrosion due to ink can be prevented and a highly durable nozzle plate can be produced.

また、最表面部に、撥インク層を形成することが、インク出射時のインクミスト等のノズルプレート表面への付着を防止することができ、長期間にわたりインク出射安定性を維持することができる点で好ましい。 Forming an ink-repellent layer on the outermost surface can prevent ink mist from adhering to the nozzle plate surface during ink ejection, and can maintain ink ejection stability over a long period of time. point is preferable.

また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、本発明のノズルプレートの製造方法における各工程を含むことを特徴とする。 A method for manufacturing an inkjet head of the present invention is characterized by including each step in the method for manufacturing a nozzle plate of the present invention.

以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、数値範囲を表す「~」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用している。また、以下の説明において、各構成要素のあとの括弧内に記載の数字は、各図に記載した各構成要素の符号を表す。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention, its constituent elements, and embodiments and modes for carrying out the present invention will be described in detail below. In addition, in the present application, "-" representing a numerical range is used in the sense that the numerical values described before and after it are included as a lower limit value and an upper limit value. Also, in the following description, the numerals in parentheses after each component represent the reference numerals of each component described in each drawing.

《ノズルプレートの製造方法》
本発明のノズルプレートの製造方法は、少なくとも、テーパー連通路と、ノズル部を形成するストレート開口部を有するノズルプレートの製造方法であって、
少なくとも、下記工程1~工程8を経て、ノズルプレートを製造することを特徴とする。
<<Manufacturing method of nozzle plate>>
A method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention is a method for manufacturing a nozzle plate having at least a tapered communication passage and a straight opening forming a nozzle portion,
The nozzle plate is manufactured through at least the following steps 1 to 8.

工程1:表面が(100)面である単結晶シリコン基板を準備する工程、
工程2:前記単結晶シリコン基板の表面に、マスク層を一様に形成する工程、
工程3:前記マスク層に、将来的にノズル孔となる環状パターンと、その内側に矩形パターンを形成する工程、
工程4:前記環状パターン上にレジスト層を形成し、前記矩形パターン部を、ドライエッチングで貫通、又は一部を深掘加工する工程、
工程5:前記環状パターン上に形成したレジスト層を除去する工程、
工程6:前記単結晶シリコン基板を異方性ウェットエッチングして、矩形パターンから八面体形状に広がる前記テーパー連通路を形成する工程、
工程7:前記環状パターンをドライエッチングによる深掘りにより、前記テーパー連通路まで貫通させて、ノズル孔先端となる前記ストレート開口部を形成する工程、
工程8:所定の大きさに外径寸法を整えてチップ化する工程。
Step 1: a step of preparing a single crystal silicon substrate having a (100) surface;
Step 2: a step of uniformly forming a mask layer on the surface of the single crystal silicon substrate;
Step 3: A step of forming an annular pattern that will become a nozzle hole in the future and a rectangular pattern inside it on the mask layer;
Step 4: A step of forming a resist layer on the annular pattern, and penetrating the rectangular pattern portion by dry etching, or deep etching a part of the rectangular pattern portion;
Step 5: removing the resist layer formed on the annular pattern;
Step 6: A step of anisotropically wet-etching the single crystal silicon substrate to form the tapered communication path extending from a rectangular pattern into an octahedral shape;
Step 7: A step of forming the straight opening that will be the tip of the nozzle hole by penetrating the annular pattern to the tapered communication path by deep etching by dry etching;
Step 8: A step of trimming the outside diameter to a predetermined size and chipping.

〔ノズルプレートの製造方法の主要な特徴点〕
本発明のノズルプレートの製造方法の主要な特徴は、単結晶シリコン基板を用い、第1ステップとして、異方性ウェットエッチングを用いて八面体形状に広がるテーパー連通路を形成した後、第2ステップとして、ドライエッチングによる深掘りにより、ノズル孔先端となるストレート開口部を形成することを特徴とし、このようなノズル部の形成方法により、ノズル径の寸法精度と、ノズルのテーパー連通路とストレート開口部との中心軸のばらつきがなく、高精度な構造を有するノズルプレートを製造することができる。
[Major Characteristics of Nozzle Plate Manufacturing Method]
The main feature of the method for manufacturing a nozzle plate of the present invention is that a single crystal silicon substrate is used, and in the first step, anisotropic wet etching is used to form tapered communication passages extending in an octahedral shape, followed by the second step. is characterized by forming a straight opening that will be the tip of the nozzle hole by deep excavation by dry etching, and this method of forming the nozzle part improves the dimensional accuracy of the nozzle diameter, the taper communication path of the nozzle, and the straight opening. It is possible to manufacture a nozzle plate having a high-precision structure with no variation in the center axis between the parts.

図1は、本発明のノズルプレートの製造方法における主要工程であるテーパー連通路とストレート開口部の作製ステップを示した概略断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a step of producing a tapered communicating passage and a straight opening, which is a major step in the manufacturing method of the nozzle plate of the present invention.

図1の(a)に記載の作製ステップは、後述の図3に記載のステップS-7で示す、上記工程4に係る「前記環状パターン上にレジスト層を形成し、前記多角形又は円形パターンを、ドライエッチングで貫通、又は一部を深掘加工する工程」を示すものであり、シリコン基板(1)の両面部に第1マスク層(2)が形成され、表面側の第1マスク層(2)の上に、第2マスク層(3)と、レジスト層2(7)とが形成され、前記多角形又は円形パターン(6B、深堀用導坑形成部)に対し、ドライエッチング(DE2)により深堀用導路(8)を形成する。 The manufacturing step shown in (a) of FIG. 1 is the step S-7 shown in FIG. The first mask layer (2) is formed on both sides of the silicon substrate (1), and the first mask layer (2) is formed on both sides of the silicon substrate (1). A second mask layer (3) and a resist layer 2 (7) are formed on the layer (2), and dry etching is applied to the polygonal or circular pattern ( 6B, deep trench forming part). (DE2) forms a deep trench path (8).

次いで、図1の(b)に記載の作製ステップは、後述の図3に記載のステップS-8で示す、工程6に係る「上記前記単結晶シリコン基板を異方性ウェットエッチングして、多角形又は円形パターンから八面体形状に広がるテーパー連通路を形成する工程」を示すものであり、異方性ウェットエッチングで、シリコン基板をエッチングして、八面体のテーパー連通路(9)を形成する。 Next, the manufacturing step shown in FIG. 1(b) is anisotropic wet etching of the single crystal silicon substrate in step S-8 shown in FIG. Forming tapered communication passages extending from a rectangular or circular pattern into an octahedral shape”, etching the silicon substrate by anisotropic wet etching to form octahedral tapered communication passages (9). .

次いで、図1の(c)に記載の作製ステップは、後述の図3に記載のステップS-9で示す、上記工程7に係る「前記環状パターンをドライエッチングにより深掘り、テーパー連通路まで貫通させて、ノズル孔先端となるストレート開口部を形成する工程」を示すものであり、環状パターンであるノズル孔形成部(5B)に対しドライエッチングによる深掘りを行って、ノズル孔であるストレート開口部(10)を形成する。 Next, the manufacturing step shown in (c) of FIG. 1 is the step S-9 shown in FIG. The nozzle hole forming portion (5B), which is an annular pattern, is deeply excavated by dry etching to form a straight opening serving as a nozzle hole. Form part (10).

このようにテーパー連通路を形成した後、ストレート開口部を、一貫して形成することによる図1の(a)で記載の中心軸1(C1)、図1の(b)に記載の中心軸2(C2)及び図1の(c)に記載の中心軸3(C3)のそれぞれの中心軸のばらつきの発生がなく、高精度なノズルパターンを形成することができる。また、はじめにテーパー連通路を形成し、次いでストレート開口部を形成する方法であり、ストレート開口部であるノズル部におけるエッチング等による形状破損を受けることがないため、安定した形状のノズル部を形成することができる。 After forming the tapered communication path in this way, the straight opening is formed consistently, thereby forming the center axis 1 (C1) shown in FIG. 1(a) and the center axis shown in FIG. 1(b). 2 (C2) and central axis 3 (C3) described in (c) of FIG. In addition, in this method, a tapered communicating passage is formed first, and then a straight opening is formed. Since the shape of the nozzle portion, which is a straight opening, is not damaged by etching or the like, the nozzle portion can be formed in a stable shape. be able to.

