JP7480839B2 - Manufacturing method of nozzle substrate - Google Patents
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Description
本発明は、ノズル基板の製造方法に関し、更に詳しくは、ノズル径の寸法精度と、ノズル部の湾曲部を高精度で所望の形状で形成することができるノズル基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle substrate, and more specifically, to a method for manufacturing a nozzle substrate that can form the dimensional accuracy of the nozzle diameter and the curved portion of the nozzle section in the desired shape with high precision.
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基板（以下、ノズルプレートともいう。）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。 To improve the ejection accuracy of inkjet heads that eject ink from nozzles, a nozzle substrate (hereafter also referred to as a nozzle plate) has been proposed in which only the area near the outlet of a tapered nozzle is processed to be straight. By forming a straight section in the nozzle, the dimensional accuracy of the hole diameter during nozzle processing is stabilized, which is expected to have the effect of keeping the amount of ink ejected from each nozzle constant.
このようなノズル基板の製造方法が、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
Methods for manufacturing such nozzle substrates are disclosed, for example, in
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基板の製造方法が開示されている。
特許文献１に記載の方法は、ＳＯＩ基板を使用し、ＢＯＸ層（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ 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。The method described in
また、特許文献２には、ストレート部の深堀加工をする第１の工程と、樹脂を充填する第２の工程と、充填した樹脂の一部を除去し、垂直孔部を等方性ドライエッチングする第３の工程と、それらを繰り返して、複合曲面を有する漏斗形状のノズル基板の製造方法が開示されている。Furthermore,
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、曲面部を形成する第３の工程時に、基板表面もエッチングされることになり、後にノズル長となる基板厚さが精度よく形成できないという問題を抱えている。加えて、エッチング分布がノズル長に影響する問題がある。また、ノズル孔に均一に樹脂を充填することは製造技術上難しく、充填不十分な孔があれば、第３の工程時にもノズル部でエッチングが進行し、結果として不良ノズルが生じてしまう問題がある。However, the method described in
また、特許文献３には、滑らかに湾曲させた開口部を有するフォトレジスト層を形成し、ドライエッチングによってレジスト層の表面の輪郭に沿ってフォトレジスト層を徐々にエッチングするとともに、垂直壁を有する穴部を漏斗形状に変形させる工程を含む、ノズル基板の製造方法が開示されている。特許文献３で開示されている方法であれば、基板表面はレジストに覆われているため、ノズル長さに影響が出ることはない。
しかしながら、特許文献３では、フォトレジストを加熱により湾曲させており、基板（例えば、シリコン基板）とレジストとを同程度のエッチング速度でエッチングしていくため、レジスト層は１０μｍ以上に厚く形成する必要がある。ノズル径の寸法精度を向上させるには、レジストは薄いほうが好ましく、特許文献３で開示されている方法では、ノズル径精度と湾曲部の形成を両立させる点に問題がある。However, in
また、湾曲部は、実質的にレジストの形状が転写されるため、湾曲部の形状を自由に変えることも難しい。 In addition, since the curved portion essentially has the shape of the resist transferred to it, it is difficult to freely change the shape of the curved portion.
従って、ノズル径とノズル長の寸法精度と、ノズル部の湾曲部（以下、テーパー部又はテーパー形状ともいう。）を所望の形状で、かつ高精度で形成することができるノズル基板の製造方法の開発が望まれている。 Therefore, there is a need for the development of a manufacturing method for a nozzle substrate that can achieve dimensional accuracy of the nozzle diameter and nozzle length, and can form the curved portion of the nozzle section (hereinafter also referred to as the tapered portion or tapered shape) in the desired shape with high precision.
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、ノズル部の湾曲部を高精度で所望の形状で形成することができるノズル基板の製造方法を提供することである。The present invention has been made in consideration of the above problems, and its objective is to provide a method for manufacturing a nozzle substrate that can achieve high dimensional accuracy of the nozzle diameter and high precision in forming the curved portion of the nozzle in the desired shape.
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、ノズル基板の製造方法であって、シリコン等の基板上に、レジスト層を形成した後、シリコンをドライエッチングするガスと酸素ガスの混合比を複数回にわたり変化させながら、湾曲構造を有する貫通孔を形成することにより、ノズル径の寸法精度と、ノズル部の湾曲部を高精度で所望の形状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 the course of investigating the causes of the above problems in order to solve the above-mentioned problems, the inventors discovered a method for manufacturing a nozzle substrate in which a resist layer is formed on a substrate such as silicon, and then a through hole having a curved structure is formed while changing the mixture ratio of a gas for dry etching the silicon and oxygen gas multiple times, thereby making it possible to form the dimensional accuracy of the nozzle diameter and the curved portion of the nozzle portion in the desired shape with high precision, and thus arrived at the present invention.
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。 In other words, the above problem of the present invention is solved by the following means.
１．貫通孔を具備したノズル部を有するノズル基板の製造方法であって、
シリコン基板上又はＳＯＩ基板上に、
複数の孔を有するレジストパターンを有するレジスト層を形成する第１工程と、
ドライエッチングによりシリコン基板又はＳＯＩ基板をエッチングする第２工程を有し、
前記第２工程では、シリコンをエッチングするガスと酸素ガス（但し、堆積用のフッ化炭素系のガスを含むものを除く）を使用し、
シリコンをエッチングするガスと酸素ガスの混合比を２段階以上で変化させながらエッチングを行って、
湾曲形状を有する貫通孔を具備したノズル部を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
1. A method for manufacturing a nozzle substrate having a nozzle portion with a through hole, comprising the steps of:
On a silicon substrate or an SOI substrate,
A first step of forming a resist layer having a resist pattern with a plurality of holes;
A second step of etching the silicon substrate or the SOI substrate by dry etching,
In the second step, a gas for etching silicon and an oxygen gas (excluding those containing a fluorocarbon gas for deposition) are used,
Etching is performed while changing the mixture ratio of silicon etching gas and oxygen gas in two or more stages.
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising: a nozzle portion provided with a through hole having a curved shape.
２．前記第２工程で使用するシリコンをエッチングするガスが、６フッ化硫黄（ＳＦ6）であることを特徴とする第１項に記載のノズル基板の製造方法。
2. The method for manufacturing a nozzle substrate according to
３．前記第２工程におけるドライエッチングが、深掘りＲＩＥ装置によるボッシュプロセスを用いた深掘りエッチングであることを特徴とする第１項又は第２項に記載のノズル基板の製造方法。
3. The method for manufacturing a nozzle substrate described in
４．前記第２工程において、エッチングするガスと酸素ガスとの混合比を２段階以上で変化させ、１段目では酸素ガスの比率を低くし、２段目以降は１段目より酸素ガスの混合比率を高く設定してエッチングすることを特徴とする第１項から第３項のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
4. A method for manufacturing a nozzle substrate as described in any one of
５．前記第２工程でドライエッチングした前記シリコン基板又はＳＯＩ基板の反対側面を、エッチング又は研削により所定の厚さにトリミングし、仮固定していた基板を外し、貫通孔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基板の製造方法。
5. A method for manufacturing a nozzle substrate as described in any one of
６．前記第１工程で形成するレジスト層の厚さが、１０μｍ未満であることを特徴とする第１項から第５項までのいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
6. A method for manufacturing a nozzle substrate described in any one of
７．連通路基板を、前記ノズル部に接合することを特徴とする第１項から第６項までのいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。7. A method for manufacturing a nozzle substrate described in any one of
８．前記ＳＯＩ基板の支持層に連通路を形成した後、
前記連通路の底面部に位置する活性層に前記第１工程及び第２工程に従って、テーパー構造を有する貫通孔を形成する
ことを特徴とする第１項から第６項までのいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
8. After forming a communication path in the support layer of the SOI substrate,
7. The method for manufacturing a nozzle substrate according to any one of
９．前記ノズル部上にＮｉ電鋳を形成したのち、当該Ｎｉ電鋳に連通路を構成することを特徴とする第１項から第６項までのいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
9. A method for manufacturing a nozzle substrate described in any one of
上記手段によれば、ノズル径の寸法精度と、ノズル部の湾曲部を高精度で所望の形状で形成することができるノズル基板の製造方法を提供することができる。 The above-mentioned means make it possible to provide a method for manufacturing a nozzle substrate that can form the dimensional accuracy of the nozzle diameter and the curved portion of the nozzle section in the desired shape with high precision.
本発明で規定する構成からなるノズル基板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 substrate having the configuration defined in the present invention and the mechanism by which its effects are expressed are as follows:
前述の様に、従来、湾曲部の形状を有するノズル基板の作製方法としては、前記特許文献３に記載されているように、例えば、シリコン基板上に厚膜のフォトレジスト層を形成した後、ドライエッチングにより、フォトレジスト層の表面の輪郭に沿って、当該フォトレジスト層を徐々に除去するとともに、垂直壁を有する貫通部を湾曲状（以下、「テーパー形状」ともいう。）に変形させる方法である。しかしながら、当該方法では、フォトレジスト層としては約１０μｍ以上とする厚膜設計であり、貫通孔（以下、「ノズル孔」ともいう。）を高い寸法精度で形成することが難しく、かつ、形成される湾曲部（以下、「テーパー部」ともいう。）の形状は、フォトレジスト層の形状が転写されるため、湾曲部（テーパー部）を設計する自由度や湾曲部の形成精度が低い。As described above, a conventional method for producing a nozzle substrate having a curved shape is, for example, a method in which a thick photoresist layer is formed on a silicon substrate, and then the photoresist layer is gradually removed by dry etching along the contour of the surface of the photoresist layer, and the through-hole having a vertical wall is deformed into a curved shape (hereinafter also referred to as a "tapered shape"). However, in this method, the photoresist layer is designed to be a thick film of about 10 μm or more, and it is difficult to form the through-hole (hereinafter also referred to as a "nozzle hole") with high dimensional accuracy, and the shape of the formed curved part (hereinafter also referred to as a "tapered part") is transferred from the shape of the photoresist layer, so the degree of freedom in designing the curved part (tapered part) and the accuracy of forming the curved part are low.
本発明のノズル基板の製造方法では、上記問題に対し、第１工程として、シリコン基板上又はＳＯＩ基板上に、複数の孔を有するレジストパターンを有するレジスト層を形成し、次いで、第２工程では、ドライエッチングによりシリコン基板又はＳＯＩ基板をエッチングして貫通孔を形成するが、ドライエッチング時に、エッチングガスとして、シリコンをエッチングするガス、例えば、６フッ化硫黄（ＳＦ6）と酸素ガスを使用し、シリコンをエッチングするガスと酸素ガスの混合比を２段階以上で変化させながらエッチングを行うことにより、所望の湾曲形状を有する貫通孔を高精度で形成することができる。
In the method for manufacturing a nozzle substrate of the present invention, in order to address the above problems, in a first step, a resist layer having a resist pattern with a plurality of holes is formed on a silicon substrate or an SOI substrate, and then, in a second step, the silicon substrate or the SOI substrate is etched by dry etching to form through-holes. During the dry etching, a gas that etches silicon, for example, sulfur hexafluoride ( SF6 ) and oxygen gas, is used as the etching gas, and etching is performed while changing the mixture ratio of the gas that etches silicon and the oxygen gas in two or more stages, whereby a through-hole having a desired curved shape can be formed with high precision.
本発明のノズル基板の製造方法は、貫通孔を具備したノズル部を有するノズル基板の製造方法であって、シリコン基板上又はＳＯＩ基板上に、複数の孔を有するレジストパターンを有するレジスト層を形成する第１工程と、ドライエッチングによりシリコン基板又はＳＯＩ基板をエッチングする第２工程を有し、前記第２工程では、シリコンをエッチングするガスと酸素ガスを使用し、シリコンをエッチングするガスと酸素ガスの混合比を２段階以上で変化させながらエッチングを行って、湾曲形状を有する貫通孔を具備したノズル部を有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。The method for manufacturing a nozzle substrate of the present invention is a method for manufacturing a nozzle substrate having a nozzle portion with a through hole, and includes a first step of forming a resist layer having a resist pattern with a plurality of holes on a silicon substrate or an SOI substrate, and a second step of etching the silicon substrate or the SOI substrate by dry etching, and the second step is characterized in that the nozzle portion has a through hole with a curved shape by using a silicon etching gas and an oxygen gas and changing the mixture ratio of the silicon etching gas and the oxygen gas in two or more stages. 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、前記第２工程で使用するシリコンをエッチングするガスとして、６フッ化硫黄（ＳＦ6）を適用することが、より高精度で所望の湾曲形状を形成できる点で好ましい。 In an embodiment of the present invention, from the viewpoint of manifesting the effects of the present invention, it is preferable to use sulfur hexafluoride (SF 6 ) as the gas for etching silicon used in the second step, since this allows the desired curved shape to be formed with higher accuracy.
また、前記第２工程におけるドライエッチングが、深掘りＲＩＥ装置によるボッシュプロセスを用いた深掘りエッチングであることが、高精度で所望の湾曲形状とノズル径を有する貫通孔を形成することができる点で好ましい。In addition, it is preferable that the dry etching in the second step is deep etching using the Bosch process with a deep RIE device, since this allows for the formation of through holes having the desired curved shape and nozzle diameter with high precision.
また、前記第２工程において、エッチングするガスと酸素ガスとの混合比を２段階以上で変化させ、１段目では酸素ガスの比率を低くし、２段目以降は１段目より酸素ガスの混合比率を高く設定してエッチングすることにより、貫通孔として、ストレート部からテーパー角を連続的に変化させながら、所望の湾曲形状を安定して、かつ高精度で形成することができる点で好ましい。 In addition, in the second step, the mixture ratio of the etching gas and oxygen gas is changed in two or more stages, with the oxygen gas ratio being set low in the first stage and higher in the second stage and thereafter than in the first stage, thereby enabling the through hole to be formed in the desired curved shape stably and with high precision while continuously changing the taper angle from the straight portion.
また、前記第２工程でドライエッチングした前記シリコン基板又はＳＯＩ基板の反対側面を、エッチング又は研削により所定の厚さにトリミング、もしくは仮固定していた基板を外し、貫通孔を形成することが、安定してノズル基板を製造することができる点で好ましい。In addition, it is preferable to trim the opposite side of the silicon substrate or SOI substrate that has been dry etched in the second step to a predetermined thickness by etching or grinding, or to remove the temporarily fixed substrate and form a through hole, which allows for stable production of the nozzle substrate.
また、前記第１工程で形成するレジスト層の厚さを１０μｍ未満とすることが、ドライエッチング時にレジスト層の膜厚の影響を受けることなく、形成するノズル径の精度を高めることができる点で好ましい。In addition, it is preferable to make the thickness of the resist layer formed in the first step less than 10 μm, since this increases the accuracy of the nozzle diameter formed without being affected by the film thickness of the resist layer during dry etching.
また、連通路基板を、前記ノズル部に接合してインク供給する連通路を形成する方法が、インクジェットヘッドの組み立ての容易性が高くなる点で好ましい。 In addition, a method in which a communication passage substrate is joined to the nozzle portion to form a communication passage for supplying ink is preferred in that it makes it easier to assemble the inkjet head.
また、前記ＳＯＩ基板の支持層に連通路を形成した後、前記連通路の底面部に位置する活性層に前記第１工程及び第２工程に従って、テーパー構造を有する貫通孔を形成するノズル基板の製造方法が、連通路基板とノズル基板の組立がない為、各基板間の位置ずれが無く、加工時の厚さが厚く、ハンドリングがし易く、完成したノズル基板が厚くなり、インクジェットヘッドの組み立てがし易くなる点で好ましい。In addition, the manufacturing method of the nozzle substrate in which a through hole having a tapered structure is formed in the active layer located at the bottom surface of the communicating passage in accordance with the first and second steps after forming a communicating passage in the support layer of the SOI substrate is preferable in that there is no assembly of the communicating passage substrate and the nozzle substrate, there is no misalignment between the substrates, the substrate is thick during processing, handling is easy, the completed nozzle substrate is thick, and assembly of the inkjet head is easy.
また、前記ノズル部上にＮｉ電鋳を形成したのち、当該Ｎｉ電鋳を加工して連通路を構成する方法が、インクジェットヘッドの組み立ての容易性が高くなる点で好ましい。In addition, a method in which a Ni electroform is formed on the nozzle portion and then the Ni electroform is processed to form a communicating passage is preferred in that this makes it easier to assemble the inkjet head.
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。The present invention, its components, and the modes and aspects for implementing the present invention are described in detail below. Note that in this application, the use of "~" to indicate a range of values means that the values before and after it are included as the lower and upper limits.
《ノズル基板の製造方法》
本発明の貫通孔を有するノズル基板（以下、「ノズルプレート」ともいう。）の製造方法は、シリコン基板上又は酸化膜上にシリコン単結晶層を形成した構造のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板上に、複数の孔を有するレジストパターンを有するレジスト層を形成する第１工程と、ドライエッチングによりシリコン基板又はＳＯＩ基板をエッチングする第２工程を有し、前記第２工程では、シリコンをエッチングするガスと酸素ガスを使用し、シリコンをエッチングするガスと酸素ガスの混合比を２段階以上で変化させながらエッチングを行い、湾曲形状を有する貫通孔を形成することを特徴とする。
<<Manufacturing method of nozzle substrate>>
The method for manufacturing a nozzle substrate (hereinafter also referred to as "nozzle plate") having a through hole of the present invention includes a first step of forming a resist layer having a resist pattern having a plurality of holes on an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a structure in which a silicon single crystal layer is formed on a silicon substrate or an oxide film, and a second step of etching the silicon substrate or the SOI substrate by dry etching, characterized in that in the second step, a silicon etching gas and an oxygen gas are used, and etching is performed while changing the mixture ratio of the silicon etching gas and the oxygen gas in two or more stages, to form a through hole having a curved shape.
〔湾曲形状を有する貫通孔の形成方法〕
本発明の特徴である湾曲形状（テーパー形状）を有する貫通孔（ノズル孔）の具体的な形成方法について、図を交えて説明する。
[Method of forming a through hole having a curved shape]
A specific method for forming a through hole (nozzle hole) having a curved shape (tapered shape), which is a feature of the present invention, will be described with reference to the drawings.
本発明において、ノズル基板に湾曲形状を有する貫通孔を形成する方法は、上記のように、シリコン基板上又はＳＯＩ基板上に、複数の孔を有するレジストパターンを有するレジスト層を形成した後、シリコンをエッチングするガスと酸素ガスの混合比を２段階以上で変化させながらエッチングを行って、湾曲形状（テーパー形状）を有する貫通孔（ノズル孔）を形成する。In the present invention, the method for forming a through hole having a curved shape in a nozzle substrate involves forming a resist layer having a resist pattern with a plurality of holes on a silicon substrate or an SOI substrate, as described above, and then etching while changing the mixture ratio of a gas for etching silicon and oxygen gas in two or more stages to form a through hole (nozzle hole) having a curved shape (tapered shape).
図を用いて、本発明に係るシリコンをエッチングするガスと酸素ガスの混合比を変化したときのエッチングにより形成される湾曲構造について説明する。 Using the figures, we will explain the curved structure formed by etching when the mixture ratio of the silicon etching gas and oxygen gas according to the present invention is changed.
図１は、ドライエッチング時のシリコンをエッチングするガスと酸素ガスとの混合比（以下、流量比ともいう。）の違いにより形成される湾曲形状の一例を示す形状写真とグラフである。 Figure 1 is a shape photograph and graph showing an example of a curved shape formed by differences in the mixture ratio (hereinafter also referred to as the flow rate ratio) between the gas that etches silicon and the oxygen gas during dry etching.