〔実施形態1:ノズルプレートの製造方法1〕
次いで、本発明のノズルプレートの製造方法の具体的な構成について、図を交えて説明する。
[Embodiment 1: Nozzle plate manufacturing method 1]
Next, a specific configuration of the nozzle plate manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings.

図2及び図3は、本発明の代表的なノズルプレートの製造方法における製造ステップ(その1)を示す断面図(実施形態1)である。 2 and 3 are sectional views (Embodiment 1) showing a manufacturing step (No. 1) in a typical nozzle plate manufacturing method of the present invention.

(工程1:単結晶シリコン基板の準備)
図2のステップS-1で示す工程は、本発明で規定する、「工程1:表面が(100)面である単結晶シリコン基板を準備する工程」であり、ノズルプレートの基板である表面が(100)面である単結晶のシリコン基板(1)を準備する工程である。
(Step 1: Preparation of Single Crystal Silicon Substrate)
The step shown in step S-1 in FIG. 2 is “step 1: a step of preparing a single crystal silicon substrate having a (100) surface” defined in the present invention, and the surface of the substrate of the nozzle plate is This is a step of preparing a single crystal silicon substrate (1) having a (100) plane.

本発明に適用可能な表面が(100)面である単結晶のシリコン基板(1)としては、厚さが100~200μm程度のシリコンからなる板状部材である。ノズル基板の基材としてシリコン基板(1)を用いることで、高精度にノズルプレートの加工を行うことができ、位置の誤差や形状のばらつきの少ないノズルプレートを形成することができる。シリコン基板としては、酸化膜上にシリコン単結晶層を形成した構造のシリコンウェハであるSOI(Silicon On Insulator)であることが好ましい。 A single-crystal silicon substrate (1) having a (100) plane applicable to the present invention is a plate member made of silicon having a thickness of about 100 to 200 μm. By using the silicon substrate (1) as the base material of the nozzle substrate, the nozzle plate can be processed with high accuracy, and the nozzle plate can be formed with less positional errors and less variation in shape. The silicon substrate is preferably SOI (Silicon On Insulator), which is a silicon wafer having a structure in which a silicon single crystal layer is formed on an oxide film.

(工程2:マスク層の形成)
図2のステップS-2で示す工程は、本発明で規定する、「工程2:前記単結晶シリコン基板の表面に、マスク材料より構成されるマスク層を一様に形成する工程」である。
(Step 2: Formation of mask layer)
The step shown in step S-2 in FIG. 2 is "step 2: a step of uniformly forming a mask layer made of a mask material on the surface of the single crystal silicon substrate" defined in the present invention.

はじめに、シリコン基板(1)の両面に、SiOCから構成される第1マスク層(2)を形成した後、ノズル開口部を形成する面側の第1マスク層(2)の表面に、SiOから構成されている第2マスク層(3)を形成する。 First, after forming a first mask layer (2) made of SiOC on both sides of a silicon substrate (1), SiO 2 is applied to the surface of the first mask layer (2) on the side where the nozzle openings are to be formed. forming a second mask layer (3) consisting of

本発明において、マスク層を形成する材料としては、特に制限はないが、例えば、炭化ケイ素(SiC)、炭化酸化ケイ素(SiOC)及び酸化ケイ素(SiO)の他、酸化アルミニウム(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO)、酸化ハフニウム(HfO)及び酸化タンタル(Ta)といった金属酸化膜や、金属酸化膜にシリコンを含有させた金属シリケート膜(タンタルシリケート(TaSiO)等)などを用いることができる。各マスク層の厚さは、特に制限はないが、例えば、50~500nmの範囲内とすることが望ましい。 In the present invention , the material for forming the mask layer is not particularly limited. ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ) and tantalum oxide (Ta 2 O 3 ), and metal silicate films ( tantalum silicate (TaSiO), etc.) can be used. The thickness of each mask layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 50 to 500 nm, for example.

マスク層の形成方法としては、例えば、SiOから構成される第2マスク層(3)の形成に関しては、熱酸化法やCVD法(chemical vaper deposition,化学蒸着、化学気相成長法)を適用することができ、SiNから構成されるマスク層の形成に関しては、CVD法やLPCVD法(low puressureCVD法、低圧気相成長法)を適用でき、SiOCから構成される第1マスク層(2)の形成に関しては、CVD法を適用することができる。 As a method of forming the mask layer, for example, a thermal oxidation method or a CVD method (chemical vapor deposition) is applied to the formation of the second mask layer (3) made of SiO 2 . CVD method or LPCVD method (low pressure vapor deposition method) can be applied to form the mask layer made of SiN, and the first mask layer (2) made of SiOC can be formed. As for formation, a CVD method can be applied.

マスク層は、単層であっても、図2に示すよな2層構成であっても、シリコン基板の裏面側にも形成する構成であってもよい。 The mask layer may be a single layer, a two-layer structure as shown in FIG. 2, or a structure formed on the back side of the silicon substrate.

(工程3:第1レジスト層の形成と、環状パターンと多角形又は円形パターンの形成)
図2のステップS-3で示す工程は、本発明で規定する、「工程3:前記マスク層に、将来的にノズル孔となる環状パターンと、その内側に多角形又は円形パターンを形成する工程」であり、初めに、第2マスク層(3)の上に、レジスト層1(4)を形成する。
(Step 3: Formation of first resist layer and formation of annular pattern and polygonal or circular pattern)
The process shown in step S-3 in FIG. 2 is defined in the present invention as "Step 3: A process of forming an annular pattern that will become a nozzle hole in the future and a polygonal or circular pattern on the inner side of the mask layer. , and first, a resist layer 1 (4) is formed on the second mask layer (3).

レジスト層の形成には、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストを用いることができる。ポジ型フォトレジスト及びネガ型フォトレジストとしては、公知の材料を用いることができる。例えば、ネガ型フォトレジストとしては、日本ゼオン社製のZPN-1150-90を用いることができる。また、ポジ型フォトレジストとしては、東京応化工業社製のOFPR-800LB、同OEBR-CAP112PMを用いることができる。 A positive photoresist or a negative photoresist can be used to form the resist layer. Known materials can be used as the positive photoresist and the negative photoresist. For example, as a negative photoresist, ZPN-1150-90 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. can be used. As the positive photoresist, OFPR-800LB and OEBR-CAP112PM manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used.

レジスト層はスピンコーター等を用いて、所定の厚みになるように塗布して形成する。その後、110度で90秒等の条件でプリベーク処理を行う。 The resist layer is formed by coating with a spin coater or the like so as to have a predetermined thickness. After that, a pre-baking process is performed under conditions such as 110 degrees and 90 seconds.

密着性向上のため、レジスト塗布の前に、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)処理を施してもよい。HMDS処理とは、ヘキサメチルジシラザンと呼ばれる有機材料で、例えば、東京応化社製のOAP(ヘキサメチルジシラザン)などが使用できる。レジスト塗布同様、スピンコーターで塗布しても良いし、ヘキサメチルジシラザン蒸気に曝しても密着性向上の効果が期待できる。 In order to improve adhesion, HMDS (hexamethyldisilazane) treatment may be performed before resist coating. The HMDS treatment is an organic material called hexamethyldisilazane, and for example, OAP (hexamethyldisilazane) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. can be used. As with the resist coating, the coating may be performed using a spin coater, or the effect of improving adhesion can be expected by exposing to hexamethyldisilazane vapor.