図１では、シリコンをエッチングするガスとして６フッ化硫黄（ＳＦ6）を用い、酸素とＳＦ6の混合比率（Ｏ／ＳＦ6 体積比率）を０、０．５、１．０、１．５と変化させたときに形成される湾曲形状の一例である。 FIG. 1 shows an example of a curved shape formed when sulfur hexafluoride (SF 6 ) is used as a gas for etching silicon and the mixture ratio of oxygen to SF 6 (O/SF 6 volume ratio) is changed to 0, 0.5, 1.0, and 1.5.
図１の１－５には、横軸にエッチングガスであるＯ／ＳＦ6の流量比を、縦軸に形成される湾曲部のテーパー角をプロットしたグラフを示してある。 FIG. 1-5 shows a graph in which the flow rate ratio of O/SF 6 , which is an etching gas, is plotted on the horizontal axis, and the taper angle of the curved portion formed is plotted on the vertical axis.
図１の１－１で示すように、酸素を全く使用せずに、ＳＦ6ガス単独でエッチングを行った場合（Ｏ／ＳＦ6＝０）には、形成される湾曲部のテーパー角は０度で、ストレート形状のノズル孔（貫通部）が形成される。 As shown in 1-1 in Figure 1, when etching is performed using SF6 gas alone without using any oxygen (O/ SF6 = 0), the taper angle of the curved portion formed is 0 degrees, and a straight-shaped nozzle hole (penetration portion) is formed.
これに対し、図１の１－２で示すように、酸素ガスの比率を高め、６フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスに対し、流量とし０．５倍の条件（Ｏ／ＳＦ6＝０．５）とすることにより、テーパー角が１０度の湾曲形状を有するノズル孔（貫通部）が形成される。 In contrast, as shown in 1-2 in Figure 1, by increasing the ratio of oxygen gas and setting the flow rate to 0.5 times that of sulfur hexafluoride ( SF6 ) gas (O/ SF6 = 0.5), a nozzle hole (penetration portion) having a curved shape with a taper angle of 10 degrees is formed.
更に、図１の１－３で示すように、酸素ガスの比率を高め、６フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスと、同流量（Ｏ／ＳＦ6＝１．０）とすることにより、テーパー角が２０度の湾曲形状を有するノズル孔（貫通部）を形成することができる。 Furthermore, as shown in 1-3 in Figure 1, by increasing the ratio of oxygen gas and setting the flow rate to the same as that of sulfur hexafluoride ( SF6 ) gas (O/ SF6 = 1.0), it is possible to form a nozzle hole (penetration portion) having a curved shape with a taper angle of 20 degrees.
更に、図１の１－４で示すように、酸素ガスの比率を高め、６フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスに対し、流量とし１．５倍の条件（Ｏ／ＳＦ6＝１．５）とすることにより、テーパー角が６０度の湾曲形状を有するノズル孔（貫通部）が形成される。 Furthermore, as shown in 1-4 in Figure 1, by increasing the ratio of oxygen gas and setting the flow rate to 1.5 times that of sulfur hexafluoride ( SF6 ) gas (O/ SF6 = 1.5), a nozzle hole (penetration portion) having a curved shape with a taper angle of 60 degrees is formed.
このように、ノズル基板１であるシリコン基板上又はＳＯＩ基板上に、ノズル孔に対応するサイズの開口径を有するレジストを形成した後、シリコンをエッチングするガス（例えば、ＳＦ6）と酸素ガスの混合比を多段階にわたり変化させながら、エッチングを行うことにより、所望のテーパー形状パターンを有する湾曲形状を有するノズル孔（貫通孔）を高い寸法精度で形成することができる。
In this way, a resist having an opening diameter corresponding to the size of the nozzle hole is formed on the silicon substrate or SOI substrate, which is the
図２に、本発明の代表的な２つ以上のテーパー角を有する湾曲部からなる貫通孔の構造を示す。Figure 2 shows a typical through hole structure of the present invention, which consists of a curved portion having two or more taper angles.
図２で示すノズル基板１では、紙面上部よりエッチングを行い、ノズル基板１の最下段領域２（インク吐出面側）には、酸素ガスを適用せず、Ｏ／ＳＦ6＝０で形成したテーパー角０度のストレート部Ｓが形成される。
In the
次いで、その上の中間領域３では、ＳＦ6ガスに対する酸素ガスの比率を０～１．５まで連続的に変化させて、テーパー角が０～６０度までの湾曲構造の第１のテーパーＴ１を形成する。
Next, in the
次いで、最後の最上段領域４では、ＳＦ6ガスに対する酸素ガスの比率を１．５として、テーパー角が６０度の湾曲構造の第２のテーパー部Ｔ２を形成して、貫通孔Ｋを形成する。
Next, in the final
〔湾曲形状の貫通孔の形成方法：実施形態１〕
基板１に湾曲形状を有する貫通孔を形成する具体的なステップについて、図を交えて説明する。
[Method for forming a curved through hole: embodiment 1]
Specific steps for forming a through hole having a curved shape in the
図３は、本発明のノズル基板に湾曲形状を有する貫通孔の形成ステップの一例を示す断面図である（実施形態１）。 Figure 3 is a cross-sectional view showing an example of a step of forming a through hole having a curved shape in a nozzle substrate of the present invention (embodiment 1).
（ステップＳＡ－１）
図３のステップＳＡ－１では、ノズル基板１としてシリコン基板又はＳＯＩ基板を準備する。
(Step SA-1)
In step SA-1 of FIG. 3, a silicon substrate or an SOI substrate is prepared as a
〈基板〉
本発明に適用可能なノズル基板１としては、シリコン基板又はＳＯＩ基板である。シリコン基板（以下、ベアＳｉともいう。）は、表面が（１００）面である単結晶のシリコン基板であり、厚さが１００～２００μｍ程度のシリコンからなる板状部材である。ノズル基板を構成する基材としてシリコン基板を用いることで、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。
<substrate>
The
また、ノズル基板としては、ノズル孔を形成するＳｉの活性層及び支持層を有し、活性層と支持層の間に酸化膜層（ＢＯＸ層ともいう。）を挟んだＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）も用いることができる。In addition, the nozzle substrate may be an SOI (Silicon On Insulator) substrate having an active layer and a support layer of Si that form the nozzle hole, with an oxide layer (also called a BOX layer) sandwiched between the active layer and the support layer.
（ステップＳＡ－２：レジスト層の形成）
図３のステップＳＡ－２では、ノズル基板１上に、ノズル孔に対応するサイズの開口径を有するレジスト層５を形成する。
(Step SA-2: Formation of resist layer)
In step SA-2 of FIG. 3, a resist
〈レジスト層形成材料〉
本発明に適用可能なレジスト層の形成材料としては、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。
<Resist Layer Forming Material>
As a material for forming a resist layer applicable to the present invention, a positive photoresist or a negative photoresist can be used. As a positive photoresist and a negative photoresist, a known material can be used. For example, as a negative photoresist, ZPN-1150-90 manufactured by Zeon Corporation can be used. Furthermore, as a 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、例えば、４．５μｍの厚さになるように塗布して形成し、その後、例えば、１２０℃の条件でプリベーク処理を行う。The resist layer is formed by applying it using a spin coater or the like to a thickness of, for example, 4.5 μm, and then a pre-bake process is performed under conditions of, for example, 120°C.
密着性向上のため、レジスト層塗布の前に、ノズル基材表面に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。To improve adhesion, the nozzle substrate surface may be treated with HMDS (hexamethyldisilazane) before applying the resist layer. HMDS treatment is performed with an organic material called hexamethyldisilazane, for example, OAP (hexamethyldisilazane) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used. As with resist application, it may be applied with a spin coater, or exposure to hexamethyldisilazane vapor can also be expected to improve adhesion.
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５００ｍＪ／ｃｍ2の光量で行う。その後、現像液（例えば、東京応化製 ＮＭＤ－３）に浸漬し、上記レジストの感光部を除去し、その後、例えば、１５０℃の条件でポストベーク処理を行うことにより、ノズル基材上に、レジストパターンを有するレジスト層を形成する。なお、ノズル孔のテーパー部をより大きな径とする場合には、ポストベーク温度を２６０℃以上の条件としても良い。 A predetermined mask is used and the resist is exposed with an aligner or the like. For example, in the case of a contact aligner, the amount of light is about 500 mJ/cm 2. Thereafter, the resist is immersed in a developer (for example, NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) to remove the exposed portion of the resist, and then, for example, a post-baking process is performed under a condition of 150° C. to form a resist layer having a resist pattern on the nozzle substrate. Note that, when the taper portion of the nozzle hole has a larger diameter, the post-baking temperature may be set to 260° C. or higher.
（ステップＳＡ－３：最下段領域２の形成）
ステップＳＡ－３では、第１段階として、ドライエッチングＥにより、ノズル基板１の最下段領域２（インク吐出面側）に、６フッ化硫黄（ＳＦ6）単独ガス（Ｇ１：Ｏ／ＳＦ6＝０）を用いて、テーパー角０度のストレート部を形成する。
(Step SA-3: Formation of the bottom region 2)
In step SA-3, as the first stage, dry etching E is used to form a straight section with a taper angle of 0 degrees in the lowest region 2 (ink ejection surface side) of the
〈ドライエッチング〉
ステップＳＡ－３で適用するドライエッチングＥとしては、深掘りＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、略称：Ｄ－ＲＩＥ）であり、基板を低温に冷やす低温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装置等を用いて行うことができる。深掘りＲＩＥは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の一つで、アスペクト比の高い（狭くて深い）形状の加工が行える。深く掘る方法としては、通常、高密度プラズマを用い、被加工基板を低温に冷やす方法と、ボッシュプロセスと呼ばれるエッチング技術を用いる方法を挙げることができる。
Dry Etching
The dry etching E applied in step SA-3 is deep reactive ion etching (D-RIE), which can be performed using a low-temperature RIE device that cools the substrate to a low temperature, or an ICP (Inductively Coupled Plasma)-RIE device, which is a dry etching device that uses an inductive coupling method for the discharge method. Deep RIE is a type of reactive ion etching (RIE), and can process shapes with a high aspect ratio (narrow and deep). As a method for deep etching, there are usually a method using high-density plasma to cool the substrate to a low temperature, and a method using an etching technology called the Bosch process.