所定のマスクを使用し、アライナー等で露光する。例えば、コンタクトアライナーの場合、約50mJ/cmの光量で行う。その後、現像液(例えば、東京応化製 NMD-3に60~90秒)に浸漬し、上記レジストの感光部を除去することにより、マスク層の上に、図3のステップS-3や図4の(a)で示すようなレジストパターンを有するレジスト層を形成する。 Using a predetermined mask, exposure is performed with an aligner or the like. For example, in the case of a contact aligner, the amount of light is about 50 mJ/cm 2 . After that, by immersing in a developer (for example, NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka for 60 to 90 seconds) to remove the exposed portion of the resist, step S-3 in FIG. 3 and FIG. A resist layer having a resist pattern as shown in (a) is formed.

具体的なマスクパターンとしては、図4の(a)で示すように、将来的にノズル孔となる環状パターン(5)が、例えば、環状の外径が20~30μmの範囲内で、溝幅が1~5μmの範囲内となるように、レジスト層(4)上に形成されている。 As a specific mask pattern, as shown in FIG. 4A, an annular pattern (5), which will become nozzle holes in the future, has an outer diameter of 20 to 30 μm and a groove width of 20 to 30 μm. is formed on the resist layer (4) so as to be within the range of 1 to 5 μm.

また、環状パターン(5)の内側で同軸の位置に、多角形又は円形パターン(6)が形成されている。多角形又は円形パターンの大きさは1辺が5~10μmとなっている。また、正方形の1辺がシリコン基板のオリエンテーションフラット(011)面と並行になっている。 A polygonal or circular pattern (6) is also formed coaxially inside the annular pattern (5). The size of the polygonal or circular pattern is 5 to 10 μm on one side. One side of the square is parallel to the orientation flat (011) plane of the silicon substrate.

次いで、図2のステップS-4で示すように、ウェットエッチング耐性を有する第1マスク層(2)及び第2マスク層(3)に対しドライエッチングを行って、深掘りした環状パターンであるノズル孔形成部(5B)と、深掘りした正方形の深掘用導坑形成部(6B)を形成する。 Next, as shown in step S-4 in FIG. 2, dry etching is performed on the first mask layer (2) and the second mask layer (3) having wet etching resistance to form nozzles that are deep-engraved annular patterns. A hole forming portion (5B) and a deeply dug square deep guide hole forming portion (6B) are formed.

ステップS-4で適用するドライエッチング1(DE1)としては、深掘りRIE(Deep Reactive Ion Etching)を行うRIE装置や、放電形式に誘導結合方式を採用したドライエッチング装置であるICP(Inductively Coupled Plasma)-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、プロセスガスとして、CHFやCFなどを用い、垂直方向へのドライエッチングとを繰り返し行うボッシュプロセスによって垂直性に優れたエッチング加工を行うことができる。 As the dry etching 1 (DE1) applied in step S-4, an RIE apparatus that performs deep RIE (Deep Reactive Ion Etching) or an ICP (Inductively Coupled Plasma) that is a dry etching apparatus that employs an inductive coupling method as a discharge method can be used. )—This can be performed using a dry etching device such as an RIE etching device. In addition, etching with excellent verticality can be performed by the Bosch process in which dry etching in the vertical direction is repeated using CHF 3 or CF 4 as a process gas.

一例としては、サムコ社製のドライエッチング装置 RIE-100Cを用い、CHFガス流量を80sccm、圧力を3Pa、RFパワーを90Wの条件で、所定の時間でエッチングすることにより、ノズル孔形成部(5B)と深掘用導坑形成部(6B)を形成することができる。 As an example, using a dry etching apparatus RIE - 100C manufactured by Samco, the nozzle hole forming part ( 5B) and a deep pit formation portion (6B) can be formed.

次いで、図2のステップS-5で示す工程では、上記ステップS-4及びステップS-5で形成したレジスト層1を除去し、第1マスク層(2)及び第2マスク層(3)のパターンを露出させる工程である。 Next, in the step shown in step S-5 in FIG. 2, the resist layer 1 formed in steps S-4 and S-5 is removed, and the first mask layer (2) and the second mask layer (3) are removed. This is the step of exposing the pattern.

レジスト層1を除去方法としては、例えば、アセトンやアルカリ溶液を用いたウェットプロセスや、酸素プラズマを用いたドライプロセスにより除去することができる。 As a method for removing the resist layer 1, for example, a wet process using acetone or an alkaline solution, or a dry process using oxygen plasma can be used.

(工程4:レジスト層2の形成と、多角形又は円形パターンの深掘り)
図3のステップS-6で示す工程は、本発明で規定する、「工程4:前記環状パターン上にレジスト層を形成する工程」であり、上記第1マスク層(2)及び第2マスク層(3)で形成した円形のノズル孔形成部(5B)を、レジスト層2(7)で被覆する工程である。レジスト層2の形成に用いるレジストとしては、前記レジスト層1の形成で用いた材料や方法を適用することができる。
(Step 4: Formation of resist layer 2 and deep engraving of polygonal or circular pattern)
The step shown in step S-6 in FIG. 3 is "step 4: forming a resist layer on the annular pattern" defined in the present invention, and the first mask layer (2) and the second mask layer This is a step of covering the circular nozzle hole forming portion (5B) formed in (3) with the resist layer 2 (7). As the resist used for forming the resist layer 2, the materials and methods used for forming the resist layer 1 can be applied.

図4の(b)は、上記説明したステップS-6における上面図であり、ノズル孔形成部(5B)の上面をレジスト層2(7)で被覆し、深掘用導坑形成部(6B)を露出させた構成となっている。 (b) of FIG. 4 is a top view in step S-6 described above. ) is exposed.

次いで、図3のステップS-7で示す工程により、本発明で規定する、「工程4の残りの工程である、前記多角形又は円形パターンを、ドライエッチングで貫通、又は一部を深掘加工する工程」である。上記のように環状パターン上にレジスト層2(7)を形成した後、前記正方形の深掘用導坑形成部(6B)をドライエッチング(DE2)で貫通、又は一部を深掘加工して、深掘導抗(8)を形成する。 Next, through the step shown in step S-7 in FIG. It is a process of processing. After the resist layer 2 (7) is formed on the annular pattern as described above, the square deep trench forming portion (6B) is penetrated by dry etching (DE2), or partially deep trenched. , forming a deep trench (8).

ドライエッチングによる深掘加工により正方形の深掘導抗(8)を形成するが、この深掘導抗(8)は貫通しても良く、そのような構成をとることにより、後工程で用いるウェットエッチングの液周りが効率的に行われ、望ましい。 A square deep trench (8) is formed by deep etching by dry etching, but this deep trench (8) may penetrate through. Etching is performed efficiently, which is desirable.

ドライエッチング(DE2)は、放電形式に誘導結合方式(Inductively Coupled Plasma)を採用したICP-RIEエッチング装置を用いて行うことができる。 The dry etching (DE2) can be performed using an ICP-RIE etching apparatus employing an inductively coupled plasma as a discharge method.

また、プロセスガスには、SF、C、Oなどを用い、成膜とエッチングをサイクル的に繰り返す、ボッシュプロセスを使用することで、高精度で垂直な深掘導抗(8)を形成することができる。 In addition, SF 6 , C 4 F 8 , O 2 , etc., are used as process gases, and the Bosch process, in which film formation and etching are repeated cyclically, enables high-precision, vertical deep-drilling leads (8 ) can be formed.

(工程5:レジスト層の除去)
図3のステップS-7に記載した構成に対し、本発明で規定する、「工程5:前記環状パターン上に形成したレジスト層を除去する工程」により、レジスト層2を除去する。ステップS-7に記載したレジスト層2(7)は、上記レジスト層1の除去と同様に、例えば、アセトンやアルカリ溶液を用いたウェットプロセスや、酸素プラズマを用いたドライプロセスにより除去する。
(Step 5: Removal of resist layer)
In the structure described in step S-7 of FIG. 3, the resist layer 2 is removed by "Step 5: removing the resist layer formed on the annular pattern" defined in the present invention. The resist layer 2 (7) described in step S-7 is removed by, for example, a wet process using acetone or an alkaline solution or a dry process using oxygen plasma, similar to the removal of the resist layer 1 above.

(工程6:テーパー連通路の形成)
次いで、図3のステップS-8で示す工程により、本発明で規定する、「工程6:前記単結晶シリコン基板を異方性ウェットエッチングして、多角形又は円形パターンから八面体形状に広がる前記テーパー連通路を形成する工程」により、テーパー連通路を形成する。
(Step 6: Formation of tapered communication path)
Then, according to the step shown in step S-8 in FIG. A tapered communication path is formed by the step of forming a tapered communication path.

具体的には、レジスト層2(7)を除去した後、単結晶シリコン基板(1)を異方性ウェットエッチングして、多角形又は円形パターンから八面体形状に広がるテーパー連通路(9)を形成する。 Specifically, after removing the resist layer 2 (7), the single crystal silicon substrate (1) is anisotropically wet-etched to form a tapered communication path (9) extending from a polygonal or circular pattern into an octahedral shape. Form.

ステップS-6で形成したレジスト層2(7)を、上記レジスト層1の除去と同様に、例えば、アセトンやアルカリ溶液を用いたウェットプロセスや、酸素プラズマを用いたドライプロセスにより除去する。 The resist layer 2 (7) formed in step S-6 is removed by, for example, a wet process using acetone or an alkaline solution or a dry process using oxygen plasma in the same manner as the removal of the resist layer 1 described above.

次いで、ウェットエッチング(WE)により、シリコン基板(1)に対し異方性エッチングを実施する。 Anisotropic etching is then performed on the silicon substrate (1) by wet etching (WE).

ウェットエッチング液は、一般的なものを使用することができ、例えば、KOH溶液を使用すれば、シリコンの結晶面選択性が良好であり、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を使用すれば、マスク層とシリコン基材との選択性が良好となり、好ましい。 A common wet etchant can be used. For example, if a KOH solution is used, the crystal plane selectivity of silicon is good, and if TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is used, a mask can be used. Good selectivity between the layer and the silicon substrate is obtained, which is preferable.

例えば、KOHの40質量%水溶液を用い、70℃でウェットエッチングを行うことにより、図3のS-8で示すような八面体形状のテーパー連通路(9)のような形状が形成することができる。 For example, by performing wet etching at 70° C. using a 40% by mass aqueous solution of KOH, a shape like an octahedron-shaped taper communicating passage (9) as shown by S-8 in FIG. 3 can be formed. can.

正方形である深掘導孔(8)は、KOH水溶液に浸漬すると、シリコン基板(1)において。(111)面が出現するようにエッチングが進む。 A deep guide hole (8) which is square is formed in the silicon substrate (1) when immersed in an aqueous KOH solution. Etching proceeds so that the (111) plane appears.

すなわち、シリコン基板(1)の表面から見ると、逆テーパーにエッチングが開始され、シリコン基板(あるいはエッチング)底面からも逆テーパーにエッチングが開始され、両側のエッチングが進んで八面体形状が形成されたところでエッチングがストップする。 That is, when viewed from the surface of the silicon substrate (1), etching starts in a reverse taper, and etching starts in a reverse taper from the bottom surface of the silicon substrate (or etching), and etching proceeds on both sides to form an octahedral shape. Etching stops at this point.

ノズル孔形成部(5B)も、同様に(111)面が出現するようにエッチングが進むが、シリコン基板側から順テーパー側にエッチングされ、その断面が三角形になった段階でエッチングがストップする。その結果、図3のS-8で示すような断面形状を有するテーパー連通路(9)が形成される。 The nozzle hole forming portion (5B) is similarly etched so that the (111) plane appears, but is etched from the silicon substrate side to the forward taper side, and the etching stops when the cross section becomes triangular. As a result, a tapered communication passage (9) having a cross-sectional shape as indicated by S-8 in FIG. 3 is formed.

(工程7:ストレート開口部の形成)
図3のステップS-9で示す工程は、本発明で規定する、「工程7:前記環状パターンをドライエッチングによる深掘りにより、前記テーパー連通路まで貫通させて、ノズル孔先端となる前記ストレート開口部を形成する工程」である。
(Step 7: Formation of straight opening)
The step shown in step S-9 in FIG. 3 is defined in the present invention as “Step 7: Deep etching of the annular pattern by dry etching to penetrate the tapered communication path, and the straight opening that will be the tip of the nozzle hole. forming a part”.

詳しくは、環状パターンであるノズル孔形成部(5B)をドライエッチング(DE2)による深掘りを行い、テーパー連通路まで貫通させて、ノズル孔先端となるストレート開口部(10)を形成する。 More specifically, the ring-shaped nozzle hole forming portion (5B) is deep-engraved by dry etching (DE2) and penetrated to the tapered communication path to form a straight opening (10) that serves as the tip of the nozzle hole.

上記ステップS-8でウェットエッチングを行った後、シリコン基板を流水、洗浄を行った後、前述のステップS-7で用いたのと同様のドライエッチング(DE2)により、ノズル孔形成部(5B)を更に深掘りを進め、テーパー連通路(9)とつながったところでエッチングを止める。 After performing wet etching in step S-8, the silicon substrate is washed with flowing water, and then dry etching (DE2) similar to that used in step S-7 is performed to form the nozzle hole forming portion (5B). ) is further advanced, and etching is stopped at the point where it connects with the tapered communication passage (9).

この方法では、ノズル孔形成部(5B)の外径とノズル径(R)とが同一な、ノズル先端部を精度よく形成することができる。 In this method, a nozzle tip portion having the same outer diameter of the nozzle hole forming portion (5B) and the nozzle diameter (R) can be formed with high accuracy.

次いで、テーパー連通路(9)とストレート開口部(10)を形成した後、ステップS-10で示すように、前記単結晶シリコン基板の前記ストレート開口部を設けた面とは反対側の面を前記テーパー連通路の中心部まで研削、研磨する工程により、所定の厚みのノズルプレート(NP)を作製する。 Next, after forming the tapered communication path (9) and the straight opening (10), as shown in step S-10, the surface of the single crystal silicon substrate opposite to the surface on which the straight opening is provided is cut. A nozzle plate (NP) having a predetermined thickness is manufactured by grinding and polishing up to the central portion of the tapered communication passage .

(工程8:ノズルプレートのチップ化)
最後に、本発明で規定する、工程8により、所定の大きさに外径寸法を整えてチップ化して、ノズルプレートの外径に合わせて、ダイシング等でカットして、所定のサイズのノズルプレート(NP)を作製する。
(Step 8: Nozzle plate chips)
Finally, according to the step 8 specified in the present invention, the outer diameter is adjusted to a predetermined size and chipped, and cut by dicing or the like according to the outer diameter of the nozzle plate to obtain a nozzle plate of a predetermined size. (NP) is produced.

〔実施形態2:ノズルプレートの製造例2〕
本発明のノズルプレートの製造方法においては、テーパー連通路及びストレート開口部の表面が、インク耐性を有する保護膜で被覆すること、又は最表面部に撥インク層を形成する構成とすることが、耐久性及び出射安定性を備えたノズルプレートを形成することができる点で好ましい。
[Embodiment 2: Manufacturing Example 2 of Nozzle Plate]
In the method of manufacturing the nozzle plate of the present invention, the surfaces of the tapered communicating passage and the straight opening may be covered with a protective film having ink resistance, or an ink-repellent layer may be formed on the outermost surface. This is preferable in that a nozzle plate having durability and stable ejection can be formed.

図5には、シリコン基板(1)に、テーパー連通路(9)及びストレート開口部(10)を有し、表面に第1マスク層(2)を有する構成において、テーパー連通路(9)及びストレート開口部(10)の表面に保護膜(11)を形成し、最表面部に撥インク層(12)を有するノズルプレート(NP)の構成を示してある。 In FIG. 5, a tapered communicating path (9) and a straight opening (10) are provided in a silicon substrate (1), and a first mask layer (2) is provided on the surface. The structure of a nozzle plate (NP) having a protective film (11) formed on the surface of a straight opening (10) and an ink-repellent layer (12) on the outermost surface is shown.