また、プロセスガスとして、ＳＦ6、Ｃ4Ｆ8、Ｏ2、ＢＦ3、ＣＨＦ3やＣＦ4などを用いる。 Furthermore, SF6 , C4F8 , O2 , BF3 , CHF3 , CF4 , or the like is used as the process gas.
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（以下、ＩＣＰ－ＲＩＥ装置ともいう。）で適用するプロセスガスとしては、ＳＦ6、Ｃ4Ｆ8、Ｏ2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を形成することができ、本発明においては、シリコンのエッチング期間に使用するガスとして６フッ化硫黄（ＳＦ6）と酸素ガス、デポジション期間に使用するガスとしてＣ4Ｆ8ガスを使用することが好ましい。 ICP (Inductively Coupled Plasma)-RIE etching (hereinafter also referred to as ICP-RIE equipment), which is a dry etching equipment that uses an inductive coupling method for the discharge format, uses SF6 , C4F8 , O2 , etc. as process gases , and by using the Bosch process, which repeats film formation and etching in a cyclical manner, it is possible to form a highly accurate, vertical deep trench. In the present invention, it is preferable to use sulfur hexafluoride ( SF6 ) and oxygen gas as the gas used during the silicon etching period, and C4F8 gas as the gas used during the deposition period.
（ステップＳＡ－４：中間領域３の形成）
次いで、同じくドライエッチングＥにより、ＳＦ6ガスに対する酸素ガスの比率を０～１．５まで連続的に変化させた混合ガスＧ２を用い、テーパー角が０～６０度までの湾曲構造の第１のテーパーＴ１である中間領域３を形成する。
(Step SA-4: Formation of intermediate region 3)
Next, similarly by dry etching E, a mixed gas G2 in which the ratio of oxygen gas to SF6 gas is continuously changed from 0 to 1.5 is used to form an
ステップＳＡ－４では、ステップＳ－３における最下段領域２（ストレード部）の形成に引き続き、中間領域３（テーパー角が０～６０度までの湾曲構造）をドライエッチングにより形成するが、この時、先に形成した最下段領域２（ストレード部）の形状が下部に移動しながら、中間領域３が形成される。最下段領域２（ストレード部）は、ストレート部の側壁がマスク効果を発現し、下部に移動する。この最下段領域２（ストレード部）が下部に移動する間に、レジスト５の開口部が広がることにより、ストレート部の上部に、所定のテーパー角を有する中間領域３が形成される。
In step SA-4, following the formation of the lowest region 2 (straight section) in step S-3, the middle region 3 (curved structure with a taper angle of 0 to 60 degrees) is formed by dry etching; at this time, the shape of the previously formed lowest region 2 (straight section) moves downwards as the
（ステップＳＡ－５：最上段領域４の形成）
ステップＳＡ－５では、上記ステップＳ－４と同様の方法で、中間領域３（テーパー角が０～６０度までの湾曲構造）上に、ドライエッチングにより、ＳＦ6ガスに対する酸素ガスの比率を１．５とした混合ガスＧ３を用い、テーパー角が６０度の湾曲構造の第２のテーパー部Ｔ２である最上段領域４を形成する。
(Step SA-5: Formation of the top region 4)
In step SA-5, in a manner similar to step S-4 described above, a
（ステップＳＡ－６：レジスト層の除去）
上記方法により、最下段領域２であるストレート部と、テーパー角が０～６０度までの湾曲構造の第１のテーパーＴ１である中間領域３と、テーパー角が６０度の湾曲構造の第２のテーパー部Ｔ２である最上段領域４から構成される貫通孔Ｋを形成した後、最上面のレジスト層５を除去して、湾曲形状を有するノズル基板１を形成する。
(Step SA-6: Removal of resist layer)
Using the above method, a through hole K is formed, which is composed of a straight portion which is the
レジスト層の除去方法としては、レジストを形成する材料により異なるが、例えば、アセトン、酸溶液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。The method for removing the resist layer varies depending on the material that forms the resist, but it can be removed, for example, by a wet process using acetone, an acid solution or an alkaline solution, or a dry process using oxygen plasma.
《連通路を具備したノズル基板の作製》
湾曲形状を有するシリコン基板上又はＳＯＩ基板上に、連通路を形成したノズル基板（ノズルプレート）の具体的な作製方法について説明する。
<<Fabrication of a nozzle substrate having a communication passage>>
A specific method for producing a nozzle substrate (nozzle plate) having a communicating passage formed on a curved silicon substrate or SOI substrate will be described.
〔実施形態２：一体型の連通路を有するノズル基板の作製〕
図４及び図５に、ノズル基板としてＳＯＩ基板を用いて、一体型の連通路を形成する製造ステップの製造方法を示す。
[Embodiment 2: Fabrication of a nozzle substrate having an integral communicating passage]
4 and 5 show a manufacturing method for forming an integral communication passage using an SOI substrate as a nozzle substrate.
初めに、図４を用いステップＳＢ－１～ＳＢ－５まで説明する。First, steps SB-1 to SB-5 will be explained using Figure 4.
（ステップＳＢ－１：ＳＯＩ基板の準備）
図４に示すステップＳＢ－１では、ノズル基板として、ＳＯＩ基板を準備する。本発明に適用可能なＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板は、図４のステップＳＢ－１で示すように、ノズル孔を形成するＳｉより構成される活性層１Ａ及び支持層１Ｂを有し、活性層１Ａと支持層１Ｂの間にＢＯＸ層７（酸化膜層ともいう。）が形成されており、活性層１Ａの表面には、活性層側保護膜８Ａが形成されている。ただし、ステップＳＢ－６にある固定基板９がある場合には、活性層保護膜はなくてもよい。
(Step SB-1: Preparation of SOI substrate)
In step SB-1 shown in Fig. 4, an SOI substrate is prepared as a nozzle substrate. As shown in step SB-1 in Fig. 4, an SOI (Silicon On Insulator) substrate applicable to the present invention has an
〈ＢＯＸ層（酸化膜層）〉
支持層１Ｂの表面に対し、熱酸化処理を施すことにより、ＳｉＯ2から構成されるＢＯＸ層（酸化膜層）を形成する。
<BOX layer (oxide film layer)>
A BOX layer (oxide film layer) made of SiO 2 is formed on the surface of the
Ｓｉの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（ＳｉＯ2）を形成することができる。 Thermal oxidation of silicon can be performed using either dry oxidation, which uses oxygen gas, or wet oxidation, which uses water vapor. The heating temperature is about 900-1200°C in the case of dry oxidation, and about 800-1100°C in the case of wet oxidation. For example, when wet oxidation is used, a thermal oxide film ( SiO2 ) with a thickness of 1 μm can be formed on the entire surface of a silicon substrate by heating at 1000°C for about four hours.
〈活性層側保護膜〉
活性層側保護膜８Ａとしては、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、金属膜（アルミニウム等）、有機膜（ポリイミド、ポリアミド、パリレン等）の材料を選択、又は組み合わせて用いることができる。活性層側保護膜８Ａの厚さは、特には限られないが、例えば、１０μｍ以下とすることができる。ノズル先端は吐出性能に影響することがから、導電性の金属膜がより好ましい。
<Protective film on active layer side>
For the active layer side
（ステップＳＢ－２：レジスト層の形成）
次いで、実施形態２のステップＳＡ－２（レジスト層の形成）と同様の方法により、レジスト層５のパターンを形成した。
(Step SB-2: Formation of resist layer)
Next, a pattern of the resist
（ステップＳＢ－３：連通路の形成）
次いで、レジスト層５上より、エッチング処理を施して、支持層連通路６Ａを形成する。
(Step SB-3: Formation of communication passages)
Next, an etching process is performed from above the resist
エッチング処理方法としては、実施形態３のステップＳＡ－３に記載の深掘りＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）の他に、ウェットエッチング、例えば、等方性ウェットエッチング、異方性ウェットエッチング等を適用することができる。エッチングにより支持層連通路６Ａを形成した後、レジスト層５を上記と同様の方法で除去する。As an etching method, in addition to the deep reactive ion etching (RIE) described in step SA-3 of
〈等方性ウェットエッチング〉
本発明に係る連通路形成に適用可能な等方性ウェットエッチングとしては、例えば、フッ硝酸を用いたウェットエッチングが用いられる。例えば、ＳＯＩを１０ｍｍ程度の振幅で揺動させながら、フッ硝酸に浸漬させ、支持層１Ｃに支持層連通路６Ａを形成する。
<Isotropic wet etching>
As an isotropic wet etching method applicable to the formation of the communication passages according to the present invention, for example, wet etching using fluoronitric acid is used. For example, the SOI is immersed in the fluoronitric acid while being oscillated with an amplitude of about 10 mm, and the support
〈異方性ウェットエッチング〉
本発明に係る支持層連通路６Ａの形成に適用可能な異方性ウェットエッチングとしては、ウェットエッチング液としては、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（ＳｉＯ2）とシリコン基材との選択性が良好となり、好ましい。
<Anisotropic wet etching>
For the anisotropic wet etching applicable to the formation of the support
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４のステップＳ３－３で示すような支持層連通路６Ａを形成することができる。For example, a support
（ステップＳＢ－４：ＢＯＸ層の除去）
次いで、支持層連通路６Ａを形成した後、支持層連通路６Ａの底面に露出しているＢＯＸ層７（酸化膜層）の除去を、ＲＩＥ（反応性ドライエッチング）又はウェットエッチングにより行う。
(Step SB-4: Removal of BOX layer)
Next, after the support
（ステップＳＢ－５：支持層側保護膜（レジスト層）の形成）
次いで、支持層連通路６Ａを形成した後、支持層側保護膜８Ｂを、レジスト材料を用いて形成する。レジスト材料の付与は、支持層連通路６Ａを含め段差構造を有しているため、スピンコートでは均一にレジスト材料を付与することができないため、スプレー塗布方式又は電着レジストを適用することが好ましい。次いで、ノズル形成部をマスクで保護した後、露光及び現像を行う。露光は、コンタクト方式、プロジェクション方式、ステッパー方式等を適用することができる。
(Step SB-5: Formation of Support Layer Side Protective Film (Resist Layer))
Next, after forming the support
次いで、図５を用いて、ステップＳＢ－６～ＳＢ－９について説明する。Next, steps SB-6 to SB-9 will be explained using Figure 5.
（ステップＳＢ－６：固定基板の付与）
図５に示すステップＳＢ－６では、活性層１Ａ側に、Ｓｉ単体、ガラス基板、金属基板等から構成されている固定基板９を接合する。接合に用いる接合材としては、エポキシ樹脂等の接着剤、又は発泡剥離シート等を適用することができる。ただし、活性層側保護膜８Ａが金属膜である場合には、固定基板９を用いなくてもよい。
(Step SB-6: Providing a fixed substrate)
5, a fixed
（ステップＳＢ－７：貫通孔の形成）
次いで、図３に記載の方法に従って、ドライエッチングによりエッチングガス（ＳＦ6）と酸素ガスの混合比を所望の条件で変化させながら、活性層１Ａにテーパー形状Ｔを有するノズル孔である貫通孔Ｋを形成する。
(Step SB-7: Formation of through holes)
Next, according to the method shown in FIG. 3, a through hole K, which is a nozzle hole having a tapered shape T, is formed in the
（ステップＳＢ－８：貫通孔の形成）
次いで、ステップＳＢ－８では、活性層１Ａ側に付与した固定基板９を、加熱等で取り外す。
(Step SB-8: Formation of through holes)
Next, in step SB-8, the fixed
（ステップＳＢ－９：レジストの除去）
最後に、レジスト８Ｂ及び活性層１Ａ表面の活性層側保護膜８Ａ（金属膜）を、ウェットエッチング法を用いて除去して、湾曲形状Ｔのノズル孔Ｎを有するノズルプレートＮＰを作製する。
(Step SB-9: Removal of resist)
Finally, the resist 8B and the active layer side
ノズルプレートＮＰのサイズとしては、例えば、連通路６Ａの内径としては、１００μｍ程度であり、支持層連通路基板の高さとしては、１００μｍ程度であり、活性層１Ａの厚さとしては３０μｍ程度で有り、ノズル孔Ｎのインク吐出面側のサイズとしては２０μｍ程度である。The size of the nozzle plate NP is, for example, such that the inner diameter of the
〔実施形態３：連通路一体型のノズル基板の作製２（支持層表面に支持層側保護膜（酸化膜）を付与）〕
上記説明した実施形態２のステップＳＢ－５では、支持層側保護膜８Ｂとしてレジスト材料により、支持層１Ｂに形成した支持層連通路６Ａの表面を保護する方法に対し、実施形態３では、支持層側保護膜１０として、熱酸化、ＣＶＤ等により酸化膜や窒化膜を支持層１Ｂ及び支持層連通路６Ａの表面に形成する方法である。
[Embodiment 3: Preparation of a nozzle substrate integrated with a communication passage 2 (Providing a support layer side protective film (oxide film) on the surface of the support layer)]
In step SB-5 of the second embodiment described above, a resist material is used as the support layer side
図６～図８は、ＳＯＩを用いたノズル基板上に、連通路一体型の連通路を形成するステップで、支持層側保護膜（酸化膜）１０を用いる製造ステップを示す断面図である。 Figures 6 to 8 are cross-sectional views showing the manufacturing step of using a support layer side protective film (oxide film) 10 in the step of forming a communication passage integrated with the communication passage on a nozzle substrate using SOI.
図６に示すステップＳＣ－１～ＳＣ－４までは、上記説明した実施形態２の図４で説明したステップＳＢ－１～ＳＢ－４と同一であり、説明は省略する。Steps SC-1 to SC-4 shown in Figure 6 are the same as steps SB-1 to SB-4 described in Figure 4 of the above-mentioned
（ステップＳＣ－５：支持層側保護膜（酸化膜）１０の形成）
図７に示すステップＳＣ－５では、支持層連通路６Ａを形成した後、支持層連通路基板１Ｃの表面と、支持層連通路６Ａの表面に、支持層側保護膜（酸化膜）１０を形成する。
(Step SC-5: Formation of Support Layer Side Protective Film (Oxide Film) 10)
In step SC-5 shown in FIG. 7, after the support
支持層側保護膜（酸化膜）１０の形成方法の一例を以下に説明する。An example of a method for forming the support layer side protective film (oxide film) 10 is described below.
支持層側保護膜（酸化膜）１０の形成方法としては、熱酸化法、陽極酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等を適用することができる。 Methods that can be used to form the support layer side protective film (oxide film) 10 include thermal oxidation, anodizing, CVD, sputtering, vapor deposition, etc.
〈熱酸化法による支持層側保護膜の形成〉
熱酸化法により、ＳｉＯ2から構成される支持層側保護膜を形成する。熱酸化法としては、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、支持層側保護膜（酸化膜）１０として、厚さ１μｍの熱酸化膜を形成することができる。
<Formation of the protective film on the support layer side by thermal oxidation method>
A support layer side protective film made of SiO2 is formed by thermal oxidation. There are two types of thermal oxidation: dry oxidation using oxygen gas and wet oxidation using water vapor. Either method can be used as the 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 thermal oxide film having a thickness of 1 μm can be formed as the support layer side protective film (oxide film) 10 on the entire surface of the silicon substrate by heating at 1000°C for about 4 hours.
〈陽極酸化法による支持層側保護膜の形成〉
陽極酸化法は、酸化したい導電性の素材であるシリコン基板を電解液中に浸し、シリコン基板を陽極（正極、＋極）として通電することによって、シリコン基板表面で電解液中の酸素と結合させ、前記シリコン基板表面から酸化膜（ＳｉＯ2）を成長させて支持層側保護膜（酸化膜）を形成する方法である。
Formation of a protective film on the support layer side by anodizing method
The anodization method is a method in which a silicon substrate, which is a conductive material to be oxidized, is immersed in an electrolyte and an electric current is passed through the silicon substrate as an anode (positive electrode, + electrode), causing the silicon substrate to bond with oxygen in the electrolyte on the surface of the silicon substrate, and an oxide film ( SiO2 ) is grown from the surface of the silicon substrate to form a protective film (oxide film) on the support layer side.
〈化学気相成長法（ＣＶＤ法）による支持層側保護膜の形成〉
シリコン基板における凹凸構造を形成した表面全体に、化学気相成長法によって支持層側保護膜を堆積して形成する方法で、例えば、テトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、ＴＥＯＳ）が加温され、キャリアガスによってバブリングされることによってＴＥＯＳガスが生成され、このＴＥＯＳガスに、例えば、酸素やオゾン等の酸化ガス及び、例えば、ヘリウム等の希釈ガスが混合されて原料ガスが生成される。そして、この原料ガスが、プラズマＣＶＤ装置や常温オゾンＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置に導入され、ＣＶＤ装置内のシリコン基板の表面に、支持層側保護膜（酸化膜）１０として所定の厚さ（例えば、約１μｍ等）のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）が形成される。
<Formation of the protective film on the support layer side by chemical vapor deposition (CVD) method>
In this method, a support layer-side protective film is deposited by chemical vapor deposition on the entire surface of a silicon substrate having a concave-convex structure, for example, tetraethoxysilane (TEOS) is heated and bubbled with a carrier gas to generate TEOS gas, which is then mixed with an oxidizing gas such as oxygen or ozone and a diluting gas such as helium to generate a raw material gas. This raw material gas is then introduced into a CVD apparatus such as a plasma CVD apparatus or a room temperature ozone CVD apparatus, and a silicon oxide film ( SiO2 ) of a predetermined thickness (for example, about 1 μm) is formed on the surface of the silicon substrate in the CVD apparatus as the support layer-side protective film (oxide film) 10.
〈スパッタ法による支持層側保護膜の形成〉
スパッタ法によって支持層側保護層（酸化膜）１０を堆積して形成する場合には、例えば、真空チャンバー内に支持層側保護膜として成膜させたい物質（例えば、石英等）のターゲットが設置され、高電圧を印加することによってイオン化されたアルゴン等の希ガス元素（普通はアルゴンを用いる）が前記ターゲットに照射および衝突される。この衝突によって前記ターゲットの表面の原子がはじき飛ばされ、はじき飛ばされた原子（スパッタリング粒子）が、シリコン基材の凹凸部の各表面に到達することで、支持層連通路基板１Ｃの表面と、支持層連通路６Ａの表面に、前記スパッタリング粒子が降り積もって堆積して支持層側保護膜（酸化膜）１０が成膜される。
<Formation of the protective film on the support layer side by sputtering method>
When forming the support layer side protective layer (oxide film) 10 by deposition using a sputtering method, for example, a target of a material (e.g., quartz, etc.) to be formed as the support layer side protective film is placed in a vacuum chamber, and a rare gas element such as argon (usually argon is used) ionized by applying a high voltage is irradiated and collided with the target. Atoms on the surface of the target are ejected by this collision, and the ejected atoms (sputtering particles) reach each surface of the uneven portion of the silicon base material, so that the sputtering particles fall and accumulate on the surface of the support layer
〈真空蒸着法による支持層側保護膜の形成〉
真空蒸着法により支持層側保護膜（酸化膜）１０を形成する方法としては、真空チャンバー内で支持層側保護膜として成膜させたい物質（蒸着源）と対面させるようにシリコン基板を配置し、蒸着源を加熱することによって発生した気体状態の成膜物質（蒸着物質）が支持層連通路基板１Ｃの表面と、支持層連通路６Ａの表面に照射され、蒸着物質が降り積もって堆積し成膜される。
Formation of the Protective Film on the Support Layer Side by Vacuum Deposition Method
In a method for forming the support layer side protective film (oxide film) 10 by vacuum deposition, a silicon substrate is placed in a vacuum chamber so as to face a substance (deposition source) to be formed as the support layer side protective film, and a gaseous film forming substance (deposition substance) generated by heating the deposition source is irradiated onto the surface of the support layer connecting
その他には、酸化膜以外でも、ＣＦ系膜形成方法等も適用することができる。In addition to oxide films, CF-based film formation methods can also be applied.