保護膜(11)としては、インクとの接触により溶解しない材質のもの、例えば、金属酸化膜(五酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等)や、金属酸化膜にシリコンを含有させた金属シリケート膜(タンタルシリケート、ハフニウムシリケート、ニオブシリケート、チタンシリケート、ジルコニウムシリケート等)や前記マスク層の形成に用いた材料を選択して用いることができる。また、保護膜(11)として、ポリイミド、ポリアミド、パリレン等の有機膜を用いても良い。保護膜(11)の厚さは、特には限られないが、例えば1~数十μmとすることができる。 The protective film (11) is made of a material that does not dissolve upon contact with ink, such as a metal oxide film (tantalum pentoxide, hafnium oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, etc.), or a metal oxide film containing silicon. The material used for forming the contained metal silicate film (tantalum silicate, hafnium silicate, niobium silicate, titanium silicate, zirconium silicate, etc.) and the mask layer can be selected and used. Also, an organic film such as polyimide, polyamide, or parylene may be used as the protective film (11). The thickness of the protective film (11) is not particularly limited, but can be, for example, 1 to several tens of μm.

また、撥インク層(12)の形成材料としては、フッ素系化合物を含有し、当該フッ素系化合物が、(1)少なくともアルコキシシリル基、ホスホン酸基若しくはヒドロキシ基を含有するパーフルオロアルキル基を有する化合物、又はアルコキシシリル基、ホスホン酸基若しくはヒドロキシ基を含有するパーフルオロポリエーテル基を有する化合物、又は、(2)パーフルオロアルキル基を有する化合物を含む混合物、又はパーフルオロポリエーテル基を有する化合物を含む混合物であることが好ましい。 The material for forming the ink-repellent layer (12) contains a fluorine-based compound, and the fluorine-based compound has (1) at least a perfluoroalkyl group containing an alkoxysilyl group, a phosphonic acid group, or a hydroxyl group. compound, or a compound having a perfluoropolyether group containing an alkoxysilyl group, a phosphonic acid group or a hydroxy group, or (2) a mixture containing a compound having a perfluoroalkyl group, or a compound having a perfluoropolyether group It is preferably a mixture containing

フッ素系化合物は、市販品としても入手が可能であり、例えば、東レ・ダウコーニングシリコーン(株)、信越化学工業(株)、ダイキン工業(株)(例えば、オプツールDSX)、旭ガラス社(例えば、サイトップ)、また、(株)セコ(例えば、Top CleanSafe(登録商標))、(株)フロロテクノジー(例えば、フロロサーフ)、Gelest Inc.ソルベイ ソレクシス(株)(例えば、Fluorolink S10)等により上市されており、容易に入手することができる他、例えば、J.Fluorine Chem.,79(1).87(1996)、材料技術,16(5),209(1998)、Collect.Czech.Chem.Commun.,44巻,750~755頁、J.Amer.Chem.Soc.1990年,112巻,2341~2348頁、Inorg.Chem.,10巻,889~892頁,1971年、米国特許第3,668,233号明細書等、また、特開昭58-122979号、特開平7-242675号、特開平9-61605号、同11-29585号、特開2000-64348号、同2000-144097号の各公報等に記載の合成方法、又はこれに準じた合成方法により製造することができる。 Fluorine-based compounds are also available as commercial products. , Cytop), Seco Co., Ltd. (eg, Top CleanSafe (registered trademark)), Fluorotechnology Co., Ltd. (eg, Fluorosurf), Gelest Inc. It is marketed by Solvay Solexis Co., Ltd. (eg, Fluorolink S10), etc., and is easily available. Fluorine Chem. , 79(1). 87 (1996), Materials Technology, 16(5), 209 (1998), Collect. Czech. Chem. Commun. 44, pp. 750-755, J. Am. Amer. Chem. Soc. 1990, 112, 2341-2348, Inorg. Chem. , vol. 10, pp. 889-892, 1971, US Pat. 11-29585, JP-A-2000-64348, JP-A-2000-144097, etc., or a synthesis method based thereon.

〔実施形態3:ストレート連通部を有するノズルプレートの製造例〕
本発明のノズルプレートの製造方法として、上記図2及び図3で説明した実施形態1の製造方法の他に、下記図6及び図7で説明するようなテーパー連接部に隣接して、ストレート連通部を有するノズルプレートの製造方法(実施形態3)も好ましい。
[Embodiment 3: Manufacturing Example of Nozzle Plate Having Straight Communication Part]
As a manufacturing method of the nozzle plate of the present invention, in addition to the manufacturing method of Embodiment 1 described with reference to FIGS. A method for manufacturing a nozzle plate having portions (Embodiment 3) is also preferred.

図6及び図7は、本発明の代表的なノズルプレートの製造方法の他の一例を示す断面図(実施形態3)である。 6 and 7 are sectional views (Embodiment 3) showing another example of the manufacturing method of the typical nozzle plate of the present invention.

実施形態3において、テーパー連通路(9)及びストレート開口部(10)を形成するまでの工程は、前記実施形態1で詳細に説明したステップS-1からS-9までと同工程である。 In the third embodiment, the steps up to forming the tapered communication path (9) and the straight opening (10) are the same as steps S-1 to S-9 described in detail in the first embodiment.

(ステップS-11:第1マスク層の除去)
前記ステップS-9までで形成した、テーパー連通路(9)及びストレート開口部(10)と両面に第1マスク層(2)を有するシリコン基板(1)に対し、前述のステップS-4等で用いたのと同様のドライエッチングにより、表面に形成されているでSiOCで構成されている第1マスク層(2)を除去する。
(Step S-11: Removal of first mask layer)
Step S-4 and the like are performed on the silicon substrate (1) having the first mask layer (2) on both sides of the tapered communication path (9) and the straight opening (10) formed up to step S-9. The first mask layer (2) formed on the surface and made of SiOC is removed by dry etching similar to that used in .

ドライエッチングはフッ素系ガス、例えば、CF、CHF等を用いる。エッチング条件としては、例えば、CF、CHF等のガス流量を80sccm、圧力を3Pa、RFパワーを90Wとし、所定の時間でエッチングすることにより、除去することができる。 Dry etching uses a fluorine-based gas such as CF 4 or CHF 3 . As etching conditions, for example, the gas flow rate of CF 4 or CHF 3 is 80 sccm, the pressure is 3 Pa, and the RF power is 90 W. Etching can be performed for a predetermined period of time.

(ステップS-12:ノズルプレート表面に酸化膜を形成)
ステップS-12では、シリコン基板(1)の全面に、熱酸化処理によりSiOから構成される酸化膜(13)を形成する。
(Step S-12: Form an oxide film on the surface of the nozzle plate)
In step S-12, an oxide film (13) made of SiO 2 is formed on the entire surface of the silicon substrate (1) by thermal oxidation.

熱酸化処理としては、酸素ガスを使うドライ酸化と、水蒸気を使うウェット酸化方式があり、熱酸化として、いずれの方式も採用することができる。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、シリコン基板の全面に、厚さ1μmの熱酸化膜(13)を形成することができる。 As the thermal oxidation treatment, there are a dry oxidation method using oxygen gas and a wet oxidation method using water vapor, and either method can be adopted as thermal oxidation. The heating temperature is about 900 to 1200° C. for dry oxidation and about 800 to 1100° C. for wet oxidation. For example, when wet oxidation is used, a thermal oxide film (13) having a thickness of 1 μm can be formed on the entire surface of the silicon substrate by heating at 1000° C. for about 4 hours.

(ステップS-13:レジスト層を形成)
次いで、ステップS-12に記載の構成を、上下逆とした配置に変更した後、表面にレジスト層3(14)を、テーパー連通路(9)の幅(長辺部)以外を被覆する形状で形成した。
(Step S-13: Form resist layer)
Next, after changing the configuration described in step S-12 to an upside-down arrangement, the resist layer 3 (14) is formed on the surface to cover the width (long side) of the tapered communication path (9). formed by

この構成とすることにより、ステップS-16で形成する連通路(9B)となるパターンを形成する。連通路(9B)の形状は、円形、正方形、長方形等のいずれの構成でも用いることができる。1辺長又は直径としては、50~200μmの範囲内である。 By adopting this configuration, a pattern is formed that will become the communication path (9B) formed in step S-16. The shape of the communication path (9B) can be circular, square, rectangular, or any other configuration. The length of one side or diameter is in the range of 50 to 200 μm.