（ステップＳＣ－６：支持層側保護膜（酸化膜）１０の一部除去）
次いで、形成した支持層側保護膜（酸化膜）１０のうち、支持層連通路６Ａの底面部と支持層連通路基板１Ｃの表面部に対し、ドライエッチング（例えば、深掘りＲＩＥ又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等）を用いて、支持層側保護膜（酸化膜）１０を除去する。
(Step SC-6: Partial Removal of Support Layer Side Protective Film (Oxide Film) 10)
Next, the support layer side protective film (oxide film) 10 formed is removed from the bottom portion of the support
（ステップＳＣ－７：レジスト層の形成）
次いで、ステップＳＣ－７で示すように、支持層側保護膜（酸化膜）１０、支持層連通路基板１Ｃ表面及びノズル孔形成部以外の領域の底面部にレジスト層５を付与する。レジスト層の形成方法は、前記と同様である。
(Step SC-7: Formation of resist layer)
Next, as shown in step SC-7, a resist
（ステップＳＣ－８：固定基板の付与）
図７に示すステップＳＣ－８では、活性層１Ａ側に、Ｓｉ単体、ガラス基板、金属基板等から構成されている固定基板９を接合する。接合に用いる接合材としては、エポキシ樹脂等の接着剤、又は発泡剥離シート等を適用することができる。ただし、活性層側保護膜８Ａが金属膜である場合には、固定基板９を用いなくてもよい。
(Step SC-8: Providing a fixed substrate)
7, a fixed
（ステップＳＣ－９：貫通孔の形成）
次いで、図８のステップＳＣ－９に記載の方法に従って、ドライエッチングによりエッチングガス（ＳＦ6）と酸素ガスの混合比を所望の条件で変化させながら、活性層１Ａにテーパー形状Ｔを有するノズル孔Ｎである貫通孔を形成する。
(Step SC-9: Formation of through holes)
Next, according to the method described in step SC-9 of FIG. 8, a through hole, which is a nozzle hole N having a tapered shape T, is formed in the
（ステップＳＣ－１０：貫通孔の形成）
次いで、ステップＳＣ－１０では、活性層１Ａ側に付与した固定基板９を、加熱等で取り外す。
(Step SC-10: Formation of through holes)
Next, in step SC-10, the fixed
（ステップＳＣ－１１：レジストの除去）
最後に、レジスト５、支持層側保護膜（酸化膜）１０及び活性層１Ａ側面部の活性層側保護膜８Ａ（金属膜）を、ウェットエッチング法を用いて除去して、湾曲形状Ｔのノズル孔Ｎを有するノズルプレートＮＰを作製する。
(Step SC-11: Removal of resist)
Finally, the resist 5, the support layer side protective film (oxide film) 10, and the active layer side
ノズルプレートＮＰのサイズとしては、例えば、連通路６Ａの内径としては、１００μｍ程度であり、支持層連通路基板の高さとしては、１００μｍ程度であり、活性層１Ａの厚さとしては３０μｍ程度で有り、ノズル孔Ｎのインク吐出面側のサイズとしては２０μｍ程度である。The size of the nozzle plate NP is, for example, such that the inner diameter of the
〔実施形態４：ＳＯＩを用いた連通路接合型のノズル基板の作製〕
実施形態４は、基板としてＳＯＩを用い、湾曲型貫通孔を形成した後、連通路基板を接合して、連通路を有するノズルプレートを形成する方法である。
[Embodiment 4: Fabrication of a nozzle substrate with connecting passages using SOI]
In the fourth embodiment, an SOI substrate is used, curved through holes are formed, and then a communication path substrate is bonded to form a nozzle plate having communication paths.
図９及び図１０に、ＳＯＩを用いたノズル基板上に、接合型の連通路を形成する製造方法を示す。 Figures 9 and 10 show a manufacturing method for forming a junction-type connecting passage on a nozzle substrate using SOI.
〈ステップＳＤ－１：ＳＯＩの準備〉
図９のステップＳＤ－１で示すように、活性層１Ａ、ＢＯＸ層７及び支持層１Ｂから構成するＳＯＩ基板を準備する。
<Step SD-1: Preparation of SOI>
As shown in step SD-1 of FIG. 9, an SOI substrate including an
〈ステップＳＤ－２：活性層表面にレジスト層を付与〉
次いで、活性層１Ａ表面に、ノズル孔に対応するサイズの開口径を有するレジスト層５を形成する。形成方法は、実施形態１のステップＳＡ－２に記載した方法に従って形成することができる。
<Step SD-2: Applying a resist layer to the surface of the active layer>
Next, a resist
〈ステップＳＤ－３：貫通路の形成〉
次いで、前記図３に記載の方法に従って、ドライエッチングによりエッチングガス（ＳＦ6）と酸素ガスの混合比を所望の条件で変化させながら、活性層１Ａに湾曲形状を有するノズル孔である貫通孔Ｋを形成する。貫通孔Ｋの形成方法は、実施形態１～３に記載した方法と同様であり、その詳細は割愛する。
<Step SD-3: Formation of through passage>
3, a through hole K, which is a nozzle hole having a curved shape, is formed in the
〈ステップＳＤ－４：レジスト層の除去〉
次いで、活性層１Ａ表面のレジスト層５を、実施形態１のステップＳＡ－６に記載した方法と同様にして、例えば、アセトン、酸溶液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 SD-4: Removal of resist layer>
Next, the resist
〈ステップＳＤ－５：連通路基板の接合〉
次いで、図１０のステップＳＤ－５の記載のように、湾曲形状を有する貫通孔Ｋを形成した活性層１Ａ上に、接着層１１を介して、連通路基板６を接合する。
<Step SD-5: Joining of the communication passage substrate>
Next, as shown in step SD-5 of FIG. 10, a
接着層としては、例えば、エポキシ樹脂等の接着剤、Ｓｉ－Ｓｉ又はＳｉ－ＳｉＯ2－Ｓｉの活性化接合、又はＡｕ等を間に挟んだＳｉ－Ａｕ接合方法を適用することができる。また、接合する連通路基板６としては、シリコン（Ｓｉ）、金属材料、樹脂材料等を挙げることができる。なお、連通路基板６の構成材料としては、連通路の接合時や後工程で熱がかかる場合、構成材料間の熱膨張率の差により、「反り」が生じる可能性があるため、ＳＯＩ構成材料（Ｓｉ）と熱膨張率が近似した連通路基板を選択することが好ましい。
The adhesive layer may be, for example, an adhesive such as epoxy resin, Si-Si or Si-SiO 2 -Si activation bonding, or a Si-Au bonding method in which Au or the like is sandwiched between the layers. Examples of the connecting
〈ステップＳＤ－６：支持層の除去〉
次いで、ステップＳＤ－６では、背面側に有する支持層１Ｂを、研削法、研磨法、ドライエッチング、ウェットエッチングを、それぞれ単独、又は適宜組み合わせて除去する。
<Step SD-6: Removal of Support Layer>
Next, in step SD-6, the
〈ステップＳＤ－７：ＢＯＸ層の除去〉
次いで、実施形態２のステップＳＢ－４と同様にして、活性層１Ａの背面に露出しているＢＯＸ層（酸化膜層）を、例えば、ＲＩＥ（反応性ドライエッチング）又はウェットエッチングにより除去して、湾曲形状Ｔのノズル孔Ｎを有し、連通路基板６を接合したノズルプレートＮＰを作製する。
<Step SD-7: Removal of BOX layer>
Next, in a manner similar to step SB-4 of
ノズルプレートＮＰのサイズとしては、特に制限はないが、一例としては、連通路６Ａの内径が１００μｍ程度であり、支持層連通路基板の高さとしては、１００μｍ程度であり、活性層１Ａの厚さとしては３０μｍ程度で有り、ノズル孔Ｎのインク吐出面側のサイズとしては２０μｍ程度である。There are no particular limitations on the size of the nozzle plate NP, but as an example, the inner diameter of the
〔実施形態５：シリコン基板及び固定基板を用いた連通路接合型のノズル基板の作製〕
図１１及び図１２は、シリコン基板を用いたノズル基板上に、固定基板を用いて連通路接合型（仮固定）の連通路を形成する製造ステップの一例を示す断面図である。
[Embodiment 5: Fabrication of a nozzle substrate with a connecting passage using a silicon substrate and a fixed substrate]
11 and 12 are cross-sectional views showing an example of a manufacturing step for forming a communication passage of a communication passage joint type (temporarily fixed) by using a fixed substrate on a nozzle substrate using a silicon substrate.
〈ステップＳＥ－１：シリコン基板の準備〉
シリコン基板側保護膜８Ｃを有するシリコン基板１を準備する。シリコン基板側保護膜８Ｃとしては、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、金属膜等により形成することができ、ノズルのインク吐出面側におけるインクの吐出安定性の観点から、導電性を有する金属膜が好ましい。
<Step SE-1: Preparation of Silicon Substrate>
A
〈ステップＳＥ－２：固定基板の仮接合〉
次いで、ステップＳＥ－２として、シリコン基板側保護膜８Ｃの下部に、固定基板９を接合する。固定基板９としては、シリコン基板、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等を挙げることができる。この段階で、シリコン基板１を任意の厚さに、研削及び／又は研磨により調整してもよい。
<Step SE-2: Temporary bonding of fixed substrate>
Next, in step SE-2, a fixed
Ｓｉ基板と固定基板の接着には、エポキシ樹脂等の接着剤、又は発泡剥離シート等を適用することができる。 To bond the Si substrate to the fixed substrate, an adhesive such as epoxy resin or a foam release sheet can be used.
〈ステップＳＥ－３：レジスト層の付与〉
次いで、シリコン基板１の表面に、ノズル孔に対応するサイズの開口径を有するレジスト層５を形成する。形成方法は、実施形態１のステップＳＡ－２に記載した方法に従って形成することができる。
<Step SE-3: Applying a resist layer>
Next, a resist
〈ステップＳＥ－４：貫通路の形成〉
次いで、前記図３に記載の方法に従って、ドライエッチングによりドライエッチングガス（ＳＦ６）と酸素ガスの混合比を所望の条件で変化させながら、シリコン基板１に湾曲形状を有するノズル孔である貫通孔Ｋを形成する。貫通孔Ｋの形成方法は、実施形態１～３に記載した方法と同様であり、その詳細は割愛する。
<Step SE-4: Formation of Through-path>
3, a through hole K, which is a nozzle hole having a curved shape, is formed in the
〈ステップＳＥ－５：レジスト層の除去〉
次いで、シリコン基板１表面のレジスト層５を、実施形態１のステップＳＡ－６に記載した方法と同様にして、例えば、アセトン、酸溶液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 SE-5: Removal of resist layer>
Next, the resist
〈ステップＳＥ－６：連通路基板の接合〉
次いで、図１２のステップＳＥ－６に示すように、湾曲形状を有する貫通孔Ｋを形成したシリコン基板１上に、接着層１１を介して、連通路基板６を接合して、連通路６Ａを形成する。
<Step SE-6: Joining of the communication passage substrate>
Next, as shown in step SE-6 of FIG. 12, a
接着層としては、例えば、エポキシ樹脂等の接着剤、Ｓｉ－Ｓｉ又はＳｉ－ＳｉＯ2－Ｓｉの活性化接合、又はＡｕ等を間に挟んだＳｉ－Ａｕ接合方法を適用することができる。また、接合する連通路基板６としては、シリコン（Ｓｉ）、金属材料、樹脂材料等を挙げることができる。なお、連通路基板の構成材料としては、連通路の接合時や後工程で熱がかかる場合、構成材料間の熱膨張率の差により、「反り」が生じる可能性があるため、ＳＯＩ構成材料（Ｓｉ）と熱膨張率が近似した連通路基板を選択することが好ましい。
The adhesive layer may be, for example, an adhesive such as epoxy resin, Si-Si or Si-SiO 2 -Si activation bonding, or a Si-Au bonding method in which Au or the like is sandwiched between the layers. Examples of the connecting
〈ステップＳＥ－７：固定基板の除去〉
図１２のステップＳＥ－７で示すように、シリコン基板１の背面に形成した固定基板９を外す。
<Step SE-7: Removal of Fixed Substrate>
As shown in step SE-7 of FIG. 12, the fixed
〈ステップＳＥ－８：シリコン基板側保護膜の除去〉
最後に、シリコン基板１の背面に露出しているシリコン基板側保護膜８Ｃを、例えば、ＲＩＥ（反応性ドライエッチング）又はウェットエッチングにより除去して、湾曲形状Ｔのノズル孔Ｎを有し、連通路基板６を接合したノズルプレートＮＰを作製する。
<Step SE-8: Removal of protective film on silicon substrate side>
Finally, the silicon substrate side
〔実施形態６：基板としてベアＳｉを用いた連通路接合型のノズル基板の作製〕
図１３に、シリコン基板（ベアＳｉ）を用い、連通路接合型のノズル基板の作製ステップを示す。
[Embodiment 6: Fabrication of a nozzle substrate with a connecting passage using bare Si as a substrate]
FIG. 13 shows the steps for fabricating a nozzle substrate with connecting passages using a silicon substrate (bare Si).
〈ステップＳＦ－１：シリコン基板（ベアＳｉ）の準備〉
シリコン単体で形成されるシリコン基板１を準備する。
<Step SF-1: Preparation of Silicon Substrate (Bare Si)>
A
〈ステップＳＦ－２：レジスト層の形成〉
次いで、シリコン基板１の表面に、ノズル孔に対応するサイズの開口径を有するレジスト層５を形成する。形成方法は、実施形態１のステップＳＡ－２に記載した方法に従って形成することができる。
<Step SF-2: Formation of Resist Layer>
Next, a resist
〈ステップＳＦ－３：貫通孔の形成〉
次いで、前記図３に記載の方法に従って、ドライエッチングによりドライエッチングガス（ＳＦ６）と酸素ガスの混合比を所望の条件で変化させながら、シリコン基板１に湾曲形状を有するノズル孔である貫通孔Ｋを形成する。貫通孔Ｋの形成方法は、実施形態１～３に記載した方法と同様であり、その詳細は割愛する。
<Step SF-3: Formation of through holes>
3, a through hole K, which is a nozzle hole having a curved shape, is formed in the
〈ステップＳＦ－４：連通路の接合〉
次いで、図１３のステップＳＦ－４で示すように、湾曲形状を有する貫通孔Ｋを形成したシリコン基板１上に、接着層１１を介して、連通路基板６を接合して、連通路６Ａを形成する。
<Step SF-4: Joining of communication passages>
Next, as shown in step SF-4 of FIG. 13, a
接着層としては、例えば、エポキシ樹脂等の接着剤、Ｓｉ－Ｓｉ又はＳｉ－ＳｉＯ2－Ｓｉの活性化接合、又はＡｕ等を間に挟んだＳｉ－Ａｕ接合方法を適用することができる。また、接合する連通路基板６としては、シリコン（Ｓｉ）、金属材料（例えば、ＮｉやＳＵＳ）、樹脂材料等を挙げることができる。なお、連通路基板の構成材料としては、連通路の接合時や後工程で熱がかかる場合、構成材料間の熱膨張率の差により、「反り」が生じる可能性があるため、ＳＯＩ構成材料（Ｓｉ）と熱膨張率が近似した連通路基板を選択することが好ましい。
The adhesive layer may be, for example, an adhesive such as epoxy resin, Si-Si or Si-SiO 2 -Si activation bonding, or a Si-Au bonding method in which Au or the like is sandwiched between the layers. Examples of the connecting
〈ステップＳＦ－５：シリコン基板背面の除去及びノズル孔出し〉
次いで、シリコン基板１の背面を、研削法、研磨法、ドライエッチング、ウェットエッチングを、それぞれ単独、又は適宜組み合わせて除去して、湾曲形状Ｔのノズル孔Ｎを有し、連通路基板６を接合したノズルプレートＮＰを作製する。
<Step SF-5: Removal of rear surface of silicon substrate and opening of nozzle holes>
Next, the rear surface of the
ノズルプレートＮＰのサイズとしては、特に制限はないが、一例としては、連通路６Ａの内径が１００μｍ程度であり、支持層連通路基板の高さとしては、１００μｍ程度であり、活性層１Ａの厚さとしては３０μｍ程度で有り、ノズル孔Ｎのインク吐出面側のサイズとしては２０μｍ程度である。There are no particular limitations on the size of the nozzle plate NP, but as an example, the inner diameter of the
〔実施形態７：基板としてベアＳｉを用い、連通路後接合型のノズル基板の作製〕
次いで、図１４及び図１５を用いて、基板としてベアＳｉを用い、固定基板を用いてノズル孔を形成した後、連通路を最後に接合するノズルプレートの製造ステップを説明する。
[Embodiment 7: Fabrication of a nozzle substrate with a connecting passage and a bonding type using bare Si as a substrate]
Next, with reference to FIGS. 14 and 15, a description will be given of the steps of manufacturing a nozzle plate, in which a bare Si substrate is used, nozzle holes are formed using a fixed substrate, and then a communication passage is finally joined.
〈ステップＳＧ－１：シリコン基板（ベアＳｉ）の準備〉
シリコン単体で形成されるシリコン基板１を準備する。
<Step SG-1: Preparation of Silicon Substrate (Bare Si)>
A
〈ステップＳＧ－２：レジスト層の付与〉
次いで、シリコン基板１の表面に、ノズル孔に対応するサイズの開口径を有するレジスト層５を形成する。形成方法は、実施形態１のステップＳＡ－２に記載した方法に従って形成することができる。
<Step SG-2: Applying a resist layer>
Next, a resist
〈ステップＳＧ－３：貫通孔（ノズル孔）の形成〉
次いで、前記図３に記載の方法に従って、ドライエッチングによりエッチングガス（ＳＦ6）と酸素ガスの混合比を所望の条件で変化させながら、シリコン基板１に湾曲形状を有するノズル孔である貫通孔Ｋを形成する。貫通孔Ｋの形成方法は、実施形態１～３に記載した方法と同様であり、その詳細は割愛する。
<Step SG-3: Formation of Through Holes (Nozzle Holes)>
3, a through hole K, which is a nozzle hole having a curved shape, is formed in the
〈ステップＳＧ－４：固定用基板の仮接合〉
次いで、ステップＳＧ－４として、シリコン基板１の上面に、固定基板９を仮接合する。固定基板としては、シリコン基板、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等を挙げることができる。
<Step SG-4: Temporary bonding of fixing substrate>
Next, in step SG-4, a fixed
〈ステップＳＧ－５：シリコン基板背面の除去・ノズル孔出し〉
次いで、ステップＳＧ－５として、シリコン基板１の背面を、研削法、研磨法、ドライエッチング、ウェットエッチングを、それぞれ単独、又は適宜組み合わせて除去して、湾曲形状Ｔのノズル孔Ｎを貫通させる。
<Step SG-5: Removal of rear surface of silicon substrate and nozzle hole creation>
Next, in step SG-5, the rear surface of the
〈ステップＳＧ－６：ダイシングテープの貼り付け〉
上記方法で研削したシリコン基板１の背面に、ダンシングテープ１１を貼り付ける。
<Step SG-6: Attaching dicing tape>
A dancing
〈ステップＳＧ－７：固定用基板の取り外し〉
次いで、シリコン基板１の表面に仮接合した固定用基板９を外す。
<Step SG-7: Removing the fixing board>
Next, the fixing
〈ステップＳＧ－８：連通路の接合〉
次いで、ステップＳＧ－８で示すように、湾曲形状を有する貫通孔Ｋを形成したシリコン基板１上に、連通路基板６を接合して、連通路６Ａを形成する。
<Step SG-8: Joining the connecting passage>
Next, as shown in step SG-8, a
〈ステップＳＧ－９：ダイシングテープの除去〉
最後に、シリコン基板１の背面に付与したダンシングテープ１１を外して、ノズルプレートＮＰを作製する。
<Step SG-9: Removal of dicing tape>
Finally, the dancing
ノズルプレートＮＰのサイズとしては、特に制限はないが、一例としては、連通路６Ａの内径が１００μｍ程度であり、支持層連通路基板の高さとしては、１００μｍ程度であり、活性層１の厚さとしては３０μｍ程度で有り、ノズル孔Ｎのインク吐出面側のサイズとしては２０μｍ程度である。There are no particular limitations on the size of the nozzle plate NP, but as an example, the inner diameter of the
〔実施形態８：連通路をＮｉ電鋳で形成したノズル基板の作製〕
図１６に、シリコン基板（ベアＳｉ）を用い、連通路としてＮｉ電鋳を用いて形成するノズル基板の作製ステップを示す。
[Embodiment 8: Fabrication of a nozzle substrate with a communicating passage formed by Ni electroforming]
FIG. 16 shows the steps of manufacturing a nozzle substrate using a silicon substrate (bare Si) and forming communication paths by Ni electroforming.