(ステップS-14:表面の酸化膜の除去)
次いで、ステップS-12で形成した表面の酸化膜(13)を、前記と同様のドライエッチングにより除去する。
(Step S-14: Removal of surface oxide film)
Next, the surface oxide film (13) formed in step S-12 is removed by dry etching similar to the above.

(ステップS-15:シリコン基板の深掘りエッチング)
次いで、表面側より、実施形態1のステップS-7、S-9で用いたのと同様のドライエッチング(DE2)を用い、テーパー連通路(9)の両端部に到達するまで、シリコン深掘りを行った。
(Step S-15: Deep etching of silicon substrate)
Next, from the surface side, using the same dry etching (DE2) as used in steps S-7 and S-9 of Embodiment 1, the silicon is deeply etched until both ends of the tapered communication path (9) are reached. did

(ステップS-16:レジスト層、熱酸化膜の除去)
最後に、レジスト層3(14)と熱酸化膜(12)を前述と同様の方法で除去し、実施形態3に係る製造方法でノズルプレート(NP)を作製した。
(Step S-16: Removal of resist layer and thermal oxide film)
Finally, the resist layer 3 (14) and the thermal oxide film (12) were removed by the same method as described above, and a nozzle plate (NP) was produced by the manufacturing method according to the third embodiment.

〔ノズルプレートの形状〕
本発明に係るノズルプレートにおいては、ノズル孔先端部の上部表面と、ストレート開口部の側面とのなす角度(θ2)を、70~90度の範囲内とすることが好ましい。
[Shape of nozzle plate]
In the nozzle plate according to the present invention, it is preferable that the angle (θ2) formed by the upper surface of the tip of the nozzle hole and the side surface of the straight opening is within the range of 70 to 90 degrees.

図8は、本発明のノズルプレートで、ノズル孔先端部の上部表面とストレート開口部の側面とのなす角度(θ2)と、テーパー連通部が形成する角度(θ1)を説明するための断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the angle (θ2) formed by the upper surface of the tip of the nozzle hole and the side surface of the straight opening and the angle (θ1) formed by the taper communicating portion in the nozzle plate of the present invention. is.

図8に示すように、テーパー連通部(9)の角度(θ1)は、シリコンの結晶方位の影響により、必ず、55度となる。これに対し、ノズル孔先端部の上部表面(Sa)とストレート開口部の側面(Sb)とのなす角度(θ2)としては、インク出射安定性を得る観点から、70~90度の範囲内に設定することが好ましい。 As shown in FIG. 8, the angle (θ1) of the taper connecting portion (9) is always 55 degrees due to the influence of the crystal orientation of silicon. On the other hand, the angle (θ2) formed by the upper surface (Sa) of the tip of the nozzle hole and the side surface (Sb) of the straight opening is set within the range of 70 to 90 degrees from the viewpoint of obtaining stable ink ejection. It is preferable to set

〔その他のノズルプレートの構成〕
前記図6及び図7を用いて、ストレート開口部(10)とテーパー連通路(9)の他に、一連の製造工程により、ストレート連通部(9B)を形成する方法について説明したが、以下に説明するように、独立した工程でストレート連通部(9B)を形成する製造方法も挙げることができる。
[Composition of other nozzle plates]
6 and 7, in addition to the straight opening (10) and the tapered communication path (9), a method of forming the straight communication part (9B) by a series of manufacturing processes was described. As described, a manufacturing method for forming the straight communication portion (9B) in an independent process can also be mentioned.

〔実施形態4:連通路プレートによるストレート連通部の形成〕
図9は、ノズルプレートに連通路プレートを接続した構成の一例を示す断面図(実施形態4)である。
[Embodiment 4: Formation of straight communicating portion by communicating path plate]
FIG. 9 is a cross-sectional view (Embodiment 4) showing an example of a configuration in which a communicating path plate is connected to a nozzle plate.

実施形態4において、テーパー連通路(9)及びストレート開口部(10)を形成するまでの工程は、前記実施形態1で図2及び図3を用いて詳細に説明したステップS-1からS-9までと同工程である。 In the fourth embodiment, the steps up to forming the tapered communication path (9) and the straight opening (10) are steps S-1 to S- described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 in the first embodiment. It is the same process as up to 9.

図9で示すように、図3に記載したステップS-10で作製したノズルプレート(NP)のテーパー連通路(9)の底面部に、接着層(15)を介して、別途作製した連通路プレート(16)を接合させて、ストレート連通路(9B)を形成する方法である。 As shown in FIG. 9, a separately prepared communicating passage is attached to the bottom surface of the tapered communicating passage (9) of the nozzle plate (NP) prepared in step S-10 shown in FIG. 3 via an adhesive layer (15). This is a method of joining plates (16) to form a straight communication path (9B).

連通路プレート(16)の形成材料としてはシリコン部材が望ましいが、SUS、Niなどの金属、ポリイミドなどの樹脂を用いて形成してもよい。 A silicon member is desirable as a material for forming the communicating path plate (16), but metals such as SUS and Ni, and resins such as polyimide may also be used.

また、接着層(15)を構成する材料としては、エポキシ樹脂等の接着剤で接合してもよい。また、連通路プレートがシリコンであれば、Si-Si、あるいはSi-SiO-Siの活性化接合が利用でき、接着剤を使わない接合も可能で、この方法を適用することが、接着層における強度が優れる点で好ましい。また、Au-Si接合など金属を介しての接合方法も可能である。 Moreover, as a material constituting the adhesive layer (15), an adhesive such as an epoxy resin may be used for bonding. If the communication path plate is made of silicon, activation bonding of Si—Si or Si—SiO 2 —Si can be used, and bonding without using an adhesive is also possible. It is preferable in terms of excellent strength in. Also, a bonding method such as Au--Si bonding via a metal is possible.

〔実施形態5:Ni電鋳によるストレート連通部の形成〕
図10は、ノズルプレートにNi電鋳によるストレート連通部を形成したノズルプレートの構成の一例を示す断面図(実施形態5)である。
[Embodiment 5: Formation of straight communication part by Ni electroforming]
FIG. 10 is a cross-sectional view (Embodiment 5) showing an example of the configuration of a nozzle plate in which a straight communication portion is formed by Ni electroforming in the nozzle plate.

実施形態5において、テーパー連通路(9)及びストレート開口部(10)を形成するまでの工程は、前記実施形態1で図2及び図3を用いて詳細に説明したステップS-1からS-9までと同工程である。 In Embodiment 5, the steps up to forming the tapered communication path (9) and the straight opening (10) are steps S-1 to S- described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 in Embodiment 1. It is the same process as up to 9.

図10で示すように、図3に記載したステップS-10で作製したノズルプレート(NP)のテーパー連通路(9)の底面部に、シード層(17)を介して、Ni電鋳等で、ストレート連通路(9B)を形成する方法である。 As shown in FIG. 10, Ni electroforming or the like is applied to the bottom surface of the tapered communication passage (9) of the nozzle plate (NP) produced in step S-10 shown in FIG. 3 via the seed layer (17). , a method of forming a straight communication path (9B).

はじめに、図3に記載したステップS-10で作製したノズルプレート(NP)のテーパー連通路(9)の底面部に、Ni等によるシード層(17)を形成する。次いで,Ni電鋳(厚付け型電気鋳造)により、ストレート連通路(9B)を形成する。 First, a seed layer (17) made of Ni or the like is formed on the bottom surface of the tapered communication passage (9) of the nozzle plate (NP) produced in step S-10 shown in FIG. Next, a straight communication path (9B) is formed by Ni electroforming (thick electroforming).

《インクジェットヘッド》
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、上記説明した本発明のノズルプレートの製造方法における各製造工程を含むことを特徴とする。
《Inkjet head》
A method for manufacturing an ink jet head according to the present invention is characterized by including each of the manufacturing steps in the above-described method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention.

〔インクジェットヘッドの構成〕
本発明のノズルプレートの製造方法により製造したノズルプレートを具備させることができるインクジェットヘッドの詳細について説明する。
[Structure of inkjet head]
Details of an inkjet head that can be equipped with a nozzle plate manufactured by the method for manufacturing a nozzle plate of the present invention will be described.

図11は、本発明に係るノズルプレートを具備したインクジェットヘッドの構成の一例を示す断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of an inkjet head equipped with a nozzle plate according to the present invention.

図11は、インクジェットヘッド(101)を側面側(-X方向側)から見た断面図である。図11には、4つのノズル列に含まれる4つのノズル(N)を含む面でのインクジェットヘッド(101)の断面を示している。 FIG. 11 is a cross-sectional view of the inkjet head (101) viewed from the side (-X direction). FIG. 11 shows a cross section of the inkjet head (101) in a plane including four nozzles (N) included in four nozzle rows.

インクジェットヘッド(101)は、ヘッドチップ(102)と、共通インク室(170)と、支持基板(180)と、配線部材(103)と、駆動部(104)などから構成されている。 The inkjet head (101) comprises a head chip (102), a common ink chamber (170), a support substrate (180), a wiring member (103), a drive section (104) and the like.

ヘッドチップ(102)は、ノズル(N)からインクを吐出させるための構成であり、複数、図11では4枚の板状の基板が積層形成されている。ヘッドチップ(102)における最下方の基板は、ノズルプレート(110、ノズル形成部材)である。ノズルプレート(110)には本発明に係る構造を有する複数のノズル(N)が設けられて、当該ノズル(N)の開口部からノズルプレート(110)の露出面(インク吐出面(101a))に対して略垂直にインクが吐出可能とされる。ノズルプレート(110)のインク吐出面(101a)とは反対側には、上方(図11のZ方向)に向かって順番に圧力室基板(120、チャンバープレート)、スペーサー基板(140)及び配線基板(150)が接着されて積層されている。以下では、これらノズルプレート(110)、圧力室基板(120)、スペーサー基板(140)及び配線基板(150)の各基板を、各々積層基板(110、120、140、150)などとも記す。 The head chip (102) is a structure for ejecting ink from the nozzle (N), and is formed by laminating a plurality of plate-like substrates (four in FIG. 11). The lowest substrate in the head chip (102) is a nozzle plate (110, nozzle forming member). The nozzle plate (110) is provided with a plurality of nozzles (N) having a structure according to the present invention, and the exposed surface (ink ejection surface (101a)) of the nozzle plate (110) is exposed from the openings of the nozzles (N). Ink can be ejected substantially perpendicularly to the . A pressure chamber substrate (120, chamber plate), a spacer substrate (140) and a wiring substrate are arranged in order upward (in the Z direction in FIG. 11) on the opposite side of the nozzle plate (110) to the ink ejection surface (101a). (150) is glued and laminated. Hereinafter, the nozzle plate (110), pressure chamber substrate (120), spacer substrate (140) and wiring substrate (150) are also referred to as laminated substrates (110, 120, 140, 150).

これらの積層基板(110、120、140、150)には、ノズル(N)に連通するインク流路が設けられており、配線基板(150)の露出される側(+Z方向側)の面で開口されている。この配線基板(150)の露出面上には、全ての開口を覆うように共通インク室(170)が設けられている。共通インク室(170)のインク室形成部材(不図示)内に貯留されるインクは、配線基板(150)の開口から各ノズル(N)へ供給される。 These laminated substrates (110, 120, 140, 150) are provided with ink flow paths communicating with the nozzles (N). is open. A common ink chamber (170) is provided on the exposed surface of the wiring board (150) so as to cover all openings. Ink stored in an ink chamber forming member (not shown) of the common ink chamber (170) is supplied to each nozzle (N) from an opening of the wiring board (150).

なお、図11に記載のノズルプレート(110)においては、本発明の特徴であるノズル(N)におけるテーパー連通路とストレート開口部の詳細な記載は省略してある。 In addition, in the nozzle plate (110) shown in FIG. 11, detailed description of the tapered communication passage and the straight opening in the nozzle (N), which is the feature of the present invention, is omitted.

インク流路の途中には、圧力室(121、インク貯留部)が設けられている。圧力室(121)は、圧力室基板(120)を上下方向(Z方向)に貫通して設けられており、圧力室(121)の上面は、圧力室基板(120)とスペーサー基板(140)との間に設けられた振動板(130)により構成されている。圧力室(121)内のインクには、振動板(130)を介して圧力室(121)と隣り合って設けられている格納部(141)内の圧電素子(160)の変位(変形)によって振動板(130)及び圧力室(121)が変形することで、圧力変化が付与される。圧力室(121)内のインクに適切な圧力変化が付与されることで、圧力室(121)に連通するノズル(N)からインク流路内のインクが液滴として吐出される。 A pressure chamber (121, ink reservoir) is provided in the middle of the ink flow path. The pressure chamber (121) is provided so as to penetrate the pressure chamber substrate (120) in the vertical direction (Z direction). It is composed of a diaphragm (130) provided between. The ink in the pressure chamber (121) is displaced (deformed) by the piezoelectric element (160) in the storage section (141) provided adjacent to the pressure chamber (121) via the diaphragm (130). A pressure change is applied by deformation of the diaphragm (130) and the pressure chamber (121). By applying an appropriate pressure change to the ink in the pressure chamber (121), the ink in the ink channel is ejected as droplets from the nozzle (N) communicating with the pressure chamber (121).

支持基板(180)は、ヘッドチップ2の上面に接合されており、共通インク室(170)のインク室形成部材(不図示)を保持している。支持基板(180)には、インク室形成部材(不図示)の下面の開口とほぼ同じ大きさ及び形状の開口が設けられており、共通インク室(170)内のインクは、インク室形成部材の下面の開口、及び支持基板(180)の開口を通ってヘッドチップ(102)の上面に供給される。 A support substrate (180) is bonded to the upper surface of the head chip 2 and holds an ink chamber forming member (not shown) of the common ink chamber (170). The support substrate (180) is provided with an opening having substantially the same size and shape as the opening in the lower surface of the ink chamber forming member (not shown). and the opening of the support substrate (180) to the upper surface of the head chip (102).

配線部材(103)は、例えば、FPC(Flexible Printed Circuits)などであり、配線基板(150)の配線に接続されている。この配線を介して格納部(141)内の配線(151)及び接続部(152、導電部材)に伝えられる駆動信号により圧電素子(160)が変位動作する。配線部材(103)は、支持基板(180)を貫通して引き出されて駆動部(104)に接続される。 The wiring member (103) is, for example, FPC (Flexible Printed Circuits) or the like, and is connected to the wiring of the wiring board (150). A piezoelectric element (160) is displaced by a drive signal that is transmitted to the wiring (151) and the connecting part (152, conductive member) in the storage part (141) through this wiring. The wiring member (103) penetrates through the support substrate (180) and is drawn out to be connected to the drive section (104).

駆動部(104)は、インクジェット記録装置の制御部からの制御信号や、電力供給部からの電力供給などを受けて、各ノズルNからのインク吐出動作や非吐出動作に応じて、圧電素子(160)の適切な駆動信号を配線部材(103)に出力する。駆動部(104)は、IC(Integrated Circuit)などで構成されている。 A drive unit (104) receives a control signal from the control unit of the inkjet recording apparatus, power supply from a power supply unit, and the like, and operates a piezoelectric element ( 160) to the wiring member (103). The drive unit (104) is composed of an IC (Integrated Circuit) or the like.

上記のような構成からなるインクジェットヘッドは、本発明のノズルプレートの製造方法で製造したノズルプレートを具備して製造することができる。 The ink jet head having the structure described above can be manufactured using the nozzle plate manufactured by the method for manufacturing a nozzle plate according to the present invention.