〈ステップＳＨ－１：シリコン基板（ベアＳｉ）の準備及びレジスト層の形成〉
シリコン単体で形成されるシリコン基板１を準備する。次いで、シリコン基板１の表面に、ノズル孔に対応するサイズの開口径を有するレジスト層５を形成する。形成方法は、実施形態１のステップＳＡ－２に記載した方法に従って形成することができる。
<Step SH-1: Preparation of Silicon Substrate (Bare Si) and Formation of Resist Layer>
A
〈ステップＳＨ－２：貫通孔の形成〉
次いで、前記図３に記載の方法に従って、ドライエッチングによりドライエッチングガス（ＳＦ６）と酸素ガスの混合比を所望の条件で変化させながら、シリコン基板１に湾曲形状を有するノズル孔である貫通孔Ｋを形成する。貫通孔Ｋの形成方法は、実施形態１～３に記載した方法と同様であり、その詳細は割愛する。
<Step SH-2: Formation of through holes>
3, a through hole K, which is a nozzle hole having a curved shape, is formed in the
〈ステップＳＨ－３：Ｎｉ製シート層の接合〉
次いで、レジストを除去した後、湾曲形状を有する貫通孔Ｋを形成したシリコン基板１上に、常法に従って、Ｎｉ製のシード層を形成する。
<Step SH-3: Bonding of Ni Sheet Layer>
Next, after removing the resist, a Ni seed layer is formed in a conventional manner on the
〈ステップＳＨ－４：Ｎｉ製シード層に連通路形成〉
次いで、シード層を介して、Ｎｉ電鋳１３（厚付型電気鋳造法）を形成したのち、研削又は研磨により、Ｎｉ電鋳により構成されるＮｉ連通路基板１３Ａを形成する。
<Step SH-4: Forming a connecting passage in the Ni seed layer>
Next, Ni electroforming 13 (thick-type electroforming method) is formed via a seed layer, and then the Ni communicating
〈ステップＳＨ－５：シリコン基板背面の除去及びノズル孔出し〉
次いで、シリコン基板１の背面を、研削法、研磨法、ドライエッチング、ウェットエッチングを、それぞれ単独、又は適宜組み合わせて除去して、湾曲形状Ｔのノズル孔Ｎを有し、Ｎｉ電鋳により形成した連通路基板６を有するノズルプレートＮＰを作製する。
<Step SH-5: Removal of rear surface of silicon substrate and opening of nozzle hole>
Next, the rear surface of the
ノズルプレートＮＰのサイズとしては、特に制限はないが、一例としては、連通路６Ａの内径が１００μｍ程度であり、支持層連通路基板の高さとしては、１００μｍ程度であり、活性層１Ａの厚さとしては３０μｍ程度で有り、ノズル孔Ｎのインク吐出面側のサイズとしては２０μｍ程度である。There are no particular limitations on the size of the nozzle plate NP, but as an example, the inner diameter of the
《インクジェットヘッド》
本発明に係るノズル基板（ノズルプレート）を具備するインクジェットヘッドについて説明する。
Inkjet head
An inkjet head having a nozzle substrate (nozzle plate) according to the present invention will now be described.
〔インクジェットヘッドの構成〕
図１７は、本発明に係るノズル基板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。
[Configuration of Inkjet Head]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of an ink-jet head equipped with a nozzle substrate according to the present invention.
図１７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１７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。
Figure 17 is a cross-sectional view of the
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
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１７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が、本発明に係るノズル基板１１０（ノズルプレート）である。ノズル基板１１０には、本発明に係る湾曲構造（テーパー構造）の貫通孔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基板１１０の露出面（インク吐出面１０１ａ）に対して略垂直にインクが、記録媒体上に吐出可能とされる。ノズル基板１１０のインク吐出面１０１ａとは反対側には、上方（図１７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、これらノズル基板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
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 that communicate with the nozzles N, and are opened on the exposed side (+Z direction side) of the
なお、図１７に記載のノズル基板１１０においては、本発明の特徴ある湾曲構造を有するノズルＮにおける貫通孔、連通路の詳細な記載は省略してある。
In addition, in the
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 storage section) is provided in the middle of the ink flow path. The
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。The
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
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。The driving
上記のような構成からなるインクジェットヘッドは、本発明のノズル基材の製造方法で製造したノズル基材を具備して製造することができる。An inkjet head having the above-mentioned configuration can be manufactured using a nozzle substrate manufactured by the nozzle substrate manufacturing method of the present invention.
本発明のノズル径の寸法精度と、ノズルの湾曲部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基材の製造方法により製造したノズル基材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基板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。 By equipping an inkjet head with a nozzle substrate manufactured by the nozzle substrate manufacturing method of the present invention, which achieves the dimensional accuracy of the nozzle diameter and enables the curved portion and straight opening of the nozzle to be formed with high precision and without variation in the central axis, the tapered connecting passage that constitutes the nozzle substrate having the above-mentioned characteristics makes it possible to obtain stable, highly accurate ink ejection characteristics even when the pressure in the pressure chamber or the position of the ink meniscus changes when ink is ejected from the inkjet head.
本発明のノズル基板の製造方法により、ノズル径の寸法精度と、ノズル部の湾曲部を高精度で所望の形状で形成することができ、ノズル基板を具備したインクジェットヘッドは、出射安定性及び出射精度の優れ、様々な分野のインクを用いたインクジェット記録方法に好適に利用できる。 The manufacturing method of the nozzle substrate of the present invention allows the dimensional accuracy of the nozzle diameter and the curved portion of the nozzle section to be formed in the desired shape with high precision, and an inkjet head equipped with a nozzle substrate has excellent ejection stability and ink ejection rate, and can be suitably used in inkjet recording methods using inks in a variety of fields.
１ ノズル基板
１Ａ 活性層
１Ｂ、１Ｃ 支持層
１Ｃ 支持層連通路基板
２ 最下段領域
３ 中間領域
４ 最上段領域
５ レジスト層
６ 連通路基板
６Ａ 支持層連通路
７ ＢＯＸ層
８Ａ 活性層側保護膜
８Ｂ 支持層層側保護膜（レジスト層）
８Ｃ シリコン基板側保護膜
９ 固定基板
１０ 支持層側保護膜（酸化膜）
１１ ダンシングテープ
１３ Ｎｉ電鋳
１３Ａ Ｎｉ連通路基板
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 ノズル基板
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
Ｅ ドライエッチング
Ｇ１ 単独ガス（Ｏ／ＳＦ6＝０）
Ｇ２ 混合ガス（Ｏ／ＳＦ6＝０～１．５）
Ｇ３ 混合ガス（Ｏ／ＳＦ6＝１．５）
Ｋ 貫通孔
Ｎ ノズル孔
ＮＰ ノズルプレート
Ｓ ストレート部
ＳＯＩ ＳＯＩ基板
Ｔ テーパー部
Ｔ１ 第１のテーパー
Ｔ２ 第２のテーパー
REFERENCE SIGNS
8C Silicon substrate side
REFERENCE SIGNS
G2 mixed gas (O/ SF6 = 0 to 1.5)
G3 mixed gas (O/ SF6 = 1.5)
K: through hole N: nozzle hole NP: nozzle plate S: straight portion SOI: SOI substrate T: tapered portion T1: first taper T2: second taper
Claims (9)
シリコン基板上又はＳＯＩ基板上に、
複数の孔を有するレジストパターンを有するレジスト層を形成する第１工程と、
ドライエッチングによりシリコン基板又はＳＯＩ基板をエッチングする第２工程を有し、
前記第２工程では、シリコンをエッチングするガスと酸素ガス（但し、堆積用のフッ化炭素系のガスを含むものを除く）を使用し、
シリコンをエッチングするガスと酸素ガスの混合比を２段階以上で変化させながらエッチングを行って、
湾曲形状を有する貫通孔を具備したノズル部を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。 A method for manufacturing a nozzle substrate having a nozzle portion with a through hole, comprising the steps of:
On a silicon substrate or an SOI substrate,
A first step of forming a resist layer having a resist pattern with a plurality of holes;
A second step of etching the silicon substrate or the SOI substrate by dry etching,
In the second step, a gas for etching silicon and an oxygen gas (excluding those containing a fluorocarbon gas for deposition) are used,
Etching is performed while changing the mixture ratio of silicon etching gas and oxygen gas in two or more stages.
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising: a nozzle portion provided with a through hole having a curved shape.
前記連通路の底面部に位置する活性層に前記第１工程及び第２工程に従って、テーパー構造を有する貫通孔を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。 After forming a communication path in the support layer of the SOI substrate,
The method for manufacturing a nozzle substrate according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a through hole having a tapered structure is formed in the active layer located at the bottom portion of the communication path in accordance with the first and second steps.
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