本発明に係るノズル径の寸法精度と、ノズルのテーパー連通路とストレート開口部を、中心軸のばらつきがなく、高精度で形成することができるノズルプレートの製造方法により製造したノズルプレートをインクジェットヘッドに具備して製造することにより、上記特徴を備えたノズルプレートを構成するテーパー連通路により、インクジェットヘッドのインク吐出時における圧力室の圧力変動やインクメニスカス位置の変動に対しても、安定して高精度なインク射出特性を得ることができる。 A nozzle plate manufactured by a nozzle plate manufacturing method capable of forming the dimensional accuracy of the nozzle diameter according to the present invention and the tapered communicating passages and straight openings of the nozzles with high accuracy without variations in the central axis is used for the inkjet head. , the tapered communication passage that constitutes the nozzle plate having the characteristics described above is stable against pressure fluctuations in the pressure chamber and fluctuations in the ink meniscus position during ink ejection from the inkjet head. Highly accurate ink ejection characteristics can be obtained.

また、本発明のノズルプレートの製造方法の特徴である、ウェットエッチングによりテーパー連通路を形成した後、ストレート開口部(ノズル孔)を形成するため、ノズル孔先端部における欠損等の製造不良の発生がなく、その結果、高精度なインク射出が可能となる。また、ノズル孔形成部(5)とテーパー連通路を形成するための深掘用導抗形成部(6)は、共通のパターン形成用材料(レジスト層1)を用い、同じ露光操作でパターンが形成されるため、それぞれにより形成するテーパー連通路とストレート開口部の中心線の擦れの発生がなく、インク射出時のインク曲り等の発生がなく、安定したインク射出特性を得ることができる。 In addition, since the straight opening (nozzle hole) is formed after forming the tapered communicating passage by wet etching, which is a feature of the manufacturing method of the nozzle plate of the present invention, manufacturing defects such as chipping at the tip of the nozzle hole occur. As a result, highly accurate ink ejection is possible. Further, the nozzle hole forming portion (5) and the deep conductive portion forming portion (6) for forming the taper communication path use a common pattern forming material (resist layer 1), and the pattern is formed by the same exposure operation. Since it is formed, there is no occurrence of rubbing between the tapered communication path and the center line of the straight opening formed by each, and no bending of the ink occurs at the time of ink ejection, and stable ink ejection characteristics can be obtained.

1 シリコン基板
2 第1マスク層
3 第2マスク層
4 レジスト層1
5 環状パターン
5B ノズル孔形成部
6 多角形又は円形パターン
6B 深掘用導抗形成部
7 レジスト層2
8 深掘導坑
9 テーパー連通路
9B ストレート連通部
10 ストレート開口部(ノズル孔)
11 保護膜
12 撥インク層
13 酸化膜
14 レジスト層3
15 接着層
16 連通路プレート
17 シード層
18 Ni電鋳
101 インクジェットヘッド
101a インク吐出面
102 ヘッドチップ
103 配線部材
104 駆動部
110 ノズルプレート
120 圧力室基板
121 圧力室
130 振動板
140 スペーサー基板
150 配線基板
160 圧電素子
170 共通インク室
180 支持基板
C1、C2、C3 中心軸
DE1、DE2 ドライエッチング
N ノズル
NP ノズルプレート
R ノズル径
Sa ノズル先端部の上部表面
Sb ストレート開口部の側面
WE ウェットエッチング
θ1 ノズル孔先端部角度
θ2 デーパー連通路の角度
REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate 2 first mask layer 3 second mask layer 4 resist layer 1
5 annular pattern 5B nozzle hole forming part 6 polygonal or circular pattern 6B lead hole forming part for deep excavation 7 resist layer 2
8 Deep guide hole 9 Tapered communication path 9B Straight communication part 10 Straight opening (nozzle hole)
REFERENCE SIGNS LIST 11 protective film 12 ink-repellent layer 13 oxide film 14 resist layer 3
15 adhesive layer 16 communication path plate 17 seed layer 18 Ni electroforming 101 inkjet head 101a ink discharge surface 102 head chip 103 wiring member 104 driving unit 110 nozzle plate 120 pressure chamber substrate 121 pressure chamber 130 diaphragm 140 spacer substrate 150 wiring substrate 160 Piezoelectric element 170 Common ink chamber 180 Support substrate C1, C2, C3 Central axis DE1, DE2 Dry etching N Nozzle NP Nozzle plate R Nozzle diameter Sa Top surface of nozzle tip Sb Side of straight opening WE Wet etching θ1 Tip of nozzle hole Angle θ2 Angle of taper passage

Claims (6)

少なくとも、テーパー連通路と、ノズル部を形成するストレート開口部を有するノズルプレートの製造方法であって、
少なくとも、下記工程1~工程8を経て、ノズルプレートを製造することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
工程1:表面が(100)面である単結晶シリコン基板を準備する工程、
工程2:前記単結晶シリコン基板の表面に、マスク層を一様に形成する工程、
工程3:前記マスク層に、将来的にノズル孔となる環状パターンと、その内側に多角形又は円形パターンを形成する工程、
工程4:前記環状パターン上にレジスト層を形成し、前記多角形又は円形パターンを、ドライエッチングで貫通、又は一部を深掘加工する工程、
工程5:前記環状パターン上に形成したレジスト層を除去する工程、
工程6:前記単結晶シリコン基板を異方性ウェットエッチングして、前記多角形又は円形パターンから八面体形状に広がる前記テーパー連通路を形成する工程、
工程7:前記環状パターンをドライエッチングによる深掘りにより、前記テーパー連通路まで貫通させて、ノズル孔先端となる前記ストレート開口部を形成する工程、
工程8:所定の大きさに外径寸法を整えてチップ化する工程。
A method for manufacturing a nozzle plate having at least a tapered communication passage and a straight opening forming a nozzle portion,
A method for manufacturing a nozzle plate, characterized by manufacturing a nozzle plate through at least steps 1 to 8 below.
Step 1: a step of preparing a single crystal silicon substrate having a (100) surface;
Step 2: a step of uniformly forming a mask layer on the surface of the single crystal silicon substrate;
Step 3: A step of forming an annular pattern, which will become a nozzle hole in the future, and a polygonal or circular pattern inside it, on the mask layer;
Step 4: A step of forming a resist layer on the annular pattern and penetrating or partly deep-etching the polygonal or circular pattern by dry etching;
Step 5: removing the resist layer formed on the annular pattern;
Step 6: A step of anisotropically wet-etching the single crystal silicon substrate to form the tapered communication path extending from the polygonal or circular pattern into an octahedral shape;
Step 7: A step of forming the straight opening that will be the tip of the nozzle hole by penetrating the annular pattern to the tapered communication path by deep etching by dry etching;
Step 8: A step of trimming the outside diameter to a predetermined size and chipping.
前記工程7の後に、前記単結晶シリコン基板の前記ストレート開口部を設けた面とは反対側の面を前記テーパー連通路の中心部まで研削、研磨する工程を有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。 2. After said step 7, a step of grinding and polishing the surface opposite to the surface of said single crystal silicon substrate on which said straight opening is provided is provided up to the center portion of said tapered communication passage . A method for manufacturing the nozzle plate according to 1. ノズル孔先端部の上部表面と、前記ストレート開口部の側面とのなす角度(θ2)を、70~90度の範囲内とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のノズルプレートの製造方法。 3. The nozzle plate according to claim 1, wherein the angle (θ2) formed by the upper surface of the tip of the nozzle hole and the side surface of the straight opening is within the range of 70 to 90 degrees. manufacturing method. 前記テーパー連通路及びストレート開口部の表面が、インク耐性を有する保護膜で被覆することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法。 4. The method of manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 3, wherein surfaces of the tapered communication passage and the straight opening are covered with a protective film having ink resistance. 最表面部に、撥インク層を形成することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法。 5. The method of manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 4, wherein an ink-repellent layer is formed on the outermost surface. 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法における工程1~工程8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, comprising Steps 1 to 8 in the method for manufacturing a nozzle plate according to any one of Claims 1 to 5.
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